早期的編程方式
- 程序如何進入計算機
- 打孔紙卡 Punched card
- 插線板 Plugboard
- 馮諾依曼架構 Von Neumann Architecture
- 面板編程 Panel programming
- 商業成功的計算機：Altair 8800
早期計算機如何編程？
打孔紙卡 -> 插線板 -> 面板拔開關。
計算機的原理：
- 怎麼從內存讀寫數據，執行操作。比如把兩個數字加在一起。
- 簡單描述了指令的執行，也就是計算機程序。
程序如何“進入”計算機:
程序需要加載進內存，是計算機科學。（打孔紙卡，插線板，面板拔開關）
打孔紙卡 Punched card
需求：
給機器編程，早在計算機出現之前就有了，著名的就是紡織業。
如果只想一塊紅色大桌布，可以直接放紅線進織布機，但是如果想要圖案怎麼辦？比如條紋或方格。
需要沒隔一會，調整一次織布機，因爲非常消耗勞動力，所以圖案紡織品很貴。
可編程紡織機：
每一行的圖案由可穿孔紙卡決定，特定位置有沒有穿孔，決定了線是高是低。
橫線是從上/從下穿過，爲了讓每行圖案不同，紙片連成長條，形成連續指令。
很多人認爲雅卡爾織布機是最早的編程。
事實證明，穿孔紙卡便宜，可靠，也易懂。
後面世代中，穿孔紙卡用於1890年美國人口普查。
例如：一張卡存一個人的信息，比如種族，婚姻狀況，子女數量，出生國家等等。針對每個問題，人口普查工作者會在對應位置打孔，當卡片插入彙總機，孔會讓對應總和值+1，可以插入整個國家入口的卡片，在結束後得到各個總值。
但是，早期的彙總機不算計算機。因爲它們只做一件事：彙總數據。操作是固定的，不能編程。穿孔 紙卡存的是數據，不是程序。之後，這些機器被加強，可以做減，乘，除。甚至可以做一些小決定，決定何時執行某指令。
插線板 Plugboard
爲了正確執行不同計算，程序員需要某種控制面板，面板有很多小插孔，程序員可以插電線，讓機器的不同部分，互相傳數據和信號。因此也叫“插線板”。
但是，這意味着，運行不同程序要重新接線。所以到了1920年代，控制面板變成了可拔插。讓編程更方便，可以給機器插入不同程序。比如，一個插線板算銷售稅，另一個算工資單。但給插線板編程很複雜。
用插線板編程，不只在機電計算機流行，世上第一臺通用電子計算機，ENIAC，完成於1946年。用了一大堆插線板。
程序在紙上設計好之後，給ENIAC連線，最多可能花三個星期。因爲早期計算機非常昂貴，停機幾個星期只爲了換程序，完全無法接受，急需要更快，更靈活的新方式來編程。
幸運的是，到1940年代晚期1950年代初。內存變得可行，價格下降，容量上升。與其把程序存在插線板，存在內存變得可行，這樣易於修改，方便CPU快速讀取。這類機器叫“存儲程序計算機”。
馮諾依曼架構
如果內存足夠，不僅可以存要運行的數據，還可以存程序需要的數據。包括程序運行時產生的新數據。
程序和數據都存在一個地方，叫“馮諾依曼結構”。將指令和數據混合存放到內存，穿孔紙片和插線板，都是分開。
馮諾依曼曾過：我在思考比炸彈重要得多的東西計算機。
馮諾依曼計算機的標誌是，一個處理器（有算術邏輯單元）+ 數據寄存器 + 指令寄存器 + 指令地址寄存器 + 內存（負責存數據和指令）。
第一臺馮諾依曼架構的“存儲程序計算機”，由曼徹斯特大學於1948年建造完成，綽號“寶寶”。
雖然有內存很棒，但程序和數據，依然需要某種方式輸入計算機，所以用穿孔紙卡。
到1980年代，幾乎所有的計算機都有穿孔紙卡讀取器，可以吸入一張卡片，把卡片內容寫進內存，如果放了一疊卡片，讀取器會一個個寫進內存。一旦程序和數據寫入完畢，電腦會開始執行。即便簡單程序也有幾百條指令，要用一疊紙卡來存。
用紙卡的最大型程序是美國空軍的SAGE防空系統，於1955年完成，據稱頂峯時期，僱傭了世上20%程序員。
主控制程序用了62500張穿孔紙片，等同於大約5MB的數據。穿孔紙卡不僅可以往計算機放數據，還可以取出數據，程序運行到最後，結果可以輸到紙卡上，方式是打孔。然後人可以分析結果，或者再次放進計算機，做進一步計算。
穿孔紙卡的親戚是紙帶，基本是一回事，只不過更連續，不是一張張卡。
現在存儲的方式，硬盤，只讀光盤，DVD，U盤等等。
面板編程 Panel programming
與其插一堆線到插線板，可以用一大堆開關和按鈕，做到一樣的效果。面板上有指示燈，代表各種函數的狀態和內存中的值。
50和60年代的計算機，一般都有這樣巨大的控制檯。很少有人只用開關來輸入一整個程序，但技術上是可行的，早期針對計算機愛好者的家用計算機，大量使用了開關。因爲大多數家庭用戶負擔不起昂貴的外圍設備，比如穿孔紙卡讀取器。
第一款取得商業成功的家用計算機是Altair 8800
有兩種版本可以買：
- 預先裝好的整機
- 需要組裝的組件
爲了給8800編程，要撥動面板上的開關。輸入二進制操作碼，然後按“存儲鍵”把值存入內存。
然後會到下一次內存位置，可以再次撥開關，寫下一個指令，重複這樣操作。(初代plc 原型)
把整個程序都寫入內存之後，可以推動開關，回到內存地址0，然後按運行按鈕，燈會閃爍。
不管是插線板，開關或穿孔紙卡。早期編程都是專家活，不管是全職還是技術控，都要非常瞭解底層硬件。比如 操作碼，寄存器等，才能寫程序。所以編程很難，很煩。
哪怕工程師和科學家都無法完全發揮計算機的能力，需要一種更簡單方式，告訴計算機要做什麼。一種更簡單的編程方式。
編程語言的發展史
編程：二進制 -> 助記符(彙編器) -> A-0(編譯器) -> FORTRAIN
- 二進制寫程序，先紙上寫僞代碼，手工轉二進制。
- 用“助記符”寫代碼(LOAD 14)爲了把助記符轉二進制，彙編器誕生（Assembler）
- 哈佛1號計算機首批程序員，海軍官員。（葛麗絲●霍普Grace Hopper）
- Grace 設計了編程語言A-0
- Grace 1952年做了第一個編譯器（Compiler）,實現A-0
- 變量（Variables）
- FORTRAIN
- COBOL
- 新語言
1960年代：ALGOL, LISP, BASIC
1970年代：Pascal C, Smalltalk
1980年代：C++, Object-C, Perl
1990年代：Python, Ruby, Java
組成計算機的物理組件：
比如電，電路，寄存器，RAM, ALU, CPU。
在硬件層面編程非常麻煩，所以程序員想要一種更通用的方法編程。
一種“更軟的”媒介： 軟件。
第一條指令在內存地址0: 0010 1110。前4位操作碼，簡稱OPCODE
對於這個假設CPU，0010代表LOAD A指令：把值從內存複製到寄存器A。
後4位是內存地址，1110是十進制的14。
所以這8位表達的意思是：讀內存地址14，放到寄存器A。
只是用了兩種不同語言，可以想成是英語和摩爾斯碼的區別。
“hello” -> “.... . .-.. .-.. ---”是一個意思：“hello”
只是編碼方式不同，英語和摩爾斯碼的複雜度也不同，英語有26個字母以及各種發音。摩爾斯碼只有“點”和“線”但它們可以傳達相同的信息，計算機語言也類似。
計算機能處理二進制，二進制是處理器的“母語”。事實上，它們只能理解二進制。這叫“機器語言”或“機器碼”。
二進制寫程序
在計算機早期階段，必須用機器碼寫程序。
具體來講，會先在紙上寫一個“高層次版”的僞代碼（PSEUDO-CODE）。
例如：從內存取下一個銷售額，然後加到天，周，年的總和，然後算稅。
寫好僞代碼後，用“操作碼錶”把僞代碼轉成二進制機器碼，翻譯完成後，程序可以喂入計算機並運行。
助記符
在1940~1950年代，程序員開發出一種新語言，更可讀，更高層次。
每個操作碼分配一個簡單名字，叫“助記符”（MNEMONICS）。
“助記符”後面緊跟數據，形成完整指令。與其用1和0寫代碼，程序員可以寫“LOAD A 14”。