從閘電路層級出發,計算機的可程式設計功能是如何逐步實現的?

時間 2021-05-06 22:04:27

1樓:比特曼

不同意那些說從電學開始的回答,我們也可以做出機械的數字計算機不是?

那麼如果題主不關注閘電路的具體實現問題,只從理想的閘電路這層抽象開始構造計算機,以及不論及背後的數學原理(計算理論)的話,推薦閱讀《計算機系統要素》。手把手教你搭起一台可以用的計算機——從NAND門到俄羅斯方塊。

2樓:

咱把起點降低一點,從電磁學出發吧。

首先,自然界會出現許多電磁現象,比如閃電,又比如靜電。圍繞著這些現象,科學家們展開了許多研究,大家都聽過富蘭克林在雷雨天放風箏的故事吧,從此以後,人們對電和磁的研究與日俱增,湧現了一大批科學家。電磁學中的物理單位也以這些科學家命名,比如出鏡率最高的歐姆、安培,還有像特斯拉、庫倫、亨利、法拉第、西門子……

他們的研究成果,多多少少表明了電磁現象的某個方面。比如廣為人知的歐姆定理,是歐姆通過大量的實驗,從實驗資料中總結出來的。

對電磁現象的本質有深刻理解的第一人,應當是麥克斯韋,他的麥克斯韋方程組是電磁學的基礎,其他一切定理都可由這四個方程推導。(雖然我現在對麥克斯韋方程組基本沒有映像了。)

雖然我們有麥克斯韋方程組,但是電氣工程師(或者硬體工程師)基本不用這些方程。我們在分析電路時用的最多的是基爾霍夫定理(KCL、KVL)。基爾霍夫定理可以由麥克斯韋方程組推導。

但是,我們為什麼不用萬能的麥克斯韋方程組呢?首先,這貨太難,是微積分形式,相信大學畢業後沒有多少人還能解微積分,而基爾霍夫定理是代數形式,簡單方便。其次,工程領域應用的電路,其器件特性較好,適用集總引數定理(lumped matter discipline),用麥克斯韋方程組來分析,那是殺雞用牛刀。

舉例來說,乙個實際的電阻器(resistor),不僅表現出電阻的特性,在不同的頻率範圍內,它還或多或少表現出電容和電感的特性,這些多出來的特性用寄生引數表示。隨著技術的進步,寄生引數越來越小,

先占個位,晚上再答。

怎樣從物理學角度解釋「電路進行計算機各類功能」這件事(詳細看補充)?

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