從小學(xué)點(diǎn)計(jì)算機(jī) 節(jié)選

記錄的意思是保留一份測量的結(jié)果，可以表示為模擬形式或者數(shù)字形式。在一份模擬記錄中，觀察對象被轉(zhuǎn)化為一個(gè)模擬的對象。例如，在讀取大氣壓力的過程中，可以把一支水筆綁在一個(gè)氣壓計(jì)的指示臂上，這樣水筆就會隨著氣壓的變化而上升或者下降。水筆的位置經(jīng)過校準(zhǔn)后，就能在紙上畫出表示氣壓變化的曲線。因此，水筆的運(yùn)動就是對氣壓變化的模擬。 或者，氣壓也可以通過每隔一段確定的時(shí)間標(biāo)注水銀柱的高度來記錄，間隔越小，記錄就越準(zhǔn)確。周期性讀取日志就是一份數(shù)字記錄，因?yàn)樗褂昧藬?shù)字，而不是利用水筆的位置。與周期性監(jiān)測氣壓計(jì)相比，用水筆來連續(xù)地記錄氣壓變化看起來更能提供一份精確的記錄——無論周期性監(jiān)測有多么頻繁。然而，當(dāng)信息被傳輸時(shí)，由于傳輸系統(tǒng)的錯(cuò)誤和本身的不完善，模擬記錄就會變得不那么精確了。只有當(dāng)摩擦力被*小化，而且紙張?jiān)诠P下移動的時(shí)候保持恒定受控的速度，上述自動氣壓計(jì)才能提供一份精確的記錄。 模擬記錄在某些應(yīng)用中十分方便。例如，如果兩個(gè)信號的模擬測量用它們的電流來表示，那么制作信號相加的電路就十分簡單——只需要計(jì)算兩個(gè)電流值的和。輸入的電流是一個(gè)自然的模擬，并且新電流是相加過程的一個(gè)自然模擬。所以，在模擬聲音記錄中，信號的音量大小是由通過系統(tǒng)的電流強(qiáng)度來反映的。另外，數(shù)字記錄是永久的，而且可以精確復(fù)制。它們已經(jīng)在很多領(lǐng)域替代了模擬記錄。在這些領(lǐng)域中，往往需要進(jìn)行復(fù)雜的傳輸，如聲音記錄。數(shù)字記錄的質(zhì)量依賴于信號的采樣(測量)頻率。為了改善信號的輸出，簡單的方法是對數(shù)字采樣的量加倍，而不是對傳輸過程中使用的所有傳輸系統(tǒng)的質(zhì)量進(jìn)行加倍。聲音的數(shù)字渲染中的瑕疵絕大多數(shù)都產(chǎn)生于記錄的實(shí)際時(shí)間。之后，聲音的數(shù)字記錄被精確地保留下來，直到信|每被轉(zhuǎn)化回模擬形式，并在揚(yáng)聲器中播放出來。我們可以很容易地制作數(shù)字記錄的原樣拷貝，而且只要數(shù)據(jù)沒有丟失，1000年后的數(shù)字記錄仍會和*初的一樣精確。與此相比，一份模擬的聲音記錄會在復(fù)制的每個(gè)階段都遭受質(zhì)量損失。 集成電路 20世紀(jì)40年代和20世紀(jì)50年代的早期計(jì)算機(jī)由幾柜子的真空管或電子管組成，它們被用作電開關(guān)和放大器。這些管子體積巨大，而且需要預(yù)熱才能正常工作，從麗極大地限制了早期計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，信號從管子一端傳送到另一端所耗費(fèi)的時(shí)間也嚴(yán)重限制了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。以現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來看，早期計(jì)算機(jī)只能進(jìn)行一些瑣細(xì)的運(yùn)算：一臺真空管或電子管計(jì)算機(jī)如果想要獲得和20世紀(jì)90年代的個(gè)人電腦相同的處理能力，那么它就必須有一個(gè)2萬人的鎮(zhèn)子那么大。 一股強(qiáng)勁的推動力使計(jì)算機(jī)更小，核心突破在于晶體管的發(fā)明。1948年，晶體管由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)明。晶體管是由半導(dǎo)體材料(如硅)制成的固體芯片，通常有三個(gè)連接腳，分別叫作集電極(源極)、發(fā)射極(漏極)和基極。這些固態(tài)物件只有幾毫米見方，沒有移動部分；它們使得電子器件可以更加微小，更加可靠。 下一個(gè)重大的發(fā)展是集成電路的發(fā)明。在集成電路中，所有的線路都被蝕刻在印刷電路板上，不需要單獨(dú)的導(dǎo)線連接。集成電路連續(xù)地更新?lián)Q代使得計(jì)算機(jī)的處理單元先縮小成單個(gè)柜子，然后是一塊單獨(dú)的板子。 1961年，硅芯片的發(fā)明允許復(fù)雜電路蝕刻到一塊微小的芯片上。這種芯片由半導(dǎo)體材料制成，通過摻入雜質(zhì)來形成電路連鑫和晶體管。現(xiàn)代芯片可能包含幾百萬個(gè)這樣的晶體管，而且除子攜帶處理單元之外，還可能含有大量的其他部件。這種我們稱為“超大規(guī)模集成(VLSI)”的小型化技術(shù)，已經(jīng)使得制造便攜式計(jì)算機(jī)和其他小型設(shè)備成為可能。 處理器并不是唯一變得越來越小和越來越快的部件。早期計(jì)算機(jī)的內(nèi)存由一些獨(dú)立的磁環(huán)或磁芯串在線上組成的一種晶格構(gòu)成。每個(gè)磁環(huán)或磁芯可以記憶單個(gè)的數(shù)位。類似地，*早的存儲磁盤是躺在巨大的柜子里的。對上述每個(gè)器件，解決方法都是相同的：更小就更快。 P2-7