CPU的原始工作模式
在了解CPU工作原理之前，我們先簡單談?wù)凜PU是如何生產(chǎn)出來的。CPU是在特別純凈的硅材料上制造的。一個(gè)CPU芯片包含上百萬個(gè)精巧的晶體管。人們?cè)谝粔K指甲蓋大小的硅片上，用化學(xué)的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個(gè)意義上說， CPU正是由晶體管組合而成的。簡單而言，晶體管就是微型電子開關(guān)，它們是構(gòu)建CPU的基石，你可以把一個(gè)晶體管當(dāng)作一個(gè)電燈開關(guān)，它們有個(gè)操作位，分別代表兩種狀態(tài):ON(開)和OFF(關(guān))。這一開一關(guān)就相當(dāng)于晶體管的連通與斷開，而這兩種狀態(tài)正好與二進(jìn)制中的基礎(chǔ)狀態(tài)“0”和“1”對(duì)應(yīng)！這樣，計(jì)算機(jī)就具備了處理信息的能力。
但你不要以為，只有簡單的“0”和“1”兩種狀態(tài)的晶體管的原理很簡單，其實(shí)它們的發(fā)展是經(jīng)過科學(xué)家們多年的辛苦研究得來的。在晶體管之前，計(jì)算機(jī)依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機(jī)械開關(guān)來處理信息。后來，科研人員把兩個(gè)晶體管放置到一個(gè)硅晶體中，這樣便創(chuàng)作出第一個(gè)集成電路，再后來才有了微處理器。
看到這里，你一定想知道，晶體管是如何利用“0”和“1”這兩種電子信號(hào)來執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)的呢？其實(shí)，所有電子設(shè)備都有自己的電路和開關(guān)，電子在電路中流動(dòng)或斷開，完全由開關(guān)來控制，如果你將開關(guān)設(shè)置為OFF，電子將停止流動(dòng)，如果你再將其設(shè)置為ON，電子又會(huì)繼續(xù)流動(dòng)。
晶體管的這種ON與OFF的切換只由電子信號(hào)控制，我們可以將晶體管稱之為二進(jìn)制設(shè)備。這樣，晶體管的ON狀態(tài)用 “1”來表示，而OFF狀態(tài)則用“0”來表示，就可以組成最簡單的二進(jìn)制數(shù)。眾多晶體管產(chǎn)生的多個(gè)“1”與“0”的特殊次序和模式能代表不同的情況，將其定義為字母、數(shù)字、顏色和圖形。
舉個(gè)例子，十進(jìn)位中的1在二進(jìn)位模式時(shí)也是“1”，2在二進(jìn)位模式時(shí)是“10”，3是“11”，4是“100”，5是 “101”，6是“110”等等，依此類推，這就組成了計(jì)算機(jī)工作采用的二進(jìn)制語言和數(shù)據(jù)。成組的晶體管聯(lián)合起來可以存儲(chǔ)數(shù)值，也可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)字運(yùn)算。加上石英時(shí)鐘的控制，晶體管組就像一部復(fù)雜的機(jī)器那樣同步地執(zhí)行它們的功能。
