上篇提到了布林代數和二進制是現代計算機的理論基礎,而電晶體和積體電路則是將計算機做得又小又快的關鍵。
大家應該還記得上篇講到電腦最基本的原理其實是由無數個「開關」所組成,最早的計算機使用機械構造來當作開關,後來逐漸改用繼電器、或是真空管這種電路裝置,但不僅佔空間而且很耗電,像是二戰期間研發用來作為軍事用途的電腦 ENIAC,體積可能比我家客廳還大。後來有人利用半導體材料的特性,發明了「電晶體」,改用電晶體來當作開關,大大改善了真空管的問題。
不過,要將眾多開關用複雜的邏輯連接起來,才能組成一部計算機,這樣實在太過耗時了。當電腦越來越複雜,需要使用的開關越來越多,要組裝的難度也就越來越高。
所以接下來又有人發明了「積體電路」,簡單來說就是將「開關」做的非常小,並且能將複雜的電路,用類似印刷的方式,將電路直接刻在晶圓上,再切成小小的晶片。
開關越小表示我們能在同樣的面積中塞入更多的開關,也會更省電。現在我們手機內的小小一顆晶片,可能就有千萬、上億個電晶體小開關,對比前面提到的 ENIAC 電腦,大大地縮小了體積。
能用類似印刷的方式來製造電路,使得每單位製造成本大大降低,讓原本可能一個國家只有幾部的電腦,現在竟然可以人手一台。
「摩爾定律」就是在講說積體電路進步的速度非常快:大約每18個月,就能在同樣單位面積下,放入多一倍數量的開關,效能也較會增加一倍。