第1章 计算机抽象及相关技术

1.1 引言

欢迎阅读本书！我们很高兴有机会来分享令人兴奋的计算机系统世界。这绝不是一个枯燥乏味、进步缓慢、新思想在忽视中凋零的领域。相反！计算机是难以置信而充满活力的信息技术产业的产物，其各类相关产品约占美国国民生产总值的10%。美国经济在某些方面已经与快速发展的信息技术密不可分。这个不同寻常的行业在以惊人的速度拥抱创新。在过去的40年中，已经出现了许多新型计算机，这些新型计算机的引入导致了计算产业的革命，而它们很快又被其他人建造的更好的计算机所取代。

人类文明因为那些我们不假思索即可完成的要务数量的增加而进步。

Alfred North Whitehead，数学导论，1911

自从20世纪40年代末电子计算机诞生以来，这场创新竞争已经带来了史无前例的进步。例如，如果运输行业能够和计算机行业保持同样的发展速度，那么如今我们花一分钱就可以在一秒内从纽约赶到伦敦。稍微思考一下这样的进步会如何改变社会——居住在南太平洋的塔希提岛，而工作在旧金山，晚上去莫斯科参加波修瓦芭蕾舞团的演出——你就能理解这种变革的意义了。

沿着农业革命、工业革命的发展方向，计算机促进了人类的第三次革命——信息革命。由此产生的人类智力的成倍增长自然而深刻地影响了人们的日常生活，甚至改变了人们寻求新知识的方式。现在有了一种新的科学探索方式，即计算科学家加入了理论与实验科学家的行列，共同探索天文学、生物学、化学和物理学等领域的前沿问题。

计算机革命仍在继续向前推进。每当计算成本降低为原来的1/10时，计算机的发展机遇就会成倍增长。原本出于经济因素而不可行的应用突然变得切实可行。例如在不久之前，下述各项应用还曾经只是“计算机科学幻想”。

• 车载计算机：直到20世纪80年代初微处理器的价格和性能得到显著改善之前，用计算机来控制汽车几乎是天方夜谭。如今，计算机可以通过控制汽车发动机降低污染、提高燃油效率，还能通过近乎自动的驾驶技术和气囊保护实现碰撞时对乘客的保护，从而增加汽车的安全性。

• 手机：谁曾预想到计算机系统的发展会导致全球半数以上的人口拥有移动电话，并让人们几乎可以与世界上任何地方的人进行交流？

• 人类基因组项目：以前用以匹配和分析人类DNA序列的计算机设备成本高达数亿美元。15～25年前，这个项目的计算机成本要高出10～100倍，那时，几乎没有人会考虑加入这个项目。目前，该项目的计算机成本仍然在持续下降，人们将很快就能够获得自己的基因组，从而量身定制医疗服务。

• 万维网：在本书第1版出版时，万维网还不存在，而现在万维网已经改变了我们的社会。对于很多人来说，网络已经取代了图书馆和报纸。

• 搜索引擎：随着万维网内容的规模和价值的增长，如何找到相关信息变得越来越重要。如今，很多人的生活都很大程度地依赖着搜索引擎，如果没有搜索引擎，生活可能会变得举步维艰。

显然，计算机技术的进步几乎影响着社会的方方面面。硬件的进步使得程序员能够创造出奇妙而有用的软件，进而证明了为什么计算机无所不在。现在的科学幻想往往预示着未来最具影响力的应用，例如，虚拟现实眼镜、无现金社会以及自动驾驶汽车都即将到来。