【計算機組成原理】學習筆記——總目錄

【12】理解電路：從電報機到門電路，我們如何做到“千里傳信”？

• 引言
• 一、從信使到電報，我們怎么做到“千里傳書”？
• 二、理解繼電器，給跑不動的信號續一秒
• 總結【個人總結的重點】

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• 本節比較簡單，大致了解，可以直接看總結

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引言

我們前面講過機器指令，你應該知道，所有最終執行的程序其實都是使用“0”和“1”這樣的二進制代碼來表示的。

這一講，我和你一起來看看，計算機在硬件層面究竟是怎么表示二進制的，以此你就會明白，為什么計算機會選擇二進制。

一、從信使到電報，我們怎么做到“千里傳書”？

• 送信：馬拉松的故事【派人跑腿，傳口信或者送信的方式】
• 聲音傳輸：中國古代的軍隊有“擊鼓進軍”和“鳴金收兵”【“金”和“鼓”類似“0”和“1”，可以組成不同的信息：前進、后退、左轉。。 】
• 光速傳輸：燈塔、烽火臺。

以上方式，受限于只有“1”和“0”這兩種信號，不能傳遞太復雜的信息，那電報的發明就解決了這個問題。

• 電報傳輸的信號有兩種，一種是短促的點信號（dot 信號），一種是長一點的劃信號（dash 信號）。我們把“點”當成“1”，把“劃”當成“0”。這樣一來，我們的電報信號就是另一種特殊的二進制編碼了。

• 特點：1.電信號傳播的，所以從輸入信號到輸出信號基本上沒有延時；2.輸入信號的速度加快了很多。只要一個手指，就能快速發送電報。

• 摩爾斯密碼：電影里最常見的電報信號是“SOS”，這個信號表示出來就是 “點點點劃劃劃點點點”。

制造一臺電報機也非常容易。電報機本質上就是一個“蜂鳴器 + 長長的電線 + 按鈕開關”。

二、理解繼電器，給跑不動的信號續一秒

距離太長時，電線電阻太大，沒有辦法成功傳輸信號。為了能夠實現這樣接力傳輸信號，在電路里面，工程師們造了一個叫作繼電器（Relay）的設備。【繼電器 又叫 電驛】

• 繼電器的組成：“螺旋線圈 + 磁性開關”的方式
  

引出 基本邏輯電路
有了繼電器之后，我們不僅有了一個能夠接力傳輸信號的方式，更重要的是，和輸入端通過開關的“開”和“關”來表示“1”和“0”一樣，我們在輸出端也能表示“1”和“0”了。【輸出端的信號 還可以作為后續線路的輸入信號】

“與（AND）”“或（OR）”“非（NOT）”【異或（XOR）】

• 我們在輸入端的電路上，提供串聯的兩個開關，只有兩個開關都打開，電路才接通，輸出的開關也才能接通，這其實就是模擬了計算機里面的“與”操作。
• 我們在輸入端的電路，提供兩條獨立的線路到輸出端，兩條線路上各有一個開關，那么任何一個開關打開了，到輸出端的電路都是接通的，這其實就是模擬了計算機中的“或”操作。
• 當我們把輸出端的“螺旋線圈 + 磁性開關”的組合，從默認關掉，只有通電有了磁場之后打開，換成默認是打開通電的，只有通電之后才關閉，我們就得到了一個計算機中的“非”操作。輸出端開和關正好和輸入端相反。這個在數字電路中，也叫作反向器（Inverter）。
  
  與、或、非的電路都非常簡單，要想做稍微復雜一點的工作，我們需要很多電路的組合。不過，這也彰顯了現代計算機體系中一個重要的思想，就是通過分層和組合，逐步搭建起更加強大的功能。

電報機輸入輸錯后，不容易糾正，引出現代的計算機

回到我們前面看的電報機原型，雖然一個按鈕開關的電報機很“容易”操作，但是卻不“方便”操作。因為電報員要熟記每一個字母對應的摩爾斯電碼，并且需要快速按鍵來進行輸入，一旦輸錯很難糾正。但是，因為電路之間可以通過與、或、非組合完成更復雜的功能，我們完全可以設計一個和打字機一樣的電報機，每按下一個字母按鈕，就會接通一部分電路，然后把這個字母的摩爾斯電碼輸出去。

雖然在電報機時代，我們沒有這么做，但是在計算機時代，我們其實就是這樣做的。我們不再是給計算機“0”和“1”，而是通過千萬個晶體管組合在一起，最終使得我們可以用“高級語言”，指揮計算機去干什么。

總結【個人總結的重點】

• 了解二進制信息傳輸的演變：
  人送信【跑腿】—>擊鼓傳聲【聲信號】—>燈塔、烽火臺【光信號】—>電報機【電信號】—>現代的計算機【邏輯電路】
• 繼電器（Relay）的引入：又叫 電驛，起到中繼的作用。由“螺旋線圈 + 磁性開關”開關組成。
• 摩爾斯電碼：“點“（代表0）和” 劃 “（代表1）信號的組合。SOS的摩爾斯電碼：點點點劃劃劃點點點（? ? ?- - - ? ? ? ）

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【12】理解电路：从电报机到门电路，我们如何做到“千里传信”？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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