数字基础概念（计算机）

Source: Dev.to

手动逻辑

• 灯和开关的类比。
• 两个串联开关构成 AND 逻辑（两个开关都必须闭合灯才亮）。
• 并联开关构成 OR 逻辑（任意一个开关闭合灯即可亮）。
• Truth Table（真值表）将开关位置（输入）映射到灯的状态（输出）。(02:25)

继电器

• 手动开关被使用 5 V 或 0 V 电信号的 relay 取代。
• 这种最小的信号称为 bit。(03:52)

真空管 (Vacuum Tubes)

• 在晶体管出现之前，计算机使用真空管。
• 虽然速度快，但真空管体积大、耗电多且容易损坏。(07:37)

晶体管

• 晶体管的发明使电子设备能够 miniaturisasi（小型化）。
• 由硅制成；通过 doping（掺杂磷或硼）形成 N 型和 P 型材料，能够高精度地控制电流。(08:57)

二进制 (Base 2)

• 计算机只使用两种符号：0 和 1。
• 数字表示：每个位的位置代表 2 的幂（1、2、4、8……）。例如，十进制数 13 的二进制表示为 1101（8 + 4 + 0 + 1）。(15:34)
• 加法运算：使用逻辑门 XOR（异或）来对两个位相加并处理 carry bit（进位）。(18:46)

存储器

长期存储 (Flash)

• 使用 Floating Gate MOSFET 来捕获电子。
• 被捕获的电子即使在断电后仍然存在，从而实现数据的永久保存。(28:02)

短期存储 (RAM)

• 使用 latch 或 register。
• 速度极快，但在断电后数据会丢失；用于在处理器进行计算时临时存放数据。(30:34)

计算机大脑

• Microprocessor 将数十亿个晶体管集成到算术单元（加法器）和控制单元中。
• 编程语言：人类使用高级语言（如 C）编写代码，该代码随后被编译成 Assembly Language，最终转化为 Machine Code（一串 0 和 1），供晶体管识别。(34:13)

模数转换器 (ADC)

• 现实世界是 analog（模拟）的（例如温度）。
• ADC 将传感器（如热敏电阻）的电压转换为二进制数字，以便计算机处理。(43:56)

通信协议

• 设备通过特定规则进行通信，如 USB 或 Modbus。
• 协议使得仅通过少量电缆就能传输大量数据。(49:13)

小型化

• 摩尔定律：每两年芯片上的晶体管数量会翻倍。
• 如今，一个小型处理器可以执行约 4000 亿次操作每秒。(38:33)

智能辅助工具

• 斯蒂夫·乔布斯的名言：计算机是 “大脑的自行车”——帮助人类提升创造力，摆脱枯燥任务的工具。(55:50)

完整视频可在此观看：https://www.youtube.com/watch?v=pDELW2pIvWw