所以說，指令的實質作用就是把人工佈線的操作給抽象出來，用0、1的電子訊號來控制電晶體的狀態，進而控制電路的通斷，從而選擇出處理器中我們需要的功能單元，來完成指令的任務。因此，我覺得儲存程式的最大好處就是，把人手工佈線的過程也給自動化了，通過電訊號控制的方式自動實現了佈線，於是實現了計算機完全自動化的完成不同的任務，只需預先儲存好相應的指令序列就行了。因為只要有人蔘與的步驟都快不了多少，總有個度，所以這種創新極大的提升了計算的效率。

    還有，這些指令中，最重要的創新就是邏輯判斷指令(不是邏輯運算)，即所謂的控制類指令，能對資訊進行比較和判斷，並能根據判斷的結果自動選擇要執行的下一條指令。我覺得以前的計算工具都有進行運算的能力，而從沒有想過要擁有邏輯判斷能力。而根據圖靈的圖靈機理論，擁有邏輯判斷功能的計算機才能模擬圖靈機的全部功能，也才可以實現任意計算。我覺得對於使用沒有邏輯判斷能力的計算工具，都是由我們人類來執行這個邏輯判斷的工作的，即我們自己根據執行的狀態來選擇接下來的處理方法。所以說，即使實現了儲存程式，但是如果指令集缺少邏輯判斷指令，也會大大限制了計算機能自動完成的計算過程。因此，只有具備了邏輯判斷指令的計算機才是真正的通用計算機，才能在沒有人類參與的情況下自動完成任意計算。也正因為沒有人類參與，才得以讓計算機的計算速度快得突破天際！

    好了，從此之後，我們有了能根據程式來自動執行任意計算的工具。於是，程式設計師們就在軟體領域大做文章，創造出豐富多彩的軟體世界，他們有的專注於建造軟體世界的基礎設施，有的則喜歡建造直接面向用戶的應用程式。總之，通過他們的通力合作，軟體世界得以蓬勃發展，不斷的賦予計算機新的能力，於是計算機替我們完成了越來越多的任務，從而改變了我們每個人的生活！

靈劍

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一堆土怎麼蓋出高樓大廈的？其實是一個道理，兩個字，工程。
完成一項大的工作，有三個步驟：

1. 找到一個可行的理論，這是科學的範疇，也是最困難的一步
2. 將理論的可行性轉化為實踐的可行性，這是技術的範疇，同樣需要天才和靈感
3. 用這個可行的方法重複一千遍，在這個過程中找到最有效率的執行方案，然後再重複更多次來做出更復雜的應用，這是工程

工程是看上去最神奇最巨集偉的一步，但其實是最不復雜的一步，畢竟路都鋪好了，工程師們通常要做的只有：

1. 創造出更合理的工具來提高工作效率
2. 發明出更合理的分工來提高工作效率
3. 總結出更容易學會的經驗來提高工作效率

它無非是對於這件事，要如何把更多的人力投上去、讓這些人力發揮最大效率、從而在最短時間內完成工作的問題，跟前兩步來說，根本沒有什麼困難的。就像研究力學原理最困難，發明大樓的設計方法其次，而設計出大樓並沒有那麼難，照著圖紙施工更是搬磚的活了。

對於電腦科學也是這樣的。提出儲存程式原理的馮諾依曼是天才，提出可計算理論的圖靈是天才，發明出電晶體的肖克利是天才，發明鎖存器、DRAM、匯流排、作業系統原理、編譯原理、C語言……這些天才的名字我甚至沒法一一叫出，我們這些工程師只是在前人種下的大樹下，用前人發明好的方法重複著自己的工作，同時嘗試著做出一點點微小的貢獻而已。

計算機能進行計算，首先歸功於非線性元件的發現，這個開端還不是半導體電晶體，而是繼電器、電子管等等。在這之前人們已經可以用電阻分壓進行一些計算了，但是很幼稚，得到的結果也不準確；而經過這些元件的研究，人們發現我們可以將資訊表示為數字訊號，用0-1的二進位制來進行運算，這樣就可以通過電路得到精確的結果，這很快就表現出了對手搖計算機的領先。某些電路可以讓一個輸入訊號變成它的相反的值，0變成1,1變成0；某些電路可以讓兩個輸入訊號變成與或者或的關係，與也就是00、01、10都變成0，而11變成1，或則是00變成0，而01、10、11都變成1。布林代數這個工具告訴我們，以上的邏輯加在一起就足夠表達所有可能的邏輯了，包括加減乘除在內，於是我們可以用二進位制進行運算。

曾經對計算機來說，所謂“程式設計”，指的是把線路板上可變的線路重新插接起來，讓它們連線成可以工作的電路；甚至於debug，指的是有蟲子飛進線路里被電死了，造成了短路，需要人去把它們取出來，所以叫做de-bug，bug就是蟲子的意思。後來馮諾依曼提出了儲存程式的概念，我們不是用插線，而是用儲存在電子元件中的程式來控制線路之間的連線，這樣就大大提高了我們重新佈線的效率；而這樣的機器能完成怎樣的任務，這個問題則由另一名天才圖靈解決了：簡單來說，能完成任何任務。這樣人類就有了第一臺通用電子計算機ENIAC，一個龐然大物。雖然不知道細節，但它大概是從穿孔卡片之類的外設中讀入第一個程式的。穿孔卡片的歷史就遠比計算機要早了，甚至可以上溯到十八世紀；IBM最早也是靠它發家的。為了儲存資料，ENIAC甚至用了一個水銀槽，把電轉換成聲波，讓聲波沿著水銀槽傳播來實現延遲，從而暫存資料。不管怎麼說它的確是可以工作的。

程式是如何替代線路來運算的呢？其實並沒有什麼神祕的。我們看繼電器，它通電的時候，就導通一條線路，關閉的時候則斷開；如果我們將所有的可能的連線上都連上線，就可以用繼電器來控制這些線是通還是斷，也就相當於控制了電路。更好的一點是，我們運算的結果可以反過來修改儲存的狀態，於是這個運算可以按照我們設計的步驟連續不斷地運作下去，大大擴充套件了計算機可以進行的任務種類。

如果你想知道第一個程式如何執行的，大概到這裡就結束了；但是離office還遠。

電子管計算機不管是價格還是壽命都有大問題，後來人類發明了電晶體，然後是積體電路，它大大降低了計算機的尺寸和成本，於是小型機甚至個人PC變為可能。再後來，計算機越來越廉價，也就有越來越多的人用得起，為了讓所有人都能用得上，IBM、貝爾實驗室等機構就聯合起來想要開發一個叫做multics的作業系統。

作業系統是什麼呢？以前的計算機一次只執行一個程式，它接受指定好的輸入，完成指定的工作，列印到紙帶輸出，然後就停機。但現在的計算機計算能力很強，僅僅一條紙帶的輸入速度已經滿足不了它了，為了提高效率，它必須能同時輸入多道資料，執行多個任務，從而提高效率。對於以前的計算機來說，計算，然後決定讀取資料，然後等待資料讀進來，這時候計算機完全停轉等待著穿孔卡片（紙帶），這是對計算機的浪費；而有作業系統了之後，計算機會在等待資料輸入的時候，切換到其他計算任務上，直到讀取完成之後再切換回來進行原來的任務，這樣就讓輸入輸出（IO）與計算進行了重疊。

然而這個計劃悲慘地失敗了，大概是因為當時的人們還沒有充分認識到，軟體的開發是一項獨立於硬體的工程，直到認清這件事的時候已經晚了，貝爾實驗室和IBM都因為開發延遲而退出了這項計劃。但通過這個大專案，人們認清了幾件事：

1. 軟體開發的複雜度超過了人們的想象，必須用正確的方法來進行；這個正確的方法叫做模組化。將軟體的功能拆分成小的模組，這樣人們才能有效地協同起來共同工作；否則僅僅投入人力是不夠的。
2. 工具的重要性。要高效率的開發軟體，我們需要高階語言而不是彙編。

後來，multics的遺蹟上，兩個愛玩遊戲的工程師為了玩遊戲，從遺棄的程式碼中開發出了Unix，順便發明了C語言。

從這以後，軟體工程的路上一片坦途。沒過多久，也有了我們熟知的DOS和Windows。

這之後的故事就簡單了，就像我最早說的，我們工程師只是在鋪好的路上重複勞動，再一點點改進原來的方法，從DOS到Windows，從16位到32位，從文字模式到圖形模式，從真實模式到保護模式，我們的工具每天都在進步，但我們做的事情其實與幾十年前沒有多大區別。就像是搭積木，我們每個人都學會了怎麼搭上自己的一塊，最終我們搭出了龐然大物，但這其實並沒有什麼可稀奇的。

釋出於 2016-11-01

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Garvey

借題發揮

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世界上第一臺機械計算機，出現於崇禎十五年，清崇德七年，1642年（1643年牛頓出生，1644年李自成攻陷北京，崇禎帝自縊，留血書“任賊分裂朕屍，勿傷百姓一人。”明廷進入南明時代），19歲的法國數學家～帕斯卡～製造了鐘錶齒輪式機械計算機，但僅能做加減法運算。

（永曆三十二年，清康熙十七年，1678年，吳三桂稱帝，蒲松齡落榜，同年吳三桂逝世，惠更斯向法國科學院提出光的波性理論——德國數學家萊布尼茲發明了可做乘除運算的計算機。）

道光二十二年，1842年，中國古典時代結束的第三年，英中籤訂《南京條約》。英國Lovelace女伯爵，一位名為Ada Augusta的女性，編寫了世界上第一條程式（十進位制），用於在分析機上計算伯努利數。她被認為是人類世界第一位程式設計師。

（分析機是英國數學家查爾斯·巴貝奇在1837年（道光十七年）提出的只存在於設計階段的機器，這臺機器因為政治經濟公關等原因並沒有造出來。模型為：
用打孔紙帶輸入。）

……
一戰，默哀。
……
二戰，默悼。

民國三十年，1941年，世界上第一臺用電子元件製作的計算機，由德國～朱賽～用繼電器製成。毀於戰火。

民國三十五年，1946年，舉世聞名的第一臺通用計算機（不僅僅是專門用於哪類計算，謂之通用）ENIAC埃尼阿克誕生。

第一批真正意義上的通用計算機程式設計師，就是上面六位女孩子，她們的工作，是抽插電線和按開關（以及更換燒壞的零件）——劃！重！點！這就是現代意義上！真正意義上的程式設計！也就是口口相傳神乎其神的上古初代程式設計！——直接改電路！對電路下手！

（關於抽插電線，作為類比，見過老式電話站接線員的接線臺嗎？

）
所謂程式設計，就是根據數學問題，編出電線的連線方式，然後製作用於輸入的一大堆打孔卡片，這可能需要幾個月。
但是埃尼阿克運算很快，轟！半個鎮子的電都供上了～立馬就能算出來～雖然輸出也是一大堆打孔卡片～又需要再花幾天時間翻譯這些二進位制孔～但還是快多了～

知道了這些，答主應該明白：現在的所有計算機程式設計，都是在實現那六個女孩子的工作。所謂按規定執行～這個規定！就是電路～電路不變，程式不變！

更專業點的科普：
計算機的數位電路（也就是各種編碼器、譯碼器、加法器、鎖存器、計數器……）是用邏輯閘實現的，邏輯閘懂吧？就是高中物理說的“與、或、非”，無論輸入輸出，有電流就叫做1，沒電流就叫做0。
埃尼阿克的邏輯閘，是用粗大憨實的電子管做的（一個邏輯閘是用好多管子做的），所以埃尼阿克極為龐大。而且每過幾分鐘就會燒壞幾根兒管兒。

而現代計算機用半導體管（電晶體，用一兩種半導體做的二極體三極體）代替了電子管，所以我們現在的個人電腦小多了，又叫微型計算機（微機）。

（所謂半導體，就是位於元素週期表金屬和非金屬交界附近的矽、鍺那類過渡元素，下圖黃色部分——給它小電壓它不通電，給它大電壓它就通——所以叫它們半 · 導體。又因為它的分子結構是有空間規則的，不是亂排的，所以又叫晶體～見人教版高中化學選修3～
）
換用如此小巧的原件以及他們的製作工藝後，積體電路和整合晶片就出現了。（上圖叫做微控制器晶片，和下圖的英特爾處理器，某種程度上說，是同類。這些處理器的核心，是暫存器，用於記錄程式執行中產生的中間資料，以及負責挑選有我們需要的功能的電路（也就是各種“器”）。
還記得那六個女孩的連電線和按開關嗎？
！所謂連電線，就相當於微控制器程式設計裡的選擇暫存器、選擇時鐘、選擇外部裝置等等等。……甚至更原始些，現代意義上的有些暫存器，在那時還沒有集合到一起，完全需要人下到更下一層的硬體去……接電線。
！所謂按開關，就相當於微控制器程式設計裡，給某暫存器的某位置1還是置0。
）

整合晶片，就把那六個女孩連電線的各個裝置，全都用化學材料填充的方法搞到晶片裡了，所以叫整合晶片，也就是CPU中央處理器。利用半導體各種通和不通的特性，代替了六個女孩子拔插電線的工作，所以裡面就省了導線，所以才那麼小。
（所以我們說，那時候的計算機，以處理器為核心；而現在的計算機，以儲存器為核心；就是因為製作晶片變容易了，而我們需要處理的資料～和產生的資料卻更多了。）
而更多的功能，就可以交給晶片外的積體電路了。
——如此這般，也就不需要每次程式設計都改電路了～只要用到哪部分電路，就在程式寫一句程式碼，電流（0和1）就去找那部分電路了～
也就是說，程式設計通過控制電流，來選擇需要的電路，從而實現那六個女孩子的工作～資料便在選好的電路里走一遍～然後吐出來——這就是“按規定執行”。

可能有的人無法理解那些女孩的工作與現代計算機的聯絡（所以我就再補充點兒）——那是因為ENIAC沒有儲存指揮自己指令的功能，所以每次遇到新的數學問題，都要重新接線；而現代計算機，是把指令預先存在了一個地方，所以我們只要敲程式碼就可以呼叫這些指令。

後來馮諾依曼又主持構建了EDVAC（1951年——共和三年、抗美援朝第二年、西藏和平解放——EDVAC才正式執行，雖然草案在ENIAC執行前就有了），這個新的計算機就與現代意義上的計算機很接近了，也是真正意義上的馮諾依曼體系（ENIAC事實上並不符合嚴格的馮諾依曼體系，因為它沒有專門的儲存裝置，只有計算中必要的暫存器。）

（此計算機就沒有ENIAC那麼龐大誇張了，因為已經用到半導體元件了。）
由於EDVAC的指令都是預先存好在記憶體（那時候應該還沒有外存），所以人們把程式與資料全都用有二進位制“碼”的磁帶輸入，輸出裝置則是一個示波器（或者磁帶記錄儀也有記錄輸出資料的功能？這方面資料不全，求人賜教。）——這就是“用二進位制碼程式設計”的直觀由來。

PS
很多人對程式設計的理解或印象，都是直接從C、C++、Java、python等個人電腦端的高階語言來的。
但其實，只有瞭解組合語言，或瞭解C51之類語言是怎麼給微控制器程式設計的人，才真正明白CPU到底是怎麼回事，以及具體到實際電路是怎麼個原理。遠不是高階語言的思維。
所以，我就不再多講了。連本行裡都有一半兒的人拎不清，更別說外行。

PPS
數學爆發，是發生在明末清初的法國。
兩三百年後的清末民國，是電磁學爆發。
三年內戰抗美援朝十年文革，是計算機爆發。
幾次技術革命，我們全在亂世。現在，我們終於在和平年代，趕上網際網路。
眼下知識尚未再次壟斷，理應藉助網際網路，發展起來——這句話不是說國家，而是說個人。

我佛慈悲。

編輯於 2016-11-11

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