CPU是怎么工作的

前言

当你打开手机,聊天、购物、刷视频的时候,有没有想过,手机是如何工作的?但凡完成九年义务教育的学生都大概知道不论手机还是电脑,其心脏有一颗心脏————CPU。了解过新闻的人士都知道,我国在CPU方面一直被欧美卡脖子。你是否好奇这个CPU是怎么进行工作的呢?又为什么难以设计制造呢?

CPU是一堆晶体管组成的逻辑门电路,单个门电路结构也不是很复杂,学过数字电路的都容易理解。但是从简单的逻辑门电路怎么就组装成一个可以刷视频的手机心脏呢?脑子有点跟不上了。现在的CPU已经高达几百亿个晶体管,非常人可以阅读了。我们得从计算机的历史说起。

二进制指令

现在习惯了Java、Python、JS、C、C++等高级编程语言,而却对计算机底层却越来越模糊。高级编程语言是不能直接被CPU理解的,经过编译等翻译成CPU可以识别的机器码才能执行。

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常棣

诗经·小雅〔先秦〕

原文译文
常棣之华, 鄂不(fū)韡韡wěi)。
凡今之人, 莫如兄弟。
死丧之威, 兄弟孔怀。
原隰(xí)裒póu)矣, 兄弟求矣。
脊令(jílíng)在原, 兄弟急难。
每有良朋, 况也永叹。
兄弟阋(xì)于墙,外御其务(wǔ)。
每有良朋, 烝也无戎。
丧乱既平, 既安且宁。
虽有兄弟, 不如友生?

傧bīn)尔笾biān)豆, 饮酒之饫(yù)。
兄弟既具, 和乐且孺。
妻子好合, 如鼓瑟琴。
兄弟既翕(xī), 和乐且湛(dān)。
宜尔室家, 乐尔妻帑(nú)。
是究是图, 亶(dǎn)其然乎?
棠棣花开朵朵,花儿光灿鲜明。棠棣的花儿,花蒂都有光彩。
凡今天下之人,莫如兄弟更亲。如今一般的人,谁像兄弟相待。
遭遇死亡威胁,兄弟最为关心。死丧的威胁,兄弟最是关心。
丧命埋葬荒野,兄弟也会相寻。众人聚在原野,兄弟往来相寻。
鹡鸰困在原野,兄弟赶来救难。脊令困在陆地,兄弟赶来救难。
虽有良朋好友,安慰徒有长叹。往往有些良朋,相赠只有长叹。
兄弟墙内相争,同心抗御外侮。兄弟在家相争,同心抵抗外侮。
每有良朋好友,遇难谁来帮助。往往有些良朋,长期没有帮助。
丧乱灾祸平息,生活安定宁静。乱事平定之后,日子过得安宁。
此时同胞兄弟,不如朋友相亲。这时虽有兄弟,又不如朋友相亲。
摆上佳肴满桌,宴饮意足心欢。陈列竹碗木碗,饮宴心足意满。
兄弟今日团聚,祥和欢乐温暖。兄弟今日团聚,互相亲热温暖。
妻子情投意合,恰如琴瑟协奏。夫妻父子相亲,就像琴瑟谐调。
兄弟今日相会,祥和欢乐敦厚。兄弟今日团聚,永远欢乐和好。
全家安然相处,妻儿快乐欢喜。使你全家相安,妻子都能快乐。
请你深思熟虑,此话是否在理。好好体会力行,这话真是不错!

注释

常棣(dì):亦作棠棣、唐棣,即郁李,蔷薇科落叶灌木,花粉红色或白色,果实比李小,可食。
华:即花。
鄂:通“萼”,花萼。
不(fū):花萼上的蒂。
韡(wěi)韡:鲜明茂盛的样子。
威:畏惧,可怕。
孔怀:最为思念、关怀。孔,很,最。
原:高平之地。隰(xí):低湿之地。裒(póu):聚集。
脊令(jílíng):通作“鹡鸰”,一种水鸟。水鸟今在原野,比喻兄弟急难。
每:连词,虽然。
况:更加。永:长。
阋(xì):争吵。墙:墙内,家庭之内。
外:墙外。御:抵抗。务(wǔ):同“侮”。
烝(zhēng):长久。一说为发语词。戎:帮助。
友生:友人。生,语气词,无实义。
傧(bīn):陈列。笾(biān)、豆:祭祀或燕享时用来盛食物的器具。笾用竹制,豆用木制。
之:犹是。饫(yù):宴饮同姓的私宴。一说酒足饭饱。
具:通“俱”,俱全,完备,聚集。
孺:相亲。
好合:相亲相爱。
翕(xī):聚合,和好。
湛(dān):喜乐。
宜:安,和顺。
帑(nú):通“孥”,儿女。
究:深思。图:思虑。
亶(dǎn):信,确实。然:如此。

弹簧底部为什么静止

实验

老外做过类似的实验

 
实验结果是真的,不是合成的假视频。

疑问

为什么底下的物体几乎不动呢?我们先从实验结果出发用物理定律解释。

1. 从实验结果解释

把A、B和弹簧整体作为研究对象,手松开时F=MA+MB+M

根据牛二定律F=F=MAaA+MBaB+Ma

从实验现象 aB=0aB​=0 , 那么在 aA>g  的情况下,是可以存在的,B静止是合理的。

2. 内力分析

但是总感觉反直觉。手松开的一瞬间,弹簧形变不会瞬间消失(小米汽车瞬间刹停是个例外),此时B还是合力为0,A的合力为自身重力加上B和弹簧的重力,所以加速度会大于重力加速度。在一瞬间之后的另一瞬间,A下落了一个高度,弹簧形变改变,此时弹簧的拉力小于了B和弹簧的重力了。那紧邻的下方弹簧就会略微收缩,接着向下传递。当传递到B时,B就会运动了。那么现在的问题就成了弹簧形变向下传递的速度多少?如果速度特别快,B静止的时间就会很短,现象就越不明显。必须用更慢的回放才能观察到,或者增加弹簧长度。那这个传递速度取决于什么呢?老外的实验,两端没有重物,只有弹簧。那大概可以猜出应该和弹簧的硬度和质量有关。

纵波

上面提到的弹簧形变的传播速度,本质是纵波的传播速度,现在问题归结为纵波速度问题。我们听的声音就是纵波,弹簧中纵波和声音运动学本质相同,只不过是传递介质不同而已。下面是弹簧纵波的实验。

好在前人早已研究明白了,推导过程挺复杂,感兴趣的自己去查阅,这里直接给出公式v=Yρ​​

其中 Y 是杨氏模量, ρ是弹簧密度。
这就好理解了,弹簧纵波传播速度决定于弹簧的硬度和密度。弹簧越软, Y 越小,弹簧密度越大,波速越小。这也就是为什么实验用的弹簧都是特别软的那种,实验1两端有重物,实验2弹簧更软,从而降低 v ,在波到达底部之前的一段时间下方静止, v 越小,静止的时间越长,实验效果越明显。

shui客还是shuo客

1. 权威规定

根据最新版的《现代汉语词典》(第七版),说客的正确读音为shuōkè,骠骑的正确读音为piàoqí,荨麻疹的正确读音为xúnmázhěn。现在电视剧已经改成shuōkè,听着别扭,感觉不是他是文盲就是我是文盲。

2. 读音重要吗

有人觉得,一个字嘛,读什么音有多大关系,又不输房子输地,不必如此较真儿。我认为,这不仅仅是一个字读音的问题,而是关系治学态度的问题,关系中华五千年的文脉问题。

汉字是中华五千年文化的重要载体,起到连接古今承古启后的巨大作用。秦始皇最大的贡献就是统一文字,从此虽然分分合合,少数民族入侵,但是都认同同一个文化。所以世界范围内,中华文化一枝独秀,是世界上从古自今唯一没有中断过的文化。这说明中华文化有特别强的生命力。而这生命力就凝聚在这一个个的方块字上面。所以,保护文字和读音就是对中华文化的保护。 世界各大博物馆的文物,都没有像中国文物那样对文字情有独钟。青铜器因为铭文而身价倍增,书法字帖被历代皇家视为至宝。一个兰亭集序,无数书法家为之倾倒。2016年,曾巩124字的《局事帖》拍出2.07亿元天价,平均一个字166.9万,真是一字千金。不就一张纸吗?不就纸上写几个字吗?为什么值这么多钱?这说明什么?这说明,人们对汉字文化的认可。如果不是这份对中华文化的深厚感情,这就是一张发黄的破纸而已。

所以,作为中华文化载体的汉字需要认真保护。其中正确读音就是汉字的一个重要部分。

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