在《编码:隐匿在计算机软硬件背后的语言》一书的第13章和第14章中,作者深入探讨了二进制减法器和1位存储器的原理,这些组件构成了计算机硬件逻辑的基础。这些内容不仅揭示了计算机内部如何执行基本运算,还展示了如何通过简单电路实现数据的持久存储。
第13章聚焦于二进制减法器。与二进制加法类似,减法在计算机中同样通过逻辑电路实现。二进制减法器基于半减器和全减器设计,利用异或门、与门和非门来处理借位操作。例如,半减器接收两个输入位(被减数和减数),输出差值和借位;全减器则扩展至处理来自低位的借位输入。通过级联多个全减器,可以构建多位的二进制减法器,实现如A-B的运算。这一设计体现了计算机如何将数学问题转化为硬件逻辑,是理解算术逻辑单元(ALU)的关键。
第14章则转向1位存储器,这是计算机存储系统的基石。1位存储器通常由逻辑门电路(如与门、或门和非门)构成,能够存储单个比特(0或1)的信息。常见的实现包括RS触发器(复位-置位触发器),它通过两个交叉耦合的NOR门或NAND门来保持状态,直到外部信号触发改变。例如,当设置输入激活时,输出为1;当复位输入激活时,输出为0。这种简单的存储机制允许计算机临时保存数据,为更复杂的存储单元(如寄存器、内存)提供基础。
这两章内容强调了计算机软硬件的紧密联系:二进制减法器展示了硬件如何执行基本算术,而1位存储器则揭示了数据持久化的原理。理解这些底层逻辑,有助于我们把握计算机的整体架构,从简单的电路到复杂的处理器设计。这些知识不仅适用于硬件工程,还为软件优化和系统设计提供了深刻洞见。