原子级晶体管问世 CPU运算瓶颈有望突破_网易科技
原子级晶体管问世 CPU运算瓶颈有望突破
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科技讯 2月6日消息, 据国外媒体报道, 周四德州大学的科学家们创造出了世界上第一个硅烯晶体管，厚度只有一个原子。利用这种晶体管，科学家未来可能有一天会制造出耗能更少、功率更快的芯片。随着石墨烯的大热，另一种类似的纳米新型材料也引起了材料学界的极大兴趣，这就是硅烯（Silicene）。这种材料有可能成为未来IT科技的新基石。这种晶体管拥有巨大的潜力，对于计算机科学家硅烯是一种比石墨烯更有趣的材料。这一发明出乎了许多观察家的意料，尽管这一原子级晶体管由于其不稳定性，只存在了几分钟。但其实在此之前，硅烯只是一个理论上的材料，没有人想到基于它的晶体管会如此快的出现。德州大学的团队在真空中首先利用银基平台制造出缩合原子层，然后用氧化铝密封它。然后，再从银基平台上剥离硅烯材料，留下一层薄薄的银和铝作为保护。最后，部分刮掉金属银保护层就制造出了一个最基本的且能工作的晶体管。科学家们计划不断精炼制作工艺，以期在短期内制造出寿命更久的硅烯晶体管。然而，其中还是有很多的困难需要克服，因为硅烯在现实世界中使用时十分不稳定。但是科学家表示，“这是重大的突破，低温制造技术和硅烯原件制造还是第一次。” 毫无疑问这是十分惊人的创造，但是否能够以此开发出新的计算设备还有待观察。（秉翰）
本文来源：网易科技报道
责任编辑：王晓易_NE0011
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外星人君在上一篇文章中讲过了CPU中的最基本单元是一个个的晶体管，通过对晶体管开关的控制和用不同的连接方法，我们可以组成一个个的逻辑门（比如与门、或门）。你可能还会疑惑，为什么看上去只会用逻辑门对逻辑进行判断的处理器，却能运行各种数学运算？这里，我们要用逻辑门组成一个简单的运算器：加法器。当然如果你表示没有看懂上一篇文章的部分内容，也并不影响这里介绍的加法器，就像由细胞构成了人体的器官，如果你不是很了解细胞是什么，也不会影响你去了解器官的功能。在解释加法器之前，首先请思考一下我们自己是如何计算加法的呢。小朋友都知道用手指头就可以运算10以内的加减法。一般来说，我们一位一位的进行相加，并且在每一位上的计算都很相似。比如，在个位上，1+2=3；而如果算6+8=14，那么本位就是4，进位就是1。因为CPU中能够处理的信息只有两种，通和断，也就是1和0，所以我们计算机中全部都使用了二进制来表示所有数据。二进制的加法和十进制也一样，1+0=1，而1+1=10，进位是1，本位是0。总结起来，在二进制的加法中，一位数A和B的相加，只会有以下四种可能：那么现在，来考虑一下，CPU怎样才可以进行一位数的加法呢？这就要介绍另一个用晶体管组成的逻辑门：异或门。它是这样表示的：异或门只有在A和B输入相同时，输出的Y才为0，而不同时，都为1。即：如果输入1和0，那么输出为1；如果输入0和0，那么输出为0。你有没有发现，其实这个逻辑门就神奇地算出了本位是多少呢！（参考上面的表格）那又该如何去算进位呢？观察一下进位的规律，只有当输入的两个数字同时为1时，结果才为1，而其它情况下，输出都为0，这恰好是上一篇中讲过的一个逻辑门：与门，由下面这个符号表示：当我们把异或门和与门组合成这个样子：A，B是输入的两个二进制数字，S(Sum)代表输出的本位，C(Carry)代表输出的进位，我们通过这两个逻辑门的组合，就可以计算出一位数的二进制加法了！如果换算成十进制，那么我们就可以计算1+0，0+1，0+0，1+1，四个加法了！四个加法……外星人君表示有点囧，用了这么多字，最终介绍的这个“CPU原理”只能算四个加法，连1+2都算不出来，看上去很坑啊…… 而其实上面这个例子只是由异或门和与门组成的部件，也只叫做半加器。原来处理器中的“晶体管小朋友”只有2个手指头，不要忘了，在CPU中有数以亿计的晶体管！这些晶体管通过更复杂的组合，在一个时钟频率上最终执行无数次这种简单运算，最终完成了令人难以想象的复杂运算！所以，别笑话那些哦，恩。
本文由授权（）发表，文章著作权为原作者所有。
终于出续集了 大爱啊。。。:)
话说刚刚去维基百科了一下加法器。。。
果然有续集啊，开始讲数字逻辑了。下集如果讲二进制和编码的话，大家会觉得这个与CPU没关系，读者会完全失去兴趣。我曾经试过给英语专业的老婆讲计算机原理，从数字逻辑讲到操作系统，最花时间的就是二进制了。
为什么外星人只会算一位的加法?? 因为他们没有全加器
哇哈哈哈哈哈
目测下集是寄存器... ...
LS各位坏人，我感觉我中了地球人的圈套……
的话：XOR的描述貌似错了，应该是不同时为1，相同时为0。哦漏！竟然会出现这种错误！多谢眼睛雪亮的Alex同学！我去面壁五分钟，都……都别拦着我……
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cpu晶体管为什么会计算
11:33:13 && 阅读：447&&
cpu里面的构造大体是晶体管（类似电流开关）但是cpu是怎么做到计算功能呢？
cpu的计算方式像算盘，算盘是打上多一个，打下来少一个，晶体管的开关用1和0表示，以二进制的方法来计算和读取结果，算盘则是直接数，表达方式不同而已，但无论是算盘或cpu计算，都不能直接乘除，只能加减，乘以几就加几次，除以几就减几次。
感谢数学和数学家，数学让这个世界变得逻辑透明，数学家让我们明白这一切，cpu的逻辑单元依靠改变电平高低显示0和1两个状态，当几十个乃至几亿个逻辑单元并排，就能依靠读取电平状态得到很大的二进制数据…001010，这是计算的基础，对于简单数学1+1或者2+（-1），按照二进制进位计算就好，复杂计算怎么办，化乘法为加法，化除法为减法，ok，那更复杂的函数计算呢，感谢傅立叶变换，任何周期函数都可以看作是正余弦函数的叠加，原理不在这里解释，反正记住因为各种数学工具，平方开方微分积分，数据都能换成加法计算，当然，算法不同也决定了效率不同，这个是后话了，回到问题，cpu就是这么在集成电路里面掰手指，然后自然而然的给了21世纪新的发展动力
计算是对人来说的，晶体管才不会知道什么叫计算，他们只有两种状态，高电平和低电平，也就是通常所说的0和1，晶体管通过不同的组合形成大的输入输出元件，这些元件再通过组合形成逻辑电路，这就说我们说的运算基础，逻辑电路再组合就形成运算电路，运算电路集成到一起形成CPU,再配合时钟，就是我们所说的计算！所以计算是对整个CPU来说的，不是单一的晶体管！要了解很多，建议看看电子技术基础反面的书籍！
想知道晶体管为什么会计算，首先你得了解什么是半导体（具体想了解自己百度去）废话我就不多说了，半导体有个特点某些条件下他导电，某些条件下他又不导电，导电状态用1表示.不导电状态用0表示，其它的细节上面已经有人说了我就不叙述了，想弄懂楼上所说的你必须清楚什么是频率，人类是怎么利用频率传递信息的！
半导体重复导电状态和不导电状态的过程叫频率，就像你敲鼓一样，一秒敲一次频率为1次/S，两次为2次/S，半导体0－1的过程（也就是重复不导电状态到导电状态的过程）为1次频率，重复两次则为2次频率，以此类推！如果把一次频率表示为“我”，2次频率表示为“长”，3次表示为“得”，4次表示为“帅”。那么晶体管先重复一次，再重复2次，然后3次，最后4次。那么这个过程就被解码成“我长得帅”了。而芯片里数亿晶体管的工作模式又不同，什么时候什么区域的晶体管是导电状态还是不导电状态，靠指令集调度！
不要想得太复杂 首先cpu内部有很多基本的时序电路，把时序电路理解成“并不智能的机械”就可以了，比如烤箱 你直接控制烤箱 烤箱盘子就是寄存器 设定的时间就是时钟，也就是大家说的主频啦，主频是机器周期的倒数而已 把东西放进去，等一个时钟，就变成了熟的，烤箱就好比于算数运算单元 这里面，最重要的是你，你要负责放东西，负责时序，把你换成一个稍微复杂点的时序电路，这个电路总是循环发出：从内存取指令，解析指令中的操作和数据，按照规定发出控制信号，的循环中，你就是控制器了 这就是一个cpu的基本基本工作原理 实际的话需要你看看书，推荐：how do it work
我看了下大家的回答都没到点子上，实际上不管是电子管还是晶体管最终能形成编程性的功臣就是逻辑电路，通俗点可以看《三体》，里面有简单的描述，专业点可以了解lisp语言，也就是说不管你用什么方法，只要实现了car、cdr、cons、quote、cond、atom、eq，这七个功能，就可以用这七个功能自由组合推出现代意义上的所有程序功能，那么通过高级的程序我们最终让计算机拥有了十分强大的人工智能。
理解这个问题，首先你要具备一定的数电知识，CPU是由晶体管组成的，利用晶体管可以很轻易的搭建与门，或门，非门，这一点毋庸置疑吧，然后利用这些逻辑们就可以组成各种触发器，这一点也不用多解释，数电的基础内容，然后利用触发器进一步组成移位寄存器等，到这里，你就可以轻易的组建一个加法器，减法器了，数字用0,1表示，对应到电路中就是高电平和低电平，至于乘法和除法，最基本的运算单元也是加减法，到了这里，具备了基本的四则运算，也就具备了信息处理能力，无非就是用一定的规则组成成不同的0和1，当你动手焊接出一个加法器的时候，你就彻底明白了。
CPU不能称为晶体管。而是大规模集成电路，也称为数字集成电路。是由N个开关电路组成。通过数字转换，将普通数字变换成计算机语言。以0和1的不同组合，进行二进制运算。CPU只完成简单的运算，复杂的运算是需要不同的程序辅助完成的。
想了解cpu是如何计算的，先去了解下单片机吧，8位单片机，比64位的cpu好容易理解多了，实在不懂就去了解一下点阵模块怎么工作的也行，就说点阵模块吧，需要行扫描和场扫描信号，说出来只会更加糊涂
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阅读：4891计算机处理器或将迎来革命，1nm晶体管意味着什么
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计算机处理器或将迎来革命，1nm晶体管意味着什么
据报道，沉寂已久的计算技术界终于迎来了一次大的突破，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。晶体管的制程大小一直是计算技术进步的硬指标，相同体积的芯片，晶体管越小可容纳数量就越多，处理器性能和功耗就会更优秀。许多年来，技术的发展一直都是遵循着摩尔定律，即当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。也就是说你花一元钱买到的性能，18个月后将会翻一倍，比如当下流行的是14nm制程，而到了明年就要升级为10nm线程，但成本却依旧是一元钱。实际上呢，制造芯片7nm似乎就是物理极限了。一旦晶体管大小低于这一数字，它们在物理形态上就会非常集中，以至于产生量子隧穿效应，为芯片制造带来巨大挑战。此前，英特尔曾提出要寻找一种能够替代硅的新原料来制造晶体管，现在劳伦斯伯克利把它变成了现实。通过纳米碳管和二硫化钼制成的晶体管成功地实现了让电子能持续在各个逻辑门之间穿梭，从而解决了量子隧穿效应。但这项技术仍然处于初级试验阶段，因为在14nm的制程下，一个模具就要超过10亿个晶体管，而要将这些晶体管全部微型成1nm仍是一项非常艰巨的任务。但我们也应该看到这项技术在未来的发展。新材料的发现将会大大提高计算机处理器的性能，这就像是蝴蝶效应一般，更强大的处理性能将会支持人类各个领域的研究从而推动社会的发展。本文为头条号作者原创。未经授权，不得转载。
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