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洪荒科技大仙

第27章 設(shè)計ALU

洪荒科技大仙 伊謎 2183 2019-11-14 23:18:53

  由于人力資源的缺乏,沒有地球上利用人力資源加速研發(fā)的辦法,研究所只能利用時間慢慢攻克這些難題。

  朝九晚五的日子倒也是自在,項目進度緩慢地進行著,每隔幾個月就會有幾個妖族或者別的部落人族加入研究院,但是總體說來,研究速度十分感人。

  部落眾人大部分閉關(guān)修煉,日子顯得冷清,經(jīng)過時間的篩選,很多人放棄了科學(xué)研究這條路,實在是令人感嘆。

  實際上,紅石部落最引人注目的是修煉研究的進步,有方浩做榜樣,鳳也成了修煉研究院,從生物工程學(xué)得到啟發(fā)開始研究生物基因,每隔一段時間就會有絢麗的法術(shù)被發(fā)明出來,然后增強修煉速度。

  無數(shù)的部落中人受不了力量的誘惑加入修煉研究院,方浩的科學(xué)院雖然也熱門,但是漸漸式微。

  對于此事,方浩也不急,科學(xué)是一種非常有吸引力的實物,有著常人無法發(fā)現(xiàn)的美麗,自然這是對于真正理解了科學(xué)的人來說的。

  對于門外人,科學(xué)研究是一件枯燥的事情,他們不理解醉心于科學(xué)研究的人,在普通人眼中,科學(xué)研究的人都是科學(xué)瘋子,行為非常古怪。

  經(jīng)過了一年時間的論證和研究,方浩所在的團隊以燒壞幾萬個電子管為代價,終于將邏輯門電路研究完成。

  這次的研究不但弄清楚了邏輯門的設(shè)計,而且還收集了大量的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)了當前電子管技術(shù)的很多缺陷,改進了幾個版本的電子管設(shè)計。

  不但如此,部落眾人還找到了更好的電極材料,使得電子管的性能更高,只不過這種材料是修真材料,里面有著方浩也不理解的靈氣存在,無法大規(guī)模加工。

  方浩還是比較在意天然的材料,這樣有利于減少后期量產(chǎn)的成本,也便于向洪荒大陸傾銷,畢竟洪荒太大了。

  對于靈氣,整個部落的人都在研究,不過至今也沒有研究清楚,實際上,靈氣并不是氣,而是一種看不見摸不著的東西,很可能是一種暗物質(zhì),以部落目前的技術(shù)還是無法接觸到,更別說研究了。

  方浩并不太喜歡利用含有靈氣的物質(zhì)制造電子管,科學(xué)無法忍受不能掌控的東西,他未雨綢繆,重點研究自然界存在的材料制作電子管,事先就定位到整個洪荒巨大的市場,他想利用科學(xué)影響整個洪荒,最終利用信息科學(xué)間接控制整個世界。

  邏輯門電路一共包括三大類別,第一類是非門電路,第二類是與門電路,第三類是或門電路。

  眾人對這些門電路進行了深入的研究,編寫了詳細的數(shù)據(jù)手冊,對性能,頻率,功耗,散熱,壽命等等進行了全方位的測試,確定了了最優(yōu)使用狀態(tài)。

  非門運算:輸入和輸出結(jié)果相反。

  與門運算:只有輸入都為1時結(jié)果才為1。

  或門運算:有一個輸入為1時結(jié)果就為1。

  或非運算:對或操作結(jié)果取反。

  與非運算:對與操作結(jié)果取反。

  有了邏輯門就開始設(shè)計加減乘除四則運算,實際上,計算機只會進行加法運算,需要將其它的運算全部轉(zhuǎn)換為加法運算。

  利用這些簡單的門電路就可以實現(xiàn)最為關(guān)鍵的加法器。

  在電腦內(nèi)部,所有的運算都是加法,不過計算機的加法計算十分反人類。

  首先,計算機把數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制,全是0、1代碼,轉(zhuǎn)換都是按現(xiàn)成的程序進行。

  如果計算加法,則把兩數(shù)按位相加,如 13+15 ,轉(zhuǎn)換后是1101+1111 ,按 0+0=0 ,1+0=0+1=1,1+1=10 的規(guī)則,結(jié)果為 11100 ,輸出時再轉(zhuǎn)換為 28。

  如果是計算減法,則把減數(shù)取補碼,按位把0換成1,把1換成0,后加1,再相加。

  以八位數(shù)據(jù)計算為例子,計算15-13 ,

  先轉(zhuǎn)換 15=00001111 ,13=00001101 ,

  取13的補碼為 11110010 ,加1 后為 11110011 ,

  相加有 00001111+11110011=100000010 ,位數(shù)已超過八位,把最高位舍棄,取后八位為 00000010 ,也就是十進制的 2 。

  這里的計算感覺很復(fù)雜,實際上,計算機計算起來并不麻煩,甚至非常簡便快捷,因為計算機內(nèi)部存在加法器,幾個時鐘周期就可以計算一次加法,再加上計算機內(nèi)部都是自動化計算,通過加法器完成,計算起來非???。

  加法運算就是用加法器實現(xiàn)的,計算機里一個叫做ALU的功能模塊,里面有很多硬件的計算電路,比如加減乘除,開指數(shù),指數(shù),微分,積分,處理最基本的運算,加快數(shù)據(jù)的計算速度。

  自然,加減乘除,開指數(shù),指數(shù),微分,積分等等運算也是由加法實現(xiàn)的,這里有很多的數(shù)學(xué)理論,計算機實際上就是數(shù)學(xué)思想的結(jié)晶。

  ALU還有一個功能,那就是決定進行哪種運算,鍵盤上的數(shù)學(xué)運算符號用來決定ALU的選擇,如果計算更復(fù)雜一點可以通過軟件選擇ALU進行那種運算。

  設(shè)計計算機首先就要設(shè)計ALU,也就是設(shè)計加法器,計算機內(nèi)部的加法器有全加器和紋波進位加法器、超前進位加法器。

  一個全加器只能進行一位二進制的加法,有了很多全加器以后,就能做多位二進制數(shù)的加法了,只要把多個全加器的輸入和輸出連起來,就像可以實現(xiàn)多位的加法。

  紋波進位加法器就是這樣一個簡單地把許多個全加器串聯(lián)起來的加法器,它能進行多位數(shù)的加法運算,但這種加法器有種缺陷,就是bit位運算太慢,每個bit位的計算都要等到上個bit的運算結(jié)束后才能進行運算,導(dǎo)致如果運算位數(shù)非常之多的話,整個加法器運算會非常緩慢,所以紋波進位加法器只能做bit位較少的加法計算。

  如果要進行bit位較多的加法計算,就要設(shè)計超前進位加法器,這種加法器不需要等上一位的運算結(jié)束,而是直接就可以通過布爾運算得出當前位的值,而計算的方式是利用硬件計算。

  所以超前進位加法器也有缺陷,因為要利用硬件進行布爾運算,位數(shù)越多電路就越復(fù)雜,這樣不僅運算會變慢,成本也會變高。

  而用硬件進行布爾運算也需要用到加法器,所以超前進位加法器也是由全加法器實現(xiàn)的,只不過擁有更多的全加器,構(gòu)成了超前進位全加器。

  除了加法器之外還有減法,乘法,除法,等等,這是計算機必須的,計算機要進行復(fù)雜的運算,需要利用數(shù)值計算方法的原理,或是將各種數(shù)學(xué)函數(shù)變換變?yōu)橹挥屑訙p乘除的多項式,或是使用迭代的方式計算,或是近似計算等等。

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