电器和我,都在成长

2019-12-31 09:09ChenyuZHU
课堂内外(高中版) 2019年9期
关键词:数字信号胶卷游戏机

ChenyuZHU

曾经的电器个个巨大,如今的它们却越发渺小。

你学过集成电路,知道它能让近30吨的电脑变成掌上的玩具,

但你可能不知道,这个世界上还有更多事物,是被物理学推动向前的。

1.初代计算机

世界上第一台电子计算机的名字叫ENIAC,它于1946年2月15日在美国宣告诞生。ENIAC的构建一共使用了17468个真空管、7200个晶体二极管、1500个继电器、10000个电容器,还有大约5000000个手工焊接头。它的重量达27吨,占地167平方米(1800平方英尺),耗电150千瓦/时。这么一个巨大的机器能每秒钟进行5000次左右的加减运算,在当时被称为“巨脑”。

2.第四代计算机

得益于物理学在半导体领域的长久发展,现在的一个计算机中央处理器(CPU)缩小成了半个手掌大的薄片,却能每秒进行10^9次的运算。计算机不仅体积变小了,速度变快了,价格也比从前便宜了许多。半导体行业有个著名的摩尔定律”,即集成电路的性能每18-22个月会提升一倍。从1945年第一台计算机ENIAC诞生,到现在已经大约过去了70年,按照这一定理,如今的计算机在ENIAC的基础上大概提升了2^38倍。

3.手机“大哥大”

世界上第一台手机是摩托罗拉公司的马丁.库帕团队在实验室中发明的,由于当时的手机硕大无比,形象酷似一块板砖,因此在进入国内市场后被大家称之为“大哥大”。第一代通信技术十分落后,主要使用模拟信号进行传输,不仅价格贵,还无法确保通话隐私,只需调调频就可以对电话内容进行监听,很不安全。第二代通信技术(2G)虽然已经用数字信号代替了模拟信号,但网络传输的速度依旧很慢,无法适应互联网的发展。

4.智能手机

智能手机时代,人们通过触屏来实现与手机的交互。随着通信技术的进步,手机的网速也变得越来越快,3G手机能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式;4G手机能够传输高质量视频图像,其图像传输质量与高清晰度甚至与电视不相上下;而在不久后的未来,5G网络的传输速率最高可达10Gbps,这意味着手机用户在不到一秒时间内即可完成一部高清电影的下载。

5.胶卷相机

胶卷相机的成像主要是依靠化学物质对光的敏感性。世界上第一张照片是法国人涅普斯在1882年制作出来的,主要原理就是卤化银遇光会变暗,当光在涂有卤化银的屏上成像后,不同点的光有不同的强度,因此变黑的程度也不同,由此形成了黑白相片。胶片相机的照片获取需要冲洗,这需要一定时间,并且在相片洗出来之前我们不知道照片拍摄效果如何,无法对照片进行后期的修图处理。尽管如此,胶卷相机在今天仍然获得了部分人群的喜爱,大导演王家卫就坚持用胶卷相机拍摄电影。

6.数码相机

数码相机镜头终端的成像位置处是光传感器,在成像后,传感器将光信号转换成数字信号并保存在存储设备里。数码相机相比胶卷相机有更多的优势,首先是信号传输和成像所需的时间几乎可以忽略不计;其次,拍摄时不用携带大量的胶卷,只需要一小块内存就可以走遍天下。照片如果略有瑕疵也沒关系,数字化的照片可以轻松通过PS等后期软件处理,如果你对照片质量有进一步要求,还可以用一些强大的图像处理算法来弥补硬件上的不足。

7.“小霸王”游戏机

提到游戏机,很多“80后”“90后”会想起儿时的心头好“小霸王”,以及装载了各种游戏的磁卡。当时的集成电路还未充分发展,电子器件无法让大型游戏运行,因此游戏的画质和故事性都是初代《超级玛丽》级别.的,但这并不能阻挡大批青少年对游戏机的喜爱。随后,掌上游戏机进入市场,例如任天堂的Game Boy系列和索尼公司旗下的产品PSP,但价格普遍偏高,拥有一台掌机成为很多人童年时代的梦想。

8.现代游戏机

如今的游戏机已经进行了全方位的革命,首先是显卡性能的提高让3D渲染的效果越变越好,当显卡性能提升后,用来模拟现实中光影的算法也可以设计得越来越巧妙;其次是游戏的内容和故事性越发饱满,能够用几百G的存储为整个游戏支撑起一个宏大的世界观,使得玩家有强烈的带入感。未来,在VR技术的加持下,游戏机还会为玩家增设更多感官体验,游戏将会成为青少年最重要的娱乐活动之一。

9.老式电视

早期电视是由阴极射线管来进行成像的,通过对射线源加热使其释放阴极射线(即电子),再通过加速器进入偏转磁场,最后轰击涂有荧光剂的屏幕使其产生亮点,不同的亮点形成的集合随着时间不断播放,这就是老式电视的运行原理。不过,使用阴极射线管进行加速使得电视机体型巨大,成像效果也并不理想,而且由于信号的传输使用的是模拟信号而不是数字信号,抗干扰能力也不强,动不动就会满屏雪花。

10.液晶电视

现在的电视机大多数采用液晶屏幕。液晶是一种既具有晶体性又具有液体性的物质。当对液晶外加不同的电压后,液晶分子排列会发生变化,导致其光学性质改变从而实现成像。由于不需要在电视机里部署一个阴极射线源以及加速器,液晶屏幕的体积和质量大大缩小,并且成像效果也比普通彩电好。由于如今的液晶电视都采用了数字信号进行传输,我们甚至可以通过对电视机进行编程来实现一些复杂的功能,例如玩游戏、屏幕投影等。

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