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1、一、逻辑电路和控制电路一、逻辑电路和控制电路31 只有电子设备的输入和输出之只有电子设备的输入和输出之间形成一定的逻辑关系，电子设间形成一定的逻辑关系，电子设备才能实现运算和控制。备才能实现运算和控制。 往往在一个实际控制任务中遇到大往往在一个实际控制任务中遇到大量的量的“开启开启”和和“关闭关闭”这类最简单这类最简单和最基本的控制动作。和最基本的控制动作。 例如：路灯自动控制。某一时刻开启，某一时刻关闭，例如：路灯自动控制。某一时刻开启，某一时刻关闭，也可以是某一光照度开启，某一光照度关闭等等。也可以是某一光照度开启，某一光照度关闭等等。 逻辑电路是计算机和自动化设备中的重要组成部分。逻辑电
2、路是计算机和自动化设备中的重要组成部分。它是指输出与输入之间存在一定的逻辑关系的电路。最它是指输出与输入之间存在一定的逻辑关系的电路。最简单、最直观的逻辑电路是有触点的开关电路。所谓有简单、最直观的逻辑电路是有触点的开关电路。所谓有触点的开关是指由手动或继电器控制的开关。触点的开关是指由手动或继电器控制的开关。 教科书教科书继电器控制实际上只有两个状态，即：继电器控制实际上只有两个状态，即：“通通”或或“断断”。而目前通用的计数方法是而目前通用的计数方法是10进位。有十个数，即：进位。有十个数，即：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 人们想到和牛顿同时代人们想到和牛顿同时代的德国科学家莱
3、布尼茨提的德国科学家莱布尼茨提出的二进位制。出的二进位制。 莱布尼茨提出的二进位莱布尼茨提出的二进位制，是受到了中国八卦的制，是受到了中国八卦的启发。启发。1988年，在北京召开年，在北京召开“二维强关联电子系统国际研讨会二维强关联电子系统国际研讨会”会标。会标。会议主要内容：研讨高温超导。会议主要内容：研讨高温超导。作者：吴作人作者：吴作人李政道评价：太极古式成新形，阴阳二维解超导。李政道评价：太极古式成新形，阴阳二维解超导。莱布尼茨同牛顿并称莱布尼茨同牛顿并称为微积分的发明者。为微积分的发明者。目前我们使用的积目前我们使用的积分符号就是莱布尼分符号就是莱布尼茨创造的。茨创造的。最早创造积分
4、的目的是为了求面积。最早创造积分的目的是为了求面积。S 1847年英国数学家布尔提出：年英国数学家布尔提出：用符号来表达语言和思维逻辑。用符号来表达语言和思维逻辑。（逻辑代数又称布尔代数）（逻辑代数又称布尔代数） 在布尔代数中，变量或函数的在布尔代数中，变量或函数的取值只有两个：即取值只有两个：即“真真”和和“假假”，或表示成，或表示成“1”和和“0”。 由于有了二进位和布尔的思想，可以将信息转换由于有了二进位和布尔的思想，可以将信息转换成数字信号。就为计算机进入我们的时代打下了基成数字信号。就为计算机进入我们的时代打下了基础。础。 世界第一台电子计算机世界第一台电子计算机1946年研制成功。
5、共使用年研制成功。共使用了了18000个电子管，个电子管，1500个继电器。占地个继电器。占地1500平方英尺，平方英尺，重达重达30吨，耗电量吨，耗电量150千瓦，运算速度为每秒千瓦，运算速度为每秒5000次。次。目前计算机使用的目前计算机使用的“继电器继电器”是电子继电是电子继电器。器。 但要提高计算速度，目前的以半导体材料为基础的集但要提高计算速度，目前的以半导体材料为基础的集成技术日益走向它的极限。成技术日益走向它的极限。目目前前的的研研发发方方向向生物计算机生物计算机量子计算机量子计算机超导计算机超导计算机光计算机光计算机AP输入和输出真值量表输入和输出真值量表输入：开关输入：开关“
6、通通”和和“断断”。若通记为若通记为“1”，则断为，则断为“0”。输出：灯亮记为输出：灯亮记为“1”，则不，则不亮记为亮记为“0”。这就出现输入这就出现输入“1”时与之对应的输出是时与之对应的输出是“1”还是还是“0”。这就出现输入这就出现输入“0”时与之对应的输出是时与之对应的输出是“0”还是还是“1”。AP0011AP输入和输出真值量表输入和输出真值量表AP1001多开关控制电路多开关控制电路BPA输入和输出真值量表输入和输出真值量表ABP000100010111“与与”门电路。门电路。与：有与：有“和和”、“跟跟”的含的含义。义。在这里有在这里有“我和你我和你”的意思。的意思。即：我和你
7、都通才有输出的即：我和你都通才有输出的意思。意思。人教版举例：财务室安人教版举例：财务室安全门。全门。生活中还有哪些事例体生活中还有哪些事例体现了现了“与与”逻辑关系？逻辑关系？PAB输入和输出真值量表输入和输出真值量表ABP000101011111相当于教室的两个门。相当于教室的两个门。输入端一些部分处于不输入状态时也输入端一些部分处于不输入状态时也会有输出。会有输出。“或或”门电路。门电路。或：有或：有“选择选择”、“不肯定不肯定”的意思的意思人教版举例：某寝室的人教版举例：某寝室的4位同位同学每人都配了一把门钥匙，每学每人都配了一把门钥匙，每人都可以用自己的钥匙单独开人都可以用自己的钥匙
8、单独开门，它体现了门，它体现了“或或”逻辑关系。逻辑关系。BPAPAB这两个电这两个电路都有路都有“1”与与“1”对对应。应。AP输入和输出真值量表输入和输出真值量表AP1001 这种输出和输入状态相反的逻辑这种输出和输入状态相反的逻辑关系电路叫做关系电路叫做“非非”门电路。门电路。二、信息概念及用电传输信息的方法二、信息概念及用电传输信息的方法11信息信息就是对外在世界（个人、自然及社会）状态的反就是对外在世界（个人、自然及社会）状态的反映，知道了信息就能增加对外在世界的认识，就可以消映，知道了信息就能增加对外在世界的认识，就可以消除你心中的疑问或消除对事物认识的不确定性。除你心中的疑问或消
9、除对事物认识的不确定性。信息论 创建人：美国数学家申农创建人：美国数学家申农1948年和年和1949年发表两篇论文年发表两篇论文通讯的数学理论通讯的数学理论、在噪声中的通讯在噪声中的通讯为标志创建的。为标志创建的。 申农对信息的定义：用来消除接收端在收到信息之前所申农对信息的定义：用来消除接收端在收到信息之前所存在的关于通信信号波形的不确定的东西。存在的关于通信信号波形的不确定的东西。著名物理学家薛定谔著名物理学家薛定谔“负熵论负熵论”。他认为：信息就是负。他认为：信息就是负熵。熵。总之，信息可以减少不确定性增加确定性。信息可以减总之，信息可以减少不确定性增加确定性。信息可以减小无序性可以增大
10、有序性。小无序性可以增大有序性。 信息是对事物状态、存在方式和相互联系进行描述的一信息是对事物状态、存在方式和相互联系进行描述的一组文字、符号、语言、或情态。信息的特征在于能消除事组文字、符号、语言、或情态。信息的特征在于能消除事情的不确定性。情的不确定性。信息的单位：比特。信息的单位：比特。1比特的含义：在事情的两种可能结果中选中了其中比特的含义：在事情的两种可能结果中选中了其中一个结果，我们所获得的信息维一个结果，我们所获得的信息维1比特。比特。信息传输的特点：信息输出者的信息量不会减少。信息传输的特点：信息输出者的信息量不会减少。熵熵(S)熵是物理学研究热力学时创建的一个概念。熵是物理学
11、研究热力学时创建的一个概念。熵是系统混乱度（或有序度）的量度。熵值越大系统熵是系统混乱度（或有序度）的量度。熵值越大系统的混乱度越大，熵越小系统的混乱度越小。的混乱度越大，熵越小系统的混乱度越小。 熵的增加原理：对于一个孤立系统，其熵熵的增加原理：对于一个孤立系统，其熵永不减少。对于不可逆过程熵总是在增大。永不减少。对于不可逆过程熵总是在增大。熵与信息（学习与熵）熵与信息（学习与熵）熵是无知或缺乏信息的量度。熵是无知或缺乏信息的量度。我们要使自己变为开放系统。我们要使自己变为开放系统。虚心使人进步，骄傲使人落后。虚心使人进步，骄傲使人落后。信息与负熵等价。信息与负熵等价。熵与能量的转化和守恒定
12、律对于能量而言，熵的增加与能质降低等价。对于能量而言，熵的增加与能质降低等价。熵与生命 奥地利物理学家薛定谔：奥地利物理学家薛定谔：“一个生命有机体，一个生命有机体，在不断地增加着它的熵在不断地增加着它的熵你或者可以说是在增你或者可以说是在增加正熵加正熵并趋于接近最大值的熵的危险状态，并趋于接近最大值的熵的危险状态，那就是死亡。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一那就是死亡。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境里不断汲取负熵，我们马上就的办法就是从环境里不断汲取负熵，我们马上就会明白负熵是十分积极的东西，有机体就是赖负会明白负熵是十分积极的东西，有机体就是赖负熵而生的，这就是说，生命有机体不断汲取负熵熵而生的，这就是说，生命有机体不断汲取负熵是生命得以维持的必要条件。是生命得以维持的必要条件。”熵与经济经济学家认为：无限增长的需求可用经济的无限增长经济学家认为：无限增长的需求可用经济的无限增长来满足。来满足。 但是自然界不能为经济增长提供无限的资源，不但是自然界不能为经济增长提供无限的资源，不能为人类提供无限大的废料厂能为人类提供无限大的废料厂，即人们，即人们不能使地球的熵达到最大值的那一天更早的到来。不能使地球的熵达到最大值的那一天更早的到来。
