空氣微處理器微處理器

微處理器一般由下列部件組成:

算術(shù)邏輯單元(ALU，Arithmetic Logical Unit);累加器和通用寄存器組;程序計數(shù)器(也叫指令指標(biāo)器);時序和控制邏輯部件;數(shù)據(jù)與地址鎖存器/緩沖器;內(nèi)部總線。

算術(shù)邏輯單元ALU主要完成算術(shù)運算(+、-、×、÷、比較)和各種邏輯運算(與、或、非、異或、移位)等操作。ALU是組合電路，本身無寄存操作數(shù)的功能，因而必須有保存操作數(shù)的兩個寄存器:暫存器TMP和累加器AC()，累加器既向ALU提供操作數(shù)，又接收ALU的運算結(jié)果。

寄存器陣列實際上相當(dāng)于微處理器內(nèi)部的RAM，它包括通用寄存器組和專用寄存器組兩部分，通用寄存器(A，B，C，D)用來存放參加運算的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果或地址。它們一般均可作為兩個8位的寄存器來使用。處理器內(nèi)部有了這些寄存器之后，就可避免頻繁地訪問存儲器，可縮短指令長度和指令執(zhí)行時間，提高機器的運行速度，也給編程帶來方便。專用寄存器包括程序計數(shù)器PC()、堆棧指示器SP()和標(biāo)志寄存器FR()，它們的作用是固定的，用來存放地址或地址基值。其中:

A)程序計數(shù)器PC用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址，因而它控制著程序的執(zhí)行順序。在順序執(zhí)行指令的條件下，每取出指令的一個字節(jié)，PC的內(nèi)容自動加1。當(dāng)程序發(fā)生轉(zhuǎn)移時，就必須把新的指令地址(目標(biāo)地址)裝入PC，這通常由轉(zhuǎn)移指令來實現(xiàn)。

B)堆棧指示器SP用來存放棧頂?shù)刂贰６褩Ｊ谴鎯ζ髦械囊粋€特定區(qū)域。它按"后進先出"方式工作，當(dāng)新的數(shù)據(jù)壓入堆棧時，棧中原存信息不變，只改變棧頂位置，當(dāng)數(shù)據(jù)從棧彈出時，彈出的是棧頂位置的數(shù)據(jù)，彈出后自動調(diào)正棧頂位置。也就是說，數(shù)據(jù)在進行壓棧、出棧操作時，總是在棧頂進行。堆棧一旦初始化(即確定了棧底在內(nèi)存中的位置)后，SP的內(nèi)容(即棧頂位置)使由CPU自動管理

C)標(biāo)志寄存器也稱程序狀態(tài)字(PSW)寄存器，用來存放算術(shù)、邏輯運算指令執(zhí)行后的結(jié)果特征，如結(jié)果為0時，產(chǎn)生進位或溢出標(biāo)志等。

定時與控制邏輯是微處理器的核心控制部件，負責(zé)對整個計算機進行控制、包括從存儲器中取指令，分析指令(即指令譯碼)確定指令操作和操作數(shù)地址，取操作數(shù)，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，送運算結(jié)果到存儲器或I/O端口等。它還向微機的其它各部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使CPU內(nèi)、外各部件間協(xié)調(diào)工作。

內(nèi)部總線用來連接微處理器的各功能部件并傳送微處理器內(nèi)部的數(shù)據(jù)和控制信號。必須指出，微處理器本身并不能單獨構(gòu)成一個獨立的工作系統(tǒng)，也不能獨立地執(zhí)行程序，必須配上存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成一個完整的微型計算機后才能獨立工作。

英國倫敦帝國學(xué)院微流體專家安德魯·德梅洛(Andrew de Mello)認(rèn)為，對于發(fā)展中國家而言，簡易操作法可讓微流控設(shè)備更加實用。他表示:真空可通過手泵產(chǎn)生，表明這些設(shè)備的功率很低，適宜偏遠地區(qū)使用。

馬克·伯恩斯也指出，這種新型的微流體裝置還沒有應(yīng)用到實際生活中，因為整個項目需要大量的資金，而且一些芯片和元件非常昂貴。雖然采用邏輯電路可以降低運行成本，但是大多數(shù)微流體裝置時不帶電子元件的，而在設(shè)備上安裝標(biāo)準(zhǔn)的電子閥又需要使用全新的制造工藝。

這種空氣處理器的功能遠不止運算數(shù)據(jù)這么簡單。它對一些尖端實驗室芯片的改進也很有幫助。改進后的芯片將能夠自動完成一系列復(fù)雜的化學(xué)任務(wù)，或者對疾病和DNA進行測試，以及一些其他的實驗室工作。

已經(jīng)有許多微流控系統(tǒng)采用了氣動閥來控制液流，因為使用氣動控制電路要相對簡單省錢。雖然該設(shè)備要求芯片外的環(huán)境必須是真空的，但該微處理器的體積非常小，所需真空環(huán)境是可通過手泵來獲得。

除了標(biāo)準(zhǔn)電子計算機，人類還沒有其他更快捷的方法進行運算(除了一種用大腸桿菌進行運行的概念計算機之外)。不過美國科學(xué)家發(fā)明了一種新型的微處理器，該處理器僅通過空氣的進出就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的運算。這種運算方法是由美國密歇根大學(xué)安娜堡分校的李明松(Minsoung Rhee，音譯)和馬克·伯恩斯(Mark Burns)發(fā)明的。整個微型處理器由很多復(fù)雜的路線和閥門組成。

兩位研究人員運用這種方式得到了多種的邏輯門、觸發(fā)器和移位寄存器。他們將這些關(guān)聯(lián)在一起，最終發(fā)明了這種由空氣控制的8位微處理器。這種微機能處理的最長離散數(shù)據(jù)為8位二進制數(shù)，和上個世紀(jì)80年代使用的處理器很類似(如Nintendo娛樂系統(tǒng))。