计算机RAM的底层原理
条评论计算机的电路,在搞软件的看来应该是很简单的,复杂的留给电路设计的从业者们。
本片文件结合最近重新研究底层的脉络书写,主要核心目的在于解决,计算机是如何一步一步构建(组合)出来的,行为期间发现有篇和我想写内容一样的文章。
计算的本质是什么?这个问题百度可以得到“答案”,逻辑符号的转变规则即是计算。它出现的目的,是人类为了从有限信息中提取新的信息而发现和指定的一些列符号的变化规则。计算机,顾明思议,做计算的机器。计算机发展历史,从发明十进制到中国古代的算盘,到近代的继电器、晶体管到半导体为核心电子元件造出的计算机,可以窥探出人类为了解决计算问题所做出的努力。我们主要研究半导体为元件的计算机是如何一步一步构造成为计算机的RAM核心部件的。
布尔代数解决了二进制的逻辑和数学计算问题,而人类工程界也毫无疑问的在众多进制中选择了二进制(稳定),我之前的文章有描述——计算机是如何做计算的,很多内容可在该篇文章找到具体描述,本文相关则略过。
1、现代人使用电路的通电与否来标识真和假(1和0),实现了最底层的电信号(通与否)和符号关联。在CPU中它叫PN节,是硅片上掺杂不同的物质,通过复杂工艺制造出来的。
2、将2条基本线路组合,实现了最基本的逻辑门电路,实现了电路(这种组合叫门)和逻辑运算符号的关联。
与门
或门
非门
3、将基本电路组合,实现了较为基础的逻辑门电路
- 与非门
- 或非门
- 与或非门
- 与或门
- 同或门
- 异或门
4、将逻辑门电路排列组合,构成基本计算单元
- 半加器
- 全加器
- 乘法器等
5、计算单元的排列组合,构成更复杂的计算单元(不确定合理)
- 加法电路
- 乘法电路
6、基本的电路组合之一的成果,内存(下面。
锁存器,一种带有记忆功能的电路,只要复位不开启,那么上次的输入将持续输出。
门锁(GATED LATCH),是对锁存器的一种改进(姑且这么想),可记忆1个字节的数据
门锁,矩阵排列(多路复用)组合成基本的存储单元(下图可存储256位)。
矩阵基本单元电路:
8位矩阵(4位定位行、4位定位列):
将上面的256 Bit的存储单元通过连线,可组合成byte,相同坐标的数值并起来为1byte。下图存储了256byte。
再组合就成了内存基本寻址单元的RAM
到这里,我们可以看到,计算机是一层一层网上排列组合,逐步抽象下一层的基本功单元来构建上一层的功能单元,和易经中的阴阳生万物是一个道理。
其他计算机的部件大体也是这种套娃套路。