计算机速成课 第十一集 编程语言发展史

1. 语言转换的例子

• 举例：有这样一条指令，它在内存地址是 0: 0010 1110
  • 前四位是操作码，简称 OPCODE
  • 前 4 位 0010 代表 LOAD_A 指令，即把值从内存复制到寄存器 A
  • 后 4 位 1110 是内存地址，1110 是十进制的 14
  • 所以，这 8 位表达的意思是：读取内存地址 14，放入寄存器 A
• 它们只是使用了两种不同的语言，就好像是英语和摩尔斯码的区别，只是他们的编码方式不同
  • 摩尔斯码只有点和线，计算机能处理二进制，二进制是处理器的「母语」
  • 事实上，它们只能理解「二进制」，这叫「机器语言」或「机器码」

2. 操作码表

• 在计算机早期阶段，必须使用机器码写程序
  • 具体来讲，先在纸上用英语写一个「高层次版」，这种对程序的高层次描述，叫「伪代码」
  • 纸上写好后，用「操作码表」把伪代码转换成二进制机器码，然后可以把程序喂入计算机并运行

3. 助记符

• 出现原因：人们厌烦了上述的操作
• 1940 - 1950 年代，程序员开发出一种新语言，更可读，更高层次，每个操作码分配一个简单的名字，叫「助记符」
• 「助记符」后面紧跟数据，形成完整指令
• 举例：与其用 0 和 1 写代码，程序员可以写 “LOAD_A 14”，这样更加容易理解

4. 汇编器

• CPU 不知道 LOAD_A 14 是什么，它不能理解文字，只能理解二进制
• 程序员想了一个技巧，写二进制程序来帮忙，它可以读懂文字指令，自动转成二进制指令，这种程序叫做「汇编器」(assembler)
  • 作用：读取「汇编语言」写的程序，然后转成「机器码」
  • “LOAD_A 14” 是一个汇编指令的例子
  • 随着时间的推移，汇编器有更多的功能，让编程更容易，其中一个功能是自动分析 JUMP 地址
    • 汇编器不用固定跳转地址，而是让你插入可跳转的标签
    • 当程序被传入汇编器，汇编器会自己搞定跳转地址
    • 程序员可以专心编程，不用管底层细节，隐藏不必要细节来做更复杂的工作
• 汇编只是修饰了一下机器码，一般来说一条汇编指令对应一条机器指令。所以，汇编码和底层硬件的连接很紧密
• 汇编器仍然强迫程序员思考，用什么寄存器和内存地址

5. 哈佛 1 号计算机

• 在 1944 年建成，帮助盟军作战

6. 算数语言版本 0

• 战后，Hopper 设计了一门高级语言，叫「算数语言版本 0」，简称「A-0」
• 汇编与机器指令是一一对应的，但是一行高级编程语言，可能会转成几十条二进制指令
• 为了做到这种复杂的转换，Hopper 在 1952 年创造了第一个编译器
  • 编译器专门把高级语言转换成低级语言，比如「汇编」或「机器码」
• A-0 的代码没有遗留下来

7. 变量

• 代表内存地址的抽象

8. FORTRAN

• 名字来自「公式翻译」
• 由 IBM 在 1957 年发布，主宰了早期计算机编程
• FORTRAN 写的程序比等同的手写汇编代码短 20 倍，然后 FORTRAN 编译器会把代码转成机器码
• 因为能让程序员写程序更快，所以成了一个更经济的选择。运行速度满一点点，编程速度大大加快
• 最初 FORTRAN 代码只能跑在 IBM 计算机上

9. 数据系统语言委员会和 COBOL

• 1950 年代，大多数编程语言和编译器只能运行在一种计算机上，如果升级电脑，可能要重写所有代码，
• 1959 年，工业界、学术界、政府的计算机专家组件了一个联盟，「数据系统语言委员会」，Grace Hopper 担任顾问，开发一种通用编程语言，可以在不同机器上通用
• 最后诞生了一门高级，易于使用，「普通面向商业语言」，简称 COBOL

10. 1959 年，计算机黄金时代开始

• 1960 年代的语言
  • ALGOL
  • LISP
  • BASIC
• 1970 年代
  • Pascal
  • C
  • Smalltalk
• 1980 年代
  • C++
  • Objective-C
  • Perl
• 1990 年代
  • Python
  • Ruby
  • Java
• 新千年
  • Swift
  • C#
  • Go
• 有些语言现在还存在
  • 浏览器可能是 C++ 或者 Objective-C
• 新的语言在不断诞生
  • 使用更聪明的抽象，让某些方面更容易或更强大
  • 或利用新技术和新平台带来的优势，让更多人能快速做出美妙的事情

11. 圣杯

• 很多人认为，计算机的圣杯是直接使用英文，直接对计算机说话，然后它会理解并执行
• 这种智能系统目前只存在于科幻小说