数据端
是0，则q端输出为1้，而它和d输入是相连的：
101้1้11250
10110800่
第4章手电筒剖析13๑
第2章编码与组合5
是因为我们要追踪另一段历史轨迹—即降低计算机造价和大小并且使它进入家庭的轨迹，
它开始于19๗47年一场几乎不被人注意的电子技术突破。
贝尔电å话实验室许多年里都是这样一个地方：聪明的人可以在此做他感兴趣的任何事。
所幸的是，他们之中有人对计算机感兴趣，如已经提到的georgesti逼tz和9，
1้78编码的奥秘
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他们在贝尔实验室工作的时候都为早期的计算机作出了突出的贡献。后来，在20世纪70年代，
贝尔实验室诞生了很有影响的操作系统unix和程序设计语言cນ语言，这些在随后的几章里将
要讲到。
192๐5年1月1日，美国电话电报公司正式把它的科学和技术研究部ຖ分与商业部分分离，另
外建立附属机构，这样贝尔实验室诞生了。贝尔实验室的主要目的是为了研究能够提高电话
系统性能的技术。幸运的是，它的要求非常含糊，可以包含所有的事情。但在电话系统中，
一个ฐ明确的长期的目标是：在线路上传输的声音信号能不失真地放大。
从1้9๗1้2年起，贝尔电话系统就采用了真空管放大器，大量的研究和工程人员着手提高电
话系统使用的真空管的性能。尽管这样，真空管仍然有许多问题。管子体积大，功耗大且最
终会烧毁。不过，在当时却是唯一的选择。
19๗47๕年12๐月16日，当贝尔实验室的两个物理学家johnbardeen190่8—1้991和9๗alter
brattain1902๐—1987在装配一个不同类型的放大器时，所有的一切都改变了。这种新型放大
器由锗片—一种称作半导体的元素—和一条金箔构成。一个ฐ星期后，他们给他们的上司
9illiamshockley191้0—1989进行了演示。这就是第一个晶体管，一种被人们称为20世纪
最伟大的明的器件。
晶体管不是凭空产生的。8年前，即1939年1้2月29๗日，shockley在笔记本写下：“今天我
想用半导体而不是真空管做放大器在原理上是可能的。”第一个晶体管被明以后，随后许多
年它继续被完善。ley、bardeen和braທttain获得诺贝尔物理学奖—“因为他们
在半导体上的研究并且明了晶体管。”
本书的前面谈到了导体和绝缘体。之所以称作导体是因为它们非常容易导电，铜、银和
金都是很好的导体。并非巧合，所有这三种元素า都在元素周期表的同一列。
前面讲过，原子中的电子分布围绕在原子核的外层。上述三种导体的特征是只有一个单
独的电子在最外层。这个电子很容易与原子的其余部分分离并自由移动形成电流。与导体相
对的是绝缘体，像橡皮和塑料，它们几乎不能导电å。
锗和硅元素还有一些化合物称为半导体，并不是因为ฦ它们的导电性是导体的一半，
而是因为它们的导电性可以用多种方แ法来控制。半导体最外层有4个电å子，是最外层所能容纳
电子最大数目的一半。在纯半导体中ณ，原子彼此非常稳固地结合在一起，具有与金刚石相似
的晶状结构。这种半导体不是好的导体。
但是半导体可以掺杂，意思是与某种杂质相混合。半导体很容易与其他杂质结合而变得
不纯。有一类杂质为原子的结合额外的电å子，这种半导体叫n型半导体n表示ิ
negative；另一种类型的杂质掺杂生成p型半导体。
两ä个ฐn型半导体中夹一个p型半导体可制成放大器，称作npn晶体管，对应的三部ຖ分分别
是集电极collector、基极base和射极emitter。
下面是一个npn晶体管的示意图：
第18章从算盘到芯片1้79
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集电极
射极
基极
基极上的一个小电å压能控制ๆ一个很大的电压经过集电极到射极。若基极上没有电压，
它会有效截止晶体管。
晶体管通常被封装在一个直径大约为14๒英寸的小金属容器里，有三个引脚๐伸出：
晶体管创了固态电子器件，意思是晶体管不需要真空，可由固体做成，特别是指由半
导体和当今最普遍的硅制成。除了比真空管体积更小外，晶体管功耗小，热少，并且更耐
用。携带一个电子管收音机很不方แ便。晶体管收音机靠小电池供电，并且不像电å子管，它不
会变热。对于1954年圣诞节早晨收到礼物的幸运者来说携带晶体管收音机已成为可能。那些
第一批袖珍晶体管收音机是由á德克萨斯仪器公司制ๆ造的，该公司是半导体革命中ณ的一个重要
公司。
然而，晶体管的第一个商业应用是助听器。为了纪念贝尔一生为聋人的贡献，at＆t公
司允许助听器生产厂家不用付任何专利ำ权税就可使用晶体管技术。第一台晶体管电视机出现
于19๗60年，而今天，电子管器件几乎已๐消失了。然而，并未完全消失，一些高保真烧友及
电子吉他手还是喜欢用电子管放大器来放大声音而不是用晶体管。
ley离开贝尔实验室成立shockley半导体实验室。他迁到加利福尼亚的palo
alto—他的成长之地。他的公司是那ว里成立的第一家从事这种工作的公司。后来，其他半导
体及计算机公司也在那儿建立了业务，于是旧金山南部的这个地方แ也就成为现在非正式地称
作硅谷sili9valley的地方แ。
真空管原是为放大信号而开的，但它们也用来作为ฦ逻辑门的开关。晶体管也是如此。
下面你将会看到一个由晶体管组成的与门在构造上很像用继电器组成的与门。只有当aທ输入
为1且bຘ输入为1时，两个ฐ晶体管才都导通，输出才为1。这里所示的电阻用来防止短路。
正如你所看到的，下图连接了两组晶体管，右边一个是或门，左边一个是与门。在与门
电路里，上面管子的射极连接到下面管子的集电极。在或门电路里，两个晶体管的集电极
都连到电源，射极连到一起：
1้8๖0่编码的奥秘
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与门