《穿越计算机的迷雾》

写在前面
第三章、怎样才能用机器做加法
第四章、电子计算机发明的前夜
第五章、从逻辑学到逻辑电路
六、加法机的诞生
七、会变魔术的触发器
八、学生时代的走马灯
九、计算机时代的开路先锋
十、用机器做一连串的加法
十一、

注：本文用来记录穿越过程中新搞懂的知识。

写在前面

这本书用词幽默、浅显易懂，实在是太适合现阶段的我了。

用词用句，总给我一种在看英译过来的书的错觉，是那种传统的英国幽默文学~读着读着总笑出声来。

同时哈，也通过这本书大体学习了很多相关的其他方面的知识，重点记录一些以前一知半解，现在清晰了很多的知识点。

第三章、怎样才能用机器做加法

全加器和半加器的区别：在于输入而非输出（P34）

半加器只有两个输入，只考虑被加数和加数，产生和与进位。
而全加器三个输入，分别为该位的被加数与加数以及低位的进位，并产生和与下一位的输入之一————该位的进位。

第四章、电子计算机发明的前夜

电报的工作原理（P43）：

开关闭合，电路内有电流，电生磁，磁铁产生磁场吸引衔铁璧，反复操作开关，即可发送点、线信息。
继电器原理（P45）：

以金属触点代替弹簧，当产生磁场时，吸引衔铁璧与金属触点连接，形成下一电路的开关，以达到远距离传输。
磁生电原理（P46）：导体在磁场中做切割磁感线运动。
火花式电磁波发生器原理（P57）：

接通电源，产生磁场吸引k开关，电路断开，磁场消失K复原、电路再次接通产生磁场，一直反复。
L1升至极高电压，使得Q1,Q2持续放电。

第五章、从逻辑学到逻辑电路

概念：一种思维活动，每种事物都有与其他事物相区别的特有属性或本质属性，反映在我们的大脑中，就是概念。
同一律：逻辑学要求，在一个单独的抽象思维过程中，概念和命题必须保持一致。
如果违反同一律，就产生了“偷换概念”、“偷换命题”或“混淆概念”这种错误。
归纳推理：基于归纳以往的情况而得出的结论。
联言命题：两个小命题（联言支）结合在一起形成一个更大的命题。
如果所有支命题位真则推理结论为真，若推理结论为真，则所有支命题为真。
选言推理：支命题之间关系松散，有选择含义。
1. 若一个支命题为假，那么其他支命题至少有一个为真。
2. 已知一部分支命题为真，不能推出另一部分支命题的真假。
3. 相容选言推理：支命题不排斥，可同时为真；不相容选言推理：只有一个支命题为真。
4. 相容的选言推理必须在整个选言命题为真的前提下进行。
5. 不相容的选言推理中，所有支命题不允许都为0或都为1。
逻辑电路
1. 非门的原理（P82）：带电源的继电器。
2. 异或：!AB+A!B；F=A⊕B
3. 每个门电路都一端接同一电源，另一端接地。
4. 莎士比亚电路（这个好玩！）：
  To be or not to be？
  It’s a question.

六、加法机的诞生

逻辑表达式的化简：
S=!A!BC+!AB!C+A!B!C+ABC
=!A(!BC+B!C)+A(!B!C+BC)
=!A(B⊕C)+A(B⊙C)
=A⊕B⊕C

C0=!ABC+A!BC+AB!C+ABC
=C(!AB+A!B)+AB(!C+C)
=C(A⊕B)+AB

根据下图所示公式可化简上述逻辑表达式：

七、会变魔术的触发器

电子二极管（P105）

灯丝通电，发热使靠近灯丝的金属温度升高，从而在真空中发射电子，由负极流至正极；反之，靠近灯丝一侧金属接正极，则电流消失，因为逆风不能行。
为了易于理解，我们打个比方。
将电压大小比作风力大小，极性、准确来讲是电子移动的方向比作风向，永远由负极流向正极，将阴极和阳极两块金属板比作两棵树，活跃的电子比作树上的叶子，而电流大小便是叶子多少。
靠近灯丝一侧的树，由于温度高叶子老化活跃，风一吹就掉。接通电源，风由负极吹向正极，因此阴极的叶子飘向阳极，构成回路，风力越大，叶子飘得越快，阴极掉叶子越多（发射能力强），阳极收到叶子越多（吸收能力强）；
而调换极性后，图中的阳极接负，图中的阴极接正，风由负极吹向阳极，阳极树上的叶子还没掉下来就被吹回树上，阴极树收不到叶子，所以不构成回路，因此无电流。
这就是二极管的单向导电性原理。
接正极的金属片成为阳极，接负极的金属片称之为阴极。
电子三极管（P107）
关于电子三极管的原理，书上并没有细致的讲解，通过上网搜索以及上述对二极管的理解，对三极管原理的理解如下：

在二极管的基础上，增加栅极，能够控制电子的流量。也就是通过改变栅极上电压的大小和极性，可以改变阳极上电流的强弱，甚至切断它（截止）。
同时，三极管具有放大效果，也就是说，栅极上电流发生一点点变化，阳极上的电流就会大幅度跟着变化。
同样，我们打个比方(比方好惨)，栅极就像在两棵树中间加了一面网，并且由于栅极电源的原因，两棵树与网之间风力（电压）并不相同。
逐步解析：
首先，树上的叶子数量要大于网上孔的数量（在制造三极管时，阴极自由电子的浓度要大于栅极空穴的浓度），同时这面网要很薄（栅极很薄），才能够确保大多数叶子能够穿过网而不是堵住孔。
其次，根据图示，E的叶子吹向C，其中小部分附着在网B上堵住了孔（IE=IB+IC），改变BE间的风力（电压），叶子的流量也会被改变。（这一部分建议结合三极管输入输出特性曲线来看）风力越小，附着在网上的叶子越多，达到C的越少；风力越大，叶子越不容易粘在网上（但还是会有极小一部分），达到C的越多。
最后，孔的多少（IB）也一定程度上决定到达C的叶子数量(IC)多少。假设一个孔能穿过10片叶子，那么比例就是1：10，那么添加一个孔，便会得到孔的十倍大小的叶子量（增大一点点IB，便会成倍的放大IC）。
另外，结合输入输出特性曲线，IB一定时，IC渐渐趋于直线，也就是说，孔的数量一定时，即便增大风力，C能接收到的叶子数量趋于稳定，因为没有新的孔出现，就没有多余的叶子可以被接收。
三级管的放大重点在于，IC将IB放大，而不是IE。最终目的是通过栅极控制流量，通过改变一点点栅极电源就能得到很大的电流，所以重点不是放大阴极电流。
一开始我想反了，重点放在IE上，所以绕了很多弯子。
(tips：根据电路特性，Vc大于Vb，因此IC=-IB+IE，所以IE=IB+IC。)
触发器

R闭合，S断开，非门作用下，Q不亮，反馈作用下Q=0，S=0，非门作用下，Q’=1，同样向上反馈，Q始终为0，断开R对Q不造成影响。
此时，断开R，闭合S，R=0,S=1,Q’=0,Q=1.
(1) 两个开关，闭一个断一个，Q与Q’相反；
(2)两个开关都断开，Q与Q’保持原状态不变；
(3)两个开关都闭合，Q与Q’都不亮（反馈失效）。

八、学生时代的走马灯

R-S触发器

两输入、两输出，通过非门使R,S始终相反，可保存1个比特，但不可永久保存。
D触发器

D控制数据，cp控制是否保存，cp为1保存比特，cp为0，保持原状态不变。
上升沿触发器

脉冲上升沿触发，下降沿无效
寄存器：若干个触发器组合在一起，可以同时保存许多比特。
T触发器：

反复触发器，反复按动开关，灯泡会在亮灭间交替变化。

九、计算机时代的开路先锋

晶体二极管：本征半导体掺入硼、磷等原子。
发光二极管：本征半导体掺入砷、镓等原子。
晶体三极管：两边硼、中间磷，且具有放大效果。
计数器：多个触发器组合在一起，构成计数器。

上升沿触发技术，当前一个触发器Q由1变至0，则产生进位Q’由0变为1，向后一个触发器传递上升沿脉冲，接收进位。

十、用机器做一连串的加法

完整的加法运算电路

上图为五位二进制数加法运算电路，包含两个传输门GA、GB、寄存器RA、临时寄存器TR。
工作方式：
- 扳动开关，按住Kga将数据通过传输门GA传递至RA，按Kra将数据存至RA中，松开Kga。（该过程成为“装载”）。
  （此时，第一个数据同样被传输至加法器的另一个输入端机GB，但因GB并未打开，故不会形成反馈，从而造成混乱）
- 扳动开关，按住Kga，将第二个数据传输至加法器的另一个输入端，加法器自动及时相加，输出结果。按下Ktr，将结果存入临时寄存器TR中，松开Kga。
- 按住Kgb，将上一轮运算得到的结果传输至RA，按下Kra，存入数据，然后松开Kgb。
  （此时，该数据同样会传输至加法器另一输入端，并立即计算出结果，但并未存入TR中，故不会形成反馈）
- 同理，扳动开关，将之后的数据依次通过GA传入加法器另一输入端，计算产生结果存入TR，再通过GB传入RA。
简化电路设计
1. 工作状态：
  K装载闭合，K相加断开，进行装载，K0=1,则Iga=Ira=1，存入数据。
  K1=1，不做改变，输出全为0。
  K装载断开，K相加闭合，进行加法运算，K0=1，则Iga=Itr=1，得到结果。
  K1=1，则Igb=Ira=1，结果存入RA。
2. 无效状态：
  K装载和K相加都闭合或断开，输出均为0。
  K1及K0都为0时，输出均为0。
3. 该电路缺陷：
  设计电路时，寄存器RA须等待从GA来的数据稳定后再存入，因此，Ira应比Iga晚一点为1。
  而K0=1时，Iga与Ira几乎同时为1，因此，易造成数据混乱。
  同理，K相加闭合时，K1=1，Igb与Ira几乎同时为1，已造成数据混乱。
控制器

工作状态：
1. 闭合K装载，此时t0=1，Iga=1，Ira‘=1，而K断开，故Ira=0，因此Iga先Ira一步为1，数据被传至RA门口。
2. 按下开关K，下降沿脉冲，t0无变化，而Ira=1，上升沿脉冲，RA将数据锁存。
3. 松开K，上升沿脉冲，t0=0，t1=1，K装载闭合状态下，输出均为0。
4. 再次按下K，下降沿脉冲，电路无变化，输出均为0；松开K，上升沿脉冲，回到最初状态，t0=1，Iga=1，Ira’=1，Ira=0。
  （以上为装载过程。）
5. 断开K装载，闭合K相加，此时t0=1，Iga=1，Itr‘=1，而K断开，故Itr=0。数据通过传输门进入加法器另一输入端，并计算出结果送至TR门口。
6. 按下K，RR下降沿脉冲，t0无变化，Itr=1，上升沿脉冲，TR将结果锁存。
7. 松开K，RR上升沿脉冲，t0=0，t1=1，此时Igb=1，Ira’=1，Ira=0，数据传输至RA门口。
8. 再次按下K，RR下降沿脉冲，无变化，而Ira=1，RA存入结果；松开K，再次回到初始状态，t0=1，Iga=1，Ira‘=1，Ira=0。

十一、

未完待续……

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