登月计算机源码开源！1969年阿波罗11号仅靠4KB内存，把人类送上月球！@小R

真是螺蛳壳里做道场，太强了…

Programmers 2020 vs Programmers 1960s（2020 年的程序员 vs 1960 年代的程序员）：
“Help me pliz, I can’t exit vim.”（救救我，我退不出 vim 了）
“With this software we shall fly to the moon and back.”（用这套软件我们就能来回飞往月球）
—— stackoverflow

（原图为一张对比梗图：讽刺今天程序员被“退不出 vim”困住，而 1960 年代的程序员却用同样的工具写出了把人送上月的代码。）

仓库名叫 chrislgarry/Apollo-11，截至 2026 年，已经有 7.5 万个 Star。

仓库链接：
https://github.com/chrislgarry/Apollo-11

于是，我把这个仓库又又又从头到尾翻了一遍，发现了很多有意思的细节。

一、代码基础结构

仓库里有两套核心程序：负责指令舱的 Comanche055（Colossus 2A），和负责“鹰号”登月舱的 Luminary099（Luminary 1A）。

程序各约 6.5 万行（含注释），各有 90 个左右的文件，全部平铺在一个目录里，没有子文件夹。

它本质上是从头到尾一次性汇编，不像现代项目那样拆成独立模块。

（题图：GitHub 仓库 chrislgarry/Apollo-11 页面截图——75.6k Star、8.2k Fork、588 Commits，话题标签含 agc / apollo / nasa / hacktoberfest。）

• 底层是操作系统：EXECUTIVE（任务调度）、WAITLIST（定时任务）、中断处理、重启恢复。
• 中间层是公共能力：INTERPRETER（虚拟机）、各种数学子程序、PINBALL_GAME_BUTTONS_AND_LIGHTS（键盘和显示）。
• 上层是具体任务，文件直接按程序编号命名，比如 P20-P25、P40-P47、P51-P53。这些编号和宇航员在键盘上输入的程序号是一一对应的，P63 就是登月下降。

看起来平平无奇，实则每一层的设计都非常精妙，我们逐个拆解这套代码的关键设计，你就会理解 4KB内存是怎么把人送上月球的。

二、极限内存和储存

KB运行内存，72 KB 储存登月，怎么做到的？

首先了解一下他们用的计算机，是阿波罗导航计算机。

这台计算机重约 32 千克，功耗仅 55 瓦，主频约 2.048 MHz，是最早采用集成电路的计算机之一。

今天的电脑和手机普遍数据按 8 位一个字节来存。

而 AGC 一个字只有 15 位数据，外加 1 位用来查错的奇偶校验位，连“字节”这个概念都没有。

也没有浮点数，程序员只能自己记住每个数的小数点在哪。

阿波罗机载飞行软件团队负责人玛格丽特·汉密尔顿

所以，在这样一台机器上写登月程序，其实是非常困难的。

我翻了专门分配内存的 ERASABLE_ASSIGNMENTS.agc 和调度程序 EXECUTIVE.agc，发现 60 年代的程序员为了把这点内存用到极致，想了两个办法：

第一，同一块内存按阶段轮流用。

翻到这个文件的开头可以发现，他们给大量内存位置标了“身份”。

PRM 表示整个任务期间专用；TMP 表示可以临时借用，不同时运行的程序能共用同一块。

光是登月舱程序，就标注了 1500 个变量。

而且每个变量还有不同注释，写明它可以和谁共用，不能和谁共用。

比如有的写着“可以覆盖，但要小心，只在动力下降时使用”，有的写着“不能覆盖 RONE 和 VONE”。

第二，每个任务只给 12 个字的空间。

登月过程中，计算机要同时做好几个任务，比如导航计算、发动机控制、姿态调整。

但它不会临时给任务分配内存，而是提前切好 8 个“任务槽”。

每个槽 12 个字，相当于一个极简的进程上下文。

当前任务固定在 0 号槽，切换任务只需交换两个槽的 12 个字。

要做向量、矩阵这类复杂运算的任务，还能再领一块 44 个字的“草稿区”。

但一共只有 5 块，用不着的任务一个字都不多给。

算下来，整套多任务系统只占了大约 340 个字，用六分之一的内存，就能让这台计算机实现多任务调度。

而 72KB的储存则更硬核，是用铜线织出来的。

那时候没有闪存芯片，大家的选择不多，只能选择磁芯绳存储器。

这是一种纯手工制作的存储器。甚至没有通电写入这个功能，数据就是它的物理结构本身。

代码定稿后，会被送到工厂。

由女工们坐在放大镜前，拿着细细的铜线，对着一排排微小的磁环穿针引线，铜线从磁环中间穿过代表 1，从旁边绕过代表 0，这样储存一整套登月程序。

（图：RAYTHEON——阿波罗导航计算机 AGC 的制造商雷神公司。）

女工穿线

铜绳一旦织好，就再也改不了，更没法在线打补丁。所以，代码结构必须万分严谨，不能有冗余。

翻开 FIXED_FIXED_CONSTANT_POOL.agc，能看到代码中刻意去重的地方。

有不少常数直接引用别处已有的位置，比如说数字 4、数字 11，都可以借用键盘显示程序里现成的存储单元。

更有意思的是，常数的相邻关系也被利用了，负零放在零前面，两个字连起来，又能作为一个双精度常数使用。

而最大的一笔减法，是在这台机器里被塞进了一台“虚拟机”。

二、波兰虚拟机

翻开 INTERPRETER.agc 文件，会发现一个更疯狂的设计。

前面说到的阿波罗导航计算机，它天生只认识 8 条基本指令，甚至无法直接进行向量和矩阵运算，连乘除法都要借助额外的前缀指令才能完成。

但是，我们必须要让它算出三维空间里的登月轨道，怎么办？

（图注：阿波罗登月轨道示意·非等比例。）

在这样的硬件条件之上，60年代的程序员硬生生用汇编写出了一套解释器。

按源码粗略估算，它只占了约 2000 个字的程序存储，却能直接处理 28 位的双精度数，以及由 6 个字组成的三维向量。

只要在汇编里写一行 TC INTPRET，这台 15 位的机器就会切换进虚拟机模式，点乘（DOT）、叉乘（VXV）、单位化（UNIT）、矩阵乘向量（MXV），都只要一条指令。

为了省空间，这台虚拟机也处处精打细算。

虚拟机省空间妙招：
① 一个字塞两条指令——操作码仅 7 位，最多编 128 种运算；汇编器把相邻的两条打包进同一个 15 位字，指令部分的空间直接省下一半；
② 用正负号省掉地址——虚拟机采用不需要括号的波兰表示法，操作码字存储时被取反（负数），内存地址则是正数；需要取操作数时它先“偷看”下一个字：是正数就去那个地址取数，是负数说明程序员没写地址、下一个字已是新指令，直接从结果栈弹出上一步结果接着算。

一是一个字塞两条指令。

虚拟机的操作码只有 7 位，最多能编 128 种运算。

汇编器会把相邻的两条打包进同一个 15 位的字里，指令部分的空间直接省下一半。

二是用正负号省掉地址。

虚拟机采用不需要括号的波兰表示法，操作码字存储时被取反，是负数；内存地址则是正数。

需要取操作数时，它会先偷看下一个字。

是正数，就去那个地址取数；是负数，说明程序员没写地址，下一个字已经是新指令了。

它就直接从栈里弹出上一步的结果，接着算。

三、软重启机制

还有一部分值得说，就是藏在 RESTART_TABLES.agc 里的软重启机制。

1969 年 7 月 20 日，“鹰号”登月舱下降途中，发生了惊心动魄的一幕。

离月面还有约 1 万米时，计算机突然报警。

阿波罗登月器导航计算机专家杰克:加尔曼在发射前模拟导致着陆中止后，编写了一份备忘单，列出了警报代码。史蒂夫·贝尔斯在阿波罗11号登陆时将这份副本贴在他的控制台上。

警报一共响了 5 次，大部分是 1202，中间还夹着一次 1201。

OCT  1201   # NO VAC AREAS.
OCT  1202   # NO CORE SETS AVAILABLE.

1202 是“任务槽用完了”，1201 是“草稿区用完了”。

前面说的那 8 个任务槽、5 块草稿区，在登月最关键的时刻被挤满了。

换成很多计算机，这时候大概已经死机了。

但阿波罗计算机很快就恢复了工作，导航和发动机控制几乎没受影响，这全部归功于程序设计的软重启机制。

它的思路很简单：关键任务每走到一个重要步骤，都会调用一次 PHASCHNG，记下“我是第几组任务、走到了第几步”。

这些断点都保存在内存里，重启也不会丢。

一旦撑不住，计算机就进入报警程序 BAILOUT，记下报警代码，再跳到软重启入口 ENEMA。

把堵住的任务一口气清空，再按断点记录，把导航、发动机控制这些关键任务重新拉起来。

飞船就这样在一次次重启中，继续稳稳地往下降。

四、程序彩蛋

翻到注释里，你会发现这群 60 年代的程序员其实非常好玩。

登月舱的主点火程序，文件名叫 BURN_BABY_BURN–MASTER_IGNITION_ROUTINE.agc，直译过来就是“燃烧吧宝贝燃烧，主点火程序”。

这句话来自 60 年代的灵魂乐 DJ Magnificent Montague，他每次播到最火的新歌，都会大喊一句“Burn, baby! BURN!”，写点火程序的 Don Eyles 和 Peter Adler 就顺手借来当了名字。

（图中文字：7:10 A.M. – Magnificent Montague。Magnificent Montague 是 1960 年代灵魂乐 DJ，“Burn, baby! BURN!”这句口号即出自他，被主点火程序作者 Don Eyles 和 Peter Adler 借去当了文件名。）

点火参数表上方还写着一句 NOLI SE TANGERE，化用《圣经》里的“不要碰我”，意思是这张表谁也别乱动。

登月程序 THE_LUNAR_LANDING.agc 里的注释更逗。

计算机提示宇航员手动转动雷达天线时，注释写着“PLEASE CRANK THE SILLY THING AROUND”（请把这破玩意儿转过来）。

宇航员按了确认，它还要再查一遍，注释写着“SEE IF HE’S LYING”（看看他是不是在骗人）。

确认无误后，程序跳转去点火，注释则写着“OFF TO SEE THE WIZARD…”（去见魔法师了），化用的是电影《绿野仙踪》里的经典歌名。

有意思的是，全篇搜不到一个 TODO 或 FIXME，可能因为在登月这件事上，没人敢把问题留到以后。

最后说说这份代码是怎么来的。

它不是 NASA 从哪块硬盘里导出来的，而是一摞存放在 MIT 博物馆里的纸质打印稿。

翻开任意一个文件的开头，都能看到这样一段说明：

Apollo-11/Luminary099/RESTART_TABLES.agc
# Copyright: Public domain.
# Filename: RESTART_TABLES.agc
# Purpose: Part of the source code for Luminary 1A build e99,
#          for the Lunar Module’s (LM) Apollo Guidance Computer (AGC), Apollo 11.
# Assembler: yaYUL   # Contact: Ron Burkey <info@sandroid.org>
# Website: ww.ibiblio.org/apollo
# Pages: 238-243
# Mod history: Assemble revision 001 of AGC program LMY99 by NASA 2021112-061, 16:27 JULY 14, 1969

代码由飞行历史学者 Paul Fjeld 在博物馆逐页拍照，由博物馆的 Deborah Douglas 协助安排，再由 Virtual AGC 项目的 Ron Burkey 带着志愿者，对着照片一个字符一个字符敲回电脑，最后用汇编器 yaYUL 重新编译验证。

登月舱程序的打印稿上，还印着当年的汇编时间：1969 年 7 月 14 日 16 点 27 分。

也就是说，这份代码定稿时，离阿波罗 11 号发射只剩两天。

五、结尾

chrislgarry/Apollo-11 这个仓库，每隔几年就会被新一代程序员重新翻出来膜拜。

为什么在拥有千亿参数大模型、几十 GB 内存手机的今天，我们看着五十多年前的八进制汇编，依然会起一身鸡皮疙瘩？

因为极度的匮乏，逼出了极致的优雅。

今天的我们太富有了。内存不够？加内存条。

代码跑得慢？升级显卡。

有 Bug？先上线，等用户报错了再打补丁。

我们在海量算力的温床里，写出了越来越臃肿、越来越脆弱的软件。

而打开阿波罗 11 号的源码，你会看到另一个世界。

在那个只有 4 KB 内存、连改一行代码都要剪断铜线的年代，一群平均年龄二十多岁的年轻人，在针尖上跳出了一支零失误的芭蕾。

在这堆发黄的汇编指令背后，是人类在算力荒原上，仅凭智慧、纪律与勇气，向星辰大海递出的第一封信。