CPU内部的全加器是如何计算23的

CPU是如何计算2+3的？这其实是一个非常考验智商的问题。我们来看一个图，这是世界上第一款商用CPUintel4004的架构图。这个架构图中最重要的就是算术逻辑单元，它主要负责算术运算和逻辑运算。在现代CPU中，有许多这样的算术逻辑单元，每个单元都可以专注于不同的任务。假如我们现在要计算2+3，计算机首先会将2+3转换为对应的二进制，这些二进制也被称作为操作数。如果想要让二进制相加，指令代码必须告诉算术逻辑单元。怎么告诉呢？那就是使用标志。比如00标志就表示要进行加法运算，01表示乘法运算，10表示减法运算，一一表示除法运算，最终组成一长串的指令代码。然后算术逻辑单元就能根据指令代码处理这些输入并输出结果了。但是为了得到这个结果，算术逻辑单元内部其实非常。复杂这些计算逻辑由各种逻辑门电路组成。什么是逻辑门呢？我们放大4004CPU芯片可以看到芯片内部其实都是晶体管，一共2250个，这是其中的一个NPN型晶体管。当网源及通电时，电流是无法流向漏极的，但是一旦山级通电压，那么N型半导体之间的通道就会被打开，电流就能流向漏极，也就是说只需控制山极的电压，就能控制电流的导通与关闭。晶体管可以使用这种晶体管符号来表示，当山脊通电时，可以看到输出端有电流输出，当山极为通电时，输出端不会有电流输出，电流导通记录为1，电流未导通记录为0，从而就能组成010101这样的数据，这正是计算机能够识别的二进制数据。现在我们将两个晶体管相连，不管是A晶体管的山脊通电，还是B晶体管的山脊通电，最终输出端没有电流输出。但是如果A和。B晶体管的山脊都通电，那么输出端就会有电流输出，这组成的其实就是宇门电路。我们现在改一下电路，可以看到A和B晶体管的山脊只要有一个通电，最终输出端都会有电流输出，这种电路被称为霍门电路。通过组合晶体管还可以组成更复杂的异或门电路，异或门有且只能有一个，输入为1，输出结果才为1。算术逻辑单元内部计算加法的全加器就是由与门或门以及异或门组合而成的。那这种全加器是如何计算2+3的呢？回答这个问题前，如果你对这种集成芯片感兴趣，可以通过左下角的精选APP进行学习，里面都是大数据整理归纳好的优质合集，并且所有内容免费，无任何广告，赶紧下载试试吧，在这个全加器，其中A和B代表数据输入，Sum代表输出，Cin代表近位输入，Carryout代表近位输出。近位输出的值在下一次计算时会作为计算的。进位输入在这之前，我们需要弄清楚一个问题，那就是进位。比如我们小学学的5+5，当个位满10时，就必须向前进一位，二进制计算也是如此，当1+1满20，就必须向前进一位，这个1就是进类值。我们还是以2+3为例，转换成二进制后，从右往左开始，先计算0+10和1来到异或门。前面说过异或门有且只能有一个输入为一，输出结果才为1，所以异或门输出结果为1。由于是第一次计算，这时进位还没有，所以为0。进位的0和异或门的1在经过异或门进行计算，得到结果为1，也就是sum为1。同时进位的0和异或门的一会来到与门进行计算，得到结果为0，然后输入值0和1来到另一个宇门进行计算，得到结果为00和0，再通过货门进行计算，最终得到进位值为0。接下来。来我们计算1和11和1，来到异惑门，输出结果为0，然后将上一次得到的进位值发给近位输入，0和0，经过异惑门得到结果为0，最终结果sum为0，接着0和0经过雨门得到结果01和1，经过雨门得到结果10和1，接着经过货们得到结果为1，也就是进位输出为1，然后将进入输出的值负值给进位输入。现在我们来计算0+00和0，经过异货门得到结果为0cin,这里是10和1，经过异或门得到结果为1，所以最终的sum结果为1。至于这里的雨门计算跟前面一样，最终得到进位值为0，接着再计算最后一组值0+0，计算方式还是一样的，最终得到结果为0，进位为0。所有位计算完之后，我们就得到sum的值为0101，而这个二进制的0101转换成十进制刚好等于数字5，这就是四位加法器的计。算逻辑。当然，实际CPU的计算逻辑肯定更加复杂，本视频仅在非常浅显的层面进行了探讨。

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