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CPU的工作原理

CPU的工作原理

其實CPU主要就是做運算,那麼運算的本質其實就是加減乘除。也就是說你在電腦上做得任何操作,對于計算機來說,都是加減乘除。

半導體的組成

首先CPU有個很重要的電子元件:半導體,半導體由半導體組成,大概長下面這樣

CPU的工作原理

我們把1稱為輸入端,3稱為輸出端,2處稱為栅極。這個元件的巧妙之處在于,隻有在1和2都通電的情況下,3才會通電。

為什麼隻有1和2通電3才會通電?

首先,圖中綠色部分和白色部分可以認為是絕緣體,圖中标号部分才是具有導電性的金屬。當隻給1通電時,電路隻會到達4,此時給2通電時,電流大到一定的層度會把2中的電子析出來,在白色的絕緣體的表面形成一個導電溝道,即5。這樣4-6的電路就可以打通,進而使得3處也通電。這個裝置僅僅通過電流的通斷,就可以決定輸出端的輸出情況。又什麼用呢?

或門電路

利用這個裝置,可以制作一個或門電路。

CPU的工作原理

在兩個半導體的輸入端都接上電源,并且輸出端接上小燈泡,然後在中間處接上開關,其中開關關為0,開為1,小燈泡的開為1,關為0。這樣,任何一個開關為1的時候小燈泡也就亮,即1。

與門電路

當把上面的電路圖改一下,既可以得到一個與門電路。

CPU的工作原理

隻有在兩個開關都為1的時候,電燈泡才為1.

全加器

通過這些電路,就可以開始做運算了。比如對于加法,電路圖是下面這樣,其中NAND是異或門,即輸入不同的輸出1,輸入相同的輸出0.

CPU的工作原理

當如何一個開關輸入為1時,另一個輸入為0時,隻會有右邊的燈泡亮,即這樣

CPU的工作原理

不亮的表示為0,亮的表示為1,也就是說上面隻有一個輸入端為1的時候,輸出端恒為01,即可以得出運算。

01 + 00 = 01 = 1
00 + 01 = 01 = 1

      

那麼如果輸入端兩個都是為1,即01+01,我們需要得到10這個結果,通電圖如下

CPU的工作原理

總結

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