การเปรียบเทียบจำนวนเต็มทำงานอย่างไรภายใน

เช่นเมื่อเปรียบเทียบจำนวนเต็มสองจำนวนดังนี้ในภาษา C-like:

if (3 > 2) {
    // do something
}

การตัดสินว่า 3 นั้นมากกว่า 2 (จริง) หรือไม่ (เท็จ) ที่ทำขึ้นภายใน?

ลงไปสู่หลุมกระต่ายใช่มั้ย ตกลงฉันจะลองดู

ขั้นตอน 1. จาก C ถึงภาษาเครื่อง

คอมไพเลอร์ C แปลงเปรียบเทียบของคุณเพื่อopcodes เก็บไว้ในภาษาเครื่อง ภาษาเครื่องเป็นชุดตัวเลขที่ CPU ตีความตามคำแนะนำ ในกรณีนี้จะมีสองรหัส: "ลบด้วยพก" และ "กระโดดถ้าพก" กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ 2 จะถูกลบออกจาก 3 ในหนึ่งคำสั่งและคำสั่งถัดไปจะตรวจสอบว่ามันล้นหรือไม่ คำแนะนำเหล่านี้จะนำหน้าด้วยสองคำแนะนำเพื่อโหลดตัวเลข 2 และ 3 ไปยังตำแหน่งที่สามารถเปรียบเทียบ

MOV AX, 3    ; Store 3 in register AX
MOV BX, 2    ; Store 2 in register BX
SUB AX, BX   ; Subtract BX from AX
JC  Label    ; If the previous operation overflowed, continue processing at memory location "Label"

แต่ละข้อด้านบนมีการแสดงไบนารี ตัวอย่างเช่นรหัสสำหรับSUBเป็นเลข2Dฐานสิบหกหรือเป็น00101101เลขฐานสอง

ขั้นตอน 2. Opcodes ถึง ALU

opcodes เลขคณิตชอบADD, SUB, MULและDIVดำเนินการทางคณิตศาสตร์พื้นฐานจำนวนเต็มใช้ALU หรือหน่วยคำนวณและตรรกะที่สร้างขึ้นในซีพียู ตัวเลขถูกเก็บไว้ในการลงทะเบียนโดย opcodes บางตัว opcodes อื่น ๆ สั่งให้ชิปเรียก ALU เพื่อทำคณิตศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งที่เก็บไว้ในทะเบียนเวลา

หมายเหตุ: ณ จุดนี้เราไม่มีอะไรที่วิศวกรซอฟต์แวร์จะกังวลหากทำงานกับ3GLเช่น C

ขั้นตอนที่ 3. ALU, half-adder และ full-adder

คุณรู้หรือไม่ว่าการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ทั้งหมดที่คุณรู้จักสามารถลดลงเป็นชุดปฏิบัติการ NOR ได้หรือไม่? และนั่นคือวิธีการทำงานของ ALU

ALU รู้วิธีทำงานกับตัวเลขไบนารีเท่านั้นและสามารถดำเนินการทางตรรกะเช่น OR, NOT, AND และ XOR เท่านั้น นอกจากนี้การดำเนินงานของไบนารีและลบจะประสบความสำเร็จกับชุดของตรรกะการดำเนินงานจัดวิธีการบางอย่างในระบบย่อยที่เป็นที่รู้จักในฐานะที่เป็นบวก ระบบย่อยเหล่านี้ประกอบด้วยเครือข่ายของ "half-adders" ที่ทำงานบนสองบิตและกำหนดผลรวมบิตเดียวและแฟล็กดำเนินการบิตเดียว ด้วยการโยงเหล่านี้เข้าด้วยกัน ALU สามารถดำเนินการกับตัวเลขด้วยบิต 8, 16, 32 และอื่น ๆ

การลบเป็นอย่างไร การลบเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของการเพิ่ม:

A - B = A + (-B)

ALU คำนวณ-Bโดยการเติมเต็มสองBของ เมื่อมันถูกแปลงเป็นค่าลบการส่งค่าไปยังตัวบวกจะส่งผลให้เกิดการลบ

ขั้นตอนที่ 4: ขั้นตอนสุดท้าย: ทรานซิสเตอร์บนชิป

การดำเนินงานของงูจะถูกดำเนินการโดยใช้การรวมกันของชิ้นส่วนไฟฟ้าที่โต้ตอบที่จะสร้าง 'ประตูตรรกะ' เช่นที่พบในตรรกะ transitor ทรานซิสเตอร์หรือ TTL หรือในCMOS คลิกที่นี่เพื่อดูตัวอย่างเพื่อดูว่ามีการต่อสายอย่างไร

บนชิปแน่นอน "วงจร" เหล่านี้มีการใช้งานในวัสดุบิตที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและไม่นำไฟฟ้านับล้าน ๆ ชิ้น แต่หลักการก็เหมือนกับว่าพวกมันเป็นส่วนประกอบขนาดใหญ่บนเขียงหั่นขนม ดูวิดีโอนี้ซึ่งแสดงให้คุณเห็นทรานซิสเตอร์ทั้งหมดบนไมโครชิปผ่านเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กทรอนิกส์

หมายเหตุเพิ่มเติมบางส่วน:

1. รหัสที่คุณเขียนจะถูกคอมไพล์เลอร์จริง ๆ แล้วไม่ประมวลผล ณ รันไทม์เนื่องจากประกอบด้วยค่าคงที่เพียงอย่างเดียว

2. คอมไพเลอร์บางตัวไม่คอมไพล์รหัสเครื่อง แต่แนะนำเลเยอร์อื่นเช่น Java bytecode หรือ. NET ภาษากลาง แต่ในที่สุดมันก็ถูกเรียกใช้ผ่านภาษาเครื่อง

3. การคำนวณทางคณิตศาสตร์บางอย่างนั้นไม่ได้คำนวณจริง พวกมันถูกค้นหาในตารางขนาดใหญ่บนหน่วยประมวลผลร่วมทางคณิตศาสตร์หรือมีการรวมกันของการค้นหาและการคำนวณหรือการแก้ไข ตัวอย่างจะเป็นฟังก์ชันในการคำนวณสแควร์รูท พีซีซีพียูสมัยใหม่แต่ละตัวมีหน่วยประมวลผลร่วมจุดลอยตัวที่สร้างขึ้นในซีพียูแต่ละคอร์