Computer Scientist Answers Computer Questions From Twitter

Summary

视频脚本由哈佛大学计算机科学教授David J. Malan主讲，他回答了关于搜索引擎速度、AI对编程工作的影响、微芯片工作原理、计算机科学教育内容、二进制编码的原因、Windows解决方案、操作系统选择、计算机价格趋势、云计算、计算机内存工作原理、Web3以及固件与软件之间区别的问题。教授以通俗易懂的方式解释了这些复杂的技术概念，旨在提高公众对计算机科学的认识和兴趣。

Takeaways

• 🌐 搜索引擎之所以能快速工作，是因为它们依赖于分布式计算，拥有遍布全球的成千上万的服务器。
• 🤖 人工智能不太可能在未来5到10年内取代计算机编程工作，而是会提高人类生产力。
• 💻 微芯片是电子设备的基础，它们可以解释信号、执行数学运算或存储信息。
• 🎓 计算机科学专业的学生在大学不仅仅学习编程，还包括数学、网络、图形学等更广泛的领域。
• 🌐 互联网建立在层层叠加的概念之上，从二进制数字出发，通过抽象层的构建实现信息的传输。
• 🔢 计算机使用二进制编码而非三进制，是因为二进制更易于实现，对潜在错误更鲁棒。
• 🔄 重启电脑是解决Windows系统中常见问题的一种直接方法，因为它能重置计算机状态。
• 🚀 最佳操作系统的选择取决于个人偏好和特定应用场景，没有绝对的“最佳”选项。
• 💰 计算机硬件趋于降价，但由于我们的期望值不断提高，价格并没有显著下降。
• ☁️ 云计算允许用户通过租用或时间共享的方式使用他人服务器，这是一种经济高效的资源使用方式。
• 🔌 计算机内存通过大量的开关（晶体管）来控制电流的通断，以此存储和表示数据。
• 🌐 Web3 旨在从中心化模式过渡到分布式模式，使用区块链等技术实现数据的分布式存储和集体所有权。
• 📂 固件是嵌入硬件中的软件，通常与硬件紧密相关，负责硬件的基本操作和功能。

Q & A

搜索引擎是如何快速工作的？

搜索引擎通过分布式计算实现快速工作。它们不仅仅拥有一个服务器，而是拥有成百上千甚至可能数十万个服务器遍布全球。当你在Google或Bing中输入关键词进行搜索时，这个关键词最终会在多个服务器之间分发，一些服务器负责抓取前10个结果，其他服务器负责接下来的结果，从而你看到的是一系列整合后的结果。这种分布式处理消除了如果所有信息都来自一个特定服务器可能造成的瓶颈。

未来5到10年内，人工智能会取代计算机编程工作吗？

不会。我们已经看到，早期人们手工编写HTML代码来创建网站，随后出现了像Dreamweaver这样的工具来辅助生成代码。现在，像Squarespace和Wix这样的网站允许用户通过点击生成网站。AI在某些领域是这种趋势的演进，它并没有使人类失业，而是提高了人类和AI的生产力。AI和自然语言编程的能力将增强我们逻辑上已经能做的事情，但以更机械的方式。此外，世界上有很多软件中的错误和人类希望在现有及未来的产品中拥有的功能，这个待办事项列表比我们一生中能完成的要长得多。因此，人工智能提高我们的生产力并与我们一起工作，意味着我们和世界可以共同解决更多问题，以更快的速度前进。

微芯片是如何工作的？

微芯片工作在所谓的逻辑板或主板上。主板上有许多端口，比如音频端口、网络端口、USB端口等。这些端口连接到主板上的多个芯片，这些芯片能够解释来自端口的信号。主板上最大的芯片通常是中央处理器（CPU），它是电脑的大脑。主板上有大量的线路，这些线路连接着各种微芯片。微芯片可能仅仅是解释来自端口的信号，或者执行数学运算处理信号以转换输入输出，或者最终存储信息。事实上，主板上有各种类型的存储器，比如RAM或ROM，一些芯片可能就是用来存储信息的。

如果任何人都可以学习编程，那么计算机科学家在大学四年里学什么？

在计算机科学或计算机工程等相关专业中，学生不仅仅学习编程，还会学习更多关于该领域的知识。他们可能会学习数学、网络、图形学等基础学科，这些知识超越了中学所学的范畴，可以用于解决更宏大的现实世界问题。他们可能会学习如何从数学和其他领域中提取思想，来实现自己的人工智能，使用概率和统计信息来预测智能个体或计算机可能的回答。因此，计算机科学是一个非常广泛的领域，编程只是学习过程中的一个工具。

为什么计算机使用二进制编码而不是三进制，难道三进制不是更快吗？

三进制系统并不一定比二进制系统更快，因为二进制使用零和一，实现起来更简单，也更健壮，更能抵抗潜在的错误。如果你熟悉电压水平，比如电池中的电压，计算机很容易区分零伏特或三伏特，但如果我们尝试在两者之间划线，计算机就有可能错误地将1.5伏特这样的中间电压水平判断为接近关闭或打开。尽管三进制在数学上可能有效率，但在现实世界中，由于我们的世界现在运行在电力上，二进制有如此多的动量，它往往是一个净正面效应。

为什么Windows的解决方案总是'你尝试过重启吗？'，为什么这总是有效？

这是一个非常直接的解决方案，用于解决软件中通常只是错误或失误的问题。重启计算机就是从头开始。计算机的所有短期记忆都会丢失，一切以程序员在微软预期的方式开始，没有可能的干扰，比如计算机进入了程序员没有预料到的奇怪状态或条件。

什么是最好的操作系统？

这是计算机领域中的一个宗教问题，因为它会引发关于哪个操作系统最好的宗教式的辩论。当然，最流行的操作系统包括Windows和macOS，但还有一个你可能没有听说过的操作系统，叫做Linux，它在企业界非常普遍。许多今天的服务器实际上运行Linux，而许多桌面或笔记本电脑则运行Windows或macOS。这并不是说有一个最好的操作系统，而是说人们使用的操作系统与他们的应用有关。因此，选择操作系统有时来自于最合适的、最受欢迎的、最支持的，但有时也来自于工程师的个人偏好。

为什么计算机没有变得更便宜？

计算机或至少计算机内部的部件确实变得更便宜了。问题在于，你和我的期望一直在上升。我们希望手机、笔记本电脑、台式电脑运行的软件越来越多，游戏越来越多，性能越来越快。因此，即使这些部件变得更便宜，你和我希望它们做得越来越多，速度越来越快，数量越来越大，结果就是价格并没有像你希望的那样下降。也就是说，现在你可以用过去的同样数量的钱获得更多的计算能力，这在某些情况下对我们是有利的。

云计算是什么，能像对五岁孩子那样解释吗？

云计算基本上就是你使用别人支付租金或时间共享的服务器。这不是一个新技术，而是多年来在计算机世界和现实世界中使用的一种技术的更好品牌。例如，像Google、Microsoft或Apple这样的公司现在可能能够负担得起大量服务器，然后将这些服务器部分提供给我、你和其他许多客户。

计算机内存是如何工作的？

可以把计算机内存想象成由一堆开关驱动的，这些开关可以打开或关闭。例如，如果我把这里的电灯开关关掉，我可以简单地说这个开关代表二进制中的数字零。但如果我打开开关，现在我可以说它代表数字一。当然，我只能用一个电灯开关从零数到一，但如果我再拿一个电灯开关过来，如果我们先这样设置为零，然后我现在更有创意地把这个关掉这个打开，现在声称这是计算机内存如何表示数字二。如果我把这个开关再打开，得到第四种模式，这就是我可能如何表示数字三。当然，如果我们增加越来越多的这些开关，越来越多的这些灯泡，我们可以数得比三更高。实际上，这就是计算机内存最终在做的事情。它使用大量小小的开关，也就是晶体管，来打开和关闭电流，然后它还有其他类型的硬件，比如电容器，它们有能力保持一些电力，就像灯泡亮着一样。

如何向人们解释Web3？

Web3、Web2和回顾性地Web1，实际上是描述互联网或我们所知的全球信息网的阶段的流行词。例如，早期的全球信息网，现在可能被称为Web版本1，信息主要是静态的。如果你在互联网上创建一个网站，你会输入你的代码，输入你的内容，把它放在某个服务器上，人们可以阅读这些信息，但是是你，网站开发者，或者你，网站所有者，为其他人创建这些内容来阅读和消费。在Web2中，世界在近年来变得更加动态，现在的网站往往有数据库，并且更加复杂，以至于今天网站中的大部分内容实际上来自我和你的用户。但在Web2中，一切都是非常集中的，无论是Twitter还是Facebook，现在Meta，或其他公司，所有来自我和你的数据，甚至在社交媒体世界中，实际上是存储在这些公司服务器上的。所以Web 3.0或Web3，可以说是潜在地从这种非常集中的模型转变为更分散的模型，其中你和我所创造的数据，以及我们所消费的数据，实际上是分布在多个服务器上，通过一种叫做区块链的技术，例如在某些情况下，没有数据的一个所有者，而是集体所有和因此验证数据确实来自我和你。

固件和软件之间有什么区别？

固件实际上是一种软件的同义词。固件只是软件，但它往往是内置在你的硬件中的软件。你可以简单地想象，在最简单的情况下，固件是完全集成到硬件中的软件，本身不能被改变或甚至升级。但这是一个有点过于简化的说法，因为即使是固件，在计算机中，在电话中，或其他设备中，通常也可以更新。为什么？因为固件是与硬件最接近的软件，在这个意义上，它可能是最重要的。如果固件出现问题，你可能甚至无法打开那个设备，无论是电话、计算机，还是甚至是现在的冰箱。