如何實現硬體和軟體的統一？ 或者說如何把物理世界與電子學和電腦科學聯繫起來的？ 寫在前面： 我一直覺得萬事萬物之間都是有聯繫的，我們現在所說的科學，有個這樣的解釋：科學科學，分科而學。以前的那些偉大的科學家們為了更好的理解這個世界，故而把物理世界進行了多層次、多維度的劃分。 今天在一個講座上，有個 ...
如何實現硬體和軟體的統一？
或者說如何把物理世界與電子學和電腦科學聯繫起來的？
寫在前面：
我一直覺得萬事萬物之間都是有聯繫的，我們現在所說的科學，有個這樣的解釋：科學科學，分科而學。以前的那些偉大的科學家們為了更好的理解這個世界，故而把物理世界進行了多層次、多維度的劃分。
今天在一個講座上，有個老師提到了——多學科融合。這個詞大家都不陌生，連我都不知道聽過多少遍了，但這些學科之間究竟是怎麼融合的呢？
運放
這裡我想從運放開始講起：
運算放大器（Operational Amplifier，簡稱OP、OPA、op-amp、運放）大家都不陌生。
在日常的設計工作中，我們只需要知道這個運算放大器的工作特性，比如理想運放中無限大的開環增益（Ad=∞）、無限大的輸入阻抗（Zin／Rin=∞）…………
根據運放的這些特性，我們可以設計出積分器、微分器、施密特觸發器、乘法器等等…………
完全不需要往深了去研究運放是怎麼來的？它的內部結構是什麼？這些特性是怎麼實現的？
當然我這裡也不准備去講，我們今天的任務是去找聯繫：
- 去找運放和我們生活的物理世界之間的聯繫
- 去找運放和我們現在用的各種軟體編程語言，操作系統之間的聯繫
- 最後兩者相和，得出硬體與軟體的統一，得出EE和CS的統一
所以下麵我會從運放這個點，分別向兩個方向出發，並且以問題為導向出發。
從運放往前看：
大家知道運放內部的結構嗎？
運放一般是由輸入段、增益段、輸出段等3段電路構成。
而這3段電路，都是由抽象出來的電阻、電容等元器件組成的，這也就是我們常說的等效電路。
那麼問題又來了，大家覺得電阻，電容這些東西到底是什麼？
是因為這個世界上本來就有這些東西嗎？我們只是發現它，然後把它拿來用？
很顯然不是的，電阻器，電容器都是我們人類創造出來的。
從本質上來講，電阻和電容是一個物理概念，在電磁學中是這麼定義的：電阻是一個物體對於電流通過的阻礙能力。
從電阻的定義就可以看出，原來電阻電容只是我們抽象出來的一種概念，而電阻器電容器，是我們根據這種抽象出來的概念，加上一些物理學材料學知識，創造出來的電路元件。
而我們抽象出這種概念也不是憑空去想象的，也是按照有一定的規律。
離我們最近，也是最容易讓我們理解的規律，就是——物理學公式和相關定律。
比如，歐姆定律，麥克斯韋方程式……
這些公式和定律則來自於我們對自然界不停的觀察，並通過記錄多組數據進行分析，總結出來的。
以上，就實現了物理世界到電子學的統一。
物理世界必定是複雜的，但我們仍然有大腦這個利器，可以把複雜問題簡單化，不停的去抽象，封裝，直至一般人在不理解其內部原理的情況下，也能使用這些封裝好的工具，比如用運放搭建各種功能電路。
從運放往後看：
書接上節，在這個坐標軸上，越往右抽象化程度越高，也就越簡潔。
從運放這個起點出發往後看，其實走出來了兩條路。
第一條路：數字領域
在運放的基礎上我們可以搭建出各種門電路。
並把這些門電路抽象成各種數字門。
是不是越來越熟悉了呢？沒錯接下來就是讓我們掉盡了頭髮的——組合邏輯電路。
輸入，運算，輸出。
我們常見的各種晶元內部就是數不清的組合邏輯電路。而這些邏輯電路都是由數不清的晶體管搭建起來的。
晶體管是一個偉大的發明，在電腦的發展史上，正是晶體管的出現加速了電腦科學與電子的結合。
因為最開始的電腦，可是純機械的，每天就是打點。所以感謝貝爾實驗室的大佬門，感謝肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組。（貝爾實驗室真的是神們待過的地方）。
好了不跑題了，我們接著來看，在組合邏輯電路抽象出來之後，我們為什麼突然又需要各種編程語言了呢？怎麼又需要操作系統了呢？
這兩者之間是怎樣的一種聯繫？
這就不得不提時間這個概念了，在我們安排自己的生活時，不由自主的會以時間為導向，什麼時間做什麼事。
數字時鐘脈衝觸發電路閃亮登場！
把時間這一概念引入到邏輯電路之後，就相當於把一件又一件的事情，咱們提前給電腦給安排好，電腦按照咱們給的這個時間去做就行。
而這些咱們給電腦安排好的“日程表”，就是我們常說的——機器指令。
關於指令集系統，我們也不陌生什麼，像什麼指令集架構X86，ARM，複雜指令集，精簡指令集……
後來為什麼出現彙編語言，C語言，JAVA，Python等語言，大家應該都清楚，就是為了更好的讓人類去接受它，能夠以更接近人的方式去於電腦溝通，下達指令。
記住一句話：電腦進化的最終目的只有一個——與人類更加相近！
到此為止，我們找到了電子學與計運算元科學之間的聯繫。
第二條路：模擬領域
這條發展道路相對於數字來說，發展沒有什麼出奇的地方，無非是運算放大器，濾波器，調頻器，振蕩器，射頻放大器。
這裡就不多說了，有機會再和大家細聊。
聯繫
把前文找到的兩條線相接的話就會得到下麵這個一維坐標軸。
在這條坐標軸上，越是靠左的系統越是貼近物理世界，情況也是越發的複雜。
人類靠著一步一步的思考，把已有規律進行抽象，不斷發展，就像技術的黑盒子，不停的套娃，一層黑盒子套一個黑盒子。
直到我們使用的各種電子產品與生產生活工具。
寫在最後
有時候我就在想，工程到底是什麼？
我們一直在說自己是個工程師，機械工程師，硬體工程師，軟體工程師，往下還可以細分。
那麼究竟什麼是工程？
首先工程最重要的就是應用，也就是——實踐。
那麼應用什麼？實踐什麼？
應用我們瞭解到的規律和方法，也就是——科學知識。
所以，工程就是對科學知識進行有目的的應用。
各學科之間，當初為了更好的被理解而分開，如今又為了更好的被應用而湊到一起。
以上便是一次突發奇想，但無奈知識面不是很廣，有些角度略顯牽強，望大家見諒。
最後，祝大家早安，午安和晚安！（這兩天學校這邊好像要安排回家，我的研究生生活又半年過去了~）
加油！！！！！！
