微处理器的存在似乎是有道理的。很多不涉及技术领域的人可能根本没有意识到,微处理器已经遍布日常生活的各个角落,不仅仅是电脑,还有无数其他每天都在使用的设备。
什么是微处理器?
微处理器在单个芯片上集成了以下三个基本元件:
中央处理器:实际执行操作的引擎。
内存:用于存储操作所需的输入输出数据。
从纯分析的角度来看,这个定义似乎有些模糊。真正区分微处理器(主要基于逻辑)与其他逻辑芯片的一个关键点是,它们的功能是由软件定义的。
那么,单片机是什么时候诞生的呢?最早的商用处理器是英特尔4004,它于1971年上市,距今仅50年。
持续进化
与刚诞生时相比,今天的微处理器发生了翻天覆地的变化。随着单个芯片上晶体管数量的增加,微处理器的体系结构变得越来越复杂。虽然“最好”的架构总是取决于微处理器的使用场景,但我们仍然可以总结出微处理器演进的四条路径。
“位宽”推广
这里,“位”是指最小数据块的大小。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,位宽经历了8位、16位、32位和64位。64位已经成为当今高性能数据传输的通用位宽,只是特殊的专用处理器可能会有更高的位宽。
“管道”长度
为了使处理器以更快的速度工作,人们想到的主要方法之一是将一个操作任务分成几个子任务。这种方法的原理是子任务越小,完成工作的速度越快,这意味着整个操作会更快地得到结果。
特殊加速功能。
例如,在过去,执行一项操作需要一个计算机程序,除非程序实际运行,否则我们无法知道操作的结果。然而,今天更先进的处理器可以预测操作结果,提前准备并加快处理速度。
“多核”计算
超过1个中央处理器,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,更多的CPU可以更快地完成同一项工作。原因虽然很明显,但实现起来还是会有问题,因为多个CPU在执行某些任务时,可能很难形成“合力”。然而,今天的主流微处理器通常包含一个以上的中央处理器。
新设备、新任务和新优先事项。
当然,只追求速度的时代已经过去了。特别是对于电池供电的设备,我们也需要注意电量,而对于空间有限的智能手表,我们需要注意音量。此外,还有已经广泛应用于大量设备的微控制器。它们需要更多的存储空间和专门的辅助电路,因此需要同时兼顾速度、功率和音量。
总之,我们现在使用的几乎所有电子设备都包含微处理器。虽然形状不同,但都是50年前开始的。
让我们祝福微处理器“黄金50周年快乐”!