CPU如何识别代码

半导体其实就是介于导体和绝缘体中间的一种东西，比如二极管。

电流可以从A端流向C端，但反过来则不行。你可以把它理解成一种防止电流逆流的东西。

当C端10V，A端0V，二极管可以视为断开。

当C端0V，A端10V，二极管可以视为导线，结果就是A端的电流源源不断的流向C端，导致最后的结果就是A端=C端=10V

等等，不是说好的C端0V，A端10V么？咋就变成结果是A端=C端=10V了？

你可以把这个理解成初始状态，当最后稳定下来之后就会变成A端=C端=10V。

文科的童鞋们对不住了，实在不懂问高中物理老师吧。反正你不能理解的话就记住这种情况下它相当于导线就行了。 利用半导体，我们可以制作一些有趣的电路，比如【与门】

此时A端B端只要有一个是0V，那Y端就会和0V地方直接导通，导致Y端也变成0V。只有AB两端都是10V，Y和AB之间才没有电流流动，Y端也才是10V。 我们把这个装置成为【与门】，把有电压的地方计为1，0电压的地方计为0。至于具体几V电压，那不重要。 也就是AB必须同时输入1，输出端Y才是1;AB有一个是0，输出端Y就是0。 其他还有【或门】【非门】和【异或门】，跟这个都差不多，或门就是输入有一个是1输出就是1，输入00则输入0。 非门也好理解，就是输入1输出0，输入0输出1。 异或门难理解一些，不过也就那么回事，输入01或者10则输出1，输入00或者11则输出0。（即输入两个一样的值则输出0，输入两个不一样的值则输出1）。 这几种门都可以用二极管做出来，具体怎么做就不演示了，有兴趣的童鞋可以自己试试。每次都画二极管也是个麻烦，我们就把门电路简化成下面几个符号。

然后我们就可以用门电路来做CPU了。当然做CPU还是挺难的，我们先从简单的开始：加法器。 加法器顾名思义，就是一种用来算加法的电路，最简单的就是下面这种。

AB只能输入0或者1，也就是这个加法器能算0+0，1+0或者1+1。 输出端S是结果，而C则代表是不是发生进位了，二进制1+1=10嘛。这个时候C=1，S=0 费了大半天的力气，算个1+1是不是特别有成就感？ 那再进一步算个1+2吧（二进制01+10），然后我们就发现了一个新的问题：第二位需要处理第一位有可能进位的问题，所以我们还得设计一个全加法器。

每次都这么画实在太麻烦了，我们简化一下

也就是有3个输入2个输出，分别输入要相加的两个数和上一位的进位，然后输入结果和是否进位。 然后我们把这个全加法器串起来

我们就有了一个4位加法器，可以计算4位数的加法也就是15+15，已经达到了幼儿园中班水平，是不是特别给力？ 做完加法器我们再做个乘法器吧，当然乘任意10进制数是有点麻烦的，我们先做个乘2的吧。 乘2就很简单了，对于一个2进制数数我们在后面加个0就算是乘2了 比如：

5=101（2） 10=1010（2）

所以我们只要把输入都往前移动一位，再在最低位上补个零就算是乘2了。具体逻辑电路图我就不画，你们知道咋回事就行了。 那乘3呢？简单，先位移一次（乘2）再加一次。乘5呢？先位移两次（乘4）再加一次。 所以一般简单的CPU是没有乘法的，而乘法则是通过位移和加算的组合来通过软件来实现的。这说的有点远了，我们还是继续做CPU吧。 现在假设你有8位加法器了，也有一个位移1位的模块了。串起来你就能算了！

（A+B）X2

激动人心，已经差不多到了准小学生水平。 那我要是想算呢？

AX2+B

简单，你把加法器模块和位移模块的接线改一下就行了，改成输入A先过位移模块，再进加法器就可以了。 啥？？？？你说啥？？？你的意思是我改个程序还得重新接线？ 所以你以为呢？编程就是把线来回插啊。

惊喜不惊喜？意外不意外？ 早期的计算机就是这样编程的，几分钟就算完了但插线好几天。而且插线是个细致且需要耐心的工作，所以那个时候的程序员都是清一色的漂亮女孩子，穿制服的那种，就像照片上这样。是不是有种生不逢时的感觉？ 虽然和美女作伴是个快乐的事，但插线也是个累死人的工作。所以我们需要改进一下，让CPU可以根据指令来相加或者乘2。 这里再引入两个模块，一个叫flip-flop，简称FF，中文好像叫触发器。

这个模块的作用是存储1bit数据。比如上面这个RS型的FF，R是Reset，输入1则清零。S是Set，输入1则保存1。RS都输入0的时候，会一直输出刚才保存的内容。 我们用FF来保存计算的中间数据（也可以是中间状态或者别的什么），1bit肯定是不够的，不过我们可以并联嘛，用4个或者8个来保存4位或者8位数据。这种我们称之为寄存器（Register）。 另外一个叫MUX，中文叫选择器。

这个就简单了，sel输入0则输出i0的数据，i0是什么就输出什么，01皆可。同理sel如果输入1则输出i1的数据。当然选择器可以做的很长，比如这种四进一出的

具体原理不细说了，其实看看逻辑图琢磨一下就懂了，知道有这个东西就行了。 有这个东西我们就可以给加法器和乘2模块（位移）设计一个激活针脚。 这个激活针脚输入1则激活这个模块，输入0则不激活。这样我们就可以控制数据是流入加法器还是位移模块了。 于是我们给CPU先设计8个输入针脚，4位指令，4位数据。

审核编辑：郭婷