绝对二进制编程
第一代程序员用绝对二进制编写：每条指令 & 每个地址都是原始的二进制数字。一条指令可能看起来像 01100101 00001010 — 指令代码 & 内存地址都是二进制的。
面条式代码问题
当发现错误需要插入新指令时，程序员面临困境。原地插入意味着所有后续指令的地址都向后移动一个位置 — 要求程序员更新整个程序中的每一个地址引用。灾难性的。
解决方案：将插入点前的指令替换为跳转到空闲内存。在空闲位置：写入被覆盖的指令，添加新指令，然后跳回。当修正中出现错误时，使用其他空闲内存重复同样的技巧。
结果：程序执行路径跳转到看似随机的位置。Hamming称这为'一罐意大利面'。控制流路径在纸上绘制时，看起来就像缠绕的意大利面。
逃生路线
两个立即改进：八进制表示法（将二进制数字分组，每组3位）和十六进制（每组4位，用A–F表示9以上的值）。这些减少了写入错误，但没有解决根本的地址问题。
符号汇编（例如IBM的SAP — 符号汇编程序 — 和IBM 650上的SOAP — 符号优化汇编程序）允许程序员写指令名称（ADD, MOVE）和符号地址标签，而不是二进制。汇编器在输入时翻译为二进制，自动管理地址分配。
SOAP执行额外的优化：它在旋转磁鼓上安排指令，使得下一条指令到达读取头时，前一条指令恰好完成 — 最小延迟编码。SOAP甚至可以编译自身：程序A作为数据处理后产生B，B运行在A上以测量自编译改进了多少。
库 & 可重定位代码
Hamming指出，可重用软件（数学库）的想法来得很早 — Babbage就曾设想过。问题：绝对地址库要求每个例程每次使用时都占据相同的内存位置。当库的总规模增长时，程序会争夺相同的地址。
解决方案：可重定位代码。汇编器生成的指令引用内存时使用相对地址 — 从基地址的偏移量 — 而不是绝对地址。链接器在加载时解决最终地址。
Von Neumann的未发表报告（广泛流传）描述了必要的编程技巧。第一部已发表的编程书（Wilkes, Wheeler & Gill, EDSAC, 1951）将这些技术编入其中。
编程语言设计的分叉
FORTRAN（1957, IBM）和ALGOL（1958, 国际委员会）代表两种设计哲学，产生了截然不同的结果。
FORTRAN
John Backus领导了IBM的FORTRAN（FORmula TRANslation）项目。设计目标：让科学家 & 工程师容易使用该语言。FORTRAN接受对其用户而言自然的数学记号：A = B + C * D，而不是ADD B, C; STORE T; MULTIPLY T, D; STORE A。
FORTRAN存活了60多年。它在科学计算、流体动力学、气候建模 & 计算物理中仍在使用。Hamming指出这种耐久性是设计成功的证明。
ALGOL
ALGOL（ALGOrithmic Language）由逻辑学家 & 计算机科学家委员会设计，目标是数学严谨：一种逻辑清洁、形式上可定义的语言。描述语法的Backus-Naur形式（BNF）记号就是为了指定ALGOL而发明的。
ALGOL在实践中失败了。尽管它逻辑上优雅 & 对后续语言设计的影响巨大（Pascal、C & 几乎每一种现代语言都源自ALGOL的语法概念），ALGOL本身从未被广泛部署。Hamming的裁决：逻辑上设计，人类上不可用。
语言的层次结构
Hamming描述了从机器码到汇编、高级语言、最终是'面向问题的语言'的自然层次结构，这种语言接近从业者对其问题领域的理解方式。每一级都以牺牲机器效率为代价增加人的可读性。
Hamming的四个编程语言设计标准
Hamming将FORTRAN vs ALGOL的教训提炼为成功编程语言的四个标准：
1. 易于学习 — 初学者可以快速变得富有成效
2. 易于使用 — 常见任务需要最少的仪式
3. 易于调试 — 错误产生有意义的、可定位的消息
4. 易于使用子程序 — 重用 & 抽象不需要英雄般的努力
他补充了一个结构观察：人类语言约有60%的冗余；书面语言约40%。低冗余语言（如APL）产生专家认为美妙、初学者认为不可解读的单行程序 — 当单个字符改变含义时，其中包含无法检测的错误。
暗示：为逻辑优雅设计的语言是为错误的读者优化的。程序员是人类；人类需要冗余来捕捉错误 & 传达意图。
心理学设计 vs 逻辑设计
Hamming回到FORTRAN/ALGOL对比，作为制度 & 人类动力学，而不仅仅是语言设计的教训。
FORTRAN是心理学上设计的 — 为使用它的人类，特别是用数学记号思考的科学家。ALGOL是逻辑上设计的 — 为形式正确性 & 理论优雅。
Hamming识别的悖论：一种逻辑上正确但人类抗拒的语言失败；一种人类采用的务实设计的语言成功，即使它逻辑上更乱。
他引用APL为极端情况：逻辑上优雅、单行可表达、有自己的特殊字符集。专家喜欢它。普通程序员找不到要点。单个字符改变可以悄悄改变程序的含义。APL有一个小的献身社区 & 几乎零的主流使用。
人类冗余论证：口头语言约60%冗余（重复的内容、澄清的词汇、可预测的结构）。书面语言约40%冗余。这种冗余用于错误检测 — 人类不可靠，所以语言进化以承载足够的重复信息来捕捉 & 修正错误。低冗余语言移除了这个安全网。
编译器层次
Hamming描述了编译器/解释器分层：一个程序可以用高级语言读入 & 将其翻译为低级语言。堆叠这些层 — 每一层向下翻译一级。在顶部：一种特定领域的语言，专家在一个领域（生物学、金融、物理）中自然地写。在底部：机器码。每个转换都是一个编译器或解释器。
预测编程语言的生存
到1993年，Hamming看过许多语言的成功 & 失败。FORTRAN（1957）存活了。ALGOL（1958）失败了。COBOL（1959）在商业计算中存活了数十年。LISP（1958）在AI研究中存活了。PL/I（1964）试图统一一切但失败了。
循环出现的模式
Hamming的软件历史章节包含一个循环结构：
1. 存在痛苦的限制（绝对地址、二进制记号、不可维护的代码）
2. 有人发明了一个抽象层来隐藏该限制
3. 抽象层使新的规模成为可能，这创造了新的痛苦限制
4. 重复
二进制 → 八进制/十六进制 → 符号汇编 → FORTRAN → 结构化编程 → 面向对象语言 → 特定领域语言。每一层解决前身最急性的痛点，同时引入一种新的问题类别。
面条式代码问题（绝对地址）导致符号汇编。大型汇编程序导致FORTRAN。大型FORTRAN程序导致结构化编程，然后是面向对象。Hamming的讲座在这些后来的转变之前结束，但模式继续。
他对工程师的教训：你总是在解决前一个抽象所暴露的痛点。理解你当前所在的层需要知道为什么下面的层存在。