《深入浅出计算机组成原理》学习笔记 Day7

1. 使用电信号的优势

从信息编码的角度来说，金、鼓、灯塔、烽火台类似电报的二进制编码。

电报传输的信号有两种，一种是短促的点信号（dot 信号），一种是长一点的划信号（dash 信号）。

使用电信号来传递信息有两个优势：

1. 信号的传输距离迅速增加。因为电报本质上是通过电信号进行传播的，所以从输入信号到输出信号基本上没有延时。
2. 输入信号的速度加快了很多。电报机只有一个按钮，按下就是输入信号，按的时间短一些，就是发出了一个“点”信号；长一些，就是“划”信号。

而且，制造一台电报机也非常容易。电报机本质上就是一个“蜂鸣器 + 长长的电线 + 按钮开关”。蜂鸣器装在接收方手里，开关留在发送方手里。双方用长长的电线连在一起。当按钮开关按下的时候，电线的电路接通了，蜂鸣器就会响。短促地按下，就是一个短促的点信号；按的时间稍微长一些，就是一个稍长的划信号。

2. 继电器

有了点抱起，只要铺设好电报电路，就可以传输我们需要的讯息了。但是，随着电线的线路越长，电线的电阻就越大。当电阻很大，而电压不够的时候，即使按下开关，蜂鸣器也不会响。

为了能够实现一个有效的电路，我们采用接力传输信号（通过中途加强电压，减小电阻影响）。在电路里面，工程师们造了一个叫作继电器（Relay）的设备。

我们把原先用来输出声音的蜂鸣器，换成一段环形的螺旋线圈，让电路封闭通上电。因为电磁效应，这段螺旋线圈会产生一个带有磁性的电磁场。原本需要输入的按钮开关，就可以用一块磁力稍弱的磁铁把它设在“关”的状态。

通过使用这种螺旋线圈 + 磁性开关的方式，可以替代蜂鸣器和普通开关。事实上，继电器还有一个名字就叫作电驿，这个“驿”就是驿站的驿，可以说非常形象了。这个接力的策略不仅可以用在电报中，在通信类的科技产品中其实都可以用到。在互联网使用的光缆，是用光信号来传输数据。随着距离的增长、反射次数的增加，信号也会有所衰减，同样要每隔一段距离，来增加一个用来重新放大信号的中继。

3. “与”、“或”、“非”

有了继电器之后，我们不仅有了一个能够接力传输信号的方式，更重要的是，和输入端通过开关的“开”和“关”来表示“1”和“0”一样，在输出端也能表示“1”和“0”了。

通过这些线圈和开关，我们也可以很容易地创建出 “与（AND）”“或（OR）”“非（NOT）”这样的逻辑。在输入端的电路上，提供串联的两个开关，只有两个开关都打开，电路才接通，输出的开关也才能接通，这其实就是模拟了计算机里面的“与”操作。

在输入端的电路，提供两条独立的线路到输出端，两条线路上各有一个开关，那么任何一个开关打开了，到输出端的电路都是接通的，这其实就是模拟了计算机中的“或”操作。

把输出端的“螺旋线圈 + 磁性开关”的组合，从默认关掉，只有通电有了磁场之后打开，换成默认是打开通电的，只有通电之后才关闭，就得到了一个计算机中的“非”操作。输出端开和关正好和输入端相反。这个在数字电路中，也叫作反向器（Inverter）。

与、或、非的电路都非常简单，要想做稍微复杂一点的工作，就需要很多电路的组合。不过，这也彰显了现代计算机体系中一个重要的思想，就是通过分层和组合，逐步搭建起更加强大的功能。

参考

极客时间《深入浅出计算机组成原理》：http://gk.link/a/11UMi