计算机科学与技术方法论cho7

第7章社会和职业的问题7.1计算的历史7.2计算的社会背景7.3道德分析的方法7.4职业和道德责任7.5基于计算机系统的风险和责任7.6知识产权7.7隐私和公民自由7.8计算机犯罪20世纪80年代以来，随着计算机技术（特别是网络技术）的迅猛发展和广泛应用，由这一新技术带来的诸如网络空间的自由化、网络环境下的知识产权、计算机从业人员的价值观与工作观等社会和职业的问题已极大地影响着计算产业的发展，并引起业界人士的高度重视。CC1991报告将“社会、道德和职业的问题”列入到计算学科主领域之中，并强调它对计算学科的重要作用和影响。CC1991报告要求计算专业的学生不但要了解专业，还要了解社会。例如要求学生要了解计算学科的基本文化、社会、法律和道德方面的固有问题；了解计算学科的历史和现状；理解它的历史意义和作用。另外，作为未来的实际工作者，他们还应当具备其他方面的一些能力，如能够回答和评价有关计算机的社会冲击这类严肃问题，并能预测将已知产品投放到给定环境中去将会造成什么样的冲击；知晓软件和硬件的卖方及用户的权益，并树立以这些权益为基础的道德观念；意识到他们各自承担的责任，以及不负这些责任可能产生的后果等。CC2001充分肯定了CC1991关于“社会、道德和职业的问题”的论述，并将它改为“社会和职业的问题”，继续强调它对计算学科的重要作用和影响。“社会和职业的问题”主要属于学科设计形态技术价值观方面的内容，广义地讲，它属于一种技术方法。CC2001报告将“社会和职业的问题”主领域划分为以下10个子领域：（1）计算的历史；（2）计算的社会背景；（3）道德分析的方法和工具；（4）职业和道德责任；（5）基于计算机系统的风险与责任；（6）知识产权；（7）隐私与公民的自由；（8）计算机犯罪；（9）与计算有关的经济问题；（10）哲学框架。本章主要介绍其中1～8个子领域的内容，第9和第10两个子领域只列出以下研究主题，供读者参考。与计算有关的经济问题子领域的研究主题：垄断及其经济上的含义；劳动力的供应和需求对计算产品质量的作用；计算领域的定价策略；访问计算机资源中的差异和由此产生的不同效果等。哲学框架子领域的研究主题：相对主义、功利主义和道德理论；道德的相对论问题；从历史的角度看科学道德；哲学方法与科学方法等。7.1计算的历史7.1.1计算机史前史—1946年以前的世界在1946年美国研制成功第一台高速电子数字计算机ENIAC问世之前，计算机器的发展经历了一个漫长的阶段。根据计算机器的特点，可以将其划分为3个时代：算盘时代、机械时代和机电时代。1．算盘时代这是计算机器发展史上时间最长的一个阶段。这一阶段出现了表示语言和数字的文字及其书写工具、作为知识和信息载体的纸张和书籍以及专门存储知识和信息的图书馆。这一时期最主要的计算工具是算盘，其特点是：通过手动完成从低位到高位的数字传送（十进位传送），数字由算珠的数量表示，数位则由算珠的位置来确定，执行运算就是按照一定的规则移动算珠的位置。2．机械时代随着齿轮传动技术的产生和发展，计算机器进入了机械时代。这一时期计算装置的特点是：借助于各种机械装置（齿轮、杠杆等）自动传送十进位，而机械装置的动力则来自计算人员的手。如：1641年，法国人帕斯卡利用齿轮技术制成了第一台加法机，德国人莱布尼茨在此基础上又制造出能进行加、减、乘、除的演算机；1822年，英国人巴贝奇制成了第一台差分机（DifferenceEngine），这台机器可以计算平方表及函数数值表。1834年，巴贝奇又提出了分析机（AnalyticalEngine）的设想，他是提出用程序控制计算思想的第一人。值得指出的是：分析机中有两个部件（用来存储输入数字和操作结果的“strore”和在其中对数字进行操作的“mill”）与现代计算机相应部件（存储器和中央处理器）的功能十分相似。遗憾的是该机器的开发因经费短缺而失败。3．机电时代计算机器的发展在电动机械时代的特点是：使用电力做动力，但计算机构本身还是机械式的。1886年，赫尔曼·霍勒瑞斯（HermanHollerith）制成了第一台机电式穿孔卡系统——造表机，成为第一个成功地把电和机械计算结合起来制造电动计算机器的人。这台造表机最初用于人口普查卡片的自动分类和计算卡片的数目。该机器获得了极大的成功，于是，1896年，霍勒瑞斯创立了造表公司TMC（TabulatingMachinesCompany），这就是IBM公司的前身。电动计算机器的另一代表是由美国人霍华德·艾肯（HowardAiken）提出、IBM公司生产的自动序列控制演算器（ASCC），即MarkI，它结合了霍勒瑞斯的“穿孔卡”技术和巴贝奇的通用可编程机器的思想。1944年，MarkI正式在哈佛大学投入运行。IBM公司从此走向开发与生产计算机之路。从20世纪30年代起，科学家认识到电动机械部件可以由简单的真空管来代替。在这种思想的引导下，世界上第一台电子数字计算机在爱荷华州大学（IowaStateUniversity）产生了。1941年，德国人朱斯（KonradZuse）制造了第一台使用二进制数的全自动可编程计算机。此外，朱斯还开发了世界上第一个程序设计语言—Plankalkul，该语言被当作现代算法程序设计语言和逻辑程序设计的鼻祖。此后，在包括图灵、冯·诺依曼在内的数学家研究成果的影响下，在美国军方的资助下，在包括约翰·莫奇利（JohnWilliamMauchly）和约翰·埃克特（JohnPresperEchert）在内的物理学家和电气工程师的直接组织参与下，1946年世界上第一台高速、通用计算机ENIAC在宾西法尼亚大学研制成功。从此，电子计算机进入了一个快速发展的新阶段。7.1.2计算机硬件的历史现代计算机的历史可以追溯到1943年英国研制的巨人计算机和同年美国哈佛大学研制的MarkI。今天，计算机已经历了四代，并得到了迅猛地发展。1．第一代计算机（1946年~1957年）第一代计算机利用真空管制造电子元件，利用穿孔卡作为主要的存储介质，体积庞大，重量惊人，耗电量也很大。UNIVAC－I是第一代计算机的代表，它是继ENIAC之后由莫奇利和埃克特再度合作设计的。2．第二代计算机（1958年~1964年）在计算的历史上，1947年晶体管的发明是一个重要的事件。使用晶体管的计算机被称作第二代计算机。和真空管计算机相比，晶体管计算机无论是耗电量还是产生的热能都大大降低，而可靠性和计算能力则大为提高。第二代计算机利用磁芯制造内存，利用磁鼓和磁盘取代穿孔卡作为主要的外部存储设备。此时，出现了高级程序设计语言，如FORTRAN和COBOL。3．第三代计算机（1965年~1971年）这一代计算机的特征是使用集成电路代替晶体管；使用硅半导体制造存储器；广泛使用微程序技术简化处理机设计；操作系统开始出现。系列化、通用化和标准化是这一时期计算机设计的基本思想。4．第四代计算机（1972年至今）主要特征是采用了大规模（LSI）和超大规模（VLSI）集成电路；使用集成度更高的半导体元件做主存储器。在此期间，微处理器产生并高速发展，个人微型计算机市场迅速扩大。第四代计算机在体系结构方面的发展引人注目，发展了并行处理机、分布式处理机和多处理机等计算机系统。同时巨型、大型、中型和小型机也取得了稳步的进展。计算机发展呈现出网络化和智能化的趋势。随着第四代计算机向智能化方向发展，最终将导致新一代计算机的出现。新一代计算机的研制是各国计算机界研究的热点，如知识信息处理系统（KIPS）、神经网络计算机、生物计算机等。知识信息处理系统是从外部功能方面模拟人脑的思维方式，使计算机具有人的某些智能，如学习和推理的能力。神经网络计算机则从内部结构上模拟人脑神经系统，其特点是具有大规模的分布并行处理、自适应和高度容错的能力。生物计算机是使用以人工合成的蛋白质分子为主要材料制成的生物芯片的计算机。生物计算机具有生物体的某些机能，如自我调节和再生能力等。7.1.3计算机软件的历史软件是由计算机程序和程序设计的概念发展演化而来的，是程序和程序设计发展到规模化和商品化后所逐渐形成的概念。软件是程序以及程序实现和维护程序时所必须的文档的总称。1．第一位程序员19世纪初，在法国人约瑟夫·雅各（JosephMarieJaquard）设计的织布机里已经具有了初步的程序设计的思想。他设计的织机能够通过“读取”穿孔卡上的信息完成预先确定的任务，可以用于复杂图案的编织。早期利用计算机器解决问题的一般过程是：（1）针对特定的问题制造解决该问题的机器；（2）设计所需的指令并把完成该指令的代码序列传送到卡片或机械辅助部件上；（3）使计算机器运转，执行预定的操作。英国著名诗人拜伦（Byron）的女儿，数学家爱达·奥古斯塔·拉夫拉斯伯爵夫人（AdaAugustaLovelace）在帮助巴贝奇研究分析机时，指出分析机可以像织布机一样进行编程，并发现进行程序设计和编程的基本要素，被认为是有史以来的第一位程序员，而著名的计算机语言Ada就是以她的名字命名的。2．布尔逻辑与程序设计在计算机的发展史上，二值逻辑和布尔代数的使用是一个重要的突破。其理论基础是由英国数学家布尔奠定的。1847年，布尔在《逻辑的数学分析》（TheMathematicalAnalysisofLogic）中分析了数学和逻辑之间的关系，并阐述了逻辑归于数学的思想。这在数学发展史上是一个了不起的成就，也是思维的一大进步，并为现代计算机提供了重要的理论准备。遗憾的是，布尔的理论直到100年之后才被用于计算。在此期间，程序设计随硬件的发展，其形式也不断发展。在基于继电器的计算机器时代，所谓“程序设计”实际上就是设置继电器开关以及根据要求使用电线把所需的逻辑单元相连，重新设计程序就意味着重新连线。所以通常的情况是：“设置程序”花了许多天时间，而计算本身则几分钟就可以完成。此后，随着真空管计算机和晶体管计算机的出现，程序设计的形式有不同程度的改变，但革命性的变革则是1948年香农重新发现了二值演算之后发生的。二值逻辑代数被引入程序设计过程，程序的表现形式就是存储在不同信息载体上的“0”和“1”的序列，这些载体包括纸带、穿孔卡、氢延迟线以及后来的磁鼓、磁盘和光盘。此后，计算机程序设计进入了一个崭新的发展阶段。就程序设计语言来讲，经历了机器语言、汇编语言、高级语言、非过程语言等4个阶段，第5代自然语言的研究也已经成为学术研究的热点。3．计算机软件产业的发展计算机软件的发展与计算机软件产业化的进程息息相关。在电子计算机诞生之初，计算机程序是作为解决特定问题的工具和信息分析工具而存在的，并不是一个独立的产业。计算机软件产业化是在20世纪50年代，随着计算机在商业应用中的迅猛增长而发生的。这种增长直接导致了社会对程序设计人员需求的增长，于是一部分具有计算机程序设计经验的人分离出来专门从事程序设计工作，并创建了他们自己的程序设计服务公司，根据用户的订单提供相应的程序设计服务。这样就产生了第一批软件公司，如1955年由ElmerKubie和JohnW.Sheldon创建的计算机使用公司（CUC）和1959年创建的应用数据研究（ADR）公司等。进入20世纪60和70年代，计算机的应用范围持续快速增长，使计算机软件产业无论是软件公司的数量还是产业的规模都有了更大的发展。同时与软件业相关的各种制度也逐步建立。1968年MartinGoetz获得了世界上第一个软件专利；1969年春，ADR公司就IBM垄断软件产业提出了诉讼，促使IBM在1969年6月30日宣布结束一些软件和硬件的捆绑销售，为软件产品单独定价。这一时期成立的软件公司有美国计算机公司（CCA）、InformationBuilder公司和Oracle公司等。7.1.4计算机网络的历史计算机网络是指将若干台计算机用通信线路按照一定规范连接起来，以实现资源共享和信息交换为目的的系统。1．计算机网络发展的4个阶段（1）第一代网络：面向终端的远程联机系统。其特点是：整个系统里只有一台主机，远程终端没有独立的处理能力，它通过通信线路