它們不厭其煩地執行人的指令;它們收集世間萬物的知識,供人頃刻之間隨心調取;它們是現代社會的中流砥柱,但其存在卻往往備受忽視。
它們是計算機,是人類迄今為止最偉大的發明成就,是登峰造極、至高無上的終極工具。計算機處理器和軟件代表著人類最精巧繁復的設計作品。計算機科學的問世,推動了人類歷史上最非比尋常的社會變革之一。
啟動計算機,打開互聯網瀏覽器,在搜索引擎中輸入關鍵詞“披薩”,結果列表中就會顯示你家附近的披薩餐廳。鼠標輕輕一點,你就可以輸入自家地址,查詢店家能否外送了。店家可以外送!而且還支持網上下單。你挑選好自己覺得對味的披薩菜品,配上喜歡的餡料。店家甚至支持網上付款,于是你輸入信用卡賬號、家庭地址和外送時間,選擇“即點即送”,點擊“付款”確認。
僅僅過了35分鐘,就有人敲響了你的家門。披薩餅送到了,熱騰騰的冒著香氣,令人垂涎。你給外賣員付了小費,端著披薩餅坐到桌邊,開始大快朵頤。
訂購披薩餅對很多人來說都不是什么稀奇事。如今,越來越多的餐廳開始為數以百萬計的消費者提供味美價廉、品類豐富的餐點和迅捷方便的外送服務。盡管這樣說或許令人詫異,不過如果沒有計算機,這一切都不可能發生。在上述情況下,你或許會以為只有一臺計算機在運作。但是如果透過現象看本質,你就會發現,為了將披薩餅安全送達,需要動用的計算機數量之多,令人震驚。
事實上,你在啟動自己的計算機時,也激活了數量眾多的計算機,它們協同工作,使顯示屏、鼠標、鍵盤、寬帶和主計算機順利運轉。有了電話公司和網絡運營商的計算機牽線搭橋,你的計算機連上了互聯網——這是全世界范圍的計算機網絡。搜索“披薩”時,搜索請求在好幾臺計算機之間傳輸,最后才傳送到搜索引擎的計算機。這些特殊的機器每天都在刷新互聯網頁面的數據索引,通過查找關鍵詞,幾乎眨眼之間就能給你搜索結果——披薩餐廳的鏈接列表。點擊其中一個鏈接,你的計算機就能連上餐廳的計算機(同樣,這需要動用一系列計算機,只不過和搜索時動用的計算機不同)。餐廳的計算機會將菜品資料傳回你的計算機,你選擇的披薩餅餡料則會傳送過去,以計算價格。點擊“付款”時,你的計算機通過安全加密的鏈接與另一臺計算機交換信息,這臺計算機則通過更為安全的鏈接將數據傳送到銀行,將你的戶頭資金轉賬到餐廳的賬號中。
支付完成后,連鎖餐廳的主計算機將訂單發送到你家附近門店的計算機上。短短30秒的時間里,廚房就收到了你的訂單,開始制作披薩餅。這是家上檔次的餐廳,所以會現點現做,使用的食材包括玉米粉、小麥粉、番茄醬、馬蘇里拉奶酪(1)、烤胡椒香腸、橄欖油等等。
不過這里面有一個矛盾的地方——雖然菜品非常便宜,但使用的卻是優質上等的食材。之所以能夠精選上好的意大利食材,原因只可能有一個:庫存精度高,可以最大限度地減少浪費;而且進貨批量大,可以降低進價。為了做到這一點,門店的計算機每天都會跟蹤銷量和庫存水平(同時結合近兩年的數據進行分析),自動生成進貨方案,交給經理審核或修改。審核過的進貨單隨即發送到連鎖餐廳的主計算機,主計算機則將所有門店的進貨單統合起來,向各大食品供應商下單。一石激起千層浪,餐廳一進貨,一連串的計算機開始交換信息,世界各地的配送商、食品加工廠、航運商、食品生產商都開始互動起來。一張披薩餅的食材可能來自世界各地:馬蘇里拉奶酪產自意大利,烤胡椒香腸產自愛爾蘭,玉米粉產自美國。每家公司都依靠計算機維護和打點賬目、收入、計劃和通訊系統,很多公司都在工廠使用計算機控制的機器進行自動化生產。
你在計算機上完成付款操作后,短短十分鐘內,新鮮食材制成的披薩餅就大功告成。廚師將它放入計算機控制的傳送帶式烤爐里。烤爐高效節能,烤制迅速。生披薩餅放進去后,只需十分鐘,便可完美出爐。外送員隨即將烤好的披薩餅放進餐盒中打包好(餐盒在幾天前已由計算機控制的紙板切割機提前制好),一次性將好幾個餐盒裝進特制的保溫包內,背著保溫包向外送車走去。
由于你選擇的餐廳外送范圍廣,外送員駕駛的交通工具是汽車。和大多數現代汽車一樣,這臺汽車上也充斥著各式各樣的計算機,以確保發動機的高效運轉,同時運行牽引力控制系統、防抱死制動系統、車內氣候控制系統、乃至車載收音機。電臺演播室發送的無線電信號須臾之間就傳送了過來,不過,同時向外送車發送無線電信號的,還有另一組計算機控制的通訊設備。這里提到的外送員是個新手,他為了尋找路線,使用了GPS導航設備——GPS導航設備是一臺計算機,它能接收軌道衛星的計算機發出的信號(而衛星信號則由更多的計算機校準)。
你所不知道的是,盡管車上搭載了這么先進的設備,外送員還是迷路了。此時距離你付款下單,已經過去了半個小時,外送員開始用手機呼叫餐廳門店,核對你的地址。手機內置的微型計算機發出特殊的無線信號,信號由附近幾座蜂窩基站的接收機接收。控制接收機的計算機互相協調,同時與外送員的手機交換信息,計算出信號從外送車傳遞到餐廳門店的最佳路徑,并根據每個接收機的信號強度和信道容量隨時調整傳送路徑。正是由于這種動態調整的計算機網絡機制,外送員與門店工作人員的通話非常順利,他發現自己之前把你的地址輸錯了。
五分鐘后,外送員來到你家門口,從保溫包里拿出披薩餅,敲響了你家的門。
揭秘計算機
你只要稍微審視一下現代世界中的任何活動,就會發現,在這背后起作用的計算機數量之眾,是你未曾想過的。計算機太不顯山露水,大多數人完全察覺不到它們的存在。計算機要是有感情,一定會覺得自己備受冷落。它們雖然不易察覺,但并不需要我們大費周章地穿上游獵裝、戴上雙筒望遠鏡去荒郊野外仔細尋找——只要把平日里習以為常的活動看得更深刻一點,就能找到計算機的身影。開燈時,屋子里之所以會亮堂起來,就是因為發電站的計算機在正確的時間里接通了正確的電流。打電話給朋友時,你激活了一個非比尋常的計算機網絡,網絡中的計算機互相交換信息,將你的聲音信號傳遞到朋友的耳中。看電視時,你看到的是計算機實時解碼的圖像信號,信號由計算機傳輸,并在計算機上以數字圖像的格式記錄下來。計算機是我們無形的助手,它們不事張揚,卻近乎面面俱到地服務于我們的衣食住行。
每每想到計算機科學給人帶來的巨大影響,我就不由得震驚不已。就在幾年前,只有像我這樣的計算機科學家才會談論一些涉及到電子郵件、網頁、磁盤分支、操作系統的艱澀術語。如今,我坐火車的時候,身邊無論是蹣跚學步的小毛孩,還是耄耋之年的老太太,都在使用這些術語——而且還用對了地方。八卦和時尚雜志如今已開始登載計算機相關的專題文章,這些雜志還可以在平板電腦上在線閱讀。曾經只有在計算實驗室里才會用到的技術,如今已像燎原的野火一般席卷全世界。試想,倘若類似的變革發生在生物學上,恐怕細胞膜、核糖體、細胞骨架這類復雜的術語都會出現在人們的日常用語中。
這20年可謂滄桑巨變。20年前,我在計算機實驗室里第一次看到了可視電話和3D 電視的樣機,如今它們的技術正成為消費產品的主流。20年前,第一代光學字符識別(OCR)程序還在艱難地讀取任何可能識別的字符,如今,15%的出版物已通過OCR技術實現數字化(這一比例還在增長),人們可以從5萬億單詞的浩瀚文海中即時搜索某個短語或單詞。
互聯網問世的情形,我還記憶猶新。第一次看網頁時,完全不懂這樣做的意義何在。要等十分鐘,網頁上才會顯示出文本和畫面來,何必呢?20年后,我家的電視已經聯網,可以播放電視公司提供的在線電影了。手機也可以上網,無論在哪里,都可以查找精確的衛星方位圖。我幾乎可以從任何國家在線購買任何產品,然后等著派件員送貨上門。很難預測在未來的20年里,人類將取得怎樣超乎尋常的成就。我的猜測是,未來技術的成本會更低,發展會更迅速,產生的變革會更震撼人心,這一切都將超乎人們的想象。
無論你做什么,都會有意無意地使用到某種類型的計算機,不管是為了工作還是休閑。計算機不僅實用,而且造價低廉,凡是你能想到的任何活動中都能找到它們的身影。但凡以計算機為中心的行業,在不久的將來都是預計增長最快的,只有醫療業的增速可以與之匹敵。增長最迅猛的幾個行業在幾十年前甚至還沒有問世,它們是:信息技術咨詢、互聯網托管和出版、有線和衛星電視節目、計算機系統設計、軟件出版。世界上財力最雄厚的富豪中,有很多從事的是計算機行業,這并不是巧合。當初又有誰能想見,計算機的銷量能超過石油、鋼鐵、糧食乃至時尚服飾呢?不管你的理想志趣如何,要想在現代世界取得成功,懂計算機是必不可少的條件(至少得知道如何高效使用計算機)。