03.08 CPU如何控制晶体管?

阿豪25295287


晶体管是一种半导体器件,主要分为双极性晶体管和单极性晶体管,三极管是双极性晶体管的典型代表;而MOSFET则是单极性集体管的典型代表。以双极性晶体管三极管和单极性晶体管MOSFET为例,介绍CPU如何控制晶体管。

CPU如何控制双极性晶体管-三极管

三极管是一种流控型器件,具有三个电极,分别为基极、集电极和发射极。通过基极微小的电流可以驱动集电极和发射极之间较大的电流,具有三种工作状态,分别为截止区、放大区和饱和区。主要由PN节构成,可以分为NPN型和PNP型。电路符号和电极如下图所示。

以NPN三极管为例,介绍如何控制。典型的电路图如下图所示。

NPN三极管的集电极接有发光二极管,三极管的基极通过电阻和开关接至电压VCC,如果让发光二极管点亮,需要PN节正偏,当开关被按下时实现NPN三极管的导通。

CPU如何控制单极性晶体管-MOSFET

MOSFET是场效应管,是一种压控型半导体器件,具有三个电极,分别为漏极、源极和栅极,有NMOS和PMOS之分。其电路符号如下图所示。

对于NMOS,需要Vgs>Vth时才可以导通;对于PMOS,需要Vgs

上图中,开关按下后,栅极是高电平,Vgs>Vth,NMOS的漏极和源极导通,LED发光。

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当CPU装入电脑运行程序以后就可以执行任务,可能有人就要问,是通过什么方式来控制内部的晶体管的。芯片有三种类型的导线,有数据导线、控制导线和地址导线,通过这些导线与晶体管互通,对外界的联系就要靠芯片的引脚。

CPU可以对晶体管进行控制,晶体管完成的任务也要靠CPU的引脚传送出去。

引脚的功能有两种:

1、监控周围的状况,无论是传入中断或是传出中断,都可以提前做出警示。

2、对外界的电路实施控制,根据传输的数据大小合理分配资源。



晶体管通过二制代码来执行CPU的指令

像经常提起的CPU内核其实就是晶体管组成的电路,里面有很多的凹槽,当填入介质以后,内部就形成了很多的三极管,在多个区域工作,根据它的特点来组成逻辑单元,再加上寄存器功能就可以达到基本电路的功能,通过系统里的程序,CPU就可以用二进制的01代码来组成加法或减法器,晶体管用不同的组合方式形成逻辑电路进行运算,实现了按照CPU设定的指令运行任务。


晶体管与CPU相互关联的逻辑

晶体管内部有单向导电性的PN结,当它的位置出现反偏时,只有少数的载流子导电,当在正偏时,才会完全导电,所以在正偏的位置,电流则更大,反偏就越小。正偏位置时,PN结内部有很多的电子活动产生电场阻碍了载流子的通过,这时就需要施加电压才能使正向导通。而在反偏位置,就很容易到达PN结,所以晶体管的PN结根据CPU的指令,来实施单向导电。

晶体管在电流放大的状态下,电子从发射区到集电区要横穿整个三极管。CPU和晶体管的交互方式由晶体管的基极构造来决定,当它搭建了更多的逻辑门以后就可以形成触发器,晶体管也就具有运算能力。当单独的晶体管存在时,只是高、低电平两种状态,通过集成电路与CPU形成组合,完成更多计算的功能。所以对于程序的运算,不只是单单晶体管在执行,需要CPU对它发号施令。


CPU是用很纯净的硅来制作完成,里面有不计其数的晶体管,说白了它就是由晶体管组成的,需要CPU将指令转换,才能够使晶体管接受到信息,完成数据处理任务。


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