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第67章 攻关CPU技术

此时,方浩来到了CPU实验室,李倩在这里忙碌着。

方浩不由了然,不愧是自己的女人,CPU的重要性是众所周知的,这段时间她一直在协助工程师进行科技攻关。

在半导体技术发展历史中,起主要作用的国家一直是英国、德国、美国,在计算机领域中,一直是他们主导,尤其是后面美国的的贝尔实验室,直接就是半导体时代的领导者。

1904年11月16日,英国科学家约翰·安布罗斯·弗莱明为自己发明的电子管弗莱明“阀”申请了专利,它标志着人类历史上第一只电子管的诞生,世界也从这里迈向电子时代。

约翰·安布罗斯·弗莱明是一个很了不起的天才,他是英国人,是一个电机工程师、物理学家。

主要的贡献就是发现右手定则、发明二极管、真空管。

目前国内的半导体技术之所以落后,并不是科学家不努力,而是因为时间,欧洲从1904年就开始研究电子技术,而中国的半导体研究非常晚,新中国成立后才开始专门研究,不过后来政治动荡,半导体研究技术直接被废弃。

一直到八十年代改革开放,才开始大力进口国外机器设备,开始研究我们自己的半导体技术。

换句话说,国内的半导体技术是从八十年代开始的,到现在的2012年,不过是三十年时间而已。

三十年时间从零开始,这点时间能干什么?仅仅够培养出来一批半导体技术人才。

1978年,中美关系缓和,苹果电脑开始进入中国市场,这是国内第一次接触到计算机,而且贵的离谱,这台很原始和简陋的机器,很快震惊了所有人,然后国家才匆匆忙忙地布局半导体产业,至于以前建国时期发展的半导体产业,因为一些历史问题,早就彻底荒废。

也就是说,从1978年开始,国内开始派遣留学生前去欧美学习半导体,等这些人本科毕业,已经到了1982年,研究生毕业到了1985年,博士毕业已经到了1988年。

有了这一批留学生为种子,国内的半导体研究才开始,才有人才在大学教授自己的学生。

等到这些学生毕业走上岗位,已经到了1992年了。

换句话说,从1992年开始,国内才有第一批大学生走上半导体发展舞台,此时的国内半导体产业一无所有。

这批学生才是半导体研究的主力部队,时间大约从1992年开始,开始在一片空白中进行半导体研究,到如今刚好二十年而已。

算起来,欧美发展半导体技术比中国早了整整100年,所以导致一个可怕的结果,那就是,在半导体领域,国内根本没有和欧美讨价还价的实力。

近一百年的时间差距,想要追赶是非常不容易的,所以才会导致辉煌科技公司在半导体技术上被卡脖子。

辉煌科技公司也是在前人付出的基础上开始进行半导体研究,这个时候,辉煌科技公司已经有了研究的基础,比如人才、技术资料、政策支持。

而方浩在东江大学就开始进行半导体研究,也不过是加速国家在半导体布局上发展的速度而已。

所以,方浩一直以来并不对半导体研究人员做出过多的苛求,因为他们完全是在一片空白的大地上,开始慢慢堆放积木,搭建一个高楼大厦。

半导体最为核心的部分是CPU,现代社会半导体产业的心脏就是CPU,没有CPU就没有半导体的核心,因为半导体产业链的一切都是CPU周边的衍生。

这也是为什么国内在2020年,欧美要压制HW的原因,那是因为我们自己要搞CPU了,如果有了CPU,那么这个国家的半导体产业链都会围绕着我们自己的CPU发展,达到欧美半导体产业技术水平,只是时间问题。

所以这也是方浩一直嚷嚷研究CPU的原因,CPU的原理很简单,只是需要耗费大量的时间积累。

虽然HW很多事情让人诟病,但是不得不说,它确实是国内的科技支柱公司,方浩只是希望它能够对国内的科技工作者好一些。

为什么说CPU的原理很简单呢,那是因为,CPU本身的原理就是一部加法器,只不过这个加法器功能一步一步增加,变得越来越复而已。

计算机由输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器等五部分组成。

而CPU就是里面的运算器和控制器。

运算器是计算机对数据进行加工处理的中心,它主要由算术逻辑部件、寄存器组和状态寄存器组成。

控制器是计算机的控制中心,它决定了计算机运行过程的自动化,它不仅要保证程序的正确执行,而且要能够处理异常事件,包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分。

指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作。

时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号,失时序控制听从最基本的时序信号时钟信号的控制,时钟是整个机器的时间基准,加快时钟频率会让计算机运算速度加快。

总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路,就cpu而言,一般分为内部总线和cpu对外联系的外部总线。

中断控制逻辑是指计算机由于异常事件,或者一些随机发生需要马处理的事件,引起cpu暂时停止现在程序的执行,转向另一服务程序去处理这一事件,处理完毕再返回原程序的过程。

而构成这些功能的基本结构是逻辑门电路。

逻辑门电路一共包括三大类别,第一类是非门电路,第二类是与门电路,第三类是或门电路。

众人对这些门电路进行了深入的研究,编写了详细的数据手册,对性能,频率,功耗,散热,寿命等等进行了全方位的测试,确定了了最优使用状态。

非门运算:输入和输出结果相反。

与门运算:只有输入都为1时结果才为1。

或门运算:有一个输入为1时结果就为1。

或非运算:对或操作结果取反。

与非运算:对与操作结果取反。

有了逻辑门就开始设计加减乘除四则运算,实际,计算机只会进行加法运算。

如果要进行其它运算,需要将其它的运算转换为加法运算。

在电脑内部,所有的运算都是加法,不过计算机的加法计算十分反人类,并不是人类思维,而是机器思维。

首先,计算机把数转换成二进制,全是0、1代码,转换都是按现成的程序进行。

如果计算加法,则把两数按位相加,如1315,转换后是11011111,按00=0,10=01=1,11=10的规则,结果为11100,输出时再转换为28。

如果是计算减法,则把减数取补码,按位把0换成1,把1换成0,后加1,再相加。

以八位数据计算为例子,计算15-13,

先转换 15=00001111 ,13=00001101 ,

取13的补码为 11110010 ,加1 后为 11110011 ,

相加有 00001111+11110011=100000010 ,位数已超过八位,把最高位舍弃,取后八位为 00000010 ,也就是十进制的 2 。

这里的计算感觉很复杂,也不容易理解。

实际,计算机计算起来并不麻烦,甚至非常简便快捷,因为计算机内部存在加法器,几个时钟周期就可以计算一次加法,再加计算机内部都是自动化计算,通过加法器完成,计算起来非常快。

如果人脑跟踪这些计算过程,就会觉得计算机实在是太傻了,简单的减法不知道运行了多少次。

计算机里一个叫做ALU的功能模块,里面有很多硬件的计算电路,比如加减乘除,开指数,指数,微分,积分,等等。

这些硬件可以直接处理最基本的运算,加快数据。

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