文档介绍：继电器
先不要扯什么图灵,冯诺依曼这些先贤。因为他们都太遥远。计算机一切计算的源头其实是源自一个非常非常中二的东西:“继电器(Relay)”。继电器是什么鬼?看下图,
其实就是一个线圈利用电磁感应做成的电磁铁。原理和“电报机”一样,当开关闭合,黄色电路通电,线圈是金属棒变成磁铁,吸引中间的小开关(Anker),接通右边灰色的电路,点亮灯泡。
简单说,就是你在家一按开关,隔壁老王家的灯亮了。
“反相器”和“非门”
为什么说继电器是个很中二的东西?因为这不就是开关吗?我按了它才亮,不按绝对不亮。但CPU真就是这货发展而来的。它的变种就开始好玩了。最简单的一个变种,
就是“反继电器”,或者叫“反相器(Inverter)”。就是隔壁老王家的灯本来是亮着的,我手上的开关一按,灯就灭了。
"反相器"到了现代计算机里,就叫做“非门(NOT Gate)”。本来开关T1是接通的,Output是1(5V高位电平)。一旦闭合开关T1,电路中断,输出变为0(1V低位电平)。
“非门”用下面这个符号表示。简单说,就是输出永远和输入是反的,输入1,输出就是0。输入0,输出就是1。
逻辑门家族
和“非门”一样,我们能得到一堆其他特性的门。比如,“与门(AND Gate)”,就是两个开关串联。必须两个开关同时闭合,灯泡才能亮。
“或门(OR Gate)”,两个开关并联,只要其中一个开关闭合,灯泡就会亮。
长话短说,下图是所能得到的几个基本“逻辑门(Logic Gates)”。
虽然看上去比较复杂,但“逻辑门”在本质上和之前讲的“继电器”都是“控制电路”。或者说都是我手里握着控制老王家花式吊灯的各种开关。老王一定很郁闷。
逻辑
逻辑门虽然被我说得很淳朴,就是控制隔壁老王家吊灯的开关。但其中却可能蕴含着人类大脑,甚至是这个世界终极奥义的一部分:逻辑(Logic)。这也是为什么它被叫做逻辑门。
爱因斯坦曾说过: 世界上最不可思议的事情,就是这个世界是可以被“理解”的。
简直是细思极恐有木有!最简单的例子,亚里士多德给出的经典“Barbara”三段论: 如果所有人(M)都是必死的(P),(大前提)
并且所有希腊人(S)都是人(M),(小前提)
那么所有希腊人(S)都是必死的(P)。(结论)
数学上,一个形式系統(Formal system)的野心就是想通过一组公理,和逻辑推理过程,来描述和证明我们的客观世界。说到这里我们计算机的祖师爷们就都出来了:莱布尼兹,康托尔,布尔,图灵,等等等等。著名的图灵机就是在这个议题的争论中无心插柳的副产品。这个主题无法展开。感兴趣推荐看《逻辑的引擎(豆瓣)》这本书。这里只举一个最简单的“布尔代数(Boolean algebra)”的例子:
我喜欢(长头发)的(不是)(蛇精脸)的女生
用布尔代数来表示就是:
长头发 AND ( NOT 蛇精脸)
说到这里,是不是和前面说的逻辑门联系起来了?
逻辑电路
但是逻辑是逻辑,继电器是继电器,就算上面的花式继电器也是继电器。把逻辑和继电器联系起来的是一位不得不提的大师,克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)和他的那篇史上最牛硕士论文:《继电器与开关电路的符号分析》。绝对最牛,没有之一!
还是之前那个例子: