История центрального процессора (CPU)

3 сентября 2024

Центральный процессор (CPU) – это мозг компьютера. Он управляет назначением и обработкой задач в дополнение к функциям, обеспечивающим работу компьютера.

Нет способа переоценить важность ЦБ для вычислений. Практически все компьютерные системы содержат по крайней мере определенный тип базового ЦБ. Независимо от того, используются ли они в персональных компьютерах (ПК), ноутбуках, планшетах, смартфонах или даже в суперкомпьютерах, производительность которых настолько высока, что ее нужно измерять в операциях с плавающей запятой в секунду, процессоры являются единственной частью оборудования компьютеров, которую нельзя принести в жертву. Независимо от того, какие технологические достижения происходят, истина остается: если вы удалите центральный процессор, у вас просто больше не будет компьютера.

Помимо управления работой компьютера, процессоры помогают включить и стабилизировать взаимосвязь «нажатия и извлечения», существующую между хранилищем данных и памятью. Центральный процессор выполняет роль посредника, взаимодействуя с основным хранилищем (или основной памятью), когда ему необходимо получить доступ к данным из оперативной памяти (RAM) операционной системы. С другой стороны, постоянная память (ПЗУ) предназначена для постоянного и обычно длительного хранения данных.

Компоненты ЦБ
Современные ЦБ процессоры в электронно-вычислительных машинах обычно содержат следующие компоненты:

Блок управления: содержит интенсивную схему, управляющую компьютерной системой, выдавая систему электрических импульсов и предписывая системе следовать инструкциям компьютера высокого уровня.
Арифметическое/логическое устройство (ALU): выполняет все арифметические и логические операции, включая математические уравнения и логические сравнения, связанные с определенными действиями компьютера.
Блок памяти: управляет использованием памяти и потоком данных между оперативной памятью и ЦБ. Также контролирует работу с кэш-памятью.
Кэш: содержит области памяти, встроенные в микросхему центрального процессора, чтобы достичь скорости получения данных даже быстрее, чем оперативная память.
Реестры: обеспечивает встроенную постоянную память для постоянных, повторяющихся потребностей в данных, которые необходимо обрабатывать регулярно и немедленно.
Часы: управляет схемой центрального процессора путем передачи электрических импульсов. Скорость доставки этих импульсов называется тактовой частотой, измеряемой в герцах (Гц) или мегагерцах (МГц).
Регистр инструкций и указатель: отображает расположение следующего набора инструкций, выполненного ЦБ.
Шины: обеспечивает правильную передачу данных и поток данных между компонентами компьютерной системы.

Как работают процессоры?
Центральные процессоры функционируют с помощью типа цикла повторяющихся команд, которым управляет блок управления вместе с часами компьютера, обеспечивающими помощь синхронизации.

Работа, выполняемая ЦБ, происходит в соответствии с установленным циклом (называемым циклом инструкций ЦБ). Цикл инструкций центрального процессора определяет определенное количество повторений и это количество повторений основных вычислительных инструкций, что позволяет вычислительная мощность компьютера.

Основные вычислительные инструкции включают следующее:

Выборка: выборка происходит каждый раз, когда данные извлекаются из памяти.
Декодирование: декодер в ЦБ преобразует двоичные инструкции в электрические сигналы, взаимодействующие с другими частями ЦП.
Выполнение: Выполнение происходит, когда компьютеры интерпретируют и выполняют набор инструкций компьютерной программы.

С некоторыми элементарными поработками часами компьютера в ЦБ можно манипулировать, чтобы время было быстрее обычного. Некоторые пользователи делают это, чтобы запустить компьютер на более высокой скорости. Однако такая практика («разгон») нецелесообразна, поскольку это может привести к износу частей компьютера раньше обычного и может даже нарушить гарантии производителя ЦБ.

Стили отделки также подлежат настройке. Один из способов манипулировать ими – реализация конвейерной обработки инструкций, которая стремится привить параллелизм на уровне инструкций в одном процессоре. Цель конвейерной обработки состоит в том, чтобы каждая часть процессора была задействована путем распределения входных инструкций компьютера и равномерного распределения между процессорными блоками. Инструкции разбиваются на меньшие наборы инструкций или шагов.

Другой метод достижения параллелизма на уровне инструкций внутри одного процессора состоит в использовании центрального процессора, который называется суперскалярным процессором. В то время как скалярные процессоры могут выполнять максимум одну инструкцию по такту, на самом деле нет ограничений по количеству инструкций, которые может отправить суперскалярный процессор. Он посылает несколько инструкций в различные исполнительные блоки процессора, тем самым повышая пропускную способность.

Кто изобрёл центральный процессор?
Прорывные технологии часто имеют более одного родителя. Чем сложнее и умнее эта технология, тем больше людей обычно отвечают за это рождение.

В случае центрального процессора — одного из важнейших изобретений в истории — мы действительно говорим о том, кто открыл сам компьютер.

Антропологи используют термин «независимое изобретение» для описания ситуаций, когда разные люди, которые могут находиться далеко друг от друга и в относительной изоляции, придумывают подобные или дополнительные идеи или изобретения, не зная о происходящих подобных экспериментах.

В случае центрального процессора (или компьютера) независимые изобретения происходили неоднократно, что привело к разным эволюционным сдвигам на протяжении истории ЦБ.

Гиганты-близнецы вычислительной техники
Хотя эта статья не может почтить всех пионеров компьютерной техники, есть два человека, чья жизнь и работу нужно осветить. Оба имели прямую связь с вычислительной системой и ЦБ:

Грейс Хоппер: приветствие «бабушки КОБОЛ»
Американка Грейс Брюстер Хоппер (1906-1992) весила всего 105 фунтов, когда она поступила на службу в ВМС США, что на 15 фунтов меньше требуемого веса. И в одном из самых мудрых решений в морской истории США ВМС сделали исключение и все равно взяли его.

То, чего Грейс Хоппер не хватало в физических размерах, она компенсировала энергией и разносторонней блестящестью. Она была эрудитом первого порядка: талантливым математиком, вооруженным двойным доктором философии. степень математики и математической физики в Йельском университете, известный профессор математики в колледже Вассар, пионер-информатик, которому приписывают создание компьютерного языка и авторство первого компьютерного пособия, а также военно-морской командир (в то время, когда женщины редко поднимались выше). административные роли в армии).

Благодаря своей работе над ведущими компьютерными проектами своего времени, такими как разработка суперкомпьютера UNIVAC после Второй мировой войны, Хоппер всегда казалась в самом центре событий, всегда в нужном месте в нужное время. Она лично была свидетелем большей части современной истории компьютеров. Именно она сначала ввела термин «компьютерная ошибка», описывая настоящую моль, попавшую внутрь компьютерного оборудования. (Оригинальная моль остается на выставке в Национальном музее американской истории Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия.)

Во время работы над проектом UNIVAC (а позже, управляя проектом UNIVAC для корпорации Remington Rand), Хоппер была разочарована тем, что не существует более простого языка программирования, который можно было бы использовать. Она взялась за написание собственного языка программирования, который стал известен как COBOL (акроним от COmmon Business-Oriented Language).

Роберт Нойс: мэр Кремниевой долины
Роберт Нойс был движущей силой в классическом бизнес-смысле — человеком, который мог сделать удивительную деятельность началом простого появления.
Американец Роберт Нойс (1927–1990) был мальчиком-изобретателем. Позже он направил свой интеллектуальный интерес в свою коллегиальную работу, особенно после того, как ему показали два оригинальных транзистора, созданных Bell Laboratories. К 26 годам Нойс получил степень доктора философии. доктор физики в Массачусетском технологическом институте (MIT)

В 1959 году он продолжил изобретение первой гибридной интегральной схемы Джека Килби в 1958 году, внеся существенные изменения в оригинальный дизайн. Усовершенствование Нойса привело к новому виду интегральных схем: монолитной интегральной схеме (также называется микрочипом), которая была разработана с использованием кремния. Вскоре кремниевый чип стал открытием, сменив индустрию и сформировав общество по-новому.

В течение своей бизнес-карьеры Нойс стал соучредителем двух очень успешных корпораций: Fairchild Semiconductor Corporation (1957) и Intel (1968). Он был первым генеральным директором Intel, которая все еще известна по всему миру производством микросхем.

Его партнером в обоих начинаниях был Гордон Мур, прославившийся прогнозом по полупроводниковой промышленности, который оказался настолько надежным, что казался почти алгоритмом. Он получил название "закон Мура", согласно которому количество транзисторов, которые будут использоваться в интегральной схеме, надежно удваивается примерно каждые два года.

Пока Нойс управлял компанией Intel, компания выпустила Intel 4004, который сегодня признан чипом, начавшим революцию микропроцессоров 1970-х годов. Создание Intel 4004 предполагало трехстороннее сотрудничество между Тедом Хоффом, Стэнли Мейзором и Федерико Феггином с Intel, и он стал первым микропроцессором, когда-либо предлагавшимся коммерчески.

В конце его правления компания также выпустила Intel 8080 – второй 8-разрядный микропроцессор компании, впервые появившийся в апреле 1974 года. Через несколько лет после этого производитель выпустил Intel 8086, 16-разрядный процессор. .

В течение своей выдающейся карьеры Роберт Нойс накопил 12 патентов на разные произведения и был награжден тремя разными президентами США за свою работу над интегральными схемами и огромное глобальное влияние, которое они оказали.

ENIAC: Marching off to war
Это sems overly dramatic, но в 1943, счастливый мир truly был стучать в балансе. Вещество из World War II (1939-1945) был еще очень неожиданным, и все союзники и трудящиеся силы были четко проверяли любого роду технологического вознаграждения к хозяину поколения напротив.
Компьютерные принадлежности были в своей бедности когда проект как monumental в его способе как Manhattan Project был создан. США государственного менеджмента была создана в группе инжинеров из меховой школы электронной инженерии на университете Pennsylvania. Миссия называется выше их для строительства электрического компьютера, способного вычислить торговые суммы для печатных линий.

Project был led по John Mauchly and J. Presper Eckert, Jr. at the military’s request. Работал на проекте в начале 1943 года и закончился недолго 3 года.

Создание создано на основе проекта-обновленного ENIAC, который строил для «Электронный цифровой инте- ратор и компьютер»-был широким монтажом, требующим 1,500 sq. ft. из средних мест, без mention 17,000 glass vacuum tubes, 70,000 респираторов, 10,000 capacitors, 6,000 switches and 1,500 relays. В 2024 году, проект должен составить USD 6.7 миллионов.

Им следует процесс вверх до 5,000 эквации на секунду (depending on the ecuation), аmazing quantity as seen from the historical vantage point. Так, что его общая величина, ENIAC була великою, що люди могли брати участь в CPU и программе машины по перенаправлению соединений между функциональными единицами в машине.

ENIAC был использован при США Army в течение последнего WWII. Однако, когда conflict ended, Cold War began and ENIAC був Given New Marching orders. Это время это может быть эффективным расчетом, которое может помочь в создании бомбы с более чем в 3000 минут.

UNIVAC: Возвращаясь к делу
После Второй мировой войны два лидера проекта ENIAC решили создать магазин и принести компьютеры в американский бизнес. Недавно названная Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC) взялась за подготовку своего флагманского продукта — меньшей и более дешевой версии ENIAC с разными усовершенствованиями, такими как добавленные ленточные накопители, клавиатура и конвертер, допускающий использование перфокарт.

Несмотря на то, что UNIVAC был представлен публике в 1951 году изящнее ENIAC, он все еще был огромным, весил более 8 тонн и потреблял 125 кВт энергии. И это все равно было дорого: около 11,6 миллиона долларов США в современном пересчете.

Что касается ЦБ, он содержал первый ЦБ – UNIVAC 1103, – который был разработан одновременно с остальным проектом. UNIVAC 1103 использовал стеклянные вакуумные трубки, что делало процессор большим, громоздким и медленным.

Первоначальная партия UNIVAC 1 была ограничена серией из 11 машин, что означало, что только крупнейшие, лучше финансируемые и лучше связанные компании или государственные учреждения могли получить доступ к UNIVAC. Почти половина из них были американскими оборонными агентствами, такими как ВВС США и Центральное разведывательное управление (ЦРУ). Первую модель приобрело Бюро переписи населения США.

CBS News имела одну из машин и, как известно, использовала ее, чтобы правильно предсказать результаты президентских выборов в США в 1952 году, несмотря на большие шансы. Это был смелый рекламный ход, познакомивший американскую публику с чудесами, которые могут творить компьютеры.

Транзисторы: увеличение за счет уменьшения
По мере того, как компьютерная техника все больше осознавалась и прославлялась, ее слабость стала очевидной. Процессоры испытывали постоянную проблему с использованием вакуумных ламп. Это действительно была механическая проблема: стеклянные вакуумные трубки были чрезвычайно щепетильны и склонны к регулярным поломкам.

Проблема была настолько заметна, что производитель приложил немало усилий, чтобы предоставить обходное решение для своих многих взволнованных клиентов, чьи компьютеры останавливались без рабочих трубок.

Производитель трубок регулярно тестировал трубки на заводе, подвергая трубки разному фабричному использованию и злоупотреблению, прежде чем выбрать самые «прочные» трубки из этих партий, чтобы хранить их в резерве и готовить к экстренным запросам клиентов.

Другая проблема с вакуумными лампами в процессорах связана с размером самой вычислительной машины. Трубки были громоздки, и дизайнеры стремились получить вычислительную мощность трубки от гораздо меньшего устройства.

К 1953 г. студент-исследователь Манчестерского университета показал, что можно построить полностью транзисторный компьютер.

С оригинальными транзисторами было тяжело работать, в основном потому, что они были изготовлены из германия, вещества, которое было сложно очистить, и его нужно было поддерживать в точном диапазоне температур.

В 1954 году ученые лаборатории Белла начали экспериментировать с другими веществами, в частности кремнием. Ученые Bell (Мохамед Италия и Доун Кан) продолжали совершенствовать свое использование кремния и до 1960 года нашли формулу современного транзистора с полевым эффектом получивший известность металл-оксид-полупроводник (или MOSFET, или MOS-транзистор). как наиболее широко изготовленное устройство в истории Музеем истории компьютеров. По оценкам, в 2018 году было изготовлено 13 секстиллионов МОТ-транзисторов.

Появление микропроцессора
Стремление к миниатюризации продолжалось до тех пор, пока компьютерные ученые не создали центральный процессор, настолько мал, что его можно было уместить в маленькую интегральную микросхему, называемую микропроцессором.

Микропроцессоры обозначаются количеством поддерживаемых ядер. Ядро процессора – это «мозг в мозге», выполняющий роль физического процессора внутри процессора. Микропроцессоры могут содержать несколько процессоров. Между тем физическое ядро — это ЦП, встроенный в чип, но занимающий лишь одно гнездо, позволяющее другим физическим ядрам подключиться к той же вычислительной среде.

Вот некоторые другие основные термины, используемые в отношении микропроцессоров:

Одноядерные процессоры: одноядерные процессоры содержат один процессор. Обычно они отличаются более медленной производительностью, работают в одном потоке и выполняют цикл инструкций ЦП по одной.

Двухъядерные процессоры: двухъядерные процессоры оснащены двумя процессорами, содержащимися в одной интегральной схеме. Оба ядра работают одновременно, что фактически удваивает производительность.

Четырехъядерные процессоры: четырехъядерные процессоры содержат четыре процессора в одной интегральной схеме. Все ядра работают одновременно, увеличивая производительность в четыре раза.

Многоядерные процессоры: многоядерные процессоры — это интегральные схемы, оборудованные, по меньшей мере, двумя процессорными ядрами, поэтому они могут обеспечить наивысшую производительность и оптимизированное энергопотребление.

Ведущие производители ЦБ
Несколько компаний сейчас создают продукты, которые поддерживают центральные процессоры через разные линии брендов. Однако эта рыночная ниша кардинально изменилась, учитывая, что раньше она привлекала многих игроков, в том числе многих основных производителей (например, Motorola). Сейчас есть всего несколько основных игроков: Intel и AMD.

Они используют разные архитектуры набора инструкций (ISA). Итак, в то время как процессоры AMD берут пример по архитектуре компьютера с сокращенным набором инструкций (RISC), процессоры Intel придерживаются архитектуры компьютера со сложным набором инструкций (CISC).

Advanced Micro Devices (AMD): AMD продает процессоры и микропроцессоры через два типа продуктов: CPU и APU (что означает блоки ускоренной обработки). В этом случае APU – это просто процессоры, оснащенные фирменной графикой Radeon. Процессоры AMD Ryzen – это высокоскоростные и высокопроизводительные процессоры, предназначенные для рынка видеоигр. Ранее процессоры Athlon считались линейкой AMD высокого класса, но теперь AMD использует их в качестве альтернативы общему назначению.

Arm: Arm на самом деле не производит оборудование, но сдает в аренду свои ценные разработки процессоров и/или другие собственные технологии другим компаниям, производящим оборудование. Apple, например, больше не использует чипы Intel в процессорах Mac, а производит собственные процессоры на основе дизайна Arm. Другие компании следуют этому примеру.

Intel: Intel продает процессоры и процессоры через четыре линейки продуктов. Его линейка премиум-класса – это Intel Core, включая такие модели процессоров, как Core i3. Процессоры Intel Xeon продаются офисам и компаниям. Линейки Intel Celeron и Intel Pentium (представлены такими моделями, как одноядерные процессоры Pentium 4) считаются более медленными и менее мощными, чем линейка Core.

Понимание надежной роли ЦБ
Рассматривая ЦБ, мы можем подумать о разных компонентах, которые ЦБ содержат и используют. Мы также можем подумать о том, как дизайн ЦБ перешел от ранних экспериментов сверхбольшого размера к современному периоду миниатюризации.

Но, несмотря на какие-либо изменения размеров или внешнего вида, ЦБ остается непоколебимым, продолжая работать, потому что он очень хорош в своей конкретной работе. Вы знаете, что вы можете доверять его правильной работе каждый раз.

Разумные вычисления зависят от наличия надлежащего оборудования, на которое можно положиться. IBM строит свои серверы мощными, чтобы противостоять любым проблемам, которые могут поставить перед ними современное рабочее место. Найдите серверы IBM, необходимые для получения результатов, на которые возлагается организация.

Процессоры представлены у нас на сайте от известнейших производителей

AMD является лидером в области высокопроизводительных и адаптивных вычислений, разрабатывает продукты и услуги, помогающие решать самые важные вызовы мира. Наши технологии продвигают будущее рынков центров обработки данных, встроенных устройств, игр и ПК.

Компания AMD была основана в 1969 году как стартап в Кремниевой равнине. Ее путь начался с десятков сотрудников, увлеченных созданием передовых полупроводниковых продуктов. AMD превратилась в глобальную компанию, устанавливающую стандарт для современных вычислительных машин, со многими важными новинками в отрасли и обширными технологическими достижениями.

Intel имеет уникальные возможности получения прибыли, поскольку весь мир становится цифровым благодаря нашей глубине и широте программного обеспечения, кремниевых процессоров и платформ, а также пакетов и процессов с масштабным производством. Это преимущество делает Intel уникальной компанией Intel. Более 50 лет Intel и сотрудники оказали глубокое влияние на мир, двигая бизнес и общество вперед, создавая радикальные инновации.

Выбирать только вам.

Как связаться с нами?