编程世界观：程序和数据都会进内存
第 7 课：编程世界观：程序和数据都会进内存
开场
大家好，我是村长。
有没有想过一个问题：
你双击一个游戏，它为什么，能自己跑起来？
加载资源，创建角色，计算血量，再到渲染画面。
一环扣一环，分毫不差。
可问题是：计算机不会思考。它不是人，没有脑子，没有意识。
那到底是谁，在指挥它？
是CPU吗？可CPU，也是一堆沙子做的芯片。它凭什么知道"下一步该做什么"？
要回答这个问题，得把时间拨回到二战之前。
人类为什么发明计算机
计算这件事，伴随了人类几千年。
远古时期，人们用结绳、刻痕记录数量。
古代，中国人发明了算盘。靠手拨算珠，完成计算。
近代，随着大航海与殖民扩张、天文与物理学发展、商业与金融繁荣，计算，变得越来越复杂，复杂到人脑开始跟不上。
于是，人们又发明了机械式计算机。利用齿轮转动，完成加减乘除，一个电子元件也没有。
每一次进步，速度，虽然又快了一些，但本质从未改变——还是人在操作，机器只是辅助工具。
真正改变这一切的，是电流。
第二次工业革命后，计算不再依靠齿轮咬合，而是靠电信号。
尤其是二战时期，炮弹轨迹、密码破译——这些计算量，大到人脑完全跟不上。
科学家开始认真思考：能不能把计算这件事，彻底交给机器自己去完成？
1946年，世界上第一台电子计算机ENIAC正式公布，计算速度第一次有了质的飞跃。
但，eniac有个致命的缺陷。
ENIAC有个致命缺陷
ENIAC长30米，重30吨，看上去确实是个庞然大物，非常厉害。
但，致命的问题是：它根本不会自动执行程序。
奇奇： 不会吧？不会自动执行程序，那它算什么电子计算机？
村长： 电子计算机的“电子”，只是代表它用电信号表示数据，代替了机械齿轮。至于程序？ENIAC的程序是外挂式的，一堆线缆，需要有人手动插拔才能运行。
那时候，有个岗位叫操作员，工作内容就是：通过插线、拔线，来指挥计算机完成计算。
上午算炮弹轨迹，操作员插线。 下午算天气预测，操作员拔线。 明天算工资，操作员继续拔线。 那时候的程序员不会写代码，他们考的是电工证。
每换一个任务，操作员要花费几个小时，重新布线。
奇奇：按照当时的思路，程序不属于计算机吗？
村长：没错！在他们眼里，程序属于操作员。
那时，人们的思维是：数据，是“要被处理的东西”——需要存储在计算机内部。
而程序只是“处理数据的步骤”——那是操作员的工作，不是机器内部的东西。
从来没有人想过：把操作员的操作步骤，也存储在计算机内部。
一个改变世界的想法
1945年的某一天，参与 ENIAC 项目的冯·诺依曼盯着ENIAC发呆。
操作员蹲在地上，满头大汗，像拆弹一样拔掉三根线，再插上五根。
换个任务，还需要再来一遍。
冯·诺依曼越看越来气。 这玩意儿算得飞快。 加法会、减法会、乘除法也会。 但就有一点，操作方式太反人类。 换一个任务。操作员要花几小时吭哧吭哧拔线、插线。
计算机都会算原子弹了，换个任务居然还得人工拔线？
越琢磨越上头，突然，一道闪电劈中了冯诺依曼的天灵盖，火星四溅，
等等！
计算机需要的，无非两样东西：数据，和处理数据的步骤。
既然数据能存储，那处理步骤为什么不能存储？
如果把操作员，工作的每一步：加法、减法、跳转、判断统统变成0 和 1，和数据一起塞进内存。
那计算机，是不是就可以不需要人控制，交给程序自动控制？计算机自己读一步，执行一步，一路狂飙，直到程序结束？
冯·诺依曼当场石化，嘴里蹦出一句：“程序，本身就是一种数据啊“
原来操作员插的那些线，本质上也是数据。
就在这一刻，现代计算机最重要的思想在他脑子里炸开了。
他颤颤巍巍， ：
"程序指令和数据，都应该放在同一个存储器中。"
这就是著名的"存储程序"思想。
今天你看这句话，大概率会觉得：这不就是常识么。
但在1945年，全人类只有这个头发快掉光的男人敢这么想
从那一刻起，计算机终于拥有了真正自动工作的能力。
冯·诺依曼机
存储程序的思想，解决了"程序能不能存"的问题。 但程序存进计算机内部之后： 谁来读？谁来算？ 谁来存储结果？ 这就是接下来要解决的问题。
于是，现代计算机的基本结构，逐渐清晰了起来。 从逻辑上看，计算机由五部分组成： 控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。 其中，存储器就是内存；控制器加运算器，就是CPU。 控制器像指挥中心，负责从内存取指令、分析指令，再指挥运算器计算，指挥存储器存储结果。 五部分各司其职，自动运行。 遵循这套结构，设计的机器，就叫冯·诺依曼机。 直到今天，你手机里、电脑里、甚至你手腕上的智能手表里，那颗小小的芯片，仍然跑在这个框架上。 冯·诺依曼，也因此被称为“现代计算机之父”。
结束语
最后，请记住一句话：
程序指令与数据，都会进内存。
CPU沿着内存里的指令，一步一步，永不疲倦地执行下去。
这就是计算机自动运行的终极秘密。
下一节课，我们打开内存的大门，看看数据在里面到底是怎么安家的——《直接量与变量》。
我们下期见。