芯片 如何运算的

发布网友 发布时间：2022-04-19 10:10

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热心网友 时间：2022-06-29 17:19

*处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

*处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，ArithmeTIc Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态：ON（开）和OFF（关）。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应！这样，计算机就具备了处理信息的能力。

其实，所有电子设备都有自己的电路和开关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置为OFF，电子将停止流动，如果你再将其设置为ON，电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。

如果能够将任意数字准确的用算盘上的珠子的状态变化进行表示，并且能正确的读出算盘上珠子状态所表示的数字，那就具备了使用算盘进行计算的入门要求。那么接下类我们详细了解一下cpu晶体管为什么会计算。

cpu晶体管为什么会计算

CPU的计算方式像算盘，算盘是打上多一个，打下来少一个，晶体管的开关用1和0表示，以二进制的方法来计算和读取结果，算盘则是直接数，表达方式不同而已，但无论是算盘或cpu计算，都不能直接乘除，只能加减，乘以几就加几次，除以几就减几次。

感谢数学和数学家，数学让这个世界变得逻辑透明，数学家让我们明白这一切，cpu的逻辑单元依靠改变电平高低显示0和1两个状态，当几十个乃至几亿个逻辑单元并排，就能依靠读取电平状态得到很大的二进制数据1100010101…001010，这是计算的基础，对于简单数学1+1或者2+（-1），按照二进制进位计算就好，复杂计算怎么办12345*54321，化乘法为加法，化除法为减法，ok，那更复杂的函数计算呢，感谢傅立叶变换，任何周期函数都可以看作是正余弦函数的叠加，原理不在这里解释，反正记住因为各种数学工具，平方开方微分积分，数据都能换成加法计算，当然，算法不同也决定了效率不同，这个是后话了，回到问题，cpu就是这么在集成电路里面掰手指，然后自然而然的给了21世纪新的发展动力

理解这个问题，首先你要具备一定的数电知识，CPU是由晶体管组成的，利用晶体管可以很轻易的搭建与门，或门，非门，这一点毋庸置疑吧，然后利用这些逻辑们就可以组成各种触发器，这一点也不用多解释，数电的基础内容，然后利用触发器进一步组成移位寄存器等，到这里，你就可以轻易的组建一个加法器，减法器了，数字用0，1表示，对应到电路中就是高电平和低电平，至于乘法和除法，最基本的运算单元也是加减法，到了这里，具备了基本的四则运算，也就具备了信息处理能力，无非就是用一定的规则组成成不同的0和1，当你动手焊接出一个加法器的时候，你就彻底明白了。

计算是对人来说的，晶体管才不会知道什么叫计算，他们只有两种状态，高电平和低电平，也就是通常所说的0和1，晶体管通过不同的组合形成大的输入输出元件，这些元件再通过组合形成逻辑电路，这就说我们说的运算基础，逻辑电路再组合就形成运算电路，运算电路集成到一起形成CPU，再配合时钟，就是我们所说的计算！所以计算是对整个CPU来说的，不是单一的晶体管！

热心网友 时间：2022-06-29 17:19

简单的方法来说吧：芯片有很多脚，有的是输入的，有的是输出的。当你在输入的脚那边输入一串高低不等的电压，就是代表告诉芯片要做的计算（比如1+1），电压在芯片里通过各种类似于二极管三极管的东东，在输出的脚那里得到另一串高低电压，这些电压就代表了计算的结果（如刚才比如的结果2）。芯片就是用电路的物理结构代替了数学上的计算。把某种或某些计算方法用一个很复杂的电路整合到一小块芯片里。
再说个简单的例子：一个计算二进制的简单芯片，有四个脚，输入的两个叫in1,in2，输入的两个叫out1,out2。in1和in2代表输入两个数。高电压是1，低电压是0。out1,out2就可以代表00,01,10,11四个二进制数。在芯片里做一个电路，达到如下效果：当in1与in2为低电压时，out1与out2都输出低电压；当in1或in2中有一个是高电压，另一个是低电压时out1为低电压，out2为高电压；当in1和in2都是高电压时，out1为高电压，out2为低电压。这样就可以计算0+0=00,1+0=01,0+1=01,1+1=10的二进制计算了。