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透明计算有望带来一场数字革命

   这几天关于透明计算的新闻和评论很多，但很多评论不着边际，知其然而不知其所以然。作为一位长期从事嵌入式计算系统教学和在地球物理仪器中定制过多种嵌入式计算机系统、在多种计算机硬软件平台上长期从事软件开发、熟悉有线和无线网络通信技术的教学科研人员，我感到透明计算是一种很好的思想，今后的应用空间极大，值得进一步深入研究和应用。

   首先谈谈计算机体系中的冯.诺依曼结构，这种结构将程序（计算机指令）和数据放在相同的存储器上，用相同的数据总线和地址总线来访问程序和数据。这种计算机结构面临的问题是执行效率低，数据总线既跑程序又跑数据。说得形象一点，冯.诺依曼结构相当于单车道，大家想想单车道的行车效果就明白冯.诺依曼结构效能之低了。

  为了克服冯.诺依曼结构，出现了哈佛结构。哈佛结构将程序和数据放在不同的存储器上，用不同的数据总线和地址总线来访问程序和数据。哈佛结构让中央处理器器（CPU)可以同时访问程序和数据，实现了程序和数据的并行访问。利用同样比喻，哈佛结构相当于双车道，双车道的行车效率大大提高，甚至可以说是质的提高。冯.诺依曼结构一般只能6个时钟周期执行一条指令，而哈佛结构可以做到1个时钟周期执行一条指令。对实时性要求极苛刻的环境，基于哈佛结构的DSP和CPU是必然选择。

   再来看看透明计算，透明计算将程序和数据放在服务器上，客户端可以根据需要通过网络下载程序和数据到客户端运行。这种做的好处是程序和数据可以共享，客户端的存储需求大幅度降低，也简化了客户端的设计。 现在根据我在计算机硬软件方面的设计经验谈谈我对网上一些典型评论的看法。

   1. 通过网络加载操作系统的速度太慢，1000M的网速也不一定够用，这种思想没用。这种看法是错误的，出于对操作系统的原理理解不够。事实上，目前桌面操作系统启动过程中加载的乱七八糟的东西太多了，对此深入优化后通过网络加载可以很快。现在最先进的LINUX操作系统内核也只有几M字节，在嵌入式计算机上甚至只有几百K字节，10M的网速传输系统内核也就是1-2秒的事儿。而硬件运行操作系统内核时间大概10秒钟左右。操作系统的核心功能有几M字节已经足够了。剩下的用户界面的之类，占用的空间也不大，优化后几M字节就够了。因此，如果对操作系统启动过程进行深入优化，只加载内核和用户界面，启动速度甚至可以比单机启动桌面系统还快。用户想用的每一个应用，都可以按照上述思路进行加载过程优化，可以大大加快加载速度。 比如，当我们在桌面上运行OFFICE软件的时候，99.9%以上的代码实际是不用的，只是系统启动过程中被全部加载。以前360对QQ做过深度优化，就是去掉了大量QQ用户不用的功能。其它99.9%的功能，用户在某一时候只用了0.1%功能，这点功能使用的时候再加载也很快。

   2. 透明计算和以前的无盘工作站差不多，没有什么创新。 无盘工作站是通过网络加载完整的操作系统，相当于把操作系统的镜像加载到客户机。而透明计算是根据需要加载用户需要的服务和数据，透明计算可以只加载操作系统的1%，可以不加载用户暂时不会用到的服务和数据，也可以在用户需要的时候再加载相关应用。

   3. Intel做的透明计算和国内的透明计算没有什么关系，有本质区别。实际上网上有一篇Intel透明计算团队写的论文，这篇论文也作为Intel的透明计算白皮书，明确指出Intel透明计算源自张尧学团队，并且感谢张尧学团队的支持。

   最后我谈谈透明计算为什么具有极大的应用前景。当前的操作系统和用户程序主要针对单用户设计，操作系统启动的时候总是加载很多用户在运行过程中并不会用到的服务和进程，导致启动速度越来越慢。各种应用程序也在操作系统启动过程中加载多种后台程序，这就导致个人计算机系统启动速度越来越慢，用户装的程序越多，启动速度越慢，运行速度也越来越低。大部分功耗被无用的服务和应用占据，用户体验越来越差。而透明计算可以根据用户的需要加载相应的服务和应用，可以做到只加载操作系统和应用所占用空间的1%甚至0.1%，通过现在的有线和无线网络甚至可以做到比现有启动模式更快。而全部用户需要的全部服务和功能全在服务器上，可以满足不同用户的需要。这对个人来说，体验和使用新的操作系统不用费多个小时去安装，更不用说花大价钱购买了。在透明计算模式下，用户可以无偿体验1-2月后再低成本购买使用操作系统的服务。对于企业来说，尤其值得尝试透明计算。因为在企业里往往用到多种操作系统，涉及到的应用程序也很多，如果通过透明计算购买操作系统和有关应用的服务，可以极大降低成本，也保证了企业的数据安全。比如，我们现在用到大量设计软件，由于成本原因只能安装在少数计算机上。另一方面，我们也用到多种操作系统，维护和使用起来特别麻烦，只能少部分人用。如果通过透明模式，大家都可以用，对新员工的培养和成长也非常有利，也降低了维护成本，也有利于技术研发。

   现在的手机很快被各种应用把存储空间占用了，特别是导航软件，要几个G的空间。很多操作系统自带的应用和功能，却基本没有用到。如果采取透明计算模式，预计只要从网络下载几M字节的程序就可以满足打电话的基本功能。其它应用可以需要的时候再下载。或者可以永久下载用户喜欢的应用和服务。这样手机被应用和服务占用的空间可以降低到现有的1%左右。由于手机被动运行的应用和服务大大减少，手机的待机时间也会大大提升。

   透明计算在工业和医疗上也有广阔的应用前景。大量嵌入式计算机系统可以避免本地存储程序和数据带来的升级困难和高昂的维护成本，通过透明计算可以随时升级操作系统和行业应用。客户可以通过透明计算模式升级购买的产品。

   当然，现有操作系统和应用基本上是本地安装模式，移植到透明计算模式还需要大量开发工作。然而，随着通讯技术的快速发展，透明计算是一种未来值得期待的构想，有望为后PC时代带来一场革命。5年前，谁会想到用手机可以在线看高清电影呢。如果我们把感兴趣的应用和数据全部装在手机上，手机的存储空间要求达数百G字节，这对只用固态存储器的手机来说成本和体积都无法承受。有了透明计算技术，我们可以随心所欲地尝试新的手机操作系统和海量应用，可以随时看世界名校的网上课程，可以欣赏海量高清电影，可以随时看自己和家人的高清照片和录像，人们再也不用担心手机存储空间不够了。

附言：

1、本文意在抛砖引玉，欢迎大家批评指正。由于最近时间很紧，我半个月之后再专门写博文回复大家的典型问题，对此表示深深的歉意。

2、本文是根据我的经验和对透明计算的理解而写。比如我的手机，被应用挤得没有空间了。 现在经常在手机上删东西腾空间。由于开发的关系，我要用到多种操作系统，大量应用软件，个人计算机启动越来越慢，管理起来非常麻烦。我认为透明计算可以改变这种困境。

3、本人和透明计算团队没有任何关系，我是做地球物理仪器的，只是在计算机应用上有实践经验。我博士后的导师是蔡自兴教授，他是做人工智能的。我博士后期间主要在中石油呆着，一直做地球物理仪器，从我以前的博文可以看出这一点。 希望大家基于科学精神，针对博文观点的缺陷和不足做出评论。这也是本文所期待的，希望大家多多批评指正。