ChenyuZHU

曾經(jīng)的電器個(gè)個(gè)巨大，如今的它們卻越發(fā)渺小。

你學(xué)過集成電路，知道它能讓近30噸的電腦變成掌上的玩具，

但你可能不知道，這個(gè)世界上還有更多事物，是被物理學(xué)推動(dòng)向前的。

1.初代計(jì)算機(jī)

世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的名字叫ENIAC，它于1946年2月15日在美國宣告誕生。ENIAC的構(gòu)建一共使用了17468個(gè)真空管、7200個(gè)晶體二極管、1500個(gè)繼電器、10000個(gè)電容器，還有大約5000000個(gè)手工焊接頭。它的重量達(dá)27噸，占地167平方米（1800平方英尺），耗電150千瓦/時(shí)。這么一個(gè)巨大的機(jī)器能每秒鐘進(jìn)行5000次左右的加減運(yùn)算，在當(dāng)時(shí)被稱為“巨腦”。

2.第四代計(jì)算機(jī)

得益于物理學(xué)在半導(dǎo)體領(lǐng)域的長久發(fā)展，現(xiàn)在的一個(gè)計(jì)算機(jī)中央處理器（CPU）縮小成了半個(gè)手掌大的薄片，卻能每秒進(jìn)行10^9次的運(yùn)算。計(jì)算機(jī)不僅體積變小了，速度變快了，價(jià)格也比從前便宜了許多。半導(dǎo)體行業(yè)有個(gè)著名的摩爾定律”，即集成電路的性能每18-22個(gè)月會(huì)提升一倍。從1945年第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC誕生，到現(xiàn)在已經(jīng)大約過去了70年，按照這一定理，如今的計(jì)算機(jī)在ENIAC的基礎(chǔ)上大概提升了2^38倍。

3.手機(jī)“大哥大”

世界上第一臺(tái)手機(jī)是摩托羅拉公司的馬丁.庫帕團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)明的，由于當(dāng)時(shí)的手機(jī)碩大無比，形象酷似一塊板磚，因此在進(jìn)入國內(nèi)市場后被大家稱之為“大哥大”。第一代通信技術(shù)十分落后，主要使用模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，不僅價(jià)格貴，還無法確保通話隱私，只需調(diào)調(diào)頻就可以對(duì)電話內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)聽，很不安全。第二代通信技術(shù)（2G）雖然已經(jīng)用數(shù)字信號(hào)代替了模擬信號(hào)，但網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣纫琅f很慢，無法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

4.智能手機(jī)

智能手機(jī)時(shí)代，人們通過觸屏來實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的交互。隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，手機(jī)的網(wǎng)速也變得越來越快，3G手機(jī)能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式;4G手機(jī)能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，其圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度甚至與電視不相上下;而在不久后的未來，5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率最高可達(dá)10Gbps，這意味著手機(jī)用戶在不到一秒時(shí)間內(nèi)即可完成一部高清電影的下載。

5.膠卷相機(jī)

膠卷相機(jī)的成像主要是依靠化學(xué)物質(zhì)對(duì)光的敏感性。世界上第一張照片是法國人涅普斯在1882年制作出來的，主要原理就是鹵化銀遇光會(huì)變暗，當(dāng)光在涂有鹵化銀的屏上成像后，不同點(diǎn)的光有不同的強(qiáng)度，因此變黑的程度也不同，由此形成了黑白相片。膠片相機(jī)的照片獲取需要沖洗，這需要一定時(shí)間，并且在相片洗出來之前我們不知道照片拍攝效果如何，無法對(duì)照片進(jìn)行后期的修圖處理。盡管如此，膠卷相機(jī)在今天仍然獲得了部分人群的喜愛，大導(dǎo)演王家衛(wèi)就堅(jiān)持用膠卷相機(jī)拍攝電影。

6.數(shù)碼相機(jī)

數(shù)碼相機(jī)鏡頭終端的成像位置處是光傳感器，在成像后，傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并保存在存儲(chǔ)設(shè)備里。數(shù)碼相機(jī)相比膠卷相機(jī)有更多的優(yōu)勢(shì)，首先是信號(hào)傳輸和成像所需的時(shí)間幾乎可以忽略不計(jì);其次，拍攝時(shí)不用攜帶大量的膠卷，只需要一小塊內(nèi)存就可以走遍天下。照片如果略有瑕疵也沒關(guān)系，數(shù)字化的照片可以輕松通過PS等后期軟件處理，如果你對(duì)照片質(zhì)量有進(jìn)一步要求，還可以用一些強(qiáng)大的圖像處理算法來彌補(bǔ)硬件上的不足。

7.“小霸王”游戲機(jī)

提到游戲機(jī)，很多“80后”“90后”會(huì)想起兒時(shí)的心頭好“小霸王”，以及裝載了各種游戲的磁卡。當(dāng)時(shí)的集成電路還未充分發(fā)展，電子器件無法讓大型游戲運(yùn)行，因此游戲的畫質(zhì)和故事性都是初代《超級(jí)瑪麗》級(jí)別.的，但這并不能阻擋大批青少年對(duì)游戲機(jī)的喜愛。隨后，掌上游戲機(jī)進(jìn)入市場，例如任天堂的Game?Boy系列和索尼公司旗下的產(chǎn)品PSP，但價(jià)格普遍偏高，擁有一臺(tái)掌機(jī)成為很多人童年時(shí)代的夢(mèng)想。

8.現(xiàn)代游戲機(jī)

如今的游戲機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了全方位的革命，首先是顯卡性能的提高讓3D渲染的效果越變?cè)胶茫?dāng)顯卡性能提升后，用來模擬現(xiàn)實(shí)中光影的算法也可以設(shè)計(jì)得越來越巧妙;其次是游戲的內(nèi)容和故事性越發(fā)飽滿，能夠用幾百G的存儲(chǔ)為整個(gè)游戲支撐起一個(gè)宏大的世界觀，使得玩家有強(qiáng)烈的帶入感。未來，在VR技術(shù)的加持下，游戲機(jī)還會(huì)為玩家增設(shè)更多感官體驗(yàn)，游戲?qū)?huì)成為青少年最重要的娛樂活動(dòng)之一。

9.老式電視

早期電視是由陰極射線管來進(jìn)行成像的，通過對(duì)射線源加熱使其釋放陰極射線（即電子），再通過加速器進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場，最后轟擊涂有熒光劑的屏幕使其產(chǎn)生亮點(diǎn)，不同的亮點(diǎn)形成的集合隨著時(shí)間不斷播放，這就是老式電視的運(yùn)行原理。不過，使用陰極射線管進(jìn)行加速使得電視機(jī)體型巨大，成像效果也并不理想，而且由于信號(hào)的傳輸使用的是模擬信號(hào)而不是數(shù)字信號(hào)，抗干擾能力也不強(qiáng)，動(dòng)不動(dòng)就會(huì)滿屏雪花。

10.液晶電視

現(xiàn)在的電視機(jī)大多數(shù)采用液晶屏幕。液晶是一種既具有晶體性又具有液體性的物質(zhì)。當(dāng)對(duì)液晶外加不同的電壓后，液晶分子排列會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)改變從而實(shí)現(xiàn)成像。由于不需要在電視機(jī)里部署一個(gè)陰極射線源以及加速器，液晶屏幕的體積和質(zhì)量大大縮小，并且成像效果也比普通彩電好。由于如今的液晶電視都采用了數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，我們甚至可以通過對(duì)電視機(jī)進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的功能，例如玩游戲、屏幕投影等。