中央處理器（CPU，Central Processing Unit）是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。中央處理器主要包括運(yùn)算器（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)（Data）、控制及狀態(tài)的總線（Bus）。它與內(nèi)部存儲(chǔ)器（Memory）和輸入/輸出（I/O）設(shè)備合稱為電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。

　　本文主要介紹繼電器是如何組成cpu的，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　一、從電池、開關(guān)和繼電器開始

　　上圖左上角是一個(gè)很普通的電路，由電池、開關(guān)電流表和燈泡組成。這個(gè)是初中物理學(xué)過的。上圖右上角是對(duì)左上角電路的簡單變形，用VCC代替了電池，用接地符號(hào)實(shí)現(xiàn)了回路。相當(dāng)于把電池拆開來畫了。電路功能是一樣的。本文此后的電路圖一般都采用VCC和接地表示電源。因?yàn)槟銜?huì)發(fā)現(xiàn)只有這樣的畫法能夠讓我們方便理解之后的電路圖。

　　然后往下看，第三個(gè)電路圖，那個(gè)圈圈里圈著個(gè)K的藍(lán)色的東西，表示的是繼電器。當(dāng)繼電器左側(cè)有電流通過時(shí)，右側(cè)的電路就斷開；反之則聯(lián)通。（對(duì)應(yīng)地，也有那種左側(cè)有電流通過時(shí)，右側(cè)的電路就聯(lián)通；反之則斷開的繼電器，稍后會(huì)用到）這個(gè)電路想讓你知道的是，可以用繼電器實(shí)現(xiàn)這樣的功能：控制左側(cè)的電路的通斷，即可改變右側(cè)電路的通斷。換個(gè)方式說，就是左側(cè)的電路通斷情況決定了右側(cè)的電路的通斷情況。再往抽象了說，就是左側(cè)電路代表了“輸入”（Input）這個(gè)概念，右側(cè)電路代表了“輸出”（Output）這個(gè)概念。繼電器則代表了“計(jì)算”（或者“算法”、“處理”等）（CPU）這個(gè)概念。硬件就是用這種電器設(shè)備的固有物理性質(zhì)提供了最初的計(jì)算能力。

　　再往下看第四個(gè)電路圖，它和第三個(gè)的區(qū)別就在于用VCC和接地符號(hào)代替了電池。初次看電路，我們有必要經(jīng)歷一次從電池到VCC和接地符號(hào)的過渡。以后的電路圖，我們將直接使用VCC和接地符號(hào)，請(qǐng)務(wù)必在此處適應(yīng)這樣的畫法。

　　然后是最下邊這個(gè)電路。和第四個(gè)電路相比，它用一個(gè)“非門”的符號(hào)代替了“繼電器、右側(cè)電路電源和繼電器的接地”這三個(gè)符號(hào)。也就是說一個(gè)“非門”實(shí)際上就是“繼電器、右側(cè)電路電源和繼電器的接地”這三個(gè)東西的組合，而且畫的時(shí)候省略了電源和接地符號(hào)。

　　之前在學(xué)校里學(xué)數(shù)字電路，我就是想不明白邏輯門的電源在哪兒，整個(gè)電路的通路在哪兒，所以一直學(xué)不好。現(xiàn)在有個(gè)這個(gè)電路圖，感覺一切豁然開朗。

　　二、用繼電器做個(gè)與門

　　剛剛我們用繼電器做出了“非門”。可以看到只要用一個(gè)繼電器就可以了。與門的電路如下圖所示。

　　與門由兩個(gè)繼電器（這兩個(gè)繼電器用的都是跟做非門的繼電器通斷情形相反的那種）構(gòu)成，只有當(dāng)兩個(gè)繼電器左側(cè)都通電時(shí)，右側(cè)電路才能聯(lián)通。這樣就實(shí)現(xiàn)了“與”的功能。“與門”的符號(hào)是一個(gè)躺著封口的U形。

　　注：本文里我做的電路圖片都是GIF格式的，你可以在瀏覽器里看到隨著開關(guān)的開閉，輸入和輸出電路上的燈泡是如何變化的。每個(gè)圖上都有（http://bitzhuwei.cnblogs.com）標(biāo)識(shí)我的博客地址，不過每個(gè)GIF圖的最后一幀都去掉了這個(gè)標(biāo)識(shí)。這樣，看到一幀沒有標(biāo)識(shí)的時(shí)候，就知道下一幀將是GIF圖的第一幀了。

　　三、用繼電器做個(gè)或門

　　“非門”、“與門”做出來了，“或門”也就不難理解了，直接上圖大家體會(huì)吧。（導(dǎo)線交叉的地方，如果有個(gè)紅點(diǎn)，表示是聯(lián)通的，否則就是互不相干的）“或門”的符號(hào)像一個(gè)子彈。

　　四、用繼電器做個(gè)異或門

　　“異或門”的功能是：左側(cè)的兩個(gè)輸入電路一個(gè)聯(lián)通另一個(gè)不聯(lián)通時(shí)，右側(cè)電路聯(lián)通；否則右側(cè)電路不聯(lián)通。這次先畫符號(hào)，大家可以先自己嘗試用繼電器畫“異或門”，鍛煉一下思維，然后再向下看答案。

　　答案揭曉！“異或門”的實(shí)現(xiàn)如下圖所示。乍看很復(fù)雜，其實(shí)是有邏輯的。最右邊的兩個(gè)繼電器其實(shí)是一個(gè)“或門”，最左邊兩個(gè)繼電器是兩個(gè)“非門”，中間兩上兩下共四個(gè)繼電器，是兩個(gè)“與門”。這樣就好理解了。AB兩個(gè)輸入電路為A通、B不通的時(shí)候，整個(gè)“異或門”會(huì)通過下方的路線使燈泡亮；若A不通、B通，則會(huì)通過上方的線路使燈泡亮。其他情況燈泡都不會(huì)亮。

　　五、振蕩器

　　振蕩器能夠不斷地輸出0、1、0、1、0、1、0、1……這樣的信號(hào)。這種東西雖然一時(shí)說不上有什么用，不過一定是有用到的時(shí)候的。振蕩器做起來也簡單得離譜。看下圖所示電路。

　　把非門的輸出端連到輸入端上。當(dāng)輸出為1時(shí)，輸入也就成了1，那么輸出就得變成0；然后輸入也跟著變成0，這樣輸出又變回了1。循環(huán)翻轉(zhuǎn)無休無止。振蕩器能翻轉(zhuǎn)多快，就看繼電器的反應(yīng)有多快了。（現(xiàn)代計(jì)算機(jī)用晶體管代替了繼電器，晶體管比繼電器翻轉(zhuǎn)速度快得多，所以能夠得到的頻率更高，計(jì)算機(jī)的速度更快。而且晶體管比繼電器省電）話說multisim12仿真的翻轉(zhuǎn)速度也夠可以的，本人截圖也費(fèi)了不少勁。

　　順便給一個(gè)用繼電器做振蕩器的實(shí)際應(yīng)用的例子：上學(xué)的時(shí)候上下課的鈴聲就是用繼電器做的振蕩器完成的。0101信號(hào)用錘子敲打鐵盔表達(dá)了出來。

　　六、加法器

　　剛剛約定了，用1和0表示電路的通斷。電路只有通斷這兩種狀態(tài)，所以計(jì)算機(jī)只用0和1來表示數(shù)，這就是二進(jìn)制啊。關(guān)于二進(jìn)制和十進(jìn)制的內(nèi)容別人寫得太多了，我就不提啦。要計(jì)算兩個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的和，可以分別計(jì)算各個(gè)數(shù)位上的結(jié)果，而各個(gè)數(shù)位的計(jì)算方法又是相同的，即“被加數(shù)+加數(shù)=》和的值+進(jìn)位的值”。這用邏輯門表示如下圖。

　　A和B表示加數(shù)和被加數(shù)，C表示前一位計(jì)算的進(jìn)位的值，C1燈泡表示本次計(jì)算的進(jìn)位的值，S1燈泡表示本次計(jì)算的和的值。我找了半天，也沒在multisim12里找到一位二進(jìn)制數(shù)的加法器件的符號(hào)，大家看這個(gè)圖就可以了。

　　要計(jì)算多位數(shù)，把單位數(shù)加法器首尾相連就可以了，如下圖所示。這兩張圖是從《穿越計(jì)算機(jī)的迷霧》中拿來的。如果侵權(quán)，請(qǐng)告訴我，不然我就偷個(gè)懶不自己畫啦。