计算机是怎样由一堆只具备物理化学性质的物质？电脑的配置的各项数据都是什么样意思

在上一篇文章中，小编为您详细介绍了关于《AlphaGo战胜围棋冠军和当年IBM深蓝战胜象棋冠军谁意义和影响更大？如何评价 DeepMind 发表在 Nature 的论文公开无需人类棋谱的 AlphaGo Zero》相关知识。本篇中小编将再为您讲解标题计算机是怎样由一堆只具备物理化学性质的物质？电脑的配置的各项数据都是什么样意思。

电脑⓪件在⓪散状态的时候，称呼为“①堆金属”也不为过。最终是发生了什么（化学反应？或者别的什么），使人敲击键盘时输入的字符，能够具体地无误地出现在屏幕上。

①第①是好奇如何出现，因为屏幕的本质不就是①堆材料么？

②第②是好奇出现的为什么准确无误，初期是否有过“输入A屏幕出现B”之类的情况，又是如何矫正的？

（题主，你的提问能具体到这种程度，我觉得你其实已经有足够正确的认知了。自学对你来说应该已经像①张窗户纸①捅就破了，不然，提问的水准不可能达到这么精确的程度。）

声明：本文只有娱乐意义，没有学术价值。

本文旨在引起和满足业余爱好者的兴趣，并不具备严谨性，其中大量说法均是错误的。

＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝计算机简史（民科版）＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

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【第〇阶段】：通过【观察】得到【公理】

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在开始这次“民科科普”之旅之前，我们必须要先来①次基本认知的统①。

人们从身为婴儿开始，就对这个世界充满了好奇心和求知欲。凡事问个为什么，是写在我们灵魂深处的本能。但是，实际上有①条规则，①直不以我们人类的意志为转移，①直客观存在的：

有①些道理，我们通常可以先推理、后验证（比如泊松亮斑），这①类知识，是可以解释的。

有①些道理，我们通常是先观测到现象，然后总结规律再去应用的（比如电荷分为正、负两种），这①类知识，实际上是解释不了的。

有些人随着成长，慢慢会自行明悟；有的人却①直维持着刚出生时的茫然，对这个规则①无所知。

所以，凡事问个为什么，也是①个技术活。你不可以什么事情都问个为什么，因为有些问题本来就是先观察到，后直接使用，这种问题本来无法回答（比如为什么原子是由原子核和电子组成，为什么不能是别的东西组成——这本来就是由观察得来的，并不是我们逻辑推理出来的）。

如果你非要对这种问题死较真呢～请联系幼儿园阿姨～（鸽子为什么这么大～）

（如果阿姨很年轻，没准，你还能收获①份爱情呢……）

这个世界上有两种类型的知识：①种叫做“公理”类知识，①种叫做“定理”类知识。

【公理】是人类通过直接观察，然后默认正确的，是无法解释的。比如：世界是由分子、原子，以及更微小的微粒组成的——没有为什么，这就是我们观察到，然后认为它是正确的。

【定理】是 默认公理正确 以后，再通过正确过程，使用公理和逻辑，推导出来的。如果 公理 正确，推导过程 也正确，明确适用的范围，那么定理就会正确。

只有定理类型的知识，才能够解释说明的。

人们在发明计算机之前，所经历的第①步，就是不考虑起源，先通过观察积累大量“公理”。

所以以下【公理】类型的知识，是通过观察，而不是推理得到的。

⓪.原子由原子核和若干围绕它运动的电子组成；

①.电流是电子流动（实际上也许并不是，不过姑且如此认为）；

②.导体两端存在电势差产生电流（电源提供电压、电流）；

③.原子最外层绝大多数以①层⑧电子为稳定结构；

④.并不是所有原子最外层都是天生就稳定的，比如某原子最外层只有①～⑦个电子，那么基本上就会不同程度地不稳定。原子们为了让自己能够从不稳定（①～⑦）变为稳定（⑧），而拼命地努力配对，形成稳定的分子。

⑤.碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）等元素没配对形成分子之前，和该原子核匹配的自带电子，最外层有④个。

⑥.氮（N）、磷（P）等元素没配对形成分子之前，和该原子核匹配的自带电子，最外层有⑤个。

⑦.硼（B）、铝（Al）等元素没配对形成分子之前，和该原子核匹配的自带电子，最外层有③个。

（都是高中知识，还记得这张图吗？）

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【第①阶段】：通过【PN结】构造【②极管】、【③极管】

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有了【公理】作为基石，只需要很简单的推理，就可以轻易理解：

①.如果C族（④个电子）和N族（⑤个电子）混合，

那么无论怎么配对，只要存在N族原子，那么到最后总会出现④+⑤=⑨（比⑧多①）的情况。

也就是 自由电子（可以假想成战后男少女多，嫁不出去的小姐姐）会比较多。

②.如果C族（④个电子）和B族（③个电子）混合，

那么无论怎么配对，到最后总会出现④+③=⑦（比⑧少①）的情况。

也就是空穴（可以假想成和平年代，没钱谈对象的男性单身狗）会比较多。

所谓“男女比例③比①，①对情侣①对基”，情况正是如此。

那么现在拿出大量的C族元素——Si——硅板，作为基础材料；

较为明确地分界，在左半边掺入少量N族元素P，右半边掺入少量B，

这样就会形成Positive（空穴带正电）/Negative（电子带负电）两重性质的东西——PN结。

这就相当于是某个大学，“合理”设置了校区：

东校区全都是“外国语学院”啊，“服装设计与表演学院”啊什么的，女多男少，阴盛阳衰。

西校区全都是“机械设计自动化”啊、“电气工程学院”啊什么的，僧多肉少，饥渴如狗。

中间还设立了门卫，不让学生随便窜校区。

那么这种情况下，会发生什么事情呢？

——［这个校区的设置，给广大大学生“走出校门寻找另①半”提供了动力］。

接下来，你就可以进行脑补了：

① · 假想这块硅板内部，分别是①个个切割开地固定空间；

西边是【如饥似渴的小姐姐】，东边是【欲火焚身的小鲜肉】，

孤男寡女，他们内心深处在想什么？——当然是——【不可描述】了！

② · 假想外部施加的电压是【追星的脑残粉丝团】；

当施加正向电压时：

①群【疯丫头】要从东边去西边追【长腿欧巴】，

【小姐姐】要从东边去西边找【小鲜肉】，

两者相遇——“哎呀，你也去追求心中所爱啊～①起，①起～”

——施加正向电压时导通。当施加反向电压时：

①群【疯丫头】要从西边去东边追【长腿欧巴】，

【小姐姐】要从东边去西边找【小鲜肉】，

就像坐地铁，你要上车他要下车，谁都不守规矩，互不谦让会怎样？

两者相遇，狭路相逢、撞到①起——“滚开！老娘要去找汉子！！”

——然后打成①团，谁都过不去了。——施加反向电压时截止。

如上所述：

现在，我们通过③种元素，制造了①个电子元件。

这个电子元件可以根据电流的方向做出不同反应：

施加正向电压时导通。

施加反向电压时截止。

如此，你就得到了这样的①个东西：电流的单行线——②极管。

③极管道理相似。

当然，［外地的脑残粉丝团的力量无穷大］，［本地土生土长的小姐姐毕竟数量有限］，有时会发生这样的事情：

（因为当时场面太过血腥，现场图片都被和谐了，我也只掌握了第①手的文字资料和事后的采访）

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］ ［女］ ［女］ ［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 打 打 打 打 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 血 血 血 血 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 血 面 血 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 血 目 血 打［女］

⬅️冲［女］ ［女］打 血 全 血 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 血 飞 血 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 血 血 血 血 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］打 打 打 打 打 打［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ［女］ ［女］ ［女］ ［女］

⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］ ⬅️冲［女］

施加反向电压过大时，击穿。

脑残粉如蝗虫来去如风，自身没有半点损失，可小姐姐们淌了①地血…她们的家，也毁了…

万 恶 的 暴 力 脑 残 粉 追 星 族……

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【第②阶段】：通过【②极管】等原件构造【与、或、非 单元】。

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人类的“逻辑”学①直在发展，但是想要依靠某种可以自主快速计算的工具去运算它①直是个难题。

直到“电流”的发现，再加上“②极管”这个电流的单行线的发现，人类终于可以通过“电流”来进行“逻辑”的表达了。

① · 只要并联两个②极管，就可以制作①个“或”门；

并联——两者通其①，则F点为高电位；若F点为低电位，则两者均不导通。

② · 只要利用“短路”的原理，就可以制作“与”门 和“非”门。

短路——只要导通，则将F点短路，F为低电位。

是的，这就是“将逻辑自动化”的最基层的功臣：门电路。

曾经，我们考虑逻辑，必须用“人脑”去运算，现在，有了门电路作为基础，就可以让电流按照设计好的“迷宫”走①圈，而我们按照规则，将“迷宫”设计出好多出口，当它走出来的时候，我们只需要看它［究竟是从哪几个出口走出来］，就可以得知我们想要的运算结果了。

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【第③阶段】：通过【与、或、非 单元】构造【全加器】

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先组成①个异或门；

再组成①个全加器。

在电子计算中，最简单的运算器，比如①个简单的加法运算，实际上是依靠逻辑运算去处理②进制数字实现的。

比如：④+③=⑦

实际上是 ①⓪⓪+⓪①①=①①①

③+③=⑥

实际上是 ⓪①①+⓪①①=①①⓪

然后，怎么设计①个全加器呢？

ABC＋XYZ＝QWE全加器的思路，就是：先考虑：————————————————————————————————如果C、Z的组合是 ⓪ · ⓪； 那么E＝⓪；如果C、Z的组合是 ① · ⓪； ⓪ · ①； 那么E＝①；如果C、Z的组合是 ① · ①； 那么E＝⓪；且B与Y的运算中被进位①个①.————————————————————————————————再考虑：————————————————————————————————如果B、Y的组合是⓪ · ⓪； 来自C与Z的运算中没有进位； 那么E＝⓪； 来自C与Z的运算中有进位； 那么E＝①；如果B、Y的组合是⓪ · ①； ① · ⓪； 来自C与Z的运算中没有进位； 那么E＝①； 来自C与Z的运算中有进位； 那么E＝⓪；且A与X的运算中被进位①个①.如果B、Y的组合是① · ①； 来自C与Z的运算中没有进位； 那么E＝⓪；且A与X的运算中被进位①个①. 来自C与Z的运算中有进位； 那么E＝①；且A与X的运算中被进位①个①.————————————————————————————————而A与X的规则，和B、Y完全①样。那么我们只需要做①个包括A、X，两个输入； 来自B、Y的进位输入；结果E的输出； 向更高位进位的输出；⑤个端口的处理器，然后几位运算就用几个，就能达到目的了。比如，我们来看①⓪⓪+⓪①①=①①①先考虑个位：没有来自低位的进位；⓪+①=①；没有向上的进位。再考虑“⑩位”（其实是②位）：没有来自低位的进位；⓪+①=①；没有向上的进位。最口考虑“百位”（其实是④位）：没有来自低位的进位；⓪+①=①；没有向上的进位。结果：①①①再比如，我们来看⓪①①+⓪①①=①①⓪先考虑个位：没有来自低位的进位；①+①=①；有向上的进位。再考虑“⑩位”（其实是②位）：有来自低位的进位；①+①=①；有向上的进位。最口考虑“百位”（其实是④位）：［有来自低位的进位；⓪+⓪=①；］没有向上的进位。结果：①①①

是的，其实很简单，我们只需要通过这个关键的机器规则：

［有来自低位的进位；⓪+⓪=①；］

就可以实现全加器了。

因为机器不像我们人类，可以知道“进位”的道理，机器理解不了。

我们只能用机器能理解的“语言”去告诉他，怎么得到我们想要的结果。

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【第④阶段】：为【全加器】配上【存储单元】和【译码器】

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如果是经过上述过程，得到的大概是这样的东西：

可是计算器并不是这样的啊？

我们知道，机器算出来的东西，结果就仅仅是显示①①①；

问题是，对于根本没有受过专业 读取数据训练 的你来说，想把这玩意看成数字，真的是浑身难受啊。那么，有①个东西，会起到相当于同声传译的作用，让你不用这么难受。

从“看不懂的天书”到“看得懂的图像”，并不是凭空变成的——这中间有①个东西，叫做“译码器”。

比如这种最小白、其实跟我们下面的内容没什么关系的东西：

译码器，就是把［本来位数是X位的数据，翻译成位数是Y位的数据］的这么①个东西。

甚至，是把［同样位数的数据，加密和解密］的①个东西。

什么意思呢？

我们找⑧个小灯泡，然后把它们做成特种形状：

接着我们把③个灯泡表示的信息，用⑧个灯泡来表示：

因为机器不是人，机器它不懂什么叫进制转换。

你要用机器懂的语言，让它实现我们想要它实现的目标。

所以，这个“译码器”其实是①个很没有技术含量的东西，就相当于①个“字典”；

而这个“字典”，是我们自己来写的。

比如，将“⓪⓪①”对应上“①①⓪⓪⓪⓪⓪⓪”，那么显示出来就是①.

将“⓪①⓪”对应上“①⓪①①⓪①①⓪”，那么显示出来就是②.

……

根据高电平有效、低电平有效，分别有各种不同的写法。

所以，译码器，是你能看懂机器输出的保证。

你是不是在买电脑时，对处理器、硬盘、内存，显卡，等等这些概念，感到很费解？

老子/老娘只是想要买个电脑，你就不能只给①个整体评分，非要这么多参数干什么？

其实，这些东西前身的 前身的 前身的……就是 存储单元 和 译码器。

那么什么是存储单元呢？

现在有①个问题：现在有①杯A葡萄酒、有①杯B威士忌，你想要让两个杯子里的酒调换①下，该怎么进行？

这种时候，就需要存储器来帮忙了。

这只碗，就是存储器。

电脑为什么需要显卡？因为没有显卡，实际上电脑输出的信号你看不懂…

电脑除了硬盘，为什么还需要内存？因为没有内存，实际上电脑无法运算…

还有，其实很多人很奇怪①点：为什么总有软件是③②位操作系统的？而另①些软件是⑥④位操作系统的？为什么要升级操作系统？这样以前的软件不能用了，多麻烦？

因为③②位操作系统，每条指令只相当于②的③②次方的位宽，那么就等于：

②的②次方＊②的①⓪次方＊②的①⓪次方＊②的①⓪次方

＝④*①⓪②④*①⓪②④*①⓪②④

＝④*①⓪②④*①⓪②④ KB

＝④*①⓪②④ MB

＝④ GB

也就是说③②位操作系统，它只支持④ GB的内存。

你看看现在的计算机，有多少超过④ GB内存了已经？所以更新操作系统位宽势在必行。

最后说明①下：其实计算机内部，直接输出的就是①大堆数据而已。

是你的显卡等功能模块，让这些数字，变成“显示器上不同灯泡亮到什么程度”的指示，最后成为图像被你识别的。

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【第⑤阶段】：为输入与输出时容易出现的误差寻求解决办法。

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题主问到：有没有误差呢？

当然出现过，比如去抖电路的产生。

敲①下你的杯子，有没有发现：【就算你的手指离开了杯子，这个杯子依然会继续震动发声①段时间】？如果有水也①样——水面不会马上静止，而会受到余震影响①段时间。

当我们设计①个金属弹片，触碰到触点就导通，分离开就断开电路，那么当这个金属弹片只受到①次力的影响，但是后续不停地震动、触碰并分离、触碰并分离，就会使①次力产生多次输入。

最初的机械键盘，遇到过①样的问题。当按键按下之后，实际上电路收到的信号不是①次干净的脉冲信号，而是①个有很多毛刺杂音的；因为金属弹片会极其细微地反复震动，就会造成误差。

也许，你希望这①秒给机器输入①个高电平脉冲，但是其实在很短的时间（比如⓪.①秒内），机器收到的输入信号是①⓪次以上的脉冲。

所以，人们设计了各种去抖动的方案。比如“软件去抖”——因为抖动通常很细微，所以时间①般也很短。那么测定①个合理的阈值（比如⓪.⓪③s），如果从开始计时到计时结束，①直有高电平输入，则认为是①次有效输入；否则被认为是毛刺信号，被忽略掉。

再比如，如何克服⓪点漂移；

比如，为了克服经过“门电路”时会造成的时间延迟，而增加冗余项；

还有很多布线问题，诸如［因为电流会产生磁场，而磁场又会产生电流］，所以布线的时候要尽量避免这种干扰产生，等等。

这就不是简单的小篇幅能够讲清楚的了。

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【第⑥阶段】：计算机的本质——【封装】思想

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有没有发现，计算机的发展是怎么①步①步展开的呢？

其实，就是先用①些⓪散的⓪件，做①个［小单元①］；

然后把这个小单元当作①个［黑盒子①］，用数个黑盒子①组成①个新的［整体②］；

再把新的整体②当作新的［黑盒子②］，用数个黑盒子②组成①个新的［整体③］；

再把新的整体③当作新的［黑盒子③］……

上面的简单示意，就可以理解为封装思想。

其实不止是硬件上会有这种进步，软件编程当中同样有这种进步。

比如：面向过程的编程，发展成 面向对象的编程。

实际上也是①样的 封装思想 的进步。

所以结尾再次扣题：计算机是怎样由①堆只具备物理化学性质的物质，变成能够显示输入字符的东西的？

是在 封装思想 指导下，从人类文明中①步①步进化而来的。

我打算写⑨个话题的“民科科普”草稿，第②篇 完友情链接：第①篇 请教①下拓扑是什么概念？ - EricTseng 的回答 - 知乎

处理器就是大脑的思考能力

内存就是大脑的临时记忆力

硬盘就是大脑的长期记忆力

显卡就是大脑的空间想象力

电源就像心脏给你不断供血

主板就像脑干连接控制组件

风扇就是你的全身各部汗腺

操作系统就是你的思维方式

各种软件就是你的行为模式

当然我说这么多也是p用没有，度娘欢迎你。

泻药！你看！

编后语：关于《计算机是怎样由一堆只具备物理化学性质的物质？电脑的配置的各项数据都是什么样意思》关于知识就介绍到这里，希望本站内容能让您有所收获，如有疑问可跟帖留言，值班小编第一时间回复。 下一篇内容是有关《计算机领域有哪些短小精悍的轮子？为啥其他的语言不跟Java一样实现垃圾回收器》，感兴趣的同学可以点击进去看看。