计算机是什么做的

背景

虽然我是科班出身的,但是上大学时候,对这些内容并不感兴趣,只是简单的进行做题,考试而已。并没有思考,为啥学计算机组成原理,模电数电,微机原理,单片机,操作系统啥的。现在作为个搜索算法工程师,觉得那些并没啥用。但是静下来时候,发现这些基础还是很有思考价值的。

了解自己在历史的科技创新长河中,在哪一个环节,从电的发现,到各种电器,以及最开始思考如何便捷计算工具。到现在的计算机。

半导体

**半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。**目前计算机主要由硅谷的硅,硅是一种很优质的半导体材料,一种电导率控制很稳定的材料。

晶体管

晶体管可以看作一个开关,由电子转为数字最基本的单位,0和1,也是象征二进制的基本能力。

后面基于晶体管实现,与,或,非等门,然后构建加法器,减法器之类的,再加入各种寄存器,计数器,状态之类的信号表示,然后复杂化构建基础指令能力,得到最早期的cpu发展路线。

CPU设计

基本的cpu设计步骤基本分为以下操作

  1. 设计一种程序指令 ,作为计算机最基本的程序指令,并且可以使用晶体管构成的各种门,加法器等实现。程序一般包括:
    1. ALU 基础计算
    2. 访存
    3. 转移指令
  2. 数据通路,根据设计的程序以及所需完成的功能,将所需结构进行连接,一般包括:数据存储器,指令存储器,通用寄存器堆,指令寄存器IR,程序计数器PC。
  3. 给CPU加上时钟
  4. 解决指令执行合并,以及流水线问题
参考
  1. 微电子制造工艺科普(1)• 晶体管 - 知乎 (zhihu.com)
  2. 二极管、三极管、晶闸管、MOS管、IGBT的特征、原理及区别讲解 - 知乎 (zhihu.com)
  3. 简单CPU设计-CSDN博客

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