[忽软忽硬] 动手做电脑 004 继电器,晶体管和逻辑门

视频在YouTube或者B站上搜“忽软忽硬”就可以搜到了。下面是视频的文字稿。

在正式讲之前,我想请大家先来看一段视频,这段视频是日本在战后造的一台计算机,使用的主要电器元件是继电器。

继电器是我们初中物理就学过的知识,下图是继电器的原理示意图,大家一看也就明白了。

通常,我们把继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”,处于接通状态的静触点称为“常闭触点”,以上两者共用的动触点称为“公共触点”。严格的来说,这种继电器的名字叫“双掷继电器”,常开触点和常闭触点只有一个有电。在现实中,继电器最常见的用法之一是用低电压小电流来控制高电压大电流的电路,比如可以用 12 伏 1 安的电路来控制高达数千伏数十安的电路,这就是我们常说的“四两拔千斤”,来保证操作人员的安全。

但是在继电器做的电脑中,并不是用的这个原理,电脑里并没有高电压和大电流,我们感兴趣的仅仅是用了继电器开关的功能,这个开关更神奇的是不用人工控制,而是用电流控制。还有一点要稍微强调一下,这里的开关与现实中开灯关灯的开关有一点区别:在计算机中,每当提到开关的时候,不管是开还是关,都是输入信息。

继电器在 19 世纪就发明出来了,布尔代数也是在 19 世纪被发明出来了,但是直到 20 世纪 30 年代,出生于 1916 年,22 岁的香农在麻省理工读硕士的时候,才发现两者之间的关系。他写了一篇可能是有史以来最著名的硕士论文,名字叫《继电器和开关电路的符号分析》,(英文名为 A symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits.)在这篇论文里,香农清晰的阐述了这样一个道理:电子工程师可以用布尔代数并且采用继电器来设计开关电路。继电器就像开关一样,可以通过串联或者并联在电路中,从而执行逻辑任务,这种组合也被称之为逻辑门 (logic gates)。

因为继电器可以控制继电器,所以用继电器构成的逻辑门从原理上可以无限扩大,从而实现更复杂的功能。这就是继电器计算机的原理。接下来我在视频里展示一下我用继电器做的一个电路。这个电路是一个与非门,我用两种方法实现的,一种是用的继电器,一种是用的晶体管。

我实现的这个逻辑门叫与非门,也叫 NAND,这是两个单词的缩写,NAND= NOT + AND。这个逻辑门非常重要,从理论上来讲,其它所有的逻辑门,都可以通过这个逻辑门来完成。至于怎么证明,下面几期视频中我会给出详细的证明过程。

现在我想讲一个我认为更重要的东西,我展示的第二个电路是用晶体管做的,晶体管的原理是什么呢,为什么用晶体管来构建计算机?

221. 波澜壮阔的集成电路与芯片的故事(2): 仙童公司

这一期还是讲晶体管和芯片的故事,这里要讲个十几期吧,因为我个人对这里非常的感兴趣,也对晶体管十分的熟悉。我说的熟悉并不是吹牛,我自己收集了常用的30多种晶体管,有PNP的,也有NPN的,每种类型有几十个,上百个,当然了,因为比较便宜,太贵了,我也买不起。像2N3904,2N3906,2N2222这种的,可能有几千个,一大袋子。

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[忽软忽硬] 动手做电脑 002 什么是电

对人类来说,电已经是和食物,水,空气差不多重要的东西了,可 能还是要低一个档次。如果没有电,我们这个社会马上会瘫痪。所以, 每个人好像都很了解电,但是实际情况却不是这样,关于电,仍然有大 量的未解之谜。幸好,虽然对电学的知识了解的越多越好,但是在计 算机中,我们不需要成为电科学家也可以稍微的了解一下其中的原理。

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[忽软忽硬] 动手做电脑 001 电路

在讲电和电路之前,先来做一个实验。这是一个,树莓派上有一些针脚,学名叫引脚,英文单词是pinout。这些引脚的作用是通过这些金属针上是不是有电,来读取或者传输数据。这是树莓派区别于手机,电脑的一个特点,这些接口的名字叫GPIO,所谓GPIO(General Purpose I/O Ports,意思是通用输入/输出端口。通俗地说,就是一些引脚,可以通过它们输出高电平低电平或者通过它们读入引脚的状态,也是读高电平或是低电平,这里的高电平和低电平有点太学术了,用大白话来说就是有电和没电,高电平可能是3.3V或者5.0V,低电平是没电,0V。

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220. 波澜壮阔的集成电路与芯片的故事(1): 仙童公司

又讲芯片了,我最喜欢IT历史中芯片的部分。在这个电台的前219期里,我已经讲了好几次芯片或者芯片相关的了,对我来说,意犹未尽。在前面的电台里,我曾经试图讲清楚如何用导线,继电器什么的构建一些逻辑门,然后再构建出加法器,锁存器,D触发器什么的,但是音频毕竟是音频,虽然我画了一些示意图,但是我没有讲清楚。这个想法也就一直存在心里了。这次又要讲到芯片了,我就想试试能不能做出来,也顺便给自己,给孩子留下点印象。所以这几天我没怎么更新电台,有时间就在家里和小孩做这些电路,实际进度比想象中的简单一些,可能以后会难一些,但是没关系,我觉得和小孩一边学一边做没什么大问题,现在已经完成了D触发器。我就录了一期视频,决定把重要的部件讲解一下,看看到最后会成为什么样子吧,我觉得是可以做出一台能算东西的电脑来的。我录了一期讲电阻的视频,上传到YouTube和B站上了,名字叫《忽软忽硬》,如果有兴趣的可以去看看,也许我能完成这个项目,目前来看,越做越有信心了,我以为会特别难,实际上,河水没有牛伯伯说的那样浅,也没有松鼠说的那样深。

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[忽软忽硬] 动手做电脑 000 什么是电阻

因为文档中有公式,HTML对公式的支持很一般,所以我用LaTex写的本文档,最好是看PDF文件。

https://github.com/liuyandong/MakeYourOwnComputer/blob/master/book.pdf

https://www.bilibili.com/video/av76098412

电阻的用途

在这个世界上,任何材料都对电流有一定的阻碍作用,只是有的大一些,有的小一些,导体和绝缘体之间并没有绝对的划分界限,取决于其导电能力的相对强弱。比如低温条件下的超导体,低于10 –25Ω,空气在电压极大下也是导体。

利用材料对电流的阻抗特征,当电流经过电阻的时候,会改变电阻两端的电压。电阻是电路中最常用的电子元件之一。\sidenote[]{另外的有电容和电感也非常常用,以后会讲}如果大家是电子爱好者要做实验的话,在选购电阻的时候要注意这四个方面,分别是:\uuline{品牌,电阻阻值,电阻功率以及电阻种类}。接下来我分别介绍一下这四个内容。

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[忽软忽硬]动手做一台电脑 这个项目的由来

事情的由来是这样的,我年龄很大了(虽然我觉得还可以,但是确实很多人喊我叔叔了,有次我去大学踢球,有个大学生喊我叔,真是岁月不等人啊),儿子已经上了初中。

现在相对比较流行青少年编程教育,我也不能免俗,就去看了一下,看看别人教的什么东西,我去看了几家,有的教python(竟然也写爬虫,宣传点是将来高考会加分),有的教scratch,有的教乐高机器人,有的教arduino,我去听课的时候(其实培训班听课主要是忽悠家长掏钱的)他们做了一个演示,学50节课100小以后,能用 arduino 做一这样的东西,带LED灯显示的温度计。温度计是一个现成的传感器,如果测量的温度高于37.5度,就会让红色的LED灯显示,如果温度正低于37.5度,会让绿色的LED灯亮起来,涉及的代码就是一个if判断,总共不到10行。这么个东西,我觉得我用1小时就能教会。而不用100个小时,还得让家长交8600元,并且不包括 arduino 和LED灯的费用。

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Toshiba的bluestack蓝牙驱动过期,如何办?

作为一个游戏爱好者,出差总不能带着任天堂吧,于是我就玩模拟器,上一篇写的是 wii手柄连接模拟器的设置 结果那个Toshiba的蓝牙驱动只让用一个月。

一个月后不让用了。替换一个dll文件就可以了。

在C盘中找到Program Files (x86)这个文件夹,然后再找到Toshiba文件,把里面的TosBtChk.dll文件替换掉就可以了。

C:\Program Files (x86)\Toshiba\Bluetooth Toshiba Stack

链接: https://pan.baidu.com/s/1160XLu6ZduSp2EFmRwXXbg 提取码: se6r

219. 鼠标的发明者——恩格尔巴特(2)

1968年12月8日,计算机机械协会冬季会议在旧金山的布鲁克斯大楼召开了,会议的地点是当地职业篮球队的主场,不像是一个正式的会议。场地中央放置了大量的椅子,与会的人员有的坐在看台有的坐在椅子上。去参加这次会议的人都是美国最近才开创的一个新的学科的顶尖人才,这个新的学科才成立几年,只有几所大学有这个专业,这个专业的名字叫电气工程学。恩格尔巴特是受邀请的演讲嘉宾,而且是第一个演讲的人。

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