CPU 是如何理解 01 二进制的?

Java技术迷

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 · 2021-10-28

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准确的来说,CPU不认识也不理解任何东西CPU就像一个单细胞一样,本身不具备任何思考能力,没什么自己的想法,你给它一个刺激,它只是简单的会有一个反应。305cd30761d1f6eeef96c7c9d3d051a8.webp那这个刺激是什么呢?是电压,硬件感知到的仅仅就是电压。电压有两种,高电压和低电压。你马上就能反应过来,这就是01二进制,高电压代表1低电压代表0,0和1仅仅是人类可以理解的东西,硬件电路可不理解这玩意,它仅仅就是靠电流驱动来工作。让我们来看看这个简单的电路,这个就是与门:

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你能说这个电路理解它自己该做什么吗?它有自我意识吗?当然没有。所以说这个问题的答案非常简单:CPU根本就不能理解任何东西,之所以CPU能正常工作,仅仅是因为你(制作CPU的人)让它这么工作这个问题就好比你问一辆自行车是如何理解自己怎么跑起来的?还不是因为你设计了车轮、车链然后用脚一蹬跑起来的。

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你希望两个开关都打开灯才亮,因此你这样设计电路,这就是与门;你希望任意一个开关打开灯就亮,因此你那样设计电路,这就是或门;你希望关闭开关灯才亮,这就是非门,有了与或非你可以搭建出任意复杂的逻辑电路,比如下面这个能执行加操作的加法器。

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看看这个电路,你能说它知道自己是在执行加法操作吗,这当然是人类认为这个电路的输出等价于加法操作的结果。尽管这个电路看上去很不错,给定两个输入得到的输出和我们人类认为的加法是一样一样的,但这有点简单。除了加法是不是还应该有其它操作,如果有多种类型的操作那么就必须告诉电路该操作的类型是什么(操作码),操作的数字是什么(操作数)。这样给它一个输入就能按照我们的想法来控制电路了,BOOM!!!宇宙大爆炸!4720d5b7e8abe3b1bc710413f068ac9b.webp哦不对,CPU诞生了!人类编写的代码必须首先转为01二进制,之后才能驱动CPU工作。当然,怎么把一坨代码高效等价的转为1001011100。。。这项工作可不简单,人类探索了几十年,一干人等还获得了图灵奖,可见这个问题的重要程度以及难度。

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你今天能简单点一下build按钮或简单运行一个命令就能把你写的代码转为01串,要知道这简单的背后是靠无数天才榨干天量的脑细胞才实现的。

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从这里应该应该能看出来,CPU根本不认识任何语言,理解编程语言的其实是编译器现在我们能给CPU输入了,那输出呢?剩下的仅仅就是解释了,比如给你一个01串,01001101,你可以认为这是一个数字,也可以认为这是一个字符,也可以是表示RGB颜色,一切都看你怎么解释,这就是软件的工作了。最终的目的只有一个:让人类能看懂整个流程就是这样的:

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计算机真是一个非常神奇的机器,如此简单,却又能完成复杂无比的工作。现在你应该明白了吧,计算机所谓能理解二进制就好比你的台灯能理解开关一样。

它们真的对此一无所知。


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