1
00:00:06,681 --> 00:00:09,871
现代计算机正在改变着我们的生活，

2
00:00:09,871 --> 00:00:13,726
处理着几十年前人们无法想象的事情

3
00:00:13,726 --> 00:00:17,209
一连串的创新实现了那些人们在十几年前无法完成的事情

4
00:00:17,209 --> 00:00:22,680
但几乎所有的技术都取决于一个划时代性的发明

5
00:00:22,680 --> 00:00:24,198
晶体管

6
00:00:24,198 --> 00:00:25,292
所以，什么是晶体管

7
00:00:25,292 --> 00:00:30,403
这是一个什么样的东西可以让计算机完成那么多神奇的事情

8
00:00:30,403 --> 00:00:34,239
顾名思义，计算机就是一个进行

9
00:00:34,239 --> 00:00:37,362
数学运算的机械

10
00:00:37,362 --> 00:00:40,617
最初的计算机是人手动运行计算的

11
00:00:40,617 --> 00:00:41,929
比如算盘

12
00:00:41,929 --> 00:00:44,341
后来计算机里增加了机械部件

13
00:00:44,341 --> 00:00:48,752
计算机的特点便是用特定方式表示数字

14
00:00:48,752 --> 00:00:51,171
并运用系统处理数字

15
00:00:51,171 --> 00:00:53,423
电子计算机使用同机械计算机相同的运算方式

16
00:00:53,423 --> 00:00:55,060
但电子计算机不使用物理排列数字

17
00:00:55,060 --> 00:00:58,870
而被电压代替

18
00:00:58,870 --> 00:01:02,625
大部分的计算机使用布尔数学体系

19
00:01:02,625 --> 00:01:04,949
它只有两种可能的值

20
00:01:04,949 --> 00:01:07,584
那就是正确和错误的逻辑条件

21
00:01:07,584 --> 00:01:11,319
并用二进制数值1和0表示

22
00:01:11,319 --> 00:01:14,246
它们被高和低电压表述着

23
00:01:14,246 --> 00:01:17,899
程式通过逻辑门电路来执行

24
00:01:17,899 --> 00:01:21,014
并输出1或0

25
00:01:21,014 --> 00:01:25,123
基于输入值是否符合某一个逻辑陈述

26
00:01:25,123 --> 00:01:28,834
这些电路处理三种基本的逻辑运算

27
00:01:28,834 --> 00:01:32,114
接合，分离与取反

28
00:01:32,114 --> 00:01:36,751
接合类似于“且”运算，并产生高电压输出

29
00:01:36,751 --> 00:01:40,517
当它接受到两个高电压输入时

30
00:01:40,517 --> 00:01:43,158
其他两种逻辑运算工作原理相似

31
00:01:43,158 --> 00:01:46,594
电路可以通过结合来处理复杂的运算

32
00:01:46,594 --> 00:01:48,755
比如加法和减法

33
00:01:48,755 --> 00:01:51,393
电脑通过电子方式运行

34
00:01:51,393 --> 00:01:54,838
程序包括指令

35
00:01:54,838 --> 00:01:58,024
这种系统需要一个可靠且精准的算法

36
00:01:58,024 --> 00:02:00,243
来控制电流

37
00:02:00,243 --> 00:02:02,785
早期电子计算机，比如电子数值积分计算机

38
00:02:02,785 --> 00:02:05,556
使用了一种叫真空管的设备

39
00:02:05,556 --> 00:02:07,712
真空管是二极管的前身

40
00:02:07,712 --> 00:02:12,316
在一个真空玻璃管内放置两个电极

41
00:02:12,316 --> 00:02:17,115
通过给阴极电压并使温度上升来释放电子

42
00:02:17,115 --> 00:02:20,492
如果阳极处在一个高一点的正电位

43
00:02:20,492 --> 00:02:22,839
电子就会被吸引过去

44
00:02:22,839 --> 00:02:24,384
联通电路

45
00:02:24,384 --> 00:02:27,346
这种单方向电流是可控的

46
00:02:27,346 --> 00:02:29,766
通过对阴极使用不同的电压

47
00:02:29,766 --> 00:02:33,209
可以使阴极释放不同数量的电子

48
00:02:33,209 --> 00:02:34,910
下一个是三极管

49
00:02:34,910 --> 00:02:37,875
使用了第三个电极叫做栅极

50
00:02:37,875 --> 00:02:41,484
这是一种在阴极与阳极之间的网格状的线路

51
00:02:41,484 --> 00:02:43,767
并可以使电子通过

52
00:02:43,767 --> 00:02:46,243
不同的电压可以使它排斥

53
00:02:46,243 --> 00:02:49,749
或者吸引阴极发出的电子

54
00:02:49,749 --> 00:02:52,356
从而，得以实现快速电流开关

55
00:02:52,356 --> 00:02:57,577
三极管可以放大信号的性能使它成为收音机的关键部位

56
00:02:57,577 --> 00:03:00,085
还有长距通信

57
00:03:00,085 --> 00:03:04,593
虽然真空管有这些优点，它不稳定且体型笨重

58
00:03:04,593 --> 00:03:09,156
电子数值积分计算机使用了18000个真空管

59
00:03:09,156 --> 00:03:11,219
这使它的体积近似于一个网球场并重达30吨

60
00:03:11,219 --> 00:03:13,088
几乎每天都有真空管出现故障

61
00:03:13,088 --> 00:03:19,494
而且使用它1小时的电量等同于15个家庭的日用电量

62
00:03:19,494 --> 00:03:21,460
问题的解决办法是晶体管

63
00:03:21,460 --> 00:03:24,455
它使用了半导体来替代电极

64
00:03:24,455 --> 00:03:26,992
比如用其它元素处理过的硅

65
00:03:26,992 --> 00:03:29,926
来制造一个电子发射N型

66
00:03:29,926 --> 00:03:32,655
和一个电子接收P型

67
00:03:32,655 --> 00:03:35,418
这些被排列在三个交替层

68
00:03:35,418 --> 00:03:37,202
并在每一层有一个终端

69
00:03:37,202 --> 00:03:39,933
发射极，基极和接收极

70
00:03:39,933 --> 00:03:42,155
在典型的NPN晶体管

71
00:03:42,155 --> 00:03:45,373
由于有些出现在在P－N接口的现象

72
00:03:45,373 --> 00:03:50,398
一个在发射极和基极之间的特别的区域叫做P－N结

73
00:03:50,398 --> 00:03:52,491
当电压超过某一阀值时

74
00:03:52,491 --> 00:03:56,604
它才会导电

75
00:03:56,604 --> 00:03:58,990
不然，它会处于关闭状态

76
00:03:58,990 --> 00:04:02,339
以这种方式，输入电压里的小变化

77
00:04:02,339 --> 00:04:07,130
可以激发高低输出电流之间的转换

78
00:04:07,130 --> 00:04:12,186
晶体管的优点在于它的高效和小体积

79
00:04:12,186 --> 00:04:16,564
因为晶体管不需要加热，它们更加的耐用与低耗

80
00:04:16,564 --> 00:04:22,332
电子数值积分计算机的性能已被今天指甲盖大小

81
00:04:22,332 --> 00:04:24,612
携带者几十亿个晶体管的指甲盖大小的微芯片所超越

82
00:04:24,612 --> 00:04:27,057
有着每秒万亿次计算的

83
00:04:27,057 --> 00:04:30,541
当代计算机看上去是在展现着一个奇迹

84
00:04:30,541 --> 00:04:32,306
但是在它背后

85
00:04:32,306 --> 00:04:36,766
每一个运算仍然只是一个简单的开关动作