
处理器是计算机的心脏,负责解释和执行程序中的指令。在处理器发展的早期,它由多个独立单元构成。但随着技术的进步,集成电路的出现,这些高度集成的器件被称之为微处理器。
处理器是一台可以执行复杂计算机程序的逻辑机器,这一概念早在CPU名称被广泛使用之前就已存在。从20世纪60年始,这个名称及其缩写已经在电子计算机产业中广泛应用。虽然随着时间的发展,处理器的物理形态、设计制造方式以及执行任务的方式发生了翻天覆地的变化,但其核心操作原理始终未变。
早期的处理器主要面向大型和特定应用的计算机设计制造。这种为特定应用定制CPU的方法已经被开发出的更便宜、标准化、适用于多种目的的处理器所替代。这一标准化趋势从由单个晶体管组成的大型机和微机时始,随着集成电路的发展而加速。集成电路的出现使得更复杂、更可靠的处理器能在更小的空间内设计和制造。处理器的标准化和小型化使得这类电子零件在生活中的普及程度越来越高,如今已经广泛应用于各种设备中,从汽车、手机到儿童玩具都能看到它的身影。
以Intel core i7为例,这是一款安装在主板上的重要部件。
追溯历史,处理器的起源可以追溯到EDVAC的出现,第一台电子存储可编程计算机的时代。在CPU出现之前,如ENIAC这样的计算机在执行不同程序时需要调整线路才能启动。因为需要重新设置线路才能执行不同的程序,这些机器通常被称为“固定程序计算机”。CPU作为执行软件的设备,与存储程序型计算机紧密相连。
存储程序型计算机的概念最早体现在ENIAC的设计上,但最终因为某些局限未能及时完成。冯诺依曼的《关于EDVAC的报告草案》论文发表后,EDVAC计划在1949年完成。这款计算机的设计目标是能够执行一定数量与种类的指令,这些指令结合产生有用的程序。值得一提的是,为EDVAC设计的程序储存在高速计算机内存中,而不是由实体线路组合而成。这一设计克服了ENIAC的一些限制,即需要重新设置线路以执行新程序需要耗费大量时间和精力的问题。在冯诺依曼的设计下,EDVAC只需通过改变内存存储的内容就能简单地更换执行的程序。虽然冯诺依曼因设计EDVAC而在发展存储程序型计算机方面做出了显著的贡献,但其他研究者如康拉德楚泽也提出了类似的想法。
作为数字设备,CPU需要处理不连续的状态,因此需要一些基础器件来转换和区分这些状态。在早期,继电器和真空管被用于此目的。这些早期计算机虽然速度较快,但存在许多不可靠的地方,需要更多的维护。类似于EDVAC的真空管计算机经常发生故障,需要频繁的维修。与此早期同步CPU的时钟频率也受到内置切换设备的速度限制。
随着科技的持续进步和发展,CPU的性能得到了极大的提升,发展方向也在不断拓宽。从分立晶体管到集成电路处理器的转变是其中一个重要的里程碑。工程师们不断投入更多的精力来设计和制造更小、更可靠的电子设备,使得CPU的发展变得更加迅速和复杂。随着微电子科技的进步,集成电路上的晶体管数量不断增加,从而减少了构建整个CPU所需的独立芯片数量。这极大地提升了CPU的性能,同时也推动了计算机技术的发展和普及。多核心处理器的出现和应用使得一台计算机能够处理更多的工作负荷。通过增加核心数量,处理更多的不同步指令和事件,分担核心的工作负载,防止崩溃并提高处理性能。处理器的大规模应用已经使得个人电脑的普及化成为可能,它已经成为现代电脑不可或缺的一部分,推动着计算机的进步和发展。随着技术的不断创新和发展,处理器的性能和功能还将继续提升和发展未来的计算技术带来更多的可能性为人们的生活带来更多的便利和创新。
