【连载】穿越计算机的迷雾—

穿越计算机的迷雾

中国设计的第一台计算机：119机；

每秒钟运算5万次，是用“电子管”做的，被称为“第一代计算机”，是最早的技术。后来发展出的第二代计算机，是用晶体管做的，然后发展到第三代计算机，是用集成电路做的，最后发展到第四代计算机，就是用大规模集成电路做的。

沿着这条路径，计算机发展和集成电路的发展融合起来了。

集成电路是计算机的核心技术，是计算机的载体，是计算机的主要成分，集成电路的发展决定着计算机的未来。

第一台电子计算机的诞生使信息处理数字化、自动化，随后，利用电子计算机的技术原理，人类成功地把更多的事物数字化，例如声音、图像、文字、图纸、生产流程、交易记录、商品参数等等；并产生了很多像电脑终端、智能手机、数字电视、交换机、路由器这样的数字信息处理设备，是我们今天进行商品抢购、看视频、即时通话，无现金支付、网上就医等等的技术基础。

今天，中国在航空航天、量子通信、超算、核能、高铁、港口龙门吊、挖船泥、高温超导、纳米科技、量子计算、正负电子对撞机、高性能计算机、北斗导航等方面的进步与突破基本上都是在外国的技术封锁下自主研发、自主创新完成的。

中国十九大报告指出，加强

应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。

要发展核心电子器件、高端通用芯片和基础软件！

硬盘、驱动、编程等基础概念如下：

电脑硬盘是计算机最主要的存储设备。硬盘（英文名：Hard Disk Drive，简称HDD ，全名温彻斯特式硬盘）由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。

绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。早期的硬盘存储媒介是可替换的，不过今日典型的硬盘是固定的存储媒介，被封在硬盘里（除了一个过滤孔，用来平衡空气压力）。随着发展，可移动硬盘也出现了，而且越来越普及，种类也越来越多.大多数微机上安装的硬盘，由于都采用温切斯特（winchester)技术而被称之为“温切斯特硬盘”，或简称“温盘”。

驱动，计算机软件术语，是指驱动计算机里软件的程序。驱动程序全称设备驱动程序，是添加到操作系统中的特殊程序，其中包含有关硬件设备的信息。此信息能够使计算机与相应的设备进行通信。驱动程序是硬件厂商根据操作系统编写的配置文件，可以说没有驱动程序，计算机中的硬件就无法工作。

编程是编定程序的中文简称，就是让计算机代码解决某个问题，对某个计算体系规定一定的运算方式，使计算体系按照该计算方式运行，并最终得到相应结果的过程。

为了使计算机能够理解人的意图，人类就必须将需解决的问题的思路、方法和手段通过计算机能够理解的形式告诉计算机，使得计算机能够根据人的指令一步一步去工作，完成某种特定的任务。这种人和计算体系之间交流的过程就是编程。

编程：设计具备逻辑流动作用的一种“可控体系”【注：编程不一定是针对计算机程序而言的，针对具备逻辑计算力的体系，都可以算编程。】

全书从介绍电开始，到逻辑电路、继电器、加法机，慢慢延伸到一台计算机，最后到现在的个人计算机，让读者真正知到这个跨时代的伟大的发明——计算机，是怎么来的。

最后还科普了一些图形界面显示器、操作系统和软件的概念。

本书填补了计算机盲和计算机软硬件之间的沟壑。

中央处理部件CPU是微机的核心部件，由控制器和运算器组成，负责控制整个微机自动、连续、协调地完成算术和逻辑地运算。

第1章|了解计算机，要从电开始

计算机地工作需要电力。只有打开电源，他才会亮起来，才会听你指挥。

1.1有的东西能导电，而有的则不能

电学是我们身边的科学。

要输送电，通常只能借助于电线。

电只能通过金、银、铜、铁、锡、铅等物质来传播，而对于干燥地木头、纸张、塑料、陶瓷等物质则不行。

触电并不是因为你碰到了插座的外壳或者电线地外皮，而是因为接触了里面的金属。

像金银铜铁铝那样能导电地物质叫导体，而通常情况下不导电地物质叫绝缘体。有时候像木头这样地东西，在被雨水淋湿之后也会导电。可见导体和绝缘体之间的界限并不是十分绝对。人体也能导电，和淋湿的木头差不多。

电更像非常细小的微粒，它们可以在导体中游走，这种微小的粒子被称为电子。

电子在物体里穿行时，是一束束在导体里面游动的？导体有空隙而绝缘体没有，所以绝缘体不能导电？

1.2电的老家是原子

理论上，任何物质都可以无限分割。

很多物质自然就能分解成细微的组成部分，这些物质必然是由非常细小的颗粒组成的。

这个世界上的所有东西都是由肉眼看不见的微粒组成的。组成意味着某种东西是由另外一些东西相互结合在一起形成的，这些东西都能单独存在，并有各自的用处。

原子到底有多大？大约等于1mm的1/10000000。

原子内部绝大部分是空的，在它的中央有一个非常微小的核心，由数量不等的质子和中子聚集在一起构成，称为原子核。在原子核的外面，有围绕着它的核外电子，简称电子。

通常一个原子不同于另一个原子的原因，是它们原子核内的质子数不同。

不同的原子具有不同的性质和特点，质子数决定了原子的身份，电子数决定了原子的性情。

1.3为什么有些东西可以导电

要形成物质，原子们必须依靠共用外层电子的方法来抱成团。

由于电子和原子核之间有引力作用，所以当电子在原子之间共用时，电子充当了原子之间的黏合剂。

在原子那里，它们之间的黏合剂时它们各自最外层的电子，具体方式就是电子共用。共用通常只发生在相邻的原子之间。

从大的、看得见的宏观层面上来说，物质分为两大类型。第一种类型的物质，它们的共同特点是由同一种原子结合而成的。比如金、银、铜、铁、锡、铝和钠等，它们都是分别由相应地金原子、银原子、铜原子、铁原子、锡原子、铝原子和钠原子组成的。

第二种类型的物质，其组成方式较第一种类型复杂，但在生活中更常见，包括所有的动植物、食品、纸张和化工原料等，包括你躯体上的每一个组成部分。

水是由两种表面上看起来极不相干的东西结合而成：氢和氧。氢气和氧气单独来说是气体，它们分别由氢原子和氧原子组成。

当氢气和氧气混合起来燃烧的时候，氢原子和氧原子就会通过共用电子形成水。

盐是由两种极其危险的物质构成的，即钠和氯，所以食盐在化学上又称为氯化钠。钠是一种金属，呈银白色，可以导电；它非常软，可以用小刀切成片。氯气是一种有毒气体。

不同类型的原子，其最外层的电子数不同，离原子核的远近也不同，这使得原子们都有着不同的性格特征。

正常情况下，电子不会无缘无故从原子里跑出来，因为原子是很稳定的。而且对于大多数物质来说，电子的共用只在相邻的原子之间进行——绝缘体。

导体——通常用于共用的电子都不太安分。

在经典物理学里，不太安分的这些电子叫做自由电子。它们的存在，是导体能够导电的根本原因。

当用墙上插座里的电子来推动导体里的自由电子朝一个方向前进时，导电这个过程就发生了。

1.4电流是怎样形成的

在金属导体里，当电子们朝着同一个方向持续不断地前进时，就形成了所谓的“电流”。

电流的速度很快，每秒30万千米，和光速一样。

电子的移动速度其实很慢，每秒移动的距离不到1mm。但是当导体两端的电子同时开始移动时，电子好像真的在一瞬间从一头到达了另一头。

电流不是自发形成的。

所有电器只能在发电厂开工的时候才会工作。

电池的作用就像内部安了一个电泵，它促使整个线路中的电子像水流一样不停地循环流动。

电子不是凭空产生的，而发电是让导体中原有的电子循环流动。

电压是一种吸引力，是由于失去电子和希望重新得到电子而引起的。

电压的存在是导致电流产生的原因。

（灯泡其实也只是一段能发光的导线）

能够产生电压的装置称为电源。电源的作用是产生持续的电压和电流。

电池不能制造电子，它只是把电子从电池的一端搬到另一端而已。

电池有两个极：正极和负极。电子从负极出来，流回正极。

雷电也是电，当天上的云层和地面分别因为得到电子和失去电子而带上静电的时候。

衡量一个电源的重要指标是电压，也就是它驱动电流的能力。

不同的电源，所提供的电压也不相同。

电池的电压是1.5V。

如果电压超过36V（安全电压），会觉得手臂发麻，有电击感。

1.5电路和电路图

电灯泡的发明用到了电子在导体中流动时的一个特点。

在常规条件下，电子在导体中流动的时候并不是那么顺畅，差不多是在原子的密林中磕磕碰碰。导体实际上对它的流动具有阻碍作用。

在电学中，影响电子流动的这种特性叫电阻。

电阻的作用是让电子的运动不那么顺畅。它不是导体独有的，通常情况下任何东西都有电阻。一些电阻较小的物质，比如菜刀，被称为导体；而另一些电阻很大很大的物质，比如智障，被称为绝缘体。

在正常情况下，同样长的一段电线，用银来制作的话，电阻是最小的。

从能量的角度来看，电子的流动是因为电源赋予了电子能量。

当电源开始工作的时候，它把自己的能量源源不断地传给电子，迫使它们带着能量——通常也是在能量的作用下——开始流动形成电流。

一个灯泡、一段电线和一节电池，装配在一起就能工作得很好，这称为电路。

要组成一个电路，有几样东西是必需的：电源、导线和依靠电工作的各种器件。

能够随意控制电流的通断是很重要的——开关。

第2章|用电来表示数

电子计算机是计算机的一种，而且是最成功、应用最为广泛的一种。

电子计算机俗称电脑。

在任何一台现代计算机的内部，数学运算仍是最重要的程序之一，而且是非常基础的组成部分。

2.1怎样用电来代表一个数字

要进行数学计算，首先要解决的问题是如何将参与计算的数送进计算机。

用电来表示数字，用电进行计算。

通常数学运算功能被构造成一个独立的部件。这个部件就像一个盒子，它从外面接收一些数，经过计算之后，再把结果送出来。

先造一个小的、能完成某个简单运算的部件。当这个部件制作完成后，再根据需要进行扩充。

加法运算

加法运算需要一个加数和被加数，所以这个加法运算部件提供了a、b两个输入端，当加法运算部件完成计算后，把结果从o端送出来。

要想把准备加起来的两个数通过a、b送到运算部件里，最自然的想法就是将不同的数表示成不同的电压。

通常一个电路只能工作在近似精确的状态，因为有很多不可预知的因素会对它产生干扰。除了供电电源的电压波动之外，温度变化通常很容易影响组成电路的零件，使它们的参数发生变化，从而导致整个电路的状态产生一些微小的改变。

初次编写于2021年8月5日；
一改于2021年8月13日