CPU的原始工作模式
在了解CPU工作原理之前，我們先簡單談談CPU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CPU芯片包含上百萬個精巧的晶體管。人們在一塊指甲蓋大小的硅片上，用化學的方法蝕刻或光刻出晶體管。因此，從這個意義上說， 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，它們是構建CPU的基石，你可以把一個晶體管當作一個電燈開關，它們有個操作位，分別代表兩種狀態(tài):ON(開)和OFF(關)。這一開一關就相當于晶體管的連通與斷開，而這兩種狀態(tài)正好與二進制中的基礎狀態(tài)“0”和“1”對應！這樣，計算機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，其實它們的發(fā)展是經(jīng)過科學家們多年的辛苦研究得來的。在晶體管之前，計算機依靠速度緩慢、低效率的真空電子管和機械開關來處理信息。后來，科研人員把兩個晶體管放置到一個硅晶體中，這樣便創(chuàng)作出第一個集成電路，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”這兩種電子信號來執(zhí)行指令和處理數(shù)據(jù)的呢？其實，所有電子設備都有自己的電路和開關，電子在電路中流動或斷開，完全由開關來控制，如果你將開關設置為OFF，電子將停止流動，如果你再將其設置為ON，電子又會繼續(xù)流動。
晶體管的這種ON與OFF的切換只由電子信號控制，我們可以將晶體管稱之為二進制設備。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制數(shù)。眾多晶體管產(chǎn)生的多個“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。
舉個例子，十進位中的1在二進位模式時也是“1”，2在二進位模式時是“10”，3是“11”，4是“100”，5是 “101”，6是“110”等等，依此類推，這就組成了計算機工作采用的二進制語言和數(shù)據(jù)。成組的晶體管聯(lián)合起來可以存儲數(shù)值，也可以進行邏輯運算和數(shù)字運算。加上石英時鐘的控制，晶體管組就像一部復雜的機器那樣同步地執(zhí)行它們的功能。
