第68章 加法器攻關
輝煌科技公司半導體研究中心。
無數工作人員正在加緊研究CPU需要的各種模塊，比如乘法器、除法器、加法器、解碼器、編碼器、數據選擇器、觸發器、鎖存器、計數器、移位寄存器、儲存器、放大器、模擬數字轉換器、數字模擬轉換器等等。
所有運算都是加法器實現的，加法器是計算機真正的基石，計算機一切的計算能力，都是由加法器實現的。
設計CPU首先就要設計ALU，也就是設計加法器，計算機內部的加法器有全加器、紋波進位加法器、超前進位加法器。
一個全加器只能進行一位二進位的加法，有了全加器以後，就能做多位二進位數的加法了，只要把多個全加器的輸入和輸出連起來，就像可以實現多位的加法。
紋波進位加法器就是一個把許多個全加器串聯起來的加法器，它能進行多位數的加法運算。
但這種加法器有種缺陷，就是bit位運算太慢，每個bit位的計算都要等到上個bit的運算結束後才能進行運算，導致如果運算位數非常之多的話，整個加法器運算會非常緩慢，所以紋波進位加法器只能做bit位較少的加法計算。
如果要進行bit位較多的加法計算，就要設計超前進位加法器，這種加法器不需要等上一位的運算結束，而是直接就可以通過布爾運算得出當前位的值，而計算的方式是利用硬體計算。
所以超前進位加法器也有缺陷，因為要利用硬體進行布爾運算，位數越多電路就越複雜，這樣不僅運算會變慢，成本也會變高。
而用硬體進行布爾運算也需要用到加法器，所以超前進位加法器也是由全加法器實現的，只不過擁有更多的全加器，構成了超前進位全加器。
這樣布爾運算模塊和超前進位加法器互相包含，構成了極為複雜的結構。
但是不管怎麼複雜，只要設計成功，以後就可以直接拿來用，不用再次分析和設計。
除了加法器之外還有減法，乘法，除法，等等，這是CPU必須的。
CPU要進行複雜的運算，需要利用數值計算方法的原理，或是將各種數學函數變換變為只有加減乘除的多項式，或是使用疊代的方式計算，或是近似計算等等，這又是一個新的數學領域。
從數學角度來說，減法是可以轉換成加法運算的，乘法同樣可以轉換成加法運算，除法可以轉換成乘法運算，所以一切的運算都可以以加法運算為基礎，所以計算機只會做加法也沒有問題。
但是如果計算機只會做加法，對於有些計算來說速度就會慢下來，所以要想計算機速度更快，一定要給計算機設計加減乘除積分微分的運算電路。
還需要設計更加複雜的數學電路，來輔助硬體電路來完成更多的功能，這些輔助硬體的電路會通過一定的規則來控制，這個規則就是軟體。
也就是說CPU裡面還有一部分是把軟體翻譯成硬體電路，然後將這部分硬體電路燒進CPU模塊裡面，這樣CPU就可以高速調用裡面的軟體進行運行了，極大地加快了速度。
上面的僅僅是CPU的電路原理，除了電路以外還有電路的密度。
CPU設計都是先使用軟體進行電路模塊的設計並模擬，然後根據模擬的成功的電路進行分立元件的搭建，然後單獨測試這些模塊的性能，最後把這些模塊集合在一起，構成一個由分立元件構成的巨大CPU。
這就是CPU原型了。
搭建CPU原型是一件代價極為高昂的事情，而且會產生極大的體積，畢竟無數的電晶體堆積在一起，這樣會直觀地進行CPU內部電路的分析，還可以直觀地調整電晶體級別的設計，動態地改變電晶體參數來觀察它對CPU性能的影響。
英特爾創始人之一戈登·摩爾曾經說過，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，這一定律揭示了信息技術進步的速度。
所以輝煌科技公司目前的CPU原型是非常巨大的，足足上億電晶體。
組建這種CPU原型的好處是，輝煌科技公司太需要頻繁的流片，要知道晶片的流片市代價極為高昂的，像這種上億電晶體的流片，一次流片就需要耗費幾百萬元成本，畢竟做這麼一個光刻膜就需要不少的成本，何況還有上百台專用機器設備的流水線運行。
無數工作人員正在加緊研究CPU需要的各種模塊，比如乘法器、除法器、加法器、解碼器、編碼器、數據選擇器、觸發器、鎖存器、計數器、移位寄存器、儲存器、放大器、模擬數字轉換器、數字模擬轉換器等等。
所有運算都是加法器實現的，加法器是計算機真正的基石，計算機一切的計算能力，都是由加法器實現的。
設計CPU首先就要設計ALU，也就是設計加法器，計算機內部的加法器有全加器、紋波進位加法器、超前進位加法器。
一個全加器只能進行一位二進位的加法，有了全加器以後，就能做多位二進位數的加法了，只要把多個全加器的輸入和輸出連起來，就像可以實現多位的加法。
紋波進位加法器就是一個把許多個全加器串聯起來的加法器，它能進行多位數的加法運算。
但這種加法器有種缺陷，就是bit位運算太慢，每個bit位的計算都要等到上個bit的運算結束後才能進行運算，導致如果運算位數非常之多的話，整個加法器運算會非常緩慢，所以紋波進位加法器只能做bit位較少的加法計算。
如果要進行bit位較多的加法計算，就要設計超前進位加法器，這種加法器不需要等上一位的運算結束，而是直接就可以通過布爾運算得出當前位的值，而計算的方式是利用硬體計算。
所以超前進位加法器也有缺陷，因為要利用硬體進行布爾運算，位數越多電路就越複雜，這樣不僅運算會變慢，成本也會變高。
而用硬體進行布爾運算也需要用到加法器，所以超前進位加法器也是由全加法器實現的，只不過擁有更多的全加器，構成了超前進位全加器。
這樣布爾運算模塊和超前進位加法器互相包含，構成了極為複雜的結構。
但是不管怎麼複雜，只要設計成功，以後就可以直接拿來用，不用再次分析和設計。
除了加法器之外還有減法，乘法，除法，等等，這是CPU必須的。
CPU要進行複雜的運算，需要利用數值計算方法的原理，或是將各種數學函數變換變為只有加減乘除的多項式，或是使用疊代的方式計算，或是近似計算等等，這又是一個新的數學領域。
從數學角度來說，減法是可以轉換成加法運算的，乘法同樣可以轉換成加法運算，除法可以轉換成乘法運算，所以一切的運算都可以以加法運算為基礎，所以計算機只會做加法也沒有問題。
但是如果計算機只會做加法，對於有些計算來說速度就會慢下來，所以要想計算機速度更快，一定要給計算機設計加減乘除積分微分的運算電路。
還需要設計更加複雜的數學電路，來輔助硬體電路來完成更多的功能，這些輔助硬體的電路會通過一定的規則來控制，這個規則就是軟體。
也就是說CPU裡面還有一部分是把軟體翻譯成硬體電路，然後將這部分硬體電路燒進CPU模塊裡面，這樣CPU就可以高速調用裡面的軟體進行運行了，極大地加快了速度。
上面的僅僅是CPU的電路原理，除了電路以外還有電路的密度。
CPU設計都是先使用軟體進行電路模塊的設計並模擬，然後根據模擬的成功的電路進行分立元件的搭建，然後單獨測試這些模塊的性能，最後把這些模塊集合在一起，構成一個由分立元件構成的巨大CPU。
這就是CPU原型了。
搭建CPU原型是一件代價極為高昂的事情，而且會產生極大的體積，畢竟無數的電晶體堆積在一起，這樣會直觀地進行CPU內部電路的分析，還可以直觀地調整電晶體級別的設計，動態地改變電晶體參數來觀察它對CPU性能的影響。
英特爾創始人之一戈登·摩爾曾經說過，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，這一定律揭示了信息技術進步的速度。
所以輝煌科技公司目前的CPU原型是非常巨大的，足足上億電晶體。
組建這種CPU原型的好處是，輝煌科技公司太需要頻繁的流片，要知道晶片的流片市代價極為高昂的，像這種上億電晶體的流片，一次流片就需要耗費幾百萬元成本，畢竟做這麼一個光刻膜就需要不少的成本，何況還有上百台專用機器設備的流水線運行。