昨晚在回顾之前所写的问答时，我发现一篇关于“CPU是怎么认识代码”的问题热度很高，很多朋友表示看了我写依旧云里雾里，不得要领。原因在于我主要讲的是编译器的作用和CPU的工作模式，没有涉及到更加底层的知识。大家的疑惑主要集中在一点：我们都清楚CPU只认识0和1，但CPU到底是如何认识0和1的呢？

我们在学习单片机的时候，都会将写好的程序烧录进CPU里。那么各位有没有想过，这个过程为什么要叫“烧录”?

原因就是它是真的在烧：一块芯片的内部是密密麻麻，呈矩阵排列的熔丝。当我们写好程序后，程序经过编译器转换成二进制代码（0或1），再通过烧录器的大量流烧断熔丝，将这些二进制代码写进空白的芯片。程序中的0表示这条熔丝要烧断，1表示这条熔丝不烧，以此方法记录二进制信息。程序烧录好后，芯片就有了逻辑功能。

简单来讲，烧录就是规定好了电路，用户只需给CPU通电就行，它就可以按照事先规定好的电路得出结果。从用户的角度来看，好像是计算机读懂了我们写的程序，但实际上它就是循规蹈矩，这点和我们去开灯关灯没什么区别，只是通断更多，电路状态更加复杂。

下图是一张早期的只读存储器PROM，由于它在烧录后熔丝无法恢复，所以只能用来存储特定的程序，所以也被叫做一次性存储器。

现在这种熔丝设计的存储器基本上被淘汰了，取而代之的是可以反复擦写的EPROM，在结构上是这样的：

我们会发现，EPROM的并没有采用熔丝设计，而是一种像沟壑的东西，这其实是现代数字电路的基础——场效应管。在具体介绍场效应管前，我们先来了解一下计算机的发展和集成电路。

从1946年第一台真正意义上的电子计算机ENIAC面世至今，计算机的硬件技术已经发展到了第四代。

• 第一代电子管计算机：逻辑元件采用真空电子管，体积大，可靠性差，成本高昂，为日后计算机的发展奠定了基础；
• 第二代晶体管计算机：逻辑元件采用晶体管，电子线路的结构得以优化改善，大大提高了计算机使用寿命，减小功耗；
• 第三代集成电路数字机：逻辑元件采用中小型规模的集成电路板，速度大幅提高，性能更强，计算机正式迈入图像和文字处理；
• 第四代大规模集成电路：逻辑元件采用大规模和超大规模的集成电路，性能巨幅提升，成本降低，计算机开始走进千家万户，也是当下我们主要使用的计算机类型。

根据功能和结构的不同，集成电路可以分成三种：模拟电路，数字电路，数/模混合电路。由于模拟电路不稳定，且抗干扰能力较差，而数/模混合还不太成熟，目前我们主要使用的集成电路板都是由数字电路搭建的。

所谓数字电路，就是用数学信号完成对数字量进程数值运算和逻辑运算的电路，其基本电学原理，都与模拟电路相同。在理解了什么是数字电路后，我们再来看场效应管。

场效应管简称为MOS，是一类金属-氧化物构成的半导体。蓝色部分是场效应管的主体部分，平时处于是绝缘的，此时源级（Source）和漏级（Drain)的电流不能从中间流过。当栅极（Gate）有电压时，一部分蓝色区域变成导体，源级和漏级就被打通了。

于是我们只要通过是否给栅极电压，就能实现电路导通与否，就好比我们去开关灯一样。需要注意的是，场效应管看上去和模拟电路中的PN结二极管有些类似，都是实现对电流的控制，但两者有着本质的区别：场效应管是电压控制元件，二极管是电流控制元件，MOS不会出现击穿情况，在安全性上要比二极管高得多。

在理解了什么是烧录和MOS的作用后，我们就可以设计电路，来实现算数与逻辑的运算了。

1845年，英国一位名不见经传的数学家乔治·布尔在礼拜时心血来潮，认为哲学问题可以用数学来表示。他将自己的想法编成书，即《逻辑的数学分析》和《思维规律的研究》，详细阐述了如何将逻辑问题转换成数学公式。

布尔代数中只有两个值：1和0；三种运算：逻辑加、逻辑乘和逻辑非。这里的1和0并不是数字意义上的1和0，而是一个事物的两种矛盾状态。比如一个人，活着就是1，死了就是0。

虽然乔治·布尔的想法很有创新意义，但在当时并不受重视，甚至一度被认为是伪科学。直到乔治·布尔去世多年后，另一位计算机先驱人物，密码学的奠基人香农发现了这份被世人遗忘的宝藏。1938年，香农在《继电器与开关电路的符号分析》中，将布尔代数与开关电路联系起来，凭借该文章，年仅22岁的香农成功取得了麻省理工电气工程硕士学位。

人们可以依靠继电器构成逻辑门电路，从而逻辑上的运算结果：

与门：当两个输入端 A、 B同时为“1”时, 输出端 C 才为“1” , 否则为“0”；

或门：当两个输入端 A、 B 中, 只要至少有一个输入端为“1”时, 输出 端 C 就为“1

非”门：输出状态总和输入状态相反。

从这三种基本的门电路，可以构成与非，异或等其他门电路，它们的符号和结构如下图所示：