Làm thế nào các bộ xử lý có thể bật và tắt dòng điện qua các bóng bán dẫn để thực hiện các phép tính và các tác vụ phức tạp khác?
Bộ vi xử lý máy tính đã trở nên quá quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chúng có mặt trong máy tính cầm tay tính toán đơn giản, máy tính cá nhân phức tạp cũng như trong điện thoại di động. điện thoại, máy tính bảng mà chúng ta mang theo hàng ngày.
Tuy đa dạng về hình dáng và chức năng nhưng chúng đều có chung một nguyên lý hoạt động là chuyển đổi dòng điện qua bóng bán dẫn để biểu diễn các số 0 và 1 trong hệ thống số nhị phân. Tuy nhiên, nếu chỉ dựa vào việc biến dòng điện qua bóng bán dẫn thì vi xử lý sẽ thực hiện các phép tính và các tác vụ khác như thế nào?
Cổng logic – thành phần cơ bản của mọi phép tính
Không có nhiều điều có thể làm được đối với từng bóng bán dẫn riêng lẻ, nhưng khi được ghép nối chính xác, chúng sẽ tạo thành các cổng logic (Cổng logic). Cổng logic là các mạch điện cực nhỏ được tạo thành từ các bóng bán dẫn.
Với hai bóng bán dẫn làm đầu vào, dựa trên trạng thái mở và đóng của chúng trong mạch, mỗi cổng logic sẽ xuất ra 0 hoặc 1 tương ứng. Tùy thuộc vào sự ghép nối giữa các bóng bán dẫn đầu vào và đầu ra, có tám cổng logic cơ bản: cổng OR, cổng XOR, cổng NOR, cổng XNOR, cổng AND, cổng NAND, cổng NOT và cổng đệm.
Biểu tượng cổng logic.
Ví dụ, một cổng OR là một mạch song song với hai đầu vào bóng bán dẫn. Khi một dòng điện được đưa vào cổng, miễn là một trong hai bóng bán dẫn đầu vào bật (với đầu vào là 1 hoặc True), đầu ra của cổng sẽ được cung cấp năng lượng (hoặc trả về kết quả là 1 hoặc True).
Cổng AND là một mạch nối tiếp với 2 bóng bán dẫn đầu vào. Do đó, cổng AND chỉ trả về True (1) nếu cả hai cổng đầu vào là True (1) (hoặc cả hai bóng bán dẫn đều được bật để cho phép dòng điện đi qua).
Minh họa mạch ở cổng VÀ, cổng HOẶC và cổng KHÔNG.
Cổng NOT chỉ là một công tắc bật và tắt dòng điện, vì vậy nó là nghịch đảo logic của các cổng trên. Do đó, các cổng có tiền tố N, chẳng hạn như NOR, NAND và XNOR là phiên bản đảo ngược của các cổng cơ sở ở trên.
Trong khi đó, cổng XOR là sự kết hợp của ba cổng VÀ, HOẶC và KHÔNG với nhau theo một cách đặc biệt. Đặc điểm của cổng XOR là nó sẽ xuất ra True (1) nếu một trong hai đầu vào là True (1). Nhưng nếu cả hai đầu vào của cổng XOR đều giống nhau, kết quả trả về sẽ là Sai (hoặc 0).
Ký hiệu của cổng XOR và XNOR và sơ đồ mạch của hai cổng cơ bản này.
Làm thế nào để làm toán bằng cách sử dụng cổng logic?
Kết hợp hai cổng logic ở trên, cùng với một mạch cộng đầy đủ, bạn có thể thực hiện phép cộng hai số nhị phân cơ bản.
Sơ đồ trên cho thấy một nửa mạch cộng với hai đầu vào A và B, cùng với XOR và một cổng AND. Đầu vào A được bật trong khi đầu vào B tắt, tương tự như 1 và 0 được nhập trong thao tác cộng. Vì chỉ một trong hai đầu vào được bật nên cổng XOR được bật và đầu ra 1, và cổng AND vẫn tắt khi chỉ một trong các đầu vào được bật.
Sơ đồ mạch của mạch Half Adders.
Bây giờ, nếu cả hai đầu vào A và B được bật, nó giống như nhập phép tính 1 1. Bây giờ cổng XOR sẽ được tắt và cổng AND được bật vì cả hai đầu vào đều đang bật, trả về kết quả. tính đúng đắn của phép tính 1 1 = 2 hoặc 10 trong hệ nhị phân.
Vì một bit máy tính không thể lưu trữ bất kỳ giá trị nào lớn hơn 1, kết quả của phép tính được ghi vào 2 bit đầu ra. Bit SUM sẽ ghi chữ số 0 của kết quả trả về và ký tự 1 sẽ được ghi vào bit số dư Cin (Thực hiện) trong nửa mạch bổ sung này.
Mặc dù phép tính 1 1 = 2 này có thể được thực hiện, bộ cộng một phần này không thể làm bất cứ điều gì khác với chỉ 2 bit đầu vào. Do đó, để thực hiện các phép tính phức tạp hơn, Bộ cộng đầy đủ được thiết kế từ sự kết hợp của các bộ cộng nửa này.
Sơ đồ mạch của bộ cộng đầy đủ với 3 bit đầu vào là A, B và Cin còn lại của nửa mạch bộ cộng trước.
Với thiết kế này, mạch cộng đầy đủ sẽ có 3 đầu vào với hai số được nhập, cùng với một số dư Cin của nửa bổ sung trước đó. Khi nhiều mạch cộng mắc nối tiếp, phần còn lại Cin của một mạch sẽ được chuyển đổi thành đầu vào cho bộ cộng tiếp theo.
Thiết kế này cho phép bộ xử lý thực hiện các phép tính phức tạp hơn, bằng cách thêm các mạch bán phụ gia vào chuỗi. Nhiều bit đầu vào hơn có nghĩa là nhiều bộ cộng đầy đủ hơn được thêm vào chuỗi.
Hầu hết các phép toán được thực hiện bằng cách thêm các mạch vào tính toán này. Phép nhân chỉ là phép cộng được lặp đi lặp lại, phép trừ có thể được thực hiện với các bit nghịch đảo thích hợp, và phép chia là sự lặp lại của phép trừ. Ngoài ra, bộ vi xử lý máy tính hiện đại có các giải pháp hỗ trợ phần cứng để tăng tốc độ thực hiện các phép tính phức tạp hơn.
Sơ đồ mạch với các cổng logic để thực hiện phép tính 2 3 = 5.
Các phép tính càng phức tạp thì càng cần nhiều cổng logic để thực hiện, tức là nhiều bóng bán dẫn hơn. Đây cũng là lý do tại sao các nhà thiết kế và phát triển chip cần những bóng bán dẫn nhỏ nhất có thể, để có thể nhồi nhét nhiều bóng bán dẫn nhất có thể trong mỗi bộ vi xử lý có kích thước hạn chế.
Vừa rồi, bạn vừa mới đọc xong bài viết về
Chỉ làm mỗi việc bật tắt dòng điện, các bóng bán dẫn thực hiện việc tính toán như thế nào?
tại Tips Tech.
Hy vọng rằng những kiến thức trong bài viết
Chỉ làm mỗi việc bật tắt dòng điện, các bóng bán dẫn thực hiện việc tính toán như thế nào?
sẽ làm cho bạn để tâm hơn tới vấn đề
Chỉ làm mỗi việc bật tắt dòng điện, các bóng bán dẫn thực hiện việc tính toán như thế nào?
hiện nay.
Hãy cũng với Tip Techs khám phá thêm nhiều bài viết về
Chỉ làm mỗi việc bật tắt dòng điện, các bóng bán dẫn thực hiện việc tính toán như thế nào?
nhé.
Bài viết
Chỉ làm mỗi việc bật tắt dòng điện, các bóng bán dẫn thực hiện việc tính toán như thế nào?
đăng bởi vào ngày 2022-07-31 02:31:27. Cảm ơn bạn đã bỏ thời gian đọc bài tại Tips Tech
Nguồn: genk.vn