探索 PDP-1 Lisp (1960)：复古计算与现代 AI 的奇妙交汇

背景

Lisp 语言由 John McCarthy 于 1958 年在 MIT 开发，是首个为 AI 研究设计的高级符号编程语言。它开创了递归、符号表达式和自动存储管理等关键概念。PDP-1 Lisp 是 Lisp 在 DEC PDP-1 计算机上的具体实现版本。

本文档旨在为对 PDP-1 Lisp 感兴趣的读者提供快速入门指南。虽然不需要预先掌握 Lisp 知识，但通过实际操作可以直观理解 Lisp 在 PDP-1 上的运行方式。对于希望深入探索的读者，两本手册至关重要：一是《PDP-1 Lisp 手册》，解释 PDP-1 版本的实际操作和语言差异；二是原始的《IBM 7090 Lisp 1.5 程序员手册》，因为 Deutsch 在开发 PDP-1 版本时以 Lisp 1.5 为目标。此外，书籍《Programming Language LISP: Its Operation and Applications》是深入理解 PDP-1 上 Lisp 运作的权威资料。

核心内容

启动 Lisp 环境

在 PDP-1 上启动 Lisp 需要一系列精确的面板操作：

1. 设置 Extend 开关：务必在运行其他 PDP-1 程序前将其复位（向下），否则 READ IN 功能将失效，这是常见的混淆来源。
2. 加载 Lisp 镜像：挂载 lisp.rim 磁带，按下 READ IN。
3. 配置内存地址：将 TW 开关设置为 7750（八进制），定义 Lisp 存储的上限地址，然后按 CONTINUE。
4. 设置栈长度：将 TW 开关设置为 400（八进制），定义推入列表（push down list）的长度，然后按 CONTINUE。
5. 启用打字机输入：设置 Sense Switch 5（SS5）以启用打字机输入，再次按 CONTINUE。若未设置 SS5，输入将来自新插入的纸带。
6. 设置地址开关：始终将 Address Switches 设置为 0004。这是 Lisp 的起始位置，便于后续通过 START 和 CONTINUE 快速返回。
7. 错误处理：Lisp 遇到拼写错误或异常会停止。例如输入 nix 而非 nil。此时只需按 START 和 CONTINUE 即可恢复，但需确保地址开关指向起始位置 4。
8. 输入方式：Lisp 不以回车键结束输入，而是以空格结尾。例如，输入 oblist 后加空格，可查看已定义的原子符号。
9. 状态检查：在输入前，输入 nil 并加空格。若 Lisp 正常运行，会在新行输出第二个 nil。这是检查 Lisp 是否存活的最佳方式。

基础运算与八进制特性

PDP-1 Lisp 使用八进制算术，这是初学者容易困惑的地方：

• (plus 1 2) 输出 3。注意使用 plus 而非 +。
• (times 4 4) 输出 20。因为在八进制中，$4 \times 4 = 16$（十进制），而 $16$ 的八进制表示为 20。

编写简单程序

以下是一个简单的 Lisp 程序示例（输入时使用 Return 和 Tab 键）：

(prog (a b)
  (setq a 4)
  (setq b 4)
  (plus a b)
  (return (plus a b)))

输入末尾需加空格。该程序返回 10，因为 $4+4=8$（十进制），而 $8$ 的八进制表示为 10。

加载与保存代码

由于 Basic Lisp 未内置保存代码到纸带的功能，需先加载辅助函数：

1. 加载辅助函数：挂载 lisp-defs.pt 字母数字磁带，将 SS5 向下（读取纸带），然后向上（恢复打字机输入）。
2. 验证加载：输出应显示 zerop pdef count 等函数名。
3. 保存自定义代码：
   • 准备一个文本文件（如 test.lisp），包含自定义函数定义，确保最后一行以空格结尾。
   • 使用工具（如 encode_fiodec）将文本转换为纸带镜像文件（如 test.pt）。
   • 挂载 test.pt，设置 SS5 向下读取，然后向上恢复输入。
   • 按 START 和 CONTINUE 加载代码。

保存函数定义

要保存函数定义以便后续加载，需使用 pdef 函数：

1. 将 Sense Switch 3 向上，将输出重定向到纸带穿孔机。
2. 输入 (pdef tt)（假设函数名为 tt）并加空格。
3. 将 Sense Switch 3 向下，恢复打字机输出，并保存生成的纸带。

内存持久性

PDP-1 使用磁芯内存（core memory），这是一种非易失性存储器。因此，关闭 PDP-1 电源后，内存中的数据不会丢失。下次启动时，只需将地址开关设置为 4 并按 START 和 CONTINUE 即可直接进入 Lisp 环境，无需从纸带重新加载。

混合汇编与 DDT 调试

通过设置较低的 Lisp 顶部地址，可以在内存顶部为 DDT（DEC Debugging Tool）留出空间。用户可以从 Lisp 跳转到 DDT 进行汇编级调试，具体操作需参考 PDP-1 Lisp 手册。

关键要点

• 八进制运算：PDP-1 Lisp 默认使用八进制，times 4 4 结果为 20（八进制），而非十进制的 16。
• 输入终止符：Lisp 命令以空格结束，而非回车键。
• Sense Switch 5 (SS5)：控制输入源。向下为读取纸带，向上为打字机输入。加载代码时需临时切换至向下。
• Sense Switch 3：控制输出目标。向上为纸带穿孔机，向下为打字机。保存代码时需切换至向上。
• 地址开关：始终保持在 0004 以便快速重启 Lisp 环境。
• 非易失性内存：PDP-1 的磁芯内存断电后数据不丢失，无需每次重启都从纸带加载 Lisp。
• 辅助函数加载：保存自定义函数到纸带需先加载包含 pdef 等工具的 lisp-defs.pt 磁带。
• 错误恢复：Lisp 出错停止时，按 START 和 CONTINUE 可恢复，但需检查地址开关。

意义与影响

历史价值与技术传承

PDP-1 Lisp 是早期人工智能和符号计算的重要实践平台。它展示了 Lisp 语言在有限硬件资源下的实现方式，以及八进制系统对早期程序员思维的影响。通过重现这一环境，现代开发者可以更深入地理解编程语言的演变历程，特别是递归、符号处理和自动内存管理等核心概念的起源。

现代 AI 与复古计算的结合

本文档最后提到的“AI Tutor for PDP-1 Lisp”是一个极具创意的尝试。通过将 PDP-1 和 Lisp 1.5 的手册及文档喂给 ChatGPT、Claude Code 等现代大语言模型，可以创建一个智能编程助手。尽管该助手可能不完美，但它为学习古老技术提供了新的交互方式。这种结合不仅降低了学习门槛，还展示了现代 AI 在理解特定领域知识方面的潜力。

对开发者的启示

• 底层思维：操作 PDP-1 需要精确的面板设置和纸带管理，这培养了开发者对计算机底层工作原理的深刻理解。
• 调试技巧：