《偉大的計(jì)算原理》“六脈神劍”認(rèn)識(shí)OpenHarmony技術(shù)路線過

文章轉(zhuǎn)發(fā)自51CTO 開源基礎(chǔ)軟件社區(qū) OpenHarmony成長(zhǎng)計(jì)劃啃論文俱樂部《偉大的計(jì)算原理》“六脈神劍”認(rèn)識(shí)OpenHarmony技術(shù)路線

1. 前言

這本由兩位美國海軍研究生院教授寫的《偉大的計(jì)算原理》深受國內(nèi)行業(yè)人士的喜歡。

《偉大的計(jì)算原理》一書將計(jì)算描述為一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，具有（跨越所有計(jì)算技術(shù)以及人工或自然的信息處理的）基本原理。例如操作系統(tǒng)OpenHarmony、人工智能框架MindSpore等都能被描述為計(jì)算。

該書的原理框架不是重新定義計(jì)算的核心知識(shí)，而是提供了一種看待所有計(jì)算領(lǐng)域并降低其表面復(fù)雜性的新方式。本書提供了一個(gè)面向整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)的普適性方法，采用關(guān)于計(jì)算重要原理的框架去提供一種有效的方式去分析特定技術(shù)所涉及的基本原理。這種框架也可以用來分析特定計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域背后的計(jì)算基本原理,在這些領(lǐng)域中，具有不同技術(shù)和工作背景的人之間相互配合解決該計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域中存在的問題。

本文力求以最短篇幅提煉《偉大的計(jì)算原理》一書介紹的認(rèn)識(shí)某項(xiàng)領(lǐng)域技術(shù)路線的方法，該方法對(duì)認(rèn)識(shí)OpenHarmony技術(shù)路線提供了一種思路，也對(duì)認(rèn)識(shí)其它領(lǐng)域的技術(shù)路線有一定參考意義。筆者將書中提到的“計(jì)算原理框架”形容為武功“六脈神劍”，則計(jì)算原理框架內(nèi)的計(jì)算原理分為六劍——通信（少澤劍） 、計(jì)算（少?zèng)_劍）、協(xié)作（關(guān)沖劍） 、記憶/存儲(chǔ)（中沖劍）、評(píng)估（商陽劍）和設(shè)計(jì)（少商劍）。

2. 計(jì)算原理

計(jì)算機(jī)科學(xué)與很多其他領(lǐng)域相互交叉。許多科學(xué)與工程領(lǐng)域都有計(jì)算分支，如計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、生物信息學(xué)、數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、計(jì)算社交網(wǎng)絡(luò)。

在商業(yè)領(lǐng)域，諸如“大數(shù)據(jù)”“云計(jì)算”“人工智能”等我們需要一種新的方法來刻畫計(jì)算，就像點(diǎn)贊收藏回復(fù)一鍵三連之于筆者文章，望遠(yuǎn)鏡之于天文學(xué)、顯微鏡之于生物學(xué)，該書強(qiáng)調(diào)了一點(diǎn)計(jì)算機(jī)是計(jì)算的工具，而非計(jì)算的研究對(duì)象。

本書的重要原理框架( great principles framework)就是這樣一種新的方法。它將計(jì)算原理分為6個(gè)類別：通信、計(jì)算、協(xié)作、記憶(存儲(chǔ))、評(píng)估和設(shè)計(jì)。

每一種計(jì)算領(lǐng)域都利用了這些類別的原理。這個(gè)框架是廣泛和全面的，覆蓋了計(jì)算的每個(gè)部分，包括算法、系統(tǒng)和設(shè)計(jì)。（每一類基本原理反映了對(duì)計(jì)算的一種視角，即觀察計(jì)算領(lǐng)域知識(shí)空間的一扇窗口。）多數(shù)計(jì)算技術(shù)都涉及到這六類基本原理。這些基本原理類別表現(xiàn)了人們對(duì)計(jì)算的某種認(rèn)知視角。這種劃分框架能一定程度上擴(kuò)展人們對(duì)計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)知。

同時(shí)，這六類基本原理也不是完全不相交的。例如，互聯(lián)網(wǎng)既可以從通信系統(tǒng)的角度理解，也可以從協(xié)作系統(tǒng)或記憶系統(tǒng)的角度理解。大多數(shù)計(jì)算技術(shù)都涉及對(duì)這6類基本原理的不同組合:每一類基本原理在這種組合中具有不同的權(quán)重，但每―類基本原理都確實(shí)存在。這些基本原理類別表現(xiàn)了人們對(duì)計(jì)算的某種認(rèn)知視角。

類型	關(guān)注點(diǎn)	示例
通信	信息在不同位置之間的可靠傳輸	最小長(zhǎng)度代碼，錯(cuò)誤修復(fù)代碼，文件壓縮，加密解密
計(jì)算	可計(jì)算性	問題計(jì)算復(fù)雜性的分類，不可計(jì)算問題的特點(diǎn)
記憶	信息的表示、存放與讀取	所有的存儲(chǔ)系統(tǒng)具有層級(jí)結(jié)構(gòu)。沒有任何一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同存儲(chǔ)信息的等時(shí)訪問。局部性原理：所有的計(jì)算都會(huì)密集訪問所依賴數(shù)據(jù)集中的一個(gè)子集。
協(xié)作	有效地利用多個(gè)自主的計(jì)算實(shí)體	使得所有參與者具有相同知識(shí)的協(xié)議，能夠消除不確定性結(jié)果的協(xié)議，或同步協(xié)議。選擇不確定性原理。
評(píng)估	度量系統(tǒng)是否表現(xiàn)出預(yù)期的計(jì)算行為	采用排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)時(shí)間。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試算法和系統(tǒng)。
設(shè)計(jì)	通過特定結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可靠性	復(fù)雜系統(tǒng)可以被分解為一組交互的模塊和虛擬機(jī)。模塊之間可以形成層級(jí)結(jié)構(gòu)。

3. 基本原理框架和面向應(yīng)用領(lǐng)域的框架正交

3.1 基本框架正交

一條基本原理可能會(huì)出現(xiàn)在多個(gè)領(lǐng)域中，而一個(gè)領(lǐng)域可能會(huì)依賴于多條基本原理。

被領(lǐng)域依賴的基本原理其演化速度遠(yuǎn)低于技術(shù)領(lǐng)域的演化速度。如果跟進(jìn)計(jì)算技術(shù)框架，會(huì)經(jīng)常無所適從，各種崩潰，但是如果把焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移放在對(duì)計(jì)算原理框架的理解上，會(huì)容易的多。

該門武林絕學(xué)就是建立在“對(duì)于學(xué)習(xí)者來說，理解計(jì)算原理框架比計(jì)算技術(shù)框架更容易”的認(rèn)識(shí)上。

雖然這兩種框架具有很大的差異性，但它們也存在緊密的關(guān)聯(lián)。為了更形象地感受到這種緊密關(guān)聯(lián)，我們可以想象一個(gè)二維矩陣每行代表一個(gè)領(lǐng)域，每列代表一類基本原理，所有的單元格則代表了特定方面的知識(shí)空間。

	基本原理框架
面向計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的框架		通信	計(jì)算	協(xié)作	記憶	評(píng)估	設(shè)計(jì)
	架構(gòu)
	互聯(lián)網(wǎng)
	信息安全			密鑰分配協(xié)議
	虛擬內(nèi)存
	數(shù)據(jù)庫
	編程語言
	……

3.2 以基本原理框架為錨點(diǎn)

可以以某一基本原理框架為錨點(diǎn)，羅列一個(gè)基本原理涉及的所有技術(shù)，即對(duì)應(yīng)于矩陣中的一列。

	基本原理框架
面向計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的框架		通信	計(jì)算	協(xié)作	記憶	評(píng)估	設(shè)計(jì)
	架構(gòu)			硬件握手協(xié)議
	互聯(lián)網(wǎng)			TCP/IP
	信息安全			密鑰分配協(xié)議
	虛擬內(nèi)存			缺頁中斷
	數(shù)據(jù)庫			缺頁中斷
	編程語言			信號(hào)監(jiān)視器
	……

3.3 以某技術(shù)領(lǐng)域?yàn)殄^點(diǎn)

也可以從一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域出發(fā)，以某一技術(shù)領(lǐng)域?yàn)殄^點(diǎn)，分析它涉及的基本原理，即對(duì)應(yīng)于矩陣中的一行。

	基本原理框架
面向計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的框架		通信	計(jì)算	協(xié)作	記憶	評(píng)估	設(shè)計(jì)
	架構(gòu)
	互聯(lián)網(wǎng)
	信息安全	保密、身份驗(yàn)證、加密系統(tǒng)等	哈希算法、形式驗(yàn)證化等	秘鑰分配，零知識(shí)證明，簽名協(xié)議等	錯(cuò)誤限制、多級(jí)安全存儲(chǔ)等	安全系統(tǒng)準(zhǔn)則等	端到端設(shè)計(jì)，虛擬機(jī)，最小特權(quán)等
	虛擬內(nèi)存
	數(shù)據(jù)庫
	編程語言
	……

對(duì)于初學(xué)者，理解計(jì)算原理框架遠(yuǎn)遠(yuǎn)比理解技術(shù)框架更容易，我們用原理框架去涵蓋一個(gè)計(jì)算領(lǐng)域的技術(shù)框架，我們就能很輕易地獲得該領(lǐng)域的全知視角。

4. 增加人、問題和新的基本原理因素

如果在此基礎(chǔ)上我們?cè)黾?個(gè)方面的關(guān)注點(diǎn)形成該領(lǐng)域的4個(gè)因素：

• 涉及哪些人;

• 關(guān)注什么問題;

• 涉及哪些計(jì)算基本原理;

• 如何為計(jì)算和所在領(lǐng)域帶來新的基本原理。

就可以涵蓋該領(lǐng)域更為廣闊的內(nèi)容。

我們?cè)倏匆幌掳踩睦樱?/span>

人	角色	網(wǎng)民，網(wǎng)絡(luò)工程師，企業(yè)等
內(nèi)容	問題，關(guān)注點(diǎn)	，存儲(chǔ)保護(hù)，文件保護(hù)，訪問控制，信息流，可信系統(tǒng)，加密通信等
	通信	保密，身份驗(yàn)證，加密系統(tǒng)等
	計(jì)算	哈希算法，形式驗(yàn)證化等
	記憶	錯(cuò)誤限制，多級(jí)安全存儲(chǔ)等
計(jì)算基本原理	協(xié)作	秘鑰分配，零知識(shí)證明，簽名協(xié)議等
	評(píng)估	安全系統(tǒng)準(zhǔn)則等
	設(shè)計(jì)	端到端設(shè)計(jì)，虛擬機(jī)，最小特權(quán)等
來源于其他領(lǐng)域的基本原理		信息安全實(shí)踐，取證規(guī)則，入侵檢測(cè)，生物特征等

5. 總結(jié)和展望

本文豈在建立一個(gè)可以作為我們分析任何計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域的一種模版化思維方法。希望該門武林秘籍關(guān)于基本計(jì)算原理的討論會(huì)讓各位開發(fā)者俠客們對(duì)“計(jì)算之道”有更為深入的理解和掌握。

“六脈神劍”構(gòu)建一個(gè)關(guān)于計(jì)算的全景視角（技術(shù)地圖），文章篇幅限制，并沒有敘述《偉大的計(jì)算原理》中的招式詳解，僅點(diǎn)到為止。而更深層次的知識(shí)則需要各位俠客自己不斷去發(fā)現(xiàn)，吸收，并將它們歸納起來去融入自己的血脈。

<本文完>

寫在最后

OpenHarmony 成長(zhǎng)計(jì)劃—“啃論文俱樂部”（以下簡(jiǎn)稱“啃論文俱樂部”）是在 2022年 1 月 11 日的一次日常活動(dòng)中誕生的。截至 3 月 31 日，啃論文俱樂部已有 87 名師生和企業(yè)導(dǎo)師參與，目前共有十二個(gè)技術(shù)方向并行探索，每個(gè)方向都有專業(yè)的技術(shù)老師帶領(lǐng)同學(xué)們通過啃綜述論文制定技術(shù)地圖，按“降龍十八掌”的學(xué)習(xí)方法編排技術(shù)開發(fā)內(nèi)容，并通過專業(yè)推廣培養(yǎng)高校開發(fā)者成為軟件技術(shù)學(xué)術(shù)級(jí)人才。

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3）企業(yè)/學(xué)校/老師/學(xué)生為什么要參與 & 啃論文俱樂部的運(yùn)營(yíng)辦法https://docs.qq.com/slide/DY2JkS2ZEb2FWckhq

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同學(xué)分享會(huì)No1.成長(zhǎng)計(jì)劃啃論文分享會(huì)紀(jì)要（2022/02/18）https://docs.qq.com/doc/DY2RZZmVNU2hTQlFY

同學(xué)分享會(huì)No.2 成長(zhǎng)計(jì)劃啃論文分享會(huì)紀(jì)要（2022/03/11）https://docs.qq.com/doc/DUkJ5c2NRd2FRZkhF

同學(xué)們分享會(huì)No.3 成長(zhǎng)計(jì)劃啃論文分享會(huì)紀(jì)要（2022/03/25）

https://docs.qq.com/doc/DUm5pUEF3ck1VcG92?u=4e311e072cbf4f93968e09c44294987d

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