四. 控制器与运算器（CPU）

四. 控制器与运算器

前面我们已经造出了加法机，但是这种机器其实并没有什么卵用；首先需要人伺候着，不停地按动开关输入数据；其次它还只能计算两个数字，如果是多个数字就需要每次记下前两个数的结果，然后再输入这个结果和下一个数再运算，这会很麻烦；显然，我们还有一段路要走。

1.使用寄存器保存中间数

前面我们也造出了寄存器，就可以用到这里来保存中间数（即前两个数的运算结果），最后计算的结果也一样保存到寄存器。寄存器符号如下图:

注意： cp端左侧的三角形表示该寄存器只在cp脉冲的上升沿才工作；

将寄存器与加法器按照下图连接：

如图，左侧的开关可以将二进制数输入寄存器RA中，RA直接输入到加法器中；也可以开关直接输入到加法器的另一端，加法器输出结果也可以进入RA中保存或作为中间数参加下次运算；KRA为一个按键开关，按一下，RA就会保存左侧输入的二进制数；

可以看到，这个装置的输入和输出共用了一段线路，在逻辑电路里，大家共用的公共线路称为总线，而这容易引起混乱；想解决这个问题可以使用传输门，即电子开关。

2. 使用传输门来轮流使用总线

如图，RA和TR是临时寄存器，GA、GB是传输门（通过KGA、KGB控制）；下面来看看这个装置怎么来操作，例如计算10 + 5 + 7 + 2 + 6；

首先要做的是用左边那排开关扳出第一个数“10”，并将其保存到寄存器RA中称之为装载。

装载的过程是这样的：假设数已经扳好了，接下来，按住KGA不要松开，使传输门GA打开，于是数据到达寄存器RA；接着，再按一下KRA将数据锁进RA中；最后，松开KGA。

可以看出，这个数不但到达寄存器RA，还到达加法器的另一个输入端，以及传输门GB。同时，加法器也一直在工作。但是，因为传输门GB没有打开，这里不会出什么乱子。

这是个单一的过程，但却需要两只手操作，同时还有一个手法问题比较讲究。什么手法呢？那就是不允许同时按下KGA和KRA。当按下KGA时，数据还没有稳定下来，要是RA在这个当口工作，它保存的数据就很有可能是错的。

装载过程已经结束，第一个数“10”已经位于寄存器RA中了。现在，我们要用第二个数与它相加。这需要再次扳动那排开关，得到第二个数“5”。然后，按住KGA不要松开，使“5”进入加法器的另一个输入端。加法器是自动即时相加的，它会立即计算出相加的结果“15”。此时，按一下KTR将其保存到临时寄存器TR中，然后松开KGA。

因为是要做一连串的加法，所以当前的计算结果还必须参与下一次计算，这意味着要把数据从临时寄存器TR移动到RA。

通常情况下，传输门GA是断开的，所以不用担心数据冲突，直接按住KGB不要松手，使计算结果从寄存器TR通过GB流向RA；接着，按一下KRA将数据锁存，最后将KGB松开。

有趣的是，一旦数据从传输门GB流出来，它不但会等待RA将其保存，同时也流向加法器的另一个输入端，并和RA中原有的数相加。不过不用担心，寄存器TR会将结果拦住。

很明显，在这道加法题中，除了第一个数字“10”需要预先保存到寄存器RA之外，从第二个数字“5”开始，一直到最后一个数字“6”，所有数字在相加时的操作过程都是一样的，都要经历用开关扳数、相加并保存到寄存器TR，然后从TR移动到RA的过程，这个过程可以简单地称为相加。当最后一个数加完之后，最终的结果仍然在寄存器RA中。

3. 简化操作过程

这个机器虽然能做一连串的加法，但操作过于复杂，怎么可以去掉那些开关以简化操作？一个方法就是使用逻辑电路替代那些开关；如图：

图中，K字开头的开关就可以通过“我们的新电路”来完成连续相加（这里先不关心具体过程），再简化可以到下图：

这就是一个极其简单的控制器，他可以控制运算器按照规定的步骤有条不紊的计算，而控制器和运算器是cpu主要的组成部分。

4. 说明

本文为《穿越计算机的迷雾》读书笔记，如有错误，还请兄弟们指正，大家一起进步。

标签：控制器,TR,KGA,开关,加法器,RA,寄存器,CPU,运算器
来源： https://blog.csdn.net/weixin_50260670/article/details/119297672