cpu运算电路原理（集成电路-CPU运行基本原理）

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CPU是计算机的核心，弄清楚CPU的运行基本原理，也就明白了计算机系统中各种芯片的数据处理和存储功能是如何实现。

在往期的文章中已经提到过支撑CPU的两大最基本理论依据：二进制和逻辑门电路。“二进制”是指CPU最基础的数字运算全部围绕“0”和“1”，不论多复杂的图像、视频或程序，在CPU中都是以“0”和“1”的组合形式出现，区别在于数字的位数长短。而CPU中实现这两个数字的表达依靠的就是数以亿万计的如同电路开关一样的晶体管以及电路组成的逻辑门电路。

对于人类现有的思维能力所研究总结的成果，事物或者数字之间的逻辑关系完备性只有三种状态，即“与”、“或”“非”，基于此设计的电路称之为逻辑门电路：与门，AND Gate、或门，OR gate、非门，NOT gate。

CPU中功能模块很多，专门负责计算的是ALU，其主要由“与门，AND Gate”和“非门，NOT Gate”组合而成，也就常说的“与非门”电路。数学的加减乘除四则运算本质是只有两种，即加法和减法，乘除只是重复的加减，CPU依靠“与非门”电路进行加减。CPU最基本的运算单元包括信号输入电路和运算电路，输入端中有1个或1个以上是低电位时，输出为高电位；所有输入是高电位时，输出才是低电位，高电位信号表达1、低电位信号表达0。与非门的计算的就是对两个输入信号进行与非判断，基本计算结果见真值表

经常使用电脑进行办公朋友应该都有的痛苦经历：绞尽脑汁快要完成的报告、方案在电脑死机或断电后，如果没保存的话，等再次开机时辛苦码的字就不翼而飞了。之所以会出现这种情况原因就在于当这些信息未保存在硬盘中前，都是以01组合形式暂存在CPU的寄存器也叫内存上的，现在的寄存器或者内存基本是存储信息的原理和ALU计算单元一样，都是与非门电路组合而成，因此也叫NAND存储器，N代表NOT非门，AND就是与门。电脑出现死机需要重启或停电后，系统中的电路不通电，因此也就无法表达01。因此信息就会消失，所以在这里也提醒大家养成随时保存的好习惯。

虽然现代计算机的功能强大，呈现的信息丰富多样，但在最根本上，还是对“0”“1”的加减乘除的四则运算和计算结果以人类预先设定好的形式展现出来。如何让计算机按照人类的想法执行，也就是人与计算机之间的交流，涉及人类自然语言和计算机语言的转换，也叫计算机语言编译，本号将在今后的文章中为大家介绍。

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