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第6章电报机与继电器25
第6章电å报机与继电器25๓
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1้947年一场几乎ๆ不被人注意的电å子技术突破。
贝尔电话实验室许多年里都是这样一个ฐ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ใ中有人对计算机感兴趣，如已经提到的georgesti逼tz和9，
178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เ。
1925年1้月1日，美国电话电报公司正式把它的科学和技术研究部分与商业部分分离，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ฦ了研究能够提高电å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1้912๐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å
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。
19๗47年12๐月16日，当贝尔实验室的两个物理学家johnbardeen1908—1991和9๗alter
braທttain190่2—1987在装ณ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。一个星期后，他们给他们的上司
9๗illiamshockley19๗10—19๗8๖9进行了演示ิ。这就是第一个晶体管，一种被人们称为20่世纪
最伟大的明的器件。
晶体管不是凭空产生的。8年前，即1้939年12๐月2๐9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、bຘardeen和brattain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ฐ电子很容易与原子的其余部分分离并自由á移动形成电å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。
锗和硅元素还有一些化合物称为半导体，并不是因为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法来控制。半导体最外层有4๒个电子，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ฦ原子的结合额外的电子，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。
两个n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，对应的三部分分别ี
是集电å极collector、基极base和射极emitter。
下面是一个ฐnpn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
基极上的一个小电压能控制一个ฐ很大的电压经过集电å极到射极。若基极上没有电å压，
它会有效截止晶体管。
晶体管通常被封装ณ在一个直径大约为ฦ14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ๆ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便。晶体管收音机靠小电池供电，并且不像电子管，它不
会变热。对于19๗54年圣诞节早ຉ晨收到เ礼物的幸运者来说携带晶体管收音机已成为ฦ可能。那些