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兒童暑期閱讀_三四五

普林斯頓最熱門的電腦通識課:數位時代人人必懂的資訊基礎 × 最新應用

Understanding the Digital World: What You Need to Know about Computers, the Internet, Privacy, and Security 2e

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內容簡介

世界頂尖電腦科學家,帶你看懂科技趨勢
未來人才一定要懂的電腦入門,普林斯頓開課了!
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★探討電腦硬體、軟體及網路如何運作的第一本書
★新課綱科技資訊、師生共讀的最好參考書
 
  本書是谷歌最知名的發明家對我們現在所處的世界最清晰、最簡單的解釋——電腦如何運作,以及為什麼會這樣。地球上每個人都需要讀。 ——艾力克.施密特,Google前CEO

  不論你從事什麼工作、教育背景,甚至年齡層,在這個數位世界,我們的生活已受到電腦、網路無孔不入的影響。電腦無處不在,有些明顯可見,例如筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機…但大多數是我們看不到的,例如在家電、車子、醫療器材、運輸系統、電力網及武器裡頭。

  電腦也靜悄悄地收集、分享、甚至洩漏我們的個人資料,政府及企業可能使用電腦來監視我們的所作所為,社交網路及廣告商對我們的了解遠多過我們自己,犯罪者太容易取得我們的資料。我們真的了解電腦的力量嗎?

  縱然人人都該了解電腦,但普羅大眾恐怕所知不多。

  從1999年開始,出身貝爾實驗室、參與UNIX開發的布萊恩‧柯尼罕在普林斯頓大學開設了一門「我們世界中的電腦」課程(COS 109:Computers in Our World),這門課是向非電腦專業的學生介紹電腦基本常識的,多年來大獲好評。除了講解電腦理論知識,還有相應的實作課——學生可以試著用流行的程式設計語言寫幾行代碼,一起討論蘋果、谷歌和微軟的技術如何滲透日常生活的每個角落。本書就是以這門課程的講義為主要內容重新編寫而成。

  ★你可以學到重要的基礎知識:
  ●硬體:電腦裡頭有什麼,如何運作,是如何建造出來的?它如何儲存及處理資訊?
  ●軟體:我們能夠用電腦來運算什麼,運算速度有多快?編程是什麼,我們如何告訴電腦去做什麼?
  ●通訊:網際網路與全球資訊網如何運作,其中涉及了什麼風險,尤其是隱私及資安?
  ●資料:人工智慧、機器學習等分析及利用龐大資料的領域突飛猛進,我們如何限制在不知情之下提供資料?

  ★AI、5G、區塊鏈……日新月異的科技趨勢,你也能看得懂、跟得上:
  ●無處不在的應用程式(app)

  執行某種特殊應用目的所撰寫的程式或軟體系統,例如用Word 製作文件,用Excel 管理個人財務,用iPhoto 編輯相片。
 
  ●搜尋引擎是怎麼辦到的?

  使用網路爬蟲(web crawler)掃描網頁,把切要內容儲存於儲存及整理於伺服器,以便能夠快速回應後續的查詢。
 
  ●雲端運算的「雲端」在哪裡?
  沒有特定的實體位置的網際網路被比喻為「雲」,雲端運算是個人及公司把資料儲存於亞馬遜、谷歌、微軟等公司的伺服器裡,由伺服器執行運算。
 
  ●深度學習(deep learning)的廣泛應用
  深度學習使用相似人腦神經網路的運算模型,電腦視覺找出特徵上特別成功,例如人臉及指紋辨識、解讀地形等。
 
  若你跟多數人一樣,其實不甚了解這數位世界的根本與牽涉層面,那麼,你應該閱讀本書,讓普林斯頓大學最熱門的電腦科學與數位世界入門課程教授帶領你進入這世界,你將不再是「電腦盲」或「數位盲」。
 
本書特色

  1.普林斯頓最熱門的電腦課,人人都能讀懂

  出身貝爾實驗室的C語言先驅、堪稱業界大神的布萊恩‧柯尼罕帶領非資訊相關系所學生入門,採相對平易的比喻方式說明,循序漸進引導,容易消化吸收,

  2.資訊時代必修的電腦基礎知識大補帖
  日新月異的資訊科技改變了你我的生活,也改變了學習、工作、投資方向,電腦知識至關重要,進入門檻卻高。本書針對非專業背景者而寫,無論是一般大眾、職場工作者或應考者,都可作為趕上科技趨勢、補修資訊知識的最佳入門書。

  3.架構完整、資訊最新,適合教學或自學
  內容涵蓋計算機概論必學的基礎與應用,更補充許多數位新科技,如加密貨幣、區塊鏈、深度學習、資訊安全問題……,包括學校授課、讀書會或自學都好用。
 
專業推薦

  艾力克.施密特(Google前CEO)
  葛如鈞(國立臺灣大學網路與多媒體研究所兼任助理教授)
  哈利.路易士(哈佛大學電腦科學教授、前哈佛學院院長)
  約翰.麥考米克(狄金森學院電腦科學教授)
  布萊恩.瑞斯派斯(柏根縣立高中電腦科學教師)
  史帝夫.曼斯菲爾德—戴文(《網路安全》期刊編輯)

  「本書是谷歌最知名的發明家對我們現在所處的世界最清晰、最簡單的解釋——電腦如何運作,以及為什麼會這樣。地球上每個人都需要讀。」 ——艾力克.施密特(Google前CEO)

  「如果說上個世代必讀的書是大英百科全書,那麼這個世代必讀的書也許就是這本普林斯頓電腦入門課。當我們懂了電腦,那麼全宇宙的知識都在我們的手掌中。」——葛如鈞(國立臺灣大學 網路與多媒體研究所 兼任助理教授)

  「本書揭開電腦與網路的神秘面紗,人人都能從中學到東西。柯尼罕以友善、易讀易懂的文風,把機器內部的運作和數位世界的平日新聞與發展連結起來。」――哈利.路易士(哈佛大學電腦科學教授、前哈佛學院院長)

  「柯尼罕作為一名電腦科學家,具有明星級的信譽,但本書展現的是對現代世界中的科技境況的人道主義關切……。本書非常接地氣地解釋電腦運算的根本知識,以及電腦科技與我們的生活如何互動,這些知識將很長期地切要。」――史帝夫.曼斯菲爾德—戴文(《網路安全》期刊編輯)

  「本書為普羅大眾提供電腦與電子通訊的綜覽,平順流暢地探討一個又一個主題,不論什麼背景的讀者都會覺得易讀易懂。」――布萊恩.瑞斯派斯(柏根縣立高中電腦科學教師)
 

作者介紹

作者簡介

布萊恩‧柯尼罕Brian W. Kernighan


  加拿大籍世界頂尖電腦科學家,普林斯頓大學電腦科學系教授,曾服務於貝爾實驗室,參與UNIX系統的早期開發,UNIX這個名稱也是他首先提出的。柯尼罕也是數學程式語言AMPL以及編程及資料操作語言AWK的共同創造者,他和C程式語言創造者丹尼斯.里奇(Dennis MacAlistair Ritchie)合著了第一本有關於C程式語言的著作《C程式設計語言》(The C Programming Language),也協助開發過許多程式語言及軟體工具。

  柯尼罕擁有多倫多大學工程物理學學士學位,以及普林斯頓大學電機工程博士學位,並從2000年任教該校電腦科學系暨大學部系主任至今,他每年秋季為非電腦科學主修學生開設的「我們的世界裡的電腦」(Computers in Our World)課程被譽為普林斯頓大學最熱門的電腦與數位世界入門課。因為對電腦軟體及程式語言的卓著貢獻,他在2002年獲選為美國國家工程學院(National Academy of Engineering)院士,2019年獲選為美國人文與科學學院(American Academy of Arts and Sciences)院士。

譯者簡介

李芳齡


  譯作超過百本,包括近期的《領導者的數位轉型》、《AI行銷學》、《以少創多》、《貝佐斯寫給股東的信》、《關於工作的9大謊言》、《小規模是趨勢》、《複利效應》、《專案管理革命》、《金錢心理學》、《心態致勝》、《機器、平台、群眾》、《區塊鏈革命》。
 

目錄


致謝
前言
 
第一部∥硬體
第一章∣電腦是什麼?
第二章∣位元,位元組,以及資訊的表述法
第三章∣探索處理器
第一部∣總結
 
第二部∥軟體
第四章∣演算法
第五章∣編程及程式語言
第六章∣軟體系統
第七章∣學習如何編程
第二部∣總結
 
第三部∥通訊
第八章∣網路
第九章∣網際網路
第十章∣全球資訊網
第三部∣總結
 
第四部∥資料

第十一章∣資料與資訊
第十二章∣人工智慧與機器學習
第十三章∣隱私與資安
第十四章∣接下來呢?
第四部∣總結
 
註釋
詞彙表

 
 

作者序

  自1999年起,幾乎每一個秋季,我都在普林斯頓大學開一門課:「我們的世界裡的電腦(Computers in Our World)」,這課程名稱含糊得令我覺得不好意思,但是,這是我在當年的某天,我必須在不到五分鐘內想出來的一個名稱,一旦決定了,改名就變得很難了改變。不過,教這門課是成為我在非常享受的大學教書工作中最有趣的一件事。

  開這門課是基於我的一個觀察。我們的世界裡,電腦及電腦運算無所不在,一些電腦運算非常明顯可見――現在,每個學生都有一台遠比IBM 7094主機型電腦還要強大的筆記型電腦,我於1964年就讀我還是普林斯頓大學研究生所時,一台服務整個校園的IBM 7094主機型電腦得花數百萬美元購買,體積佔據一個大空調房間。現在,每個學生都有一支手機,其電腦運算力遠超過也遠比那古董的IBM 7094還要強大。現在,每個學生都能高速連結網際網路,全球人口中有一大部分也能高速連網,人人都在線上搜尋與購物,使用電子郵件、簡訊、及社交網路來和親友保持聯絡。

  但這只是電腦運算這座大冰山浮現出來的一部分一角分,冰山的絕大部分還隱藏於表面之下。我們看不到、通常也不會想到隱藏於家電、車子、飛機、以及無數我們視為理所當然的電子器材――智慧型電視機、恆溫器、門鈴、語音辨識系統、健身追蹤器、耳機、玩具、遊戲等等――內部的電腦。我們也不太會去思考種種基礎設施對電腦運算的倚賴程度,包括電視網、有線電視、空中交通控管管制、電力網、銀行與金融服務等等。

  多數人將不會直接涉及這類系統的建造工作,但人人都受到它們的顯著影響,有些人將必須作出與它們有關的重要決策。一個受過教育的人起碼得知道電腦運算的基本原理:電腦能做什麼,以及如何做;電腦完全無法做不到什麼,以及哪些部分只是因為目前還太難以做到;電腦與電腦之間如何溝通交談,以及它們彼此溝通交談時會發生什麼;電腦運算與通訊影響我們周遭世界的許多方式。

  電腦運算的無所不在與無孔不入,以我們意想不到的方式影響我們。雖然,我們不時被提醒,監視系統愈來愈多,我們的隱私被侵犯以及我們的身份被盜用的危險與日俱增愈來愈嚴重,但我們可能還不並未確實了解電腦運算及通訊導致的這類脆弱性的程度。

  美國國安局外包技術員愛德華.史諾登(Edward Snowden)在2013年6月向一些新聞記者提供5萬份文件,揭露美國國安局經常性地監聽與收集近乎世上所有人的電子通訊(電話、簡訊、與網際網路使用),但主要對象是生活在美國、對自己國家的安全不構成威脅的美國公民。史諾登揭露的文件顯示,其他國家也監聽及窺探它們的人民。或許,最令人驚訝的是,過了起初的義憤填膺之後,一切又回歸平常,政府監聽與窺探的情形愈來愈多,但人民順從或不以為意地接受。

  企業也在線上及實體世界追蹤和監視我們,許多公司的事業模式基礎是收集龐大資料,使用這些資料來預測與影響我們的行為。龐大的資料供輸已經促成了語音理解、電腦視覺、及語言翻譯等領域的大進展,但這是以犧牲我們的隱私為代價,使人人們變得更加難以匿名。

  各種類型的駭客已經變得很老練於攻擊資料庫,現在幾乎天天都上演企業及政府機構遭到電子入侵的戲碼;大量的顧客及員工資訊遭竊,這些被盜的資訊往往被用於欺詐及身份盜用。個人受到攻擊的情形也相當普遍,在以往,你只要不理會謊稱為奈及利亞皇族發出的電子郵件,就能免於網路線上詐騙;但現在,針對性攻擊遠遠更狡猾,已經成為企業電腦系統遭到入侵的最常見手法之一。

  臉書(Facebook)、映思(Instagram)、推特(Twitter)、銳遞(Reddit)等等之類的社交媒體網站已經改變了人們的互動方式,有時候,這是正面的改變――與親友保持聯繫,觀看新聞,種種娛樂等等。這些有時產生正面影響,例如,2020年中,警察殘暴執法的影片被人們病毒式傳播,使「黑人的命也是命」(Black Lives Matter)運動引起大家的關注。

  但是,社交媒體也造成了相當多的負面作用。種族主義份子、仇恨團體、陰謀理論者、以及其他瘋狂人士,不論他們的理念或政治立場為何,他們總是能夠輕易地在網際網路上找到彼此,協調合作,擴大他們的影響作用。在呼籲或尋求節制線上內容時,言論自由的主張和技術性挑戰等棘手問題導致難以減少敵意與荒謬言論的散播居高不下。

  在透過網際網路而完全緊密相連連結的世界,司法管轄權也是難題。歐盟自2018年開始實行一般資料保護規範(General Data Protection Regulation,簡稱GDPR),讓歐盟國家居民控管他們的個人資料的收集與使用,防止公司在歐盟以外地區傳送或儲存這類資料。但是,GDPR是否有效改善了個人隱私,尚不明確,當然,這些規範只適用歐盟國家,世界其他地區的情況有所不同。

  雲端運算的被快速採用,增添了另一層使情況更為複雜性。雲端運算係指個人及公司把他們的資料儲存於亞馬遜、谷歌、及微軟之類公司擁有的伺服器裡,並由那些伺服器執行運算,也就是說,資料不再由其所有權人直接保管,而是由第三方保管,這些第三方的議程、責任、及脆弱性不同於資料所有權人,可能面臨利害衝突的管轄權要求。

  種種器材與網際網路連結的「物聯網」(Internet of Things,簡稱IoT)正在快速成長中,手機當然是個明顯的例子,還有車輛、保全攝影機、家用電器與控制系統、醫療器材、以及大量的基礎設施如空中交通控管管制及電力網等等。這種萬物與網際網路連結的趨勢將持續發展,因為與網路連結的益處太動人了令人無法抗拒,但是,這也涉及了重大風險,因為這些器材可不是純粹娛樂我們,一些這類器材控管了生死系統,它們的安全性往往遠比較早而較成熟的系統更為脆弱。

  能夠有效防禦這一切的方法並不多,密碼術是其中之一,它提供了保護通訊及資料儲存的隱私性與安全性的手段。不幸的是,強大的密碼術(cryptography)持續遭到攻擊,政府並不喜歡讓個人、公司、或恐怖份子有真正的、百分之百的私密通訊,因此經常呼籲在密碼演算法中留有後門(backdoor),讓政府機構可以在必要時破解加密,當然,前提是以在「有適當防護」及「為了國家安全著想」之下為前提。但是,不論意圖多良善,這都是糟糕的概念壞主意。縱使你相信政府將總是守規矩展現高尚行為,私密資訊絕對不會外洩(儘管史諾登揭露的文件證明,我們不該相信這點),你仍然應該考慮使用起碼程度的密碼術,避免敵人、朋友、及壞傢伙使用你的私密資訊。

  普羅大眾――例如上我的課程的學生,或一般受過教育的人,不論他們的背景為何,受過什麼訓練,都必須關切一些問題與議題。

  我的課程的學生並不是主修工程、物理、或數學之類科技性質學科的學生,他們可能主修英語、政治、歷史、古典主義、經濟、音樂、藝術等等人文科學及社會科學,上完這課程,他們應該能夠閱讀懂與了解有關於電腦運算的新聞報導文章,從中學到更多,或許還能看出其中可能不正確精確的論述。就更廣泛廣面而言,我希望我的學生及讀者能夠對科技抱持理智的懷疑,知道科技通常是個好東西,但不是萬靈藥靈丹;反過來說,科技有時雖帶來不好的影響,但它不是一個全然的惡魔十惡不赦。

  物理學家理查.穆勒(Richard Muller)在其優異著作《給未來總統的物理課》(Physics for Future Presidents)中嘗試解釋領導人必須應付的核子威脅、恐怖份子、能源、全球暖化等等重要課題所涉及的科技背景,非不立志於當總統、但有見識的公民也應該對這些主題有起碼程度的了解。穆勒使用的這種教育方法為我想達到的目的提供了一個很好的比喻:「給未來總統的電腦運算課」。

  一個未來的總統應該對電腦運算有什麼了解呢?一個有見識的公民應該對電腦運算有什麼了解呢?你應該對電腦運算有什麼了解呢?我認為,有四個核心技術領域:硬體,軟體,通訊,及資料。

  硬體是有形的部分:我們可以看到及觸摸到、放在我們家中及辦公室的電腦,以及我們隨身攜帶的手機裡的電腦。電腦裡頭有什麼,它如何運作,它是如何建造出來的?它如何儲存及處理資訊?什麼是位元(bit)及位元組(byte),我們如何用它們來表現音樂、電影、及其他種種東西?

  軟體是告訴電腦去做什麼的指令,它是幾乎完全無形的東西。我們能夠用電腦來運算什麼,運算速度有多快?我們如何告訴電腦去做什麼?為何如此難以使它們做對?為何經常難以使用它們?

  通訊指的是電腦、手機、及其他器材為了我們而彼此交談、並且使我們能夠彼此交談的東西:網際網路,全球資訊網,電子郵件,以及社交媒體。這些是如何運作的?這些通訊帶來的益處很顯然顯而易見,但這其中涉及了什麼風險,尤其是我們的隱私及資安?可以如何降低這些風險?

  資料是硬體與軟體收集、儲存、及處理、並透過通訊系統發送至世界各地的所有資訊。這其中有些是我們自願(不論是否經過審慎考慮)貢獻的資料――我們上傳的文字、相片、及影片;但大部分是我們在日常生活中不知情之下(更遑論經過我們的同意)被收集與分享的個人資訊。

  不論你是不是總統,將來選不選總統,你都應該了解電腦運算,因為它影響你個人。不論你的生活與工作與多麼非科技距離多遠性質,你都將必須和科技與科技人員往來互動。對器材與系統的運作有所了解,是一大益處,縱使是簡單的事件――例如,你認知到,這名銷售員、或這名技術協助員、或這位政治人物並未告訴你全部真相,對你也有益處。

  事實上,無知可能對你造成直接傷害。若你不了解病毒、網路釣魚、及其他類似的威脅,你將更容易受到它們的侵害。若你不知道社交網路如何洩露、甚至散播你視為隱私的資訊,你的隱私被洩露的程度可能比你所知道的更為嚴重。若你不了解企業與商家多麼魯莽輕率地利用它們對你的生活的了解來牟取商業利益,你就不會為了蠅頭小利而的捨棄隱私將不會為你帶來什麼益處。若你不知道何以在一家咖啡店或一個一座機場執行你進個人的網路銀行查詢或交易戶頭是件危險的事,你的金錢或身份有可能被盜。若你不知道資料多麼容易被操縱,你將更可能被假新聞、虛假形象、及陰謀理論欺騙。

  建議你從頭到尾地循序閱讀本書,但你也可以先跳讀你較感興趣的主題,再回頭閱讀前面部分。例如,你可以先閱讀第八章有關於網路、手機、網際網路、全球資訊網、及隱私問題,這過程中,為幫助了解某些部分的內容,你可能得參閱一些前面章節,但大致上,先閱讀第八章是沒有問題的,你可以讀懂絕大部分內容。你可以略過數量性質的內容,例如第二章中的「二進數」(binary numbers),你也可以忽略幾章裡頭有關程式語言的細節。

  本書的註釋列出我喜歡的一些書籍,包括源頭連結,以及有幫助的補充。本書最後提供的詞彙表簡單定義及解釋重要的術語及首字母縮略字。

  任何一本探討電腦運算的書籍,都可能很快地變得過時,本書也不例外。本書第一版出版時,我們還未見識到敵意行動者操縱美國及其他國家的民意及影響選舉的嚴重程度。我在這第二版中增加重要的新故事,其中許多和個人隱私及資安有關,因為在過去幾年間,這問題已經變得愈來愈迫切。第二版也增加新專章探討人工智慧、機器學習、以及「大數據」如何使它們變得如此強大、但有時也非常危險。我也在這新版中嘗試釐清含糊的解釋,並刪除或替換過時的材料。儘管如此,當你閱讀本書時,難免仍會有一些錯誤或過時的細節,但我已經盡力清楚指出具有持久價值的內容。

  我撰寫此書的目的是使你能夠對一項了不起的科技有一定程度的認識,了解它如何運作、它源自何處、以及它未來的可能走向。或許,閱讀本書的過程中,你也會對這世界產生有益的思考,這是我所期盼的。
 

詳細資料

  • ISBN:9786267099179
  • 叢書系列:藍學堂
  • 規格:平裝 / 400頁 / 17 x 22 x 2 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

【摘錄1】第一章  電腦是什麼?
 
1.1邏輯結構
 
1.1.1處理器
 
若我們可以說電腦有大腦的話,那麼,處理器就是電腦的大腦。處理器執行算術,移動資料,控制其他元件的運作,處理器能夠執行的基本運算項目有限,但它執行得飛快,每秒數十億筆。它能夠根據前面的運算結果來決定接下來執行什麼運算,因此,它相當程度地不依賴其人類使用者。第三章將對這元件有更多的討論,因為它太重要了。
 
若你去一實體店或在線上購買一台電腦,你將會看到產品介紹中提及絕大多數的這些元件,且通常伴隨著神秘的首字母縮略字和同樣神秘的數字,例如一個處理器被描述為「2.2 GHz dual-core Intel Core i7」,我的一台電腦的處理器就是被如此描述的,但這究竟是什麼?這台處理器是英特爾製造的,「Core i7」是英特爾的一個處理器系列產品的名稱,這台處理器是雙核心(dual-core)處理器――把兩個處理器(兩個核心)封裝在一個積體電路上,在此例中,小寫的「core(核心)」變成「processor(處理器)」的同義詞。一個核心就是一個處理器,但中央處理器可能有幾個核心,能夠一起運作或獨立運作,使運算執行得更快,就多數用途而言,不論有多少核心,只需把這種組合想成是「處理器」就夠了。

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