前 言
欢迎来到计算机的世界！
这是一本至少在五年前就应该写成的书。它之所以一直没有写成，主要是因为两个原因：第一，我是个懒惰的人，总以为往后有的是时间和机会来做这件事情，但却从来不曾有过；第二，我和你一样，每天都得吃饭，因为不象其它动物一样有毛，所以还得买衣服穿。总之，为了衣食住行而挣钱是需要浪费一个人很多时间的。（这段话还没写完，我那两个要好的哥们儿周世峰和张勇打电话让我去吃饭和游泳。尽管我百般推辞，最终还是去了。你看看，要想抽出哪怕是一点点时间来干些正事儿是多么地不容易呀！）
我从小就没有当作家的梦想。我的梦想仅仅是让星期天快点到来，这样我就能痛痛快快地下河摸鱼。尽管小时候我是一个淘气包，但还是干了一些正事儿。5岁的时候，我二姐在家门前的桃树下放了一张桌子，当时正值春天满树桃花盛开的季节，她在纸上画了一朵桃花，让我照着她的方法去画。尽管我进步很快，但很快我就觉得这没有上树掏鸟、下河摸鱼洗澡有意思。
后来我又练习书法。教会我干这事儿的，又是我二姐，甚至我第一次刷牙也是她教的。除此之外，她做得最多的还是在我干了坏事之后，在妈妈面前告我的状。
等到我不再觉得用竹竿捅马蜂窝有意思的时候，又在大哥的影响下迷上了无线电。那时除了做功课之外，看电路图、装调收音机成了我的全部爱好，这样一直持续到毕业之后走上社会。迷上电子计算机是后来的事情，本来我学的不是计算机专业，也并不知道这世界上还有这玩意儿，学习它完全是我的好朋友张辉撺掇的结果。
我基本上属于这样一种人：如果我对一颗核桃感兴趣，我一定会想办法把它砸开，看看它里面到底是怎么回事儿。于是我找了一大堆计算机专业教材来学习，但很快我就不得不放弃了。原因很简单，第一，这些教材太多，太深奥，我实在读不下去。我读的第一本书是《数字逻辑和逻辑电路》，这还不错，能够看明白（真是庆幸，好在我还学过无线电）。但是很不凑巧的是，我读的第二本书是《离散数学》，这本书我看了5页就再也看不下去了。我比较有自知之明，知道趴在这些知识上打瞌睡是一种不敬的行为，所以只能将其束之高阁。第二，我接触的是现实的计算机，看到别人在键盘上敲些东西就能调出一些有意思的画面，觉得很羡慕，但是自己却做不到。为了也有这些本事，我就在这些专业教材里找啊找，但是我发现那里根本不涉及这些现实的内容。后来我才知道，计算机的原理和它的具体实现之间还是有相当的距离的。
看来我需要找一些难度适中的入门书来看看，这些书既能讲清楚计算机到底是怎么工作的，又不会深奥到学完之后可以到中科院上班的程度。但非常遗憾的是，这也并不容易。如果你对此没有体会，可以看看下面一段话，这还是从一本据说是非常初级的入门书中摘抄下来的：
“中央处理部件CPU是微机的核心部件，由控制器和运算器组成，负责控制整个微机自动、连续、协调地完成算术和逻辑的运算。”
作为一本书的开篇，这段文字让人在读完之后越发糊涂。一本书如果浅显到如此肤浅的程度，那它离成为一本天书就不远了。说实话，我也是从那个时候开始才知道，这个世界上最抽象的学问除了哲学之外，还有计算机。
所幸的是，我毕竟是走过来了。但是这段艰难的学习历程我一生都不会忘记。若干年后，当我回想起这段时光的时候，我唯一的想法和愿望就是我要自己编写一本通俗易懂的计算机入门书籍——既不会深奥到让人觉得面目可憎、难以卒读，而又不完全是在肤浅的层面上夸夸其谈。
关于本书的内容
这是一本有关电子计算机的入门读物，既讲述了整个计算机的工作原理，也介绍了如何在计算机上进行最常规的应用和操作。用行家们的话说，既要高举计算机理论的大旗，也要来点儿实惠的、实际的、用得上的，比如上网、文字处理，这叫做理论联系实际。
要想知道计算机是怎样工作的，最好是从头开始了解它为什么要象现在这样工作。所以这本书的目标是带领读者从头开始，从无到有地构建一台现代的计算机。现代计算机是在电走进人类的生活之后才出现的，并且从此以后一发不可收拾地进化着，就象你平时所坐的椅子：一开始叫板凳，只有四条腿和一块木板；接着人们发现后背没有支撑坐着太累，于是带靠背的椅子出现了。再后来，当人们斜躺在椅子上的时候发现要么手没处放，要么木板太硬硌屁股，从此椅子就有了扶手和柔软的垫子。
所以，象介绍椅子的发展史一样详细地为你介绍现代计算机的发展过程，直到你读完后能够对计算机“再明白不过”，这是本书的任务。不过需要说明的是，这不是一本严格意义上的计算机发展史或者和计算机有关的人物传记，也不是一本生硬的教科书（至少我的本意并不希望它生硬）。书店里充斥着大量这样的书籍，在互联网上你可以轻易搜索到不计其数有关它们的主题和内容。这本书不准备重复这些，重复这些东西对于学习计算机知识没有太大裨益，而且这确实是相当乏味的工作，只能使许多人昏昏欲睡。
尽管我已经说过，这是一本入门读物，但并不是在肤浅的层面上向大家介绍计算机的内幕。它讲述了计算机世界里的大部分秘密，但是并没有拘泥于通常只有专家们才会注重的技术细节（打个比方说，椅子上的镙丝应该采用哪种材料来制造才是最好的）。如果非要这样做的话，这本书就不是现在的一本，而是相同厚度的几十本书了。计算机技术里存在着不同的领域，你喜欢进入哪个领域，这本书将带领你以全局的视野来进行未来的选择，并为进一步学习更深入的知识打下一个良好的基础。
谁适合阅读本书
任何一个作者都希望拥有大量的读者，甚至希望最好是每个中国公民人手一本。遗憾的是这种愿望不可能实现，一是因为没有哪本书能迎合所有人的喜好；二是有些人，比如我的妈妈和我的岳母，以及我那一岁多的女儿，她们不读书。
所以，这本书是否适合你，这是一个大问题。为了节约你的时间（这样你就可以有更多的时间浪费在浩如烟海的书堆里，寻找那本你心目中的最爱），我得让你知道这本书是否适合你读。
这本书对于它潜在的读者没有任何限制，唯一的要求是认识汉字并理解它们的意思（如果你正在读这段话，说明你完全合乎要求）。准确地说，这是一本面向初中生、高中生和大学新生的读物，但对于其他社会上的人来说也同样适合。当放完牛、干完农活、下了班、泡完吧、跳完舞、打完保龄球、在歌厅里喊过了之后，如果头脑还算清醒，还有那么点闲心的话，可以拿出来翻翻。
致谢
在一本书的前言部分里说一些客套话或者对同事和朋友以及家人表示感谢已经成了一种堪称经典的固定模式。我不想坏了这个规矩，但的确是真心实意的。
首先要感谢的是现在正捧着这本书的人——也就是你，谢谢你能给我捧场，但我更希望你把它买下来，而且只有在看到你捧着它走出书店我才放心。
感谢我的父母和家人，是我的妻子一直给予我鼓励和支持，并坚持阅读我写的每一个字，为我提供修改意见；
感谢吴昊和张辉，没有他俩在学生时代的影响，我不会进入计算机行业。我为我们三个人兄弟般的情谊感到自豪。我们在学生时代以及步入社会之后所经历过的种种有趣的事情已经可以写一本书了——哎呀，只是现在肯定不行。
我还想提一下我在长春最好的朋友周世峰、张勇和张树雨。他们是我在长春电视台工作时认识的朋友，我们有着兄弟般的情谊。他们仨对我写书的进度是那么地关注，使我不得不在这里表示感谢。至于他们的动机，据周老世峰老弟自己供称，是因为他们居委会的大妈又跟他要糊墙纸了。
周老弟有着出众的大鼻子，据说是被鼻炎给憋大的（的确很不幸），发型也很时尚，而且一度被染成橘黄色，这使得它的寄主差点成了有史以来第一个每天都要到电视台上班的狮子（如果不是用两条腿走路的话）。作为一个时尚和前沿的人，他在为女性朋友们充当生活参谋方面尽职尽责、不遗余力。尽管极少发生，但毕竟有过这种情况——我们办公室里的大姐偶尔会转过头来问他做什么样的发型更好看。
张勇老弟，哎呀，这小伙子长得是高大魁梧，英俊潇洒，有着一年四季都不变的发型（当然，每天早上起床之后让发型与昨天一样也是不变的），很容易让人想起刺猬，而且肯定是最聪明、进化程度最高的那种。这哥们儿比我小7岁，但是谁都不会怀疑他是哥哥，我是弟弟。另外不得不提的是，他是个近视眼，但从来不戴眼镜，据说是为了更好地保护自己的形象（而不是眼睛）。只是我这可怜的兄弟不知道的是，他眯着眼睛、愁眉苦脸地看人的样子也许更令人惊讶。
最后一个人，也就是张树雨，他有着与其所戴的眼镜相匹配的智商，有很多智力问题到他面前都能迎刃而解。不过他也不仅仅满足于被别人考，他也会考别人，比如有一次他问我：“你看过《后天》这部电影吗？”“什么后天，还后爹呢！”我以为他在开玩笑。于是从那回开始只要有机会他就笑话我。但是，哎呀，不管怎么说，我想可能令他们仨惊讶的是，象我这样愚蠢的人居然也能写书了。
同样是兄弟和朋友，少一个都不行。所以我还得提一下我老家的朋友李文行，还有在北京工作的朋友龙浩，他们也是我亲密的兄弟，虽然他们并不知道我在写作，但是我不想让他们怪我。从另一方面来说，有这么多兄弟也的确值得在这里炫耀一下。
谢谢我的女儿，谢谢她让我和她的妈妈看不成电影、没时间旅游，和代表着资本主义腐朽生活方式的浪漫情调决裂，而且还得是打内心深处心甘情愿。她虽然不懂事，甚至还不知道“爸爸”意味着什么，但并不妨碍她让我在充满了欢乐的家庭氛围中从事这本书的写作。作为一个父亲，当然很想知道自己在女儿心目中的位置，现在就是一个机会：
“宝宝，你喜欢妈妈还是喜欢爸爸？”
“喜（欢）妈妈。”
“……”
2006年12月8日星期五
作者：营销传播方法 回复日期：2009-02-02 22:05:05
经典 酷！
作者：wzlblair 回复日期：2009-2-2 22:26:29
你这是干什么？怎么没正文啊！
此消息发自掌中天涯wap.tianya.cn
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 22:43:01
兄弟愚钝，刚来天涯，不明就里。发完文章才知道这里是清一色的短帖区。兄弟我搬到[人文情感/舞文弄墨]去也！
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:18:10
第一章 神秘的电
这是一本讲述计算机奥秘的书，我想我亲爱的读者已经准备好痛痛快快地开始了。但是，哎呀，我也知道在书的开篇部分先给大家灌输电学方面的知识可能不是个好主意，然而没有办法，这是必须的。俗话说“磨刀不误砍柴工”，明白这个道理对改善你此时此刻的急躁情绪可能会有所帮助。
电是人类最好的朋友之一。尽管我们了解它，并学会与之友好相处只是最近几个世纪的事情，而且这个过程也不那么一帆风顺。电给我们带来了光和热，以及可以用来同情古人的文明（非常遗憾，从现在开始再过几百年，你我也必将成为令人同情的古人），也导致了电子计算机的产生。可以说，如果没有电，我这一生中决不会想到应该写这样一本书，而科学家们也许正躺在风和日丽的沙滩上想：既然可以训练猴子上树忙我们摘椰子，为什么不把它们训练成会跑善算的猴子计算机？
正如本章的标题所说的那样，时至今日，电对于大多数人来说还是相当神秘的，尽管它一直就在你的身边为你服务。它点亮电灯，以免在漆黑的夜晚你毫无道理地用额头和膝盖去揍无辜的石头；或者让你能够坐在电视机前，愤怒地抱怨那些无休止的广告。要是有一天突然没有了电，你一定会觉得生活不便、世界黯淡，不知道该如何继续过下去。虽然电是如此地有用，我们也是如此地离不开它，但是大多数人对它并不了解，甚至对这个朋友还怀有恐惧之心。社会在不断进步，人们也越来越忙，甚至忙到学会了对大多数事情习以为常而不去深究其中的奥妙。要是对你宠信有加的老板今天早上在电梯里一句话也没跟你说，你可能会为这事儿琢磨一上午，但如果你被电了一下，你却不会想：“电怎么这么厉害？老子今天倒要看看这是怎么回事儿！”
在电与人类的关系方面，过去和现在的情况始终是——就拿电灯来说——先有了电，于是才有了电灯。电灯为什么要这样构造？那是因为我们发现只有这样构造，电才能为我们发光。计算机也是这样，不了解电，你永远也不会明白它为什么非得是这个样子，它到底是怎么工作的。不过你也不用害怕，毕竟这只需要一些基本的电学知识就够了，怎么说也比训练一只计算机猴子来得容易。那么，让我们现在就开始吧！
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:20:51
1.1 导体和绝缘体
电学是我们身边的科学，所以就连我那一岁多的女儿偶尔也聚精会神地盯着电视机，看那上面不断变化的图像，或者笨拙地玩弄她的电动玩具。晚上睡觉的时候，她妈妈会告诉她鸡要把电灯叨灭了。但是如果她不乐意，她会用哭声来表明她更喜欢电灯，而不是害怕鸡，除非抱着她让她自己把灯关掉。而对她疼爱有加的外公则计划在她更大一些的时候为她买一个电动车作为礼物。这种电动车轮子粗厚、身体豪放，让人第一次看到它就能意识到它必定具有不菲的价格，它的动力来自于可以反复充电的蓄电池。
人类并不是离不开电。在这方面一个最基本的事实是，人类在地球上生存——用马克思的话说，进行“生活和生产资料的再生产以及人类自身的再生产”——的历史要比人类用上电的历史要长得多得多。一旦尝到了电的甜头就上瘾似的依赖它，不管人类搬到哪里生活，紧接着出现的通常都是电线杆子，连老鼠蟑螂跟过去的速度也许都比不上它。
要输送电，最好的和最经常的方式是通过电线，而不是一车一车地往家里拉，这是小孩子都知道的。通常，电只能通过金、银、铜、铝、铁、锡、铅等物质来传播，而对于干燥的木头、纸张、塑料、陶瓷等物质则不行。这基本上属于常识，回忆一下，你是否在家中遭到过电击？那并不是因为你碰到了插座的外壳或者电线的外皮，而是因为你不小心接触了里面的金属，最糟糕的是今天并不是停电的日子。
生活在现今这个时代还是很幸福的，电线到处都有，随便都能找到。有一次手头上电线都用完了，出去买又太远。于是我就找啊找，很快就找到一根。你知道我是在哪里找到的吗？说出来不怕你笑话——垃圾堆！想想几个世纪以前电学刚刚起步的时候，普通人根本不知道电线为何物。为了做实验，大师们都得自己想办法制作电线，现在看起来还真有些艰苦卓绝的味道。
象金银铜铁铝那样能导电的物质叫导体，而通常情况下不导电的物质叫绝缘体。但也不总是这样，有时候，象木头这样的东西，在被雨水淋湿之后也会导电。可见导体和绝缘体之间的界限并不是十分绝对的。人体也能导电，和淋湿的木头差不多。有时候当人触了电，那一声怪叫就是明证。
尽管看不见，但几乎所有人都会“感觉”电更象非常微小的颗粒，它们可以在能够导电的物体中游走。看起来这是一种人人都会产生的直觉，不管是谁，在他安静下来认真思考这件事情的时候，都会想到这一点。原则上这种认识并没有错，从18世纪以来，科学家们就在思考和研究这件事情，并把这种非常微小的粒子起名叫电子。
你可以随意地想象电子在物体里穿行的样子，比如你可能认为它是一束束地在导体里面游动，导体有空隙而绝缘体没有，所以绝缘体不能导电。但是需要指出的是实际情况并不是这样。要弄清楚这一点，需要了解世间万物的微观构造。
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:27:56
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作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:30:26
1.2 原子和电子
理论上任何物质都是可以无限地分割的。比如一根铅笔，你把它从中间折断，折断后所余下的两段又可以再从中间折断，你可以不停地分割下去。这个分割的过程一旦开始，你就不可能停下来，因为不管每一段有多短小，它依然是实际存在的物质，而只要是物质就必然可以被拦腰劈成两半。
所有物质都可以无限分割只是一种理论上的假设，在意念上——也仅仅只是在意念上它才是正确的。没有谁能够把物质无休止地分割下去，因为找不出那样薄的刀片，而人的眼睛也看不清太小的东西（能够将物体无限地放大的显微镜还没有制造出来，估计是永远也造不出来了）。当然，也不是说但凡大的东西人眼就一定都看得清楚，就象有个相声小段里说的那样：“远看象头驴，近看不是驴。走到跟前一看——死驴。”当然，这里面有艺术加工的成份，确实有些夸张。
“分割”是一种非常粗暴的行为，常常带有破坏性。当你分割一头牛后，它再也不能喷着响鼻站在牛圈里吃草，也不能下地干活，只能拿到熙熙攘攘的市场上任人挑选，最后可能会变成你今天中午吃的一碗牛肉面。与分割不同，远在古代就有人通过观察发现很多物质自然就能分解成细微的组成部分。比如空气，尽管看不见，但是它能飞沙走石，也能在我们的身体里进进出出，让我们活着感觉到它必定是以非常微小的颗粒组成。再比如糖块，平时它是固体，硬硬的，即便是碾成粉末，那也是看得见的小颗粒。但如果将它丢进水里，它就会消失得无影无踪。当水蒸发掉之后，又变成了可以用手捏起来的糖（真是奇怪，连味道都没变）。这意味着，象类似于糖这样的东西应该是由非常细小的微粒组成的，这些微粒太小，人的眼睛看不见。
事实上，不仅仅是空气和糖，世界上所有的东西都是由肉眼看不见的微粒组成的，包括你自己和你现在正在看的这本书。再重申一次，“组成”和“分割”是不同的，“组成”意味着某种东西是由另外一些东西相互结合在一起形成的，就好比一支铅笔，它是由铅笔芯、圆木组成，它们都能单独存在，并有各自的用处。
那么，组成所有物质的最小微粒究竟是什么呢？不同的人有不同的回答，下面就是一些答案：
父亲：噢？好小子，你居然想到了这个问题……去问你的老师吧！
母亲：我已经够忙的了，你能不能去干点别的？
同事：大哥，你是不是小学没毕业啊？！
我的女儿：zzzzzzzzzzzzzzzzzdgvvn8jfggggggggggN M FV（我一岁半的女儿显然希望通过电脑键盘用长篇大论来发表她的观点，但是我只保留了第一行，因为我觉得这一行对于阐明她的理论来说已经足够充分了）
物理老师：物质都是由原子组成的。物质不同，组成它的原子也不同。
这难道就是结论吗？
不要去责怪你的父母，毕竟，他们能够把你养这么大，让你学知识靠的可不是这个。
在古代没有原子的概念，但只要思想是一样的，采用什么表达方式和什么术语都无所谓。在国内，这种思想可以追溯到春秋战国时代；而在西方，第一个具有这种思想的人则是古希腊的德谟克里特。
德谟克里特绝对是一个伟大的人。但是，哎呀，但凡伟大的人都很奇怪。这个败家的人游历过很多地方，为的是增长见识，开阔视野（而他的确见多识广，生性乐观豁达）。他到过的地方很多，甚至远到埃及、印度等等这些地方他都去过，就这样花光了祖上留给他的大量财产，活生生地证明了“知识就等于金钱”这句话果然不假，千真万确。
德谟克里特活着的时候距离我们现在足足有两千多年。那个时代好象没有什么好发明的，伟大的人通常都以伟大的思想见长。他研究过很多东西，包括数学、动物解剖、社会伦理、政治和教育等等，也写过不少作品，但遗憾的是大都失传了。他的很多思想（比如关于原子的思想）对后世产生了很大影响，连马克思都称赞他是“有经验的自然科学家和希腊人中第一个百科全书式的学者”。但是我想马克思决不会称赞他在如何对待女性方面的言论，老实说，他在这方面的观点实在很成问题：
女人不应该动口舌，因为这是很危险的。
接受一个女人的命令，对一个男人来说是最大的侮辱。
在当时，男人们无疑会张开双臂欢迎和支持这样的观点，而女人们好象也不太敢吭声。要搁现在，他的头肯定会被愤怒的女性朋友们打得起包。
在他关于原子的思想里，整个世界只有两样东西：原子和除了原子之外的“什么也没有”，也就是所谓的“虚空”。原子是不可再分的，它组成了五颜六色、形态各异的世间万物，而且它们都待在虚空里。
注意，这基本上符合我们的直觉，因为你的目光所及之处，差不多就是他所说的“有”和“没有”。尤其可贵的是，他还意识到原子在数量上是无限多的，万物之所以各不相同，是因为组成它们的原子在数量、形态和排列方式上存在着差异。德谟克里特关于原子的思想在很大程度上是错误的，但是，哎呀，他生活在什么时代，再看看你自己又生活在什么时代，特别是你还能知道他、记住他，这很能说明问题。
显然，用原子的眼光来看待周围的生活是很奇特的：我们都由原子组成，放眼望去，哪里都是原子。人们吃原子、喝原子、享受原子，甚至有些不文明的人在公共场所随地吐原子——当然，这实际上是由数不清的原子形成的特殊物质，也就是我们平时称之为“痰”的东西。但是，你大可不必惊恐到这样的程度：连吃东西的时候都不敢用力嚼，生怕原子们被你咬疼。事实上，无论你怎样粗暴地对待它们都没有关系，因为它们没有生命。
德谟克里特之所以非常有名气，很大一部分原因是他那朴素的原子思想和现代的科学发现比较接近。但是在他活着的时候，大部分人对他的说法持怀疑态度。不过这还算好的，要说糟的，那就是他也拥有很多敌人，这些人反对他的说法，觉得这完全是胡说八道。用他们的话说，德谟克里特是一个疯子，出生于“盛产白痴的阿布德拉①”。真正完整意义上的、科学的原子理论，是在18世纪的时候由一个名叫道尔顿的人来完成的。
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:32:24
注：① 阿布德拉是位于希腊北部的一个城市。
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:33:43
道尔顿的故乡在英国，他1766年出生于一个清贫的织布工家庭，惟一的优势就是——用一些传记作家的话来说——从小就聪明过人，12岁的小小年纪就当上了当地一所小学的校长。不过同时作家也不无疑惑地写道：“这也许说明了道尔顿的早熟，也说明了那所学校的状况，也许什么也说明不了。”
道尔顿患有色盲症——也就是不能象正常人那样分辨颜色的疾病，比如会将红色看成黑色。他是当时基督教新教的一个派别——贵格会的教徒，每次去做祈祷的时候都穿着色彩鲜亮的红色长袍，作为一名保守、稳重的贵格会成员，这是极不恰当的。道尔顿不是精神病，所以他意识到自己在色彩分辨上存在问题。
这种毛病不会要人的命，但却让人觉得烦恼。想想看，如果有一天你在厨房里一不小心把手指当成豆角给切个小口子，而你恰好又不知道自己患了色盲症，在发现自己的血液竟然颜色发黑的时候，你该是多么地惊恐啊。尽管极少有人知道，但是色盲症事实上还有另一个名称：道尔顿症。这是因为道尔顿自己就是个色盲，一般来说，人类总是倾向于热心研究发生在自己身上的各种怪异之事，于是他就这么干了，而且是第一个研究色盲的人。
1808年，道尔顿写了一本叫做《化学哲学的新体系》的书，这本书足足有900多页，终于使他出了名。在这本书的前头，说明了差不多是现代概念上的原子。没有人能创造原子，它一直就存在着，从世界开始的那一天。“创造或者毁灭一个氢原子，”他写道，“也许就象向太阳系引进一颗新的行星或毁灭一颗业已存在的行星那样不可能。”
在我们身边有着数不清的东西——简直是数不清，大小不同、形状各异、黑白分明；有的赏心悦目，有的面目可憎；沁人心脾的很多，臭气熏天的也不少。别的不说，光是整个地球上有多少种动植物，也从来没有哪一个人能说得清。很显然，这个五彩缤纷的大千世界是不可能只用同一种类型的原子组成的。在这一点上，但凡知道原子论，并稍具常识的人都能够想到。不过道尔顿的卓越之处在于他研究了这些不同类型原子之间的相对大小以及它们各自的性质（尽管在他那个时代，已经知道的原子类型还很少），以及它们之间相互结合的方法。比如，他当时就认为我们平时喝的水（无论是一碗还是一滴）是由氢原子和氧原子按1：7的比例组成的。他的观点当然并不十分准确，因为我们现在已经知道，这个比例实际上是1：2。
道尔顿为人低调，想要远离一切荣誉，但还是违心地捧回一大堆奖章，成了皇家学会的会员，拿了一笔数目可观的政府退休金，人们尊敬地称他为“现代原子理论之父”。为了让后生们多掌握一些科学知识，学校里在考试的时候会出一些填空题，而他的名字就是标准答案。不过在这些耀眼的光环背后也不乏批评的声音，说他弄虚作假。在《背叛真理的人们》这本书里，作者毫不客气地写道：“他发现了许多化合反应的规律，并证明了不同类型原子的存在，但他发表的漂亮结果，现在的化学家没有一个人能够重复做出。”也许这也充分说明了在这世界上，最复杂、最能集矛盾于一身的要算是人类自己了。
在道尔顿提出原子理论之后的一个世纪里，它依然是一种假说，因为还没有足够的实验和证据来支持这种理论，甚至有一些杰出的科学家还怀疑原子是不是真的存在，他们声称决不会赞同原子理论，除非“亲眼看到它”。在此期间，也就是19世纪的后几年，不同观点的双方甚至进行过声势浩大的论战，好在只是争论得很激烈，没有使用牙齿、木棍和砖头瓦块。但是在进入20世纪之后，形势发生了根本性的转变，突然在一夜之间，原子理论变得合情合理而又无比亲切。这完全得益于一大群科学家和他们的杰出工作，我很容易就能点出他们中的几个人来：爱因斯坦、卢瑟福和汤姆逊，有的你还相当熟悉。
原子不是靠你用小刀就能分割出来的，从世界存在的那个时候它就存在了。从人性的角度上，你现在最想知道的可能就是，原子到底有多大？
答案是大约等于一毫米的一千万分之一。要想在头脑中对此有个概念，你可以试着将一毫米放大，一直放大到差不多等于笔直修一条从东到西横贯中国的公路。这时，一个原子的直径差不多就等于在这条公路上行驶的汽车的轮子。
尽管在原子是否存在的问题上所有人都达成了一致，但原子始终还是没办法看见。人们承认它，只是因为有越来越多的实验表明它肯定是存在的。一开始，人们觉得原子有可能是方的，象砌墙用的砖。这听起来似乎有些道理，因为它能很好地解释为什么象金属和钻石这样的东西竟然有那么高的硬度。然而更多的科学家则倾向于认为它更象一个实心球——一个密度很大的固体。
时间过得可真快，到20世纪初，人们就已经普遍知道原子并不是个实心球，它实际上还具有更小的组成部分。原子内部绝大部分都是空的，在它的中央有一个非常微小的核心，由数量不等的质子和中子聚集在一起组成，称为原子核。在原子核的外面，是围绕着它的核外电子，简称电子。如图1.1所示。
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:34:49
图1.1
作者：sholber 回复日期：2009-02-02 23:37:57
说实在的，对于原子内部的世界是什么样子，大多数时间我们只能依靠想象，这的确是一件遗憾的事情。但是就算你能观察到它，那也会觉得它其实没什么意思：它很空旷，尽管它有一个原子核和一些核外电子，但这些东西相对于原子内部的巨大空间来说实在是太微不足道了。那里基本上没有什么东西，没有餐馆、没有网吧，更没有足球比赛和花果山水帘洞（所以就连孙悟空也可能不愿去，虽然依他的神通来说，到这样的地方应该没问题）。你所能看到的，也许只是电子在离你非常遥远的地方呼啸而过——如果那里有风的话。不过那里当然没有风，也不可能有空气，因为在我们的现实生活中，空气和风实际上也是由原子组成的，而你此时此刻正在原子内部逗留访问。
按照传统的说法，核外电子们出没的地点不是随意的——至少不完全是。按照传统的观点，它们都沿着各自的轨道围绕原子核旋转。轨道是一条看不见的路线，就象从长春到北京的飞机每次都要飞过的路线一样，尽管你看不见，但是它确实就在那里，就在你的头顶上，这就是轨道。在原子里，电子的轨道是圆形的，以原子核为圆心。
我们知道，原子有很多种，光是你现在看的这本书，它所使用的原子起码就有10来种。看起来这并不算多，要是我告诉你迄今为止人类只发现了百十来种原子的话，你可能会更惊讶——要组成这个五彩缤纷的大千世界，原子们真是太能干了。关于原子们能确切地分为多少种，在这个问题上还一直存在争议。在这百十来种里，天然存在的有九十多种，其它的都是在实验室里人工制造的，而且存在的时间极其短暂，有的不超过千分之一秒，以致于有人甚至怀疑它们是不是真的存在过。总之，科学家们废寝忘食地工作，到目前为止也就发现了这么多。至于还有没有，现在还不知道，谁也不敢说。
要想知道物理学家和化学家们都是依据什么来给原子们分类，就得了解原子自身的内部结构。对于所有的原子来说，不管它们相互结合起来能形成什么，是木头、糖果、大白菜还是苍蝇，它们在微观上的结构都是一样的，都是由质子、中子和电子共同组成。
既然如此，你可能有理由相信各种原子之间之所以彼此不同，是因为构成它们的电子、质子和中子在某些方面——比如大小——存在着差异，就象我们人类，尽管都是“人”，但是有高有矮，有胖有瘦，特别是在脾气秉性方面简直是千差万别。很不幸，这是非常错误的认识。事实上，所有的电子都是一模一样的，而所有的质子和中子也一样，不管它们在什么地方，属于哪个原子。
通常，一个原子不同于另一个原子的原因是它们原子核内的质子数不同。比如，组成氢气的氢原子只有一个质子，是所有原子中最简单的；组成铁丝或铁块的铁原子却有56个质子。前面已经说过，目前已知的原子种类有一百多种，这就意味着，就最复杂的原子来说，其质子数有一百多个。
原子的另外一个特点是，在单个原子内部，质子和核外电子在数量上相等，性质相反。用物理学上的话说，“电子带负电荷，质子带正电荷”。听起来好象是在说电子和质子的外表还有一层叫做“电荷”的皮，但实际上不是这样，真正的意思是，电子和质子具有两种截然相反的性质，大体上可以认为电子是“男”的，而质子是“女”的，或者反过来。“电荷”不是一种东西，只是一种属性。它只是一个名词，也许物理学家们真正想说的是“电子是男的，质子是女的”。
电荷不是“带”上的，它们是电子和质子生与俱来的属性，我们这样说，是因为在很早以前，那些伟大的探索者一时糊涂说了这样的话，而后来的人一直照搬不误。记住，不要再问为什么电子带负电荷而质子带正电荷，就好比你不能问为什么张三是男人而李四是女人一样。
电子和质子性质相反的事实决定了它们之间是彼此吸引的，电子就这样在引力的作用下围绕着原子核忙碌着。正是在这种情况下，电子和原子核保持引力均衡状态，这时候的原子是最适合、最完美和最稳定的。
不同的原子具有不同的性质和特点。用一本科普书上的话说，“质子数决定了原子的身份，电子数则决定了原子性情。”但是由于我们一般接触不到单个的原子，所以也就无法确切地感受到这一点。
我们人类认识事物的方式真是奇特，以致于当说到原子，尤其是意识到原子可能象大多数水果一样是个圆球的时候，我们会很自然地问：原子有皮吗？如果它没有皮或者壳的话，你怎么能知道它是那个样子？
原子当然——令人非常失望地——没有皮。我们知道，原子是由核外电子包裹着，而电子们则总是待在自己的轨道里，所以原子的外层边界只能是离原子核最远的那个轨道所在的位置。我们知道，同性相斥、异性相吸，由于电子们都有着相同的属性，所以不可避免地会互相排斥——这也是一种力。这样，当你坐在椅子上的时候，你实际上是“浮”在椅子的表面上，你的原子和椅子的原子并没有真正接触，它们的电子由于互相排斥而使你和下面的椅子保持着千万分之一毫米的距离。同样，当两个物体互相撞击时，它们并不是真正地撞在一起，而是核外电子们在很短的时间里猛烈地互相排斥。
本来原子就已经令人觉得不可思议地小了，但是原子核更小。小到什么程度？哎呀，正是因为太小，我们不太知道，但大致可以比划一下：如果你家里的空间是整个原子的话，原子核的位置和大小就相当于在你家的正中央放一只跳蚤。
原子是有分量的。不管它事实上有多小，好歹比什么也没有强——至少它还有那么一丁点儿东西。但是原子内部是那样空，以致于物理学家们最后得出结论说，原子的分量几乎全部集中在原子核上，原子的分量几乎就是原子核的分量。这是什么意思？一根缝衣针不是很重，因为它很细小。请想象一下，在微观上它却非常空洞和疏松——简直是令人吃惊地空荡荡。几十亿个铁原子手拉手组成了它，而原子们的内部绝大部分都是空的，原子核非常不起眼地位于原子的中央。在这种情况下，你简直无法想象它原本上是这个世界上为数不多的比较坚硬的物质之一（至少比手坚硬。如果你用手去“扎”它，你的手会流血，而它不会）。由于这根针的重量不是来自于这些占据了绝大部分空间的空洞，而是来自于隐藏在这些空洞深处的、当然是更加微小的原子核。按照这种结论，如果能够把原子核从原子里面用手扣出来，直接用这些核来制造一根缝衣针的话，可能谁也拿不动它，它的重量会超乎你的想象（另一种可能是，谁也无法想象）。
说到这里，我们离真正要讲解的主题已经很远了。科学家们是最不知道满足的人，按理说自从发现了原子内部的秘密之后，大家都可以松一口气，但是他们又把眼光放在比电子、质子和中子更小、更费眼的物质上了。为了这个，他们可以推迟结婚、取消蜜月，点灯熬夜更不在话下（当然为了争名份而吵吵闹闹甚至对簿公堂的事情也是有的，科学家毕竟也是普通人）。其结果是发现质子和中子还可以接着划分成更小的物质，它们都有奇怪的名字，想要记住都很困难，更不用说当初为它们起名字也必定费了不少心思。比如π介子、μ介子、超子、K介子、介子、中间矢量玻色子、超光速粒子、希格斯玻色子、重子等等，最重要的是，这远远不是全部。这就象你打开了一个盒子，发现里面还有一个盒子，这样不停地打开，里面总是有更小的盒子，再也没有比这更令人沮丧的事情了。为了不让大家精神崩溃，我们最好还是说点别的。就象美国前总统艾森豪威尔所说的那样：“我们已经揍死了这匹马，现在，让我们换一匹吧！”
作者：脸羞的红通通 回复日期：2009-02-03 00:55:01
Mark
作者：华夏娃娃鱼 回复日期：2009-2-3 1:04:22
…
此消息发自掌中天涯wap.tianya.cn
作者：我爱丝袜_2005 回复日期：2009-02-03 03:01:21
前面的理论都懂,麻烦楼主快点进入到正题去啊.
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 07:41:04
基础电学方面的内容比较长，主要是为了照顾十多岁的学弟学妹。大家将就将就吧啊？
作者：cczx001 回复日期：2009-02-03 08:35:08
关注中
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 18:09:59
1.3 导电之谜
到现在为止我们已经用了大量的篇幅来披露原子的内幕，希望人类不会因为好奇心的驱使前去参观而带来环保问题。说实在的，我们已经离题太远了，在这一节里，我想从另外一个角度重新探讨一下导体和绝缘体。
研究原子是单调和枯燥的工作，甚至有些无聊，所以我们通常把这项工作推给物理学家和化学家们，自己则跑去打麻将、喝茶、看电视、钓鱼或者到演唱会现场给歌星们助兴。我们不喜欢原子，但是却喜欢原子组成的大西瓜、大米饭、炸小黄花鱼、垃圾食品（我们大家心里跟明镜似的，却管不住自己的嘴）和汽车。看得出这绝对是一种细活儿，大自然是怎么做到的呢？
没有用来把原子们粘在一起的胶水，在原子一级的微观世界里是没有胶的。非常明显，同时也是非常关键的是，如果没有办法把原子们结合到一起，它们就只能象沙子一样什么也形成不了，永远都只能是一盘散沙。不过，作为也是由原子组成的你，既然能够有机会在这里探讨这个问题，说明大自然早就找到了解决的办法。
奥秘就在于要形成物质，原子们靠的是相互之间共用它们最外层轨道上的电子。在物质里，原子们密密麻麻地挤在一起，一个原子会有一个以上的邻居，而它的邻居们也一样拥有别的邻居。当共用发生的时候，每个原子外层的电子会定期到别的原子那里呆一会儿。这有点儿象两个无聊的邻居，今天你住我家，我住你家，明天再换回来，就这样不停地折腾，也不知道为什么。由于电子和原子核之间有引力作用，所以当电子在原子之间共用时，电子充当了原子之间的黏合剂。
在原子那里，它们之间的粘合剂是它们各自最外层的电子，具体方式就是电子共用。共用通常只发生在相邻的原子之间，但这也不可能是随随便便就可以的，对于“邻居”的数量和类型，这取决于原子自身的性质。在生活中，你也不是和所有人都能称兄道弟。俗话说“人以类聚、物以群分”，就是这个道理。
从大的、看得见的宏观层面上来说，物质分为两大类型。第一种类型的物质，它们的共同特点是由同一种原子结合而成。比如金、银、铜、铁、锡、铝和钠等等，它们都是分别由相应的金、银、铜、铁、锡、铝和钠原子组成的。从现在开始起，当你神气活现地把金戒指戴在手上的时候，别忘了正是因为有不可胜数的金原子愿意手拉手聚在一起，所以才形成了这种黄灿灿的东西。
第二种类型的物质其组成方式较第一种类型复杂，但在生活中更常见，包括所有的动植物、食品、纸张、化工原料等等，包括你自己躯体上的每一个组成部分。我们平时喝的水，它是无色透明的，也没有难闻的怪味儿（如果不是这样，而你又喝了它，随后所发生的一切我们称之为坏肚子）。但是你有可能不知道的是，这种你天生就离不开的东西却是由两种表面上看起来极不相干的元素组合而成的：氢和氧。氢和氧平时是气体，它们分别由氢原子和氧原子组成的。特别是氧气，你根本就离不开它，为了依靠它活命，你说话和唱歌的时候必须换换气儿，即使是在睡着的时候，你那令人不爽的鼾声表明它依旧在你的身体里进进出出。但是当氢气和氧气混合起来燃烧的时候，氢原子和氧原子就会通过共用电子形成水。再比如我们平时吃的盐，你简直想不到它居然是由两种极其危险的物质组成的，即钠和氯，所以食盐在化学上又称为氯化钠。钠是一种金属，呈银白色，可以导电。奇怪的是同样是金属，它却非常软，可以用小刀切成片。最麻烦的是它对于我们生活的环境非常恐惧（我们呼吸的空气中有21%是氧气，它很容易就能与钠打起来生成一块氧化钠的东西），所以只好将它放在煤油里——也只能呆在这里，要是你把它丢进水里，那可就太危险了，它会在水面上打转转，并“咝咝”地使劲儿叫唤——很象有种燃放之后会在地上打转转的那种烟花发出的声音——总之简直让人不知所措，如果更严重的话，还会爆炸，给你整整容。而氯气呢，则是有毒的气体，2004年发生在重庆市的氯气泄漏事件就证明了这一点。那次幸亏群众疏散及时，才没有造成重大损失。总之，如果你吃了一块钠，或者吸入了过量的氯气，通常的结局只能是伸腿瞪眼、四脚朝天、呜呼哀哉。有句话叫“吃饱了骂厨子”，但是你瞧，如果饭菜里不放盐，情况也好不到哪儿去。
原子之间通过共用电子来形成各种各样的物质并不是一件轻而易举、稀松平常的事儿。如果不是这样的话，你穿的衣服就会长在皮肤上，形成一种新的、更古怪的皮肤来；当你想从椅子上站起来的时候，你会发现椅子已经长在屁股上，成了你身体的一部分——总之，整个世界会慢慢地融合到一起，从而彻底变了个样儿。好在这种事情没有发生，我们据此也知道原子们的脾气着实古怪。不同的元素，其原子最外层的电子数不同，离原子核的远近也不同，这使得它们都有着各自不同的性格特征。它喜欢什么样的伙伴、能与它的伙伴结成哪种形式的关系，都是不同的。有时候，伙伴关系平平常常就形成了，有的时候则需要很高的温度，或者很高的气压。总之，它们是什么样，意味着它们想要那样，那样对它们来说最适宜。大自然既精密又严谨，当我把一只蚊子拍死在大腿上，然后用手捻成小泥灰之后，过不多久它们就又变成了其它不知道是什么东西里的原子，反正不再是蚊子腿和蚊子眼，
说到这里，哎呀，你看，我们又跑题了，这幸亏不是在开会。研究原子们到底是如何形成物质，这是化学家们的工作，而不是本书的。在这本书的读者当中，差不多每个人都在学生时代的化学课里学习过这些知识。所以我想现在又到了该换一匹马的时候了。
1897年，当汤姆逊（1856-1940）发现电子的时候，不知道他当时脑子里会想到什么。这可是个惊人的发现，说“惊人”一点也不为过，因为突然间，所有你能看见的东西，包括所有你能感觉到的东西，甚至你自己，居然都充满了电子，毫不夸张地说，完全是由电子构成的，因为原子里有很多电子，而所有东西都是由原子组成的。
我想汤姆逊不可能无动于衷（毕竟这个是伟大的发现），但也不大可能会突然变得惊惶失措。因为他当然清楚地知道，尽管有这么多的电子，但却根本不会要他的命。
正常情况下，电子不会无缘无故从原子里跑出来，因为原子是很稳定的。就算是你希望它跑出来，那也不是很容易，因为原子核会阻止它这么做。就象一位遛狗的人所说的，“你得把它牵牢了，不然的话，它就会挣脱链子出去咬人。”
我们知道，物质都是由原子之间通过共用最外层电子手拉手形成的。对于大多数物质来说，除非灾难降临，否则的话电子的共用总是只在相邻的原子之间进行。在这种情况下，电子从一个地方到另一个很远的地方去串门儿是非常困难的，这就是我们通常所说的绝缘体。
与绝缘体相反，在导体里，通常用于共用的电子都不太安份，在自己的岗位上呆一会儿就感到腻味得慌，于是就溜了号。如果别的地方正好有个职位空缺（当然是另一个不安份的家伙刚刚留下的），他就迫不及待地奔赴过去。在这些物质里，几乎充满了这样可耻的、不负责任的家伙，可以想象，这些物质里会乱成啥样。
在经典物理学里，外交官和交际花的真正名字叫自由电子。它们的存在，是导体能够导电的根本原因。换句话说，当你用墙上插座里的电子来推动导体里的自由电子朝着一个方向前进时，“导电”这个过程就发生了。
作者：自己打自己嘴巴 回复日期：2009-02-03 18:14:57
记号,收藏,学习
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 19:33:31
:)
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 20:15:42
1.4 电流、电压和电源
在金属导体里，当电子们象马路上的汽车一样，朝着同一个方向持续不断地前进时，就形成了所谓的“电流”。电流的速度很快，快到什么程度？哎呀，我想大家都已经听说过：每秒钟30万公里，和光速一样。如果从地球到月亮之间有一根电线的话，电流从一头到达另一头也就是一眨眼的工夫。看起来电子的运动速度还是蛮快的，能够迅速地从电线的一头跳到电线的另一头，不管它有多长。
不要犯傻，这可不是电子的移动速度。从这头到30万公里之外的另一头，电子的跳跃速度比孙悟空翻筋斗还快，这让人觉得很不可思议，更何况自由电子名义上很“自由”，但毕竟还受原子核的约束，而且它是在原子的丛林中前进，难免还要磕磕碰碰。
从中学的物理课本上我们知道，电子的移动速度其实很慢，一般每秒钟移动的距离不到1毫米，比毛毛虫和蜗牛都慢。但是，当导体两端的电子同时开始移动时（就象正在行军的士兵们），我们觉得好象电子真的在一瞬间从一头到达了另一头。
感觉到电流的速度是“一瞬间”，或者认为它快到不需要用“速度”来衡量，这只是我们人类的一种普遍的错觉，因为我们无法制造出一根长到让电流显得很慢的电线。如果真有一根象从地球到太阳之间的距离那么长的电线，那么当你在地球上接通电源，差不多要在8分钟之后，太阳那一端的灯泡才能亮起来。
电流不是自发形成的。一根随随便便扔在墙角的电线，它里面是不会有电流的，要形成电流，据我们所知，最简单的方法就是找一节电池、一个小灯泡以及一根电线并把它们按下图所示的那样连接起来。
图1.2
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 20:17:23
这是三种差不多人人都认识的东西，所以我就用不着在这里为大家讲解它们的用途了。按照图中所示，把小灯泡的一端用电线连到电池的负极，然后将它的另一端放在电池的正极上，小灯泡就会发光，除非你找的这三样东西都不是什么好东西。
除了这个实验之外我们还知道，所有的电器只有在接通墙上的插座之后才能工作。这意味着——而且看上去的确很象——电池或者发电厂里始终会制造电子，而且会源源不断地把这个造出来的电子送出去。在灯泡或者其它用电的东西那里，电子被吃掉、被消耗，也许是消失了，总之变成了光、热、使轮子旋转的动力，等等。
这是真的吗？
科学家们不喜欢这个答案。他们的评论肯定既干脆又发人深省：“胡说八道。”电不是凭空来的，在神仙那里，说声“变”就能得到原本不存在的宝贝，但那种境界你作梦都别想拥有。按物理学家们的话说，“物质是不灭的，既不会凭空产生，也不会凭空消失”。这并不是说，你可以在不高兴的时候把公司的财务报表给烧了。尽管烧完之后物质总量没有变——只不过化成了等量的灰和气体，但是你再也无法从灰和气体上看到这个季度公司挣了多少钱，就为这个，你的老板决不会原谅你。
最符合我们主观愿望的办法就是找一个大的瓶子，将大量的电子灌进去，然后用一根电线插到瓶子里，电线的另一头则通到千家万户。这有点儿象液化气站，在那里贮存了大量的液化气，当要做饭时，只需要一开阀门，液化气就来了。
真是个好主意，可是到哪里去找这么多电子呢？要知道，这可不是个小数目，而且，电子们可不是萤火虫儿，能够随随便便说逮就逮。这事儿从来没有人能办到，永远也办不成，“直到虾学会吹口哨，或者没有镜子能看到自己的耳朵。”①
——————————————————————————————
注① 这句话是前苏联领导人赫鲁晓夫说的。有一件事可以让你很快记住他：在二十世纪六十年代的第十五届联合国大会上，为了表示对发言者的不满，他竟脱下皮鞋“咚咚”地敲打面前的桌子。
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 20:18:34
电流有大有小，或者换种说法——有强有弱，取决于导体中有多少电子参与这种换窝行动。但是，如果没有我们通常所说的“发电”，它们也流动不起来。
说到“发电”的原理，我们以后还会在其它章节里讲到。现在可以借助于图1.3来说明一下它的实质。这是我们很熟悉的装置，用一节电池让灯泡发光。当这个装置开始工作，灯泡开始发光时，电池的作用就象是内部安了一个电泵，就象水泵一样，它促使整个线路中的电子象水流一样不停地循环流动。我们用图中的小白点来代表电子。
图1.3
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 20:21:42
很清楚，电子不是凭空产生的，而“发电”也不是劳动人民在制造电子，说到底，是让导体中原有的电子循环流动。有几种方法可以让电子们运动起来形成电流。第一种方法用于大型发电厂，比如大江大河上的水电站（这样的水电站还是很多的，比如三峡水电站、葛洲坝水电站、丹江口水电站，等等），在那些地方，工程师们想办法借助于水流的力量来驱赶电子们，让它们循环往复地流动，这种方法参与的电子多，电流也很强大。相比之下，我们平时所用的电池就属于无能之辈了。
在原子的层面上，我们知道，这段电线内部的原子是极大量的、数不清的。当“电泵”开始工作时，它的任务是从电线一边的原子那里夺走自由电子，并将它们送给电线另一边的原子们。这样，失去电子的原子很着急，而得到电子的原子也不会因为自己的电子多了而高兴，它们都急切地想要找回电子或者扔掉包袱而重新达到稳定状态。在这种情况下，用物理学家们的话说，“电压产生了。”
电压是一种吸引力，是由于失去电子和希望重新得到电子而引起的。这是比较抽象的概念，通常只有远离家门的游子和慈爱的父母才有可能理解。当然，也可以把它想象成一种压力，当把一桶水拎到高处时，它就具备了流动的可能性。
电压的存在是导致电流产生的原因。在上图中，由于整个电路是处处连通的（灯泡其实也只是一段能发光的导线），所以在“电泵”的作用下，电子们在整个电路中循环流动。一个原子被迫丢掉电子后，它马上又从别处得到电子，然后不断地重复这个过程，除非“电泵”停止工作。换句话说，除非电压不复存在。
象大型发电厂里的“电泵”一样，能够产生电压的装置称为电源。如果要严格一些来说的话，电源的作用是产生持续的电压和电流。如果你的视力没有问题的话，我认为你应当注意到“持续”二字，这是很重要的，否则当你在月黑风高的夜晚赶路时，你的手电筒只亮了一下就没有电了，而恰巧离你不远的前面有个大坑，到那个时候你再意识到“持续”二字的重要性，恐怕就来不及了。
另一种电源是电池。这是我们都很熟悉的东西，它和前面所讲的发电原理基本一样，但稍有不同。电池当然非常重要，它使得你可以在任何远离大型发电站的地方轻便地使用电能来提供照明、发动汽车引擎或者兴高采烈地接打手机或者听MP3音乐。同样，也正是因为有了它，一些摩托车才有机会放着震耳欲聋的音响，在城市里一路招摇，好不烦人。在中学的化学课里，电池的原理已经说得很清楚了。
为了不让那些复杂的化学方程式把本书和你的大脑搞乱，这些东西和本书已经没有关系了。最主要的是，电池无论如何也不能制造电子，它只是把电子从电池的一端搬到另一端而已。
根据我们从日常生活中得到的经验，电池有两个极：正极和负极。从第一次知道世界上有电池这样东西的时候，我们就被告知电从电池的正极出来，然后流回负极。有时候，我们也会接触到象“正电”或“负电”这样的概念和术语，但这并不是说电子有两种，就象人分为男人和女人一样，也存在着“男电子”和“女电子”。事实上不是这样的，造成这种误会完全是由于那些早期研究电学的先驱们没搞清楚。现在我们将错就错，不同的只是将这些术语赋予了另外的含义。通常，它们仅仅指电子流动的方向。
当然，能够产生电压和电流的东西很多，但不一定持久，所以用来作为电源可能不会很理想。比如在严寒的北方冬季里，你的身体经常会带上电，当你碰到门把手时候，会产生火花，并伴随着噼啪声，甚至会有一些轻微的疼痛感。从微观上来说，这同样是因为有些原子失去了电子而另一些原子得到了电子，如果你给它们机会，这些原子当然会迫不及待地重新达到稳定状态，并给你一点点疼痛，作为你把它们分开这么久的报答。
除了身上的静电之外，雷电也是电。当上下两块云层分别因为失去电子和得到电子而带上静电的时候，如果时机合适，放电过程就在隆隆的雷声中开始了。认识到天上的雷电也是电是最近几个世纪的事儿，要在过去，西方人认为它与上帝有关，认为它是上帝发怒的表现。在《上帝也疯狂》这部电影里，原始部落里的人们觉得这是上帝吃多了，肠胃不太舒服。而在国内，人们一直认为这件事儿是雷公干的。最近我刚刚看过一部电视连续剧《大染坊》，剧中有一首诗很有意思，名叫《闪电咏》，是这样写的：
天空突然一闪练，
莫非上帝想抽烟？
若非上帝想抽烟，
怎么又是一闪练！
1752年，美国人富兰克林（Benjamin Franklin，1706-1790）在他46岁的时候，冒着生命危险做了一个风筝实验。当乌云四合，电闪雷鸣的时候，天上的雷电被引下来产生了火花，与我们在生活中看到的电火花毫无二致。这激发了他的兴致，喊他的儿子拿一只火鸡来电电。谁知道火鸡还没拿来，他倒先被当场电晕了。这个实验证明了雷电和我们平时接触到的电的确是一回事，同时也证明了如果一个人不走运的话，就算没有病，也极有可能活不过46岁。用他自己的话说，“我原想电死一只火鸡，谁知道却差点电死一个傻瓜。”
相比之下，另一位俄国科学家利赫曼就没那么走运了。1753年7月，为了验证富兰克林的实验，他不幸被雷电击中，成为做雷电实验的第一个牺牲者。在这方面，雷电是不留情面的，它才不管你是谁，天王老子也不行，照样电你。传说清朝的嘉庆皇帝在承德避暑山庄休养时，有一日天气骤变，雷鸣电闪，寝宫遭到雷电袭击，嘉庆帝也当场成了历史上第一个被雷击而驾崩的皇帝（如果传说属实的话）。
到现在为止，我们已经见识了很多种类型的电源。通常，衡量一个电源的重要指标是它的电压，也就是它产生电的能力。不同的电源，它所的供的电压也不相同。世界上第一个电池是由意大利人伏特于1800年发明的，后来物理学界就用他的名字作为衡量电压大小的单位，简称“伏”，或者用大写的字母“V”来表示。
除了“伏”之外，其它的单位还有千伏（KV）、毫伏（mV）等等，它们的关系是：
1 KV = 1000 V
1 V = 1000 mV
我们平时所使用的电池，它的电压是1.5V，这种电压可以让手电筒里的小电珠正常发光，但对人体构不成危害（据我的一个同学说他曾经有一次用手捏着电池的两极睡觉，早上醒来后手感觉很麻木。是不是真的，还有待考证，不巧的是这个同学再也找不到了）。如果电压超过了36V（这个电压称为安全电压，如果比它低，则不会危害到人），你会觉得手臂发麻，有电击感，不过你仍能在众人面前装作若无其事的样子；如果电压达到220V，也就是我们家里所使用的电压，你除了会突然发出一声怪叫，并跳起一支有史以来最难看的舞蹈之外，决不会还有心情去考虑自己的姿势在别人看来是否还算得上优雅。当然，这并不是最高的电压。从大型发电厂出来的输电线路上通常会有几万伏、几十万伏甚至更高的电压，这样高的电压是致命的。光是2006年一年，我就从电视上看到过至少两例这样的惨剧，一个是因为盗割高压电线引起的；另一个则是因为站在高架桥上往下小便时，水柱碰到了桥下的高压电线。不管在哪种情况下，人都会被吸在上面，很难挣脱。人的生命是最宝贵的，希望每一年、每一天都不会再有这样的事情发生。
作者：zhangyanfanwo 回复日期：2009-02-03 20:29:56
写的比较经典！很有文学的天分。用词用的恰到好处，让人看了没有一种很累的感觉，我一口气把你写的关于电文章全部看完，感觉看的时候很轻松。
作者：sholber 回复日期：2009-02-03 22:35:58
谢谢捧场,明天接着连载。
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 16:04:44
当这版主没意思。发这文章，希望大家，特别是小朋友们，提提意见。意见在哪儿呢？这社区人气也太低了点儿。
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:09:03
1.5 电路
前面已经讲了电源、电压和电流，它们的存在给了人类最充分的理由去不断发明各种各样的新型电器。象电视机、随身听、电动剃须刀这类东西自不必说，令人感到意外的是居然还有象“太阳能手电筒”这样的电器发明（还有一些发明跟电无关，但同样足够荒唐，比如带脚踏板的轮椅、小狗的毛衣，等等）。在这些不胜枚举的电器当中，最简单的可能要算是电灯泡了。
电灯泡的发明用到了电子在导体中流动时的一个特点。前面已经说过，电子在导体中流动的时候并不那么顺畅，差不多是在原子的密林中磕磕碰碰。换句话说，导体实际上对它的流动具有阻碍作用。在电学中，影响电子们流动的这种特性叫电阻。
电阻的作用是让电子们的运动不那么顺畅。它不是导体独有的，通常情况下所有的物体都有电阻。一些电阻较小的物质，比如菜刀，被称为导体；而另一些电阻很大很大的物质，比如切菜用的砧板，被称为绝缘体。在正常情况下，电阻最小的物质是银（遗憾的是，它又是最昂贵的物质之一。真令人费解，大自然为什么非得要这样安排），至于电阻最大的，这就不好说了，如果非得说的话，我想从宇宙一头到另一头之间的这段空间，它所具有的电阻最大，你不这么认为吗？
从能量的角度来看，电子的流动是因为电源赋予了电子们能量。“能量”这种说法我们差不多每个人都听说过，但通常也只是停留在意会的层面上，因为谁也看不到它，更无法捉摸。但是能量却是无处不在的。你拿起这本书需要能量；当你看书的时候，同样需要能量维持眼球的转动。为了能在运动会上得到一个其实并不能用来喝水的金属杯子，运动员们通常要付出更多的能量。
关于能量的一个很重要、同时也是很有意思的特点是，它可以从一个物体传递给另一个物体，也可以从一种形式转化成另一种截然不同的形式。烈日当空、艳阳高照的时候，被太阳晒到的地方就会发热，这说明太阳能转变成了地球表面的热能。在地球表面，不同的区域所接收到的太阳能是不一样的，在温差的作用下，风就吹起来了。当大风刮起来的时候，它具有令人恐怖的能量，会将大树吹折、汽车掀翻，这叫做风能。风越大，它具有的能量越多。当它吹过防风林的时候，由于一部分能量会传递给树木，这种能量有可能将树木折断，但更通常的情况是使树木象喝醉了酒一样摇摇摆摆，因为失去了能量，所以风会变小——而这正是林业部门的人所希望的。如果风吹在风力发电机上，还能发出电来。也就是说，风能转变成了电能。其实也不用举太多例子，只需要看看你自己就明白了：只有当你吃得饱饱的之后，才会觉得浑身是劲儿，力气大得一听说得了大奖，无论多重的奖品都能一口气背回家去。这就是能量转换的最好证明。总之，用物理学上的说法就是“能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。”这叫做能量守恒定律，1847年由德国物理学家、生理学家赫尔姆霍茨（1821～1894）首先提出。
太阳能也可以转变成化学物质贮存在我们所吃的植物里，比如大米和水果蔬菜。这样我们在吃了它们之后才能有力气蹦蹦跳跳、说说笑笑、打打闹闹，但同时也助长了我们的歪风邪气，让我们有劲儿跟人吵架、在公共场合吐着烟圈儿，或者在大街上最显眼的位置啐上一口浓痰。说到这里，让我们以严肃的眼光审视一下我们所生活的这个世界：据统计，全世界75%以上的人口只能勉强吃饱饭，有近5亿人口严重营养不良。非洲大约有3000多万饥民濒临饿死的悲惨境地。5亿人口的非洲竟有1亿多人吃不饱肚子。截止到2007年8月，据国际粮食政策研究所发布的数据显示，亚洲仍有六亿人生活在贫穷线上，每天仅靠少于一美元过日子，占亚洲四十亿人口的百分之十五。因此我不得不说，从能量供应的角度上看，我们并不文明——或者没有我们自己想象的那样文明。我们甚至还不如蚂蚁的王国那样自由和富庶。
通过前面的介绍我们可以看出，能量是无处不在、变化多端的。当电源开始工作的时候，它把自己的能量源源不断地传给电子们，迫使它们带着能量——通常也是在能量的作用下——开始流动形成电流。
象大树从风中获得能量而摇摆一样，由于电阻的存在，电子们会在电线中释放出它们的一部分能量，使得组成电线的原子，尤其是它们的核外电子比平时格外活跃——以我们人类的视角来看——电线发热了。通常情况下这不会是个太大的问题，充其量只是一部分电能白白浪费掉了，而电线上的热量也会很快散发到空气中。但在另外一些极端的情况下，由于电压太高、电流太大，产生的热量不能及时散发，就会烧红电线，导致火灾。从另一个立场上来看，这也就是灯泡能够发光的工作原理。
一个灯泡、一段电线和一节电池，这几样东西装配在一起就能工作得很好，这称为电路①。不用说，要组成一个电路，有几样东西是必需的：电源、导线和依靠电工作的各种器件。如果不通过用电器直接用电线接通电源的两极，时间长了后果不堪设想，这叫做短路。想想你发明电源的目的是为什么？电子们象潮水一般地涌出来的时候当然是携带了能量的，这些能量要么传递给用电器，要么将电源烧坏、电线烧红——总之，当它们被逼着从电源里怒气冲冲地跑出来的时候，当然需要一个撒气儿的地方，除非赶快想办法将电路断开。
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注①：直观上来理解的话就是“电流或者电子们的通路”。的确，要想达到我们人类使用电的目的，应该给它们修建属于它们自己的道路。
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:11:50
不同的电路有不同的用途，而为了不同的用途也需要发明不同的电路。为了向别人展示你新发明的电路，你可能得跑到他们面前把这个电路重新连接一遍。这么干是非常不方便的，要想坐在家里就能让别人明白你是怎么干的这活儿，最好是拿一张纸把它画出来，就象前面的图1.2和图1.3那样，画好之后把它拿出来一展示就行了。要是拿到印刷机上一印，嘿，无论再多的人也能同时欣赏。当然，你画得越逼真越好，这样别人才能看得清楚明白。
今天，由于考虑到画实物图很费事，而且有些人在美术方面的能力也着实太糟糕，画什么不象什么，所以大家一致认为必须采用一些简单的符号来代表各种电路器件。一些比较简单的，比如电池、灯泡和电线，它们的实物图及其符号如图1.4所示。其中，电池的符号是两条线段，其中又细又长的那条代表正极，又粗又短的那条代表负极。要表示一根电线是最简单的，只需要画一根线条就可以了。
图1.4
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:13:10
有了这些符号之后，再来画图1.2那个电路就很省事儿了。如图1.5所示。
图1.5
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:14:35
电路复杂的时候，会经常遇到电线交叉的情况。如果它们并没有接通，就表示成1.6(a)那样；如果它们是连接在一起的，则表示成1.6(b)那样。
图1.6
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:16:46
这里有一个很好的例子说明了电线是如何交叉连接的，如图1.7。它表明了如何用一节电池让两只灯泡同时发光。右边是实物图，右边是它的电路图。
图1.7
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:18:26
电力是我们能得到的最好、最清洁的能源。当你用电的时候，它不会冒着烟、滴着水，或者因为它泄漏而中毒，这些情况通常只有在烧煤或燃油的时候才会出现。不过，电能从来都不曾充足到我们可以随意浪费的地步，更何况我们还得为它付钱。就算你不心疼钱，也不关心人类的前途和国家的命运，你也不能保证电不会危害你。当你触了电，或者因为用电不当发生了火灾，你不能指望通知几千公里之外的发电厂停工，这个时候最明智的作法是就近切断电流。总之，能够随意控制电流的通断是很重要的，而要做到这一点，我们需要另外一样东西——我想你已经知道了，是的，这就是开关。
开关这种东西人人都知道，而且种类繁多，家家都有。所有的开关都干一样的活儿，那就是将电路断开或者接通。咱们国家幅员辽阔，同一样东西，在每个地方可能叫法不一样。有一种东西，在东北叫“闭火”，但是出了山海关，再闭火、闭火地叫这种东西，大家就不知道是什么了。其实说白了，这就是开关。
为了表示一只开关，我们通常使用如图1.8所示的符号。
图1.8
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:19:52
而要用一只开关来控制两个灯泡的亮灭，它的电路图则应当是如图1.9所示的那样。
图1.9
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:21:05
电学是一门很有趣的学问，我也很愿意花更多的篇幅来讲它。但是非常遗憾，这是一本讲述计算机奥秘的书，大多数的读者正等着开始讨论真正和计算机有关的话题呢。所以让我们休息一下，活动活动，准备进入下一章。
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:24:26
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※第二章 用电来表示数
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作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:25:49
第二章 用电来表示数
终于能够结束那“神秘的电”，感觉很轻松，是吗？如果你是这样想的，我也可以告诉你，我和你有差不多同样的感受。为了这个值得干一杯。下面，我们换一个话题，来说点有意思的。
正如“计算机”这个名称所暗示的那样，最早人们发明它的目的只是为了摆脱繁重的计算任务。这通常不是指简单的计算，比如5+8×9，象这样的计算用笔和纸就能轻松应付，而且更方便。真正促使人类发明计算机的是那些富于挑战性的计算任务，它们的共同特点是机械、枯燥、缓慢而且容易出错，一个最简单的例子就是计算1×2×3×4×5×…×1000等于多少。如果没有计算机的帮助，这个计算过程可能会使你梦想成为数学家的憧憬在结果出来之前就烟消云散。
人类对计算机的渴望由来以久。用一句比较经典的话来说就是“发明自动计算工具是人类自古以来的梦想”①。不过在为什么非得要发明计算机的问题上，人们有不同的想法。数学家希望能用计算机迅速地得到1×2×3×4×5×…×1000的结果，因为这样他们才觉得离真理更近一些。与数学家不同，平常大众不太关心这些，他们认为研究这些问题和他们的关系不大，就象我一个朋友常说的那样：净整些没用的。尽管他们也希望能用上计算机，但通常只是为了解决一些现实的问题。在这方面，一个典型的场景就是做买卖。当顾客上门买货的时候，买了几样东西，各买了多少，单价是多少，加起来一共是多少钱，靠手工计算既不方便，也容易出错。更要命的是，这一样一样地手工加本来就慢，上门的人一多真能把人急出一身臭汗。
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注①：我想，几乎每一个作者在讲述计算机发展史的时候，都会不由自主地产生要引用这句话的冲动。这的确挺有意思。
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:27:11
世界上最早的计算机是中国的算盘，据说在秦汉的时候就已有之。千百年来，算盘是咱们国家主要的计算工具，既轻巧，又实用，是一种“价格低廉、绝无故障、节约能源，十年中无需任何保养也用不着更换零件”的好东西②。这玩意儿虽然简单，可是你也许想不到20世纪60年代搞两弹一星的时候它还派上过大用场，不服不行。当然，在这千百年里，外国人也没闲着，凭着他们同样聪明的头脑和喜欢钻研的劲头儿，研究呀、制作呀，一代人接着一代人不停地忙乎，其结果是发明了一个又一个的计算机器（也真是难为他们，大多数都搞砸了）。
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注②：在美国作家谢尔顿的小说《假如明天来临》里，骗子杰夫就是这样兜售他的袖珍计算机的。不过他说的是实话，只是人们并不知道他所卖的计算机竟然是东方人算数用的算盘。顺便说一下，中国乃至世界上最大的算盘收藏在天津历史博物馆内。它制造于清朝末年，是按当时天津达仁堂药店的柜台设计的，长306公分，宽26公分，共有117档。药店的营业繁忙时，五六个店员可同时在这个大算盘上算账。
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 19:29:52
包括算盘在内，二十世纪以前的计算机都是纯机械的，要让它为我们计算点什么，非得用手摇、用脚蹬，在这一点上很象自行车。比较走运的是，到了二十世纪，也就是几十年前，我们不但用上了电灯和其它各种各样的电器，还发明了只要一停电就准得完蛋的电子计算机（这还不算，连人也跟着抓狂）。
我们知道，从最早的时候，人们想发明计算机的目的仅仅是用来进行数学计算。即使是几十年前，当世界上第一台电子计算机出现的时候，研制它的目的依然是数学计算，这一点没有改变。说到这里，哎呀，大家可能觉得这与现实情况有些出入，你看看，现代的计算机其功能之多令人眼花缭乱。这种奇怪的电器到底能干多少事儿，恐怕谁也说不清楚。它既能上网又可以写文章排版打印。闲来无事的时候，也可以听音乐、看大片或者玩游戏，画面还非常逼真漂亮。象我的同事周世峰，就连牙痛这样的事情也要先上网去查查。但是所有这一切看不出与数学运算有什么必然联系。
这种看法并不正确。在任何一台现代计算机内部，数学运算仍是最重要的组成部分之一，而且是非常基础的组成部分。当然，你可能不太理解。遗憾的是我也无法用三言两语就能和你说清楚，好在当你端起这本书时，对这个问题的解释已经悄悄开始了，现在唯一需要的仅仅是你要有继续读下去的耐心和兴趣。
要进行数学计算，首先要解决的问题是如何将参与计算的数送进计算机里去。在机械计算机的时代，人们一般是通过将一些精心制作的零件（比如算盘珠子）移动到合适的位置上来做到这一点的。但是，对于现代的电子计算机来说，情况则完全不同。它不是电动的，就象用电动机代替手摇脚踏，或者用电动机代替驴来推磨那样。相反，它从里到外都是电气化的，用电来表示数字，用电进行计算。听起来有些迷糊，不过不用担心，下面就要来说说这事儿是怎么发生的。
通常，数学运算功能被构造成一个独立的部件。这个部件就象一个盒子，它从外面接受一些数，经过计算之后，再把结果送出来。
制造一个包括所有数学运算功能的部件固然很好，但这对刚刚翻开本书第一章的你来说显然是不切合实际的。最明智的做法是先制作一个小的、能完成某个简单运算的部件。当这个部件制作完成后，根据需要再进行扩充。看起来加法运算非常简单，那么我们就从制造一个加法运算部件开始吧。
一个加法运算部件如图2.1所示。因为加法运算需要一个加数和一个被加数，所以这个加法运算部件提供了a、b两个输入端，好让它知道要算的数是什么（这是理所当然的，这台机器必须由我们随心所欲地决定计算什么。如果它只能计算2+2=4的话——哎呀，我们为什么要制造它？这太无聊了！）；当这个加法运算部件完成计算后，它把结果从o端送出来。
图2.1
作者：sholber 回复日期：2009-02-04 20:29:45
周世峰来了没有？没有你的事儿，别瞎掺和。
作者：lordaron 回复日期：2009-02-04 21:01:16
等待楼主更新哈~太棒了...语言通俗易懂.让人看的不累.
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 08:04:04
由于刚刚学习了电学知识，这个运算部件理所当然地必须是一个电器部件。所以现在到了发挥你想象力的时候了：你认为应该怎样通过a和b将数据送到这个部件里去？
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:03:16
2.1 电和数字
要将数据通过图2.1的a、b端送到运算部件里去，最自然的想法就是将不同的数表示成不同的电压。
这个想法真是太、太、太妙、太、太、太完美了！不是吗，如果我要算20+15的话，我可以在a端加上20V的电压而在b端加上15V的电压，当运算完成后，o端就会有35V的电压——这正是我们所要的结果。
遗憾的是这种美好的愿望会因为一个无奈的事实而注定无法成为现实。好的设计通常都需要反复推敲，而不是靠拍脑袋产生的灵光一现。在上面的设计中，当参与运算的数都很小时，它当然可以工作得很好，可是当数变得很大时（这是最常见的情况），情况开始变得有些微妙，比如计算99768332+112211，这意味着你得生成9000多万伏的高压。
这不是说人类无法得到这样高的电压，事实上这很容易，但是这个运算部件未必能够承受住这样的高压而不被烧毁。就算我们真能制造出这样的机器，恐怕谁也不敢靠近它，更不要说把它买回去放在家里，让几百米之外的邻居怀着恐怖的心情聆听到它“滋滋”的叫声。这样的计算机最好还是放在一般人到不了的地方，并在醒目的位置上贴个“内有高压，请勿靠近”的标签。
如果这还能容忍的话，那么制造这样一台运算部件真正无法逾越的困难是表示象11.00156这样的小数。通常，一个电路只能工作在近似精确的状态，因为有很多不可预知的因素会对它产生干扰。除了电路本身要消耗电能之外，象温度变化、组成电路的零件偶尔感冒拉肚子这样的情况也会在不适当的时候跳出来和你作对，它们都能导致整个电路的状态产生一些微小的改变。这意味着当你计算20+15的时候，尽管你从a和b送进去的是精确的20V和15V电压，从o端输出的也不可能正好是35V，可能会比它高，也可能比它低，比如34.95V。具体会是多少伏，取决于具体的情况，但总地说来这并不算是什么大事儿，因为我们知道自己计算的是整数，尽管不太准确，34.95V这个结果是我们可以接受的。
现在，你是否还会指望这个运算部件能帮助你计算象11.00156这样的小数吗？你应当明白，将电压精确地调整到这个数值是非常麻烦的，而最要命的是这个运算部件根本无法保证它不会变化。如果正在进行的是金融计算，这个误差够你喝一壶的。总之，我们得换一个考虑问题的思路。
经过一段时间的思考，你可能会想到另一个办法来解决这个问题。前面的方案之所以行不通，是因为仅仅只用一根导线是不可能表示所有数的。但同时你也会发现，无论一个数有多大，它总是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9的不同组合。比如125是1、2和5的组合；93850是9、3、8、5和0的组合，等等。有了这个发现之后，我们不再使用单独的一根导线，而是使用多根导线来表示一个数，其中每根导线都对应着这个数中的一位，就象图2.2所示的那样：
图2.2
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:07:43
这个修改是相当成功的。在图2.2中，用了5根导线分别来代表93850这个数的每一位，按从上到下的顺序。在具体应用的时候，按这个数每一位的数值为各个导线分配相应的电压。它最大的特点就是不再使用令人畏惧的高电压，取而代之的是从0v到9v的九种低电压。如果觉得以伏为单位还是太高，有点浪费的话，你也可以使用更小的电压，比如毫伏（mV）来代替，完全不影响效果。
图2.2
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:09:26
尽管表示象25这样的两位数只需要两根导线就足够了，但是这个世界并非只为两位数而存在。为了表示尽可能多的数，使用尽可能多的导线是必要的。比如图2.3就是一个例子。它是对图2.1按新的方案进行修改而来的。在这个例子中，数据输入端a、b已经被分别扩充为5根导线。当然，用这5根导线可以表示的数最大为99999，并不算大。如果需要，可以使用更多的导线，完全可以随你的便。
到目前为止一切都好，唯一的缺憾是没有说明它如何表示一个小数。这其实算不上是一个大问题，要表示一个小数，有多种办法可供选择。最简单、最省事儿的办法就是把5根输入导线分成两个部分，分别代表整数部分和小数部分，象图2.4这样：
图2.4
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:11:26
划分的方法可以随意，比如象上图那样划分成3位整数部分2位小数部分，或者4位整数部分1位小数部分，等等，关键在于你的实际想法。
这个方案能保证数据的精确度吗？答案是完全可以。现在，不管一个数有多大，也不管它是不是带有小数部分，它的每一位都对应着一根导线。这个改进非常重要，通过将一个数的每一位分开，这是保证一个数据在传送和处理过程中不会发生变化的第一个重要举措。
第二条措施也同样重要。由于每一位可以是0到9中的任何一个数字，所以它意味着应当为每根导线准备十种电压（比如从0V到9V）中的某一个。要知道电压可能不会十分精确，比如我们要的是7V，它可能只有6.9V，或者6.8V。为了能在这种情况下区分每一个数字，我们不能对电压要求太精确。比如，因为在我们现在的方案里，每个数所代表的电压，它们的间隔是1V，所以可以规定如果电压在6.5V——7.49V之间，则认为它等于7V；如果电压在7.5V——8.49V之间，则认为它等于8V，等等。这样就很好地解决了这个问题，除非发生了比较大的电路故障（被家里有小孩儿拆个稀巴烂不算在内，但还是要引起足够的重视，因为经验教训往往需要付出一定的代价：生气、悔恨、咆哮、跺脚和咬牙切齿）。
注意，小数部分的精度和电压的精度无关。因为这仅仅是一个你认为小数数位是哪几根导线的问题，而每根导线上数的精度已经不是问题了。
万事俱备，只欠东风。这个用电来表示数的方案无论从哪个方面看都是无懈可击的，所以下一步的工作就是如何具体实现这个运算部件。换句话说，亲自动手来制造这个运算部件。
因为这个方案是你自己想出来的，所以你准备大干一场。“用它来计算加减乘除？谁会这么傻？简直是自讨苦吃。但是我还是想把它做出来，”你暗暗地想，“至少它让我觉得有成就感。我对电学还是有一些了解的，瞧好吧！”
在美美地睡了一觉之后，你迫不及待地坐到桌子前开始着手实现你的伟大计划，但这时你才发现原来你根本没有头绪。这有点儿象一个和父母赌气的孩子，在离家出走后才发现自己根本不知道应该去哪儿。只见你一会儿苦思冥想，一会儿快速地在纸上画着什么，但是渐渐地，谁都可以明显地看出你开始有些烦燥，家人招呼你吃饭你也懒得答应，满地都是纸团儿，纸篓的大部分是空的，仅有的几个还是你最开始扔的。
一天、两天、三天，一个多星期过去了，你依然没有任何进展。你刚开始着手这项工作的时候还吹着口哨，但现在已经被越来越长的叹气声所取代。最终，你决定去请教本地的一位电子技术专家，毕竟在这个领域里面他们是最有发言权的。
“年轻人，”专家在听完你的讲述，认真思考了一会儿后说，“从理论上来说，你的方案是可以实现的，但是它非常复杂，凭你现有的条件也许根本做不出来。你完全可以采用更好的办法，而且只用很普通的材料就可以手工实现。”
临走的时候专家送给你一本有关二进制的书。“请认真阅读，细细体会，从现在开始，你的生活里将只有0和1。”
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:13:35
zhangchaonash仁兄台鉴：
兄弟我好不容易学会了在网上发帖子，你就来做广告，这也太不仁义了吧？你是成心的是对吧？老子我整死你信不？
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:17:39
2.2 二进制
神农架位于湖北省西部靠近四川的位置，那里以神秘的原始森林著称，据说还有野人。但是野人到底是什么样子，谁也没有真正见过。
2080年的一天，我在互联网上看到了一则报道，说是在神农架真的发现了野人的部落。这个消息不胫而走，轰动一时，从那以后到神农架的人络绎不绝，为的都是一睹野人风采。受好奇心的驱使，同时也因为那里离我的老家不远，我决定约我北京的朋友董宇和我一起前往神农架探个究竟。
正如网上所报道的，神农架里真的有野人部落存在。令人遗憾的是，由于这里每天都有数不清的旅游者，受他们的影响，我们已经看不到他们的原始生活状态了。
“感谢你们，”一个叫张三的“野人”对我们说，“在你们的帮助下，我们已经学会了外面的语言。但是有一个问题让我非常烦恼，你们俩能帮帮我吗？”
我们当然愿意为他提供帮助。在张三说明情况之后，我们才明白是怎么回事儿。原来他们尽管学会了汉语，但是对于计数一窍不通。
“我们现在是这样计数的，”张三说，“邻居李四前天来向我借米，我借给他了，帐在这里。”说着他从一堆绳子里拿出一根来，指着上面的疙瘩，又拿起一只碗向我们晃了晃。
“他们是在用绳结计数，”董宇解释说，“绳子上打了5个结，他的意思是李四借了他5碗米。当然，如果米还了，他会把这些结解开。我认为我们应该帮帮他们，否则再这样下去，他就不用再呆在这里，而是到武汉这样的大城市开绳子铺了。”
帮助人的确能够令人感到快乐，既然我们有能力做到这些，同时又能融入他们中间，那何乐而不为呢！
“野人”们的悟性真好啊，我只花了很少的时间就让他们明白了0和1。我在地上画一个圆圈，对他们说它的意思是“什么也没有”；然后又画一竖，说它代表的是一碗米。
这是一个非常好的开端，按照我的想法，用不了多久，“野人”们就能学会我们的计数方法。可是当我指着两碗米，在地上画了个“2”的时候，他们不干了。他们七嘴八舌，说是照这样下去，他们将不得不记住比碗里面的米粒还要多的符号。
“用不了那么多，你们只需要记住很少的几个就行了。”我对他们说道。同时挥挥手企图让他们平静下来，但根本无济于事。这时董宇将我拉到一边，对我说：“你不要这样，这没有用。他们根本不会听你的，他们都是刚刚从蒙昧中走出来的人。他们不是已经知道0和1了吗？那么你就用这两样东西帮他们吧，我认为这应该是行得通的。”
这的确是行得通的。在经过充分准备之后，第二天我又满怀信心地来到他们中间。
“画一个圈，这代表什么也没有。这个数发‘零’音。”我说。然后我又拿出一碗米，同时在地上画了一条竖线：“这个叫做‘幺’，你们也照我的发音念一遍吧！”其实我知道这些知识他们昨天就懂了。
随后我又拿出一碗米，指着两碗米对他们说：“现在已经比‘幺’碗米多了，按理说应该使用一个新的符号来表示，但是你们不干。既然如此，我们就用一竖和一个圈来代表吧，这个读作‘幺零’，如果再多一碗，就画两条竖，读作‘幺幺’……”。
整整一天，我都在竭尽全力地使他们明白这种计数方法，最要命的是根本不能按照我们平时的概念去向他们解释这一切，这让我感到非常费劲儿。为了能说得明白，我把这一天教给他们的内容都画在图2.5上了。
图2.5
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:33:38
今天朋友看了我写的这些，觉得没啥意思，没有网络语言，吸引不了读者。鄙人闻言甚是灰心。不知道我那朋友周世峰狗人是不是在线，羞煞人也！
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:50:11
本来我以为他们需要一段时间才能消化我所教的内容，所以第二天我没有找他们，并准备到大九湖游玩一番。出乎我意料的是还没等出门，“野人”张三就大清早来找我们，说是他们所有的人已经学会了这种计数方法。
“文明人，”他说，“我，以及所有的人，都向你表示感谢，我们已经掌握了这门学问的一些规律。”
“是吗？你倒给我讲讲。”我很不以为然地说道，心想这些人真是不知天高地厚。
“其实我也讲不出什么道理来，”他说，“这门学问的关键之处在于用你所教的两个符号来组合数的时候，相互之间不能重复，而且需要遵照一定的顺序和规则。”
“那么这是几棵树？”我指着面前的几棵树问道。要知道，在神农架这个地方，唯一极大丰富的就是树了。
图2.6
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:51:55
他认真地数了数，然后说：“哦，那是幺零零零棵树。这很容易，要知道，昨晚我们已经统计出整个部落里的人数是幺幺零零零幺零幺幺。”
“真是超现实主义！”我惊讶地说，并肃然起敬：“在我们那里，这叫做二进制，是非常难懂的概念。你们是我所见过的最聪明的人！”
张三有些不好意思，他不停地说些感激的话，并告诉我说邻居李四已经将借他的幺零幺碗米还了。
从神农架回来后我深有感触，并开始在某些层面上重新思考计数的问题。我发现二进制也是一种很好的数制，尽管我们通常觉得它很不直观而且难以使用，这主要是由于我们在生活中并不使用它，或者更准确地说，大人和老师们并没有让我们从小就接触它、习惯它。二进制很不直观，对于象1001111001这样一个二进制数，无论你多看它几眼，除了一脸茫然之外，肯定不会有心领神会的直观感受。但是当你看到十进制数时，比如1949，只需要简单地瞥一眼，你立即会知道这个数既不大，也不是特别小，快接近两千了。而且还会产生一大堆有关这个数联想，会想到这个数如果是一个年份的话，它正好是中华人民共和国成立的那一年。
说到这里我想起一件有趣的事儿。有一次好友周世峰和张勇约我星期天出去喝酒，这次聚餐本来很好，可是当他们在饭店里坐定并点完酒菜之后却接到我有可能去得很晚的电话。当他们得知我要晚去50分钟的理由竟是要办一些鸡毛蒜皮的“紧急事务”时，周世峰那厮气得几乎冒烟。也亏得通信技术如此发达，我都能从压抑的声调里听出他是如何极力克制自己愤怒的情绪。他的情绪之所以变得如此恶劣，是因为“50”这个数字是他熟悉的，当我告诉他这个数时，他的大脑会以极短的时间判断出这是否合乎常理。但如果我告诉他的是晚来幺幺零零幺零分钟，他就不会这么快生气了（是的，到现在我都后悔为什么当时不这样告诉他）。注意，大脑差不多也是机器，当这个机器接收到它不熟悉的数据时，它就不能按正常的方式工作了。数制如此，人类的语言也是这样，我始终觉得汉语很好听，甚至可以说是世界上最好听的发音。当我听其他国家的语言时，我觉得他们的发音特别奇怪，甚至有点好笑。但是我也知道，既然我都能够这样想，其他国家的人听到我们的汉语时又会怎样想呢？
二进制是一种独立的数制，尽管我们通常借鉴十进制的两个符号“0”和“1”来表示它，但这不是必须的。换句话说，如果我们要用二进制数来表示世界最高峰——珠穆朗玛峰的高度8844米（精确的数值是8844.43米，由国家权威部门经实测后公布于2005年10月9日），我们可以表示成：
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 21:53:03
不用你说，这当然是非常笨拙和可笑的。如果想要简单一点，下面的符号也是可行的：
│○○○│○│○○○││○○
但是，正如你所看到的，这些表示方法远没有“10001010001100”这样的表示方法来得方便。
作者：沙漠枯鱼 回复日期：2009-02-05 22:23:24
呵呵，很长很努力，我喜欢
楼主继续哦，
作者：东瀛鲨鱼 回复日期：2009-02-05 22:34:47
哇塞 你太有才了
一个字 好
两个字 很好
三个字 非常好
四个字 相当的好
要是初中或高中的时候能够看到这个，我也不至于看到物理就头疼
高人 待续中吧
期待
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 22:54:38
2.4 比特
十进制的历史非常悠久，作为一种简洁的计数方法，它就象感冒一样，很快通过贸易和战争传到西方，并经由他们传遍了整个世界。相比之下，二进制的发明则出现得非常晚，时间是19世纪，以后我们还要详细说说这事儿。因为机器不象人类的大脑那样复杂和灵活，要控制它们，简单才是最有效的。
在平时的工作中，即使是资深的程序员也不一定经常与二进制打交道，但是从方便的角度，记住一些常见的二进制数还是很有必要的，否则会让某些人觉得你不是那么“专业”。比如（用十进制的话来说）1到15、255、65535等。
十进制数具有不同的数位，分别是个位、十位、百位、千位，等等，但是在二进制里通常不需要这样细致的划分，因为二进制数一般都很长，为一个只在技术领域里有限使用的数制创造太多的规则实在没有太大必要，也很麻烦。对于单个的二进制数位，它们都只有一个称呼“比特”，每个比特具有两个可能的值：0或者1。
图2.15
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 23:04:35
最早，二进制中的每一位在英语里被表示成Binary digit，意思是“二进制数位”，或者“二进制数字”。但是很快人们就看清了，Binary digit这个术语将随着计算机技术的快速发展而越来越多地被人们使用。这使得有个具有远见而且好事的统计学家图凯希望为它起一个更加短小的名称以方便交谈和书写。Tukey扮演着二十世纪中期统计学发展的关键人物，他生于1915年，是家里的独子，从小在家接受教育直到后来进入大学研读数学和化学，一生成就非凡且荣获很多奖项。他一开始想到的是bigit和binit，但最终他选择使用bit这个单词，并由于它的短小和亲和性而广为接受。这还不算，一些更懒惰的聪明人干脆直接将它写作“b”而不是“bit”。当它传入中国的时候，它被依照发音翻译成“比特”。图2.15中的二进制数共有7位，可以记作7比特、7bit或者7b，具体怎么写随你的便。
“比特”是计算机专业里使用得比较多的术语之一，差不多在每本专业书籍里都有可能重复出现。相比之下，它的长辈“二进制”这个术语则用得越来越少。
关于二进制我们最后想说的是它的小数表示方法。象十进制一样，二进制也是可以表示小数的。如果不是这样的话，现在的计算机也许只有在梦中才会出现。毕竟，小数是很常见的，即使是到菜市场买菜，菜钱也通常都是有零有整的。你要是好好说，这零头就抹了，要是你唧唧歪歪的，这菜估计就买不成了。
二进制小数在写法上与十进制没有什么区别，都是在整数部分和小数部分之间写一个圆点，象这样：
11011001.101011
要将二进制小数转换成十进制，或者把十进制转换成二进制，整数部分和小数部分都要分开进行，然后分别写在小数点的左边和右边。具体如何进行已经超出了本书的话题范围。“学计算机还要熟悉如何把一个十进制数换算成二进制？”经常有人如此质疑，语气还很严厉。不过他们的话也不是没有道理。即使是不知道如何在这两种数制之间进行换算，也不影响你继续往下阅读本书。当然，如果你对此有兴趣，希望搞清楚它们之间换算的方法，可以参阅附录Ⅰ。要是你不介意，这一章的内容就到此为止。
作者：sholber 回复日期：2009-02-05 23:07:52
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※第三章 开关和二进制
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作者：hellopoppet 回复日期：2009-02-05 23:38:00
看了两天，看到这了
电脑版有这样的好帖不容易啊
留个记号
作者：脸羞的红通通 回复日期：2009-02-06 00:16:51
LZ是写这篇文章的人?很疑惑,看文章内容和LZ的回帖,差别太大.
作者：白屹 回复日期：2009-02-06 00:40:09
夜阑静，心绪不宁，苦思不解，忽恍然大悟。
今，兄之大作跃然于网上，弟至今尚未拜读，故心不静。
净手，焚香，心怀惴惴往天涯，阅之，泣之，神往之，不忍释卷。
兄文采斐然，见解独到，学识宽广仿若浩渺银汉，字字如黄钟大吕直扣吾心。
忆往昔，残羹冷炙待兄，冷嘲热讽兄之高作，到而今，弟实汗颜。
兄乃大才，谈笑直面千夫所指，亦不因此与弟生狭。
其人如书，其书似人，弟深知兄著此奇书不图名利，但求一快尔。有心栽花不成，无心插柳成荫，兄既付心血于纸上，盼兄持之以恒，切勿虎头蛇尾，实为天下之幸。
弟遥祝兄身体康健，泛笑于心，待他日兄之大作付梓后，与兄高台聚首，把酒言欢，岂不快哉。
弟世峰顿首
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 00:59:49
我就说不该把这件事（把书的内容贴在天涯上）告诉周世峰，这不，很快就来捣乱了，还整一篇小文。不过这厮以前只看过前言部分，正文还真没有给他看过。惹大家见笑了。
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致 脸羞的红通通：
兄台教训得是，我这个人，与世无争，喜欢闲云野鹤，看上去挺斯文，实则“斯文败类”（反正有人是这么说的）。在电脑版块口出不雅之词，有失体面。得罪了。改是很难了，性格使然，但是鄙人一定会多加注意。
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 01:01:31
脸羞的红通通：
我注意到自本文张贴以来，你一直在关注，在此表示感谢。
作者：蓝天白云下的猪 回复日期：2009-02-06 03:17:24
还想看~~~~~
作者：一寸山河_一寸血 回复日期：2009-02-06 09:52:06
乖乖，瞬间红脸，电脑版冷清了好几年，本贴一开，斑斑们像打了鸡血似的。。。。。。
作者：feng动我心 回复日期：2009-02-06 11:15:50
哥，我来了，不过没太看懂怎么穿越迷雾的 (ˇˍˇ）
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 17:16:33
原来葛妹妹也来了，真是稀客啊。久闻女性不适合搞科学，审之果然。
作者：lordaron 回复日期：2009-02-06 17:17:58
更新的好慢啊...急死我了~~~
作者：brsnotregister 回复日期：2009-02-06 17:23:48
等待下一张吧.
作者：brsnotregister 回复日期：2009-02-06 17:28:16
刚回来, 抽空上来看看.
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 18:26:14
大家如此抬爱，让我十分感动，同时也是非常地高兴。谢谢大家。
此时此刻我刚回到家。今天整了一天的节目，累得不行。等一会我把第三章整理整理，发上来，请大家斧正。
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:23:47
第三章 开关与二进制
自从学会了二进制之后，你的运算部件制造计划又开始缓慢地向前推进。当然，在这个过程中首要的问题还是解决如何方便地用电来表示具体的数。
由于电子专家的权威性，更由于你是个聪明人，在那次和专家分别的时候你已经读懂了他的潜台词：自行其是只会给自己带来烦恼，使用二进制应该是个明智的选择。所以，尽管眼下你还有些摸不着头脑，不知道二进制会给你的运算部件制造计划带来什么，但是这总比没有任何现成的思路强。很快，你终于有了一些头绪。
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:25:28
3.1 二进制仙境
你发现因为二进制数只有0和1两个符号，所以马上想到这可以用开关来实现：当开关断开时，电流被切断，这代表0；当开关接通时，电路中有电流通过，这代表1，如图3.1所示：
图3.1
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:26:50
另外一种可行的方案则与此相反，用开关断开表示1，而开关接通表示0。但是对大多数人（包括我自己）来说，这会有些别扭，不太容易接受，毕竟我们已经习惯了把“没有”看成是0，所以我们不使用这种方案，尽管我们已经说过，它实际上是可行的。
因为在大多数情况下一个真正的二进制数不仅仅只有一个0或者一个1，它可能包含了很多比特，是一连串的0或1，所以要表示一个真正的二进制数，比如101（也就是十进制的5），需要一排开关，每一个开关对应一个比特：
图3.2
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:28:47
这个创意非常新颖，也非常重要，所以我们应该立即将它应用到我们正在努力建造的运算部件中，如图3.3所示。尽管刚看到这幅图时很多人会出现精神恍惚的症状，但是我相信只要稍做解释大家不用吃药就能很快得到缓解，并能非常明白这个图的意思。
图中的灰色方框通常代表一个具有某种功能的电路，在这里它代表的是我们一直努力想要建造的运算部件。之所以这样做，是因为我们正在讨论如何用开关来表示数，这是我们当前关注的焦点。况且，哎呀，现在还不知道它的内部到底如何构造，用一个方框来代表真是最好不过了。
这个运算部件的左边和下面各有5个开关，分别用于输入两个参与运算的二进制数，这意味着它们都是5比特的。就象前面已经讲过的那样，要表示一个二进制数，只需要接通或者断开它们中的一个或多个。那么为什么在这里非得是两个5比特二进制数呢？这没有什么特别的原因，唯一的原因是我这会儿挺高兴，一高兴就用了这么多。如果我不高兴，也许我会用6个、8个甚至更多比特的二进制数。一句话，这只是一个例子。
图3.3
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:30:37
这幅图充分表明了二进制数之所以在电的世界里受到欢迎的原因，我相信你对它也是非常欢迎的。要在以前，你必须制作一大堆电路，为的是生成不同的电压，这还不算，为了知道生成的电压够不够数，你还得拿着电压表一遍一遍地挨个儿测量，而获得这点成就感所付出的却是满头大汗和筋疲力尽。但是现在，你只需要准备一个合适的电源和为数不多的开关就足够了。至于精度，在这里有电表示1，没有电表示零，使用多大的电压都无所谓，只要不会烧坏零件或者电着自己，你认为在这里精度会是个问题吗？
除此之外，还有更令人感到振奋的。在前面的设计过程中，由于忙着解决如何将数送到运算部件里去，我们还没有认真研究过另外一个同样很重要的问题，那就是当运算结果出来之后我们怎样知道它是不是正确，是否是我们真正想要的。现在，由于采用了二进制，这个问题也迎刃而解了。方法出奇地简单，因为运算部件是以二进制的方式工作，它送出来的运算结果自然也是用一排导线表示的二进制数。这样，我们可以把小灯泡接在每一根输出上（让它费点儿电，毕竟人们常说只有付出才能得到回报），以此来显示这些输出的比特到底是0还是1（如图3.4）。
图3.4
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:33:07
这个办法真好，而且特别有意思，它使得结果能以可视的形式直接被我们用眼睛观察到。当某根导线上没有电时，与它相连的灯泡不亮，代表这一比特是0；当灯泡亮时，表明这一比特是1。如果依次记下这些比特并将其换算成十进制，我们就能知道结果到底是几，这真是再好不过了。
看起来二进制与电学还真有着不解之缘，好象它是专门为发明电子计算机而量身定做的。
遗憾的是这两者之间原本就毫无关联。二进制创建的时间大约在1672—1676年，发明它的是德国人莱布尼茨。莱布尼茨是伟大的哲学家和数学家，他不但是数理逻辑的开创者，还是和牛顿齐名的数学家，他们俩相互独立地创建了微积分。当然，这不是他们唯一的共同点，他们生活在同一个时代，都长着喉结，是理所当然的男人，也都很遗憾地一辈子没结婚，当了一辈子老棍。甚至到了晚年，他们也都研究宗教和神学。牛顿聪明而又有些孤僻，敏感多疑、沉闷无趣。有时候在早上醒来，把脚伸出被窝之后，会一动不动地思考上好几个小时。还有一次，他把一根大针插在自己的眼窝里想看看会发生什么，结果说来也怪，什么也没有发生。在物理学方面，他的贡献可以说是前无古人，发现了万有引力，但却无法解释地球围绕太阳运行的动因，于是他认为是上帝给了地球“最初的一击”。莱布尼茨的晚年趋于保守和无所作为，沉迷于神学和唱赞歌。尽管现在公认的是莱布尼茨使用的微积分符号要优于牛顿的，而且一直到今天都在使用，但他们在是谁先发明了微积分的问题上曾经和莱布尼茨进行过长期而又激烈的交锋，甚至波及到整个科学界，使英国和欧洲大陆的科学先驱们在很长一段时间里激烈交锋、势不两立。总之双方都为这事儿很动感情。不过后者看起来颇具高风亮节，曾经高度称赞牛顿的数学成就“比得上在他之前所有成就的总和”。除此之外，他还是个百科全书式的杰出学者，研究领域遍及数学、物理学、力学、逻辑学、生物学、化学、地理学、解剖学、动物学、植物学、气体学、航海学、地质学、语言学、法学、哲学、历史和外交等等（哎呀，光是把它们念一遍就让我喘不过气来）。
刚才说过，这个人一生没有结婚，打了一辈子光棍儿。也许正是因为这样，他才把一生的精力都花在了那些连数起来都让人觉得费劲的众多学科上。好在在这方面好象没有人愿意效仿他，否则科学发展史就成了名副其实的“断代史”了。除此之外，他还是个不折不扣的中国迷，一生花了大量的时间研究中国的文化，据说还一度希望加入中国国籍，但是我天朝上国的皇帝最终还是拒绝了他的请求。
后来，不知怎么地，有一段时间他居然认真地研究起了二进制。当时中国和欧洲交往比较频繁，在中国有很多传教士，当然有一些是他的朋友，他们给他带去了中国的典籍和各种杂货，其中最让他感到惊讶的是太极八卦图，当时他高兴得不得了，因为这张图印证了他的想法，给了他启示和灵感。
作为一种符号，“0”和“1”对于二进制来说并不是最主要的。假如历史在前进的过程中打了个喷嚏，或者打了个盹儿——总之如果它的发展稍微出现点儿偏差，那么也许人们会用“×”和“○”或者“—”和“～”来书写二进制数，而不是现在的“0”和“1”。
最早尝试仅仅用两种不同的符号来表达一种思想的是中国的太极八卦，它使用了两个相似，但并不相同的符号“—”和“--”来进行组合：
图3.5
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:34:48
太极八卦图是一个圆，它的中间是一个阴阳鱼（头大尾小，还有眼睛），外围是八个边，代表着八个方位。
在八卦图中，使用了两种符号：“—”和“--”，这使它不但看起来非常优美，而且如哲学般神秘，使人浮想联翩。如果把前者看成“1”而后者看成“0”，则你可以在这个图中找到从000到111这八个二进制数。但是在八卦的理论里并不止这八个数，因为“无极生太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦生六十四卦”。这意味着，中国古人即使目光再短浅，至少也知道可以用这两种符号表达至少64种组合，或者64个数。
但是八卦并不是数制，古代人发明它更多地是希望用它来表达对宇宙万物的看法。而且他们也看不出有什么必要采这种方法来数天上有多少颗星星，或者皇宫里有多少财产——说实在的，既使是现在也没有必要。但是他们显然知道用这两个符号可以变化出无数种不同的组合来，就象无数个二进制数那样。在这一点上（显然也是二进制理论中最重要的一点），假如冥冥之中注定必须要由莱布尼茨来发明二进制的话，他显然出生得太晚了。
尽管莱布尼茨发明了二进制，但这并非是由于他认识到二进制对于计算机来说是多么重要。事实上，尽管他的确曾经热衷于研究如何制造计算机，而且也确实发明了一台机械计算机，但那台机器却根本不使用二进制工作，也和二进制毫不相干。具有讽刺意味的是，他发明的二进制现在却支配着全世界不计其数的计算机的运行，如果他能够活着看到这一切，也许他会怀着复杂的心情重重地拍一下自己的大腿。历史上有很多伟大的发明和发现究其初衷并不是因为它“有用”，更多的时候纯粹是好奇和偶然的产物（当然，客观地说，每一项发明都散发着辛酸和汗水的味道），甚至有时候连发明它们的人对它们的应用前景也并不看好，甚至因为担心这些发明具有不良的社会教化作用而忧心忡忡。
多好的二进制、多好的设计啊！晚上躺在床上你都在想：我怎么会有这么好的设计呢！感动得你都想哭。当然，这可能有点儿夸张，不过事实求是地说，这一次的设计的确已经无可挑剔了，至少从技术难度上来说是完全可行的。所以在图纸出来之后，你就开始着手构造这个运算部件内部的电路了。
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 19:35:52
第三章发完了。这可能是全书中最无趣的章节之一了，请大家海涵吧。
作者：lordaron 回复日期：2009-02-06 20:06:47
等更新...就叁词~~~
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 21:11:53
我总觉得自己的书理论性太强，不受大家待见。大家有什么想法不妨在这里说说。言者无罪。
作者：浪漫电波as 回复日期：2009-02-06 22:01:53
我觉得你的文章要是拿到课堂上...一定会吸引无数学生的...这些文章对于我们理工科的人来说现在仍然具有一定的吸引力
作者：sholber 回复日期：2009-02-06 22:22:06
浪漫电波as ：
老弟你这么说倒让我觉得自己的成果离原来的目标差得远。我一开始定的目标是希望所有的人，只要他们是怀着想学计算机的愿望来看这本书，都能读下去。我只是想在易懂性和可读性之间找一个最佳的平衡点，不过实在太难了。
作者：脸羞的红通通 回复日期：2009-02-07 00:27:45
对着楼主大声的喊:"我知道你一定会红~~~~~~~~~~~~~~~~~!"
作者：蓝天白云下的猪 回复日期：2009-02-07 00:41:46
待续~~~~~~~~~~~~~~~~！
作者：qiuwei09 回复日期：2009-02-07 01:39:44
晕！从原子半导体说起，这马也跑得太远了点。
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 08:42:57
这本书连发好几天，回复很少。在这种情况下，能够听到哪怕是一点点不同的声音都是很不容易的。看到 qiuwei09 的发言，勾起了我的心事。今天借着这个话题，来谈谈我自己的“心路历程”。
写一本书，定位很重要。写给谁看，怎么写，以什么方式写，写得有多深，是个需要认真思考的问题。
这本书，我希望能够普适大众。当然，我也知道这不可能，不过这个圈子越大越好。但是有个底线，那就是初中文化的人必须能够看懂。光大学生能看懂，这没用，因为他们甚至不屑看，觉得太浅。后来，干脆我就把初中生、高中生，以及虽然出了学校，但非常想学计算机，同时又不得其门而入的人作为主要的读者对象。为什么呢？用一句玩笑话来说，其他社会人儿都很忙，娱乐场所、酒吧、如雨后春笋般林立的时尚快捷酒店对他们显然更具有吸引力。在那里，这本书没有市场。说到这里，哎呀，让我从来没有想到的是，我的第一批读者反而都是一些出了校门很久的人，即这几天看这个帖子的人，也就是大家。
既然读者对象已经找好了，下一问题自然是怎么写。对于学生而言，这本书是课外读物。既是课外读物，论点不需要太集中，适当跑跑题，也是可以的。虽然这本书讲的是计算机，但采用的是漫谈的方式。既是漫谈，就应当一边解决问题，一边闲话家常，甚至有时候还会跑偏。作者在写的时候是这个心态，那么读者在读的时候，最好也抱这种心态，不要一上来就想直奔主题，解决问题而后快。最好的方式是抱着无所谓的态度，一种自由的心态，来观察和回味电学、逻辑学的历史（当然包括计算机，它也是电器），品评剧中人的别样人生。毕竟，在这本书里的前半部分，计算机更象是主线。在本书的后半部分，计算机的戏才真正开场。（后半部分讲操作系统、计算机软件和计算机网络，等等，属于初学者应用部分）。
好了，大清早刚起床，就先说这么多，脸还没洗呢。大家有什么不同的见解，也可以来说说。
作者：新的用户 回复日期：2009-02-07 10:06:29
文章本身确实不错。
但是作为一个读者，我有疑问总是可以向读者提出来的吧。
坦率地说，文章的语言表达方式、语气、语句结构，更像是翻译外文而来。
而且，楼主自己回复的帖子，表达方式、语句结构倒是比较符合汉语的习惯。
我只是表示怀疑，并没有确定，仅此而已。
作者：新的用户 回复日期：2009-02-07 10:08:06
但是作为一个读者，我有疑问总是可以向读者提出来的吧。
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更正：有疑问总是可以向“作者”提出来的吧。
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 11:00:15
qiuwei09 好象是用了两个id。
其实我没有说不让提问题，而且我只是表明一下我自己的感想，作一番解释，你不要有太多的想法。我在写前面那一段话时，其实是很小心的，就是怕一不小心让你觉得我是在反击。互相了解总是需要一个过程的。不能伤读者的心，无论是哪一个读者，他们能够顺着帖子看到这里，本身就是对作者的尊重和抬举。用电视剧《亮剑》里的一句台词来说，“团长给俺面子，俺得兜着。”这是我的心里话。谢谢你，谢谢大家。
关于文章风格，你的意见很中肯。看了太多翻译外文的书，中毒太深。有时候想到一句生活中的口头语，临写的时候却发现丢了。语言的问题我一定会注意的。
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 11:03:32
既然上来了，再发一点儿东西吧。
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※ 第四章 计算机史前的电磁之光
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人们常说，人类社会的发展是一部历史。这种说法当然是有道理的，不过这部历史一定会包含很多分卷，记载着我们在各个方面引以为豪的、了不起的成就。比如文学史将会记载我们在文学创作方面的辉煌成就；物理史将会描述那些奇形怪状的仪器设备，以及用它们所揭示的最激动人心的奥秘；化学史将展示我们挖空心思弄出来的瓶瓶罐罐，告诉后人世界如何在一片叮叮当当的响声中被彻底改变。当然，这部历史也会有对我们这个社会群体进行反思的章节，比如环保史将记载我们对整个自然环境的破坏，使大家明白大气污染和气候的变化并不单纯是因为我们养的牛羊太多，会放大量的屁①，更重要的原因在于，我们自私自利，盲目扩张，自绝后路。
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注①：这不是空穴来风——我真的看到过这种报道。但是，根据我看到的另一篇文章称，由于国人崇尚西方饮食习惯，导致牛奶消费量大增。这牛属于反刍动物，在分解草的时候会产生大量甲烷气体，对生态环境有害。
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 11:04:50
这真是一部又多又厚的历史，涉及到我们人类生活的方方面面，好好研究一下是有益的，甚至是很有意思的。比如，有人研究了人类以前生活的历史，觉得现代人的生理机能已经大不如昔。要搁以前，“就是石头，人类的肠胃也可以把它化解成面粉。”但是现在，我们吃的东西越来越精细，肠胃功能开始退化，变得越来越脆弱，“一根生猛的黄瓜就有可能把原来胜似万里长城的肠胃打得落花流水一泻如注。”——有一个叫曾德凤的朋友在他的文章里如是写道。说到这里，哎呀，真是对不起，我们这本书是讲什么来着？——计算机。所以，当你翻动这部历史的时候，当然会找到计算机分卷。不过，这个分卷的历史有两个显著特点：
第一，尽管从几千年前我们就已经开始书写它，但是它在二十世纪之前的部分一直是干巴巴的，陈旧而平淡，反而最近几十年的历史却丰富翔实，墨迹未干；
第二，最近几十年我们在计算机方面的研究的确可以用突飞猛进来形容，但这并非是人类的脑容量突然有所增加，或者突然变聪明的结果。相反，你会发现，它之所以会取得革命性的进步，得益于人类在电磁学、数学、逻辑学等领域里取得的最新成果。
了解到这些，我们不由得陡生好奇之心，一定要回到过去，来重温科技史上那些有趣的事件和激动人心的瞬间，搞清楚都是什么能够让我们用上最好的电脑，并通过电脑阅读新闻、撰写自鸣得意的文章、打印漂亮的表格、以最快的速度和几千公里外的朋友交流、查找武昌鱼的菜谱和脚气的疗法，以及阅读网络诗人笔下狐狸的芳香和巧克力的彷徨。当然，除了这些好处之外，你还一定有机会中上计算机病毒，理解什么才叫气急败坏和疯狂。
那么，让我们先从电磁学的历史开始吧。
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 11:06:35
4.1 电流的磁效应
制造能够自动计算的机器并不是人类唯一的梦想。自古以来，人类的梦想很多，比如在蓝天上飞翔、长生不老、在很遥远的地方就能看到自己的亲人或者和他们交谈，等等。人是活的，因为各种各样的原因，人们要四处活动。有的时候，活动范围太大，就会离自己的亲人和朋友很远，很可能需要很长时间，甚至几年才能见面。在这种情况下，产生一缕缕乡愁是再自然不过的事情——哎呀，要是能有什么办法让他们仿佛近在眼前就好了！
这是游子们的想法。而对于商人来说，他们更希望有办法能及时地与千里之外的同伴们进行联络，让他们知道他所在的地方需要茶叶、蚕丝或者不计其数的腋窝需要除臭。此外，当有外敌入侵时，军人们也需要有办法能快速地通知后方，让皇帝老儿赶紧派兵，骑着战马前来御敌。在古代，他们能想到的最好的办法就是在长城上点燃烽火，通过接力的方式来传递这些信息。
如果速度不是问题的话，在从前那种没有任何电信设施的年代，使用邮政可能是一个好办法。但是实际上，速度恰恰是人们最关心的问题。但是，这个问题也只有在电走进人类的生活之后才有可能解决。
我们知道，电流的速度是最快的，大约每秒钟可以传播30万公里。地球很大，大得象个西瓜，全地球的人加起来有好几十亿，竟然没有一双腿能跑得和电一样快，说起来还真是失败。所以，如何能用电来传递信息就成了人们需要认真研究和思考的问题。毕竟，在人们对它进行改造以适合传递信息之前，它只能用来在另一个地方生成光和热。看起来我们还有一段路要走。不过，在找到解决办法之前，我们应该先来研究一下钉子。
我们要研究的是普通的钉子，也就是我们在生活中经常看到的那种，可以用来把东西钉在墙上，或者被木工师傅用来做家具。
一颗普通的钉子没有磁性，不能吸引别的东西。但是要让它具有磁性也不难，只需要象图4.1那样用一根导线绕在上面：
图4.1
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 11:08:40
要制作这样一个小玩意儿，你最好找一颗比较大的钉子，这样制作起来比较顺手，另外不要采用裸线（也就是没有绝缘外皮的导线。如果要形象一点地说的话，就是那些没穿衣服的导线），否则的话当它们绕在钉子上时，匝与匝之间会因为被铁钉短路而失去效果。注意这里使用了一些电子技术领域里常用的词汇，比如“匝”，它的意思是“周”，环绕一周称为一匝。尽管不使用这些词汇也能讲清楚这里的一切，但是你应当掌握它们，因为它们经常在别的地方、别的书藉和文献里被频繁使用。
如果有条件，你可以使用较粗的漆包线来绕制。漆包线，顾名思义，就是导线的表面包裹着一层漆皮，它可以起到绝缘作用。初次看到漆包线的时候，它那金黄的颜色容易让人想起金子，不过，哎呀，真可惜，它不是。要使用它，你得先用小刀刮掉或者用打火机烧掉线头处的漆皮使里面的导线露出来。漆包线可以在电子商店里买到，价钱也非常便宜。如果实在没有条件就用裸线，但是要事先在钉子上裹一层纸，并确保在绕线的时候，匝与匝之间分开。
应当绕多少匝，这个没有规定，当然越多效果越好，记得我小时候一般绕几十匝，一层绕不下再往回绕，这样可以绕很多层。记住，如果你使用的是裸线的话还必须在层与层之间垫上纸，并且保证匝与匝之间是分开的。当这样一个小玩意儿制作完成后，如果你把它接到一节1.5伏的电池上，你会发现它竟然能吸引钉子、铁管子等含铁、镍、钴的物体。
科学真是了不起，这个小玩意儿最令人称奇的是它居然是那样简单，以致于人人都有条件来制作它，而且的确值得一试，它的名字叫电磁铁（你没有理由记不住这个名称，除非你现在还在想：磁铁是什么东西？）。
现在我们都知道，当一根电线有电流通过时，就会在它的周围产生微弱的磁场。电能生磁的现象叫做电流的磁效应。毫无疑问，这是一个伟大的发现，但很遗憾，我们不是第一个发现这种现象的人，这个荣誉属于丹麦物理学家奥斯特（1777～1851）。
奥斯特的父亲是一个药剂师，而奥斯特本人也象其它很多科学家一样，从小是在自己的家里，而不是在学校里进行学习。按理说，即使不考虑子承父业的传统，单单是他父亲药房里的药味也会把他熏成一个太上老君的传人，但是他后来做的事却和药没有一点关系。
和他的父亲一样，奥斯特也是“师”。不过他是大学里的讲师。那个时候好象也没什么好讲的，毕竟电学才刚刚起步，即使是最牛的学究们对电也是一知半解，讲的内容无非是用土办法来造电池。1820年的一天，一个偶然的机会，奥斯特发现当电路接通时，离电线很近的磁针会发生偏转。这磁针相当于指南针，在地球这个大磁铁的作用下会指南指北，对于经常在野外转悠的人来说非常有用。别看现在我们都呆在温馨的家里，打扮得亮晶晶地，嗑着瓜子看着电视。要是到了野外，迷了路，一想到自己这辈子将一直呆在那里，和那些嫩绿的花草树木，以及穿梭于其中的、不知道是什么的虫子相伴，再勇敢的人也有可能哭得象小女生。
由于这一发现，奥斯特又惊又喜，激动万分。在连续进行了一段时间的实验和研究之后，于当年发表了题为《磁针电抗作用实验》的论文，向科学界公布了他关于电流磁效应的发现。说到“电抗”，这听起来象是打架，不过不要惊讶和奇怪，在那个电磁学刚刚起步的时代，“电抗”或者“电冲突”已经是物理学上最好的术语了。
奥斯特的偶然发现说明了一个事实：对于电流能产生磁场这件事来说，它在本质上和铁钉没有关系，也和绕多少匝没有关系。事实上，只要有电流通过，任何导线都能产生磁场，就象图4.2所描绘的那样。
图4.2
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 11:10:03
一根普通导线产生的磁场象一根看不见的管子，而导线就被包裹在这根管子里。这根管子的吸引力非常弱，你不可能用它来吸取哪怕是很小的东西。为了进一步增强磁场，除了增大电流外，最好的办法是象4.1那样将导线绕在那些铁磁性物质上，也就是那些用平常的话说是“容易被磁化的、能够被磁铁吸引的”物体上。这类物体很多，有自然的，也有人造的，比如钴、磁棒（常用来做收音机里的天线）、铁、镍、硅钢片等等。
使用电磁铁的一个显而易见的好处是，当你把散落在地上的钉子都吸到一起时，不用再费力地把它们摘下来放到钉盒里（通常这是令人非常烦恼的），只需要断开电流就行了。
事情就是这样，电流能产生磁场这种现象吸引了很多人制作了各种各样的新鲜玩意儿，它们大部分实际上就是电磁铁。那时，人们制作电磁铁的兴趣是如此高涨，据说1831年，美国人亨利制作了一个体积并不是很大的电磁铁，能吸起重达１吨的铁块。
约瑟夫·亨利是美国物理学家，从小就是一个有志向的人，不过麻烦在于他总能因为各种原因找到新的志向。一开始，他在剧本创作方面找到了属于他的人生意义。可是不多久，也许是因为这样无法维持生计，他又到钟表修理铺当学徒，给那些残疾的指针和发条治病。最后，因为读了一本自然科学方面的书，又激发了他上学的兴趣。后来当过教授，教过数学，讲过哲学，最后坐到大学院长的位置上，终于一不小心开始迷上了研究电磁铁。他制造的电磁铁之所以性能更好，原因在于为了使线圈能绕得密集一些，他采用了用细纱包裹的绝缘导线（当时，还没有采用给导线上漆的方法来制造漆包线的技术），这样匝与匝之间可以紧挨在一起而不用担心短路。现在，我们制造的电磁铁可以毫不费力地吸起几十吨重的东西，轻松地把一些东西从一个地方搬运到另一个地方。
作者：东瀛鲨鱼 回复日期：2009-02-07 15:15:45
期待
作者：蒹葭霓霞 回复日期：2009-02-07 15:34:06
记号，希望我的下一代能到这样的文章，再也不会为无聊的物理发愁了，希望出出书，给自己儿子买本
作者：sholber 回复日期：2009-02-07 21:57:29
谢谢大家抬爱！我希望这本书有这样的封面：
作者：蓝天白云下的猪 回复日期：2009-02-07 22:31:48
希望LZ坚持发完，这个帖子是我每天的压轴~~~~~
作者：脸羞的红通通 回复日期：2009-02-08 01:42:57
忙了一整天,晚上回家,吃饭,洗衣,洗澡...就来追这个帖子...
另,如果有人长得很像我,我认真的保证,那并不是我.
作者：shanaqingying 回复日期：2009-2-8 2:43:03
支持LZ。希望楼主能坚持写下去啦
此消息发自掌中天涯wap.tianya.cn
作者：一寸山河_一寸血 回复日期：2009-02-08 08:50:40
希望楼主能无视电脑版的极地气候
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 11:55:43
谢谢大家喜爱。这地方委实冷清得紧，点击量不高是不争的事实。但是兄弟我是穿着棉大衣来的（里面没套马甲）。
不是没有考虑过换地方，但是我知道有很多人一直在追随这个帖子，我不能冷了大家的心。还是《亮剑》里面那句话，“团长给俺脸，俺肯定兜着。”
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 11:58:28
4.2莫尔斯的电报
电学发展的历史还在继续。
电可以生磁，可以用来制作电磁铁，这在当时的确是非常新奇的事情。但是人类不可能总是玩电磁铁，这不符合人类的天性，人类的天性是熟悉了一件事情之后，再接着探索。不多久，历史上第一个尝试用电来远距离通信的人出生了。
世界上聪明的人多得是，撇开电磁铁不谈，单单是发现电流速度极快这一点，反应再迟钝的人也会慢慢地想到它可以用来传递消息。那个时候，想用电流在两个地方传递信息的人不止一个，但是唯一获得成功的是一个叫莫尔斯的人，而他成功的诀窍，据说是在一艘轮船上受了刺激。不过不用担心，这是好事情，准确地说是受了启发，激起了他的雄心壮志。
很多人都说那是在1832年的秋天，这莫尔斯乘坐一艘邮轮要从法国前往美国。真是巧得很，他遇到了杰克逊——一个美国医生。说来也怪，这医生医术如何，没有人知道，但他居然还懂得电磁铁的原理和制造技术，他甚至知道线圈的匝数越多，电磁铁的吸引力也就愈强。
这轮船再好，只是一下水，象一片树叶一样漂到大洋里，四面看不见尽头，就和监狱差不多了。不同之处仅仅在于，人们知道你是蹲着轮船从大老远来的，张开双臂欢迎；如果听说你是蹲了监狱来的，这名声就臭了。
当时的具体情况已经没有人知道，只能发挥一下想象。坐在轮船上，巴掌大的地方，哪儿也去不了。时间一长，这杰克逊医生百无聊赖，实在闲得不行，用我哥的话说，那简直是“闲得学驴叫，急得猴上树”，为了打发时间，他拿出电磁铁给大家变起了魔术。可以想见，当人们看到象钉子这类铁的东西，在医生的命令下说让它吸住就吸住，让它下来它就掉下来的时候，一定鼓噪喝采，惊为天人。这莫尔斯也伸着脖子，混在人群当中看热闹。
塞缪尔·莫尔斯（1791～1872）生于美国一个牧师家庭。1810年毕业于耶鲁大学，早期曾从事印刷和绘画。作为一名画家，莫尔斯是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年至1842年任美国画家协会主席。但是现在来看，他的艺术生涯快要结束了。
杰克逊的介绍让莫尔斯浮想联翩、兴奋不已。他向杰克逊医生请教电学方面的知识，俩人谈得十分投机，甚相欢洽。回来之后，他再也坐不住了，他想：如果用电流传送讯号，岂不是可以在瞬息之间把消息传送数到遥远的地方吗？于是他决定改行，投身电学研究。在科学史上，半路出家并不是一件稀奇的事情，但对他来说这当然是需要勇气的，要知道，那一年，这老小子已经41岁，即使是称他为大龄青年也很勉强。
莫尔斯发明的是一种叫做电报的东西，由不在一个地方的两个装置组成，用很长的电线连接起来，如图4.3。
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:02:42
在这一端，是一个开关，通常称之为按键，可以控制电流的通断，只是与我们常见的开关在形状上有很大差别，但作用是一样的。因为要长时间在这个装置上反复操作，所以在设计上追求操作的方便和舒适性。而在电线的那一端，连着一个电磁铁。这样，通过按下或者松开按键，就能控制电磁铁磁性的有无。这是我们已经知道的知识，没有什么好奇怪的。但是，请稍等。
在电磁铁的上方，有一个长长铁片——衔铁臂——安装在支架上，它可以上下自由活动。平时，也就是电磁铁没有通电产生磁力的时候，它被一根弹簧拉着，以免与电磁铁挨在一起。这样，一旦开关闭合，衔铁臂就会被电磁铁吸引；当开关松开，电磁铁失去磁性，衔铁臂又在弹簧的牵引下回到原来的位置。
我当然知道，这个装置没有什么特别新奇的地方。但是，如果在衔铁臂上安装一支笔，并在笔的下面放一卷匀速前进的纸，当按下按键并迅速松开时，电磁铁会瞬间产生一个吸合与释放的动作，结果是笔尖在纸上打出一个点“· ”。如果按键按下的时间稍长一点儿，那么，笔尖会在纸上留下一条线“—”，这称为“划”。连续地按动按键，就会在纸上留下一串由点和线组成的图案，象这样：
·—··—·——·—···———··—·—
这正是莫尔斯所要发明的装置——电报的核心原理。不过，正如我们可以想见的那样，莫尔斯也知道，要想让这个装置有点儿用处，还需要加以改进。其中最关键的是需要一张发送方和接收方都能理解的电码①表，在这张表里，用点和划的组合来表示从“A”到“Z”的26个英文字母，以及从“0”到“9”这十个数字：
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:04:30
——————————————————————————————
注①：电报通讯中用来代表文字、数字、标点等的符号。
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:07:06
给你展示这个表的用意不是希望你能把它背下来，只是让你扫一眼，有个印象即可，除非你决定加入莫尔斯电码爱好者的行列。在西方世界里，26个字母是他们的命根子，他们的日常交流，包括文明的传承，都依赖这26个符号。少是少了点儿，但是从这26个符号开始，可以通过组合形成单词，进而形成一段一段完整的文字，比如：
What hath god wrought
当用“点”和“划”来发送电码时，需要遵循一些规则，否则接收方将不知道该如何来解读这些电码：
1，“点”是基本信号单位，每一“划”的时间长度相当于3点的时间长度；
2，每个电码内各“点”、“划”之间的间隔应为两“点”的长度；
3，两个电码之间的间隔为7“点”的长度。这相当于英语单词之间的空白。没有了这个间隔，接收电报的人急白了头也不知道发送的是什么东西。
历史上第一份长途电报是在1844年5月24日发出的。这表明莫尔斯的发明已经具备了实用性。在当时，研究电报的人不止莫尔斯一个，不过谈不上竞争。然而莫尔斯发明的电报系统最终能够脱颖而出，自有它的道理。首先（是的，我们总是喜欢在一切事情尘埃落定之后才走出来指指点点，总是这样），这东西简单，在那个时代，简单不仅仅是美，更意味着实用和好用。其次，它传送的是点点划划，而且是排着队顺序到达，在恶劣的状况下也能工作。它要么工作得好好的，要么断了，几乎不会因为别的原因让接收方译出一串错误信息。
不过，如果线路太长，也会是个问题。正如我们已经知道的那样，电线太长，电阻就会变大。这样，在电报线路的那一头，微弱的电流将不能使电磁铁正常吸合，电报接收机也就——用时下流行的话说——歇了菜。
没有人愿意让这个划时代的发明歇菜。所以，可以每隔一段距离设置一个电报中转站，派人在那里接收电报，然后再原样发往另一条线路，就这样一段一段地进行接力传递。
这当然是个好主意，但问题是人没有机器老实，如果他碰巧喝醉了酒，或者病了，又没有人顶替他的工作，就会坏了大事。更何况，还要养一些人，为他们发工资，政府和企业老板可能不太会愿意这样做。
解决之道是使用继电器。继电器，从名称上说，它是给线路续电的。也就是说，当线路上电流很小的时候，适时地给它补充上。这种东西的原理如图4.4所示。
图4.4
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:09:09
这幅图是经过简化的示意图，省去了支架之类的东西，为的是能让你看得清楚。本质上，它有点儿象电报接收机，只是多了几样物什。其中最主要的是衔铁臂的下面多了一个金属触点。现在，分别从衔铁臂和金属触点上引出两根线，并串接一个电源，把这两根线作为另外一条电报线路架设到其它地方。注意，电源并不是继电器的组成部分。
这真是一个奇特的装置，它应当被放在远离电报发送端，但还能保证电报信号可以正常让电磁铁吸合的地方。当发送方过来一个“·”的时候，衔铁臂也短暂吸合一下，把另一条线路接通；如果发送方发来一个“—”，衔铁臂吸合的时间也和发报方保持一致，让另一条线路上同样发送一个“—”。
今天，继电器得到了广泛的应用。从电视机、洗衣机、电冰箱到工厂里的大型工业设备，都有它的用武之地。即使是你的电脑，它的显示器里说不定就有继电器，要是有时候你听到显示器里有“嘎嘣嘎嘣”的声音，而且显示器没有坏，那就是继电器在劳动。
在纸上画一个继电器是费心劳神的事情，而且要考验一个人的美术功底。不过，这对莫尔斯来说肯定不是问题，毕竟他曾经是画家。在发明电报期间，他也的确曾经重操旧业，但不是去画继电器，实在是因为电报这东西害得他穷困潦倒，不得已又去干他的老本行。今天，制定电子行业标准的部门为我们着想，给我们推荐一个简单的图形，让我们轻而易举就能画出一个继电器来。如图4.5所示。
图4.5
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:10:38
图中的方框代表的是电磁铁，而在右边，紧挨着它的是一个可以在电磁铁的控制下接通和断开的开关。同时，这幅图也表明了继电器实际上可以按工作状态分成两种：一种是电磁铁吸合的时候，它控制的开关接通；另一种正好相反。
关于继电器，还需要说明的是它的种类非常繁多，前面讲的只是最简单的一种。相应地，它们的外观也都不太一样。下面这幅插图所展示的就是比较常见的两种。
图4.6
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:13:03
功能简单的继电器通常都非常便宜，当我写这本书的时候，一只非常普通的继电器它的售价大约在两块钱到三块钱之间（如果不是这个价，请不要来找我，我只管写书，没有权力决定市场上的东西卖多少钱）。
莫尔斯的发明很快在全世界得到了普及和应用。据说大发明家爱迪生就喜欢用莫尔斯的电码跟他的未婚妻进行交流。这个人我们在后面还要提到。
爱迪生的前妻于1884年去世。看着他一度消沉，大家都很着急。在朋友们的张罗下，最终，这位大发明家对一个比他小20岁的年轻姑娘米娜·米勒一见钟情，当时米勒18岁，而爱迪生已经38岁。大家都知道，爱迪生的听力早在年青少年时代就严重受损，在他们谈恋爱的时候，他教会了她莫尔斯的电报码。在她学会了这些东西的时候，他在她的手心里敲敲打打，通过这种方式来向她求婚，而她也用同样的方法做了回答。后来他们结了婚，但依然经常用这种方式进行交流。尽管对爱迪生来说，这是典型的二婚，但是俩人好得不得了，看话剧的时候，爱迪生夫人把一只手放在丈夫的膝盖上，把演员的台词发给他，使他也能欣赏。此种场景，简直浪漫得一沓糊涂，让人嫉妒得眼皮突突直跳。甚至，他们结婚的时候，电报也来捧场凑热闹——“大批的贺电从国内外发了来”。
说到这里，哎呀，我想起了一个问题，那就是汉字怎么用莫尔斯发明的电码进行传送？毕竟，只需要借助26个英文字母就可以写一部《安徒生童话》，但是汉字则有成千上万，而且个个不同。
这也不难，甚至看起来更简单。
由于汉字数量庞大，直接用点和划来表示显然不是个好办法。为了克服这个问题，可以用给汉字编号的方法，比如0022代表“中”字，0948代表“国”字。这样，用四位数可以表示出9000多个汉字，应付日常需要是足够了（在几万个汉字里，只有几千个是常用字，其它的汉字在平时的生活中极少用到）。
给汉字编码只是第一步。由于所有的汉字编码都只涉及0到9这十个数字，而正如前面看到的那样，用“点”和“划”来表示这十个数字是非常容易的事情，这样就解决了用电报传送汉字的问题。
为了使电报传送汉字的速度更快更方便，我们国家对0到9这十个汉字的电码重新进行了设定，以使它更简短、更方便击打：
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:16:04
fig.7
作者：sholber 回复日期：2009-02-08 12:17:12
中国最早的汉字电码编写于1873年，是在一个法国人的帮助下完成的。它参照《康熙字典》的部首排列方法，挑选了常用汉字6800多个，这个电码表写成后起名为《电报新书》。后来，我国的郑观应将其改编成为《中国电报新编》。
1840年，也就是莫尔斯发出第一份电报的前4年，外国强盗把战船开到了中国的沿海，挑起了鸦片战争。西方列强在中国疯狂掠夺土地和财富的同时，近代的邮政和电信也传入了中国。那会儿，电报线路还是非常新奇的事物，大概是因为这种电线传递信息的速度给人以前所未有的深刻印象，只能用“飞”来形容，所以称为“飞线”。
刚开始的时候，也就是1865年，洋人建议清政府仿效西方设立电报。虽然正如我们从历史教科书上知道的那样，清政府腐败无能，但好在还知道这种事情关乎一个国家的主权，从一开始就不同意。
尽管如此，列强们岂肯甘心。既然明着干不行，就偷偷摸摸地开工。1865年，英国人未获中国当局批准就擅自架设了上海浦东小岬到黄浦江口金塘灯塔的电报线路。这有点儿象你家的邻居——那个名叫癞三儿的混混，什么招呼也不打就在你家的院子里种菜。这些线杆子戳在地面上谁都看得见，乡下的老百姓大概也不知道这是什么，但起码知道洋鬼子不是好人，他们竖的也都不是什么好东西，于是在苏松太道丁日昌的支持下，他们一夜之间就把227根电线杆子全部拔得溜干净。
1877年8月，中国人自己修建和掌管的第一条电报线开始建设，同年10月11日完工，从今天的高雄开始，经台南到达基隆，全线长95华里。
