文章轉發自51CTO 開源基礎軟件社區 OpenHarmony成長計劃啃論文俱樂部《偉大的計算原理》“六脈神劍”認識OpenHarmony技術路線

1. 前言

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

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

該書的原理框架不是重新定義計算的核心知識，而是提供了一種看待所有計算領域并降低其表面復雜性的新方式。本書提供了一個面向整個計算機科學的普適性方法，采用關于計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所涉及的基本原理。這種框架也可以用來分析特定計算應用領域背后的計算基本原理,在這些領域中，具有不同技術和工作背景的人之間相互配合解決該計算應用領域中存在的問題。

本文力求以最短篇幅提煉《偉大的計算原理》一書介紹的認識某項領域技術路線的方法，該方法對認識OpenHarmony技術路線提供了一種思路，也對認識其它領域的技術路線有一定參考意義。筆者將書中提到的“計算原理框架”形容為武功“六脈神劍”，則計算原理框架內的計算原理分為六劍——通信（少澤劍） 、計算（少沖劍）、協作（關沖劍） 、記憶/存儲（中沖劍）、評估（商陽劍）和設計（少商劍）。

2. 計算原理

計算機科學與很多其他領域相互交叉。許多科學與工程領域都有計算分支，如計算物理、計算化學、生物信息學、數字化產品設計與制造、計算社交網絡。

在商業領域，諸如“大數據”“云計算”“人工智能”等我們需要一種新的方法來刻畫計算，就像點贊收藏回復一鍵三連之于筆者文章，望遠鏡之于天文學、顯微鏡之于生物學，該書強調了一點計算機是計算的工具，而非計算的研究對象。

本書的重要原理框架( great principles framework)就是這樣一種新的方法。它將計算原理分為6個類別：通信、計算、協作、記憶(存儲)、評估和設計。

每一種計算領域都利用了這些類別的原理。這個框架是廣泛和全面的，覆蓋了計算的每個部分，包括算法、系統和設計。（每一類基本原理反映了對計算的一種視角，即觀察計算領域知識空間的一扇窗口。）多數計算技術都涉及到這六類基本原理。這些基本原理類別表現了人們對計算的某種認知視角。這種劃分框架能一定程度上擴展人們對計算本質的認知。

同時，這六類基本原理也不是完全不相交的。例如，互聯網既可以從通信系統的角度理解，也可以從協作系統或記憶系統的角度理解。大多數計算技術都涉及對這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重，但每―類基本原理都確實存在。這些基本原理類別表現了人們對計算的某種認知視角。

類型	關注點	示例
通信	信息在不同位置之間的可靠傳輸	最小長度代碼，錯誤修復代碼，文件壓縮，加密解密
計算	可計算性	問題計算復雜性的分類，不可計算問題的特點
記憶	信息的表示、存放與讀取	所有的存儲系統具有層級結構。沒有任何一個存儲系統能夠實現對不同存儲信息的等時訪問。局部性原理：所有的計算都會密集訪問所依賴數據集中的一個子集。
協作	有效地利用多個自主的計算實體	使得所有參與者具有相同知識的協議，能夠消除不確定性結果的協議，或同步協議。選擇不確定性原理。
評估	度量系統是否表現出預期的計算行為	采用排隊網絡模型預測系統的吞吐量和響應時間。設計實驗來測試算法和系統。
設計	通過特定結構的軟件系統實現可靠性	復雜系統可以被分解為一組交互的模塊和虛擬機。模塊之間可以形成層級結構。

3. 基本原理框架和面向應用領域的框架正交

3.1 基本框架正交

一條基本原理可能會出現在多個領域中，而一個領域可能會依賴于多條基本原理。

被領域依賴的基本原理其演化速度遠低于技術領域的演化速度。如果跟進計算技術框架，會經常無所適從，各種崩潰，但是如果把焦點轉移放在對計算原理框架的理解上，會容易的多。

該門武林絕學就是建立在“對于學習者來說，理解計算原理框架比計算技術框架更容易”的認識上。

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聯。為了更形象地感受到這種緊密關聯，我們可以想象一個二維矩陣每行代表一個領域，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空間。

	基本原理框架
面向計算應用領域的框架		通信	計算	協作	記憶	評估	設計
	架構
	互聯網
	信息安全			密鑰分配協議
	虛擬內存
	數據庫
	編程語言
	……

3.2 以基本原理框架為錨點

可以以某一基本原理框架為錨點，羅列一個基本原理涉及的所有技術，即對應于矩陣中的一列。

	基本原理框架
面向計算應用領域的框架		通信	計算	協作	記憶	評估	設計
	架構			硬件握手協議
	互聯網			TCP/IP
	信息安全			密鑰分配協議
	虛擬內存			缺頁中斷
	數據庫			缺頁中斷
	編程語言			信號監視器
	……

3.3 以某技術領域為錨點

也可以從一個技術領域出發，以某一技術領域為錨點，分析它涉及的基本原理，即對應于矩陣中的一行。

	基本原理框架
面向計算應用領域的框架		通信	計算	協作	記憶	評估	設計
	架構
	互聯網
	信息安全	保密、身份驗證、加密系統等	哈希算法、形式驗證化等	秘鑰分配，零知識證明，簽名協議等	錯誤限制、多級安全存儲等	安全系統準則等	端到端設計，虛擬機，最小特權等
	虛擬內存
	數據庫
	編程語言
	……

對于初學者，理解計算原理框架遠遠比理解技術框架更容易，我們用原理框架去涵蓋一個計算領域的技術框架，我們就能很輕易地獲得該領域的全知視角。

4. 增加人、問題和新的基本原理因素

如果在此基礎上我們增加3個方面的關注點形成該領域的4個因素：

• 涉及哪些人;

• 關注什么問題;

• 涉及哪些計算基本原理;

• 如何為計算和所在領域帶來新的基本原理。

就可以涵蓋該領域更為廣闊的內容。

我們再看一下安全的例子：

人	角色	網民，網絡工程師，企業等
內容	問題，關注點	，存儲保護，文件保護，訪問控制，信息流，可信系統，加密通信等
	通信	保密，身份驗證，加密系統等
	計算	哈希算法，形式驗證化等
	記憶	錯誤限制，多級安全存儲等
計算基本原理	協作	秘鑰分配，零知識證明，簽名協議等
	評估	安全系統準則等
	設計	端到端設計，虛擬機，最小特權等
來源于其他領域的基本原理		信息安全實踐，取證規則，入侵檢測，生物特征等

5. 總結和展望

本文豈在建立一個可以作為我們分析任何計算技術領域的一種模版化思維方法。希望該門武林秘籍關于基本計算原理的討論會讓各位開發者俠客們對“計算之道”有更為深入的理解和掌握。

“六脈神劍”構建一個關于計算的全景視角（技術地圖），文章篇幅限制，并沒有敘述《偉大的計算原理》中的招式詳解，僅點到為止。而更深層次的知識則需要各位俠客自己不斷去發現，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 成長計劃—“啃論文俱樂部”（以下簡稱“啃論文俱樂部”）是在 2022年 1 月 11 日的一次日常活動中誕生的。截至 3 月 31 日，啃論文俱樂部已有 87 名師生和企業導師參與，目前共有十二個技術方向并行探索，每個方向都有專業的技術老師帶領同學們通過啃綜述論文制定技術地圖，按“降龍十八掌”的學習方法編排技術開發內容，并通過專業推廣培養高校開發者成為軟件技術學術級人才。

啃論文俱樂部的宗旨是希望同學們在開源活動中得到軟件技術能力提升、得到技術寫作能力提升、得到講解技術能力提升。大學一年級新生〇門檻參與，已有俱樂部來自多所高校的大一同學寫出高居榜首的技術文章。

如今，搜索“啃論文”，人們不禁想到、而且看到的都是我們——OpenHarmony 成長計劃—“啃論文俱樂部”的產出。

OpenHarmony開源與開發者成長計劃—“啃論文俱樂部”學習資料合集

1）入門資料：啃論文可以有怎樣的體驗

https://docs.qq.com/slide/DY0RXWElBTVlHaXhi?u=4e311e072cbf4f93968e09c44294987d

2）操作辦法：怎么從啃論文到開源提交以及深度技術文章輸出https://docs.qq.com/slide/DY05kbGtsYVFmcUhU

3）企業/學校/老師/學生為什么要參與 & 啃論文俱樂部的運營辦法https://docs.qq.com/slide/DY2JkS2ZEb2FWckhq

4）往期啃論文俱樂部同學分享會精彩回顧：

同學分享會No1.成長計劃啃論文分享會紀要（2022/02/18）https://docs.qq.com/doc/DY2RZZmVNU2hTQlFY

同學分享會No.2 成長計劃啃論文分享會紀要（2022/03/11）https://docs.qq.com/doc/DUkJ5c2NRd2FRZkhF

同學們分享會No.3 成長計劃啃論文分享會紀要（2022/03/25）

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

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