cpu晶体管为什么会计算？ _数码

我了解了下cpu里面的构造大体是晶体管（类似电流开关）但是cpu是怎么做到计算功能呢？

CPU的计算方式像算盘，算盘是打上多一个，打下来少一个，晶体管的开关用1和0表示，以二进制的方法来计算和读取结果，算盘则是直接数，表达方式不同而已，但无论是算盘或cpu计算，都不能直接乘除，只能加减，乘以几就加几次，除以几就减几次。

感谢数学和数学家，数学让这个世界变得逻辑透明，数学家让我们明白这一切，cpu的逻辑单元依靠改变电平高低显示0和1两个状态，当几十个乃至几亿个逻辑单元并排，就能依靠读取电平状态得到很大的二进制数据1100010101…001010，这是计算的基础，对于简单数学1+1或者2+（-1），按照二进制进位计算就好，复杂计算怎么办12345*54321，化乘法为加法，化除法为减法，ok，那更复杂的函数计算呢，感谢傅立叶变换，任何周期函数都可以看作是正余弦函数的叠加，原理不在这里解释，反正记住因为各种数学工具，平方开方微分积分，数据都能换成加法计算，当然，算法不同也决定了效率不同，这个是后话了，回到问题，cpu就是这么在集成电路里面掰手指，然后自然而然的给了21世纪新的发展动力

理解这个问题，首先你要具备一定的数电知识，CPU是由晶体管组成的，利用晶体管可以很轻易的搭建与门，或门，非门，这一点毋庸置疑吧，然后利用这些逻辑们就可以组成各种触发器，这一点也不用多解释，数电的基础内容，然后利用触发器进一步组成移位寄存器等，到这里，你就可以轻易的组建一个加法器，减法器了，数字用0，1表示，对应到电路中就是高电平和低电平，至于乘法和除法，最基本的运算单元也是加减法，到了这里，具备了基本的四则运算，也就具备了信息处理能力，无非就是用一定的规则组成成不同的0和1，当你动手焊接出一个加法器的时候，你就彻底明白了。

计算是对人来说的，晶体管才不会知道什么叫计算，他们只有两种状态，高电平和低电平，也就是通常所说的0和1，晶体管通过不同的组合形成大的输入输出元件，这些元件再通过组合形成逻辑电路，这就说我们说的运算基础，逻辑电路再组合就形成运算电路，运算电路集成到一起形成CPU，再配合时钟，就是我们所说的计算！所以计算是对整个CPU来说的，不是单一的晶体管！要了解很多，建议看看电子技术基础反面的书籍！

我看了下大家的回答都没到点子上，实际上不管是电子管还是晶体管最终能形成编程性的功臣就是逻辑电路，通俗点可以看《三体》，里面有简单的描述，专业点可以了解lisp语言，也就是说不管你用什么方法，只要实现了car、cdr、cons、quote、cond、atom、eq，这七个功能，就可以用这七个功能自由组合推出现代意义上的所有程序功能，那么通过高级的程序我们最终让计算机拥有了十分强大的人工智能。

想知道晶体管为什么会计算，首先你得了解什么是半导体（具体想了解自己百度去）废话我就不多说了，半导体有个特点某些条件下他导电，某些条件下他又不导电，导电状态用1表示.不导电状态用0表示，其它的细节上面已经有人说了我就不叙述了，想弄懂楼上所说的你必须清楚什么是频率，人类是怎么利用频率传递信息的！

半导体重复导电状态和不导电状态的过程叫频率，就像你敲鼓一样，一秒敲一次频率为1次/S，两次为2次/S，半导体0－1的过程（也就是重复不导电状态到导电状态的过程）为1次频率，重复两次则为2次频率，以此类推！如果把一次频率表示为“我”，2次频率表示为“长”，3次表示为“得”，4次表示为“帅”。那么晶体管先重复一次，再重复2次，然后3次，最后4次。那么这个过程就被解码成“我长得帅”了。而芯片里数亿晶体管的工作模式又不同，什么时候什么区域的晶体管是导电状态还是不导电状态，靠指令集调度！

不要想得太复杂首先cpu内部有很多基本的时序电路，把时序电路理解成“并不智能的机械”就可以了，比如烤箱你直接控制烤箱烤箱盘子就是寄存器设定的时间就是时钟，也就是大家说的主频啦，主频是机器周期的倒数而已把东西放进去，等一个时钟，就变成了熟的，烤箱就好比于算数运算单元这里面，最重要的是你，你要负责放东西，负责时序，把你换成一个稍微复杂点的时序电路，这个电路总是循环发出：从内存取指令，解析指令中的操作和数据，按照规定发出控制信号，的循环中，你就是控制器了这就是一个cpu的基本基本工作原理实际的话需要你看看书，推荐：how do it work

CPU不能称为晶体管。而是大规模集成电路，也称为数字集成电路。是由N个开关电路组成。通过数字转换，将普通数字变换成计算机语言。以0和1的不同组合，进行二进制运算。CPU只完成简单的运算，复杂的运算是需要不同的程序辅助完成的。

与门、或门、非门、与非门、或非门、与或门...就靠这些来计算的。我国芯片制造起步较晚且科技储备也相当薄弱。现在听说在研制10nm以下技术的芯片证明我国在芯片领域有了很大进步。在计算机中软件与硬件是同样重要，个人造不了硬件那就多学学软件。

想了解cpu是如何计算的，先去了解下单片机吧，8位单片机，比64位的cpu好容易理解多了，实在不懂就去了解一下点阵模块怎么工作的也行，就说点阵模块吧，需要行扫描和场扫描信号，说出来只会更加糊涂

在了解CPU工作原理之前，我们先简单谈谈CPU是如何生产出来的

CPU是在特别纯净的硅材料上制造的。一个CPU芯片包含上百万个精巧的晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用化学的方法蚀刻或光刻出晶体管。因此，从这个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。简单而言，晶体管就是微型电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态:ON(开)和OFF(关)。这一开一关就相当于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应！这样，计算机就具备了处理信息的能力。　　

但你不要以为，只有简单的“0”和“1”两种状态的晶体管的原理很简单，其实它们的发展是经过科学家们多年的辛苦研究得来的

在晶体管之前，计算机依靠速度缓慢、低效率的真空电子管和机械开关来处理信息。后来，科研人员把两个晶体管放置到一个硅晶体中，这样便创作出第一个集成电路，再后来才有了微处理器。　　

看到这里，你一定想知道，晶体管是如何利用“0”和“1”这两种电子信号来执行指令和处理数据的呢？

其实，所有电子设备都有自己的电路和开关，电子在电路中流动或断开，完全由开关来控制，如果你将开关设置为OFF，电子将停止流动，如果你再将其设置为ON，电子又会继续流动。晶体管的这种ON与OFF的切换只由电子信号控制，我们可以将晶体管称之为二进制设备。

这样，晶体管的ON状态用“1”来表示，而OFF状态则用“0”来表示，就可以组成最简单的二进制数。众多晶体管产生的多个“1”与“0”的特殊次序和模式能代表不同的情况，将其定义为字母、数字、颜色和图形。举个例子，十进位中的1在二进位模式时也是“1”，2在二进位模式时是“10”，3是“11”，4是“100”，5是“101”，6是“110”等等，依此类推，这就组成了计算机工作采用的二进制语言和数据。成组的晶体管联合起来可以存储数值，也可以进行逻辑运算和数字运算。加上石英时钟的控制，晶体管组就像一部复杂的机器那样同步地执行它们的功能。

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如果你能理解算盘的计算过程，就能按照同样的逻辑理解晶体管的组合如何实现同样的计算过程。

图示：算盘，现在算盘的状态是初始态表示数字0。算盘上的珠子分为上下两排，上排每个珠子表示五，下排每个珠子表示一。同时珠子还有两种状态，靠近中间横梁的状态以及远离横梁的状态，另外不同格上的珠子代表数字所在的位数，比如要表示111这个数，你只需要把下边比如靠右的连续的三档的下珠分别往上拨一颗就行。嗯，这一段有点像废话，但现在学校是否还介绍最基本的算盘，我并不清楚。所以还是简单解释一下比较好。如果能够将任意数字准确的用算盘上的珠子的状态变化进行表示，并且能正确的读出算盘上珠子状态所表示的数字，那就具备了使用算盘进行计算的入门要求。下面给出算盘运算的操作表，只给出加法操作。

图示：珠算口诀表，这里只给出如何算加法的口诀表

当一个人能够使用算盘正确的表示数字并且从算盘上读出数字之后，现在搭配上这张口诀表，严格呆板机械按照这张表的要求进行操作，即改变算盘上珠子的位置，他就能使用算盘进行加法运算了。

比如运算4+1的过程如下，首先找到口诀四上四，即将最右边的四颗下珠拨上去，然后找到口诀，一下五去四。将同一档的上珠向下拨（一下），然后将下档的四颗珠子也往下拨。最终状态变化就是最右边有一颗上珠被拨下来了，读出这个状态：5.

现在我们就得到了运算结果 4+1 = 5.

奇妙吧，如果你已经彻底的理解了这个过程的运作模式，那现在我们换成晶体管的集合来完成同样的步骤。由于晶体管只有两种状态，可以看成一种只有下珠且每一档都只有一颗珠子的算盘，珠子拨上去表示1，拨下来表示0，即二进制算盘。

对于二进制算盘，编写二进制算盘加法口诀表，二进制的加法口诀表相当简单。

0+1=1，即如果下珠在下边，就往上拨。

1+1=10. 即如果下珠已经在上边，加1就进位，将它左边的珠子往上拨，同时将它本身往下拨。

现在让我们用二进制算盘算4+1=?

首先把4转换为二进制算盘的表示法：100，你可以通过，按照上述两条规则的方式，连续运算1+1+1+1的过程得到这个结果100（4），现在计算100+1，按照规则将最左边的下珠往上拨即可得到101（这就是5）。

然后将二进制结果转换成10进制结果，呈现在屏幕上或者输出到纸带上。

当然，这里说得很简单呢，但实际上制造出按照我们想象中的方式正确进行运转的计算机，甚至高效运转的计算机，那是工程学和材料学上的难题。