第67章 攻關(guān)CPU技術(shù)

　　此時(shí)，方浩來到了CPU實(shí)驗(yàn)室，李倩在這里忙碌著。

　　方浩不由了然，不愧是自己的女人，居然這么敬業(yè)，不過方浩并不需要她敬業(yè)。

　　實(shí)驗(yàn)室中，無數(shù)人向著方浩打招呼，有些人還是東江大學(xué)同校學(xué)生，方浩一一回應(yīng)。

　　“浩，你來了?！崩钯蛔吡诉^來，挽著方浩的手，甜甜地笑道。

　　CPU的重要性是眾所周知的，這段時(shí)間她一直在協(xié)助工程師進(jìn)行科技攻關(guān)。

　　為什么說CPU的原理很簡(jiǎn)單呢，那是因?yàn)?，CPU本身的原理就是一部加法器，只不過這個(gè)加法器功能一步一步增加，變得越來越復(fù)而已。

　　計(jì)算機(jī)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器等五部分組成。

　　而CPU就是里面的運(yùn)算器和控制器。

　　運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的中心，它主要由算術(shù)邏輯部件、寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。

　　控制器是計(jì)算機(jī)的控制中心，它決定了計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程的自動(dòng)化，它不僅要保證程序的正確執(zhí)行，而且要能夠處理異常事件，包括指令控制邏輯、時(shí)序控制邏輯、總線控制邏輯、中斷控制邏輯等幾個(gè)部分。

　　指令控制邏輯要完成取指令、分析指令和執(zhí)行指令的操作。

　　時(shí)序控制邏輯要為每條指令按時(shí)間順序提供應(yīng)有的控制信號(hào)，失時(shí)序控制聽從最基本的時(shí)序信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)的控制，時(shí)鐘是整個(gè)機(jī)器的時(shí)間基準(zhǔn)，加快時(shí)鐘頻率會(huì)讓計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度加快。

　　總線邏輯是為多個(gè)功能部件服務(wù)的信息通路的控制電路，就cpu而言，一般分為內(nèi)部總線和cpu對(duì)外聯(lián)系的外部總線。

　　中斷控制邏輯是指計(jì)算機(jī)由于異常事件，或者一些隨機(jī)發(fā)生需要馬處理的事件，引起cpu暫時(shí)停止現(xiàn)在程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)向另一服務(wù)程序去處理這一事件，處理完畢再返回原程序的過程。

　　而構(gòu)成這些功能的基本結(jié)構(gòu)是邏輯門電路。

　　邏輯門電路一共包括三大類別，第一類是非門電路，第二類是與門電路，第三類是或門電路。

　　眾人對(duì)這些門電路進(jìn)行了深入的研究，編寫了詳細(xì)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，對(duì)性能，頻率，功耗，散熱，壽命等等進(jìn)行了全方位的測(cè)試，確定了了最優(yōu)使用狀態(tài)。

　　非門運(yùn)算：輸入和輸出結(jié)果相反。

　　與門運(yùn)算：只有輸入都為1時(shí)結(jié)果才為1。

　　或門運(yùn)算：有一個(gè)輸入為1時(shí)結(jié)果就為1。

　　或非運(yùn)算：對(duì)或操作結(jié)果取反。

　　與非運(yùn)算：對(duì)與操作結(jié)果取反。

　　有了邏輯門就開始設(shè)計(jì)加減乘除四則運(yùn)算，實(shí)際，計(jì)算機(jī)只會(huì)進(jìn)行加法運(yùn)算。

　　如果要進(jìn)行其它運(yùn)算，需要將其它的運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。

　　在電腦內(nèi)部，所有的運(yùn)算都是加法，不過計(jì)算機(jī)的加法計(jì)算十分反人類，并不是人類思維，而是機(jī)器思維。

　　首先，計(jì)算機(jī)把數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，全是0、1代碼，轉(zhuǎn)換都是按現(xiàn)成的程序進(jìn)行。

　　如果計(jì)算加法，則把兩數(shù)按位相加，如1315，轉(zhuǎn)換后是11011111，按00=0，10=01=1，11=10的規(guī)則，結(jié)果為11100，輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換為28。

　　如果是計(jì)算減法，則把減數(shù)取補(bǔ)碼，按位把0換成1，把1換成0，后加1，再相加。

　　以八位數(shù)據(jù)計(jì)算為例子，計(jì)算15-13，

　　先轉(zhuǎn)換 15=00001111，13=00001101，

　　取13的補(bǔ)碼為 11110010，加1后為 11110011，

　　相加有 00001111+11110011=100000010，位數(shù)已超過八位，把最高位舍棄，取后八位為 00000010，也就是十進(jìn)制的 2。

　　這里的計(jì)算感覺很復(fù)雜，也不容易理解。

　　實(shí)際，計(jì)算機(jī)計(jì)算起來并不麻煩，甚至非常簡(jiǎn)便快捷，因?yàn)橛?jì)算機(jī)內(nèi)部存在加法器，幾個(gè)時(shí)鐘周期就可以計(jì)算一次加法，再加計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是自動(dòng)化計(jì)算，通過加法器完成，計(jì)算起來非常快。

　　如果人腦跟蹤這些計(jì)算過程，就會(huì)覺得計(jì)算機(jī)實(shí)在是太傻了，簡(jiǎn)單的減法不知道運(yùn)行了多少次。

　　計(jì)算機(jī)里一個(gè)叫做ALU的功能模塊，里面有很多硬件的計(jì)算電路，比如加減乘除，開指數(shù)，指數(shù)，微分，積分，等等。

　　這些硬件可以直接處理最基本的運(yùn)算，加快數(shù)據(jù)。