人類是計(jì)算性的嗎？人類的大腦是計(jì)算器設(shè)備嗎？我們的大腦是遵循阿波羅11號(hào)相同基本規(guī)則的巨型鐘表裝置嗎？為了了解計(jì)算機(jī)和它的局限性(如果有的話)，我們需要回答這些問題。

這就是為什么說計(jì)算機(jī)是具有哲學(xué)意義的設(shè)備。錘子只能敲釘子，鋸子只能鋸木頭，但計(jì)算機(jī)可以映照出現(xiàn)實(shí)世界中10億個(gè)不同的東西。公正地說，我們還不理解計(jì)算機(jī)在形而上學(xué)的含義。我們知道它以微妙和顯著的方式改變了世界，但更多的事情正在發(fā)生。正如著名教授和哲學(xué)家馬歇爾·麥克盧漢(Marshall McLuhan)幾十年前所說，計(jì)算機(jī)是“人類最非凡的技術(shù)，它是我們中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸。與計(jì)算機(jī)相比，車輪只算一個(gè)呼啦圈”。計(jì)算機(jī)日新月異，同時(shí)它又隨處可見。人們只能想象到它在一個(gè)世紀(jì)后能做什么，甚至更短，10年后能做什么。

這個(gè)設(shè)備是從哪里來的？我們是怎么決定做一個(gè)出來的，甚至怎么想到這樣的事物是可能的？從計(jì)算機(jī)誕生到今天的歷史很短，就本書的目的而言，只要提到巴貝奇、圖靈、馮·諾依曼和香農(nóng)這四個(gè)名字就夠了，把它們放在一起念，發(fā)音聽起來就像一家高科技律師事務(wù)所。讓我們分別看看他們四人的觀點(diǎn)，當(dāng)它們結(jié)合在一起時(shí)，將為你提供現(xiàn)代計(jì)算的基本要素。

查爾斯·巴貝奇(Charles Babbage)的故事始于1821年的倫敦。當(dāng)時(shí)，工業(yè)革命正在進(jìn)行，科學(xué)和數(shù)學(xué)從大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到工廠。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，人們出版了大量的數(shù)學(xué)用表，方便那些從事復(fù)雜計(jì)算的人快捷運(yùn)算。這些表冊中容納了對數(shù)、天文計(jì)算、工業(yè)和科學(xué)所必需的其他數(shù)據(jù)集。問題是其中的每一個(gè)數(shù)字都是手工計(jì)算的，因此包含許多錯(cuò)誤。一個(gè)錯(cuò)誤的數(shù)字可能會(huì)使一艘船偏離航線，損壞銀行記錄，或?qū)е律a(chǎn)出故障機(jī)器。巴貝奇對這些錯(cuò)誤感到沮喪，他說：“我倒希望這些計(jì)算是用蒸汽完成的?！?/p>

這句話意義深遠(yuǎn)，而且對于那個(gè)年代來講非常超前。從中可以捕獲一種感覺，即機(jī)械的東西比有機(jī)的東西更穩(wěn)定可靠。蒸汽驅(qū)動(dòng)的機(jī)器以一種嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)被仔細(xì)打磨，這些機(jī)器孜孜不倦地工作，生產(chǎn)出始終如一的高質(zhì)量產(chǎn)品。巴貝奇的天才之處就在于他意識(shí)到，如果蒸汽可以制造齒輪，那么它也可以計(jì)算對數(shù)。

因此，他構(gòu)思并試圖建造一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)。他理解這臺(tái)機(jī)器的重大意義，并指出“只要有一臺(tái)分析機(jī)(Analytical Engine)存在，它必然會(huì)引領(lǐng)未來的科學(xué)進(jìn)程”。不幸的是，他耗盡了資金、努力卻以失敗告終，這也是一直以來新興事業(yè)的普遍命運(yùn)。然而，在2002年，倫敦科學(xué)博物館造出了巴貝奇設(shè)計(jì)的重達(dá)10 000磅的計(jì)算機(jī)，它運(yùn)轉(zhuǎn)完美。巴貝奇的故事講完了，這個(gè)猜測蒸汽可以為計(jì)算機(jī)提供動(dòng)力的人退場了。

接下來上場的是艾倫·圖靈(Alan Turing)。在我們的故事中，圖靈的貢獻(xiàn)出現(xiàn)在1936年，當(dāng)時(shí)他第一次描述了我們現(xiàn)在稱之為“圖靈機(jī)(Turing machine)”的東西。圖靈構(gòu)思了一臺(tái)可以處理復(fù)雜數(shù)學(xué)問題的假想機(jī)器。該機(jī)器由一條狹長的方格紙帶組成，理論上它是無限長的。在紙帶上，總是有一個(gè)活動(dòng)單元格，在該單元格上方懸停著一個(gè)讀寫頭。根據(jù)收到的指令或運(yùn)行的程序，讀寫頭可以在紙帶上讀寫和移動(dòng)。

圖靈機(jī)的意義不在于“他指出了如何建立一臺(tái)計(jì)算機(jī)”，而是“這個(gè)簡單的假想設(shè)備可以解決大量的(幾乎所有的)計(jì)算問題”。事實(shí)上，今天計(jì)算機(jī)可以做的任何事情，理論上都可以在圖靈機(jī)上完成。圖靈不僅構(gòu)想了這臺(tái)機(jī)器，而且把原理都弄明白了。想一想這臺(tái)簡單的機(jī)器，這個(gè)只用到幾個(gè)部件的思想實(shí)驗(yàn)(thought experiment)：阿波羅11號(hào)登月和返回地球所需要做的一切都可以在圖靈機(jī)上編程，你的智能手機(jī)能做的一切都可以在圖靈機(jī)上編程，IBM沃森(IBM Watson)能做的一切都可以在圖靈機(jī)上編程。誰能猜到這樣一個(gè)不起眼的小設(shè)備竟能做到這一切呢？圖靈確實(shí)想到了，但似乎再?zèng)]有其他人像圖靈這樣擁有獨(dú)特的想法。圖靈的故事到此結(jié)束。

下面講約翰·馮·諾依曼(John von Neumann)，我們稱他為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父。1945年，他為計(jì)算機(jī)開發(fā)了馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)(von Neumann architecture)。如果說圖靈機(jī)純粹是理論上的，旨在界定計(jì)算機(jī)可以做什么的問題，那馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)就解決了如何構(gòu)建真實(shí)計(jì)算機(jī)的問題。他建議使用一個(gè)內(nèi)部處理器和可以同時(shí)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)內(nèi)存。除此之外，可能還要有外部存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)當(dāng)前不需要的數(shù)據(jù)和信息，再加上輸入和輸出設(shè)備，一個(gè)馮·諾依曼裝置就組建完成了。當(dāng)你閱讀的時(shí)候，你可以把你的所讀依次映射到計(jì)算機(jī)的中央處理器、內(nèi)存、硬盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤和顯示器，這樣就走了一圈。

最后來說說香農(nóng)。在1949年，克勞德·香農(nóng)(Claude Shannon)寫了一篇題為《編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)下棋》(Programming a Computer for Playing Chess)的論文，其中描述了一種將國際象棋簡化為可以在計(jì)算機(jī)上編程的一系列方法。雖然這聽起來沒什么大不了，不太可能讓香農(nóng)成為計(jì)算機(jī)史上的拉什莫爾山(Mount Rushmore)的四大巨頭之一，但從實(shí)際和現(xiàn)實(shí)的角度來看，香農(nóng)讓計(jì)算機(jī)可以在一個(gè)抽象的層面上操作信息，決定如何移動(dòng)棋子。這讓人們第一次認(rèn)識(shí)到了計(jì)算機(jī)不僅僅是用來進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算的機(jī)器。想想看，1949年以前，計(jì)算機(jī)只是那種物理課上用到的，可編程的計(jì)算器；1949年以后，可以想象某一天，計(jì)算機(jī)會(huì)建議你購買哪些股票。盡管包括圖靈在內(nèi)的許多其他人在理論上都證明了計(jì)算機(jī)的能力，但是香農(nóng)將其實(shí)現(xiàn)了。

總結(jié)一下：巴貝奇認(rèn)識(shí)到可以用機(jī)器做數(shù)學(xué)運(yùn)算，圖靈發(fā)現(xiàn)他們還可以運(yùn)行程序，馮·諾依曼想出了如何構(gòu)建計(jì)算機(jī)硬件，而香農(nóng)展示了軟件如何做乍一看不像數(shù)學(xué)問題的事情。

這就是我們的處境，計(jì)算機(jī)變得越來越快，越來越強(qiáng)大。我們是否靜下心來想過，計(jì)算機(jī)到底是什么？是一臺(tái)具有哲學(xué)意義的設(shè)備？是人類最非凡的技術(shù)？是人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)的延伸？是人類思想的擴(kuò)散？是人類智慧的升華……？