專題路線 · 12個精選節點

電腦發展史

一臺電腦把任務的表達、指令的執行、資訊的儲存和訊息的交換聯繫在一起。這條路線沿著十二項出版物、實驗與系統,追問這些問題怎樣逐漸發生聯繫,以及每項成果實際證明了什麼。

從表達規則到執行程式

洛夫萊斯的附註讓人們設想機器怎樣按步驟執行運算。布林研究推理怎樣接受代數分析,圖靈則把遵循規則的計算過程形式化,並揭示通用求解過程的邊界。把三者放在一起,可以分開追問:任務怎樣描述,什麼算一個計算過程,以及針對某項任務是否存在這樣的過程。這些出版物討論相關的問題,各自的研究目標和論證範圍仍有區別。

曼徹斯特Baby與FORTRAN把閱讀帶到指令和實際系統之間。Baby檢驗保存在電子記憶體中的程式能否被機器執行;FORTRAN的編譯系統則把數學表達式轉成機器碼,並把執行效率作為重要目標。比較它們時,可以依次看指令存在哪裡、人怎樣表達計算任務、機器怎樣執行。閱讀一項歷史成果,先判斷它談的是數學模型、程式語言,還是已經實現的系統,會更容易掌握它的貢獻。

元件、通訊與學習分別解決什麼問題

電晶體和積體電路的故事關注電子元件及其連接。夏農的資訊理論研究訊息怎樣度量,以及在通道條件的限制下怎樣可靠傳輸。ARPANET展示電腦之間如何交換封包,全球資訊網則關注人怎樣在網際網路上瀏覽相互連結的資訊。這些問題處在不同層次:元件改進本身不會自動帶來網路協定,傳輸可靠也不表示訊息的內容真實或有意義。

反向傳播與Transformer進一步提出模型怎樣訓練、怎樣組織序列關係的問題。閱讀1986年的論文時,要連同方法已有的前史;閱讀2017年的論文時,要留意其中機器翻譯實驗的範圍。讓模型朝訓練目標調整以後,仍需評估它的結果。這條路線以一篇精選架構論文收尾,許多電腦用途和研究方向還在路線之外。邏輯、程式設計、硬體與通訊各自都有持續的價值,歷史的發展也沒有預先規定必須通向某一種人工智慧。

這條路線的時間軸

  1. 1843年(譯文與附註出版)

    洛夫萊斯闡釋可程式設計機器的可能

    先分清可程式設計機器思想的出版與完整機器投入使用。附註讓我們思考程式可以表達哪些運算,也要保留分析機設想周圍的多人交流與貢獻。

  2. 1854年(《思維規律的研究》出版)

    布林用代數研究邏輯與機率

    觀察推理怎樣成為代數研究的對象。把布林的數學工作與後來的數位邏輯改寫、夏農關於通訊的另一項工作分別理解。

  3. 1936年(可計算數論文)

    圖靈用抽象機器刻畫可計算性

    追問什麼是通用計算過程,以及為什麼有些任務不存在這樣的求解方法。讀到丘奇的相關結果時,也能分清數學模型與電子式電腦的製造。

  4. 1947年(點接觸電晶體實驗)

    點接觸電晶體展示半導體放大訊號的能力

    從形式規則轉向能夠放大訊號的物理元件。區分點接觸實驗、後來的公開發佈以及其他電晶體方案的繼續發展。

  5. 1948年6月21日(首個程式執行)

    曼徹斯特Baby執行保存在電子記憶體中的程式

    跟隨程式進入電子記憶體,再由機器執行。這個儲存程式實驗有明確的驗證範圍,理解範圍比籠統爭論誰是第一臺電腦更有幫助。

  6. 1948年(論文分兩部分發表)

    夏農用數學刻畫資訊與通訊的極限

    比較訊息可靠傳輸與理解訊息內容這兩個問題。以機率結構度量的資訊量,並不直接衡量真偽或意義。

  7. 1957年(編譯系統交付使用者)

    FORTRAN讓數學表達式走向高效機器碼

    看程式語言與編譯器怎樣改變數值計算任務的表達方式。可使用的編譯系統交付,是程式語言長期發展中的一個具體節點。

  8. 1958—1959年(實驗電路與平面集成方案)

    積體電路把元件與連接匯入同一片半導體

    比較實驗電路與後來的平面積體方案。保留各階段和合作者的區別,才能看清在同一片材料上組織元件時,還要解決連接和製造問題。

  9. 1969年(早期節點聯機)

    ARPANET把遠端研究電腦接成封包交換網路

    跟隨電腦透過封包交換建立聯繫,也看看早期通訊怎樣需要除錯。把這個研究網路與後來整個網際網路、全球資訊網的發展分別理解。

  10. 1986年10月9日(《自然》論文發表)

    反向傳播論文展示多層網路怎樣學習內部表徵

    把微積分的連鎖律與多層網路權重的調整聯繫起來。這篇有影響的論述承接了已有方法的前史,不能把論文發表理解為全部方法的同時誕生。

  11. 1989—1991年(提案、實現與傳播)

    全球資訊網從超文字提案走向可用的瀏覽服務

    把關注點從電腦互聯轉向文件之間的連結和瀏覽。提案、實現和更廣傳播的不同階段,說明全球資訊網怎樣發展為網際網路之上的資訊服務。

  12. 2017年6月12日(論文首版公開)

    Transformer用注意力機制組織序列模型

    觀察注意力機制怎樣被組織進序列模型,並在機器翻譯中接受檢驗。把論文的結果與後來的聊天應用、注意力研究的前史以及通用智能的說法分別理解。

帶著問題繼續讀

為什麼把ARPANET和全球資訊網分成兩個節點?

它們讓不同的問題顯現出來。ARPANET的故事關注研究電腦的連接與封包交換;全球資訊網的故事關注網際網路之上的連結資訊、瀏覽器和伺服器。分開閱讀,可以保留網路研究、共同協定與資訊服務發展的貢獻,也避免把整個網際網路壓縮成一個誕生日。

應該怎樣理解這些節點之間的聯繫?

可以用它們比較問題和依賴條件,不宜預設每一項成果都直接導致下一項。數學模型、電子實驗、編譯系統與學習架構各自說明不同的事情;元件變快不會消除圖靈討論的理論邊界,Transformer論文也沒有把人工智慧確立為電腦發展的必然終點。

沿著專題讀科學史

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