浅论计算机科学技术应用中的辩证思维

浅论计算机科学技术应用中的辩证思维

王琦

王琦（潍坊科技学院山东潍坊262700）

摘要：在计算机科学技术的应用中常常遇到许多矛盾和问题，本文用辩证的方法分析了对一些问题的处理方法，说明辩证法在科学技术的发展中发挥了极为重要的作用，是人们认识世界、学习科学、改造世界的有力武器。

关键词：计算机应用科学技术辩证法

辩证地思维，乃是人类思维的本性。人们面临的世界是纷繁复杂的，唯其复杂，则不能简单地对待，否则既不能正确地认识世界，也不能解决所遇到的问题。辩证思维，是人在正确认识问题，进而能正确地解决实践问题的过程中造就出来的。在计算机科学技术应用中，人类也充分地利用辩证思维，解决了许多理论和实践中出现的各种问题，使计算机科学技术的发展得以加速，使计算机的功能和效率得以充分的发挥和扩展。

计算机本身就是一个矛盾的对立统一体，随着计算机科学技术的发展，计算机系统的硬件与硬件、硬件与软件、软件与软件之间的矛盾也日趋复杂。随着计算机应用领域的不断扩大，计算机与应用之间的矛盾也日趋复杂，人们对计算机的性能要求也越来越高。从目前的技术来看，集成电路的集成度已接近极限，人们正在寻求是否可以在目前的技术基础上，使计算机系统的性能得到进一步的提高。实践证明，这是完全可行的。纵览计算机及其应用发展的过程，我们可列举许多实例来说明辩证地思维可以解决其中的许多难题。

事物都是在时间和空间中运动着的，计算机的运行需要时间，所运行的程序和处理的数据需要存储空间。人们往往希望计算机能以最快的速度、以最少的时间完成给定的任务；又往往希望以有限的存储空间处理尽可能多的数据。对于一台确定的计算机而言，其运算速度和存储空间都是有限的，那么能不能实现人们的这种愿望呢?答案是肯定的，以下为几个处理实际问题的方式，可以分别满足不同用户在不同情况下的要求，利用有限的条件完成尽可能多的任务。以前，计算机的硬磁盘容量小，速度不高，DOS系统只能直接管理640KB的RAM。在这种情况下，对多余的内存，人们就将部分内存设置成虚拟盘，用于存取文件和数据。由于虚拟盘实际上是利用RAM存取数据，因而可提高文件存取的速度，这是以牺牲内存空间为代价来赢得时间的。后来，计算机的磁盘容量扩大(1GB以上)，内存虽然也扩大到几兆乃至几十兆字节，但运行的软件也越来越庞大，内存就常常显得不够用。于是，人们就在硬磁盘上开辟了一块空间，当作内存来使用，将其作为内存的镜像，即所谓的虚拟内存。这样计算机就可以运行更庞大的程序了。由于磁盘读写速度比RAM慢，采用虚拟内存会降低系统运行速度，因而，在这里是用时间来换取空间。

用高级语言或非机器语言编写的程序必须转换为目标程序(机器语言)才能在计算机中运行。从时间和空间两方面考虑，人们设计了两种不同的转换和执行高级语言程序的翻译程序：编译执行和解释执行。所谓编译执行是将用高级语言编写的程序，全部翻译成计算机可直接执行的指令后再来运行；而解释执行则是对用高级语言编写的程序，翻译一句，执行一句，执行完成后所翻译出来的指令码均不保留。对于编译执行方式，需要较多的内存空间，但执行程序时，运行速度快；对于解释执行方式，由于不保存已执行过的代码，所以，不需要很多的内存空间，但执行速度慢。前者是以空间赢得时间，而后者则是以时间换取空间。这两种方式，都是人们在实践中根据实际情况辩证地思维和处理的结果。CPU是计算机中的核心部件，它的性能基本上决定了一台机器性能的高低。但是，全面分析计算机中各部件的性能可见，制约一台计算机运行速度的主要矛盾常常不是CPU本身，而是内存储器的工作速度。计算机的主内存一般都是采用动态RAM，虽然其价格较为便宜、集成度高，但由于存在必须定时刷新的问题，因而影响了它的实际工作速度。虽然静态存储器不需刷新，速度快，但成本高，不便于全部用于主内存。通过统计分析可知，程序执行时在一小段时间区间内通常只需去存取相对十分集中的一部分数据(即“访问局部性原理”)，也就是说，在一段时间内存取的数据分布较为集中，地址相距较远的情况很少(约5%以下)。为此人们采用了所谓多级层次组成的存储器体系，即“寄存器——高速缓冲存储器——主存储器——辅助存储器——海量存储器”体系。其中的高速缓冲存储器(Cache)一般采用静态RAM，容量在几百KB左右，大多还分为数据Cache和指令Cache两部分。它们不占主内存地址空间，而是转存主内存空间的数据和指令，直接供CPU存取，使CPU能发挥最高效率(为此486以上的CPU芯片已集成了一部分Cache在其内部，其存取速度更快)。这样一来，使我们在不需要提高多少成本的基础上可以大大提高整个机器的性能。在这里，人们通过辩证的分析，找出影响机器速度的主要矛盾和矛盾的主要方面，并采取相应的措施，从而推动了计算机技术及其应用的发展。目前，受这一思想的启发，人们在许多应用软件上也采用了类似的Cache技术，提高了软件系统的性能。

从以上粗浅分析中可见，在计算机科学技术应用中处处充满了辩证思维。事物都是在时间和空间中运动着的，不论是在计算机硬件设计和配置中，还是在软件的开发应用中，只要能正确地处理好时间和空间的关系，用对立统一的思想分析事物的矛盾，就可以在有限的空间中最大限度地提高计算机的运算速度，或者是在满足应用需求的前提下，尽量减少或充分利用计算机所配置的内外存空间及各种设备，使计算机发挥最大效率，达到最高的性能价格比或应用价格比。

计算机的出现是20世纪人类最伟大的发明之一，它不仅极大地改变了人类的生产和生活方式，也极大地改变了人类的思维方式。随着智能计算、网络世界、虚拟社区和赛伯空间的发展，更给认识论提出了许多新的课题，有待于人类去探索和认识。辩证思维是人的一种本性，它并不是凭空产生的，而是在分析和处理各种事物、各种矛盾冲突的过程中依据当时当地的条件而产生的。它的表现形式是多种多样的，在理论上也有种种概括，诸如对立统一、质量互变、否定之否定、一分为二以及合二为一等等。利用这些理论，能使我们更好地科学地处理各种矛盾，也有助于我们去学习科学、认识世界、改造世界。