数字电路学习笔记（一）：前言
决定写一系列关于数字电路的文章，整理一下过去几个月内本人自学的相关知识，从一个高中生的角度讲讲我对知识点的理解，算是一种巩固练习。限于知识水平，许多内容可能没有真正理解，如果有大佬路过，也欢迎提出改进意见，谢谢！
一、什么是数字电路？
我们从一道经典的初中物理题开始：
某档案室有三把钥匙，分别由主任与两个保管员保管。主任的钥匙可以直接开门，而两个保管员的钥匙则只有同时插入才能开门。档案室大门还有一个防盗装置，激活时无论什么钥匙都无法开门。试画出电路图，用电键表示钥匙孔与防盗装置，马达表示门锁。
当然，题目本身并没什么难度，任何一个受过良好的九年义务教育的同学都应该能完成：
但是，这道题目看似沙雕，实则暗含了数字电路的思想！我们重新审视一下这道题：
当“主任的钥匙插入”或者“‘档案保管员 A 的钥匙插入’而且‘档案保管员 B 的钥匙插入’”而且“防盗装置 未开启时，门锁打开
我们把所有可能的情况列出来看看：
| 主任 | 保管员 A | 保管员 B | 防盗装置 | 门锁 |
|---|---|---|---|---|
| 未就位 | 未就位 | 未就位 | 关闭 | 关闭 |
| 未就位 | 未就位 | 未就位 | 开启 | 关闭 |
| 未就位 | 未就位 | 就位 | 关闭 | 关闭 |
| 未就位 | 未就位 | 就位 | 开启 | 关闭 |
| 未就位 | 就位 | 未就位 | 关闭 | 关闭 |
| 未就位 | 就位 | 未就位 | 开启 | 关闭 |
| 未就位 | 就位 | 就位 | 关闭 | 开启 |
| 未就位 | 就位 | 就位 | 开启 | 关闭 |
| 就位 | 未就位 | 未就位 | 关闭 | 开启 |
| 就位 | 未就位 | 未就位 | 开启 | 关闭 |
| 就位 | 未就位 | 就位 | 关闭 | 开启 |
| 就位 | 未就位 | 就位 | 开启 | 关闭 |
| 就位 | 就位 | 未就位 | 关闭 | 开启 |
| 就位 | 就位 | 未就位 | 开启 | 关闭 |
| 就位 | 就位 | 就位 | 关闭 | 开启 |
| 就位 | 就位 | 就位 | 开启 | 关闭 |
进一步抽象化，注意到这个逻辑中包含了四个“自变量”事件，可以分别用 A、B、C、D 表示；而它们则操纵着一个“因变量”事件，用 X 表示；再定义“1”为开关闭合或马达运转，“0”则相反：
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
到这里，我们已经列出了一个叫“真值表”的东西。其实，它还可以被化为更加抽象的函数形式——类似这样——在以后，会看到它是如何在电路设计中起到关键作用的。
总结一下，首先有四个数字输入信号（它们的幅值和时间都是离散的），通过一系列“黑箱操作”逻辑或运算规则，把四个自变量进行运算，得出了一个因变量——事实上，这就是数字电路。
二、为什么要有数字电路？
数字电路，实际上就是计算机的基础——计算机本质上，就是通过对一系列由 0 和 1 组合的量进行运算，得出结果的。而再弱化一点，哪怕是对几个指示灯的控制，或者简单的饮料机，也会用到逻辑电路。
从古至今，人类都面临着一个相同的问题：懒惰。人类几乎是天生地不想去做重复的工作，因而发明了各种各样的工具替代我们完成这些任务——比如印刷术，比如交通工具，比如水轮磨坊。这些不仅将人们从低价值的劳动中解放出来，还极大提高了社会生产效率。可以说，是懒惰促进了社会的进步。（误）
而数字电路，则就是人类大脑的扩展。在刚才的例子中，我们完全可以派一个尽心尽责的保安大叔在门口负责大门开闭——但谁能保证，他就不会出错呢？或者退一步讲，任何一个人日复一日地干这样无聊的工作，效率肯定不会高吧？因此，数字电路就代替了这些人脑的机械的逻辑运算。无论是几百根管的真空管电路，还是上千万门级别的集成电路，归根结底都是起着类似的作用。而数字电路做成的小元件以一定的方式组合，就成了计算机的雏形。
但是，由于本人并不精于微电子，许多关于电路设计的理论都仅限于纸上谈兵，对于硬件的了解非常有限，因此也无法对电路本身的性能作出负责的评价。对于数字信号与模拟信号也未做太多说明，留至 A-D 转换部分（如果我坚持的到的话）再写。
三、为什么我要自学数电？
惭愧的是，我一开始学习数电的目的，竟然是为了打游戏...
Minecraft 中提供了红石线与红石火把两种最基础的元件，分别可以作为或门和非门使用；而这两个门就可以组合出所有逻辑门，进而搭建出计算器、控制器之类的大型电路。因此，如果要在 Minecraft 中完全掌握红石技术，数字电路知识是必不可少的。
当然，随着我接触编程，渐渐意识到了计算机方面的基础知识（数电模电、组成原理、编译原理）对语言理解的必要性，因此更加需要学习。
那么，前言部分就这么结束了，让我们赶快进入正文。
最后的最后，既然来都来了，就捧个场呗？