晶体管级别的“if”语句是什么？

Question

我最近参加了数字逻辑课程并学习了所有关于AND，OR和其他各种逻辑的知识。我们没有涉及的一件事，对于编程来说是完全必要的，是if语句，这使我对它们如何工作感到好奇。

我最好的猜测是，它只是一个2：1的多路复用器，当你添加更多的else语句时，它会变成4：1和8：1，但这对于这样一个看起来有点过于复杂简单的概念。

任何人都知道if声明实际转化为什么？

Answer 1

您忘记了程序是作为单独的指令执行的，并且（至少在最简单的情况下）指令是按顺序执行的。

因此，对于if (a + 4 > 5)，指令会将a加载到寄存器中，另一条指令将添加4，另一条指令会将总和与5进行比较。然后一条指令将测试比较中的“条件代码”并执行紧随其后的指令（执行“if body”）或“跳转”到存储器中的几个（或几十个）指令的位置（跳过“if身体”。

那里有数字逻辑，但它处于较低的层次，决定如何执行每条指令。

Answer 2

正确的if语句转换为比晶体管逻辑更高级别的内容。 if语句通常实现为条件分支（假设没有优化），要么将程序计数器递增默认值，要么根据条件评估为true还是false（通常为1）将其设置为分支中指定的值或0）。

Answer 3

自从我参加了一个计算机体系结构课程已经有一段时间了，所以请原谅我，如果我对这个答案有点模糊。

您的计算机执行的所有指令都来自指令存储器，我相信有一个数字代表要执行的指令的地址。

典型指令有多个部分，1个用于命令代码，通常用于最多2个源寄存器，目标寄存器以及其他一些我不需要考虑4年以上的东西。

无论如何，其中一个命令代码通常是一个条件跳转，如果你能理解你的数据路径如何在常规ram中存储/检索值，那么将该逻辑扩展到修改指令就不那么难了根据另一个文字值/寄存器值是否等于0来寻址文字值或存储在特定寄存器中的值

Answer 4

如果语句和所有其他控制流语句在逻辑级别实现为条件跳转。

使用if语句时，如下所示：

int a = 1, b = 0
if (a > b)
{
    ...

显然，任何智能编译器都会对此进行优化。如果我们特别指示我们的编译器尽可能笨拙并逐字生成指令，我们将得到类似下面的内容：

my_if_statement:
    CMP   eax, ebx    # intrinsically works by subtracting ebx from eax
                      # eax and ebx are not changed, but the arithmetic flags are

                      # if it was greater, jump to greater label
    JG    my_if_statement_was_true

                      # if it wasn't greater, we get here
my_if_statement_was_false:
                      # do something
                      # we're now done, so jump to the end of the statement
    J     my_if_statement_end

my_if_statement_was_true:
                      # do something else
                      # now we're done with the if statement
my_if_statement_end:
                      # program continues

这些是汇编指令，每个指令都（大致）直接转换为机器代码操作码。处理器执行一系列额外的操作来支持加载和获取指令的过程，这与此相关。有一个称为程序计数器的特殊寄存器（后面称为PC寄存器），它跟踪处理器将要执行的下一个操作码的位置。

1. 首先，CMP指令从第一个操作数中减去第二个操作数，并丢弃结果。但是，FLAGS寄存器会使用算术运算的结果进行更新。
2. 然后，JG指令检查FLAGS寄存器中的GREATER标志是否置位。由于它是在我们的例子中（回想1> 0），它执行跳转。
3. 跳转指令修改程序计数器（PC），它是控制CPU从何处读取下一条指令的寄存器。
4. 然后CPU尝试读取下一条指令。由于我们已经跳过，下一条指令不是紧跟先前处理过的指令。

这是该过程的概述。如果你想要更深入的解释，我建议你用if语句编写一个简单的C程序，编译它，反汇编它（使用linux objdump或等价物），并且可以附加一个调试器并运行它

linux objdump manual

要显示要在gdb中执行的下一条指令，请使用display/i $pc

Answer 5

如果您只关心实现if条件，那么简单，

你可能已经阅读了Morris Mano的数字设计， 有一个简单的电路用于比较两个寄存器，顺便说一下，如果你考虑一下，逻辑很简单。

a>b OR a<b OR a==b all these 3 instructions can be implemented easily
    by just comparing the two registers

现在，如果您关注if语句，实际上它是如何在 CPU 中实现的，那么它将经历获取，解码和执行

之后，按照之前的说法比较寄存器。

希望它有所帮助.. :)

Answer 6

if是编程语言中的控制流操作，而不是数字逻辑中可表达的概念。如果你的课程涵盖了与jump之类的汇编指令相关的机器（我不确定我是否已经学到了这一点），那就是if陈述的内容。

Answer 7

正如上述其他人所述，有些逻辑比较器最终会做出这些决定。根据设计需求（功率，面积，摆动，时钟或非时钟等），有大量不同的比较器实现。比较器由许多CMOS NMOS / CMOS门构成。

在维基百科页面上查看比较器，并查看动态锁存比较器。不幸的是，我没有足够的代表发帖。

这是动态锁存比较器的示例。根据实现是高还是低的，系统会在这里为架构计时，以便比较两个值并评估语句。