计算机基础课第 37 期分享
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01
数字暴政
过去 36节内容，我们聊了软件从早期编程方式到现代软件工程，在大概50年里软件从纸带打孔变成面向对象编程语言在集成开发环境中写程序。但如果没有硬件的大幅度进步软件是不可能做到这些的。
为了体会硬件性能的爆炸性增长，我们要回到电子计算机的诞生年代，大约 1940年代~1960年代中期这段时间里计算机都由独立部件组成叫"分立元件"，然后不同组件再用线连在一起。
举例, ENIAC 有1万7千多个真空管, 7万个电阻，1万个电容器, 7千个二极管, 5百万个手工焊点。如果想提升性能，就要加更多部件这导致更多电线，更复杂，这个问题叫 "数字暴政''。
02
计算 2.0 时代
1950 年代中期，晶体管开始商业化（市场上买得到）开始用在计算机里，晶体管比电子管 更小更快更可靠。但晶体管依然是分立元件。
1959年，IBM 把 709 计算机从原本的电子管全部换成晶体管，诞生的新机器 IBM 7090 速度快 6 倍，价格只有一半。晶体管标志着"计算 2.0 时代"的到来。虽然更快更小，但晶体管的出现还是没有解决"数字暴政"的问题。有几十万个独立元件的计算机不但难设计而且难生产，1960 年代，这个问题的严重性达到顶点，电脑内部常常一大堆电线缠绕在一起。
看看这个 1965 年 PDP-8 计算机的内部，解决办法是引入一层新抽象，封装复杂性。突破性进展在 1958 年，当时 Jack Killby 在德州仪器工作，演示了一个电子部件："电路的所有组件都集成在一起"。简单说就是：与其把多个独立部件用电线连起来，拼装出计算机，我们把多个组件包在一起，变成一个新的独立组件，这就是 集成电路（IC）。
几个月后，在1959年 Robert Noyce 的仙童半导体让集成电路变为现实。Kilby 用锗来做集成电路，锗很稀少而且不稳定。仙童半导体公司用硅，硅的蕴藏量丰富，占地壳四分之一，也更稳定可靠。所以 Noyce 被公认为现代集成电路之父，开创了电子时代，创造了硅谷（仙童公司所在地）。
之后有很多半导体企业都出现在硅谷，起初，一个 IC 只有几个晶体管。例如早期样品，由西屋公司制造，即使只有几个晶体管也可以把简单电路，第 6 节中的逻辑门，能封装成单独组件。
03
PCB
IC 就像电脑工程师的乐高积木，可以组合出无数种设计，但最终还是需要连起来，创造更大更复杂的电路，比如整个计算机。所以工程师们再度创新：印刷电路板，简称 PCB。PCB 可以大规模生产，无需焊接或用一大堆线。它通过蚀刻金属线的方式，把零件连接到一起。把 PCB 和 IC 结合使用可以大幅减少独立组件和电线，但做到相同的功能，而且更小，更便宜，更可靠. 三赢。
许多早期 IC 都是把很小的分立元件封装成一个独立单元，例如这块 1964 年的IBM样品。
不过，即使组件很小， 塞5个以上的晶体管还是很困难。为了实现更复杂的设计，需要全新的制作工艺，"光刻"登场！简单说就是用光把复杂图案印到材料上，比如半导体。它只有几个基础操作，但可以制作出复杂电路。
下一节用一个简单例子，来做一片这个！
