晶体管的工作原理是在n型和p型交界处的自由电子和空穴的相互作用。n型的自由电子将会迁移过来填补p型的空穴。这就产生了一个叫做耗尽层的边界层,它阻止了更多的电子通过,因为负电荷相互排斥。但是,当一个正电压被应用到基础上时,它就否定了损耗层,并允许电流流过,完成回路。你们可以看到这和真空管的功能非常相似。那么,计算机到底是如何执行我们今天看到的,所有这些复杂功能的呢?
我们来看一个非常基本的例子。我们把两个数相加。首先,我们需要了解数字是如何用二进制表示的,这是用来存储数据的1和0。1111,这是你能用4位二进制表示的最大的数。第一个位表示1,第二个表示2,然后是4,最后是8,加起来等于15。这个模式继续,每个连续的位表示之前的两倍,所以如果我们增加一个额外的位,我们可以数到31。
如果把5和6相加,要做到这一点,我们需要一个在这个位置上保持1的电路,当它们都是1时,把1向前移动,正如你所看到的,这将给我们数字11。最简单的电路是半加法器。它包含两种类型的逻辑门,这些是可以修改二进制代码的设备,它们是用晶体管构建的。第一个是XOR逻辑门,当输入为1时,它只给出一个1,如果两者都是0或1,则给出0。
第二个逻辑门是an和gate,除了两个输入都为1外,其余的都为0。如果我们像这样连接这些逻辑门,我们就会创建一个半加法器,它会输出和进位。这使得我们可以一次增加二进制数。但需要一个更复杂的电路来完成一个步骤的计算。现代计算机每秒可以执行数百万次计算,而且速度还在加快。