第67章 攻關(guān)CPU技術(shù)

　　此時，方浩來到了CPU實驗室，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)。

　　實驗室中，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。”李倩走了過來，挽著方浩的手，甜甜地笑道。

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

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

　　計算機由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器、運算器、控制器等五部分組成。

　　而CPU就是里面的運算器和控制器。

　　運算器是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的中心，它主要由算術(shù)邏輯部件、寄存器組和狀態(tài)寄存器組成。

　　控制器是計算機的控制中心，它決定了計算機運行過程的自動化，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、時序控制邏輯、總線控制邏輯、中斷控制邏輯等幾個部分。

　　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。

　　時序控制邏輯要為每條指令按時間順序提供應(yīng)有的控制信號，失時序控制聽從最基本的時序信號時鐘信號的控制，時鐘是整個機器的時間基準(zhǔn)，加快時鐘頻率會讓計算機運算速度加快。

　　總線邏輯是為多個功能部件服務(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對外聯(lián)系的外部總線。

　　中斷控制邏輯是指計算機由于異常事件，或者一些隨機發(fā)生需要馬處理的事件，引起cpu暫時停止現(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。

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

　　非門運算：輸入和輸出結(jié)果相反。

　　與門運算：只有輸入都為1時結(jié)果才為1。

　　或門運算：有一個輸入為1時結(jié)果就為1。

　　或非運算：對或操作結(jié)果取反。

　　與非運算：對與操作結(jié)果取反。

　　有了邏輯門就開始設(shè)計加減乘除四則運算，實際，計算機只會進行加法運算。

　　如果要進行其它運算，需要將其它的運算轉(zhuǎn)換為加法運算。

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

　　首先，計算機把數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制，全是0、1代碼，轉(zhuǎn)換都是按現(xiàn)成的程序進行。

　　如果計算加法，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，輸出時再轉(zhuǎn)換為28。

　　如果是計算減法，則把減數(shù)取補碼，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)計算為例子，計算15-13，

　　先轉(zhuǎn)換 15=00001111，13=00001101，

　　取13的補碼為 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，也就是十進制的 2。

　　這里的計算感覺很復(fù)雜，也不容易理解。

　　實際，計算機計算起來并不麻煩，甚至非常簡便快捷，因為計算機內(nèi)部存在加法器，幾個時鐘周期就可以計算一次加法，再加計算機內(nèi)部都是自動化計算，通過加法器完成，計算起來非?？?。

　　如果人腦跟蹤這些計算過程，就會覺得計算機實在是太傻了，簡單的減法不知道運行了多少次。

　　計算機里一個叫做ALU的功能模塊，里面有很多硬件的計算電路，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算，加快數(shù)據(jù)。