CPU里有几十亿个晶体管，这些晶体管有什么作用？

2025-03-11 09:59:58

推荐回答（5个）

回答1：

20亿晶体管是如何集成在一个小小的芯片上，而又是如何工作的？让我们一起来研究。

首先CPU在13年的时候就已经可以集成20亿个晶体管，当然作为中央处理器CPU芯片中还包涵其他各种各样的器件例如三极管，二极管，晶闸管，MOSFFET,IGBT等，这些都是CPU内部集成的芯片，CPU的安装无疑是一层层进行焊接的，

利用非常高的机器将纳米级别的晶体管进行架构式的安装，CPU内核心的也是一块半导体晶圆，通过半导体蚀刻工艺在晶圆上生成众多的晶体管单位，再通过微点焊金丝的方式将各个引脚电路引出至芯片封装的管脚，最后进行封装，每一步都是非常精密的，这些过程都是机械来做。

晶体管就是微型电子电子开关，它们是构建CPU的基石，你可以把一个晶体管当作一个电灯开关，它们有个操作位，分别代表两种状态：ON（开）和OFF（关）。这一开一关就相等于晶体管的连通与断开，而这两种状态正好与二进制中的基础状态“0”和“1”对应！这样，计算机就具备了处理信息的能力。

几乎所有计算机都包含一些ROM（可以创建一个不包含RAM的简单计算机 - 许多微控制器通过在处理器芯片本身放置一些RAM字节来实现这一点 - 但通常无法创建一个不包含ROM）。在PC上，ROM称为BIOS（基本输入/输出系统）。当微处理器启动时，它开始执行它在BIOS中找到的指令。BIOS指令执行诸如测试机器中的硬件之类的操作，然后将其转到硬盘以获取引导扇区（请参阅硬盘的工作原理）详情）。这个引导扇区是另一个小程序，BIOS从磁盘读取后将其存储在RAM中。然后微处理器开始从RAM执行引导扇区的指令。引导扇区程序将告诉微处理器从硬盘中取出其他东西到RAM中，然后微处理器执行。

回答2：

晶体管分为晶体二极管和三极管两种，它们在电子电路中的用途很广。二极管在电路中的基本作用就是整流──用来将交流电变为直流电，此外还可以用于稳压、钳位和限幅等。三极管在电路中的基本作用是作为放大器和电子开关。下面我们介绍一下晶体三极管在电子电路中的基本应用。

图是一个NPN型锗三极管3BX31构成的单管放大器，这是晶体三极管的基本应用之一，此时三极管工作于线性放大区，可以将其基极输入端输入的幅度较小的交流信号放大到一定的幅度，并从其集电极输出。图中，电阻Rb为基极偏置电阻，作用是给三极管VT的发射结（即三极管be两极之间的PN结）提供一个合适的偏置电压，Rc为VT的集电极负载电阻，Re为负反馈电阻，用以稳定放大器的直流静态工作点，同时亦可以改善放大器的交流性能。电容C1和C2分别为输入和

三极管作为电子开关使用时，管子工作于非线性区域，此时三极管只有两个状态──导通与截止。管子导通时，相当于开关闭合；截止时，相当于开关断开。上图是一个采用PNP型三极管2N2907控制小灯泡HL亮灭的简单控制电路。2N2907工作于开关状态，当开关K拨至①脚时，电阻R的下端接3.7V电源的负极，

VT的基极获得足够大的偏置电流而饱和导通，此时VT的c-e两极之间相当于一个闭合的开关（忽略其饱和压降），HL得电点亮。当K拨至③脚时，VT因其基极无法获得偏置电流而截止，此时VT的c-e两极之间的电阻极大，相当于断开的开关，HL熄灭。若将图中的K换成一个光照传感器（电路接法需要做些改动），这个电路便可以作为一个简单的光控灯，使HL在光线变弱时自动点亮。

回答3：

内部控制原理真的很复杂很繁琐。第一个微处理器是英特尔4004，于1971年推出.4004功能不是很强大，它所能做的只是加减法，它一次只能做4位。制造成家用计算机的第一个微处理器是英特尔8080，它是一个完整的8位计算机，在一个芯片上，于1974年推出。

数据宽度为ALU的宽度。8位ALU可以加、减、乘、等。两个8位数字，而32位ALU可以操作32位数字。8位ALU必须执行4条指令才能添加两个32位数字，而32位ALU可以在一条指令中执行。在许多情况下，外部数据总线的宽度与ALU的宽度相同，但并非总是如此。8088有一个16位ALU和一个8位总线，而Pentiums为32位ALU一次取64位数据。

MIPS代表“每秒数百万条指令”，并且是CPU性能的粗略衡量标准。晶体管数量和MIPS之间存在密切关系。例如，8088时钟频率为5 MHz，但仅以0.33 MIPS（每15个时钟周期约一条指令）执行。现代处理器通常可以每个时钟周期以两个指令的速率执行。这种改进与芯片上的晶体管数量直接相关。

微处理器的三个基本运作关系如下：以下是个简单微处理器的组件：寄存器A，B和C只是由触发器制成的锁存器。地址锁存器就像寄存器A，B和C.程序计数器是一个锁存器，具有额外的能力，当被告知这样做时增加1，并且当被告知这样做也重置为零。

ALU逻辑单元可以像8位加法器一样简单，它可以对8位值进行加，减，乘和除。地址和数据总线，以及RD和WR线。这些总线和线路连接到RAM或ROM。在我们的样本微处理器中，有一个8位宽的地址总线和8位宽的数据总线。这意味着微处理器可以寻址（2 8）256字节的存储器，并且它可以一次读取或写入8位存储器。让我们假设这个简单的微处理器有128个字节的ROM，从地址0开始，128个字节的RAM从地址128开始。

ROM代表只读存储器。ROM芯片被编程为具有永久的预设字节集合。地址发给总线告诉ROM芯片哪个字节到达并放在数据总线上。当RD线改变状态时，ROM芯片将所选字节呈现在数据总线上。

回答4：

①、关于以上这CPU内部里有几十亿个晶体管，这些晶体管在CPU内部组成差分电路形式构成，向这差分电路的结构，使得电路增益极
高。
②、向这CPU中央处理器或中央处理单元。由于整个计算枇系统是由输入器、输出器、运算器、存储器和控制器等五个部分组成
的。
③、就此这CPU则是将组成计算机的五大

组件中的 “运算器” 和 “控制器” 都集成

在一块芯片中的器件，所以又可称为 “运

算控制器”。其功能就是实现算术和逻辑

运算，并通过运算把操作指令转换为相应

的控制和操作信号，控制和协调计算机的

各部分电路系统和所有的外部设备，都按

照一定的程序进行工作。所以，CPU是计

算机的核心部件，它的运行速度及性能在

很大程度上决定了整个计算机的性能和档

次。

回答5：

晶体管数量和MIPS之间存在密切关系。例如，8088时钟频率为5 MHz，但仅以0.33 MIPS（每15个时钟周期约一条指令）执行。现代处理器通常可以每个时钟周期以两个指令的速率执行。这种改进与芯片上的晶体管数量直接相关

微处理器的三个基本运作关系如下

以下是个简单微处理器的组件：

寄存器A，B和C只是由触发器制成的锁存器。
地址锁存器就像寄存器A，B和C.
程序计数器是一个锁存器，具有额外的能力，当被告知这样做时增加1，并且当被告知这样做时也重置为零。

ALU逻辑单元可以像8位加法器一样简单，它可以对8位值进行加，减，乘和除。

地址和数据总线，以及RD和WR线。这些总线和线路连接到RAM或ROM。在我们的样本微处理器中，有一个8位宽的地址总线和8位宽的数据总线。这意味着微处理器可以寻址（2 8）256字节的存储器，并且它可以一次读取或写入8位存储器。让我们假设这个简单的微处理器有128个字节的ROM，从地址0开始，128个字节的RAM从地址128开始。

ROM代表只读存储器。ROM芯片被编程为具有永久的预设字节集合。地址发给总线告诉ROM芯片哪个字节到达并放在数据总线上。当RD线改变状态时，ROM芯片将所选字节呈现在数据总线上。

几乎所有计算机都包含一些ROM（可以创建一个不包含RAM的简单计算机 - 许多微控制器通过在处理器芯片本身放置一些RAM字节来实现这一点 - 但通常无法创建一个不包含ROM）。在PC上，ROM称为BIOS（基本输入/输出系统）。当微处理器启动时，它开始执行它在BIOS中找到的指令。BIOS指令执行诸如测试机器中的硬件之类的操作，然后将其转到硬盘以获取引导扇区（请参阅硬盘的工作原理）详情）。这个引导扇区是另一个小程序，BIOS从磁盘读取后将其存储在RAM中。然后微处理器开始从RAM执行引导扇区的指令。引导扇区程序将告诉微处理器从硬盘中取出其他东西到RAM中，然后微处理器执行。

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