半導(dǎo)體其實(shí)就是介于導(dǎo)體和絕緣體中間的一種東西，比如二極管。

電流可以從A端流向C端，但反過來則不行。你可以把它理解成一種防止電流逆流的東西。

當(dāng)C端10V，A端0V，二極管可以視為斷開。

當(dāng)C端0V，A端10V，二極管可以視為導(dǎo)線，結(jié)果就是A端的電流源源不斷的流向C端，導(dǎo)致最后的結(jié)果就是A端=C端=10V

等等，不是說好的C端0V，A端10V么？咋就變成結(jié)果是A端=C端=10V了？

你可以把這個(gè)理解成初始狀態(tài)，當(dāng)最后穩(wěn)定下來之后就會變成A端=C端=10V。

文科的童鞋們對不住了，實(shí)在不懂問高中物理老師吧。反正你不能理解的話就記住這種情況下它相當(dāng)于導(dǎo)線就行了。 利用半導(dǎo)體，我們可以制作一些有趣的電路，比如【與門】

此時(shí)A端B端只要有一個(gè)是0V，那Y端就會和0V地方直接導(dǎo)通，導(dǎo)致Y端也變成0V。只有AB兩端都是10V，Y和AB之間才沒有電流流動，Y端也才是10V。 我們把這個(gè)裝置成為【與門】，把有電壓的地方計(jì)為1，0電壓的地方計(jì)為0。至于具體幾V電壓，那不重要。 也就是AB必須同時(shí)輸入1，輸出端Y才是1;AB有一個(gè)是0，輸出端Y就是0。 其他還有【或門】【非門】和【異或門】，跟這個(gè)都差不多，或門就是輸入有一個(gè)是1輸出就是1，輸入00則輸入0。 非門也好理解，就是輸入1輸出0，輸入0輸出1。 異或門難理解一些，不過也就那么回事，輸入01或者10則輸出1，輸入00或者11則輸出0。（即輸入兩個(gè)一樣的值則輸出0，輸入兩個(gè)不一樣的值則輸出1）。 這幾種門都可以用二極管做出來，具體怎么做就不演示了，有興趣的童鞋可以自己試試。每次都畫二極管也是個(gè)麻煩，我們就把門電路簡化成下面幾個(gè)符號。

然后我們就可以用門電路來做CPU了。當(dāng)然做CPU還是挺難的，我們先從簡單的開始：加法器。 加法器顧名思義，就是一種用來算加法的電路，最簡單的就是下面這種。

AB只能輸入0或者1，也就是這個(gè)加法器能算0+0，1+0或者1+1。 輸出端S是結(jié)果，而C則代表是不是發(fā)生進(jìn)位了，二進(jìn)制1+1=10嘛。這個(gè)時(shí)候C=1，S=0 費(fèi)了大半天的力氣，算個(gè)1+1是不是特別有成就感？ 那再進(jìn)一步算個(gè)1+2吧（二進(jìn)制01+10），然后我們就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的問題：第二位需要處理第一位有可能進(jìn)位的問題，所以我們還得設(shè)計(jì)一個(gè)全加法器。

每次都這么畫實(shí)在太麻煩了，我們簡化一下

也就是有3個(gè)輸入2個(gè)輸出，分別輸入要相加的兩個(gè)數(shù)和上一位的進(jìn)位，然后輸入結(jié)果和是否進(jìn)位。 然后我們把這個(gè)全加法器串起來

我們就有了一個(gè)4位加法器，可以計(jì)算4位數(shù)的加法也就是15+15，已經(jīng)達(dá)到了幼兒園中班水平，是不是特別給力？ 做完加法器我們再做個(gè)乘法器吧，當(dāng)然乘任意10進(jìn)制數(shù)是有點(diǎn)麻煩的，我們先做個(gè)乘2的吧。 乘2就很簡單了，對于一個(gè)2進(jìn)制數(shù)數(shù)我們在后面加個(gè)0就算是乘2了 比如：

5=101（2） 10=1010（2）

所以我們只要把輸入都往前移動一位，再在最低位上補(bǔ)個(gè)零就算是乘2了。具體邏輯電路圖我就不畫，你們知道咋回事就行了。 那乘3呢？簡單，先位移一次（乘2）再加一次。乘5呢？先位移兩次（乘4）再加一次。 所以一般簡單的CPU是沒有乘法的，而乘法則是通過位移和加算的組合來通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。這說的有點(diǎn)遠(yuǎn)了，我們還是繼續(xù)做CPU吧。 現(xiàn)在假設(shè)你有8位加法器了，也有一個(gè)位移1位的模塊了。串起來你就能算了！

（A+B）X2

激動人心，已經(jīng)差不多到了準(zhǔn)小學(xué)生水平。 那我要是想算呢？

AX2+B

簡單，你把加法器模塊和位移模塊的接線改一下就行了，改成輸入A先過位移模塊，再進(jìn)加法器就可以了。 啥？？？？你說啥？？？你的意思是我改個(gè)程序還得重新接線？ 所以你以為呢？編程就是把線來回插啊。

驚喜不驚喜？意外不意外？ 早期的計(jì)算機(jī)就是這樣編程的，幾分鐘就算完了但插線好幾天。而且插線是個(gè)細(xì)致且需要耐心的工作，所以那個(gè)時(shí)候的程序員都是清一色的漂亮女孩子，穿制服的那種，就像照片上這樣。是不是有種生不逢時(shí)的感覺？ 雖然和美女作伴是個(gè)快樂的事，但插線也是個(gè)累死人的工作。所以我們需要改進(jìn)一下，讓CPU可以根據(jù)指令來相加或者乘2。 這里再引入兩個(gè)模塊，一個(gè)叫flip-flop，簡稱FF，中文好像叫觸發(fā)器。

這個(gè)模塊的作用是存儲1bit數(shù)據(jù)。比如上面這個(gè)RS型的FF，R是Reset，輸入1則清零。S是Set，輸入1則保存1。RS都輸入0的時(shí)候，會一直輸出剛才保存的內(nèi)容。 我們用FF來保存計(jì)算的中間數(shù)據(jù)（也可以是中間狀態(tài)或者別的什么），1bit肯定是不夠的，不過我們可以并聯(lián)嘛，用4個(gè)或者8個(gè)來保存4位或者8位數(shù)據(jù)。這種我們稱之為寄存器（Register）。 另外一個(gè)叫MUX，中文叫選擇器。

這個(gè)就簡單了，sel輸入0則輸出i0的數(shù)據(jù)，i0是什么就輸出什么，01皆可。同理sel如果輸入1則輸出i1的數(shù)據(jù)。當(dāng)然選擇器可以做的很長，比如這種四進(jìn)一出的

具體原理不細(xì)說了，其實(shí)看看邏輯圖琢磨一下就懂了，知道有這個(gè)東西就行了。 有這個(gè)東西我們就可以給加法器和乘2模塊（位移）設(shè)計(jì)一個(gè)激活針腳。 這個(gè)激活針腳輸入1則激活這個(gè)模塊，輸入0則不激活。這樣我們就可以控制數(shù)據(jù)是流入加法器還是位移模塊了。 于是我們給CPU先設(shè)計(jì)8個(gè)輸入針腳，4位指令，4位數(shù)據(jù)。

審核編輯：郭婷