為什麼晶片、作業系統這麼難

為什麼晶片、作業系統這麼難

目前都知道我們現在使用的手機和電腦晶片構架和作業系統都是使用美國的，國內一直在探索研製新的作業系統，但是很難，這麼多年都沒有取得突破性進展，為什麼？就是因為晶片構架與作業系統的關係就像是人體和思想的關係、鎖和鑰匙的關係，基本上可以說晶片與作業系統是唯一相對的，而我們以往所有的關於作業系統的研究都是基於已有的晶片構架，就好像說，我有一把能解開這把鎖的鑰匙，要用不是這把鑰匙的複製品開啟這把鎖，其難度要比再研製一把鎖和鑰匙的還要大，所以，我們當前的研製方向不是單純的只是研究作業系統，應該是把新的晶片構架以及基於新的晶片構架的作業系統作為整體進行研究。怎樣研製呢？這就要明白晶片、作業系統以及軟體之間的關係。

晶片、作業系統、軟體的關係

一提起電腦，我們就說中國在底層設計和系統方面沒有自己的一席之地，如果美國從底層設計制約，中國大機率會被卡死，這也凸顯了我國在這方面的薄弱環節。那麼CPU、系統、軟體的關係是怎樣，底層設計和系統製作又該從哪裡開始呢？

首先，說下CPU、作業系統、軟體的關係。其實，看似無比複雜的晶片執行非常類似於舞臺運作，如果把晶片比作舞臺，那舞臺上的各個零件組成部分就像是刻於晶片上的電晶體以及電晶體組成的功能部件；那麼系統是什麼，系統就是舞臺上各個零件組成部分的運作規則，也就是電流在電晶體或電晶體組合的執行規則；每次我們執行系統就是在晶片上設定了這些電晶體運作的規則，在規則之上執行軟體就非常順暢有規則；軟體執行就是登臺表演節目，調動舞臺上各個環節，將各個演員（在晶片上就是你輸入的訊號）編合到一起，透過一定規則的執行，得到想要的結果。

這樣就可以解釋為什麼晶片的構架上只能執行一個或兩個作業系統，因為晶片構架提前決定了執行規則或執行規則提前決定了晶片構架，晶片構架和作業系統就是一對一的關係。

理解了晶片、作業系統、軟體之間的關係，我們就可以更好的進行晶片構架設計、作業系統編寫和軟體程式設計了。那麼具體怎樣進行晶片構架設計和作業系統編寫呢？

我們知道計算機的原理是二進位制，而二進位制在晶片上的體現就是電流方向的控制，理解了二進位制就是對電流的控制這個道理，就是從電晶體這個層面思考設計了。有一個管道工的遊戲可以給我們很好的啟發，因為控制水流方向和電流方向都是一個道理。根據這個思路，就可以把我們想要設計的電流方向即作業系統的規則透過一個個電晶體擺放確定下來，形成一個可以提供可控電流方向的平臺。同時，我們可以把單個電晶體看成一個個細胞，可以將一些電晶體合併形成一定功能的組織，再組成一些器官，可以看作是一個模組組合。有了這個有電流方向規則（即作業系統執行後所確定的規則）的平臺，我們就可以根據平臺規則進行軟體程式設計和程式開發，讓這些編寫的軟體程式在作業系統這個平臺上按照規則執行，以得到自己想要達到目的。

下邊，我們再來說下晶片是怎樣識別我們的命令的。我們都知道每一次我們給晶片輸入命令都會執行，究竟怎樣識別執行呢？那就是需要提前設定訊號的來源，也就是我們提前將鍵盤輸入訊號與其對應的電晶體或模組連線起來，當輸入訊號時，電流就會直接產生影響達到對電晶體或模組的控制，使電晶體或模組按照自己想要的方式控制執行軟體電流的方向，從而實現軟體的執行。

資訊和執行結果又如何在螢幕上顯示出來呢？這就是需要了解關於螢幕與晶片的聯絡。換句話說，就是如何將鍵盤輸入資訊以及軟體執行結果體現到螢幕上。我們都知道電腦除了記憶體卡外還有顯示卡，手機晶片除了CPU外還有GPU，也就是說用鍵盤將資訊輸入CPU的同時也將資訊輸入到GPU，而執行結果也輸入到GPU，透過GPU的處理在螢幕上顯示出來。而GPU與螢幕是透過對電流的控制而實現的。

我們再來看系統和程式的執行。系統執行開始後，電流根據指令規則執行，並調動一系列電晶體、模組組合，從而實現程式在系統中是如何執行的。首先，透過系統執行，在晶片上按照一定的規則形成一個“場”，這個“場”就為程式執行提供了舞臺，任何在“場”裡的資料都會受到“場”規則的制約。而程式的執行就是在這個“場”中調動多個元素並透過元素的調動配置引導邏輯運算，從而得出正確結果的過程。