cpu那麼多晶體管組成的門電路代表不同的邏輯，那麼輸入的代碼是怎樣找到確定的邏輯的？

01-04

比如輸入1+1是怎樣觸發cpu中的運算器而不是其他是或非和他們組成的更複雜的電路。。怎樣從幾億個晶體管組成的電路邏輯中找到確定邏輯並運行呢。

你需要學習指令集架構設計和基本的解碼器電路原理。

CPU是有一定結構的，通常具有多個階段：如經典的MIPS五級流水線，包含取指、解碼、執行、訪存、回寫五個階段。

計算機程序在編譯後會被轉換成CPU可識別的二進位代碼，這些代碼在取指階段被從指令存儲器輸入至CPU內部；在解碼階段判斷分析指令功能，選擇數據通路；在執行階段進行邏輯或數學運算；訪存階段讀寫內存；回寫階段將運算結果進行保存。

從電路層面來說，CPU的階段間採用觸發器相連，而在每部分內部則是大量的組合邏輯，組合邏輯可以設計實現在不同的輸入下，選擇不同的數據通路。將指令認為是輸入的條件，在解碼階段，選擇數據通路，從而將數據輸入到正確的執行邏輯中。

大二的時候開始學數字電路，還沒有學單片機原理，所以對CPU內部的原理一點都不理解，但這並不妨礙我自己閉門造芯的熱情，然後我就自己下載安裝了模擬軟體Proteus，打算用邏輯門和觸發器搭出一個可以按照輸入的程序運行的電路——說白了就是CPU，當然，我當時給它設定的基本運算只有四個:加法、與、或、非，雖然很簡陋，但是理論上，程序員完全可以用這四個運算完成計算機可以完成的所有演算法——在不考慮時間成本的情況下。

於是我開始畫電路，第一步是分別畫出針對四個運算任務的運算單元，如果有數字電路基礎，這再簡單不過了。。。。。在真正的CPU裡面，類似的運算單元叫做「算術邏輯單元」，簡稱ALU，它的實現原理我們老師沒說過(二本院校，莫見怪)，我自己設想的實現方法有兩種:一種是像我這樣，把幾個運算單元並排放，然後每個編一個地址，要運算的時候把數據輸入相應的地址，就會輸出結果;另一個實現方法是採用類似可編程邏輯器件PLD的單元，這種東西，先輸入一堆電平把它定義成你想要的邏輯單元，然後輸入數據就能輸出結果——並不是三言兩語就能說清楚的，但是CPU問世的時候PLD還沒有發明，所以我只能說「類似」。

前面已經說了我選用那四個運算單元的方法——每個單元分配一個地址，要用的時候找這個地址就行了。為了「找」這個地址，我採用的是解碼器，這個東西兩個輸入，四個輸出，輸入兩位二進位數，而輸出的四個口中，只有一個是高電平，這個電平對應的一個單元就會輸入數據，輸出結果，我給每個運算單元編了個地址，但我忘了，不打緊的，舉個例子，可能我輸入00，代表加，01代表與，10代表或，11代表非，這樣的，程序執行起來就不會有歧義了。這個東西在CPU里對應啥我也懵逼。

既然涉及到程序，那至少得先把程序存起來吧，在計算機里存儲程序的東西叫做ROM，全名好像是「指令寄存器」，和手機的ROM不是一個東西。當時我會一點單片機C，所以沒有自己設計ROM，寫了一個單片機程序，程序存在單片機里，到時候按順序輸出就行了。

當時我設計的指令語法結構是這樣的:

運算單元地址數據甲數據乙

其中三個部分的去向如下:

運算單元地址輸入到解碼器;

數據甲輸入到運算單元一號入口;

數據乙輸入到運算單元二號入口。

這樣一來，如果來了一條指令:

00 00 01

它的內容其實是:

相加 00 01

意思就是00和01相加，輸出結果將會是01 。

當然，我當時只考慮讓代碼變成可以執行的程序，還沒有考慮到數據回收利用等等CPU必備的，功能，但是考慮到題主的疑惑是「代碼如何找到確定的邏輯」，那麼，我這裡已經簡略地介紹了在機器碼級別，代碼與邏輯對應起來的基本原理——我用了定址的方法，並揣測CPU設計者可能用代碼定義ALU內部邏輯的方法，如果會布爾運算的話就知道邏輯門少的時候，邏輯是很好定義的。

當然，真正的CPU還需要很多功能，我這個設計里沒有提到輸出的數據放在哪裡，在CPU里沒有這個東西，實際使用中我們給它加一個叫做內存的東西。CPU里還有很多重要的東西，個人水平低，又忘得厲害，按下不表。

CPU的硬體結構已經確定了它能使用的全部機器指令，這些指令構成一個集合，叫做指令集。像這種把代碼每一位的意義都確定了的CPU指令集叫做「精簡指令集」，用在手機上的ARM晶元就是這種指令集，優點是功率低。另外一種指令集叫做「複雜指令集」，它的不同代碼每一位代表的意義可能不一樣，於是需要設計一個特殊的指令解碼器來翻譯指令，這種指令集效率很高，但是功耗也高，這就是電腦CPU需要風扇甚至水冷散熱的原因。

由於機器碼只是一串數字，記起來不太好記，所以人們使用一系列裁切過或未裁切的英語單詞代替對應的指令，用來幫助記憶，所以這些單詞叫做「助記符」，比如用ADD代表「加」，那麼上面的代碼就成了:

ADD ,00, 01;

看起來直觀多了，但是CPU是識別不了這個代碼的，所以人們寫完這樣的代碼，會使用編譯器把它翻譯成00 00 01 .

但是助記符編程序還是挺麻煩的，於是我們把一些常用的代碼組合放在一塊，然後用一個單詞或者式子來代替，比如上面的兩數相加，就可以寫成00+01 .這些單詞或式子的集合，就成了略高級一點的程序語言，比如C語言。

然後呢……人類總是會嫌麻煩，設計了越來越多更高級的語言，高級語言越來越接近人類說的話——自然語言，但到如今也只能是接近，想用自然語言編程，還早，而且口語里有太多不規範不確定的東西，就算哪天有人開發出自然語言編程，不好好學語文和邏輯思維能力差的人也編不了什麼好程序。另外，由於高級語言其實是把「低級」語言構成的一些任務打包起來的，同一個任務在不同場景下可能有最優化的「打包」方法，而使用高級語言時只使用確定的一種，這就導致很多情況下不能使用最優化的方法，導致了效率的降低，一般來說，語言越高級，就越容易開發軟體，但開發出來的軟體的執行效率就越低，這也是CPU一直在升級，但性能永遠嫌不夠的原因。

……

本科學歷，對事物理解也就這個層次了，而且全程憑記憶，沒有查百度百科，差錯難免，勿怪。

簡單說說，不是精確工作過程

處理器的運算單元有個使能邏輯，負責開啟相關運算單元的功能，如果沒有使能，則不工作，輸出無效。

通常輸入是接到各個執行單元上的，但是使能邏輯不會同時有效，所以結果就只有一個有效

而使能信號是指令帶過來的，比如add，就使能加法器

指令是程序員/編譯器/彙編器產生的

謝邀

從物理上來說，就是一個開關對一個指令。正如你打開某個開關的時候，必然會有對應的電燈或者其它電器對應打開一樣。

然後和從PB級的存儲系統中訪問幾個位元組相比，從幾千個運算指令中選取一個指令運行真心不要太簡單。

一加一，首先它是個機器指令，放在內存里，cpu加電會從固定存儲器地址取指令，具體是發送一個存儲器讀信號，存儲器返回內容。該內容被導入到指令解碼單元解碼，執行。電路都是連好的，並不是隨意連接。這問題四個系統問題，回答只能適可而止，否則就忍不住寫一本書出來了。

因為處理器有很多不同的指令應對相應功能

這一點從彙編語言看更清楚彙編語言的格式如下

指令操作數1 操作數2

其中的指令便代表要對兩個操作數進行怎樣的操作

將指令在電路中具象其實也是線路的高低電平關係

這些高低電平關係則在硬體層面激活它對應指令的相關電路

所以它們是被設計成這樣的處理器指令是處理器設計的核心

剛剛問題不見了，不知道怎麼回事。

這個問題比較深了，但是我能回答。

這當中涉及到極多的抽象層。從源代碼到二進位機器狀態，這當中有很多層。

從軟體層縱向深入到硬體層。

軟體層；高級語言到低級語言；c以上的語言接近自然語言，c以下的語言接近機器語言。

其指向是這樣的；

c++,java,python等-》c-》彙編-》機器碼

硬體層；CPU或者其他類似邏輯電路都是這樣，比如GPU mcu DSP等，分前中後段，前段是晶元級彙編，中間是指令集，後端是二進位，也就是一開一關的狀態。

接著上面的軟體層，數據流從軟體二進位來到機器後，首先被編碼為晶元級彙編，然後送到指令集系統進行解碼編碼運算等等一系列複雜操作，別小看指令集，其實指令集系統是非常龐大的，分複雜指令集和精簡指令集，cisc，risc。最後數據流被送入到二進位池（不要以為這個池子很小，其實比海還大，應該說叫二進位海）進行狀態改變操作，也就是一開一關，這個過程都是按秒算的，因為電子在半導體上的速度是光速，半導體，比如硅原子組成的晶體管也是光速。這都是納秒內的變化速度。而納秒是很短暫的，秒以內一般都是1000進位，秒到納秒中間還有毫秒微秒兩級。一秒等於1000000000納秒。

晶元震動的速度很快，上面說的納秒級，就是說在一秒內電子在晶體管上的門電路一開一關來回跑的速度。而晶體管是由硅原子組成的，總是說小數點後面多少個9，就是說的硅原子的純度。99.99999999%，從沙子還有土中含有硅元素多的物質中提取的純度，一般都要小數點後4個9以上才是基本。也就是說是電子在硅原子周圍不停地做遷移運動。這個速度的單位是赫茲，Hz。kHz就是千赫茲，mHz就是百萬赫茲。其進位也是1000.（這是速度單位，容量是1024）相對的，GHz就是十億赫茲了，現在的cpu基本都能跑到3GHz以上，也就是三十億赫茲，每秒鐘晶體管電子遷移或震動三十億次，這還單單只是一個晶體管呢，現在的大規模集成電路，都是以億為單位的集成度數量。普通晶元，比如我們用的intel，AMD，雙核都在5億左右，核數越多用的晶體管就越多，而GPU已經發展到百億以上的晶體管了，最少的都有50多億。你可以想像下如此多的晶體管，N億數量每秒鐘震動N十億次以上，其速度是有多快，產生的二進位狀態，也就是01組成的機器碼，是不是可以用海來形容了。

這還是通用晶元的速度（一個），會受到通用變數的限制，專用晶元更快，也就是asic，專用集成電路。當然我們說的都是民用，這裡沒有說大型機，集群，超算等計算設備。那根本不是能想像的了。

計算機軟體世界和硬體世界組成了賽博空間，在那裡是一個宇宙。你可以認為是微觀宇宙，從計算機可以模擬模擬現實世界就可以看出。

人類自從掌握核裂變以後，就將工業帶入到原子層面了，現在又用計算機技術征服了原子世界（當然只是冰山一角，原子世界遠遠不止這麼一點），征服了電子和硅原子。你要知道電子比原子要小得多。

我剛剛找了一些知識，你可以去參考下，當然，這只是冰山一角。

http://www.expreview.com/50814.html

http://www.expreview.com/exp_new/exp4_topic.php?action=wendaTopic

這裡有很多硬體知識。

intel的 http://player.youku.com/player.php/sid/XMjQyMjIzODg4/v.swf

amd的 http://v.youku.com/v_show/id_XMzM4NzQ1NjIw.html?spm=a2h0j.8191423.module_basic_relation.5~5!2~5~5!3~5~5~A

更新；

題主在私信里問的，我的回答

其實運算和計算在普通個人平台沒有多大區別，在大型機，超算上才有區別。你問的問題我現在有點頭緒了，其實你的問題就是指令集是怎麼工作的。你要知道cpu中有很多的單元，不同的單元負責不同的工作。指令集是被固化在具體的邏輯電路里，你看cpu的參數，L1 指令緩存，就是機器加電以後，從指令集中讀取的指令。它會告訴【算數單元】怎麼操作晶體管進行四則運算。

指令集和架構是相關聯的，指令在緩存里接收到數據後，又會送回指令集的邏輯電路進行解碼。然後發送給相應的單元進行計數（比如算術單元浮點單元等還有很多不同的單元，它們共同組成了中央處理單元，就是處理器的名稱），也就是運算，運算有細分為很多計算。計算就是增刪改查，移動，替換等很多操作。對於二進位來說就是這樣計算的。

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題主請盡量在題里評論下問，讓知友們看到，可以挑錯。

運算要翻譯成計算機能識別的指令才能執行。例如：

如果用一個最簡單的CPU，考慮用兩個寄存器，那麼指令可能是

LOAD REG0 1

LOAD REG1 1

ADD REG0 REG1

用LUT吧，至少FPGA是這樣的

先了解1加1怎麼送進了cpu，它被編譯成一條2進位指令放在了內存中。程序運行的過程就是cpu從內存中取指令再一條條執行的過程。此外每條指令都會指示這是條要幹嘛的指令。

cpu讀到1加1這條指令後，解析出來這是條加法指令，所以指令就被送到加法運算模塊處理了。

首先吧，1+1，在彙編上對應的是一個加指令。每個指令都有相應的機械碼存儲在內部ram。當使用指令的時候，就會從ram中提取出機械碼，然後把加好的數值通過堆棧放入內部rom。

這問題比較複雜，有點興趣可以看一下這本書的目錄，很有興趣可以看完這本書

《計算機系統要素從零開始構建現代計算機》