计算机速成课Crash Course - 22. 命令行界面

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计算机速成课Crash Course - 22. 命令行界面 (qq.com)

今天继续计算机速成课Crash Course的系列讲解。

22. 命令行界面

我们之前讨论过 输入输出，但都是计算机组件互相输入输出，比如 RAM 输出数据，或输指令进 CPU。

我们还没讲 来自人类的输入，也没讲怎么从电脑中拿出信息，除了用打孔纸卡。

当然，有很多种 "输入输出设备"。让我们和计算机交互，它们在人类和机器间提供了界面，如今有整个学科专门研究这个，叫 "人机交互"。

界面对用户体验非常重要，所以是我们接下来几集的重点。

在系列开头的几集，我们提过，早期机械计算设备用齿轮，旋钮和开关等机械结构来输入输出，这些就是交互界面。

甚至早期电子计算机 比如 Colossus 和 ENIAC，也是用一大堆机械面板和线来操作，输入一个程序可能要几星期，还没提运行时间。

运行完毕后想拿出数据，一般是打印到纸上，打印机超有用。

甚至 查尔斯·巴贝奇 都给差分机专门设计了一个，那可是 1820 年代!

然而，到 1950 年代，机械输入完全消失，因为出现了打孔纸卡和磁带，但输出仍然是打印到纸上，还有大量指示灯，在运行中提供实时反馈，那个时代的特点是尽可能迁就机器，对人类好不好用是其次，打孔纸带就是个好例子，就是为了方便计算机读取。

纸带是连续的，方便机器处理，纸孔可以方便地用机械或光学手段识别，纸孔可以编码程序和数据，当然, 人类不是以纸孔方式思考的。

所以负担放到了程序员身上，他们要花额外时间和精力，转成计算机能理解的格式，一般需要额外人员和设备帮忙。

要注意的是，基本上 1950 年前的早期计算机"输入"的概念很原始，是的，的确是人类负责输入程序和数据，但计算机不会交互式回应，程序开始运行后会一直运行，直到结束。

因为机器太贵了，不能等人类慢慢敲命令和给数据，要同时放入程序和数据，这在 1950 年代晚期开始发生变化。

一方面，小型计算机变得足够便宜，让人类来回和计算机交互，变得可以接受，交互式就是人和计算机之间来回沟通。

而另一方面，大型计算机变得更快，能同时支持多个程序和多个用户，这叫"多任务"和"分时系统"，但交互式操作时，计算机需要某种方法来获得用户输入。

所以借用了当时已经存在的数据录入机制：键盘。当时，打字机已经存在几个世纪了。

但现代打字机是 克里斯托弗·莱瑟姆·肖尔斯 在 1868 年发明的，虽然到 1874 年才完成设计和制造，但之后取得了商业成功，肖尔斯的打字机用了不寻常的布局 - QWERTY，名字来自键盘左上角按键。

为什么这么设计有很多猜测，最流行的理论是这样设计是为了把常见字母放得远一些，避免按键卡住，这个解释虽然省事，但可能是错的，或至少不够全面。

事实上，QWERTY 把很多常见字母放在了一起，比如 TH 和 ER，我们知道肖尔斯和他的团队设计了很多版，才进化到这个布局。

总之，肖尔斯的打字机取得了成功，所以其它公司很快开始抄他的设计，过去一个世纪有不少新的键盘布局被发明，宣称各种好处，但人们已经熟悉了 QWERTY 布局，根本不想学新布局，这是经济学家所说的 转换成本。

所以现在都快1个半世纪了，我们还在用 QWERTY 键盘布局，我应该提一下，QWERTY 不是通用的，有很多变体，比如法国 AZERTY 布局，以及中欧常见的 QWERTZ 布局。

有趣的是，肖尔斯 根本没想到打字会比手写快，手写速度大约是每分钟 20 个，打字机主要为了易读性和标准化，而不是速度。然而随着打字机成为办公室标配，对快速打字的渴望越来越大。

有两个重大进步，解放了打字的潜力，1880年左右，辛辛那提速记学院，一名叫 伊丽莎白·朗利 的老师，开始推广十指打字，比一个手指打字要移动的距离短得多，所以速度更快。

几年后，弗兰克·爱德华·麦克格林，盐湖城的一位联邦法庭书记，学会了盲打，打字时不用看键盘，1888年，麦格高林 赢了备受关注的打字速度比赛，之后"十指盲打"开始流行。

专业打字员每分钟 100 字以上，比手写快多了！而且清晰又整洁！

虽然人类擅长用打字机，但我们没法把打字机塞到计算机面前，让它打字，计算机又没有手指。

所以早期计算机用了一种特殊打字机，是专门用来发电报的，叫电传打字机。

这些打字机是强化过的，可以用电报线发送和接收文本，按一个字母，信号会通过电报线，发到另一端，另一端的电传打字机会打出来，使得两人可以长距离沟通，基本是个蒸汽朋克版聊天室。

因为电传打字机有电子接口，稍作修改就能用于计算机，电传交互界面在 1960~1970 很常见，用起来很简单，输入一个命令，按回车，然后计算机会输回来，用户和计算机来回"对话"，这叫"命令行界面"。

它是最主要的人机交互方式，一直到 1980 年代，用电传打字机的命令行交互，类似这样：

用户可以输入各种命令，我们来看几个命令，先看当前目录有什么文件，输入命令 ls，名字来自 list 的缩写。

然后计算机会列出，当前目录里的所有文件，如果想看 secretStarTrekDiscoveryCast.txt 有什么，要用另一个命令显示文件内容。

unix 用 cat 命令显示文件内容，cat 是连接(concatenate)的缩写，然后指定文件名，指定的方法是写在 cat 命令后面，传给命令的值叫 参数。

如果同一个网络里有其他人，你可以用 finger 命令找朋友，就像是个很原始的"找朋友" App，电传打字机直到1970年代左右都是主流交互方式。

尽管屏幕最早出现在 1950 年代，但对日常使用太贵，而且分辨率低，然而因为针对普通消费者的电视机开始量产，同时处理器与内存也在发展，到1970年代，屏幕代替电传打字机变得可行。

但与其为屏幕专门做全新的标准，工程师直接用现有的电传打字机协议，屏幕就像无限长度的纸，除了输入和输出字，没有其它东西，协议是一样的，所以计算机分不出是纸还是屏幕，这些"虚拟电传打字机"或"玻璃电传打字机"，叫 终端。

到1971年，美国大约有 7 万台电传打字机以及 7 万个终端，屏幕又好又快又灵活，如果删一个错别字会立刻消失，所以到 1970 年代末，屏幕成了标配。

你也许会想，命令行界面太原始了，做不了什么有意思的事，即便只有文字，程序员也找到了一些方法，让它变得有趣一些。

早期的著名交互式文字游戏 Zork，出现于 1977 年，早期游戏玩家需要丰富的想象力，想像自己身在虚构世界，比如"四周漆黑一片，附近可能有怪物会吃掉你"，我们用命令行玩玩看。

就像之前，我们可以用 ls 命令，看当前目录有什么，然后用 cd 命令，进入游戏文件夹 cd 的意思是 "改变文件夹"，再用 ls 看有哪些游戏，超棒！我们有"冒险旅程"！(adventure)

想运行这个程序，只需要输入它的名字，在程序自行停止或我们主动退出前，它会接管命令行，你现在看到的，是"巨大洞穴冒险"这款游戏的真实输出，由 Will Crowther 在 1976 年开发。

游戏中，玩家可以输入1个词或2个词的命令，来移动人物，和其他东西交互，捡物品等，然后游戏会像旁白一样，输出你的当前位置，告诉你能做什么动作，以及你的动作造成的结果，有些动作会导致死亡！

原始版本只有 66 个地方可供探索，但它被广泛认为是最早的互动式小说，游戏后来从纯文字进化成多人游戏，简称 MUD，或多人地牢游戏，是如今 MMORPG 的前辈（大型多人在线角色扮演游戏）。

命令行界面虽然简单，但十分强大，编程大部分依然是打字活，所以用命令行比较自然。因此，即使是现在大多数程序员工作中依然用命令行界面，而且用命令行访问远程计算机是最常见的方式，比如服务器在另一个国家。

如果你用 Windows, macOS, Linux，你的计算机有命令行界面，但你可能从来没用过，你可以在 Windows 搜索栏中输入 cmd，或在 Mac 上搜 Terminal，然后你可以装 Zork 玩！

现在你知道了，早期计算机的发展是如何影响到现在的，想想要是手机没有 QWERTY 键盘，在 Instagram 给图片配标题可就麻烦了。

但我们还有一个重要话题没讲，美妙的图形界面！这是下节课的主题。

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