把半導體做小，把時代做大

1874年，剛剛取得博士學位的卡爾·費迪南德·布勞恩在研究震蕩電路的時候無意發(fā)現(xiàn)，削尖的方鉛礦具有電流的單向導通能力。后人們所熟知的礦石收音機中的“礦石”二字正是來源于這一效應，而這也是半導體的最重要特性之一。

當時的物理學家還沒有發(fā)現(xiàn)量子力學，更不知道半導體的這一特性源自電子隧穿效應;但這一意外的發(fā)現(xiàn)卻成為了數(shù)字時代樂章的第一個音符。

隨后的近100年時間里，在包括愛迪生、弗萊明、肖特基、貝爾實驗室等一系列力量的不斷研究之下，人們利用半導體接連造出了二極管、三極管并最終發(fā)明了場效應管。

至此，人類終于湊齊了整個數(shù)字時代所需要的所有物理基石。

正如同ACGT四種堿基對能夠通過30億次的不同組合演繹出燦爛的人類文明一樣，通過場效應管來組成的邏輯門電路也能夠通過數(shù)十億次復用形成極端復雜的功能。整個數(shù)字時代的正片也悄然開始。

解構數(shù)字時代

作為邏輯電路的基本構成，人們可以使用兩個場效應管來制作一個非門，用4個場效應管來制作一個與非門或者或非門……由此，人們便遍可以通過不斷地堆疊這些邏輯門來構筑加法器、乘法器、存儲器和緩存。而更重要的是，通過簡單元件的不斷復用與堆疊，我們便可以將邏輯與算力賦于機器之上，成百萬上千萬倍的加速計算，讓人類能夠有精力去將更多不可能變?yōu)橥偈挚傻谩?

當然，我們在這里給出這些圖并不是期待大家能由此完成對《數(shù)字電路原理》的自習。展示這些電路圖只是要向大家展示，由場效應管所組成的電路是如何一點一點實現(xiàn)加法、乘法和存儲的。

通過將上圖所展示的這些器件進行無數(shù)次堆疊、組合，我們便能夠制造出具備強大能力的CPU、內存和閃存(很多元件的結構在實際應用中會更加復雜以滿足特定需求)。然后，我們順理成章的將他們組裝成了一臺電腦。

在擁有了這樣一臺電腦之后，問題接踵而至。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)學含義。舉個例子，如果我們定義A為牛肉面、B為香菜、? 為不要，那么“來碗牛肉面、不要香菜”的數(shù)學表達式就是A?B(當然，我們也可以把它變?yōu)锽?A，表示“來碗香菜，不要面”。至于店老板會不會打人，那就不是計算機能處理的問題了)。