在《編碼:隱匿在計算機軟硬件背后的語言》一書的第13章和第14章中,作者深入探討了二進制減法器和1位存儲器的原理,這些組件構成了計算機硬件邏輯的基礎。這些內容不僅揭示了計算機內部如何執行基本運算,還展示了如何通過簡單電路實現數據的持久存儲。
第13章聚焦于二進制減法器。與二進制加法類似,減法在計算機中同樣通過邏輯電路實現。二進制減法器基于半減器和全減器設計,利用異或門、與門和非門來處理借位操作。例如,半減器接收兩個輸入位(被減數和減數),輸出差值和借位;全減器則擴展至處理來自低位的借位輸入。通過級聯多個全減器,可以構建多位的二進制減法器,實現如A-B的運算。這一設計體現了計算機如何將數學問題轉化為硬件邏輯,是理解算術邏輯單元(ALU)的關鍵。
第14章則轉向1位存儲器,這是計算機存儲系統的基石。1位存儲器通常由邏輯門電路(如與門、或門和非門)構成,能夠存儲單個比特(0或1)的信息。常見的實現包括RS觸發器(復位-置位觸發器),它通過兩個交叉耦合的NOR門或NAND門來保持狀態,直到外部信號觸發改變。例如,當設置輸入激活時,輸出為1;當復位輸入激活時,輸出為0。這種簡單的存儲機制允許計算機臨時保存數據,為更復雜的存儲單元(如寄存器、內存)提供基礎。
這兩章內容強調了計算機軟硬件的緊密聯系:二進制減法器展示了硬件如何執行基本算術,而1位存儲器則揭示了數據持久化的原理。理解這些底層邏輯,有助于我們把握計算機的整體架構,從簡單的電路到復雜的處理器設計。這些知識不僅適用于硬件工程,還為軟件優化和系統設計提供了深刻洞見。