【12】理解电路：从电报机到门电路，我们如何做到“千里传信”？

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• 本节比较简单，大致了解，可以直接看总结

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引言

我们前面讲过机器指令，你应该知道，所有最终执行的程序其实都是使用“0”和“1”这样的二进制代码来表示的。

这一讲，我和你一起来看看，计算机在硬件层面究竟是怎么表示二进制的，以此你就会明白，为什么计算机会选择二进制。

一、从信使到电报，我们怎么做到“千里传书”？

• 送信：马拉松的故事【派人跑腿，传口信或者送信的方式】
• 声音传输：中国古代的军队有“击鼓进军”和“鸣金收兵”【“金”和“鼓”类似“0”和“1”，可以组成不同的信息：前进、后退、左转。。 】
• 光速传输：灯塔、烽火台。

以上方式，受限于只有“1”和“0”这两种信号，不能传递太复杂的信息，那电报的发明就解决了这个问题。

• 电报传输的信号有两种，一种是短促的点信号（dot 信号），一种是长一点的划信号（dash 信号）。我们把“点”当成“1”，把“划”当成“0”。这样一来，我们的电报信号就是另一种特殊的二进制编码了。

• 特点：1.电信号传播的，所以从输入信号到输出信号基本上没有延时；2.输入信号的速度加快了很多。只要一个手指，就能快速发送电报。

• 摩尔斯密码：电影里最常见的电报信号是“SOS”，这个信号表示出来就是 “点点点划划划点点点”。

制造一台电报机也非常容易。电报机本质上就是一个“蜂鸣器 + 长长的电线 + 按钮开关”。

二、理解继电器，给跑不动的信号续一秒

距离太长时，电线电阻太大，没有办法成功传输信号。为了能够实现这样接力传输信号，在电路里面，工程师们造了一个叫作继电器（Relay）的设备。【继电器 又叫 电驿】

• 继电器的组成：“螺旋线圈 + 磁性开关”的方式
  

引出 基本逻辑电路
有了继电器之后，我们不仅有了一个能够接力传输信号的方式，更重要的是，和输入端通过开关的“开”和“关”来表示“1”和“0”一样，我们在输出端也能表示“1”和“0”了。【输出端的信号 还可以作为后续线路的输入信号】

“与（AND）”“或（OR）”“非（NOT）”【异或（XOR）】

• 我们在输入端的电路上，提供串联的两个开关，只有两个开关都打开，电路才接通，输出的开关也才能接通，这其实就是模拟了计算机里面的“与”操作。
• 我们在输入端的电路，提供两条独立的线路到输出端，两条线路上各有一个开关，那么任何一个开关打开了，到输出端的电路都是接通的，这其实就是模拟了计算机中的“或”操作。
• 当我们把输出端的“螺旋线圈 + 磁性开关”的组合，从默认关掉，只有通电有了磁场之后打开，换成默认是打开通电的，只有通电之后才关闭，我们就得到了一个计算机中的“非”操作。输出端开和关正好和输入端相反。这个在数字电路中，也叫作反向器（Inverter）。
  
  与、或、非的电路都非常简单，要想做稍微复杂一点的工作，我们需要很多电路的组合。不过，这也彰显了现代计算机体系中一个重要的思想，就是通过分层和组合，逐步搭建起更加强大的功能。

电报机输入输错后，不容易纠正，引出现代的计算机

回到我们前面看的电报机原型，虽然一个按钮开关的电报机很“容易”操作，但是却不“方便”操作。因为电报员要熟记每一个字母对应的摩尔斯电码，并且需要快速按键来进行输入，一旦输错很难纠正。但是，因为电路之间可以通过与、或、非组合完成更复杂的功能，我们完全可以设计一个和打字机一样的电报机，每按下一个字母按钮，就会接通一部分电路，然后把这个字母的摩尔斯电码输出去。

虽然在电报机时代，我们没有这么做，但是在计算机时代，我们其实就是这样做的。我们不再是给计算机“0”和“1”，而是通过千万个晶体管组合在一起，最终使得我们可以用“高级语言”，指挥计算机去干什么。

总结【个人总结的重点】

• 了解二进制信息传输的演变：
  人送信【跑腿】—>击鼓传声【声信号】—>灯塔、烽火台【光信号】—>电报机【电信号】—>现代的计算机【逻辑电路】
• 继电器（Relay）的引入：又叫 电驿，起到中继的作用。由“螺旋线圈 + 磁性开关”开关组成。
• 摩尔斯电码：“点“（代表0）和” 划 “（代表1）信号的组合。SOS的摩尔斯电码：点点点划划划点点点（• • •- - - • • • ）

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