原理之旅

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发表日期 : 1995.04

图文并茂的书籍,
顺应时代潮流,符合读者需要。

这次介绍的 'How' 系列书籍
讲的都是电脑各领域的运作原理,
文字与图片虽然浅显,
技术层次并不很浅,
最适合给对主题已有些微涉猎的读者阅读。

 

■ 电子书万岁

春节对你大概已经是个模糊的回忆 (毕竟两个月过去了),但是侯捷记忆犹新。不是吃喝玩乐的回忆 (根本就没有),而是肌肉中的乳酸还在时时提醒我。噢,是的,过年前後我搬了家。搬家最痛苦的行当莫过於书,难怪古人说它「入则充栋宇,出则汗牛马」。两位很热心的读者很早就说要来帮我搬家,并且说搬家就是「把侯大哥的书搬到我家」,还好他们终究手下留情。一拖拉库的书,让我们三人汗下如雨,此时的我才打从心眼儿里高呼:电子书万岁。我一定要努力戒掉看书拿笔的习惯,努力迎向电子书。真是的,哪有人写书不需要拿笔,看书却需要拿笔的!

整个新年就在挪东移西搬来移去,以及亲朋好友送往迎来的日子中过去了 (花在眺望千里的咖啡桌上的时间也不少) 於是怠工了个把月。复工的这段期间,感到前所未有的疏离 (必是因为我享受了前曾未有的安逸),连书房也不想进。不记得谁说过,追逐是资讯人的宿命,侯捷曾经因为「追逐新知比一成不变的日子有趣得多」,从有五千年悠久历史的领域,毅然跳到这个日新月异的环境里求发展,看样子是自讨苦吃了。不过,常动脑可以累积你的脑本,避免将来罹患阿兹海默症 (老年痴呆啦),这点当可令吾等电脑族安慰宽心不已。

■ 责任无书评 ?!

大年过後,难免话多些,再讲个笑话给你听。前些日子回到工研院「行走」,遇到昔日同事,寒喧之後,老同事说:『侯老 (注),你上个月的责任无书评谈关於 OLE2...』,我笑着敲他的头,什麽是「责任无书评」? 这个句子如何断 ? 他也狂笑一阵,说是下意识认为文章的责任非常重要,所以总是把这「责任」二字放到前头,至於通不通嘛...呃...倒在其次云云。「责任无书评」?! 不知道有没有人把这个专栏念作「书评无责任」或什麽的 !

注: 我一家子从男到女从老到小,绰号只有一个,唯独我例外。小学时候
被称做侯爷,大学之後则被呼为侯老。年岁虽然不到,但或因行事稳重 (咳咳),
或因风霜吻上了我的脸,绰号总离不开「老」态

好啦,还有谁认为「无责任书评」之名意在规避责任吗 ? 拜托拜托,这个专栏 run 两年了,你一定得有一些幽默感。我的同事说文章的责任非常重要,我举双手双脚赞成,并且再三惕励自己。电脑杂志上的文章,好虽不足以经国济世,坏却足以误人子弟。近来几位年轻朋友想发表自己的技术心得,承蒙看得起,要我给点意见,我想一句话也就足够了:须对自己的文字负责。杂志发行量动辄万份,虽然不是订户皆读者,但也并非读者皆订户,後者的比例恐怕还大些;加加减减,一篇文章影响的人数总以万为单位,想到这里,你不应该以临渊履薄的心情战战兢兢反覆审查自己的一字一句吗。文章避免一字错,写稿如此,校稿亦该如此。今年一月我在一本电脑杂志上看到这样的句子 :「贪者因书而富,富者因书而贫」,我努力想有什麽幽默或典故 (迩来新新人类的幽默常出人意表),或是有什麽输入法会把「贫者因书而富,富者因书而贵」打成这个样子,以说服自己这只是「手民」误植 (铅排时代的手民,在电脑排版时代应该就是打字员罗)。寻思再三没有答案,当下掷书三叹。就我所了解的杂志制作过程,问题可能出在作者真写出这样的句子,可能出在打字员误打,可能出在编辑,也可能出在校稿人员 (通常也就是编辑了),但反正无一可以原谅。我受不了这种错误,这比「於目录名单栏中的目录上轻按滑鼠左键二下开启是一种捷径」这种句子还糟糕。

好,你说我大惊小怪,反正谁都知道原句是什麽。可是我真的已经受不了充斥在这个领域里低劣的文字水准。上面这种完全错误的句子算是最严重的,另外还有太过口语化、乱用形容词、乱用虚字、前後语意不符、文法根本不对等等问题 (实例无法列举,但到处都是,每月都有)。舞笔弄文,你必须对文字有高度敏感高度责任,为什麽独独在电脑领域里我们可以容忍诘屈聱牙、词不达意、甚至完全错误的文句 ? 为什麽我在物理、化学、土木、机械这些同样冰冷的工程领域中不曾看到这麽样糟糕的东西这麽样地多,而独独电脑领域 ? 有一个原因可能是:电脑软硬体日新月异,此间年迈者寡,力壮居之;力壮者年轻,年轻则行事不够沉稳,别说组织能力有待磨炼,心性也待磨炼,如何愿意反覆再三地推敲啄磨文章的字字行行 ? 我并不是在劝阻年轻朋友投稿,相反的,我很希望有心得的人都能慷慨解囊。只是,你一定要认真面对所谓的文字责任。杂志编辑也脱不了干系,有些年轻朋友热诚可感,唯笔下生涩,老编既然采用投稿,就应该担下辅导责任。怪来怪去,最後就要怪到老板了,谁叫老板只用三两个人就要撑起一份杂志的编务!

原谅侯捷在这里发飚,朋友,看多了那样的文字,实在管不住自己的血压,血压影响了我的脾气。好几次朋友想借阅书房中的杂志和书籍,没问题,英文杂志和英文书籍尽管拿,中文杂志和中文书籍则请万万住手 --- 上面的眉批很毒。

■ 读者回响

二月份的读者回响有这麽一则:

曾有一阵子我以为,侯捷是个女生的笔名,只因为其文笔细腻,文学素养颇丰。再加上侯捷一如「喉结」,於是猜想是个女生故弄玄虚,学习模仿洒脱自信的口吻,犹如爽朗自得的游侠。我很喜欢这「游侠」二字,同时喜欢侯捷更胜於喜欢他本人。(台北黄时得)

侯捷回覆:黄时得先生,你把侯捷想像是个女生,所持理由对女性是一种赞美。至於侯捷是谁,忘了吧,让侯捷就是侯捷。

■ 言归正传

言归正传。这一期我为大家介绍图文并茂的 How 系列书籍。这一系列包括:

o. How Computers Work
o. How Network Works
o. How Software Works
o. How Microprocessors Work
o. How Computer Programming Works
o. How Internet Works
o. How Music And Computers Work
o. How Multimedia Work
o. How Windows Works
o. How Desktop Publishing Work
o. How Virtual Reality Works
... 族繁不及备载

其中前三本已经分别在 1994.02 和 1994.07 的本专栏介绍过,不再重复。限於篇幅以及精力,本次我只介绍中间四本,也就是微处理器、电脑程式、网际网路、以及电脑音乐。

美国大物理学家费曼 (Feynman) 曾经说『物理老师老是在传授解物理习题的技巧,而不是从物理的精神层面来启发学生』,我在电脑这个领域看到的类似情况比比皆是。原理其实比什麽秘笈什麽技巧都重要。本系列书籍受欢迎其来有自,印刷精美设计用心固然是个因素,但我相信,原理的阐述符合了人们真正的需求,亦是同等重要的一个因素。

How 系列已经成了 ZD 出版社的摇钱树,因为它趁势而来 (图文一体的媒体趋势),趁虚而入 (人们对基础原理的渴望),它实在是 a book whose time had come. 我对这些书的第一个惊奇是美,第二个惊奇是重,第三个惊奇是贵。这些书有共同特色:

o. 章节很多,页数不多 (大约 200 页出头)
o. 铜版纸 (很厚而且会发亮的都是侯捷眼中的铜版纸)
o. 每一篇 (Part) 会有一个概述,每一章会有一两页文字,加上一幅 (以上) 的跨页彩色图。图内各元件会以线条拉出做文字说明。图片内容精采,剖析颇佳,唯大型 物件往往没有采用透视画法,怪难受的 (没办法,电脑绘图嘛)。

这一系列书籍的层次并不浅,最适合给对主题已有些微涉猎的读者阅读,例如 How Computers Work 一开始讲 DOS 的载入程序,没基础的人怎麽看得懂 ?

除了电脑,How 系列还有其他主题,我手上另有 How Weather Works 和How Your Body Works 二书。How 系列之外,另还有一个 How To Use 系列,介绍各知名软体如何使用,这不在本次范围之内。顺带一提,国外还有一套关於应用软体的系列入门书籍,IDG 出版的 Dummy 系列:1-2-3 for Dummies、Excel for Dummies...。你一定没胆量把你的读者叫作笨蛋 (Dummy) 吧,可是这套书出奇畅销,出版社老板在尾牙中发给每位来宾一付墨镜,说是怕他的光茫刺伤大家的眼睛。市场心理实在很难说。

 

 

背景资料 :
书名 How Microprocessors Work
作者 Gregg Wyant and Tucker Hammerstrom
出版 ZD Press
页数 33 章,208 页
售价 US$ 24.95


Part 1 : The Evolution of the Microprocessor
1. Welcome to the Personal Computer
2. The Microprocessor : The Brain of the PC
3. Microprocessor Performance
4. History of the Microprocessor
Part 2 : The Role of the Microprocessor
5. An Inside Look at the PC
6. How the Microprocessor Communicates
7. The Language of the Microprocessor
8. How the Microprocessor Uses Main Memory
9. How a Cache Increases Microprocessor Performance
10. How the Microprocessor Talks to I/O Devices
11. How the Microprocessor Senses a Keystroke
12. How the Microprocessor Displays Video
13. How Peripherals Are Controlled with BIOS
Part 3 : Inside the Microprocessor
14. How a Microprocessor Works
15. How the Bus Unit Works
16. How the Prefetch Unit Works
17. How the Decode Unit Woorks
18. How the Control Unit Works
19. How the Arithmetic Logic Unit Works
20. How the Memory Management Unit Works
Part 4 : How Microprocessor Are Made
21. How Silicon Is Made into a Microprocessor
22. How Microprocessor Are Packaged
Part 5 : The Intel 486 Microprocessor
23. How the Intel486 Microprocessor Works
24. How Microprocessor Clocks Work
25. How the Cache and Bus Unit Works
26. How the Floating Point Unit Works
27. How Operating Modes Work
Part 6 : The Pentium Processor
28. How the Pentium Processor Works
29. How Superscalar Architecture Works
30. How Branch Prediction Works
31. How Separate Data and Code Works
Part 7 : The Future of Microprocessor
32. Computing beyond the Year 200
33. The Challenge to the Microprocessor Industry


how-microprocessors-work.jpg (18469 bytes)

喧闹一时的奔腾事件才告尾声,浮点运算器又出问题,Intel 的 Pentium CPU 真可说是去年的风云人物。大家都知道,CPU 是电脑的心脏 (或说大脑),不管你是初次动念的新手,或是电脑老鸟,只要想了解电脑心脏运作的奥秘,此书就是你的选择。全书主讲 Intel CPU,但观念适用於大部份其他 CPU。技术名词的解释与譬喻,十分浅显容易接受。

资讯人只有两种,一种科班出身,一种半路出家。半路出家者几乎都是从事软体设计,软体设计到一个层次,一定需要对硬体有所认识。本书从产品演化开始,然後介绍CPU 在整部电脑中扮演的角色 (同时也带到了电脑的其他元件),然後深入 CPU 内部。有两章介绍 CPU 的制造,最後并针对 Intel486 和 Pentium 两个产品深入剖析,以及对未来电脑工业的预期。

微处理器 (也就是 CPU) 其实无处不在,虽然不像电视、冰箱、电话那般令你侧目,但生活中处处少不了它。上述电器如果要智慧化,少不得要加颗微处理器。不同的微处理器有特定的用途,你不能期望在音响微处理器上跑一个 Excel。电脑的微处理器算是其中最复杂的一种了,它的威力,全来自於它的高速运算能力,带给设计精巧的软体推动的能量。如果说真有什麽神奇魔法的话,那就是数以百万的电晶体集合在一个小小的包装里吧,Pentium 在六公分见方中竟容纳了三百一十万个电晶体,这些电晶体组织成为微处理器上的六大单元。

类似发音的弦,微处理器利用它的支脚 (pin) 上的电子讯号与电脑其他元件沟通 (Intel486 有168 支脚,Pentium 有 273 支脚)。无数铜线内的讯号必须有组织地传送 (不然就会像大雨过後红绿灯故障的台北交通),所谓有组织就是遵循一种协定,也就是 Cycle (这是「微处理器 Cycle」,不要和 Clock Cycle 搞混了)。Cycle 听起来很生硬,其实就是预先定义好前後关系的电子讯号,是微处理器用来和其他元件沟通用的。至於 Clock Cycle,是定时进入微处理器的一种讯号,做为电脑各元件工作时的时间叁考依据。

本书分七大部份。第一部份介绍微处理器的演进,演化史图中标示出各级微处理器的年代、晶体数量、特质、尺寸。第二部份介绍微处理器在电脑中扮演的角色,包括它和 I/O 设备、键盘、显示卡与显示幕之间的合作关系,以及如何管辖主记忆体、如何处理中断、如何以 BIOS 控制周边设备。模糊地带如显示卡与视讯记忆体的关系,以及定址空间与主记忆体的关系,都解释得很清楚。这一部份虽说放在主讲 CPU 的本书中,实际上却是对整个机壳内的解释,我想对绝大多数人而言,这是最有帮助的一部份。

第三部份非常「硬」,讲微处理器内部各单元。依据侯捷的技术背景 (软体)(我也是半路出家的),我跳到第 20 章看看作者对於记忆体管理单元的解释,此单元和作业系统的虚拟记忆体有密切关联 (如果你想看看一本书好不好,就翻到你最内行的章节去审查一番)。这一章提供两张跨页图,对於逻辑 (logical) 位址如何转化为线性 (linear) 位址,又如何转化为实体 (physical) 位址,有很清楚的图示与旁白。你也可以了解叁与转化过程的 selector、descriptor、以及双层转换表格的意义。虽然平面图也可以很清楚地表示这些观念,但对於不是那麽具备技术背景或工程训练的人,看到冷冰冰的方块线条与箭头,恐怕早就逃之夭夭了;三度空间图加上立体阴影效果,到底还是吸引人。

较之於微处理器的功能复杂,它的尺寸之小更令我惊叹。这是一个向空间挑战的高度艺术,是的,我称之为艺术。在碟子般大小的矽晶圆片 (所谓 wafer,晶圆) 中,有数百个微处理器,每一个微处理器都是高度复杂的三度空间结构,含有数百万个电晶体。各个结构建立之後,必须以数百万条电路把它们连接起来,其中的金属线比人发纤细一百倍。晶圆愈做愈大 (目前达直径 8 英 ),晶片愈缩愈小,以期获得更好的经济规模。晶片愈小则成本愈低,跑起来愈快,消耗能量愈少。组成电路设计的金属线宽是决定每一晶片可以容纳多少电晶体的主要因素,新竹科学园区有一个次微米实验室(位於交通大学校区),就是在做这方面的研究。本书第四部份告诉你如何在晶圆中制作电晶体 (不断地涂敷、照射、溶解、蚀刻),以及如何从晶圆中切割晶片包装成品。

第五部份专讲 Intel486。这款微处理器将原 Intel386 的功能再整合加上一个算术协同处理器、一个 RISC (精简指令集) 核心 (以一个 clock cycle 处理常用的指令) (传统的 CISC 复杂指令集处理一个指令至少需两个 clock cycle)、一个强化的汇流排介面 (使记忆体读取更快速),以及一个内建的快取记忆体 (Cache),可放置资料和指令 (因此称为 Unified Cache)。先前每一世代的微处理器都以更复杂的架构来达到效率的增加,唯独 Intel486 不然,它几乎靠整合技术取胜。

第六部份专讲 Intel Pentium。这款微处理器明显比 Intel486 大上 50%,主要是因为资料汇流排变成两倍 (64 位元);以 0.6 微米 (百万分之一米) 技术制造,可容纳三百一十万个电晶体。它的执行能力大约是第一代 8088 微处理器的 300 倍。Pentium 的几个特徵如 Superscalar、Branch Prediction、dual cache、multiprocessor support 在这一部份都有介绍。

这麽硬的内容之後,第七部份终於可以让我们喘口气,看看未来的趋势。作者预测世纪末的微处理器技术达到:使用五千万至一亿个电晶体,以每秒 25 亿次的时脉推动,每秒执行十亿个指令;制作技术将达到 0.35 或 0.2 微米。你以为这是一颗放在超级电脑中的微处理器吗 ? 不,这只是一颗放在人人买得起的桌上型电脑的微处理器而已。由於不可置信的高速运算能力,多媒体、电子会议、国际网路...将藉着电脑深入家家户户,人类的行为模式颠覆不远矣 (我每想到世纪末,就兴奋不能自已)。

「唯一不变的,是它永远在变」,这大概是微处理器最好的注脚。

背景资料 :
书名 How Computer Programming Works
作者 Daniel Appleman
出版 ZD Press
页数 32 章,218 页
售价 US$ 24.95

Part 1 : Getting Started
1. What Are Hardware and Software ?
2. What Is a Computer Language
Part 2 : Data
3. Variables
4. Numeric Values
5. Text Variables
6. Boolean and Flag Variables
7. Pointers
Part 3 : Code
8. Statements and Operators
9. Blocks and Functions
10. Program Flow
11. Variable Declaration and Scoping
Part 4 : Organizing Data
12. Arrays
13. Structures
14. Stacks and Queues
15. Linked Lists
16. Decision Trees
Part 5 : Algorithm
17. Searching and Scaning
18. Recursion
19. Sorting
20. Working with Files
21. Graphics
22. Simulations
Part 6 : Methods and Tools
23. How Computer Languages Work
24. Why Are There So Many Computer Language ?
25. How Programmers Work
Part 7 : Language and Technologies
26. How Assembly Language Works
27. How the C Language Works
28. How BASIC Works
29. How Event-Driven Programming Works
30. How User Interface Design Works
31. How Object Oriented Programming and C++ Works
32. How Embedded Programming Works, and How to Program Your VCR

你写出第一支程式是什麽时候 ? 也许日期或甚至年代已不复记忆,但是你一定不会忘记那疯狂而热烈的情怀,那种愿意把自己一膏一脂奉献给电脑的傻劲儿。程式员 (或程式设计师,如果你嫌「员」这个字眼不够隆重的话) 曾经是我们心中热切期盼的工作与职位,虽然现今的台湾似乎没有给予程式员足够的尊崇,但是绝对不影响「写程式很有趣」这件事实。

写程式真的很有趣,每一个程式员都有半夜四点钟上床的经验,你当然知道我在说什麽。不会写程式的人对於会写程式的人尊敬崇拜得不得了,我知道许多桩姻缘都和「男孩帮女孩缴程式作业」有关 (噢,我并不是这样和美静结婚的)。令人肃然的原因之一是艰涩的术语,作者在本书简介里说了一个故事:『我叁加派对,遇到一位也是程式员的熟人,聊起本行,一会儿之後四周朋友一个个漂走了。我後来问他们为什麽,他们说我们说的不是英语』。

其实,写程式何难之有 ? 每个人每天都在写程式:「从新竹交流道下高速公路右转,不到一公里就经过清大校门口,再往前第二个红绿灯右转斜坡下去,如果你看到左手边有个卖槟榔的小摊,就从旁边的路弯进去;如果没有看到,就直走到第一棵大树左转...」。当你规划一件事情,就是在写程式 --- 以你所熟悉的语言写程式。电脑程式只不过是以另一种语言将解决问题的过程描述出来而已。

这本书介绍电脑程式如何运作,事实上也就是介绍程式中的资料、指令、组织化资料 (阵列、串列、二元树、堆叠、伫列)、演算法 (搜寻、排序、递回)、档案处理和图形处理。本书并不以某种语言为对象,而是介绍上述各题目的意义及其设计原理。有些东西是一般程式语言都会提供的,如变数、算术运算子符号、阵列,作者介绍它们的运用并举例 (大多以 BASIC 和 C 语言为之);有些东西是「资料结构」这门课 (资讯科系必修) 的内容,如二元树、堆叠、伫列、搜寻、排序、递回,作者介绍其设计原理。最後一部份是对几个重要语言的说明,有趣的是它也介绍了「事件驱动」程式设计观念 (应用在 GUI 环境如 Windows 上)。

这样的书很出乎我的意料,因为我很难想像它会对什麽层面的读者带来帮助。第四部份(资料组织化) 和第五部份 (演算法) 的确很值得以图说方式介绍 (我还记得当初学 Pascal 语言时老师一直交待不清什麽是 pointer,遑论 linked-list),不过本书在这些略显复杂的地方,用了太多的譬喻与修饰,遮掩了主题的本质 (目前很多物件导向书籍也有类似的毛病,尽在外围兜圈)。当然啦,这一点见仁见智。

 

书评之外

书评之外一:写程式不再只是程式员的事情,终端用户也愈来愈面对应用软体的巨集语言了。这种巨集语言 (如 WordBasic、Excel Macro) 可以带给软体使用者极大的便利,类似批次作业,不必每次进行重覆的操作。

书评之外二:有一间专科学校音乐科系的电脑课程考试题目是设计一个极简单的程式,由於同学们根本不会写程式 (虽然已经上了一学期),老师只好考前泄题,并且决定每背出一行程式码,给 10 分。

书评之外三:有一间国立大学社会学系的电脑题目是考 DIR、DEL、TYPE...的用途。

书评之外四:有一间高职学校的电脑题目是目前有哪些中文输入法、仓颉输入法有几个字根。

书评之外五:舍本逐末的电脑教育需要全盘检讨。如果我是音乐系学生,我大概三个学期也学不会写一个程式 (八竿子打不着嘛)。我们应该教的是电脑的基本原理,以及美好的电脑应用 (以文书软体写封情书,以试算表记点小账,再以雷射印表机印出漂漂亮亮的成果,保证同学们如痴如狂,抢着上机实习)。

「人只能活一次,你犯该犯的错误,学习什麽不该做,而你的一生也就这样过去了」。如果我们不能够以不同的 (但是正确的) 方向,教育不同科系的学生学电脑的话,我们唯一该做的就是,停止这些科系的电脑课程。

 

 

背景资料 :
书名 How The Internet Works
作者 Joshua Eddings
出版 ZD Press
页数 31 章,218 页
售价 US$ 24.95

Part 1 : Welcome to the Internet
1. The Electronic Town
2. The Global Internet
Part 2 : Telnet
3. Connecting Networks
4. The Internet's Protocols
5. Connecting Your Computer
6. Telent and NASA SPACElink
7. Telnet and Medline
Part 3 : Downloading Files
8. Finding Files with Archie
9. File Types
10. File Compression
11. Downloading Files
Part 4 : E-mail
12. E-mail
13. Anatomy of a Message
14. Internet Addresses
15. Mailers and Readers
16. Mailing Lists
17. Finding People on the Internet
18. Connecting with Other Networks and Commercial Services
19. UseNet and Newsgroups
20. Netiquette
Part 5 : Other Applications
21. Gophers
22. WAIS
23. The World Wide Web
24. Audio/Video on the Internet
25. Virtual Reality and the Internet
Part 6 : Security Issues
26. Proper Use of the Internet
27. Protecting Computers and Networks
28. Viruses, Trojan Horses, and Worms
29. Cryptography
Part 7 : Management and Future Trends
30. Running the Internet
31. The Information Highway

how-internet-works.jpg (20126 bytes)

看过一部电影叫做「失去的地平线」吗 (很久很久以前了),叙述一架飞机失事掉到西藏山区,那里有一大群人在无政府状态下,和平而井然有序地生活。1516 年英人摩尔 (T. More) 曾经着书乌托邦 (Utopia),描述一个楼阁式的美丽新世界,与柏拉图的理想国大同小异。晋人陶渊明的桃花源记,虽然没有记录无政府状态下人们的生活方式,但「土地平旷,屋舍俨然。有良田美池桑竹之属,阡陌相通,鸡犬相闻」勾勒出平和安宁的气氛,令人闻之向往。显然,古今中外共同神往一个没有阶级斗争,没有权力争夺,没有贫富悬殊的世界。

今天我们彷佛从 Internet 中看到了一点无政府状态的实现和乌托邦的影子。Internet 是一个由许多网路 (目前约为 4000 个) 串接起来的超大网路,翻译为「网际」网路可也 (也有人称为国际网路),其中各个小型网路散布在全球各地,以共同的语言 (TCP/IP,一种网路通讯协定) 流通资讯。网路上的使用者可以透过 Internet 提供的各种服务 (包括 E-mail、FTP、Telnet、Gophor、WWW 等等) 与其他用户沟通,或是从其他机器上获得各式各样的资源 (资料)。没有阶级,不分贫富,网路上人人平等,你在 Internet 上的权力和美国总统的权力是一样的。

Internet 的技术骨干,就是 TCP/IP 网路技术。许多人在这基础上面贡献心力,开发出各式各样的高阶应用 (你就把它们想像是各种应用软体好了)。重要的应用包括:

o. E-mail (飞鸽传书) - 送到网路另一端的资料如果是封信的话,就是电子邮件罗。 电子邮件有一定的格式,一定的地址表达方式 (所谓的 FQDN,例如 jjhou@w200.ccl.itri.org.tw)。使用电子邮件不必出门,也不会有洪乔之误。 (洪乔不是洪小乔。晋朝殷羡,字洪乔,为人带信百封,尽投江中。今比喻信件遗失 为洪乔之误)

o. FTP (File Transfer Protocol)(档案传输) - 这是一种协定 (事实上 所有的 Internet 服务你都可以说是一种协定,大家循规榘做 事情),允许你从别台主机下载档案 (正在执行 TCP/IP 的 电脑称为主机)。要进入别台主机,你必须有账号,为鼓励资源 共享,许多主机均开放一个 Anonymous (匿名者) 账号,并以用户的 FQDN 位址 为密码。

o. Archie (档案搜寻) - FTP 主机何其多,你想独力在 Internet 中寻找所要的档案, 犹如大海捞针,Archie 提供给你以关键字搜寻档案的服务。作法是由各个 FTP 主机定时提供资讯给 Archie 主机,更新档案目录。

o. Telnet (远端登录) - 允许你透过网路,使用其他主机上的资源,犹如你直接 使用那台主机。

o. WAIS (Wide Area Information Server) - 以全文检索的方式,帮助我们找资料, 最适用於寻找某一主题或关键字的文章。研究生写论文时恐怕少不得要用到它。

o. NetNews (网路新闻) - 用户大放厥辞的地方,心得交换的公开场所。主要分为 七大论坛,有电脑软硬体、科学研究、艺术休闲、政经文化、News 网路、宗教、 其他。

o. Gophor (分散式文件传输) - 把上述服务整合起来,以选单方式,让用户层层 接近目的地。

o. WWW (World Wide Web,全球资讯网) - 也是一种整合 Internet 网路资源 搜寻服务的工具,与 Gophor 最大的不同是它利用超链结 (hyperlink) 技术 整理资料 (这种方式在资讯科学中称为 web),使用非常方便。

说这麽多,你大概以为侯捷忘了自己该做什麽,竟尔卖弄起自己的知识来了。噢,上面这些知识就是我从这本书得来的。Internet 已成为杂志的热门话题,微电脑传真以及 RunPC 两本杂志都有 Internet 专栏,累积了近半年,上面都有很不错的文章以及很宝贵的资料。

每天百万人次上线,使得 Internet 深具商业价值。不在 Internet 上做商业行为,一直是上线用户的共识,但也许牵扯到商业行为,才是 Internet 更蓬勃发展的机会。庞大的资料流通量同时也使得 Internet 成为病虫害的温床,病毒、特洛依木马和网路蠕虫 (注1) 都可能伤害你或整个网路。加密与保护是 Internet 上需要不断加强的课题 (注2),IP 位址 (四个位元组以句点隔开,如 192.83.166.45) 即将用罄,则是目前最紧迫的问题之一。Internet 与虚拟实境 (virtual reality) 的结合,可能让一个医师在千里之外操作手术刀为你开心 (说实在的,再怎麽样我也不敢做这种网路病人)。Internet 上有共同的语言、共同的礼貌、共同的认知,虽然没有一个绝对的唯一的管理者,各网路间却能以彼此协助、资料共享的精神一起推动 Internet。世界上没有一个地方能让我们实验无政府状态,Internet 让我们看到了一些景象。它带来的强大威力,可能颠覆人类的思考模式和行为模式。

注1:病毒大家都已知道,会传染,恶劣者破坏硬碟资料,温和者给个恶作剧。三月六号是米开朗基罗的生日,也是米开朗基罗病毒起乩的日子,你的电脑安然否 ? 特洛依木马不会传染,有破坏性,通常会有漂亮的画面效果,在你被吸引的时候冲出来破坏你的电脑系统;为什麽叫特洛依木马 ? 想想美丽的海伦皇后与木马屠城的故事。网路蠕虫是一种能够在电脑上自行复制并且穿过防护漏洞,经由 Internet 传输至其他连结主机上的程式。不必太多工夫,所有网路上的主机就塞满了一大堆无害但消耗 CPU 资源的蠕虫,整个系统终致运作困难而必须关机。网路蠕虫首见於 1988.11.02,是一位名为 Robert Morris 的研究生的杰作。
注2:有的登录系统设计不好,竟然允许同一用户重复上线。朋友开玩笑说想试试自己和自己交谈的结果,我劝他不要,万一真有回音,岂不上了周日惊魂剧场 ?

 

 

背景资料 :
书名 How Music and Computers Work
作者 Erik Holsinger
出版 ZD Press
页数 16 章,152 页
售价 US$ 29.95 (含光碟片一)

Part 1 : Music + Computers = Real Music
1. A Crash Course in Digital Audio and MIDI Technology
2. MIDI in Music Composition
3. MIDI in Live Performances
4. Digital Audio in Film and Video
Part 2 : Understanding Audio Technology
5. How Sound Works
6. The Range of Human Hearing
Part 3 : Understanding Digital Audio
7. Digital Audio Recording
8. How Personal Computers Use Digital Audio
9. Digital Audio Editing
Part 4 : Understanding MIDI
10. How MIDI Works
11. Understanding MIDI Hardware
12. Understanding MIDI Software
13. Building Your Own MIDI System
Part 5 : Synthesizers and MIDI Controllers
14. Analog Synthesizers : Early Electronic Keyboards
15. Synthesizer Technology
16. MIDI Controllers


how music and computers work.jpg (18581 bytes)

说到电脑音乐,科班 (古典) 音乐人常常嗤之以鼻。事实上音乐之重要,在於其予人之感受,而不在其制作过程。

谁还没有接触过电脑音乐 ? 现在市面上的流行音乐以传统乐器伴奏的,少之又少矣。但是了解声音的基本原理,乃至於数位声音与 MIDI 的人,亦是少之又少矣。欲了解音乐如何与电脑结合,我们应该从声音的物理意义谈起,然後才能了解声音如何被记录下来,如何将传统的类比讯号转换为数位讯号以利电脑操作。除了数位声音之外,电脑 (电子) 音乐的另一个重要关键就是 MIDI (俗称的合成音乐),了解 MIDI,你也就不再迷惑为什麽龙兄虎弟的 锵老师可以一人抵一个乐团用了。

本书分为五大部份。第一部份是导入,以我们生活上的音乐光碟、电影配乐、电子游乐器说明电脑与音乐的结合无处不在。第二部份介绍声音的基本原理。声音其实是一种振动,人类接受声音是由於空气压力的变化传进我们的耳鼓。麦克风可以抓住这样的振动并且转换为电流,电流送入扩大机和扬声器 (喇叭) 之後又表现回原来的声音。在传统的类比贮存型态 (如录音机) 中,这些振动系藉着磁脉冲 (如磁带) 或以某种凹槽形状 (如唱片) 记录下来。当声音被转换为电流,可以波的型式来表现,波型可以表达时间轴上的振动情况。让我们先着一鞭:如果我能够产生各种波形,我就可以产生各种声音 --- 这正是乐音合成器 (Synthesizer) 的观念。

这一部份还介绍立体 (Stereo) 声音和 3D 声音原理。人类看到的影像之所以能够呈现立体,是因为两个眼睛成像的像差 (不信的话把一眼闭上,令两手一左一右由远而近,试试能否使两食指相碰)。立体声音呢 ? 「听觉心理分析」这一学门研究结果显示,四个因素让我们决定声音的位置,一是双耳听到同一声音的时间差,一是双耳听到同一声音的强度差,一是你的外耳形状 (影响声音的反射),一是所谓的 head shadowing 效应 (也就是说由於双耳位於头部两侧,所以某一耳不可能直接听到声音,而是间接听到反射的声音)。3D 声音企图重新营造声音环境,不只注意到左右,还包括上下以及移动。

本书第三部份介绍数位声音,包括取样 (把类比讯号转为数位讯号)、编辑与播放。第四部份介绍 MIDI,包括 MIDI 讯息是什麽,MIDI 相关硬体与应用软体,General MIDI 所对应的乐器,以及如何建立个人的 MIDI 系统。第五部份介绍合成器 (音源) 与 MIDI 控制器 (发出 MIDI 讯息者)。常见的电吉它与键盘,都是一种 MIDI 控制器。

本书附光碟片一张,内有书中所提各种音效范例。各章提到的主题如果在光碟片中有样本的话,会有一个小图示告诉你在哪一磁轨上听得到,这是贴心的服务。

PC Magazine 的 Environment 专栏曾有一个多媒体连载,由 Windows 程式设计大师Charles Petzold 执笔。内容虽极偏向程式设计,但对於数位声音、合成音乐以及 MIDI 的观念解说非常地好,值得你叁考。该专栏由侯捷翻译,自 1992/08 至 1994/07 刊登,其中的 1992/09、1993/04、1993/05 三期分别讨论声音的基础原理、声音合成器、MIDI,适合给想看 How 系列的读者。

 

■ 静音钢琴

电脑又有新用途,这一次是 MIDI 建功。

世界无奇不有,继自动弹奏的无人钢琴後,现在竟然有了所谓的静音钢琴。这种钢琴的功能和声音都和传统钢琴无异,不过,它有一个静音系统 (Silent System),使得弹奏时不对外发出声音,而让人藉由无线耳机听到琴音。了解钢琴发音原理的人就会知道,琴键按下牵动琴槌,敲打琴弦发出声音,那麽如何把声音关起来送到耳机去呢 ? 简直神奇透顶匪夷所思。

原理是这样子:静音系统有一个光学遮闭装置和一个感应装置。键盘上下移动时会遮住感应器内的光线,因此可以检测出弹奏情况,再透过音源部转化为具体的音乐,传送到耳机。这套感应装置并且可以检测触键的强弱和速度,得以发出富有深度的琴音 (演奏者的感情多半就是藉由触键而达成的)。这套装置根本不是由琴弦和琴槌发音,你简直可以把它想像是部电子琴。当然,静音钢琴绝不是要取代电子琴的地位,它只是要让学习传统钢琴的人在练琴的时候减少别人 (例如邻居或老公) 的痛苦,所以传统钢琴的发音设备还是要保留,而且键盘触感必须在静音系统启动时一如往常 (轻重快慢的触感对於钢琴弹奏非常重要)。为此,静音钢琴另有一个「击键槌静止装置」,琴槌虽然仍会随着弹奏者的手做敲击的动作,但是在打到琴弦之前就嗄然而止。

我的书房和美静的琴房比邻,仅一墙之隔,静音钢琴对我而言是个好产品。但不知山叶有没有所谓的升级办法 (我总不能再买一台)。

有了静音钢琴,会不会有静音法国号或是静音小提琴呢 ? 大道不过三两行,说穿不值一文钱,管乐器似乎比较容易动手脚,但尺寸是个问题 --- 如果乐器之王的体形不也是乐器之王的话,我很怀疑静音系统如何安装上去。至於弦乐器,就很难想像如何让它变哑巴了。唔,好像不可能,不过在静音钢琴出现之前我们也从来没有想过这种产品的诞生,是不是 ? 谁知道明天世界会变成什麽样子 !

注:说到小提琴,你别以为它的音量不大,不需要静音装置。有一次一位朋友带着他那一百万的宝贝来我处,夜晚听他的演奏,真是胆战心惊。我很讶异他的耳朵没有因为长期近距离接触巨大音源而受伤。我这个人就是好奇心重了些,老着脸皮向他开口借那宝贝来开开眼,看他的脸色就知道说错了话。最後倒是摸到了那把弓,啊呀,8000 元一把,美金! 

侯捷 2010-07-29 05:38:20

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