前言

我天生就是愛鉆研的人。我父親說，在蕩秋千之前，我總會想象有一個開關(guān)打開秋千，蕩完秋千之后又會關(guān)上它。機器仿佛跟我說了它的內(nèi)部原理。我像C-3PO一樣懂得“水分蒸發(fā)器的二進制語言”。我很幸運能成長在那個沒有顯微鏡就能審視大多數(shù)事物的工作原理的年代。

現(xiàn)在回想起來，我在美國新澤西州的童年非常離奇而有趣。小時候，我對每個東西都要修一修補一補，這事讓媽媽很頭痛。爸爸媽媽給了我很多工具包，但是當我把它們合在一起做一些書上沒有的項目時，他們就會感到不安。枕頭防盜報警器的出現(xiàn)使這事達到了高潮，它抓住了“牙仙子”的行動——沒有經(jīng)濟條件下的一種選擇，但這個選擇還是挺令人滿足的。我收集壞了的電視機和一些被丟掉的家電，把這些東西拆了，了解它們是怎么運行的，再用那些零件做出些別的東西。我最喜歡的玩具之一是我爸爸1929年的建造模型。那個年代的太空計劃讓我對科技產(chǎn)生了濃厚的興趣。我至今還記得有一天晚上和爸爸站在我們家的前院里，看著Echo 1飛過頭頂?shù)膱鼍啊?/p>

大多數(shù)孩子都有一個送報紙的兼職，而我是做修電視機和收音機的兼職。我的父親在IBM公司工作，有時我也會和他一起去上班，他單位里的大型計算機讓年幼的我非常震撼。八歲那年，他帶我去大西洋城的電子展，我記得當時我玩的是一臺IBM 1620。我還記得我對泰克（Tektronix）展臺上的設(shè)備很著迷?？赡苁鞘艽擞绊?，我后來選擇進入該公司工作。一年后，我去了紐約的世界博覽會，被貝爾系統(tǒng)的展品所震驚。后來一個偶然的機會，我得以與其中一位設(shè)計師一起工作。

我接受了很令人驚奇的公立學(xué)校教育，當然這樣的教育在美國已經(jīng)不存在了。我和同學(xué)在五年級的時候可以隨意傳看裝水銀的壺。上六年級時我炸毀了化學(xué)實驗室，但并沒有受到關(guān)禁閉的處罰，反而從這些經(jīng)歷中學(xué)到了很多知識。（現(xiàn)在我還記得制作三碘化氮的配方。）我記得我八年級的科學(xué)老師帶著我們離開學(xué)校，去紐約市看電影《2001：太空漫游》，因為他認為這很重要。他做這件事的時候并沒有征求學(xué)生父母的允許，如今這么做很有可能丟掉工作，或者受到更嚴重的處罰。我們在高中化學(xué)課上做火藥，在物理課上到足球場互相射火箭玩，在生物課上劃破自己的手指做血型測試。這與如今的情況很不一樣，如今一點點危險都會讓老師們焦慮不安。實驗室里濕漉漉的地板都能讓他們擔心，覺得有點兒水就要發(fā)出警告。美國政府官員對科學(xué)不屑一顧，區(qū)分不出科學(xué)行為和恐怖主義行為。

學(xué)習(xí)以外，父母給我報名參加了我喜歡的童子軍，以及我討厭的少年棒球聯(lián)合會。童子軍教會了我很多關(guān)于物質(zhì)世界的知識，從騎馬到安全地玩火到戶外生存。而少年棒球聯(lián)合會只會讓我覺得我不喜歡團體運動。

在那個年代，業(yè)余無線電是很重要的，因無線電設(shè)備經(jīng)常需要修理。我自告奮勇加入當?shù)孛穹缿?yīng)急廣播通信集團，只是為了能搗鼓搗鼓設(shè)備。該集團有一個原始的無線電電傳打字系統(tǒng)，我重新設(shè)計了這個系統(tǒng)，最后將其用于其他市政設(shè)施。電傳打字機是我很喜歡的三維立體裝置。

上高中的時候，一個朋友給我介紹了一個探索者童子軍的崗位，需要每周一晚上在默里山附近的貝爾實驗室值班。我加入了，然后就開始接觸計算機，當時的計算機有房子那么大。我被迷住了。沒過多久，我就早早地離開了學(xué)校，搭車去實驗室，說服別人讓我進去工作。我參與了一連串令人驚嘆的暑期工作，與不可思議的人一起工作，這改變了我的生活。我把頭伸到別人的實驗室里東張西望，好奇實驗室里的儀器設(shè)備，順便詢問他們在做什么，就這樣我學(xué)到了不少知識。雖然我打算學(xué)習(xí)電氣工程，但是硬件項目是不可能在一個夏天完成的，最后我給他們寫了軟件。

我覺得對我的童子軍指導(dǎo)者們最好的紀念方式是，一旦我有能力做到，就跟隨他們的腳步，努力幫助新一代年輕技術(shù)員走上他們的道路。事實證明這很困難，因為美國研究的鼎盛時期已經(jīng)過去，而是更加注重增加股東價值；產(chǎn)品本身的價值不及產(chǎn)品帶來的利潤重要，這使得很難證明研究的價值。公司出于責任的考慮，很少再讓孩子們在場地上亂跑了。我原本以為自己會作為童子軍一直工作，但因為童子軍采用了一系列我不支持的政策而作罷。相反，我是志愿在當?shù)氐膶W(xué)校工作。

我開始寫這本書是為了補充我志愿教的一門課。當時互聯(lián)網(wǎng)還沒有像今天這樣發(fā)達。我住在一個相當貧窮的農(nóng)業(yè)社區(qū)，考慮到學(xué)生們無法負擔補充材料的開銷，這本書的初稿試圖包含所有的內(nèi)容。但事實證明這是一個不可能完成的任務(wù)。

現(xiàn)在從網(wǎng)上可以找到很多不同的編程語言和概念的資料，而且大多數(shù)人在家里、學(xué)?；驁D書館就可以上網(wǎng)。我重寫了這些材料，希望讀者可以更容易地在網(wǎng)上找到更多的信息。所以，如果有什么不清楚的地方，或者你想知道更多的信息，就去查一下。

最近我認識的一些學(xué)生說，他們對編程教育的方式感到失望。雖然他們可以在網(wǎng)上找到信息，但也一直在問可以在哪里找到他們需要的一切。這本書就是為了提供那些資源而寫的。

我很幸運，能與計算機一起成長。很難想象如果我在沒有背景知識的情況下，跳到今天這個成熟的計算領(lǐng)域會是什么樣子。寫這本書時，最具挑戰(zhàn)性的部分是考慮要從多大程度上追溯過去的例子，以及多大程度上選擇現(xiàn)代技術(shù)的元素來討論。我最終選擇了一種復(fù)古的方式，這樣人們可以從更古老、更簡單、更容易理解的技術(shù)中學(xué)習(xí)到大部分必要的東西。較新、較復(fù)雜的技術(shù)是用與舊技術(shù)相同的構(gòu)件構(gòu)造成的，了解這些構(gòu)件可以使人們更容易理解新技術(shù)。

如今，時代不同了。小工具更難拆開、維修和更改。公司正在濫用法律，如數(shù)字千年版權(quán)法（DMCA），阻止人們修復(fù)自己的裝備。幸運的是，這在一些地方促進了“修理權(quán)”法律的誕生。作為美國人，我們從政府那里得到形形色色的信息：一方面，我們被鼓勵從事STEM職業(yè)；另一方面，我們看到科學(xué)被詆毀，STEM工作被外包。如果這種環(huán)境在半個世紀前就存在的話，不知道美國是否還會成為科技強國。

不過，也有亮點。創(chuàng)客空間如雨后春筍般涌現(xiàn)。孩子們可以建造東西，并且樂在其中。電子零件從來沒有這么便宜過，只要你不想要帶線的。將我小時候的所有計算機組合在一起也沒有現(xiàn)在的智能手機處理功能強大。計算機的價格比人們想象的要便宜，像Raspberry Pi和Arduino這樣的小型計算機，價格比一個比薩還便宜。

計算機的功能如此強大，我們很容易只熱衷于高級功能。就像玩樂高一樣，我最早的樂高套裝中幾乎只有長方形的積木，但我的想象力很豐富，可以搭建出任何我想要的東西。如今，你可以買到《星球大戰(zhàn)》樂高套裝，搭建預(yù)制的尤達，但是要發(fā)明新的角色就難多了。花哨的部件阻礙了想象力的發(fā)揮。

1939年的經(jīng)典電影《綠野仙蹤》里有一個很好的場景，在那一幕里，魔法師暴露了，發(fā)出了“別注意幕后的那個人”的吶喊。本書就是寫給那些不想聽這些，只想知道幕后的東西的人的。我希望這本書可以讓那些實現(xiàn)高級功能的基本構(gòu)件清晰明了。這本書是為那些想象力并不止步于高級功能的人準備的，也是為那些希望創(chuàng)建新的高級功能的人準備的。如果你有興趣成為魔法師，而不僅僅是一個魔法物品的持有者，那么這本書就是為你準備的。