'編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇'

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編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

計算機設備

對於電子計算機設備來說,前後已經走過了近80年的歷史,加上機械計算機已經遠遠超過百年了,嚴格意義上我們的算盤也是一種計算機。

現代電子計算機則是從20世紀40年代初,美國的貝爾電話實驗室製造出第一臺嚴格意義上的計算機開始,計算機發展才真正步入正軌。

其中,ENIAC是當時設計的第一代計算機系統之一。你都想象不出當時它的尺寸大小,它大到相當於3-4輛雙層巴士。

它當時是由有超過18000多個嗡嗡作響的電子開關組成,也就是我們說的真空管,那跟現在的筆記本電腦相比,在體積上根本沒得比,但其算力相當。

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編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

計算機設備

對於電子計算機設備來說,前後已經走過了近80年的歷史,加上機械計算機已經遠遠超過百年了,嚴格意義上我們的算盤也是一種計算機。

現代電子計算機則是從20世紀40年代初,美國的貝爾電話實驗室製造出第一臺嚴格意義上的計算機開始,計算機發展才真正步入正軌。

其中,ENIAC是當時設計的第一代計算機系統之一。你都想象不出當時它的尺寸大小,它大到相當於3-4輛雙層巴士。

它當時是由有超過18000多個嗡嗡作響的電子開關組成,也就是我們說的真空管,那跟現在的筆記本電腦相比,在體積上根本沒得比,但其算力相當。

編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

現代服務器

那是怎麼從那麼大個縮小的現在電腦的尺寸的呢?

還記得我們小時候,由於好奇打開電視或收音機體的封蓋,會看到一塊綠色的電路板佔據了裡面的大部分空間,它就是電子設備的印刷電路板。

它看起來像一張3D的城市街道地圖,小型電子元件比如電阻,電容就是城市的建築物,那些印刷的銅箔就像微型金屬街道一樣,將它們相互連接在一起。

如同四通八達的通路。像這樣的電路板在現在看來挺小的,但在當時對於像計算機這樣的複雜計算設備,其電路板幾乎都是幾個平方尺大小的散列板。

就算當時最簡單的計算機為了存儲一個字節(byte)的信息,就需要大約八個電子開關,如果是真空管,要打造一臺簡單的電腦,要具備有足夠的空間來儲存的話,假設一段話有500個字符,所以需要500 x 8 也就是4000個電子開關。

想象一下20世紀40年代早期使用的真空管只有人類拇指那麼大,那麼一臺簡單的計算機就將成為一個巨大的耗能能怪物。

基本上走進了死衚衕了,好在後來,1947年,隨著晶體管的發明,使用晶體管進行計算變得更容易了,體積大小也得到的大大的降低,但複雜的電路連線又成了大問題,仍然不容易處理。

由此就在1958年催生了集成電路的發明,繼承電路的出現徹底改變了遊戲規則。它是把整個電路,包括所有的元件和它們之間的連接,在一片硅的表面以微觀的形式再現整個電路。

而發明它的是當時兩個牛人,傑克·基爾比和羅伯特·諾伊斯,有趣的是他倆幾乎同時發明了集成電路,卻當時彼此互不認識對方。

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編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

計算機設備

對於電子計算機設備來說,前後已經走過了近80年的歷史,加上機械計算機已經遠遠超過百年了,嚴格意義上我們的算盤也是一種計算機。

現代電子計算機則是從20世紀40年代初,美國的貝爾電話實驗室製造出第一臺嚴格意義上的計算機開始,計算機發展才真正步入正軌。

其中,ENIAC是當時設計的第一代計算機系統之一。你都想象不出當時它的尺寸大小,它大到相當於3-4輛雙層巴士。

它當時是由有超過18000多個嗡嗡作響的電子開關組成,也就是我們說的真空管,那跟現在的筆記本電腦相比,在體積上根本沒得比,但其算力相當。

編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

現代服務器

那是怎麼從那麼大個縮小的現在電腦的尺寸的呢?

還記得我們小時候,由於好奇打開電視或收音機體的封蓋,會看到一塊綠色的電路板佔據了裡面的大部分空間,它就是電子設備的印刷電路板。

它看起來像一張3D的城市街道地圖,小型電子元件比如電阻,電容就是城市的建築物,那些印刷的銅箔就像微型金屬街道一樣,將它們相互連接在一起。

如同四通八達的通路。像這樣的電路板在現在看來挺小的,但在當時對於像計算機這樣的複雜計算設備,其電路板幾乎都是幾個平方尺大小的散列板。

就算當時最簡單的計算機為了存儲一個字節(byte)的信息,就需要大約八個電子開關,如果是真空管,要打造一臺簡單的電腦,要具備有足夠的空間來儲存的話,假設一段話有500個字符,所以需要500 x 8 也就是4000個電子開關。

想象一下20世紀40年代早期使用的真空管只有人類拇指那麼大,那麼一臺簡單的計算機就將成為一個巨大的耗能能怪物。

基本上走進了死衚衕了,好在後來,1947年,隨著晶體管的發明,使用晶體管進行計算變得更容易了,體積大小也得到的大大的降低,但複雜的電路連線又成了大問題,仍然不容易處理。

由此就在1958年催生了集成電路的發明,繼承電路的出現徹底改變了遊戲規則。它是把整個電路,包括所有的元件和它們之間的連接,在一片硅的表面以微觀的形式再現整個電路。

而發明它的是當時兩個牛人,傑克·基爾比和羅伯特·諾伊斯,有趣的是他倆幾乎同時發明了集成電路,卻當時彼此互不認識對方。

編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

IC芯片

1968年,羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)與他人共同創立了英特爾電子公司,至今仍是全球集成電路製造、研發領域的領導者。

集成電路,也稱為IC或芯片,就是我們現在很多公司技術的短板,它是一個完整的電子電路,由數不清多大單獨的元件組成,就是那些晶體管、二極管、電阻、電容器和連接所有元件的導電通路等等,它們都被刻在一塊硅晶體上。

一路按照摩爾定律走來,成了今天的模樣。

從最初的真空管到晶體管在到現在的大規模,超大規模的集成電路,我們知道了計算機最初就是原點就是一排排能夠表示開關狀態的真空管。到現在的硅晶片上雕刻的內容其實都沒有實質性的變化。

而我們現在的計算機嚴格來說是數字計算機。

它是建立在執行各種計算任務的數字系統的基礎上的。數字一詞意味著計算機中的信息由變量表示,這些變量只能取有限數量的離散數值。

我們會把這些離散的數值封裝到一個組件來進行內部處理,由這個組件來維護維護有限數量的離散狀態。

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編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

計算機設備

對於電子計算機設備來說,前後已經走過了近80年的歷史,加上機械計算機已經遠遠超過百年了,嚴格意義上我們的算盤也是一種計算機。

現代電子計算機則是從20世紀40年代初,美國的貝爾電話實驗室製造出第一臺嚴格意義上的計算機開始,計算機發展才真正步入正軌。

其中,ENIAC是當時設計的第一代計算機系統之一。你都想象不出當時它的尺寸大小,它大到相當於3-4輛雙層巴士。

它當時是由有超過18000多個嗡嗡作響的電子開關組成,也就是我們說的真空管,那跟現在的筆記本電腦相比,在體積上根本沒得比,但其算力相當。

編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

現代服務器

那是怎麼從那麼大個縮小的現在電腦的尺寸的呢?

還記得我們小時候,由於好奇打開電視或收音機體的封蓋,會看到一塊綠色的電路板佔據了裡面的大部分空間,它就是電子設備的印刷電路板。

它看起來像一張3D的城市街道地圖,小型電子元件比如電阻,電容就是城市的建築物,那些印刷的銅箔就像微型金屬街道一樣,將它們相互連接在一起。

如同四通八達的通路。像這樣的電路板在現在看來挺小的,但在當時對於像計算機這樣的複雜計算設備,其電路板幾乎都是幾個平方尺大小的散列板。

就算當時最簡單的計算機為了存儲一個字節(byte)的信息,就需要大約八個電子開關,如果是真空管,要打造一臺簡單的電腦,要具備有足夠的空間來儲存的話,假設一段話有500個字符,所以需要500 x 8 也就是4000個電子開關。

想象一下20世紀40年代早期使用的真空管只有人類拇指那麼大,那麼一臺簡單的計算機就將成為一個巨大的耗能能怪物。

基本上走進了死衚衕了,好在後來,1947年,隨著晶體管的發明,使用晶體管進行計算變得更容易了,體積大小也得到的大大的降低,但複雜的電路連線又成了大問題,仍然不容易處理。

由此就在1958年催生了集成電路的發明,繼承電路的出現徹底改變了遊戲規則。它是把整個電路,包括所有的元件和它們之間的連接,在一片硅的表面以微觀的形式再現整個電路。

而發明它的是當時兩個牛人,傑克·基爾比和羅伯特·諾伊斯,有趣的是他倆幾乎同時發明了集成電路,卻當時彼此互不認識對方。

編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

IC芯片

1968年,羅伯特·諾伊斯(Robert Noyce)與他人共同創立了英特爾電子公司,至今仍是全球集成電路製造、研發領域的領導者。

集成電路,也稱為IC或芯片,就是我們現在很多公司技術的短板,它是一個完整的電子電路,由數不清多大單獨的元件組成,就是那些晶體管、二極管、電阻、電容器和連接所有元件的導電通路等等,它們都被刻在一塊硅晶體上。

一路按照摩爾定律走來,成了今天的模樣。

從最初的真空管到晶體管在到現在的大規模,超大規模的集成電路,我們知道了計算機最初就是原點就是一排排能夠表示開關狀態的真空管。到現在的硅晶片上雕刻的內容其實都沒有實質性的變化。

而我們現在的計算機嚴格來說是數字計算機。

它是建立在執行各種計算任務的數字系統的基礎上的。數字一詞意味著計算機中的信息由變量表示,這些變量只能取有限數量的離散數值。

我們會把這些離散的數值封裝到一個組件來進行內部處理,由這個組件來維護維護有限數量的離散狀態。

編程基礎:計算機發展進化與二進制算制的選擇

二進制

比如,十進制數字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9提供10個離散數值。

20世紀40年代初貝爾實驗室推出的第一臺電子數字計算機就是主要用於數值計算,它的離散元素是數字。

實際上,如果只使用兩種狀態,數字計算機的功能就會更加可靠。出錯機率也會很低。

由於組件的物理限制,並且由於人類邏輯往往是二進制的(即true或false, 是或非),那些被約束為取離散值的數字組件進一步被約束為只取兩個值,這就是所謂的二進制。

現在數字計算機普遍使用二進制數字系統,它有兩個數字:0和1。一個二進制數字0或1,就是我們常說的比特位(bit)。

信息在數字計算機中以比特為單位表示。通過使用各種編碼技術,這群比特以不同的組合形式不僅可以表示二進制數字,還可以表示其他離散符號,如十進制數字或字母表中的字母。

這就是現在的計算機硬件發展與算制選擇。

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