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庆祝微处理器诞生黄金50周年

作者:时间:2021-08-09来源:电子产品世界收藏


本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202108/427458.htm

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微处理器的存在看似理所应当。很多不太涉足技术领域的人可能根本没有意识到,微处理器早已遍布日常生活的每个角落,不只是电脑,还有无数其他每天都会使用的设备。

什么是微处理器?

微处理器将以下三大基本要素集成在单个芯片上:

中央处理器(CPU):实际执行运算的引擎。

存储器:用于存放运算所需输入和输出数据。

输入/输出(I/O)功能:让微处理器能获得工作所需数据(输入)并读出工作的结果(输出)。

纯粹从解析角度来看,这样的定义似乎有些模糊。真正让微处理器(主要基于逻辑构建)区别于其他逻辑芯片的一个关键点在于,它们的功能是由软件定义的。

那么,单芯片处理器是什么时候诞生的?最早商用的处理器是英特尔4004,于1971年上市,距今正好50年。

持续进化

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和最初诞生时相比,如今的微处理器已经有了翻天覆地的变化。随着单芯片晶体管数量的提升,微处理器的架构变得越来越复杂。尽管“最佳”架构始终取决于微处理器的使用场景,我们还是可以总结出微处理器进化的四大路径。

“位宽”提升

这里的“位”是指最小数据块的尺寸。一般来说,数据块越大,在给定时间内可以完成的工作就越多。从最早的4位开始,位宽已经经历过8位、16位、32位和64位。除特殊专用处理器可能有更高位宽以外, 64位已经成为当今通用的高性能数据传输位宽。

“管线”长度

为了让处理器以更快的速度工作,人们想到的一个主要办法就是将一个运算任务分为多个子任务。这个方法的原理在于,子任务越小,这部分的工作就能越快完成,这意味着整个运算将更快得出结果。

特殊加速功能

举例来说,以前需要电脑程序进行一项运算,除非实际运行了该程序,否则我们无法知道这个运算的结果。然而,如今更先进的处理器可以预测运算的结果,提前做好准备并加快处理速度。

“多核”计算

超过1个CPU,即“多核”计算。这背后的原理很简单:一个CPU 可以在一定时间内完成一项工作,同时投入更多的CPU就能更快地完成同一项工作。尽管道理很明显,但要真正实现它还是会遇到问题,因为在执行某些任务时多个CPU可能很难形成“合力”。尽管如此,今天主流的微处理器通常都包含不止一个 CPU。

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新设备、新任务与新重点

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当然,只追求速度的时代已经过去。特别是对于电池供电的设备,我们还需要关注功率,而对于智能手表这种空间受限的设备,我们则需要关注体积。另外还有已广泛用于大量设备的微控制器,它们需要更多存储和专业化的辅助电路,因此更需要同时兼顾速度、功率和体积。

总而言之,现在我们使用的几乎所有电子设备都包含微处理器。尽管其形态各异,但它们都始于50年前。

让我们祝微处理器“黄金50周年纪念日快乐” !



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