计算机发展史和数字电路

从1946年第一台真正意义上的电子计算机ENIAC面世至今&＃xff0c;计算机的硬件技术已经发展到了第四代。

• 第一代电子管计算机&＃xff1a;逻辑元件采用真空电子管&＃xff0c;体积大&＃xff0c;可靠性差&＃xff0c;成本高昂&＃xff0c;为日后计算机的发展奠定了基础&＃xff1b;
• 第二代晶体管计算机&＃xff1a;逻辑元件采用晶体管&＃xff0c;电子线路的结构得以优化改善&＃xff0c;大大提高了计算机使用寿命&＃xff0c;减小功耗&＃xff1b;
• 第三代集成电路数字机&＃xff1a;逻辑元件采用中小型规模的集成电路板&＃xff0c;速度大幅提高&＃xff0c;性能更强&＃xff0c;计算机正式迈入图像和文字处理&＃xff1b;
• 第四代大规模集成电路&＃xff1a;逻辑元件采用大规模和超大规模的集成电路&＃xff0c;性能巨幅提升&＃xff0c;成本降低&＃xff0c;计算机开始走进千家万户&＃xff0c;也是当下我们主要使用的计算机类型。

根据功能和结构的不同&＃xff0c;集成电路可以分成三种&＃xff1a;模拟电路&＃xff0c;数字电路&＃xff0c;数/模混合电路。由于模拟电路不稳定&＃xff0c;且抗干扰能力较差&＃xff0c;而数/模混合还不太成熟&＃xff0c;目前我们主要使用的集成电路板都是由数字电路搭建的。

所谓数字电路&＃xff0c;就是用数学信号完成对数字量进程数值运算和逻辑运算的电路&＃xff0c;其基本电学原理&＃xff0c;都与模拟电路相同。在理解了什么是数字电路后&＃xff0c;我们再来看场效应管。

场效应管简称为MOS&＃xff0c;是一类金属-氧化物构成的半导体。蓝色部分是场效应管的主体部分&＃xff0c;平时处于是绝缘的&＃xff0c;此时源级&＃xff08;Source&＃xff09;和漏级&＃xff08;Drain)的电流不能从中间流过。当栅极&＃xff08;Gate&＃xff09;有电压时&＃xff0c;一部分蓝色区域变成导体&＃xff0c;源级和漏级就被打通了。

于是我们只要通过是否给栅极电压&＃xff0c;就能实现电路导通与否&＃xff0c;就好比我们去开关灯一样。需要注意的是&＃xff0c;场效应管看上去和模拟电路中的PN结二极管有些类似&＃xff0c;都是实现对电流的控制&＃xff0c;但两者有着本质的区别&＃xff1a;场效应管是电压控制元件&＃xff0c;二极管是电流控制元件&＃xff0c;MOS不会出现击穿情况&＃xff0c;在安全性上要比二极管高得多。

在理解了什么是烧录和MOS的作用后&＃xff0c;我们就可以设计电路&＃xff0c;来实现算数与逻辑的运算了。