处理器的诞生,基本就是硅谷的发家史。
1971年1月15日,Intel公司的工程师霍夫发明了世界上第一个商用微处理器4004,从此这一天被当作具有全球IT界里程碑意义的日子而被永远的载入了史册。
关于0和1
今天计算机呈现给我们的是精彩的画面,强大的处理能力,深入生活的方方面面,而这一切的背后都离不开一颗颗矜矜业业的CPU,那么CPU究竟是如何为我们呈现这世界万千呢。
答案就是0和1,仔细想想有了0和1似乎就可以表示世间万物了,1=是,0=否,有了这两个逻辑可以推导出01=或(不管有多少0,只要有一个1那么就成立这就是或),11=且(必须全部成立,才能成立这就是且),数字呢? 0 就是 0, 1 就是 1,那么2怎么表示?01放在一起就是2了,“二进制”了解一下,简单说通过二进制这种数制可以将所有数字都转换成2进制也就是通过0, 1来表示,我们常用的数制是十进制也就是0~9,这样解决了数字的表示, 语言编码?没问题!各种编码满足世界各国语言,图像?我们学的二象限,各种三角函数就是基础绘图,就这样世间万物就被0, 1展示出来了。
二进制对照表
基石中的基石
为什么我们只有从0,1开始呢?事实上所有的原点都来自于一把沙子,天然的沙子中就已经有了纯度很高的二氧化硅矿物质,而这些硅矿物提纯后就可以加工成为半导体。
在CPU的世界,万物都是沙子
半导体是导电性介于导体和绝缘体中间的一种物质,我们只能要么导电,要么绝缘,所以我们只有0, 1这两种状态,现在想想是不是难为了我们历代的先驱们了,而CPU就是在我们各种需求下疯狂鬼畜0, 1的东西,相信我,CPU它真的非常疯狂
实际上只有半导体是不够的,你想啊,如果我要做一个加法,那么一个半导体就只有0,1啊,俗话说一个不行就来两个,两个不行再加,加到足够为止,所以我们就用半导体制作成了晶体管,严格意义上讲,晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件,我们有了晶体管我们就可以设计逻辑电路,假如说实现“加法”逻辑电路它长这样
注意这只是一个加法的逻辑电路。
而一个CPU长这样,实际上这是一个很老的CPU
我们将它放大
再放大
再大!
看到了吗,这恍若一座城市一样的晶体管排布,所以这真的非常疯狂,是男人中的男人才敢这么干
1910年2月13日,英国伦敦出生的一个叫威廉·肖克利(William Shockley)的人,在三岁的时候随着父母飘洋过海来到了美国,天资聪颖的他在1932年进入了加州理工学院,在1936年从麻省理工获得固体物理学博士学位,并且留校任教。
后来,被位于新泽西州的贝尔实验室副主任凯利来麻省“挖墙角”,将肖克利挖走了。
贝尔实验室曾经这个星球上最伟大的实验室,没有之一
后来,被位于新泽西州的贝尔实验室副主任凯利来麻省“挖墙角”,将肖克利挖走了。加入贝尔实验室没多久后二战爆发了。
小潜艇
在二战刚开始的时候,肖克利在纽约曼哈顿区的贝尔实验室分部,负责防御雷达的研究。到了1942年,他离开了贝尔实验室,加入哥伦比亚大学的反潜艇工作组,并担任研究室主任。当时潜艇对战争走向有着非常重要的影响,由于肖克利工作成果突出,他也接触了其他各种各样的研究项目,还获得了杰出贡献奖章。
战后肖克利回到了贝尔实验室,开始了晶体管研究,也就有了后来为人熟知的晶体管之父。
肖克利当时加入的是贝尔实验室新成立的固体物理学研究组,他领导了很多人其中就有巴丁(Barttain),布拉顿(Bardeen)。当时研究组的目标是将固态放大器(solid state amplifiers)应用到半导体科技的制作中。
巴丁(Barttain)绝对是一个学富五车的人,巴丁的学识帮助大家克服了早期的很多困难。
巴丁
布拉顿(Bardeen)是一个在实验研究方面极具天分的人,他总是能够找到常人想不到的实验方法来验证各种理论。
布拉顿
他们在1947年创造了世界首个锗晶体固态信号放大器,他们命名为晶体管(Transistor)。
实验出成果了,但是肖克利,布拉顿,巴丁三人关于这个发明的荣誉吵翻了天,主要是因为肖克利的关于场效应的概念已经被验证了,并且被一个叫朱利叶斯(Julius Lilienfeld)的加拿大人在1925年注册成了专利,贝尔实验室为了避免矛盾激化将肖克利移除了专利申请人名单。
此时肖克利心里MMP
不管怎么样,当时研究组内大家都坚持点接触式是最吼的,可能是为了照顾肖克利的情感然后在1947年12月16日,肖克利,巴丁,布拉顿,他们三人一起向贝尔高层展示了点接触型的锗晶体管(Point-Contact-Transistor-Ampilfier)。
点结合型(Point-Contact-Transistor-Ampilfier)晶体管原理图
之后研究组中的三个人布拉顿, 巴丁,还有吉布尼(Gibney),提交相关专利的申请。
大神就是大神,东边不亮西边总亮,肖克利早就觉得这个点接触式晶体管,存在工作状态不稳定,并且难以量产等问题,肖克利其实一开始就是主张面结合型(junction transistor)晶体管,这种结构更加稳定,也容易实现生产。
面结合型(junction transistor)晶体管原理图
肖克利在之前专利斗争中失利之后,回到了他曾经的学校加州理工学院(CalTech)教书,心里还是对自己主张的晶体管念念不忘,这时候他的好朋友Beckman找到肖克利,说你是个人才,贝尔这边让你委屈了,不如出来自己搞事吧。随后肖克利跑到了硅谷,一看,硅谷正在大规模招商引资,简直就是天高地广大有可为,然后肖克利半导体实验室(Shockley Semiconductor Labs)正式开张,硅谷真正有了硅。
肖克利实验室的旧址,现在是硅谷打卡圣地
1950年肖克利发布了《Electrons and Holes in Semiconductors》(半导体中的电子和空洞)一书,这本书中的二极管方程很多年都作为半导体研究的基础理论,也成为了这个领域的经典著作。
后一年在1951年制作出了第一个可靠的,并且能够生产的面结合型晶体管。
这项发明证实了肖克利作为科学家的天赋,他知道如何找到问题的根本。以他精练的风格,不论是以文字还是口头表述,他都能把实验导向一个新的、通常是正确的方向。
于是,世界上有了真正的晶体管。由于它的放大原理,它可以完成快速计算机操作的本质。晶体管具有很大的潜力,它与电子管不同,不需要预热时间,不会产生热量,不会烧坏,它也不会漏气和爆烈。电子管需要1瓦特的功率,与之相比,晶体管只要百万分之一瓦特。晶体管比电子管更快、更小,为小型计算机奠定了基础。60年代初,肖克利写道:“能用晶体管实现的功能用电子管同样可以做到,但它却没有同样的容量、能量和可靠性――虽然花了很长时间研製的晶体管才达到这种可靠性。
到了1956年,肖克利、巴丁、布拉顿三人,因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。肖克利也被誉为晶体管之父,大家也在获奖之后和解了。
肖克利可以说是硅谷里程碑式的人物,晶体管引发了电话工业,通讯,和计算机等各个方面的革命,造就了我们今天的生活方式。
如果没有晶体管或同类的技术,我们今天的生活可能相当蒸汽朋克,乔布斯一起创业的好友史蒂夫·沃兹在乔布斯传中给乔布斯看过一个手表
乔布斯传电影中出现的真空电子管手表
这样的东西作为情怀不错,但是作为唯一选择,可能就不是那么美妙了。
肖克利硅谷开张了第一家真正的科技公司,他让硅谷成为了真正的硅谷,想知道肖克利为什么最后败走硅谷吗,硅谷又是怎么成长起来的呢?请继续对侃电脑保持关注,我们将在本周推送“硅谷的故事”。
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