目录
1.理论先行
1.1.二进制思想的提出
1.2.二进制思想的初步实现
1.3.二进制思想在现代计算机上的实现
1.4.二进制运算的好处
2.从晶体管到“1+1=2”
2.1.晶体管如何表示0和1
2.2.从晶体管到门电路
2.3.从门电路到半加器
3.完成一次真正的计算
3.1.穿孔纸带
3.2.演练一番
3.3.编程语言的本质
1.理论先行 1.1.二进制思想的提出二进制是计算技术中广泛采用的一种数制。二进制数据是用0和1两个数码来表示的数。它的基数为2，进位规则是“逢二进一”，借位规则是“借一当二”，由18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发现。当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统，数据在计算机中主要是以补码的形式存储的。
1.2.二进制思想的初步实现（1）二进制与逻辑代数 1854年，英国数学家乔治•布尔(George Boole)发表了一篇具有里程碑意义的论文，详细描述了一种逻辑代数系统，该系统将被称为布尔代数。他的逻辑推理是在数字电子电路的设计中起了重要的作用。 （2）继电器开关实现二进制的设想 1937年，克劳德•香农(Claude Shannon)在麻省理工学院发表了他的硕士论文，在历史上第一次使用电子继电器和开关实现了布尔代数和二进制算术。香农的论文题目是对继电器和开关电路的符号分析，基本建立了实用的数字电路设计。 （3）继电器计算机 1937年11月，在贝尔实验室工作的乔治•斯提比茨(George Stibitz)完成了一种基于继电器的计算机，他将其命名为“K型”（在他组装的“厨房”中），用二进制加法计算。
1.3.二进制思想在现代计算机上的实现（1）第一台电脑 1946年诞生了第一台现代电子计算机ENIAC，ENIAC程序和计算是分开的，也就意味着你需要手动输入程序。这种程序的输入需要借助手工插接线的方式进行的，没有存储器且它用布线接板进行控制，运算速度可想而知。而且ENIAC使用的是十进制计算，并不是二进制。 这个时候一位美籍匈牙利数学家——冯•诺伊曼，登场了。 （2）冯•诺依曼的设想 1945年，冯•诺依曼和他的研制小组在共同讨论的基础上发表了一个全新的“存储程序通用电子计算机方案”——EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer），这是一份长达101页的总结报告。报告广泛而具体地介绍了制造电子计算机和程序设计的新思想。 EDVAC方案明确奠定了新机器由五个部分组成，包括：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备，并描述了这五部分的职能和相互关系．报告中，诺伊曼对EDVAC中的两大设计思想作了进一步的论证，为计算机的设计树立了一座里程碑。 设计思想之一是二进制，他根据电子元件双稳工作的特点，建议在电子计算机中采用二进制。报告提到了二进制的优点，并预言，二进制的采用将大大简化机器的逻辑线路。 （3）冯.诺伊曼的实现 1952 年由计算机之父冯.诺伊曼（Von Neumann）设计的电子计算机EDVAC问世。与它的前任ENIAC不同，EDVAC采用二进制，而且是一台冯•诺依曼结构的计算机。冯.诺伊曼的设想在这台计算机上得到了圆满的体现。 EDVAC是第一台现代意义的通用计算机。它由五个基本部分组成：运算器CA；控制器CC；存储器M；输入装置I；输出装置O。这种体系结构一直延续至今，现在使用的计算机，其基本工作原理仍然是存储程序和程序控制，所以现在一般计算机被称为冯诺依曼结构计算机。
1.4.二进制运算的好处（1）二进制状态实现简单，可以使用元件开关特性； （2）可靠性、稳定性高，只有两个状态； （3）运算规则简单，简化设计； （4）通用性强。
2.从晶体管到“1+1=2”草莓视频在线观看APP都知道一台计算机的核心就是处理器（CPU），它的职责就是运算，而CPU是一块超大规模的集成电路，所以草莓视频在线观看APP要想弄清楚计算机的运算机制就要明白集成电路是如何具有运算能力的，而集成电路是由大量晶体管等电子元件封装而成的，所以探究计算机的计算能力就可以从晶体管的功能入手。
2.1.晶体管如何表示0和1从第一台计算机到EDVAC，这些计算机使用的都是电子管和二极管等元件，利用这些元件的开关特性实现二进制的计算。然而电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。
于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管利用电讯号来控制自身的开合，而且开关速度可以非常快，实验室中的切换速度可达100GHz以上。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，进入了晶体管为代表的第二代电子计算机时代。 1947年贝尔实验室的肖克利等人发明了晶体管，又叫做三极管。下面两图是晶体管的产品照片和电路符号。需要说明的是，晶体管有很多种类型，每种类型又分为N型和P型，下面图中的电路符号就是一个N型晶体管。
晶体管电路有导通和截止两种状态，这两种状态就可以作为“二进制”的基础。从模电角度来说晶体管还有放大状态，但是草莓视频在线观看APP此处考虑的是晶体管应用于数字电路，只要求它作为开关电路，即能够导通和截止就可以了。 如上图所示，当b处电压e处电压时，晶体管中c极和e极截止。 这只是一个简化说明，实际上从模电角度分析，导通和截止的要求是两个PN节正向偏置和反向偏置，还要考虑c极电压，但在实际的数字电路中e极电压和c极电压一般恒定，要么由电源提供、要么接地，所以草莓视频在线观看APP可以简单记为“晶体管电路的通断就是由b极电压与恒定的e极电压比较高低决定”。 换句话说，这个三极管的b极电压相对e极为低电平时三极管就会导通，相对e极为高电平时三极管就会截止。 从这里可以看出，晶体管的导通与截止这两种状态对外可以使用b极电压的相对高低来表示，进而说明了草莓视频在线观看APP可以使用高电平或者低电平状态来表示二进制。 也就是说b极是一个输入量（自变量），可以作为变量存储两个数值：高电平或低电平，相应的输出值（因变量）就是电路实际的变化：导通或截止。 就上面这个N型晶体管而言，高电平截止，低电平导通。那么假如此时草莓视频在线观看APP把高电平作为“1”，低电平作为“0”。那么b极输入1，就会导致电路截止，如果这个电路是控制计算机开关机的，那么就会把计算机关闭。这就是机器语言的原理。草莓视频在线观看APP编程语言的本质就是在编写一大堆高低电平信号。那么如何输入1呢？要知道计算机刚诞生时是没有键盘的，这时就要引入“打孔纸带”这一老物件了，这个东西会在下面细说。 回到晶体管上，实际用于计算机和移动设备上的晶体管大多是MOSFET（金属-氧化物半导体场效应晶体管），它也分为N型和P型，NMOS就是指N型MOSFET，PMOS指的是P型MOSFET。注意，MOS中的栅极Gate可以类比为晶体管中的b极，由它的电压来控制整个MOS管的导通和截止状态。
NMOS电路符号如下图： PMOS电路符号如下图： NMOS在栅极高电平的情况下导通，低电平的情况下截止。所以NMOS的高电平表示“1”，低电平表示“0”；PMOS相反，即低电平为“1”，高电平为“0”。 到了这个时候，你应该明白“1”和“0”只是两个电信号，具体来说是两个电压值，这两个电压可以控制电路的通断。
2.2.从晶体管到门电路一个MOS只有一个栅极，即只有一个输入，而且输出只是简单的电路导通、截止功能，不能输出高低电压信号，即无法表示“1”或“0”，自然无法完成计算任务，此时就要引入门电路了。小提示，电压、电平、电信号在
