二极管的核心构成是PN结，通过两块由不同杂质掺杂的半导体材料密接形成，由于半导体具有一定的金属性质，其中的电子和空穴也会像自由气体一样互相扩散，由此形成电荷势垒，直到内建电池和热压力平衡，这样形成的PN结具有单向导通性质。由两个二极管和一个电阻可以形成这样的“与门”基本电路，电阻上端加电压（ 5V），在计算机中代表“1”，当A端和B端都输入“1”时（加5V电压），二极管截止，F端体现为 5V，即“1”，而当A和B只要有一个变为“0”（对应电压为0），二极管就会导通，电流从电阻流经二极管，F端体现为0V，即“0”，这就实现了一个基本的逻辑运算。
而CPU的每一步运算都是由无数的这样的逻辑运算完成的，也就是说，每一bit的数据操作都是由大量电荷的转移来代替的，这种替代显然的非常低效的。我们来做一个简单的计算，假设R是1MΩ，假设CPU的指令周期是0.2ns（对应CPU的主频是5GHz），忽略二极管的电容效应，在这0.2ns内R的发热量大约是5*10-15J，而考虑实际情况和宏观效应后发热量要远远比这多，相比之下，室温下kTIn2大约是3*10-21J，比之小了百万倍。更直白地说，CPU之所以要发热这么多，是因为用于计算的介质太庞大了，假如逻辑门的每次运算只需要1个电子的移动（按照上述估算，0.2ns内转移的电子数目大约有六万多个），那么代价将会小得多。
附：热力学大事年表1593年：伽利略发明验温器
1662年：玻意耳定律
1714年：华氏温标建立
1732年：布尔哈夫疑难
1742年：摄氏温标建立
1787年：查理定律
1802年：盖吕萨克定律
1827年：布朗运动被发现
1834年：克拉伯龙建立理想气体温标
1848年：开尔文建立热力学温标
1849年：焦耳精确测得热功当量
1850年：克劳修斯提出热力学第一定律和第二定律
1851年：开尔文重述热力学第二定律
1859年：基尔霍夫辐射定律，麦克斯韦分布
1865年：克劳修斯引入熵的概念
1869年：玻尔兹曼推广得到麦克斯韦-玻尔兹曼分布
1871年：麦克斯韦提出麦克斯韦妖
1876年：玻尔兹曼提出“涨落说”
1877年：玻尔兹曼提出玻尔兹曼公式
1879年：斯特藩-玻尔兹曼定律
1893年：维恩位移定律
1896年：维恩公式
1900：瑞利-金斯公式，普朗克公式，普朗克量子假说
1905年：爱因斯坦解释布朗运动
1906年：爱因斯坦用量子假说解释固体热容问题
1912年：能斯特提出热力学第三定律
1915年：爱因斯坦提出广义相对论
1924年：玻色提出玻色-爱因斯坦统计
1925年：爱因斯坦预言玻色-爱因斯坦凝聚
1926年：费米-狄拉克统计，拉夫尔·福勒解释白矮星
1928年：索末菲解决金属中的自由电子气体问题
1929年：西拉德思想实验建立信息和能量之间的关系
1931年：拉夫尔·福勒提出热力学第零定律
1933年：钱德拉塞卡极限（电子气体：白矮星）
1939年：奥本海默极限（中子气体：中子星）
1946年：伽莫夫提出宇宙大爆炸假说
1948年：香农将热力学熵引入到信息熵，创立信息论
1961年：兰道尔提出信息擦除原理
1964年：宇宙微波背景辐射被发现
1969年：惠勒将爱因斯坦场方程的一个真空解命名为黑洞
1974年：霍金提出黑洞蒸发理论
1982年：贝奈特证明测量过程理论上可以不消耗能量
1995年：玻色-爱因斯坦凝聚被证实
2019年：人类拍摄到首张黑洞照片
