计算机组成原理：逻辑与逻辑门（三） 这是计算机组成原理系列文章的第3篇，欢迎持续！
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信息编码与信号传递是通信中最重要的部分。但是归根到底，编码的信息和传递的信号，都需要在物理世界中能有实物进行表达。举个例子：我们把信息编码为二进制，灯泡的亮与灭就是该编码在物理世界中表达。电路的开与关（有电和没电），就是该信号在物理世界中的信号传递 再拿之前的例子：假如我们需要一个灯泡表示10个信息，那么该编码在物理世界中的表达只能通过灯泡的10种亮度来表达。电路中电流的大小就是该信号在物理世界中的信号传递。电流最大为10（传递），因此另一边的灯泡亮度就是10（编码），读取到编码为数字10，传递的信息就是10标号对应的信息，假如10对应字母A，那么就成功传递了信息A布尔代数与二进制 但正如前面所说，现实物理世界中太多的影响因素，因此我们选择二进制进行编码，通电与否进行传递。这与布尔代数不谋而合，也就是我们将要讲的逻辑。布尔代数中分为2个状态，真和假，也就是TRUE和FALSE，再也没有别的状态，和灯泡的亮与灭，电路的开和关是一样的 传统的代数能够处理数字，一般用来计算和统计，但是布尔代数只有2个状态，并且有自己的操作逻辑。布尔代数的操作逻辑主要有三种：AND（与），OR（或），NOT（非） AND（与） 
我们可以用一张表来描述开关的状态以及灯泡的状态，如图：
0表示 “开关是断开的”，而1表示“开关是闭合的”。一个灯泡有两种状态，所以它也可以表示一个二进制位。0表示“灯泡不亮”而1表示“灯泡亮”。现在可以把上面的表简化一下，如图：
因此我们可以看到，只有当左边开关和右边开关都关闭时，灯泡的状态才是亮的 我们把这种关系成为AND，只有2个都为TRUE，结果才为TRUE OR（或） 
我们可以用下面的表来描述灯泡的状态
仍然用0表示开关断开或灯泡不亮，用1表示开关闭合或灯泡亮
因此我们可以看到，只要左边开关或右边开关其中一个关闭时，灯泡的状态就是亮的 我们把这这种关系成为OR，只要1个都为TRUE，结果就为TRUE 继电器 在介绍NOT（非）之前，先需要了解继电器 如果你取一只铁棒，用细导线将它绕几百圈，然后让电流通过导线，铁棒变成了磁铁，这时它就能吸引其他的铁（电磁铁上细线的电阻足够大以防止电磁铁形成短路）。移开电流，铁棒的磁性就消失，我们可以利用这个特性来做一个开关。继电器，如图：
继电器开关，如图：
利用继电器，我们可以制作出NOT（非） NOT（非） 
可以看到，只要我们按下继电器的开关，灯泡的开关将会被吸引下来，从而断了电流，灯泡熄灭，形成了NOT（非）操作，如图：
现在，我们已经知道了所有逻辑：AND（与），OR（或），NOT（非） 但是AND（与），OR（或）都是直接通过开关对灯泡进行控制，我们需要把继电器也加进去 与门（AND GATE） 与门电路：
合上上面的继电器，但下面的开关依然断开，电路不通，灯泡不亮
合上下面的继电器，但上面的开关依然断开，电路不通，灯泡不亮
点亮灯泡的唯一办法是闭合两个开关
我们这里进行第一层抽象，把AND（与门）抽象为一个符号，这样就不用画很多的继电器了，只需要画个AND（与门）我们就知道它的功能，如图：
或门（OR GATE） 或门电路：
闭合上面的开关，灯泡会亮
闭合下面的开关，灯泡会亮
上面和下面的开关一起闭合，灯泡会亮
我们这里进行第一层抽象，把OR（或门）抽象为一个符号，这样就不用画很多的继电器了，只需要画个OR（或门）我们就知道它的功能，如图：
非门（NOT GATE） 非门电路：
当按下继电器开关时，产生电磁力，把上面电路开关拉下来，灯泡关闭 我们这里进行第一层抽象，把NOT（非门）抽象为一个符号，这样就不用画很多的继电器了，只需要画个NOT（非门）我们就知道它的功能，如图：
非门的作用是：把输入状态变为相反状态再输出
下面再继续介绍2种特殊的门电路 AND（与门），OR（或门），NOT（非门）是3种最基本的逻辑门，根据这3种门，我们还可以做出稍微复杂一点的与非门（NAND），或非门（NOR） 与非门（NAND GATE） 与非门电路：
我们这里进行第一层抽象，把与非门（NAND）抽象为一个符号，这样就不用画很多的继电器了，只需要画个与非门（NAND）我们就知道它的功能，如图：
我们这样记忆：与非门，就是与门的结果，再取反，就得到与非门的结果 与非门的输出和与门恰恰相反 便捷记忆：有0出1，全1出0 或非门（NOR GATE） 或非门电路：
下面的开关闭合了，灯泡也会熄灭：
我们这里进行第一层抽象，把或非门（NOR）抽象为一个符号，这样就不用画很多的继电器了，只需要画个或非门（NOR）我们就知道它的功能，如图：
我们这样记忆：或非门，就是或门的结果，再取反，就得到或非门的结果 或非门的输出与或门恰恰相反 便捷记忆：有1出0，全0出1 总结 最后，给出4个门电路的真值表达式
其实计算机最最最底层的实现就是通过这些门电路来实现的。无论是数据输入，数据运算，数据存储最终都是依靠这些逻辑门电路从而实现的。无论这台计算机多么简陋，或者是强大的超级计算机，这都是计算机最底层的架构。（除非量子计算机出来）最简单的计算机原则：输入数据，运算数据，输出数据 计算机的组成结构已经很久没有改变，计算机最简单的原则就是输入数据，运算数据，输出数据。这是计算机的根本功能和特性，现在所有的新技术，例如CPU，操作系统，缓存，内存，磁盘，层出不穷的编程语言等新技术，都是在这3个方面做的不断优化，无论什么技术多厉害，计算机内在原则依然是输入数据，运算数据，输出数据，根本的底层逻辑没有改变 输入-运算-输出，记住这个最简单的计算机原则，就能很好理解计算机组成的原理，理解计算机为什么会设计成这个样子，为什么要组成这个样子。接下来我们将继续探索，尝试深入分析拆解计算机的组成计算机的处理方式与人类有很大的不同 计算机的处理方式与人类有很大的不同，这是计算机的第二个原则。或许人类对二进制不太容易理解和阅读，但是对于计算机来说却是非常简单和容易的，所以计算机是适合二进制编码，二进制运算，二进制存储的。可以先记住这个原则，后面会再度提及 另外：后面讲的例子都是最简单，最基础的，用来帮助理解计算机的组成和结构。现代计算机的实现原理肯定更加复杂，但对人类来说却更加简单易用。唯一不变的是底层的原理和原则是相同的。现在计算机也不是一步就到现在这个样子的，都是经过长时间的改进，从当初的简易演变为现在复杂抽象的机器，所以我会以最简单的情况进行解释 如果这篇文章对你有帮助，就点个赞，反正你们收藏了也不看的 上一篇 罗罗的游戏：计算机组成原理：进制与表达（二） 下一篇罗罗的游戏：计算机组成原理：如何输入数据（键盘输入）（四） ：游戏服务器开发
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