Early Programming: Crash Course Computer Science #10

CrashCourse

3 May 201709:26

Summary

TLDR本集《计算机科学速成课》由Carrie Anne主持，深入探讨了计算机程序如何被加载到计算机内存中。节目首先回顾了计算机如何使用复杂电路进行数据存储和检索，以及执行操作的过程。随后，介绍了早期纺织机械的编程需求，特别是Joseph Marie Jacquard在1801年展示的可编程纺织机，它通过穿孔卡片来定义布料的图案。这种穿孔卡片的方式，不仅在后来的人口普查中得到应用，也成为了早期编程的一种形式。随着时间的推移，商业机器的功能不断增强，但编程方式依然复杂。直到20世纪40年代末，电子存储器的出现使得程序可以完全存储在计算机内存中，形成了所谓的存储程序计算机。节目还介绍了冯·诺依曼架构，它将程序和数据统一存储在单一共享内存中。此外，还提到了穿孔卡片和纸带等数据输入输出方式，以及面板编程等早期编程方法。最后，节目预告了下一集将讨论编程语言，为观众揭示了计算机科学发展的历程。

Takeaways

💾 计算机程序是如何被加载到计算机内存中的，这并非魔法，而是计算机科学的一部分。
🧵 在计算机发展之前，编程需求就已经存在，如纺织制造业中的可编程织布机。
📇 约瑟夫·玛丽·雅卡尔在1801年发明了一种可编程的纺织机，使用穿孔卡片来定义布料的每一行图案。
📊 穿孔卡片成为了一种廉价、可靠、相对人类可读的方式来存储数据，并在1890年的人口普查中被使用。
🔢 早期的制表机虽然能够进行计算，但它们并非真正的计算机，因为它们的操作是固定的，不能编程。
🔌 在20世纪20年代，通过控制面板上的插座和电缆，程序员可以激活不同的机器功能，这些控制面板也被称为插线板。
🚀 随着电子存储器在1940年代末到50年代变得可行，程序可以完全存储在计算机的内存中，这导致了存储程序计算机的诞生。
🌐 冯·诺依曼架构将程序和数据统一存储在单一共享内存中，这是现代计算机的基础架构。
🏛️ 1948年，曼彻斯特大学建造了第一个冯·诺依曼架构的存储程序计算机，绰号为“婴儿”。
📚 穿孔卡片在20世纪80年代之前被广泛用于计算机数据的输入和输出。
🔵 早期计算机编程是专家的领域，需要对底层硬件有深入的了解。
🔠 为了简化编程，人们开始寻求更简单的方法来编写程序，这引导了编程语言的发展。

Q & A

计算机程序是如何进入计算机内存的？
-计算机程序需要被加载到计算机的内存中。这通常不是通过魔法，而是通过计算机科学的方法实现的。早期，程序通过穿孔卡片读取器输入，后来发展到使用电子内存，使得程序可以完全存储在计算机的内存中，方便程序员修改和CPU快速访问。
约瑟夫·玛丽·雅卡尔是如何改进纺织机的？
-约瑟夫·玛丽·雅卡尔开发了一种可编程的纺织机，通过穿孔卡片来定义布料每一行的图案。卡片上的孔洞决定织布机上的纱线是抬高还是降低，从而形成不同的图案。
穿孔卡片是如何帮助进行人口普查的？
-在1890年的人口普查中，穿孔卡片被用来存储每个人的数据，如种族、婚姻状况、孩子数量、出生国家等。人口普查工作人员会在卡片上适当位置打孔，卡片被送入制表机后，每个孔洞都会使得对应答案的运行总数增加一。
早期的制表机与真正的计算机有什么区别？
-早期的制表机功能固定，不能编程，它们只能进行单一的操作——制表。与之相比，真正的计算机是可编程的，可以根据不同的程序执行不同的任务。
什么是控制面板（plug board）？
-控制面板是早期计算机用来触发不同计算功能的一种方式。程序员通过在面板上插入电缆来传递值和信号，因此也被称为插线板。这种方式编程非常复杂，需要重新布线以运行不同的程序。
冯·诺依曼架构是什么？
-冯·诺依曼架构是一种将程序和数据统一存储在单一共享内存中的计算机架构。它以数学家和物理学家约翰·冯·诺依曼命名，其特征包括一个包含算术逻辑单元、数据寄存器、指令寄存器和指令地址寄存器的处理单元，以及一个存储数据和指令的内存。
世界上第一台冯·诺依曼架构的存储程序计算机是什么时候建造的？
-世界上第一台冯·诺依曼架构的存储程序计算机是在1948年由曼彻斯特大学建造的，绰号为“婴儿”（Baby）。
为什么穿孔卡片在计算机早期历史中非常重要？
-穿孔卡片是将编程数据加载到计算机内存中的一种方式。它们也被用于将数据从计算机输出，通过在程序结束时将结果打印到穿孔卡片上，然后这些卡片可以由人工分析或加载到另一个程序中进行进一步计算。
什么是打孔纸带，它与穿孔卡片有何不同？
-打孔纸带是穿孔卡片的近亲，其基本思想相同，但是数据是连续存储在一条纸带上，而不是单独的卡片上。
面板编程是如何进行的？
-面板编程是通过控制台面板上的大量开关和按钮来编程和控制计算机的一种方式。与物理插线板相比，面板编程可以通过操作开关和按钮来激活某些功能，并且有指示灯显示内存中不同功能和值的状态。
早期计算机编程为什么是专家的领域？
-早期计算机编程需要对底层硬件有深入的了解，比如处理器的操作码和寄存器位。这意味着编程是困难和繁琐的，即使是专业的工程师和科学家也难以充分利用计算所能提供的优势。
为什么需要更简单的编程语言？
-为了简化告诉计算机如何执行任务的过程，需要一种更简单的编写程序的方式。这导致了编程语言的发展，使得非专业人士也能更容易地使用计算机。