专题路线 · 12个精选节点

计算机发展史

一台计算机把任务的表达、指令的执行、信息的存储和消息的交换联系在一起。这条路线沿着十二项出版物、实验与系统,追问这些问题怎样逐渐发生联系,以及每项成果实际证明了什么。

从表达规则到执行程序

洛夫莱斯的附注让人们设想机器怎样按步骤执行运算。布尔研究推理怎样接受代数分析,图灵则把遵循规则的计算过程形式化,并揭示通用求解过程的边界。把三者放在一起,可以分开追问:任务怎样描述,什么算一个计算过程,以及针对某项任务是否存在这样的过程。这些出版物讨论相关的问题,各自的研究目标和论证范围仍有区别。

曼彻斯特Baby与FORTRAN把阅读带到指令和实际系统之间。Baby检验保存在电子存储器中的程序能否被机器执行;FORTRAN的编译系统则把数学表达式转成机器代码,并把运行效率作为重要目标。比较它们时,可以依次看指令存在哪里、人怎样表达计算任务、机器怎样执行。阅读一项历史成果,先判断它谈的是数学模型、程序语言,还是已经实现的系统,会更容易把握它的贡献。

器件、通信与学习分别解决什么问题

晶体管和集成电路的故事关注电子元件及其连接。香农的信息论研究消息怎样度量,以及在信道条件的限制下怎样可靠传输。ARPANET展示计算机之间如何交换数据包,万维网则关注人怎样在互联网上浏览相互链接的信息。这些问题处在不同层次:元件改进本身不会自动带来网络协议,传输可靠也不表示消息的内容真实或有意义。

反向传播与Transformer进一步提出模型怎样训练、怎样组织序列关系的问题。阅读1986年的论文时,要连同方法已有的前史;阅读2017年的论文时,要留意其中机器翻译实验的范围。让模型朝训练目标调整以后,仍需评价它的结果。这条路线以一篇精选架构论文收尾,许多计算机用途和研究方向还在路线之外。逻辑、程序设计、硬件与通信各自都有持续的价值,历史的发展也没有预先规定必须通向某一种人工智能。

这条路线的时间轴

  1. 1843年(译文与附注出版)

    洛夫莱斯阐释可编程机器的可能

    先分清可编程机器思想的出版与完整机器投入运行。附注让我们思考程序可以表达哪些运算,也要保留分析机设想周围的多人交流与贡献。

  2. 1854年(《思维规律的研究》出版)

    布尔用代数研究逻辑与概率

    观察推理怎样成为代数研究的对象。把布尔的数学工作与后来的数字逻辑改写、香农关于通信的另一项工作分别理解。

  3. 1936年(可计算数论文)

    图灵用抽象机器刻画可计算性

    追问什么是通用计算过程,以及为什么有些任务不存在这样的求解方法。读到丘奇的相关结果时,也能分清数学模型与电子计算机的制造。

  4. 1947年(点接触晶体管实验)

    点接触晶体管展示半导体放大信号的能力

    从形式规则转向能够放大信号的物理器件。区分点接触实验、后来的公开发布以及其他晶体管方案的继续发展。

  5. 1948年6月21日(首个程序运行)

    曼彻斯特Baby运行保存在电子存储器中的程序

    跟随程序进入电子存储器,再由机器执行。这个存储程序实验有明确的验证范围,理解范围比笼统争论谁是第一台计算机更有帮助。

  6. 1948年(论文分两部分发表)

    香农用数学刻画信息与通信的极限

    比较消息可靠传输与理解消息内容这两个问题。以概率结构度量的信息量,并不直接衡量真伪或意义。

  7. 1957年(编译系统交付用户)

    FORTRAN让数学表达式走向高效机器代码

    看程序语言与编译器怎样改变数值计算任务的表达方式。可使用的编译系统交付,是程序语言长期发展中的一个具体节点。

  8. 1958—1959年(实验电路与平面集成方案)

    集成电路把元件与连接汇入同一片半导体

    比较实验电路与后来的平面集成方案。保留各阶段和合作者的区别,才能看清在同一片材料上组织元件时,还要解决连接和制造问题。

  9. 1969年(早期节点联机)

    ARPANET把远程研究计算机接成分组交换网络

    跟随计算机通过分组交换建立联系,也看看早期通信怎样需要调试。把这个研究网络与后来整个互联网、万维网的发展分别理解。

  10. 1986年10月9日(《自然》论文发表)

    反向传播论文展示多层网络怎样学习内部表征

    把微积分的链式法则与多层网络权重的调整联系起来。这篇有影响的论述承接了已有方法的前史,不能把论文发表理解为全部方法的同时诞生。

  11. 1989—1991年(提案、实现与传播)

    万维网从超文本提案走向可用的浏览服务

    把关注点从计算机互联转向文档之间的链接和浏览。提案、实现和更广传播的不同阶段,说明万维网怎样发展为互联网之上的信息服务。

  12. 2017年6月12日(论文首版公开)

    Transformer用注意力机制组织序列模型

    观察注意力机制怎样被组织进序列模型,并在机器翻译中接受检验。把论文的结果与后来的聊天应用、注意力研究的前史以及通用智能的说法分别理解。

带着问题继续读

为什么把ARPANET和万维网分成两个节点?

它们让不同的问题显现出来。ARPANET的故事关注研究计算机的连接与数据包交换;万维网的故事关注互联网之上的链接信息、浏览器和服务器。分开阅读,可以保留网络研究、共同协议与信息服务发展的贡献,也避免把整个互联网压缩成一个诞生日。

应该怎样理解这些节点之间的联系?

可以用它们比较问题和依赖条件,不宜预设每一项成果都直接导致下一项。数学模型、电子实验、编译系统与学习架构各自说明不同的事情;器件变快不会消除图灵讨论的理论边界,Transformer论文也没有把人工智能确立为计算机发展的必然终点。

沿着专题读科学史

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