理解计算机：就像家常便饭

理解计算机

本文共1633字，用简单的类比探索计算机科学的哲理。

01

它是谁，从哪儿来，到哪儿去

人类三大哲学问题很难回答，但对计算机来说很容易回答。总的来说，计算机领域的一切都是为了满足人类需求，最初的产生是为了满足社会生产力。这就好比人为何要吃饭一样，为了充饥！干饭人的本质要求嘛！

计算机几乎全部的工作都是对人类所创造的逻辑思维和数理思维的模拟和改良，虽然说现在有大量派生的计算机领域（比如游戏设计、互联网支撑下的应用服务领域等）逐渐已经摆脱了传统的密集计算特点，但是毋庸置疑的是它最擅长的还是它的名字：“计算”。类比现实生活中各色各样的美食，五颜六色、口味丰富的蛋糕还是千奇百怪、做法万变的佳肴，最后的最后还是要能“果腹”。

计算机历经几代发展，已经从电子管计算机、晶体管计算机、集成电路发展到超大规模集成电路，目前中国的“九章”量子计算机（如下图）也已问世，技术的进步不仅是在数量等级上的不断扩张，更是在某些特定领域（如拟态、预测、推演）质的飞跃。计算机作为生产生活中的工具，就好像制作饭菜的厨具，只是随着时代的进步和科技的创新慢慢有了新的形式，也有了新的用途，比如过去就没有微波炉，但并不意味着过去做不出现在这样好吃的东西，其本质上还是速度、质量、时间、成本这些问题。

在速度上，计算机一般用时钟频率和单次运算字长去判断运算器的好坏，而用响应时间、功耗以及数据传输速率反映计算机系统整体的质量、时间和成本。说白了，就是用一些参数证明这些工具好不好用，容不容易做出好吃美味的饭，就好比微波炉稳不稳定，加热功率快不快，能不能同时分区域同时加热多种不同的菜，能耗比如何等等这些问题。

从二十世纪末到二十一世纪的今天，我们已经见证了计算机由专业领域工具（主要应用在军事、能源、银行）到现在的普罗大众，我们还将见证未来计算机的细致分化，即各行各业领域的计算机将面临进一步细分以在“摩尔定律”下进一步提高其满足人们需要的计算能力，即包括以浮点计算为专长的显卡阵营、以ARM架构等精简指令集为代表的移动阵营、以可信计算和安全计算为代表的安全阵营、以概率计算和拟态计算为方向的量子计算以及现阶段的传统计算。这就好比，四大菜系包括鲁菜、川菜、粤菜、淮扬菜。好吃吗？都好吃。那为什么不一直吃一种？不同场合，不同喜好，不同特点，不同风味而已。

摩尔定律是英特尔创始人之一戈登·摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过24个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。

https://baike.baidu.com/reference/350634/798fF-tZITGqNuXJDWg0wsb_NzfJbIDD0-mk7iVoYay0lBfqpIg4u5PkCr_oDTMk53GddUcLa2t04wVpEKeWGQtUTHJ5QCtzlV5lw1yL1SJVfisf

02

它每天都在忙些什么

厨子每天就是做饭，吃饱才是硬道理，“人是铁，饭是钢，一日不吃饿得慌”，计算机系统就是个生产工具里的大厨子，忙里忙外，占用了大量电力、人力，工作就是承上启下的服务，专业点叫接口，程序员的那部分叫它调包工作，电子部的那部分叫它焊板子，总之都是一条流水线上的，你为我服务，我对接好你的工作。

这条流水线上的无外乎模拟信号经傅里叶变换变成数字信号，经过异或非门转化成逻辑关系，经过电容、触发器形成暂存，经过磁盘卡带持久存储，经过总线进行位、字节、字、块传输，经过同轴线、双绞线、光纤进行网络传输，按照组织功能分成计算、存储、I/O和控制，每个组织向下对数据结构负责、向上提供各种指令，指令经过封装具备基本的输入输出、读取、写入、执行的功能，在合理控制指令的组织下完成系统的运行，指令经过封装又形成微程序、汇编码、程序语言、高级程序语言，最后进一步进行封装形成种种应用，对外提供各种应用程序接口。

怎么理解这么复杂的计算机？

假设你有一个大厨房，还雇了保姆、厨师、司机、管家，你看你怎么安排他们工作以支撑你这个大家庭完美运行，就是这样一个故事。