0和1凭啥这么牛?

2019-09-13
13:40:00
来源: 互联网

来源:内容来自「中国经济大讲堂」,谢谢。
 

      我们都知道,芯片神通广大,从手机到电脑到航天飞船,都要用到它,而且还是C位!它咋就这么牛呢?这么小个玩意儿,它又是如何下达那么多复杂的指令的呢?好,今天咱们就讲讲芯片到底是咋玩的?

和1凭啥这么牛?"
 
      以晶体管为计算单元的芯片为例,它里面是由无数的晶体管构成的,晶体管是干啥的呢?打个比方说吧,你可以把晶体管理解成一扇门,而我们所下达的指令就是通过这一扇扇门来完成。
 
和1凭啥这么牛?"
 
      清华大学微电子所所长魏少军在《中国经济大讲堂》中说:“它大概都是这样的原理,有一个闸门能够控制它中间的电流或者是0,或者是1,或者一个电流是0,还有一个电流达到最大,从此产生所谓的二值逻辑”。
 
      这么说吧,晶体管的原理就是用二进制法来实现运算。它最基础的原理就在于做两件事:开门和关门,如果开门认为是“1”的话,那么关门就认为是“0”。老铁你可能要说:“别唬我,这玩意就是绝活了?我家二哈都会自己开门!”别急,话没说完,一扇门的开关当然算不了什么,但门一多,它代表的事儿可就多啦。
 
和1凭啥这么牛?"
 
      举个最简单的例子,咱先不多说,就3扇,如果门都是关着的,也就是说3个“0”,那我们就让它表示数字0;如果最后的门打开了,也就是说现在是“001”了,那我们就让它表示数字1;如果只有倒数第二扇开了,“010”代表的就是2;如果倒数后二扇都开了,“ 011”代表的就是3;同理,“ 100”代表4;“101”代表5;“110”代表6……这就是所谓的二进制,是信息科学的语言。就这3扇门,最多能表示多大数字呢,我告诉你,是“7”,算上“0”本身,3扇门能表达出0至7共8个数字,也就是2的3次方等于8。10扇门所代表的内容就是2的10次方1024那么多,64扇门就是2的64次方18446744073709551616那么多结果,这是多少?一千亿亿!那么咱们现在用的芯片,里面有多少扇这样的门呢,多的有几十亿,甚至上百亿,也就是说2的几十亿、上百亿次方,这个数是多少?好了好了,咱们还是换个轻松的话题。
 
和1凭啥这么牛?"
 
      二进制的计算方法大家都简单了解了,那么它是如何变成我们的指令的?我们还是以三扇门来举例。
 
门A:开代表翠花,关代表狗剩。
门B:开代表起立,关代表蹲下。
门C:开代表轻轻地,关代表用力。
 
      好,那现在我们要输入指令了,第一个指令,关门A,屏幕出现狗剩,第二个指令,关门B,狗剩蹲下,第三个指令,关门C,用力。
 
      看明白了吧,咱们平时在键盘上敲的那些字就是这样变成计算机语言的,这还只是用3扇门举的例子,如果变成刚才咱们数都数不过来的门,你说得有多少指令?完成多少功能?
 
和1凭啥这么牛?"
 
      咱都不说这样的天文数字,就说世界上第一台电子计算机,美国宾夕法尼亚大学1945年“捅咕”出来的那玩意,用了17500扇这样的门,当然了那个门叫电子管,跟灯泡似的,亮了就是1,灭了就是0,一个意思。这个计算机有多牛呢?它能够提供每秒五千次加法运算,在这之前人们用20个小时零差错才能完成计算任务,它20秒就能完成。
 
和1凭啥这么牛?"
 
      有的老铁可能要说了,一个门就那么大,用刚才说的这个什么灯泡,几万、几十万的,得多占地方。没错!就第一台计算机来说,它占地170平方米,2.75米高,耗电量170千瓦,平均6分多就烧坏一只电子管,笨重、费电还总坏,那时候讲的“芯片”可能真就是一片儿一片儿的……随着后来的发展,这个一片一片的东西才成为越来越小、越来越强、越来越稳的晶体管芯片啦,现在大家熟知的电脑CPU大概几十到几百平方毫米,体积是第一台计算机的百万分之一,运算功能却是它的千万甚至上亿、上十亿倍。
 
和1凭啥这么牛?"
 
      这么点儿个小东西为啥这么牛,今天,你明白了吧…

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