Name: 為什麼早期電腦是用燈泡製成的？💡 (Por que os primeiros computadores eram feitos de lâmpadas)
Uploaded: 2026-03-26T22:35:19.000Z
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A era moderna da eletrônica começou com a lâmpada, mas não da maneira que você imagina.

電子學的現代時代始於燈泡，但跟你想像的不太一樣。

As primeiras lâmpadas tinham um filamento de carbono selado num bulbo de vidro a vácuo.

最早的燈泡是將碳絲密封在真空玻璃泡裡。

Quando uma diferença de potencial era aplicada através do filamento, a corrente passava por ele, aquecendo-o a mais de 1.700 °C, tão quente que ele brilhava.

當在燈絲兩端施加電位差時，電流會流過它，將其加熱到攝氏 1,700 度以上，熱到會發光。

Se houvesse muito oxigênio no bulbo, o filamento teria queimado imediatamente; essa era a razão do vácuo.

如果燈泡裡有太多氧氣，燈絲會立刻燒斷；這就是為什麼需要真空。

Mas, do ponto de vista da eletrônica, o verdadeiro avanço veio de uma observação curiosa feita por Thomas Edison.

不過，從電子學的角度來看，真正的突破來自湯瑪斯·愛迪生一個有趣的觀察。

Ele percebeu que, ao longo da vida útil de uma lâmpada, o vidro ficava descolorido, tornando-se amarelo e depois marrom, mas apenas de um lado.

他注意到，在燈泡的使用壽命中，玻璃會變色，先是變黃，然後變棕，但只在其中一側。

Bem, o filamento aquecido emite não só luz e calor, mas também elétrons.

嗯，加熱的燈絲不僅會發出光和熱，還會釋放電子。

Você pode imaginar que eles estão sendo liberados da superfície daquele carbono.

你可以想像，這些電子正從碳的表面釋放出來。

Esse fenômeno, chamado emissão termoiônica, já havia sido descoberto por outros cientistas de forma independente até 27 anos antes.

這個現象叫做熱離子發射，其實在 27 年前就已經有其他科學家獨立發現了。

Mas, depois de Edison, isso se tornou amplamente conhecido;

不過，在愛迪生之後，這件事就廣為人知了；

na verdade, por um tempo, a emissão de elétrons de um filamento aquecido foi chamada de efeito Edison.

事實上，有一段時間，加熱燈絲釋放電子的現象就被稱為愛迪生效應。

Agora, esses elétrons flutuando por aí estavam desobstruídos porque estavam em um vácuo.

現在，這些到處飄散的電子因為處在真空環境中，所以沒有受到阻礙。

Mas como havia uma diferença de potencial entre os fios que levavam ao filamento, os elétrons eram atraídos para o fio positivo.

但是，因為連接燈絲的導線之間存在電位差，電子會被吸引到正極導線上。

Então eles aceleravam em direção a ele e a maioria passava direto e colidia com o vidro, ao longo do tempo, descolorindo-o.

所以它們會朝著正極加速，大部分會直接穿過，撞擊玻璃，久而久之，就把玻璃弄變色了。

Vale ressaltar que Edison estava usando corrente contínua;

值得一提的是，愛迪生使用的是直流電；

se ele estivesse usando corrente alternada, então ambos os lados teriam sido descoloridos.

如果他使用的是交流電，那麼兩側都會被弄變色。

Mas foi essa observação que preparou o terreno para uma revolução eletrônica e, eventualmente, para os primeiros computadores digitais.

但正是這個觀察，為電子學革命，以及最終的數位電腦奠定了基礎。

Em 1904, John Ambrose Fleming patenteou um dispositivo muito parecido com a lâmpada de Edison, mas com um acréscimo importante: um segundo eletrodo dentro da lâmpada.

在 1904 年，約翰·安布羅斯·弗萊明為一個類似愛迪生燈泡的裝置申請了專利，但多了一個重要的東西：燈泡內部的第二個電極。

Carregando positivamente essa placa em relação ao filamento, os elétrons eram acelerados pelo vão, fechando o circuito.

將這個板極相對於燈絲充電，電子會被加速通過空隙，形成電路。

Se a placa estivesse um pouco negativa em relação ao filamento, repeliria os elétrons e não haveria corrente.

如果板極相對於燈絲稍微負電，它就會排斥電子，也不會有電流。

Fleming chamou o seu dispositivo de rua de mão única para eletricidade.

弗萊明稱他的裝置為電力的單向手持裝置。

Como apenas um dos eletrodos era aquecido, os elétrons só podiam fluir dali para a placa, e não no sentido contrário.

由於只有一個電極被加熱，電子只能從那裡流向板極，反之則不行。

O dispositivo foi chamado de diodo termiônico e foi usado inicialmente para detectar sinais de rádio, mas também podia converter corrente alternada em corrente contínua.

這個裝置被稱為熱離子二極體，最初用於偵測無線電信號，但也能將交流電轉換為直流電。

Os cientistas rapidamente perceberam que um design mais eficiente tinha o filamento no centro e o outro eletrodo, a placa ou ânodo, como um cilindro ao seu redor.

科學家們很快意識到，更有效率的設計是將燈絲放在中間，另一個電極，也就是板極或陽極，則像一個圓筒圍繞著它。

Essa geometria capturava mais elétrons que saíam do filamento e permitia que correntes maiores fluíssem.

這種幾何結構捕獲了更多從燈絲出來的電子，並允許更大的電流流動。

Com um desses diodos, era possível converter corrente alternada em corrente contínua irregular.

使用其中一個二極體，可以將交流電轉換為不規則的直流電。

Combinando alguns diodos e um capacitor, obtinha-se uma corrente contínua relativamente estável.

結合幾個二極體和一個電容器，就可以得到相對穩定的直流電。

Isso foi muito importante: o primeiro dispositivo prático de válvula, modelo para todas as válvulas que dominariam a indústria nos 50 anos seguintes.

這點非常重要：這是第一個實用的真空管裝置，也是未來 50 年電子產業的主流真空管模型。

No começo do século XX, o grande problema da eletrônica era amplificar.

二十世紀初，電子學面臨的最大問題是放大。

O rádio era recém-inventado, mas o seu alcance era limitado pela falta de equipamentos confiáveis para amplificar sinais fracos.

無線電剛發明，但其訊號範圍受到可靠設備不足以放大微弱訊號的限制。

As chamadas telefônicas eram limitadas a até 1.300 km, pois além disso o sinal ficava fraco demais para ser ouvido.

電話的通話距離限制在 1,300 公里以內，因為超過這個距離，訊號會變得太弱而聽不見。

Uma forma inicial de amplificação foi criada para o funcionamento do telégrafo, chamada relé.

早期的一種放大方式是為電報運作而設計的，稱為繼電器。

Num relé, há um eletroimã e, quando a corrente passa por esse eletroimã, ele atrai um interruptor, acionando um segundo circuito.

在繼電器中，有一個電磁鐵，當電流通過這個電磁鐵時，它會吸引一個開關，進而啟動第二個電路。

Quando a corrente no eletroimã cessa, o interruptor é liberado e o segundo circuito se abre novamente.

當電磁鐵的電流停止時，開關會被釋放，第二個電路也會再次打開。

Este dispositivo amplifica pontos e traços do código Morse em uma linha telegráfica.

這個裝置可以放大電報線上的摩斯密碼的點和劃。

Mas sua saída binária significa que ele é incapaz de amplificar os sinais complexos e analógicos de chamadas telefônicas e ondas de rádio.

但它的二進位輸出意味著它無法放大電話和無線電訊號的複雜類比訊號。

É por isso que foi uma grande inovação em 1906, quando Leed Forest pegou o diodo e adicionou outro eletrodo dentro do bulbo.

這就是為什麼在 1906 年，當 Leed Forest 在真空管中加入另一個電極時，這是一項重大的創新。

Esse eletrodo não era uma peça sólida de metal, mas sim uma malha de fios espaçada, e foi colocado entre o filamento, ou cátodo, e o ânodo.

這個電極不是一塊實心的金屬，而是一個間隔開的線網，它被放置在燈絲（或稱陰極）和陽極之間。

Com três eletrodos ele passou a ser chamado de tríodo.

有了三個電極，它就被稱為三極管。

Agora, uma grande diferença de potencial podia ser aplicada entre o ânodo e o cátodo, mas a quantidade de elétrons que realmente fluía entre eles era controlada pela voltagem na grade, como esse novo eletrodo passou a ser conhecido.

現在，可以在陽極和陰極之間施加很大的電位差，但實際在它們之間流動的電子數量，卻是由柵極的電壓來控制的，這個新電極後來就被稱為柵極。

Se a grade tivesse carga negativa, repelia os elétrons do filamento, impedindo seu fluxo ao ânodo.

如果柵極帶負電，它就會排斥來自燈絲的電子，阻止它們流向陽極。

Se a grade estivesse levemente positiva, os elétrons seriam atraídos para longe do filamento, passando pelos orifícios da grade e acelerando em direção ao ânodo.

如果柵極帶一點正電，電子就會被吸引離開燈絲，穿過柵極的孔洞，然後加速飛向陽極。

Então, dessa forma, uma pequena mudança na voltagem da grade pode controlar uma grande voltagem no ânodo.

所以，這樣一來，柵極上微小的電壓變化就能控制陽極上的大電壓。

E a resposta é rápida, então você pode obter amplificação de alta frequência.

而且響應速度很快，所以你可以獲得高頻率的放大。

Eu gosto de pensar nisso como estar no topo de um penhasco alto, abrindo e fechando uma válvula em um grande cano de água.

我喜歡把它想像成站在高高的懸崖頂上，在一個大水管上開關閥門。

Quer dizer, não é preciso muita energia para girar a válvula, mas essa pequena entrada é convertida numa enorme saída de água caindo do penhasco.

也就是說，轉動閥門不需要很大的力氣，但這個微小的輸入卻轉化成了從懸崖上落下的大量水流輸出。

Então o amarelo é a entrada e O amarelo indica a entrada e o roxo a saída.

所以黃色是輸入，黃色表示輸入，紫色表示輸出。

Há cerca de 2 volts de variação na entrada, resultando em 5, 10, 15 volts de variação na saída.

輸入有大約 2 伏特的變化，導致輸出有 5、10、15 伏特的變化。

Para essa demonstração, estávamos usando apenas 24 volts no ânodo.

在這次示範中，我們在陽極上只使用了 24 伏特。

Se tivéssemos usado uma voltagem mais alta, poderíamos ter conseguido muito mais amplificação, e as pessoas realmente faziam isso.

如果我們使用更高的電壓，我們可以獲得更多的放大，而且人們確實這樣做了。

Esse foi o aparelho que permitiu nossas primeiras chamadas de longa distância.

這就是讓我們能夠進行首次長途電話的設備。

Usando válvulas, a primeira chamada transcontinental de Nova York para São Francisco aconteceu entre 25 de janeiro de 1915.

使用真空管，第一次橫貫大陸的電話發生在 1915 年 1 月 25 日，從紐約到舊金山。

É difícil ver a grade aqui porque, assim como no diodo cilíndrico, a melhor configuração para um tríodo é ter uma configuração cilíndrica.

這裡很難看到柵極，因為就像在圓柱形二極體一樣，三極體的最佳配置是圓柱形配置。

O ânodo fica do lado de fora, a grade está cilindricamente dentro dele e o cátodo ou filamento está no centro.

陽極在外面，柵極呈圓柱狀在裡面，陰極或燈絲則在最中心。

A invenção do tríodo foi muito importante.

Rádios, televisores, quaisquer eletrônicos que as pessoas tinham era alimentado por válvulas.

無論是收音機、電視機，或是大家當時有的任何電子產品，都是由真空管驅動的。

Você teria tantas delas em casa, mesmo até os anos 60 e 70, mas as válvulas não tinham terminado de revolucionar a eletrônica.

你家裡會有好多好多這種東西，一直到 60、70 年代都有，但真空管並沒有是以停止革命性的改變電子學。

Em sua tese de 1937, Claude Shannon encontrou uma conexão entre circuitos elétricos e um ramo da matemática conhecido como álgebra booleana.

在他 1937 年的論文中，克勞德·夏農發現了電路和一門數學分支「布林代數」之間的關聯。

Trabalhando em meados do século XIX, George Boole estava tentando encontrar uma base matemática para a lógica.

喬治·布爾在 19 世紀中葉工作時，試圖為邏輯尋找一個數學基礎。

No sistema dele, uma afirmação verdadeira era representada como 1 e uma afirmação falsa como 0.

在他的系統中，一個為真的陳述代表 1，一個為假的陳述代表 0。

E Boole também desenvolveu algumas operações, como o E.

布爾也發展了一些運算，像是「AND」運算。

Se ambas as afirmações A e B fossem verdadeiras, então o resultado também seria verdadeiro.

如果陳述 A 和陳述 B 都為真，那麼結果也會為真。

O que Shannon percebeu foi que as operações de Boole podiam ser representadas como circuitos eletrônicos, que havia uma equivalência entre afirmações matemáticas e circuitos elétricos.

夏農意識到，布爾的運算可以透過電子電路來表示，數學陳述和電路之間存在著等價關係。

Para montar esses circuitos no mundo real, bastavam alguns interruptores.

要在真實世界中組裝這些電路，只需要幾個開關。

Nesse mesmo ano, 1937, George Stebbits construiu a primeira calculadora digital.

在 1937 年，George Stebbits 建造了第一臺數位電腦。

Ela podia somar dois números binários de um bit, ou seja, ela podia somar dois números, desde que fossem 0 ou 1.

這臺電腦可以將兩個一位元的二進位數字相加，也就是說，只要數字是 0 或 1，它就能相加。

A calculadora usava um relé, interruptor eletromecânico originário da telegrafia.

這臺電腦使用的是繼電器，這是一種源自電報技術的機電開關。

Havia duas entradas: se elas ficassem abertas, a entrada era 0; se fechadas, era 1.

有兩個輸入：如果它們是斷開的，輸入就是 0；如果它們是閉合的，輸入就是 1。

A saída era mostrada com duas lâmpadas: se nenhuma luz estivesse acesa, a resposta era 0.

輸出會用兩個燈泡顯示：如果沒有燈亮，答案就是 0。

Se a luz de saída acendesse, a resposta era 1; se a de transporte acendesse, era 2.

如果輸出燈亮了，答案就是 1；如果進位燈亮了，答案就是 2。

O diagrama do circuito funciona assim: se nem a chave A nem a B estiverem fechadas, ou seja, somando 0 mais 0, então nenhuma corrente passa pelo circuito e nenhuma lâmpada acende.

電路圖是這樣運作的：如果 A 和 B 開關都沒有閉合，也就是 0 加 0，那麼電流就不會通過電路，也不會有燈泡亮起。

Se a entrada A estivesse fechada, a corrente passaria pelo solenoide, criando um campo magnético que puxaria o interruptor para fechar.

如果 A 輸入閉合，電流就會流過電磁線圈，產生一個磁場，這個磁場會拉動開關使其閉合。

E isso conecta a lâmpada de saída à energia e desconecta a lâmpada de transporte.

這會將輸出燈泡連接到電源，並斷開進位燈泡的連接。

Assim, a lâmpada de saída acende, o que significa que a resposta é 1.

所以輸出燈泡會亮起，這表示答案是 1。

E a mesma coisa aconteceria quando a entrada B estivesse fechada e a A aberta.

同樣的，當輸入 B 閉合而 A 開啟時，也會發生同樣的情況。

Mas se você fechasse tanto A quanto B simultaneamente?

Então não há corrente passando pelo solenoide, mas haveria uma corrente vinda da bateria conectada a A, que está ligada à lâmpada 1.

那麼電流就不會通過電磁線圈，但會有來自連接到 A 的電池的電流，而 A 連接到燈泡 1。

Então ela acende, indicando que 1 mais 1 é igual a 2.

所以它會亮起，表示 1 加 1 等於 2。

Stebbits construiu seu dispositivo com algumas baterias, lâmpadas e relés que ele tinha por aí, e, para as entradas, ele cortou uma lata de tabaco.

Stebbits 用他手邊的一些電池、燈泡和繼電器建造了他的裝置，至於輸入端，他則是用菸盒切開來做。

Ele construiu isso em uma noite na mesa da cozinha, por isso ficou conhecido como Model K.

他在廚房的桌子上一個晚上就完成了這個裝置，所以它被稱為 Model K。

O circuito que Stebbits construiu agora é chamado de meio-somador.

Stebbits 建造的這個電路，現在被稱為半加法器。

Mas se você olhar para esse circuito pelos olhos de Claude Shannon, percebe que, na verdade, são duas portas lógicas.

不過，如果你從 Claude Shannon 的角度來看這個電路，你會發現它其實是兩個邏輯閘。

A lâmpada de saída deve acender quando A ou B, mas não ambos, estiverem fechados.

輸出燈泡應該會在 A 或 B 其中一個閉合時亮起，但兩個都閉合時不會。

Então isso é conhecido como uma porta, ou exclusivo.

所以這就叫做互斥邏輯閘，或稱為 XOR。

Já a lâmpada de Vaium só deve acender quando tanto A quanto B estiverem fechados, então isso é uma porta E.

而 Vaium 燈泡則應該在 A 和 B 都閉合時才亮起，這就是 AND 閘。

Este circuito usa versões elétricas dos operadores booleanos, tis, or e e.

這個電路使用了布林運算符的電氣版本，像是 NOT、OR 和 AND。

É possível construir outros operadores booleanos como portas eletrônicas, para coisas como OU, NOR e NAND.

我們可以建造其他的布林運算符，像是電子閘，來處理像是 OR、NOR 和 NAND 的運算。

E você pode dizer: "Qual é o grande lance?" Quero dizer, o grande lance é que você acabou de enganar um monte de elétrons para fazerem matemática para você.

你可能會說：「這有什麼了不起的？」我的意思是，了不起的地方在於，你剛剛騙了一堆電子幫你做數學運算。

當然，這只是很簡單的數學運算。

É possível conectar vários meios-somadores para criar circuitos mais complexos capazes de realizar cálculos avançados.

我們可以連接好幾個半加法器，來建立更複雜的電路，執行進階的計算。

Foi exatamente isso que Stebbits e colegas dos Bell Labs fizeram.

這正是 Stebbits 和 Bell Labs 的同事們所做的事情。