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0和1凭啥这么牛？

2019-09-13 13:40:00 来源: 互联网

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来源：内容来自「中国经济大讲堂」，谢谢。

我们都知道，芯片神通广大，从手机到电脑到航天飞船，都要用到它，而且还是C位！它咋就这么牛呢？这么小个玩意儿，它又是如何下达那么多复杂的指令的呢？好，今天咱们就讲讲芯片到底是咋玩的？

以晶体管为计算单元的芯片为例，它里面是由无数的晶体管构成的，晶体管是干啥的呢？打个比方说吧，你可以把晶体管理解成一扇门，而我们所下达的指令就是通过这一扇扇门来完成。

清华大学微电子所所长魏少军在《中国经济大讲堂》中说：“它大概都是这样的原理，有一个闸门能够控制它中间的电流或者是0，或者是1，或者一个电流是0，还有一个电流达到最大，从此产生所谓的二值逻辑”。

这么说吧，晶体管的原理就是用二进制法来实现运算。它最基础的原理就在于做两件事：开门和关门，如果开门认为是“1”的话，那么关门就认为是“0”。老铁你可能要说：“别唬我，这玩意就是绝活了？我家二哈都会自己开门！”别急，话没说完，一扇门的开关当然算不了什么，但门一多，它代表的事儿可就多啦。

举个最简单的例子，咱先不多说，就3扇，如果门都是关着的，也就是说3个“0”，那我们就让它表示数字0；如果最后的门打开了，也就是说现在是“001”了，那我们就让它表示数字1；如果只有倒数第二扇开了，“010”代表的就是2；如果倒数后二扇都开了，“ 011”代表的就是3；同理，“ 100”代表4；“101”代表5；“110”代表6……这就是所谓的二进制，是信息科学的语言。就这3扇门，最多能表示多大数字呢，我告诉你，是“7”，算上“0”本身，3扇门能表达出0至7共8个数字，也就是2的3次方等于8。10扇门所代表的内容就是2的10次方1024那么多，64扇门就是2的64次方18446744073709551616那么多结果，这是多少？一千亿亿！那么咱们现在用的芯片，里面有多少扇这样的门呢，多的有几十亿，甚至上百亿，也就是说2的几十亿、上百亿次方，这个数是多少？好了好了，咱们还是换个轻松的话题。

二进制的计算方法大家都简单了解了，那么它是如何变成我们的指令的？我们还是以三扇门来举例。

门A：开代表翠花，关代表狗剩。

门B：开代表起立，关代表蹲下。

门C：开代表轻轻地，关代表用力。

好，那现在我们要输入指令了，第一个指令，关门A，屏幕出现狗剩，第二个指令，关门B，狗剩蹲下，第三个指令，关门C，用力。

看明白了吧，咱们平时在键盘上敲的那些字就是这样变成计算机语言的，这还只是用3扇门举的例子，如果变成刚才咱们数都数不过来的门，你说得有多少指令？完成多少功能？

咱都不说这样的天文数字，就说世界上第一台电子计算机，美国宾夕法尼亚大学1945年“捅咕”出来的那玩意，用了17500扇这样的门，当然了那个门叫电子管，跟灯泡似的，亮了就是1，灭了就是0，一个意思。这个计算机有多牛呢？它能够提供每秒五千次加法运算，在这之前人们用20个小时零差错才能完成计算任务，它20秒就能完成。

有的老铁可能要说了，一个门就那么大，用刚才说的这个什么灯泡，几万、几十万的，得多占地方。没错！就第一台计算机来说，它占地170平方米，2.75米高，耗电量170千瓦，平均6分多就烧坏一只电子管，笨重、费电还总坏，那时候讲的“芯片”可能真就是一片儿一片儿的……随着后来的发展，这个一片一片的东西才成为越来越小、越来越强、越来越稳的晶体管芯片啦，现在大家熟知的电脑CPU大概几十到几百平方毫米，体积是第一台计算机的百万分之一，运算功能却是它的千万甚至上亿、上十亿倍。

这么点儿个小东西为啥这么牛，今天，你明白了吧…

责任编辑：sophie

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