第二章 繼電器
來自專欄 0與1的世界
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由電生磁現象，可以製作一種十分有趣的設備：電磁繼電器。繼電器可以用來控制電路。我們將從它開始，開啟一場手動構建一台計算機之旅。
電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成。如下圖，是一台電磁繼電器。D,E端是輸入端，用來連接電源；B可看做一個開關，DE沒有電輸入時，由於彈簧的作用，B點將觸於A點；DE有電輸入時，電磁鐵產生磁力，吸引銜鐵向下，B點將觸於C點。
繼電器可用於自動控制電路。如下圖，BC外接一個燈泡，一個電池。DE沒有電輸入時，BC電路不連通，燈泡不亮；DE輸入電時，電磁鐵產生磁場，吸引銜鐵向下，BC電路連通，燈泡將發光。
也許，你會想我也可以把繼電器換成開關。如下圖，不是也可以達到相同的效果嗎？
重要的話說三遍，切記，繼電器的重點是可以自動控制電路，自動控制電路，自動控制，自動！
一切的趣味都在自動兩個字當中。繼電器的接受的輸入是電，它不需要像控制單刀開關那樣，由我們親自用手去控制。
學校里的電鈴一定有印象吧。
連通電路後，電鈴會叮~~叮~~叮~~叮~~響個不停。
電鈴的工作原理：當開關閉合時,電路被接通,電磁鐵有了磁性（通電後，電生磁）,把銜鐵吸引下來，小錘就在鈴上敲一下；當銜鐵被吸引過來後,它跟螺釘尖端分開,這時，電路是斷開的,所以電磁鐵失去磁性,彈簧片便彈了回來；當銜鐵碰到螺釘,電路又會再次閉合,又把銜鐵吸引過來,小錘又敲一下鈴,如此，周而復始，循環往複 , 鈴聲便會響個不停。鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~鐺~~
試想一下，沒有繼電器，如何讓B開關，觸於A，然後觸於C，觸於A，然後觸於C，觸於A，然後觸於C，如此循環往複下去。用手主動扳動B？一秒扳動一下，永不停歇？
計算器和繼電器有什麼關係？
由於接下來我們會經常使用繼電器做電路圖，為了方便使用，我們把繼電器簡化下面的符號。
電磁繼電器有電和無電輸入時，開關狀態示意圖
如果電路設計如下：電路一
DE通電情況與燈泡亮與不亮有兩種映射關係
DE通電情況 燈泡亮與不亮
無電 不亮
有電 亮
因為我們只關心繼電器DE處的通電情況與燈泡的亮與不亮，所以我們可以將電路再次抽象一次。
如果電路設計如下：電路二
DE通電情況與燈泡亮與不亮有兩種映射關係
DE通電情況 燈泡亮與不亮
無電 亮
有電 不亮
因為我們只關心繼電器DE處的通電情況與燈泡的亮與不亮，所以我們可以將電路再次抽象一次。
有沒有注意到電路一與電路二的抽象圖是相同的，但是在DE不通電時，電路一的燈泡不亮，電路二的燈泡亮；在DE通電時，電路一的燈泡亮，電路二的燈泡不亮。之所以特意注意這個現象，我是想說即使是同樣的輸入，在電路不同的情況下，輸出結果可以不同。反過來思考，可以設計電路使之滿足特定的輸入與輸出。
如果電路設計如下：則有更多的映射
因為我們只關心A1，B1的通電情況與C1C2燈泡的亮與不亮，所以我們可以將電路再次抽象一次。
如果電路設計如下：
抽象
那麼可以想像的是：一定存在下面這種電路
設想一下，開關狀態（閉合與斷開）不同，可以用來代表不同的數。
如下：
A1 A2 A3 A4(B1B2B3B4與此相同)
斷開 斷開 斷開 斷開 用來表示 數字 0
斷開 斷開 斷開 閉合 用來表示 數字 1
斷開 斷開 閉合 斷開 用來表示 數字 2
.......
燈泡狀態（亮與不亮）不同，也可以用來代表不同的數。
C1 C2 C3 C4
不亮 不亮 不亮 不亮 用來表示 數字 0
不亮 不亮 不亮 亮 用來表示 數字 1
不亮 不亮 亮 不亮 用來表示 數字 2
.......
把A1A2A3A4看做一個加數，把B1B2B3B4一個加數，把C1C2C3C4看做一個數。是否有一種電路恰好滿足兩個輸入數的和等於輸出（A1A2A3A4+B1B2B3B4=C1C2C3C4）的狀態電路。
答案是肯定的，可以！上面我們也提到過可以設計電路使之滿足特定的輸入與輸出。
假設可以的話，我們應當解決如下幾個問題:
一組開關（燈泡）如何關聯上我們熟知的阿拉伯數字？
符合（A輸入+B輸入=AB輸出）的電路圖是什麼樣的？
計算機一個重要的功能就是計算，如果這個可以計算加法的電路被設計出來了，是否可以說我們初步實現了計算機的加法計算？
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