Question

什么是计算？这个词对于不同人来说意思不同，但是每个人都会赞同这样一种理解：在一台计算机读取程序、运行程序、读入一些输入，并且最后产生一些输出的时候，肯定发生了某种计算。因此我们可以这样认为：计算就是指计算机所做的事情。

为了创造一个环境让这种熟悉的计算发生，需要三个基本要素：

· 一台机器，能够执行计算；

· 一种语言，用来编写这台机器能够理解的指令；

· 一个程序，用这种语言编写，描述机器应该具体执行哪些计算。

这部分内容就是关于机器、语言和程序的：它们是什么，行为如何，我们如何对其建模并展开研究，以及如何利用它们完成实际工作。通过研究这三要素，我们将对计算的含义以及它是如何发生的有更好的理解。

在第 2 章，我们将设计和实现一种简单的编程语言，并用几种不同的方法来研究这种语言的含义。理解了一种语言的含义，就可以把一段没有生命的源代码和一个动态的、正在执行的进程联系起来。每一种方法都能带给我们一个把程序运行起来的特定策略，而我们最终将用几种不同的方式来实现同一语言。

我们会发现编程是一门把一个准确定义的结构组装起来的艺术，这个结构能拆卸、分析，并最终被一台机器解释执行从而完成一次计算。更重要的是，我们还会发现实现编程语言既简单又有趣：尽管语法分析、解释和编译看起来很吓人，但实际摆弄起来其实会感觉简单又愉快。

如果没有机器来运行，程序本身没有多大用处。所以在第 3 章里，我们会设计非常简单的机器，以便执行基本的、硬编码的任务。有了这个简单的基础，我们在第 4 章会向更复杂的机器努力前进，并在第 5 章介绍如何设计能被软件控制的通用计算装置。

到第二部分的时候，我们将了解拥有计算能力的机器的全景：一些机器拥有非常有限的能力，一些机器用处更大但仍然令人沮丧地有一些限制，最后还有一些机器是我们知道如何构建的最强大的机器。