1874年，剛剛?cè)〉貌┦繉W(xué)位的卡爾·費(fèi)迪南德·布勞恩在研究震蕩電路的時(shí)候無(wú)意發(fā)現(xiàn)，削尖的方鉛礦具有電流的單向?qū)芰?。后人們所熟知的礦石收音機(jī)中的“礦石”二字正是來(lái)源于這一效應(yīng)，而這也是半導(dǎo)體的最重要特性之一。

當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)，更不知道半導(dǎo)體的這一特性源自電子隧穿效應(yīng);但這一意外的發(fā)現(xiàn)卻成為了數(shù)字時(shí)代樂(lè)章的第一個(gè)音符。

隨后的近100年時(shí)間里，在包括愛(ài)迪生、弗萊明、肖特基、貝爾實(shí)驗(yàn)室等一系列力量的不斷研究之下，人們利用半導(dǎo)體接連造出了二極管、三極管并最終發(fā)明了場(chǎng)效應(yīng)管。

至此，人類終于湊齊了整個(gè)數(shù)字時(shí)代所需要的所有物理基石。

正如同ACGT四種堿基對(duì)能夠通過(guò)30億次的不同組合演繹出燦爛的人類文明一樣，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)組成的邏輯門電路也能夠通過(guò)數(shù)十億次復(fù)用形成極端復(fù)雜的功能。整個(gè)數(shù)字時(shí)代的正片也悄然開(kāi)始。

解構(gòu)數(shù)字時(shí)代

作為邏輯電路的基本構(gòu)成，人們可以使用兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)制作一個(gè)非門，用4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)制作一個(gè)與非門或者或非門……由此，人們便遍可以通過(guò)不斷地堆疊這些邏輯門來(lái)構(gòu)筑加法器、乘法器、存儲(chǔ)器和緩存。而更重要的是，通過(guò)簡(jiǎn)單元件的不斷復(fù)用與堆疊，我們便可以將邏輯與算力賦于機(jī)器之上，成百萬(wàn)上千萬(wàn)倍的加速計(jì)算，讓人類能夠有精力去將更多不可能變?yōu)橥偈挚傻谩?

當(dāng)然，我們?cè)谶@里給出這些圖并不是期待大家能由此完成對(duì)《數(shù)字電路原理》的自習(xí)。展示這些電路圖只是要向大家展示，由場(chǎng)效應(yīng)管所組成的電路是如何一點(diǎn)一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)加法、乘法和存儲(chǔ)的。

通過(guò)將上圖所展示的這些器件進(jìn)行無(wú)數(shù)次堆疊、組合，我們便能夠制造出具備強(qiáng)大能力的CPU、內(nèi)存和閃存(很多元件的結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)更加復(fù)雜以滿足特定需求)。然后，我們順理成章的將他們組裝成了一臺(tái)電腦。

在擁有了這樣一臺(tái)電腦之后，問(wèn)題接踵而至。我們能用它做什么呢?

首先，我們需要建立一張編碼表，這張表定義了每一種可以輸入的字符以及他們所代表的數(shù)學(xué)含義。舉個(gè)例子，如果我們定義A為牛肉面、B為香菜、? 為不要，那么“來(lái)碗牛肉面、不要香菜”的數(shù)學(xué)表達(dá)式就是A?B(當(dāng)然，我們也可以把它變?yōu)锽?A，表示“來(lái)碗香菜，不要面”。至于店老板會(huì)不會(huì)打人，那就不是計(jì)算機(jī)能處理的問(wèn)題了)。