随着半导体技术的发展,计算机成本、体积和能耗的不断下降,它已经变得几乎无所不在了。在互联网尤其是移动互联网兴起之后,计算机和我们的生活开始有机地结合,伴随我们左右,可以说是无时不在。而随着大数据、机器学习和计算机软件技术的发展,计算机已经变得越来越“聪明”,在人们看来似乎是无所不能的。计算机的未来可以用三个词来形容:无所不在、无时不在和无所不能。

一、无所不在的计算机

我想现在大部分人都会同意计算机无所不在的说法。但是,我这里要强调的是它所使用的场合要比一般人想像得还要多,而且它们控制着我们身边的一切。

30
年前的汽车不带任何处理器,但是今天出产的汽车,哪怕是最便宜的,也或多或少地由计算机控制它的各项功能,一辆高档的汽车(比如奔驰的E
系列或S
系列),大大小小的处理器多达上百个,因为任何一个小的功能都是由一个小的芯片控制。即使是那些生产了很多年的同一款工业产品,今天制造出的产品和几十年前的产品从本质上讲已经完全不同了。以波音747
大型客机为例,虽然这是20
世纪60年代末的产品,今天却还在不断地升级更新,其原因是今天的波音747
和1969年首飞的机型其实已经是两种不同的产品了。过去那些采用复杂的模拟电路和机械控制的装置早已经没有了,取而代之的是全部由电脑控制的部件,因此今天生产的波音747
客机要比20
年前的安全可靠得多。在过去的几十年里,计算机已经悄悄地将全球的工业乃至各行各业完全“数字化”了。从大往小看,国家的管理、城市的管理、大型工业企业的管理,几乎所有设备(汽车、飞机)的控制,一直到我们日常生活中的各种电器,比如电视机、电冰箱、洗衣机、空调、照相机和DVD
机功能的实现,其实都已经是通过计算机来完成,甚至就连小孩的电子玩具也不例外。

虽然在半个世纪前各行各业没有使用计算机时,人类照样生活,但是将各种控制的功能数字化,并且交给计算机去完成有很多好处。首先是计算机能实现过去看似复杂的控制逻辑,比如全自动洗衣机,如果想用机械的方法同时控制水量、转速、水温、漂洗次数、洗涤时间等各种组合,几乎是不可能的,而有了微处理器,这些控制简直就是“小菜一碟”。

那么在大型工业产品中这种优势更是明显。其次,数字化的东西可以降低成本,而机械的东西,甚至模拟电路的东西成本只会上升不会下降。靠着数字产品成本的不断下降,工业化国家的整体通货膨胀率在二战后才能一直控制得很好。第三,可以提高可靠性,任何系统的可靠性是和器件数量成反比的,比如每个器件的可靠性为6
个9,即99.9999%,如一个设备有10 个器件,可靠性就降低成5 个9
了,如果有100 个器件,则只剩下4 个9 的可靠性了。今天40
岁以上的人应该有这样的经验,过去的模拟电视机(尤其是分立器件的),用一段时间小毛病就越来越多,因为里面的器件太多。今天的数字电视,里面只有几个解码和图像显示的芯片(都是微处理器),你想等它坏了换一个更新更大的,它就是不坏。当然,比电视机可靠性更重要的是保证我们社会运转的各种产品和服务(比如国家的应急和指挥系统、电力系统、火车飞机和各种医疗仪器)的可靠性,虽然我们还不能说它们是百分之百地可靠,但是却比半个世纪前有本质的提高,这主要归功于数字电路和微处理器。在过去的30
年,全球经济发展的动力其实就是“数字化”,也就是计算机应用到各行各业,而这个过程也提供了全球GDP
增值的大部分。

当计算机以各种形式不断渗入到各行各业时,它不仅仅停留在降低成本、改进产品质量上,而是在不断地让原有的行业产生革命,甚至颠覆这些产业。人们不断惊讶地发现,自己使用多年的东西,忽然有了新的玩法,而这个新玩法就是计算机赋予的。

在通过计算机颠覆原有行业方面, 苹果公司堪称创新的典范。
苹果公司在1990年到2006
年较长的时间里,一直处于计算机行业的边缘。虽然从1996 年起, 乔布斯回到了
苹果公司并且将它办成世界上最赢利的公司之一,但是当时人们关注的焦点依然是微软和新崛起的
Google 的竞争,而不是 苹果公司。不过2007 年,
苹果公司再次成为了信息产业中最受关注的焦点,因为这一年它发布了一款新产品—
苹果手机 iPhone,这款当年销量只占全世界数量2%
的手机,在短时间内彻底改变了世界通信产业,也因此创造了 乔布斯的神话。

很多人,尤其是传统电信行业从业者,曾经怀疑
苹果能否在已经非常拥挤的手机市场站稳脚跟。诺基亚当时的首席战略家维尼奥克(Anssi
Vnjoki)曾经评论道,手机主要的功能是打电话,
苹果的手机界面做得再漂亮也成为不了主流。但是,
苹果公司不仅站稳了脚,而且和 Google
一起,将三星除外的全部传统手机制造商逼得几乎没有了活路。 苹果 iPhone
的销量从第一年(2007 年第三季度到2008年第四季度)的540
万部,猛增到2013—2014 年度的1.6 亿部,六年增长了30 倍(后来的
安卓手机增长速度更快)。而曾经占据手机市场份额四分之三的诺基亚和摩托罗拉,很快跌至不到10%了,最后不得不双双被出售了20。
苹果的这次成功说明了计算机在颠覆现有行业上几乎是无所不能—
它会以某种形态(比如手机)进入到一个行业中,然后以大家想象不到的速度占据这个行业中心,并将这个行业彻底改头换面。我们不妨以
苹果的
iPhone为例,看看电信这个巨大并在快速发展的行业是如何被计算机颠覆的。

在 iPhone
发布之前的很长时间里,电信行业和计算机行业基本上是井水不犯河水。手机业务原本是摩托罗拉和诺基亚这些通信设备公司的地盘,不关计算机公司的事情。早期的手机主要功能是通话,里面最重要的部分是数字信号处理器(其实也是一种特制的计算机),虽然手机内还有一个通用处理器管理手机的其他功能,但它不是很重要。那时手机的质量主要取决于数字信号处理器,当然这是通信公司和生产通信半导体的公司的特长。但是随着手机中那个通用的计算机芯片越做越快,它就逐步成了手机的主体,而数字信号处理器的重要性逐渐下降并最终由通用的计算机芯片替代了。这样,在某个时间点,计算机的某些功能,比如上网、查看邮件、玩游戏、听音乐、看视频等会超过通话功能成为手机的主要功能,智能手机就是这样出现的。

iPhone 并不是第一款智能手机,日本NTT 下属的移动电话公司Docomo早在1999
年就开始销售能够上网的智能手机,并且在两年里发展了4000
万个用户。不过早期的智能手机厂商,无论是日本的Docomo、加拿大的黑莓(Blackberry)、美国的微软或者欧洲的诺基亚,思维方式还没有摆脱以通信为主(电话、短信加电子邮件)的限制,而不是以计算机为主的思路。当时的智能手机虽然能上网或者玩游戏,但这些都是次要功能,而且用户体验相当差,因此这些手机与传统手机相比,优点并不明显。

但是,智能手机到了
乔布斯的手里,就完全不同了。它首先是一部便携的、可以随时上网的计算机而不是电话。
iPhone 诞生和普及之后,使用者不知不觉地做出了一个选择—
将过去在计算机上做的一些事情,比如上网看新闻、查看邮件和聊天,用手机来做了。继
苹果之后, Google 推出了开源的智能手机操作系统 安卓(
Android),让几乎全部的手机厂商停掉传统的手机业务,转向制造 iPhone
那样的触屏式智能手机。再接下来,这些智能手机改变了运营商的商业模式。由于打电话的功能被弱化,运营商的收入就从以话费为主转向以数据套餐为主,不过由于智能手机可以通过Wi-Fi
和计算机互联网相连,运营商的数据流量收入也受到挑战,迫使它们不得不再寻找新的商业模式。

诺基亚的手机业务于2013 年卖给了微软公司,摩托罗拉先是被Google
收购,然后又被转手卖给了联想,

智能手机在改变电信产业格局和用户习惯的同时,反过来也改变了计算机产业链。随着智能手机的普及(和
云计算的兴起),移动互联网逐步取代原来基于PC
的互联网,成为很多人获取信息的首选渠道,大家每天使用PC
的时间开始下降。2010年 苹果公司又推出了极具人气的触摸型 平板电脑
iPad。早期的 iPad 有一个9.7
英寸的显示屏,没有键盘,非常轻巧,大约一本200 页16
开书的大小和重量,可以通过触摸输入文字和指令来上网或使用各种应用软件,因此有人说它是一个放大了的
iPhone,但是它对PC 产业同样是具有颠覆性的。从功能上讲,小小的 iPad
可以在大多数时间替代人们对个人计算机的需求,却比台式计算机甚至笔记本电脑要便于携带,能在更多的场合使用。在
苹果之后,三星等很多厂商推出了基于 安卓操作系统的
平板电脑。这样,过去由微软和
英特尔控制的产业链也开始动摇了,因为这些手机既不用微软的 Windows,也不用
英特尔高性能但费电的处理器。从2010年起,自上个世纪70年代开始一直持续增长的PC
销量开始下降,这标志着一个旧的计算时代的终结,同时也是新的计算时代的开始。

透过智能手机的发展我们看到,当计算机的触角伸向社会生活的每一个领域时,这些领域甚至和它们相关的领域都被改变了。

二、无时不在的计算机

基于智能手机和
平板电脑的移动互联网,不仅将人和人的距离拉得更近,而且让人和计算机无时无刻不在一起。在PC
互联网时代,虚拟世界和现实世界是隔阂的,人一旦离开了电脑,其实就离开了互联网。因此人们的时间可以分为使用计算机和不使用计算机的时间。但是在移动互联网时代,人们总是挂在互联网上的,这时互联网和计算机不仅成为人们最常用的一种工具,而且成为人们日常生活的有机组成部分,我们除了睡觉时,很难分清什么时候不在使用计算机。

既然
苹果公司可以将计算机做到手机中,并且让计算机和人的生活有机地结合,那么是否能将计算机做得更小,并且成为人日常穿戴物甚至是身体的一部分呢?
2012年以后在IT 行业出现了一个很时髦的名词— 可穿戴式设备。 苹果公司和
Google
公司开发的智能手表,其实就是一种比手机更小的计算机。虽然它们叫作手表,看时间对它们来讲并不重要,其主要的功能是不断地测定身体的各种数据并且通过
云计算分析这些数据,最终达到改善生活的目的。例如,智能手表通过记录人的生活习惯(每天的运动量、24
小时的心电图、血压、血氧量,等等),不仅让每一个人了解自己的身体状况,同时也会在数据分析后,提示使用者按照更加健康的方式生活。这些大量的数据也将为医生做出更准确的判断提供依据,帮助保险公司优化整个医疗保险行业的经营,降低投保人的平均保费。如果说我们在睡觉时还可以离开智能手机,那么这个智能手表可能连睡觉时都是戴着的,因为它可以监测我们睡觉时的身体情况。

智能手表的出现,从表面上看,是计算机由台式到便携式再到移动终端(手

机和
平板电脑),最后到携带式不断小型化的过程,但更深层的意义在于计算机和人的结合越来越紧密了。

相比智能手表这些以收集和传输个人数据为主的可穿戴式设备,
Google眼镜将人和计算机结合得更紧密。这个只有50 克重的 Google
眼镜,成功地把计算机的绝大部分功能(显示屏、蓝牙、Wi-Fi、GPS、音箱、摄像头、麦克风、触摸板等)
集成在一起。使用者可以通过手指触摸、语音甚至是眨眼来操作这台特殊的计算机。作为一个联网的计算机,我们通常使用的功能它都有,比如上网看新闻、看视频、发短信、照相和录像,或者通过语音识别写笔记,等等。在不同的国家旅行时,它的翻译功能还可以帮助旅游者和当地人交流。通过
Google
眼镜,人们可以获得天涯近在咫尺的感觉,因为你可以在眼镜里,看到你远处的亲人朋友,以及周围的环境。

当然,如果它的功能仅仅局限于此,今天大部分智能手机也能够完成。但是Google
眼镜还可以在生活中扮演另一个角色,就是真正连接使用者自己、互联网,以及他人的媒介。
Google
眼镜可以记录人一生看到的所有一切,包括一个人自己可能都没有注意到的生活细节,按照今天的存储器成本计算,存储人一生所看到的世界的成本大约32
万美元(以人均寿命80 岁计算),但是按照
摩尔定律发展的速度预测,这个价钱今后可以降低几万美元。如果这件事能够做到,它就等于是扩充了我们的脑容量,让我们把以前可能会忘掉的事情全部记录下来,这件事情的影响力会超过1000
多年前人类开始的记日记的习惯。而且由于不需要再记忆一些琐碎的事情,或许我们的脑子可以想更多的问题。这不仅将彻底改变人的生活,而且会引发整个社会的变革,比如改变人与人之间的关系,改变司法制度,等等。当然,这些事情并非依靠
Google 一家公司就能够办到,而需要IT 行业的共同努力,这就是 Google
在眼镜产品还没有上市时就很早地公开其公

共接口API 的原因。

无论是简单便宜的智能手表,还是售价高达上千美元功能齐全的
Google眼镜,这些可穿戴计算机产品将成为人们生活中不可或缺的一部分,它对社会的影响更是不言而喻的,在计算的时代,计算机从无处不在慢慢发展到了无时不在。

计算机无时不在的结果,是让我们人类对它的依赖越来越大,我们的很多技能正在因此而丧失,而一些新的技能也在同时进化出来。过去我们能记得住很多电话号码,但是有了手机以后,我们甚至记不住自己的电话号码了。过去我们要学习认路,并且记住经常去的地方的路况,但是有了全球导航后,我们认路和记路的本事越来越差了。过去有经验的图书管理员或者书店的售货员,自己就有点像百科全书,他们可以帮助读者找到所要的资料或者图书,现在读者们更喜欢通过互联网找这些信息。过去摄影需要高超的技巧,摆弄照相机是一件技术活,现在几乎所有人都能照出高质量的照片,而对专业摄影者来说,比摆弄照相机更重要的是用软件对图像进行后期处理。这些例子非常多,我们就不一一列举了。美国著名作家尼古拉斯·卡尔(Nicholas
Carr)在《浅滩》(The
Shallows)一书中讲述了这样一个事实,当人们习惯于使用搜索引擎查找信息后,人脑中负责深层阅读部分的脑沟变浅,而负责快速浅层阅读部分的脑沟变深。这说明在我们不断改进计算机的同时,计算机也改变了我们。

三、无所不能的计算机

很多媒体讲 Google
眼镜是第一款成为身体一部分的计算机,如果它的性能可以按照
摩尔定律规定的速度进步,其摄像机的分辨率能在几年内超过人眼,并帮助占人口比例5%
的弱视患者21 看清楚远景以及夜景,这样Google
眼镜一类的产品就成为了人体的一部分。不过,我们在本章一开始介绍的那种(智能)心脏起搏器,其实已经是身体的一部分了。

科学家们正在开发更多这类与人体有关的可穿戴式设备。2014 年,
Google又宣布正在测试的原型隐形眼镜将有助于糖尿病人管理疾病。该设备使用无线芯片和微型葡萄糖传感器,通过眼泪测定葡萄糖。这远胜于刺手指的微创技术,或用粗针头嵌入患者胃部监测的方法,也将降低肾功能衰竭和失明的风险。可穿戴设备甚至可能帮助残疾人和重病患者享受原本只能奢望的生活。在以前,美国只有5%
的心脏病重症患者有机会通过心脏移植而重获生机。2013
年,约翰·霍普金斯大学开始试验一种人工心脏。该人工心脏是一个由计算机控制的泵,代替心脏进行血液循环,可以根据人的活动调节供血量。这是IT
技术和传统医学结合的典型案例。此类特殊的可穿戴设备还很多,虽然它们离实际应用尚有时日,但长期来看,这些可穿戴设备不仅可以拯救千百万人的生命,也能提高人类的生活质量。

计算机不仅能监控、修补甚至替代我们身体的器官,而且有可能替代人类完成很多需要高度智能才能完成的任务。随着计算机速度和内存容量的不断增加,计算机算法的不断改进,它变得越来越“聪明”22,并且最终将拥有智能。当然,怎样判断计算机是否具有了类似人类的智能,在学术界是一个有争议的问题。不少人认同计算机先驱
图灵对机器智能的定义。1950 年
图灵在《思想》(Mind)杂志上发表了一篇题为“计算的机器和智能”的论文。在论文中,
图灵并没有提出什么研究的方法,而是提出了一种来验证机器是否有智能的方法:让人和机器进行交流,如果人无法判断自己交流的对象是人还是机器,就说明这个机器有智能了。这种方法被后人称为
图灵测试(Turing Test)。如果计算机通过了
图灵测试,那么它就具有了类似人类的智能。

人们根据
图灵给出的这个定义给出了一些实例,比如在国际象棋中战胜人类,能够识别语音、翻译自然语言或者回答人类的问题,如果计算机做到了这些,就说明它们有类似人类的智能了。1997
年,IBM
的超级计算机“深蓝”在六番棋中战胜了当时的国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。这是计算机超越人类的一个里程碑。在接下来的近20
年里,计算技术在一个又一个智能问题上取得了突破,先是在语音识别上,然后是在机器翻译中。2014年,我带领
Google
的一些科学家和工程师部分地解决了计算机自动回答人类提问的难题,比如计算机可以回答“天为什么是蓝色的”或者“海水为什么是咸的”这种相当难的问题。根据
图灵的标准,现在的计算机已经有了智能。如果按这个趋势发展下去,计算机将越来越多地完成原本只有人类才能做到的事情,并且将变得无所不能。

计算机变得越来越强大,这也让一些社会学家和经济学家开始担心。2011年,麻省理工学院的两位学者
布林约尔松(Erik Brynjolfsson)和迈克菲(Andrew
McAfee)出版了《与机器赛跑》23
一书,书中列举了许多事例说明计算机将在未来全方位地超越人类,比如驾驶汽车、处理法律文件,甚至通过医疗图像识别疾病,等等。他们担心未来计算机将抢走人类的饭碗,以致造成社会的分化。当然,我并不同意他们的结论,因为在我看来,计算机越来越聪明可以解放人类,让人类享受科技进步的成功,并不会因为社会上必须由人来完成的工作越来越少而加剧失业。在《文明之光》的前两册中,我们两次提到了美国开国元勋亚当斯的那句话:“我必须学习政治和战争,这样我的孩子才有可能学习数学和(自然)哲学,以及地理、自然历史,等等。然后给我的孙子创造学习绘画、诗歌、音乐、建筑、编织女红和瓷艺的机会。”这句话换一个说法,或许对我们这一代人,以及今后的几代人会适用—
我们必须让机器“聪明”起来,这样才能给我们的后代,然后给我们的孙辈们创造学习绘画、诗歌、音乐、建筑、编织女红和瓷艺的机会。无所不能的计算机给人类带来的将是人的进一步解放,就如同历史上很多技术所产生的效果一样。

计算机的出现在人类文明史上的作用,堪比几万年前工具在人类进化和文明中所起的作用。如果说工具是人类手脚的延伸,那么计算机就是人脑的延伸。有了工具,我们的祖先才开始了文明的进程,人类的寿命也从十几岁提高到现在的80
岁。而计算机的诞生,导致了后来的信息革命,才有了过去60
多年的全球经济和社会的飞速发展,以及今天人类的繁荣和进步。美国著名的发明家和未来学家雷·库兹韦尔(Ray
Kurzweil)曾多次讲,随着技术变革的不断加速,在人类必然进化过程中的下一步是与机器的结合。或许人和机器会实现真正的现实与虚拟的融合,两者没有明确的区分。在实际意义上,人的衰老和疾病将得到扭转,污染将被停止,世界饥饿和贫穷将被解决,并最终甚至把死亡变成可溶性的问题。在计算的时代,这一切皆为可能。

计算机大事记

公元前2 世纪,中国人发明了实用的算盘,并且在世界上使用了两千多年

1642 年,帕斯卡发明机械计算器

1703 年,莱布尼兹发明二进制

1854 年,布尔发表关于布尔代数的论文

1936 年,图灵提出抽象的计算机— 图灵机的概念

1938 年,楚泽制造出世界上第一台可编程的计算机

1941 年,楚泽实现了第一台与图灵机等效的计算机

1945 年,冯·诺伊曼提出冯·诺伊曼系统结构

1946 年,第一台电子计算机ENIACENIAC诞生

1947 年,贝尔实验室的 肖克利发明 晶体管

1951 年,埃克特- 莫奇利公司推出了世界上第一台商用电子计算机 UNIVAC
I1957 年, “ 八叛徒”成立 仙童公司,这成为了所有半导体公司的鼻祖

1958-1959 年,德州仪器公司的基尔比和 仙童公司的 诺伊斯发明 集成电路

1964 年, IBM 推出IBM System/360 大型机系统

1968 年, 英特尔公司成立

1974年, 施乐公司发明基于图形界面的操作系统,这成为今天各种
苹果、微软和太阳(已被Oracle 收购)诸多操作系统的原型

1976 年, 乔布斯、沃兹尼克和韦恩研制出Apple I( 苹果-I
型)个人电脑,第二年他们成立了 苹果公司

1978 年, 英特尔公司推出8086 微处理器,这成为了后来 IBM-PC 的处理器,
英特尔公司从此开始占领全世界微处理器市场

1984 年,苹果公司推出基于图形界面的
麦金托什(Macintosh)计算机,今天这一系列的计算机简称Mac

1990 年,微软公司推出 Windows
3.0,从此基于视窗的操作系统占领了全世界PC 市场

2007 年,苹果公司推出
iPhone,这是第一款将计算机和手机功能完美结合的电子产品,第二年 Google
推出 Android 操作系统,并且在之后的几年里主导了全球智能手机的市场

2010 年, 苹果推出 iPad 平板电脑,以其便携性和易用性迅速抢占了PC
市场的大量份额

2012 年,可穿戴式计算机 Google 眼镜诞生

2014 年, Google 智能手表上市

本文出自吴军的《文明之光》(第三册)

计算机科学家吴军博士继创作《浪潮之巅》、《数学之美》之后,将视角拉回到人类文明史,以他敏锐的眼光从对人类文明产生了重大影响却在过去被忽略的历史故事里,选择了有意思的几十个片段特写,有机地展现了一幅人类文明发展的画卷。

作者所选的创作素材来自于十几年来在世界各地的所见所闻,对其内容都有着深刻的体会和认识。《文明之光》系列第三册每个章节依然相对独立,书中全景式地展现了人类文明发展历程中的多样性。内容涉及音乐、美术、计算机、互联网、金融、硅谷对世界科技发展的启迪、微粒子和宇宙天文学、环境保护八个专题。

吴军博士的《文明之光》系列,为读者全面了解人类文明史中那些绚烂多彩的璀璨文明,提供了一个崭新的视角。

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