知乎問(wèn)題：如何讓不懂編程的人感受到編程的魅力？

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Part 0. 前言

問(wèn)一個(gè)類似的問(wèn)題：「如何讓不懂籃球的人感受到籃球的樂(lè)趣？」

很明顯，答案取決于人。

對(duì)于某些人來(lái)說(shuō)，編碼可能是乏味而艱巨的，但對(duì)于有些人則是非常有趣且有益的。

通常情況下，編寫好代碼之后，我們很難評(píng)判編碼的過(guò)程是無(wú)聊還是有趣的。

但是我們可以通過(guò)更好地了解 「計(jì)算機(jī)編程是什么」，因此您可以自己來(lái)評(píng)判這是否讓你感到樂(lè)趣。

就當(dāng)代的發(fā)展水平來(lái)說(shuō)，只要有電的東西就會(huì)涉及到編碼；

Part 1. 計(jì)算機(jī)發(fā)展簡(jiǎn)史 | 解決實(shí)際的問(wèn)題

• 原文地址：「MoreThanJava」計(jì)算機(jī)發(fā)展史—從織布機(jī)到IBM

一切的開端 | 織布機(jī)

衣食住行是人類的基本需求，世界各地都有紡織和織機(jī)的發(fā)明。

如何提升紡織的效率，成為一個(gè)很重要的課題。

紡織的原理

與 「針織物」 不同，「機(jī)織物」 由兩條或兩組以上的相互垂直的兩個(gè)系統(tǒng)紗線或絲線構(gòu)成，縱向的紗線 叫 經(jīng)紗，橫向的紗線 叫 緯紗。

通過(guò)兩條線不同規(guī)律的交錯(cuò)，就會(huì)形成不同的顏色和排列的變化，也就會(huì)帶來(lái)不同的紋樣。

• 圖片引用自：https://www.sohu.com/a/301616592_99894978

最原始的織機(jī)是手動(dòng)完成的。

后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，織物紋樣的變化總是按照一定規(guī)律排列完成的，到了戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就發(fā)明了 多綜式提花織機(jī)，通過(guò) 綜框 來(lái)完成這一項(xiàng)工作：

這或許就是最原始的 編碼：通過(guò)把 提起規(guī)律相同的經(jīng)紗 穿入 同一個(gè)綜框的綜絲 中，來(lái)達(dá)到當(dāng)某一個(gè)綜框提起時(shí) (通過(guò)腳踏板完成)，表達(dá)某一個(gè)特定紋路的線被提起，也就完成了 特定紋路的編織，加快了工作效率。

織布機(jī)的更進(jìn)一步 | 束綜提花織機(jī)

不過(guò)采用綜框也有一個(gè)明顯的限制，那就是 無(wú)法織出比較復(fù)雜的紋樣，因?yàn)榧y樣復(fù)雜則代表著需要更多的經(jīng)緯紗以及經(jīng)紗提升的規(guī)律更復(fù)雜，意味著可能引入成百上千次緯紗才能完成一個(gè)循環(huán)。

如果仍然采用綜框控制紗線提升，則可能需要成百上千個(gè)綜框，這在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)是非常困難的，因此便有了 束綜提花織機(jī)。

束綜提花織機(jī)沒(méi)有綜框，而是被 設(shè)計(jì)成兩層，每一根經(jīng)紗會(huì)穿入綜絲中實(shí)現(xiàn) 單獨(dú)的控制，上層 的人將需要提起的經(jīng)紗提起，而 下層 的人則再經(jīng)紗提起后通過(guò)梭子將緯紗送入織口，并用打緯裝置將引入的緯紗打牢。

然而通常來(lái)說(shuō)，這類織機(jī)上會(huì)有成千上萬(wàn)根緯紗，紋樣復(fù)雜，于是聰明的老祖宗們發(fā)明了 花本：

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，花本存儲(chǔ)了紋樣信息。

圖中花本的豎線連接穿入了經(jīng)紗的綜絲，橫線存儲(chǔ)了每一次引入緯紗時(shí)提花信息，當(dāng)豎線越過(guò)橫線覆蓋在橫線前方時(shí)，表明對(duì)應(yīng)的經(jīng)紗要被提起。

這就有點(diǎn)兒 編碼規(guī)則 的意思。

會(huì)說(shuō)話的「機(jī)器」 | 雅卡爾織布機(jī)

上面說(shuō)到的束綜提花織機(jī)雖然是一大進(jìn)步，但可想而知的是，它仍然效率緩慢并且織布工人的勞動(dòng)量非常大，也非常辛苦。

時(shí)間來(lái)到 18 世紀(jì)的歐洲。1725 年，布喬 開拓性的使用 打孔紙帶 來(lái)控制經(jīng)線的提起和放下，從而讓織出花樣成為一種半自動(dòng)化的工作：

歷史上第一次，機(jī)器能夠讀出存儲(chǔ)介質(zhì)中的內(nèi)容，并且照其行事。

在布喬提出構(gòu)想 65 后的 1790 年，約瑟夫·瑪麗·雅卡爾 根據(jù)前人的成果設(shè)計(jì)了新式織機(jī)，最終于 1805 年完成了首臺(tái) 自動(dòng)提花織機(jī)：

雅卡爾將 穿孔紙帶 改進(jìn)為 穿孔卡片，根據(jù)紋樣圖案在卡片上打孔，通過(guò)孔的有無(wú) 帶動(dòng)一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置來(lái) 控制經(jīng)紗的提升，一張卡片對(duì)應(yīng)循環(huán)內(nèi)一次引緯時(shí)經(jīng)紗提升的信息，引緯完成后，可通過(guò)腳踏板控制卡孔卡片轉(zhuǎn)動(dòng)，下一張卡片翻轉(zhuǎn)至工作位置以控制新一次引緯的提花。

雅卡爾織機(jī)大幅度節(jié)省了時(shí)間和工作量 (全自動(dòng)且效率是之前的二十五倍)，而且只需一位工人，很快就被廣泛使用在工廠生產(chǎn)中，雅卡爾也榮獲了拿破侖授予的榮譽(yù)勛章。

穿孔卡片控制織物紋樣的設(shè)計(jì)成為了程序設(shè)計(jì)思想的萌芽，為信息技術(shù)的發(fā)展開展了一條新的道路。

程序設(shè)計(jì)思想開始萌芽 | 差分機(jī)

時(shí)間來(lái)到 19 世紀(jì)初，法國(guó)人 巴貝奇 (Chanles Badbbage) 在賈卡織機(jī)的啟發(fā)下，設(shè)計(jì)并制造了 差分機(jī)。

故事背景

18 世紀(jì)末，法國(guó)政府在開創(chuàng)米制之后，決定在數(shù)學(xué)中統(tǒng)一采用十進(jìn)制，竟奇葩地想把原本 90 度的直角劃分成 100 度、把原本 60 秒的 1 分鐘劃分成 100 秒，盡管從現(xiàn)在看來(lái)這樣的想法絕逼是一種倒退，但他們?cè)诋?dāng)時(shí)真就實(shí)施了。這一改制帶來(lái)的不光是人們?cè)谑褂脮r(shí)直觀上的別扭，原本制作好的數(shù)學(xué)用表 （如三角函數(shù)表） 都需要全部重制。

法國(guó)政府將這項(xiàng)喪心病狂的工程交給了 數(shù)學(xué)家普羅尼 （Gaspard de Prony），普羅尼正頭疼著要如何才能完成這項(xiàng)艱巨的任務(wù)，突然想起著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家 亞當(dāng)·斯密 *（Adam Smith）*的那本《富國(guó)論》，他決定采用書中提出的 勞動(dòng)分工 的做法，將制表的工作人員分成三組：

• 第一組 由五六名牛逼的數(shù)學(xué)家組成，他們負(fù)責(zé)制定運(yùn)算中所需的公式；
• 第二組 由九到十個(gè)擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)的人組成，他們負(fù)責(zé)計(jì)算出一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并把第一組制定好的公式進(jìn)行簡(jiǎn)化；
• 第三組 由約一百名計(jì)算人員組成，他們利用第二組提供的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和公式，做最簡(jiǎn)單的加減操作就能得出最終結(jié)果。

第三組的工作簡(jiǎn)單到什么程度，就是他們甚至都不知道自己正在算什么玩意兒，事實(shí)上他們的文化程度大部分都不高，里頭好多都是理發(fā)師、失業(yè)人員什么的?？梢娂幢阄拿ざ寄芡瓿傻挠?jì)算，在那個(gè)時(shí)代還是得依靠人力去做。

而為了保證用表的正確性，普羅尼要求 每個(gè)數(shù)至少算兩遍，并且 要在法國(guó)的不同地點(diǎn)用不同的方法計(jì)算。這項(xiàng)勞民傷財(cái)?shù)墓こ陶M(jìn)行了十年才完成，然而不幸的是，最終的表里仍然有錯(cuò)。說(shuō)到這一點(diǎn)，可以說(shuō)，那個(gè)時(shí)代基本沒(méi)有一版數(shù)學(xué)用表是完全正確的，有些版本甚至錯(cuò)誤百出，要知道數(shù)學(xué)用表出錯(cuò)有時(shí)后果會(huì)很嚴(yán)重，比如航海表一出錯(cuò)就可能直接導(dǎo)致船毀人亡。

巴貝奇 在了解到普羅尼的事跡后淚流滿面，決心要做一套完全正確的數(shù)學(xué)用表，為達(dá)目的，他嘗試了各種減少錯(cuò)誤的手段，比如調(diào)整紙張和墨水的顏色以提高數(shù)字的識(shí)別度，直接拿現(xiàn)有的多個(gè)版本的表進(jìn)行謄抄、比對(duì)、讓不同人員反復(fù)校對(duì)，在 1827 年出版了一個(gè)版本，結(jié)果里頭還是有錯(cuò)。只要是人為的就沒(méi)有完美的，巴貝奇徹底跪了，他發(fā)誓要造一臺(tái)機(jī)器，讓機(jī)器去生產(chǎn)數(shù)學(xué)表。

這就是史上著名的 差分機(jī) 了。

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倫敦科學(xué)博物館·差分機(jī)設(shè)計(jì)圖紙&半成品：

第一臺(tái)真正意義上的電腦 | 分析機(jī)

盡管沒(méi)能親手實(shí)現(xiàn)差分機(jī)，但巴貝奇并不會(huì)氣餒，或者說(shuō)他本來(lái)就是根本停不下來(lái)的那種人。明知實(shí)現(xiàn)不了，巴貝奇仍在一刻不停地改進(jìn)著自己的設(shè)計(jì)，直到有一天，他構(gòu)思出了一種空前的機(jī)器——分析機(jī)，正式成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)史上的第一位偉大先驅(qū)。(Father of computing)

1834 年，分析機(jī)概念誕生之際，巴貝奇自己都為之感到無(wú)比震驚。在此之前，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)器都只能完成其被預(yù)定賦予的計(jì)算任務(wù)，要么是簡(jiǎn)單的加減乘除，要么像差分機(jī)那樣只能做差分運(yùn)算，它們都屬于 calculator，而分析機(jī)才是真正的 computer，它不局限于特定功能，而竟然是可編程的，可以用來(lái) 計(jì)算任意函數(shù)——現(xiàn)代人無(wú)論如何也無(wú)法想象在一坨齒輪上寫程序是怎樣一種體驗(yàn)吧！

巴貝奇設(shè)計(jì)的分析機(jī)主要包括三大部分：

1. 用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)裝置，巴貝奇稱之為 “倉(cāng)庫(kù)”（store），相當(dāng)于現(xiàn)在 CPU 中的存儲(chǔ)器，這部分是從差分機(jī)上的計(jì)數(shù)裝置改進(jìn)而來(lái)的，我們很容易想象它的模樣；
2. 專門負(fù)責(zé)四則運(yùn)算的裝置，巴貝奇稱之為 “工廠”（mill），相當(dāng)于現(xiàn)在 CPU 中的運(yùn)算器，這部分的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，巴貝奇針對(duì)乘除法還做了一些優(yōu)化；
3. 控制操作順序、選擇所需處理的數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果的裝置，巴貝奇沒(méi)有起名字，由于其呈桶狀，我們可以叫它 “控制桶”，控制桶顯然相當(dāng)于現(xiàn)在 CPU 中的控制器。

以上三部分，加上巴貝奇并沒(méi)有疏漏的輸入輸出設(shè)備，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，分析機(jī)的組成部分和現(xiàn)在馮·諾依曼架構(gòu)所要求的五大部件一模一樣！

巴貝奇另一大了不起的創(chuàng)舉就是將 穿孔卡片（punched card） 引入了計(jì)算機(jī)器領(lǐng)域，用于控制數(shù)據(jù)輸入和計(jì)算，從那時(shí)起，到第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生為止，期間幾乎所有的數(shù)字計(jì)算機(jī)都使用了穿孔卡片。

整個(gè)分析機(jī)就是在類似這樣的齒輪和拉桿作用下實(shí)現(xiàn)可編程運(yùn)算的：先從數(shù)據(jù)卡片讀入數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器，再將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\(yùn)算器，運(yùn)算器算完后又將數(shù)據(jù)傳回存儲(chǔ)器。

可惜的是，巴貝奇窮其一生也沒(méi)能真正把分析機(jī)做出來(lái)，留給后世的又是一臺(tái)模型機(jī)和兩千多張圖紙，以及這樣一段遺言：

「如果一個(gè)人不因我一生的借鑒而卻步，仍然一往直前制成一臺(tái)本身具有全部數(shù)學(xué)分析能力的機(jī)器……那么我愿將我的聲譽(yù)毫不吝嗇地讓給他，因?yàn)橹挥兴軌蛲耆斫馕业姆N種努力以及這些努力所得成果的真正價(jià)值。」

“

倫敦科學(xué)博物館·分析機(jī)設(shè)計(jì)圖紙&模型機(jī)：

穿孔時(shí)代的到來(lái) | 制表機(jī)

從 1790 年開始，美國(guó)每 10 進(jìn)行一次人口普查。百年間，隨著人口繁衍和移民的增多，從 1790 年的 400 萬(wàn)不到，到 1880 年的 5000 多萬(wàn)，人口總數(shù)呈爆炸式地增長(zhǎng)。

1790~1880 年美國(guó)人口增長(zhǎng)曲線

不像現(xiàn)在這個(gè)的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人一出生，各種信息就已經(jīng)電子化、登記好了，甚至還能數(shù)據(jù)挖掘，你無(wú)法想象，在那個(gè)計(jì)算設(shè)備簡(jiǎn)陋得基本只能靠手搖進(jìn)行四則運(yùn)算的 19 世紀(jì)，千萬(wàn)級(jí)的人口統(tǒng)計(jì)就已經(jīng)成了當(dāng)時(shí)政府的 “不能承受之重”。

1880 年開始的第 10 次人口普查，歷時(shí) 8 年才最終完成，也就是說(shuō)，他們?cè)谛菹赡曛缶鸵_始第 11 次普查了，而這一次普查，需要的時(shí)間恐怕要超過(guò) 10 年，那第 12次、13 次呢？本來(lái)就是 10 年一次的統(tǒng)計(jì)，如果每次耗時(shí)都在 10 年以上，這件事情就變得沒(méi)有意義了。

這可愁煞了當(dāng)時(shí)的人口調(diào)查辦公室，他們決定面向全社會(huì)招標(biāo)，尋求能減輕手工勞動(dòng)、提高統(tǒng)計(jì)效率的發(fā)明。正所謂機(jī)會(huì)都是給有準(zhǔn)備的人的，一位畢業(yè)于哥倫比亞大學(xué)的年輕人 赫爾曼·霍爾瑞斯 （Herman Hollerith） 帶著他在 1884 年申請(qǐng)的專利從眾多方案中脫穎而出。

制表機(jī)

他發(fā)明的機(jī)器叫 制表機(jī) （tabulator/tabulating machine），顧名思義，就是專門用來(lái)制作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表的機(jī)器。制表機(jī)主要由示數(shù)裝置、穿孔機(jī)、讀卡裝置和分類箱組成。

示數(shù)裝置包含 4 行、10 列共 40 個(gè)示數(shù)表盤，每個(gè)盤面被均勻地分成 100 格，并裝有兩根指針，和鐘表十分相像，“分針” 轉(zhuǎn)一圈可計(jì) 100，“時(shí)針” 轉(zhuǎn)一圈則計(jì) 10000?？梢?，整個(gè)示數(shù)裝置可以表達(dá)很龐大的數(shù)據(jù)。

制表機(jī)的工作是圍繞穿孔卡片展開的：操作員先使用穿孔機(jī)制作穿孔卡片，再使用讀卡裝置識(shí)別卡片上的信息，機(jī)器自動(dòng)完成統(tǒng)計(jì)并在示數(shù)表盤上實(shí)時(shí)顯示結(jié)果，最后，將卡片投入分類箱的某一格中，進(jìn)行分類存放，以供下次統(tǒng)計(jì)使用。

穿孔卡片的應(yīng)用

此前的某一天，霍爾瑞斯正在火車站排隊(duì)檢票，目光不經(jīng)意落到檢票員手中咔咔直響的打孔機(jī)上。他發(fā)現(xiàn)，檢票員會(huì)特意根據(jù)乘客的性別和年齡段，在車票的不同地方打孔。越來(lái)越多的人過(guò)檢，他進(jìn)一步確認(rèn)了這個(gè)規(guī)律。一個(gè)靈感朝他襲來(lái)：如果有一張更大的卡，上面有更多的位置可以打孔，就可以用來(lái)表示更多的身份信息，包括國(guó)籍、人種、性別、生日等等。

這就是用在 1890 年人口普查中的穿孔卡片，一張卡片記錄一個(gè)居民的信息?？ㄆO(shè)計(jì)長(zhǎng)約 18.73cm，寬約 8.26cm，正好是當(dāng)時(shí)一張美元紙幣的尺寸，因?yàn)榛魻柸鹚怪苯佑秘?cái)政部裝錢的盒子來(lái)裝卡片。

卡片設(shè)有 300 多個(gè)孔位，與雅卡爾和巴貝奇的做法一樣，靠每個(gè)孔位打孔與否來(lái)表示信息。盡管這種形式頗有幾分二進(jìn)制的意味，但當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)還遠(yuǎn)不夠成熟，并沒(méi)有用到二進(jìn)制真正的價(jià)值。舉個(gè)例子，我們現(xiàn)在一般用 1 位數(shù)據(jù)就可以表示性別，比如 1 表示男性，0 表示女性，而霍爾瑞斯在卡片上用了兩個(gè)孔位，表示男性就其中一處打孔，表示女性就在另一處打孔。其實(shí)性別還湊合，表示日期時(shí)浪費(fèi)得就多了，12 個(gè)月需要 12 個(gè)孔位，而常規(guī)的二進(jìn)制編碼只需要 4 位。當(dāng)然，這樣的局限也與制表機(jī)中簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)有關(guān)。

細(xì)心的讀者可能發(fā)現(xiàn)卡片的右下角被切掉了，那不是殘缺，而是為了避免放反而專門設(shè)計(jì)的，和現(xiàn)在的二維碼只有 3 個(gè)角是一個(gè)道理。

這類實(shí)用的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)在穿孔機(jī)上表現(xiàn)得更為出色。下圖為一位操作員正在使用穿孔機(jī)給卡片打孔的情景，她并不需要在卡片上吃力地搜尋孔位，而是直接對(duì)著孔距更大的操作面板打孔，一根杠桿將兩者的孔位一一對(duì)應(yīng)。操作面板還做成了弧形，頗有一分如今人體工程學(xué)鍵盤的風(fēng)姿。

在制表機(jī)前，穿孔卡片（或紙帶）多用于存儲(chǔ)指令而不是數(shù)據(jù)。比較有代表性的，一是雅卡爾提花機(jī)，用穿孔卡片控制經(jīng)線提沉；二是自動(dòng)鋼琴，用穿孔紙帶控制琴鍵壓放。美劇《西部世界》中，每次故事循環(huán)的開始，都會(huì)給一個(gè)自動(dòng)鋼琴的特寫，彈奏起看似寧?kù)o安逸、實(shí)則詭異違和的背景樂(lè)。

是霍爾瑞斯將穿孔卡片作為 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì) 開來(lái)，并開啟了一個(gè)嶄新的 數(shù)據(jù)處理紀(jì)元。后來(lái)人們也把這類卡片稱為霍爾瑞斯卡片，穿孔卡片和穿孔紙帶作為輸入輸出載體，統(tǒng)治了計(jì)算領(lǐng)域整整一個(gè)世紀(jì)。

單元記錄時(shí)代

在制表機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)下，1890 年的人口普查只花了 6 年時(shí)間。1896 年，霍爾瑞斯成立制表機(jī)公司（The Tabulating Machine Company）并不斷改進(jìn)自己的產(chǎn)品，先后與英國(guó)、意大利、德國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、法國(guó)、挪威、美國(guó)波多黎各、古巴、菲律賓等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)合作開展了人口普查。

到 1914 年，制表機(jī)公司每天生產(chǎn)的穿孔卡片多達(dá) 200 萬(wàn)張。不多久，一些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手逐漸起家，歷史迎來(lái)了繁榮的數(shù)據(jù)處理時(shí)代。它們的產(chǎn)品也不再局限于人口普查，逐漸擴(kuò)展到會(huì)計(jì)、庫(kù)存管理等一些同樣需要跟大數(shù)據(jù)打交道的領(lǐng)域，這些機(jī)器作為制表機(jī)的后裔被統(tǒng)稱為單元記錄設(shè)備（unit record equipment）。

圍繞穿孔卡片的制卡、讀卡、數(shù)據(jù)處理和卡片分類是它們的標(biāo)準(zhǔn)功能，穿孔機(jī)、讀卡器、分類器是它們的標(biāo)準(zhǔn)配置。這些部件的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，比如手動(dòng)的讀卡裝置很快被自動(dòng)讀卡機(jī)所取代，讀卡速度從每分鐘 100 張逐步提高至每分鐘 2000 張。隨著識(shí)別精度的提高，卡片的孔距也越來(lái)越小，具有 80～90 列孔位的卡片成為主流，有些卡片的孔位甚至多達(dá) 130 列。

20 世紀(jì)典型的 80 系穿孔卡片

機(jī)器的功能也逐漸強(qiáng)大，不再只是簡(jiǎn)單地統(tǒng)計(jì)穿孔數(shù)目，減法、乘法等運(yùn)算能力陸續(xù)登場(chǎng)。1928 年，哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家們甚至用單元記錄設(shè)備計(jì)算月球的運(yùn)行軌跡，他們?cè)?50 萬(wàn)張卡片上打了 2000 萬(wàn)個(gè)孔，彰顯著單元記錄設(shè)備的無(wú)限潛力。

機(jī)器的電路實(shí)現(xiàn)越來(lái)越復(fù)雜，但同時(shí)也越來(lái)越通用。1890 年所用的那臺(tái)制表機(jī)的 線路是固定的，遇到新的統(tǒng)計(jì)任務(wù)，改造起來(lái)十分麻煩。

1906 年，霍爾瑞斯便引入了接插線板（plugboard）——一塊布滿導(dǎo)電孔的板卡，可通過(guò)改變導(dǎo)線插腳在板上的位置改變線路邏輯。試想一下，接插線板的內(nèi)部已經(jīng)布好了具有各種功能的線路，但它們都處在斷開狀態(tài)，各自連接著接插線板上的某兩個(gè)孔位，像一窩嗷嗷待哺的小鳥長(zhǎng)大著嘴巴，外部的導(dǎo)線就像美味的蟲子，當(dāng)蟲子的頭尾分別與小鳥的上喙和下喙接觸，線路就被導(dǎo)通，這只小鳥就開始工作了。如此，每次使用就可以激活不同的 “小鳥”，從而完成不同的任務(wù)。這已經(jīng)是一種可編程性的體現(xiàn)。

1911 年，制表機(jī)公司與另外 3 家公司合并成立 CTR 公司 （Computing-Tabulating-Recording Company），制表機(jī)公司作為其子公司繼續(xù)運(yùn)營(yíng)到 1933 年。

1924 年，CTR 更名為 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（International Business Machines Corporation），就是現(xiàn)在大名鼎鼎的 IBM 公司。可見，在如今眾多年輕的 IT 公司中，擁有百年歷史的 IBM 是位當(dāng)之無(wú)愧的前輩，它完整地參與和見證了整個(gè)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展史。IBM 保持了制表機(jī)公司在單元記錄市場(chǎng)的龍頭地位，到 1955 年，其每天生產(chǎn)的穿孔卡片多達(dá) 7250 萬(wàn)張。

1937 年開始，單元記錄設(shè)備逐步電子化，與電子計(jì)算機(jī)的界線漸漸模糊，并最終為后者讓路。隨著 1976 年 IBM 一型最核心的單元記錄產(chǎn)品的停產(chǎn)，短暫的單元記錄時(shí)代也宣告謝幕，它仿佛是電子計(jì)算時(shí)代來(lái)臨前的預(yù)演和鋪墊，許多設(shè)計(jì)被沿用下來(lái)，比如穿孔卡片和接插線板。

有趣的是，即使電子計(jì)算機(jī)逐漸普及，許多機(jī)構(gòu)由于用慣了單元記錄設(shè)備，遲遲不愿更換，少數(shù)機(jī)構(gòu)甚至一直用到了 21 世紀(jì)。

一句話總結(jié)

編程能夠幫助我們解決一些非常實(shí)際的問(wèn)題，用一種非?？岬姆绞?。

“

感興趣也可以擴(kuò)展閱讀一下：改變世界的代碼行

Part 2. 二進(jìn)制和 CPU 原理 | 編碼中蘊(yùn)藏的智慧

• 原文地址：「MoreThanJava」一文了解二進(jìn)制和CPU工作原理

原來(lái)，我們是這樣計(jì)數(shù)的

在討論「二進(jìn)制」和「CPU 如何工作」之前，我們先來(lái)討論一下我們生活中最稀疏平常的 數(shù)字，我們與之頻繁地打交道：一個(gè)約定的時(shí)間、一件商品的價(jià)格、一個(gè)人的身高....卻很少有人細(xì)細(xì)想過(guò)，這些數(shù)字是如何表達(dá)出來(lái)的？為什么你理所當(dāng)然地把 1024 理解為「一千零二十四」而不是別的含義？

也許你從未想過(guò)，在這簡(jiǎn)單的記數(shù)中，沉淀著人類的大智慧。

一進(jìn)制計(jì)數(shù)法

早在數(shù)字的概念產(chǎn)生之前，人類就學(xué)會(huì)了使用樹枝、石子、貝殼等自然界隨處可見的小物件表示獵物的、果實(shí)的、部落人口的數(shù)量。比如在某個(gè)角落堆上一堆石子，每打到 1 只獵物，就扔 1 顆石子進(jìn)去，每吃掉 2 只獵物，就從中取走 2 顆石子。他們并不在意石子的總數(shù)，只是時(shí)不時(shí)地瞅一眼，心底大致有數(shù)。

其實(shí)這是一種最樸素的記數(shù)方式，數(shù)學(xué)家稱之為 一進(jìn)制記數(shù)法（unary numeral system）。我們把它符號(hào)化一下，比如用斜杠 / 來(lái)表示：

• 1 就是 /；
• 2 就是 //；
• 4 就是 ////；

好像沒(méi)毛病，我們平時(shí)掰手指用的就是這種記數(shù)法，但數(shù)字一大，場(chǎng)面就要失控了。

符值相加記數(shù)法

為了解決記錄大數(shù)的問(wèn)題，于是我們得發(fā)明一些其他符號(hào)來(lái)表示更大的數(shù)值，比如用橫杠 -表示 10，用十字 + 表示 100。那么：

• 16 就是 -//////;
• 32 就是 ---//;
• 128 就是 +--////////;

漂亮....這種靠符號(hào)類型和符號(hào)數(shù)量表示數(shù)字的方法被稱為 符值相加記數(shù)法（sign-value notation），古埃及和古羅馬用的都是它，只不過(guò)符號(hào)各不相同。

古埃及的記數(shù)符號(hào)：

1	10	100	1000	10000	100000	1000000

1024 在古埃及就寫作：

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，符值相加記數(shù)法的一大優(yōu)點(diǎn)是，符號(hào)的順序可以任意打亂，數(shù)字含義不受影響。我國(guó)藏族曾用石子表示 1、木棍表示 10、果核表示 100、蠶豆表示 1000、瓦片表示 10000，那么，當(dāng)你把 1 顆蠶豆、2 根木棍和 4 顆石子胡亂地攥在手里，別人依然知道它們是 1024。

古羅馬的做法略有不同，他們對(duì)五進(jìn)制情有獨(dú)鐘：

這些符號(hào)沿用至今，想必大家（至少對(duì)前 3 個(gè)）都比較熟悉，許多鐘表仍保留著使用羅馬數(shù)字的習(xí)慣，1~12 分別表示為：I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII、IX、X、XI、XII。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，羅馬記數(shù)法是符值相加記數(shù)法的變種，因?yàn)樗还狻赶嗉印梗€「相減」。這種方式就不允許符號(hào)亂序了，IV 和 VI 表示的是不同的數(shù)字。

那羅馬人何苦要使用這種更復(fù)雜的記數(shù)法呢？無(wú)非是為了讀寫方便。同樣表示 9，IX 比 VIIII 更簡(jiǎn)潔。

其實(shí)有一種更好使的方法——用另外一些列符號(hào)來(lái)表示符號(hào)的數(shù)量。比如用 A 表示 1 個(gè)符號(hào)，用 B 表示 2 個(gè)符號(hào)，以此類推，用 I 表示 9 個(gè)符號(hào)。

如此，上文表示 256 的 ++-----////// 就可以寫作 B+E-F/。你一定感覺(jué)莫名其妙，這種寫法哪里方便了。其實(shí)中文的數(shù)字表示就是這種形式，只不過(guò)我們用得太習(xí)慣了，以至于沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。

在中文中，個(gè)、十、百 代替了 /、-、+，而 一、二、三 代替了 A、B、C。256 就寫作 二百五十六個(gè)，個(gè) 比較累贅，我們通常把它省略了。

其實(shí)像日語(yǔ)、英語(yǔ)用的也同樣是這種記數(shù)法，簡(jiǎn)潔、優(yōu)雅。

美中不足的是，這種形式雖便于讀寫，卻不便于計(jì)算。中國(guó)古人為算籌和算盤這類經(jīng)典算具搭建起廣闊的舞臺(tái)，卻沒(méi)給筆算留出一席之地。想象一下，如果讓你把這些漢字寫在草稿紙上，列個(gè)豎式，你的內(nèi)心一定非常別扭。

位值制記數(shù)法

公元5世紀(jì)，印度數(shù)學(xué)家阿耶波多（Aryabhata 476–550）創(chuàng)立了現(xiàn)在廣泛使用的 位值制記數(shù)法（positional notation/place-value notation），該記數(shù)法使用的主要符號(hào)，是同為印度人發(fā)明的阿拉伯?dāng)?shù)字：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

與符值相加記數(shù)法類比，位值制中的 1、2、3 代替的是 A、B、C，那 /、-、+呢？是 靠阿拉伯?dāng)?shù)字的位置來(lái)表示的。眾所周知，最右位相當(dāng)于 /，次右位相當(dāng)于 -。靠每個(gè)位置上的數(shù)值來(lái)表示數(shù)字，故名位值制。

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)家用一種多項(xiàng)式高度概括了位值制記數(shù)法的本質(zhì)，在十進(jìn)制中，這個(gè)多項(xiàng)式是這樣的：

這是一個(gè) n 位十進(jìn)制數(shù)，ai 就是第 i 位上的數(shù)值。為便于直觀理解，舉個(gè) 1024 的例子吧：

由于我們熟悉了十進(jìn)制，這樣費(fèi)心費(fèi)力的展開可能會(huì)讓你覺(jué)得好笑，但當(dāng)我們把它推廣到其他進(jìn)制時(shí)，這個(gè)多項(xiàng)式的價(jià)值就體現(xiàn)了出來(lái)。n 位 b 進(jìn)制數(shù)的位值制表示：

1024 用二進(jìn)制怎么表示？

因此，1024 的二進(jìn)制寫作 10000000000。

除了最普遍的十進(jìn)制和計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制，常見的還有七進(jìn)制（如 1 周 7 天）、十二進(jìn)制（如 1 年 12 個(gè)月）、十六進(jìn)制（如古代 1 斤 16 兩）、六十進(jìn)制（如六十甲子）等等，只要有意義，任何進(jìn)制都可以為你所用。

為什么使用二進(jìn)制

至此，你對(duì)「二進(jìn)制」或許不再那么陌生，它僅僅是數(shù)制的一種而已。

可為什么一定是二進(jìn)制呢？使用人類習(xí)慣的十進(jìn)制不好嗎？

理由一：物理上易于實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)依靠電力工作，這也就意味著需要將數(shù)字信號(hào)映射到電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這種映射最簡(jiǎn)單的方法是：

• 0 - 沒(méi)有電（0 V）
• 1 - 有點(diǎn)（5 V）

二進(jìn)制在技術(shù)上最容易實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)榫哂袃煞N 穩(wěn)定狀態(tài) 的物理器件很多，如門電路的導(dǎo)通與截止、電壓的高與低等，而它們恰好可以對(duì)應(yīng)表示 “1” 和 “0” 這兩個(gè)數(shù)碼。假如采用十進(jìn)制，那么就要制造具有 10 種 穩(wěn)定狀態(tài) 的物理電路，而這是非常困難的。

理由二：機(jī)器可靠性高

為什么使用更復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)是一個(gè)問(wèn)題？

假設(shè)我們使用三元（3 位數(shù)字）數(shù)字系統(tǒng)涉及計(jì)算機(jī)，如果我們具有從 0 V 到 5 V 的電壓，那么我們可以進(jìn)行以下的映射：

• 0 - 0 V;
• 1 - 2.5 V;
• 2 - 5 V;

• 圖片來(lái)源：https://pmihaylov.com/intro-binary-numbers/

看起來(lái)合理吧？但是，想象一下，我以 2.5 V 的電壓發(fā)送了一個(gè)數(shù)字。但是由于電路中的一些噪聲，我在輸出端得到 2.3 V 的電壓，因此將其視為 0。結(jié)果是？

有人給我發(fā)送了 1，但我將其視為 0。數(shù)據(jù)丟失可是一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題。

使用二進(jìn)制則可靠得多，由于電壓的高和低、電流的有和無(wú)等都是一種 質(zhì)的變化，兩種物理狀態(tài)穩(wěn)定、分明，因此，二進(jìn)制碼傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng)，鑒別信息的可靠性高。

為什么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須有時(shí)鐘

• 圖片來(lái)源：http://programmedlessons.org/Java9/chap02/ch02_11.html

建立數(shù)字系統(tǒng)的目的是 僅在某些時(shí)間點(diǎn)測(cè)試開/關(guān)（二進(jìn)制）值，這使電線（或其他設(shè)備）有時(shí)間更換。這就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有時(shí)鐘的原因。

時(shí)鐘會(huì)周期性地進(jìn)行信號(hào)的測(cè)量，圖中所示的 T1 和 T2 就是可以測(cè)量信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)。

時(shí)鐘利用所有這些時(shí)間點(diǎn)來(lái)保持同步。更快的時(shí)鐘意味著每秒可以對(duì)電線進(jìn)行更多次測(cè)試，并且整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行得更快。2 GHz 處理器每秒檢查二進(jìn)制值 20 億次。在這些時(shí)間之間，允許值改變并穩(wěn)定下來(lái)。處理器芯片速度越快，每秒可以測(cè)試的次數(shù)就越多，每秒可以做出的決策就越多。

理由三：運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單

數(shù)學(xué)推導(dǎo)已經(jīng)證明，對(duì) N 進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)求和或求積運(yùn)算，其運(yùn)算規(guī)則各有 N(N+1)/2種。如采用十進(jìn)制，則 N=10，就有 55 種求和或求積的運(yùn)算規(guī)則；而采用二進(jìn)制，則 N=2，僅有 3 種求和或求積的運(yùn)算規(guī)則，以上面提到的加法為例：

0+0=0，0+1=1?(1+0=1)，1+1=10

因而可以大大簡(jiǎn)化運(yùn)算器等物理器件的設(shè)計(jì)。

理由四：邏輯判斷方便

采用二進(jìn)制后，僅有的兩個(gè)符號(hào) “1” 和 “0” 正好可以與邏輯命題的兩個(gè)值 “真” 和 “假” 相對(duì)應(yīng)，能夠方便地使用邏輯代數(shù)這一有力工具來(lái)分析和設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的邏輯電路。

雖然在 1950 年代就造出了更加高效的三元計(jì)算機(jī)，但在效率和復(fù)雜度的取舍上，始終抵不過(guò)二進(jìn)制。二進(jìn)制仍然在當(dāng)今世界中長(zhǎng)期存在。

CPU 的實(shí)際工作方式簡(jiǎn)單演示

上面我們了解到計(jì)算機(jī)以二進(jìn)制的形式運(yùn)行，它們只有兩種狀態(tài)：開（1）和關(guān)（0），為了執(zhí)行二進(jìn)制計(jì)算，我們需要采用一種特殊的電子元器件，稱為 「晶體管」。暫時(shí)我們把它理解為一種開關(guān)吧，通電就打開，沒(méi)電流通過(guò)就關(guān)閉。

利用「開關(guān)」搭建邏輯電路

我們知道，給電燈通上電，它就會(huì)亮：

于是，結(jié)合上開關(guān)，我們就能搭建出最基礎(chǔ)的 與門 和 或門。

與門

該電路的邏輯是：只有當(dāng) A 和 B 同時(shí)開啟時(shí)，LED 燈才會(huì)亮，也就是認(rèn)為輸出 1，我們可以利用電信號(hào)來(lái)簡(jiǎn)單模擬一下：

或門

該電路的邏輯是：當(dāng) A 或者 B 開啟時(shí)，LED 燈就會(huì)亮，也就是認(rèn)為輸出 1，我們可以利用電信號(hào)來(lái)簡(jiǎn)單模擬一下：

其他門

類似地，我們可以借助更多的電子元器件來(lái)創(chuàng)造出基礎(chǔ)的 7 種邏輯門電路：

• 圖片來(lái)源：https://www.zhihu.com/question/348237008/answer/843382847 | @Zign

這里需要特別提一下 異或門，我們需要先知道有一種電子元器件可以利用電氣特性對(duì) 輸入取反，也就是說(shuō)輸入 1 則輸出 0，輸入 0 則輸出 1，那么我們就可以 簡(jiǎn)單模擬 出異或門邏輯電路（實(shí)際會(huì)更復(fù)雜些，這里僅展示出異或的意思）：

A' 和 B' 分別表示 A 和 B 開關(guān)的反值，從圖中我們很容易知道只有當(dāng) A、B 只存在一個(gè)輸入 1 時(shí)，整個(gè)電路才會(huì)輸出 1。

利用邏輯門制作簡(jiǎn)單加法器演示

OK，上面我們了解到我們能夠利用 "開關(guān)" 來(lái)模擬邏輯的運(yùn)算，我們接下來(lái)試著還原一個(gè)簡(jiǎn)單的加法運(yùn)算器是如何實(shí)現(xiàn)的：

僅需兩個(gè)門，就可以完成基本的二進(jìn)制加法運(yùn)算。上圖是利用 logic.ly 創(chuàng)建的半加法器，A、B 相當(dāng)于使我們計(jì)算的兩個(gè)數(shù)，最后一塊相當(dāng)于是我們的數(shù)顯芯片，它的功能是根據(jù)輸入顯示數(shù)字，從上到下的引腳（也就是圖中輸入的地方，通常我們這樣稱呼）分別對(duì)應(yīng)了 20=1、21=2、22=4、23=8 的輸入，沒(méi)有任何輸入時(shí)顯示為 0，如果 引腳 1（對(duì)應(yīng) 20=1）像上圖一樣有輸入，則顯示 0 + 1 = 1。

我們來(lái)理解一下上方的電路：

• 如果僅打開一個(gè)輸入，但不同時(shí)打開兩個(gè)輸入，則此處的 XOR 門（異或門）將打開，此時(shí)對(duì)應(yīng)輸入 引腳 1，顯示 數(shù)字 1（類似于 1 + 0 和 0 + 1)；
• 如果兩個(gè)輸入均打開，則 AND 門(與門)將打開，此時(shí)對(duì)應(yīng)輸入 引腳 2，顯示 數(shù)字 2（類似于 1 + 1）；
• 如果沒(méi)有輸入，則 AND 門和 XOR 門都保持關(guān)閉，此時(shí)顯示 數(shù)字 0（類似于 0 + 0）；

因此，如果兩個(gè)都打開，則 XOR 保持關(guān)閉，并且 AND 門打開，得出正確的答案為 2：

但這只是最基礎(chǔ)的半加法運(yùn)算器，不是太有用，因?yàn)樗荒芙鉀Q最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題之一。但如果我們把它們兩個(gè)與另一個(gè)輸入連接，就會(huì)得到一個(gè)完整的加法器：

仔細(xì)思考幾遍，你就會(huì)得知這個(gè)三個(gè)輸入的加法器已經(jīng)可以計(jì)算 3 個(gè)二進(jìn)制數(shù)字的加法運(yùn)算了，我們?nèi)绶ㄅ谥疲梢酝ㄟ^(guò)連接更多的"進(jìn)位"來(lái)使這個(gè)加法器能夠運(yùn)算更多的數(shù)，這當(dāng)然也意味著這個(gè)計(jì)算鏈條更長(zhǎng)。

大多數(shù)其他數(shù)學(xué)運(yùn)算都可以加法完成。乘法只是重復(fù)加法，減法可以通過(guò)一些奇特的位反轉(zhuǎn)來(lái)完成，而除法只是重復(fù)減法。并且，盡管所有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都具有基于硬件的解決方案以加快更復(fù)雜的操作，但從技術(shù)上講，您可以使用完整的加法器來(lái)完成全部操作。

一句話總結(jié)

編碼伴隨探索和學(xué)習(xí)新知的過(guò)程，如果愿意，我們能從中獲取很多類似于解出一道數(shù)學(xué)題的樂(lè)趣。

Part 3. 機(jī)器指令到高級(jí)語(yǔ)言 | 站在先驅(qū)巨人的肩膀

機(jī)器指令

我們已經(jīng)了解了 二進(jìn)制和 CPU 的基本原理，知道了程序運(yùn)行時(shí)，CPU 每秒數(shù)以億次、十億次、百億次地震蕩著時(shí)鐘，同步執(zhí)行著微小的 「電子操作」，例如：從內(nèi)存讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到 CPU 又或者判斷字節(jié)中的某一位是 0 還是 1。

CPU 本身有一組 規(guī)定好的 可以執(zhí)行的 「基本動(dòng)作」（被稱為 機(jī)器指令）：

1. 讀取指令；2. 執(zhí)行指令；3. 寫寄存器；

這幾乎就是 CPU 工作的全部了。 這些動(dòng)作雖然每次只能執(zhí)行一次，但是每秒可以執(zhí)行數(shù)十億次，這個(gè)數(shù)量級(jí)的「小操作」累加成為一個(gè)大的「有用的操作」。

處理器所做的一切都是基于這些微小的操作！幸運(yùn)的是，我們已經(jīng)不再需要了解這些操作的詳細(xì)信息就可以編寫和使用各類程序。諸如 Java 這一類的 「高級(jí)語(yǔ)言」 的 目的 就是 將這些微小的電子操作組織成由人類可讀的「程序語(yǔ)言」表示的大型有用單元。

盡管機(jī)器語(yǔ)言有一些反人類，但至少我們可以用它來(lái)來(lái)編寫代碼了，如：

00000001?00000010?00000001
00000100?00000100?00000000

似乎看著這一段兒代碼有點(diǎn)迷糊，并且 可讀性太差了。

如此你就會(huì)感知到 上個(gè)世紀(jì) 的程序員使用 打孔卡片：

使用 紙帶：

甚至是 直接插拔線路 or 按下開關(guān)：

是一件多么硬核的事情...

匯編語(yǔ)言

PU 的指令都是 二進(jìn)制 的，這顯然對(duì)于人類來(lái)說(shuō)是 不可讀 的。為了解決二進(jìn)制指令的可讀性問(wèn)題，工程師將那些指令寫成了 八進(jìn)制。二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制是輕而易舉的，但是八進(jìn)制的可讀性也不行。

很自然地，最后還是用文字表達(dá)，加法指令寫成 ADD。內(nèi)存地址也不再直接引用，而是 用標(biāo)簽 表示。

這樣的話，就多出一個(gè)步驟，要把這些文字指令翻譯成二進(jìn)制，這個(gè)步驟就稱為 assembling，完成這個(gè)步驟的程序就叫做 assembler。它處理的文本，自然就叫做 aseembly code。標(biāo)準(zhǔn)化以后，稱為 assembly language，縮寫為 asm，中文譯為 匯編語(yǔ)言。

匯編語(yǔ)言演示

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們需要計(jì)算：

(1?+?4)?*?2?+?3

我們按照 「后綴表示法」 進(jìn)行一下轉(zhuǎn)換：

1，4，+，2，*，3，+

我們平常使用的方法是 「中綴表示法」，也就是把計(jì)算符號(hào)放中間，例如 1 + 3，后綴則是把符號(hào)放最后，例如 1, 3, +。

這樣做的好處是沒(méi)有先乘除后加減的影響，也沒(méi)有括號(hào)，直接運(yùn)算就行了。（例如 1, 3, +，先把 1 和 3 保存起來(lái)碰到 + 知道是加法則直接相加）

OK，我們從頭開始使用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫一下程序，首先第一步：把 1 保存起來(lái)（放入寄存器）：

MOV??1

之后是 4, +，那就直接加一下：

ADD?4

然后是 2, *，那就直接乘一下（SHL 是向左移動(dòng)一位的意思，二進(jìn)制中左移一個(gè)單位就相當(dāng)于乘以 2，例如 01 表示 1，而 10 則表示 2）：

SHL?0

最后是 3, +，再加一下：

ADD?3

完整程序如下：

MOV??1
ADD??4
SHL??0
ADD??3

這似乎看起來(lái)比 00001111 這樣的二進(jìn)制要好上太多了！程序員們感動(dòng)到落淚：

高級(jí)語(yǔ)言

擺脫了 二進(jìn)制，我們有了更可讀的 匯編語(yǔ)言，但仍然十分繁瑣和復(fù)雜，每一條匯編指令代表一個(gè)基本操作，例如：「從內(nèi)存 x 位置獲取一個(gè)數(shù)字并放入寄存器 A」、「將寄存器 A 中的數(shù)字添加到寄存器 B 的數(shù)字上」。這樣的編程風(fēng)格既費(fèi)時(shí)又容易出錯(cuò)，并且一旦出錯(cuò)還很難發(fā)現(xiàn)。

例如，我們來(lái)看一看 「1969 年阿波羅 11號(hào)登月計(jì)劃」 用來(lái) 防止登月艙計(jì)算機(jī)耗盡自身資源的 BAILOUT 代碼：

POODOO????INHINT
????CA??Q
????TS??ALMCADR
?
????TC??BANKCALL
????CADR??VAC5STOR??#?STORE?ERASABLES?FOR?DEBUGGING?PURPOSES.
?
????INDEX??ALMCADR
????CAF??0
ABORT2????TC??BORTENT
?
OCT77770??OCT??77770????#?DONT?MOVE
????CA??V37FLBIT??#?IS?AVERAGE?G?ON
????MASK??FLAGWRD7
????CCS??A
????TC??WHIMPER?-1??#?YES.??DONT?DO?POODOO.??DO?BAILOUT.
?
????TC??DOWNFLAG
????ADRES??STATEFLG
?
????TC??DOWNFLAG
????ADRES??REINTFLG
?
????TC??DOWNFLAG
????ADRES??NODOFLAG
?
????TC??BANKCALL
????CADR??MR.KLEAN
????TC??WHIMPER

• 出處：改變世界的代碼行 - https://www.infoq.cn/article/5CaYH8NbS6BmptWKRgkX

似乎不太容易讀的樣子...

阿波羅登月計(jì)劃的源代碼在 Github 上已經(jīng)公開，有興趣的可以去下方鏈接膜拜一下（可以去感受一下當(dāng)時(shí)程序員的工程能力）：

• https://github.com/chrislgarry/Apollo-11

另外附一下當(dāng)時(shí)代碼的設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人 Margaret Heafield Hamilton（女程序員）和完成的堆起來(lái)跟人一樣高的代碼量：

第一個(gè)高級(jí)語(yǔ)言：FORTRAN

當(dāng) John Backus 在 1950 年以一名科學(xué)程序員的身份加入 IBM 時(shí)，已經(jīng)可以使用諸如 ADD 之類的助記詞代替數(shù)字代碼來(lái)編寫程序，也就是我們的匯編語(yǔ)言。這使編程變得容易一些，但是即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序也需要數(shù)十次操作，并且仍然很難找到錯(cuò)誤。

巴克斯認(rèn)為，應(yīng)該有可能創(chuàng)建一種編程語(yǔ)言，使一系列計(jì)算可以用類似于數(shù)學(xué)符號(hào)的形式來(lái)表達(dá)。然后，使用特定的翻譯程序（以今天的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)是編譯器）可以將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以理解的數(shù)字代碼。

Backus 在 1953 年向他的經(jīng)理提出了這個(gè)想法。他得到了預(yù)算，并被鼓勵(lì)雇用一個(gè)小團(tuán)隊(duì)來(lái)測(cè)試該想法的可行性。三年后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一本手冊(cè)，其中描述了 IBM Mathematical Formula Translating System（簡(jiǎn)稱 FORTRAN）。不久之后， IBM 向 IBM 704 的用戶提供了第一個(gè) FORTRAN 編譯器。

FORTRAN 之父

Backus 和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了世界上第一種高級(jí)編程語(yǔ)言。科學(xué)家和工程師將不再需要將其程序編寫為數(shù)字代碼或冗長(zhǎng)的助記符。

FORTRAN 代碼演示

下面演示計(jì)算并輸出 8 * 6 的代碼實(shí)例：

program?VF0944
implicit?none

integer?a,?b,?c
a=?8
b=?6
c=?a*b

print?*,?'Hello?World,?a,?b,?c=?',?a,?b,?c
end?program?VF0944

對(duì)比匯編代碼，是不是看上去要清晰（人類可讀）多了呢？

FORTRAN 的意義

FORTRAN 的問(wèn)世在計(jì)算機(jī)史上具有劃時(shí)代的意義，它使計(jì)算機(jī)語(yǔ)言從原始的低級(jí)匯編語(yǔ)言走出來(lái)，進(jìn)入了更高的境界，使得 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言不再是計(jì)算機(jī)專家的專利，使廣大的工程技術(shù)人員有了進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程的手段。

由此計(jì)算機(jī)更快地深入到了社會(huì)之中，它在工業(yè)部門中初露頭角，更是在火箭、導(dǎo)彈、人造地球衛(wèi)星的設(shè)計(jì)中大顯身手，因此有人稱 FORTRAN 語(yǔ)言使計(jì)算機(jī)的工業(yè)應(yīng)用成了可能，是推動(dòng)第二次世界大戰(zhàn)以后西方工業(yè)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和進(jìn)入第二次工業(yè)革命的無(wú)形力量，是 "看不見的蒸汽機(jī)"。

一句話總結(jié)

計(jì)算機(jī)先驅(qū)們已經(jīng)為我們架設(shè)好了計(jì)算機(jī)的世界，站在先驅(qū)巨人們的肩膀，我們?nèi)缃窈苋菀滓部梢钥吹酶吆透h(yuǎn)。

Part 4. 構(gòu)建自己獨(dú)有的程序(世界)

• 圖片來(lái)源自：https://www.infoq.cn/article/5CaYH8NbS6BmptWKRgkX

編碼的樂(lè)趣有很多，把自己的想法動(dòng)手實(shí)踐就是其中一個(gè)。

例如網(wǎng)友玩兒游戲活動(dòng)需要不停點(diǎn)鼠標(biāo)，于是寫了一個(gè)鼠標(biāo)連點(diǎn)器：

例如給自己心愛的妹子寫一個(gè)戀愛紀(jì)念網(wǎng)站：

例如給 FlappyBird 加一個(gè)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法讓它自己學(xué)習(xí)如何飛行：(圖示已經(jīng)能自己飛 4527步了)

例如網(wǎng)友自己寫的文言文語(yǔ)言：(使用文言文寫代碼)

//?HelloWorld?程序演示
吾有一數(shù)。曰三。名之曰「甲」。
為是「甲」遍。
?吾有一言。曰「「問(wèn)天地好在?！埂埂?。
云云。

運(yùn)行輸出：

問(wèn)天地好在。
問(wèn)天地好在。
問(wèn)天地好在。

一句話總結(jié)

我們可以動(dòng)手通過(guò)編程把我們的很多想法付諸于實(shí)現(xiàn) (前提是不斷探索和學(xué)習(xí))，并在迎接挑戰(zhàn)和最終實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中獲得無(wú)限的樂(lè)趣。

小總結(jié)

總體而言，IT 是令人興奮的。

素有「軟件吞噬世界」的說(shuō)法，我們也正生活在計(jì)算機(jī)當(dāng)?shù)赖氖澜纭?/p>

并且編程并不是每個(gè)人都具備的技能，借助技術(shù)，一切皆有可能，并且現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代比以往都更有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)和創(chuàng)建「自己的世界」。