如何实现硬件和软件的统一？
或者说如何把物理世界与电子学和计算机科学联系起来的？

运放

这里我想从运放开始讲起：
运算放大器（Operational Amplifier，简称OP、OPA、op-amp、运放）大家都不陌生。

在日常的设计工作中，我们只需要知道这个运算放大器的工作特性，比如理想运放中无限大的开环增益（Ad=∞）、无限大的输入阻抗（Zin／Rin=∞）…………
根据运放的这些特性，我们可以设计出积分器、微分器、施密特触发器、乘法器等等…………
完全不需要往深了去研究运放是怎么来的？它的内部结构是什么？这些特性是怎么实现的？
当然我这里也不准备去讲，我们今天的任务是去找联系：

• 去找运放和我们生活的物理世界之间的联系
• 去找运放和我们现在用的各种软件编程语言，操作系统之间的联系
• 最后两者相和，得出硬件与软件的统一，得出EE和CS的统一

所以下面我会从运放这个点，分别向两个方向出发，并且以问题为导向出发。

从运放往前看：

大家知道运放内部的结构吗？
运放一般是由输入段、增益段、输出段等3段电路构成。

而这3段电路，都是由抽象出来的电阻、电容等元器件组成的，这也就是我们常说的等效电路。
那么问题又来了，大家觉得电阻，电容这些东西到底是什么？

是因为这个世界上本来就有这些东西吗？我们只是发现它，然后把它拿来用？
很显然不是的，电阻器，电容器都是我们人类创造出来的。
从本质上来讲，电阻和电容是一个物理概念，在电磁学中是这么定义的：电阻是一个物体对于电流通过的阻碍能力。

从电阻的定义就可以看出，原来电阻电容只是我们抽象出来的一种概念，而电阻器电容器，是我们根据这种抽象出来的概念，加上一些物理学材料学知识，创造出来的电路元件。
而我们抽象出这种概念也不是凭空去想象的，也是按照有一定的规律。
离我们最近，也是最容易让我们理解的规律，就是——物理学公式和相关定律。
比如，欧姆定律，麦克斯韦方程式……
这些公式和定律则来自于我们对自然界不停的观察，并通过记录多组数据进行分析，总结出来的。
以上，就实现了物理世界到电子学的统一。

物理世界必定是复杂的，但我们仍然有大脑这个利器，可以把复杂问题简单化，不停的去抽象，封装，直至一般人在不理解其内部原理的情况下，也能使用这些封装好的工具，比如用运放搭建各种功能电路。

从运放往后看：

书接上节，在这个坐标轴上，越往右抽象化程度越高，也就越简洁。
从运放这个起点出发往后看，其实走出来了两条路。

第一条路：数字领域

在运放的基础上我们可以搭建出各种门电路。

并把这些门电路抽象成各种数字门。

是不是越来越熟悉了呢？没错接下来就是让我们掉尽了头发的——组合逻辑电路。
输入，运算，输出。

我们常见的各种芯片内部就是数不清的组合逻辑电路。而这些逻辑电路都是由数不清的晶体管搭建起来的。

晶体管是一个伟大的发明，在计算机的发展史上，正是晶体管的出现加速了计算机科学与电子的结合。
因为最开始的计算机，可是纯机械的，每天就是打点。所以感谢贝尔实验室的大佬门，感谢肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组。（贝尔实验室真的是神们待过的地方）。
好了不跑题了，我们接着来看，在组合逻辑电路抽象出来之后，我们为什么突然又需要各种编程语言了呢？怎么又需要操作系统了呢？
这两者之间是怎样的一种联系？
这就不得不提时间这个概念了，在我们安排自己的生活时，不由自主的会以时间为导向，什么时间做什么事。
数字时钟脉冲触发电路闪亮登场！

把时间这一概念引入到逻辑电路之后，就相当于把一件又一件的事情，咱们提前给计算机给安排好，计算机按照咱们给的这个时间去做就行。
而这些咱们给计算机安排好的“日程表”，就是我们常说的——机器指令。
关于指令集系统，我们也不陌生什么，像什么指令集架构X86，ARM，复杂指令集，精简指令集……
后来为什么出现汇编语言，C语言，JAVA，Python等语言，大家应该都清楚，就是为了更好的让人类去接受它，能够以更接近人的方式去于计算机沟通，下达指令。
记住一句话：计算机进化的最终目的只有一个——与人类更加相近！
到此为止，我们找到了电子学与计算子科学之间的联系。

第二条路：模拟领域

这条发展道路相对于数字来说，发展没有什么出奇的地方，无非是运算放大器，滤波器，调频器，振荡器，射频放大器。
这里就不多说了，有机会再和大家细聊。

联系

把前文找到的两条线相接的话就会得到下面这个一维坐标轴。

在这条坐标轴上，越是靠左的系统越是贴近物理世界，情况也是越发的复杂。
人类靠着一步一步的思考，把已有规律进行抽象，不断发展，就像技术的黑盒子，不停的套娃，一层黑盒子套一个黑盒子。
直到我们使用的各种电子产品与生产生活工具。

写在最后

有时候我就在想，工程到底是什么？
我们一直在说自己是个工程师，机械工程师，硬件工程师，软件工程师，往下还可以细分。
那么究竟什么是工程？
首先工程最重要的就是应用，也就是——实践。
那么应用什么？实践什么？
应用我们了解到的规律和方法，也就是——科学知识。
所以，工程就是对科学知识进行有目的的应用。
各学科之间，当初为了更好的被理解而分开，如今又为了更好的被应用而凑到一起。
以上便是一次突发奇想，但无奈知识面不是很广，有些角度略显牵强，望大家见谅。