下面,我们陆续对这些处理器进行讲解。 在介绍CPU的时候,我们有必要谈谈其发展历史。早期计算机,比如史上第一台电子计算机ENIAC,它们都通常会根据任务的不同,通过物理连接来执行相应的认任务。因此,这些计算机也通常被称为“固定程序计算机”。那时候的CPU被定义为处理软件执行的装置,早期真正意义上的CPU其实是与“存储程序计算机”一同出现的。
工作人员在操作ENIAC主控制面板
CPU可划分成晶体管和集成电路的CPU与微处理器CPU两种。上世纪五十年代至六十年代期间,晶体管CPU体积得到大幅缩减,使得能够更为复杂、更为可靠的CPU能够构建在一个或者多个印刷电路板上。
DEC PDP-8/I的CPU、内存核心和外部总线接口(中等规模集成电路)
在微处理器方面,CPU的历史可以追溯到1971年。当时英特尔推出晶体管数量为2300颗的首个商用处理器4004微处理器,该处理器奠定了PC和智能系统发展的基础。
在CPU发展史中,也包含有AMD、IBM和SPARC、ARM等品牌的产品,不过我们可从英特尔的CPU发展进程来大体了解整个CPU的发展概况。英特尔的Tick-Tock模式,以制程和架构交替更新来不断提升CPU的性能,突破性能瓶颈,满足不断变化增长的计算能力需求。
进入新世纪以来,CPU进入了更高速发展的时代,以往可望而不可及的1GHz大关被轻松突破。在市场分布方面,仍然是Intel和AMD公司两雄争霸。而在企业级市场,尤其是在服务器和高性能计算领域,则以英特尔的至强系列、IBM的Power系列和AMD的皓龙系列著称。
简要介绍了CPU的发展情况之后,下面我们来谈谈它在计算机中扮演的角色。CPU通常都具有以下几个方面的基本功能:
1. 指令顺序控制
这是指控制程序中指令的执行顺序。程序中的各指令之间是有严格顺序的,必须严格按程序规定的顺序执行,才能保证计算机工作的正确性。
2. 操作控制
一条指令的功能往往是由计算机中的部件执行一序列的操作来实现的。CPU要根据指令的功能,产生相应的操作控制信号,发给相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行动作。
3. 时间控制
时间控制就是对各种操作实施时间上的定时。在一条指令的执行过程中,在什么时间做什么操作均应受到严格的控制。只有这样,计算机才能有条不紊地自动工作。
4. 数据加工
即对数据进行算术运算和逻辑运算,或进行其他的信息处理。
在多核和制程已经达到22nm级别工艺的当代,CPU的发展速度十分惊人。不仅能远远满足以往的各种繁重数据查询、处理和顺序串行计算,而且通过多个多核处理器,也能胜任各种并行计算需求。在不远的将来,由于并行计算的广阔前景,CPU更多的会以多处理器架构或者CPU+GPU异构计算来实现。在这一点上,未来计算应用的核心地位,非CPU所能撼动。