计算机的历史

Table of Contents

馬克一號（Mark I）是美國第一部大尺度自動數位電腦

Harvard mark I

馬克一號（Mark I）是美國第一部大尺度自動數位電腦，被認為是第一部萬用型計算機。它的生产和设计者给它起的名字是全自動化循序控制計算機（Automatic Sequence Controlled Calculator，缩写为ASCC），马克一号是它的用户哈佛大學给它起的名字。這部機電式ASCC是由IBM的霍華德·艾肯所設計的，在1944年8月7日搬到哈佛大學。馬克一號的特點為全自動運算。一旦開始運算便無須人為介入。馬克一號是第一部被實作出來的全自動電腦，同時與當年的其他電子式電腦相比它非常可靠。大家認為「這是現代電腦時代的開端」以及「真正的電腦時代的曙光」。

继电器

继电器（Relay），也称电驿，是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关 ”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

机械式继电器通过控制线路通电导致线圈产生磁场可以将金属臂下拉闭合从而可以控制了电路的导通,由于继电器的电臂有质量,并且金属会随着时间的磨损导致,继电器会损坏.在mark2号里面发热的机箱会吸引了虫子导致电路无法正常运作. 记录员就将bug(虫子/飞蛾)称之为故障

Diode 二极管

一个热离子二极管就是一个真空管（也称“电子管”），由一个包含着两个电极的密封真空玻璃壳组成：由灯丝加热的阴极，和一个阳极。早期产品的外观和现在的白炽灯泡相当类似。在操作中，一个单独的电流通过由镍铬合金制成的高电阻灯丝（加热器），将阴极加热到红热状态（800-1000℃）后可导致它释放电子到真空。这一过程即热发射。阴极通常涂有碱土金属氧化物，如钡或锶的氧化物。因为它们具有较低的功函数，可使发射的电子数量增加。有些真空管则直接加热钨丝，钨丝则既作为加热器也是阴极本身。交流电会在负极及与其同心的阳极板之间整流，当板子带正电时，静电会从负极处吸引电子。所以电子即从阴极连通到阳极成为了电流。然而当极性反转阳极板带有负电时，阳极板不会发射电子，而阴极也并不会吸引电子，因而没有电流会产生。如此则保证了电流的单向流通，即从阴极流向阳极板。在汞弧阀（具有冷阴极的汞蒸气离子阀）中，一种难熔的导电阳极与一池作为阴极的液态汞之间会形成电弧，电压单位可达数百千瓦，这对高压直流输电的发展起到了促进作用。一些小型的热离子整流器有时候也用汞蒸气填充，以减少他们的正向压降并增加这种热离子强真空器件的电流额定值。整个真空管时代，这种二极管应用于模拟信号，并在消费电子产品（如收音机、电视机、音响系统）的直流供电设备中当做整流器。20世纪40年代，在那些供电设备内的真空管开始被硒整流器所替代，然后在1960年代又被半导体二极管替代。如今，二极管仍然在一些高功率应用场合中使用，由于能够承受瞬变和较好的鲁棒性，使得他们比半导体器件的优势能够显现出来。尤其是音频处理上，真空管基本不存在瞬态互调失真、开关失真及交越失真等影响音质的问题。因此近年来，在音响发烧友和录音棚所用的音频设备中，应用真空二极管的老式音频设备有回潮的迹象，如家用音响系统甚至是吉他效果器。

通过真空,加热金属释放出电子使得电路导通,单向流通特性.

Triode vacuum tubes 三级真空管

三极管（英语：Triode）是一个有放大器功能的真空管，在真空的玻璃外壳内有三个电极：包括一个加热的灯丝（或称阴极）、控制栅格（英语：control grid）及金属平板（阳极）。三极管是由李·德富雷斯特在1906年发明，是第一个电子放大器。也是其他类型真空管如四极管、五极管的祖先。它的发明开创了电子时代，使无线电放大和长途电话成为可能。李·德富雷斯特因为发明三极管，被誉为是电子学之父。现在的三极管只有一厘米左右的长度

通过控制正电压能导通,负电压会阻挡从而让电路拥有了开关特性,这将是对上文提到的,继电器一个巨大的变革.因为其内部是真空的,没有移动所以使用时间很长,并且在同一时间内可以做更多次的开合.

晶体管

电晶体由半导体材料组成，至少有三个对外端点（称为极），(C)集极、(E)射极、(B)基极，其中(B)基极是控制极，另外两个端点之间的伏安特性关系是受到控制极的非线性电阻关系。晶体管基于输入的电流或电压，改变输出端的阻抗，从而控制通过输出端的电流，因此晶体管可以作为电流开关，而因为晶体管输出信号的功率可以大于输入信号的功率，因此晶体管可以作为电子放大器。

伟大的发明 IEEE 里程碑式创造. 稳定便宜可靠快速开关,放大,稳流.

为什么是二进制

二进制 0 或者 1 代表真实世界中的开关真假. 计算机之所采用二进制的原因一个是上面提到的晶体管会有两种形式的存在,并且当时的数学科上有一个专门处理yes/no的学科,叫做布尔代数.

与或非

非:取反, 单个输入单个输出通过Not门把电子控制,就可以将真值表用电路来表示了
与: 两个晶体管来控制
或: 两个晶体管来控制

xor 异或

逻辑异或在数字逻辑中，逻辑算符互斥或闸（exclusive or）是对两个运算元的一种逻辑分析类型。与一般的逻辑或不同，当两两数值相同为否，而数值不同时为真。

二进制(知识点)

基础的二进制
8位称之为一个byte是ibm创建的词汇 2的8次方 256最大值

American Standard Code for Information Interchange

简称ASCII:8位

二进制	十进制	十六进制	十六进制
0110	0110	102	66

unicode

非 ASCII 编码英语用128个符号编码就够了，但是用来表示其他语言，128个符号是不够的。比如，在法语中，字母上方有注音符号，它就无法用 ASCII 码表示。于是，一些欧洲国家就决定，利用字节中闲置的最高位编入新的符号。比如，法语中的é的编码为130（二进制10000010）。这样一来，这些欧洲国家使用的编码体系，可以表示最多256个符号。但是，这里又出现了新的问题。不同的国家有不同的字母，因此，哪怕它们都使用256个符号的编码方式，代表的字母却不一样。比如，130在法语编码中代表了é，在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (ג)，在俄语编码中又会代表另一个符号。但是不管怎样，所有这些编码方式中，0–127表示的符号是一样的，不一样的只是128–255的这一段。至于亚洲国家的文字，使用的符号就更多了，汉字就多达10万左右。一个字节只能表示256种符号，肯定是不够的，就必须使用多个字节表达一个符号。比如，简体中文常见的编码方式是 GB2312，使用两个字节表示一个汉字，所以理论上最多可以表示 256 x 256 = 65536 个符号。中文编码的问题需要专文讨论，这篇笔记不涉及。这里只指出，虽然都是用多个字节表示一个符号，但是GB类的汉字编码与后文的 Unicode 和 UTF-8 是毫无关系的。
Unicode 正如上一节所说，世界上存在着多种编码方式，同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此，要想打开一个文本文件，就必须知道它的编码方式，否则用错误的编码方式解读，就会出现乱码。为什么电子邮件常常出现乱码？就是因为发信人和收信人使用的编码方式不一样。可以想象，如果有一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码，那么乱码问题就会消失。这就是 Unicode，就像它的名字都表示的，这是一种所有符号的编码。Unicode 当然是一个很大的集合，现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样，比如，U+0639表示阿拉伯字母Ain，U+0041表示英语的大写字母A，U+4E25表示汉字严。具体的符号对应表，可以查询unicode.org，或者专门的汉字对应表。
Unicode 的问题需要注意的是，Unicode 只是一个符号集，它只规定了符号的二进制代码，却没有规定这个二进制代码应该如何存储。比如，汉字严的 Unicode 是十六进制数4E25，转换成二进制数足足有15位（100111000100101），也就是说，这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号，可能需要3个字节或者4个字节，甚至更多。这里就有两个严重的问题，第一个问题是，如何才能区别 Unicode 和 ASCII ？计算机怎么知道三个字节表示一个符号，而不是分别表示三个符号呢？第二个问题是，我们已经知道，英文字母只用一个字节表示就够了，如果 Unicode 统一规定，每个符号用三个或四个字节表示，那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0，这对于存储来说是极大的浪费，文本文件的大小会因此大出二三倍，这是无法接受的。它们造成的结果是：1）出现了 Unicode 的多种存储方式，也就是说有许多种不同的二进制格式，可以用来表示 Unicode。2）Unicode 在很长一段时间内无法推广，直到互联网的出现。
UTF-8 互联网的普及，强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种 Unicode 的实现方式。其他实现方式还包括 UTF-16（字符用两个字节或四个字节表示）和 UTF-32（字符用四个字节表示），不过在互联网上基本不用。重复一遍，这里的关系是，UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一。UTF-8 最大的一个特点，就是它是一种变长的编码方式。它可以使用1~4个字节表示一个符号，根据不同的符号而变化字节长度。UTF-8 的编码规则很简单，只有二条：1）对于单字节的符号，字节的第一位设为0，后面7位为这个符号的 Unicode 码。因此对于英语字母，UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。2）对于n字节的符号（n > 1），第一个字节的前n位都设为1，第n + 1位设为0，后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位，全部为这个符号的 Unicode 码。