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慶祝微處理器誕生黃金五十周年

2021-08-09 來源:EEWORLD

微處理器的存在看似理所應當。很多不太涉足技術領域的人可能根本沒有意識到,微處理器早已遍布日常生活的每個角落,不只是電腦,還有無數其他每天都會使用的設備。


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什么是微處理器?


微處理器將以下三大基本要素集成在單個芯片上:


        中央處理器(CPU):實際執行運算的引擎。

        存儲器:用于存放運算所需輸入和輸出數據。

        輸入/輸出(I/O)功能:讓微處理器能獲得工作所需數據(輸入)并讀出工作的結果(輸出)。


純粹從解析角度來看,這樣的定義似乎有些模糊。真正讓微處理器(主要基于邏輯構建)區別于其他邏輯芯片的一個關鍵點在于,它們的功能是由軟件定義的。


那么,單芯片處理器是什么時候誕生的?最早商用的處理器是英特爾4004,于1971年上市,距今正好50年。


持續進化


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和最初誕生時相比,如今的微處理器已經有了翻天覆地的變化。隨著單芯片晶體管數量的提升,微處理器的架構變得越來越復雜。盡管“最佳”架構始終取決于微處理器的使用場景,我們還是可以總結出微處理器進化的四大路徑。


“位寬”提升


這里的“位”是指最小數據塊的尺寸。一般來說,數據塊越大,在給定時間內可以完成的工作就越多。從最早的4位開始,位寬已經經歷過8位、16位、32位和64位。除特殊專用處理器可能有更高位寬以外, 64位已經成為當今通用的高性能數據傳輸位寬。


“管線”長度


為了讓處理器以更快的速度工作,人們想到的一個主要辦法就是將一個運算任務分為多個子任務。這個方法的原理在于,子任務越小,這部分的工作就能越快完成,這意味著整個運算將更快得出結果。


特殊加速功能


舉例來說,以前需要電腦程序進行一項運算,除非實際運行了該程序,否則我們無法知道這個運算的結果。然而,如今更先進的處理器可以預測運算的結果,提前做好準備并加快處理速度。


“多核”計算


超過1個CPU,即“多核”計算。這背后的原理很簡單:一個CPU 可以在一定時間內完成一項工作,同時投入更多的CPU就能更快地完成同一項工作。盡管道理很明顯,但要真正實現它還是會遇到問題,因為在執行某些任務時多個CPU可能很難形成“合力”。盡管如此,今天主流的微處理器通常都包含不止一個 CPU。

 

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新設備、新任務與新重點


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當然,只追求速度的時代已經過去。特別是對于電池供電的設備,我們還需要關注功率,而對于智能手表這種空間受限的設備,我們則需要關注體積。另外還有已廣泛用于大量設備的微控制器,它們需要更多存儲和專業化的輔助電路,因此更需要同時兼顧速度、功率和體積。


總而言之,現在我們使用的幾乎所有電子設備都包含微處理器。盡管其形態各異,但它們都始于50年前。


讓我們祝微處理器“黃金50周年紀念日快樂”!


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