处理设备：演变，类型，示例 - 技术 - 2025

该处理装置的计算机是在其处理计算机的运作中发挥重要作用的单位。它们用于按照程序的指令处理数据。

处理是计算机最重要的功能，因为在此阶段，使用许多计算机处理设备将数据转换为有用的信息。

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处理设备的主要功能是负责从借助这些设备中的几种转换后的数据中获得雄辩的信息。

音频和视频处理包括以对耳朵和眼睛更舒适的方式清理数据，使数据看起来更逼真。

这就是为什么某些视频卡比其他视频卡能更好地看到它的原因，因为视频卡会处理数据以提高真实感。声卡和音频质量也是如此。

处理器

每当信息从输入设备（例如键盘）到达计算机时，此信息必须经过中间路径，然后才能用于输出设备（例如显示器）。

处理设备可以是计算机中负责管理此中间路径的任何设备或仪器。它们可操作功能，执行不同的计算并控制其他硬件设备。

处理设备可在不同类型的数据之间进行转换，以及对数据进行操作和执行任务。

通常，术语“ CPU”对应于处理器，更具体地说是其计算单元和控制单元，因此将这些元素与计算机的外部组件（例如主存储器和输入/输出电路）区分开来。

处理器与主存储器和外围存储设备紧密协作。

可能还有其他系统和外围设备在工作以帮助收集，存储和分发数据，但是处理任务对于处理器而言是唯一的。

从最初到现在的演变

初期

每次执行不同任务时，都必须对ENIAC等早期计算机进行物理连接。

1945年，数学家冯·诺依曼（von Neumann）分发了一张名为EDVAC的存储程序计算机的草图，该计算机终于在1949年完成。

该计算机随存储程序一起发布时，第一个可以正确地称为CPU的设备就出现了。

为EDVAC创建的程序存储在计算机的主存储器中，而不必通过计算机接线来建立。

因此，可以通过简单更改内存内容来交换运行EDVAC的程序。

第一批CPU是用于特定计算机的独特设计。随后，这种针对特定应用单独设计CPU的方法使多任务处理器得以大量开发。

继电器和真空管

它们通常用作开关设备。一台计算机需要成千上万个这样的设备。EDVAC等电子管计算机平均每八小时崩溃一次。

最后，基于管的CPU变得必不可少，因为具有明显速度的优点超过了其可靠性问题。

与当前的微电子设计相比，这些早期的同步CPU以较低的时钟速度运行，这在很大程度上是由于其制造中使用的开关元件的速度较慢。

晶体管

在1950年代和1960年代，不再需要基于大型，故障以及易碎的开关设备（如继电器和真空管）来构建CPU。

由于不同的技术使制造更小，更可靠的电子设备成为可能，因此CPU设计的复杂性也增加了。晶体管的问世实现了第一个此类改进。

有了这一进步，就有可能使CPU的复杂性更高，并且在一个或多个电路板上的故障更少。基于晶体管的计算机比以前的计算机有许多改进。

除了提供更低的功耗和更高的可靠性之外，由于晶体管与真空管相比开关时间短，因此晶体管使处理器能够更快地工作。

集成电路

MOS晶体管是由Bell Labs在1959年发明的。它具有很高的可扩展性，并且比双极结型晶体管具有更少的电能和更多的冷凝。这使得可以构建高密度集成电路。

因此，开发了一种在紧凑的区域中制造许多互连的晶体管的方法。集成电路允许在单个模具或基于半导体的“芯片”中制造大量晶体管。

标准化开始于晶体管宏计算机和小型计算机的阶段，并随着集成电路的广泛普及而大大加速，从而允许设计和制造越来越复杂的CPU。

随着微电子技术的进步，可以在集成电路中放置更多的晶体管，从而减少了完成CPU所需的集成电路数量。

集成电路将晶体管的数量增加到数百个，后来又增加到数千个。到1968年，构建完整CPU所需的集成电路数量已减少到24个，每个集成电路包含大约1,000个MOS晶体管。

微处理器

在当今的微处理器问世之前，计算机使用了多个越来越小的集成电路，这些集成电路散布在整个电路板上。

众所周知，CPU最早是由Intel在1971年开发的，可以在个人计算机的框架内运行。

第一个微处理器是称为Intel 4004的4位处理器。随后，它被8位，16位，32位和64位体系结构的较新设计所取代。

微处理器是由硅半导体材料制成的集成电路芯片，在其空间中具有数百万个电子组件。

它最终成为1980年代及以后几十年的第四代计算机的中央处理器。

现代微处理器出现在从汽车到手机甚至玩具的电子设备中。

种类

以前，计算机处理器使用数字作为其标识，因此有助于标识最快的处理器。例如，Intel 80386（386）处理器比80286（286）处理器快。

英特尔奔腾处理器进入市场后，该处理器在逻辑上应该被称为80586，其他处理器也开始采用Celeron和Athlon之类的名称。

当前，除了各种处理器名称之外，还有不同的容量，速度和体系结构（32位和64位）。

多核处理设备

尽管芯片尺寸的限制越来越大，但从新处理器生产更多功率的愿望仍在激发制造商的兴趣。

这些创新之一就是引入了多核处理器，即能够具有多核处理器的单个微处理器芯片。2005年，英特尔和AMD发布了具有多核设计的原型芯片。

英特尔的Pentium D是双核处理器，与AMD的Athlon X2双处理器相比，后者是用于高端服务器的芯片。

但是，这仅仅是微处理器芯片革命性趋势的开始。在随后的几年中，多核处理器从双核芯片（如Intel Core 2 Duo）发展到了十核芯片（如Intel Xion E7-2850）。

通常，多核处理器提供的功能比单核处理器的基本功能还要多，甚至在单个应用程序内也能够进行多任务和多处理。

移动处理设备

尽管个人计算机和超级计算机中的传统微处理器都经历了巨大的发展，但移动计算行业正在迅速发展并面临自身的挑战。

微处理器制造商正在集成各种功能，以增强个人体验。

更快的速度和热量管理之间的权衡仍然令人头疼，更不用说这些更快的处理器对移动电池的影响了。

图形处理单元（GPU）

图形处理器还仅在这次生成数学计算，并且优先选择图像，视频和其他类型的图形。

这些任务以前是由微处理器处理的，但是随着图形密集型CAD应用程序的普及，对能够在不影响计算机整体性能的情况下处理这些任务的专用处理硬件产生了需求。

典型的GPU有三种不同的形式。通常，它单独连接到主板。它与CPU集成在一起，或者作为主板上的单独附加芯片提供。GPU适用于台式机，笔记本电脑以及移动计算机。

英特尔和英伟达是市场上领先的图形芯片组，后者是主要图形处理的首选。

例子

-中央处理器（CPU）

计算机系统中最重要的处理设备。它也称为微处理器。

它是计算机的内部芯片，处理从计算机上运行的设备和应用程序接收到的所有操作。

英特尔8080

它于1974年推出，具有8位体系结构，6,000个晶体管，2MHz的速度，可访问64K内存，并且性能是8008的10倍。

英特尔8086

1978年推出。它使用16位体系结构。它有29,000个晶体管，以5MHz至10MHz的速度运行。它可以访问1 MB的内存。

英特尔80286

它于1982年推出。它具有134,000个晶体管，以4MHz至12MHz的时钟速度运行。第一个处理器与以前的处理器兼容。

奔腾

英特尔于1993年推出。它们的使用速度可从60MHz到300MHz。发布时，它比具有80位DX处理器的64位数据总线的晶体管多了近200万。

核心二重奏

英特尔于2006年推出了首款针对移动计算机开发的双核处理器。它也是苹果计算机中使用的首款英特尔处理器。

英特尔酷睿i7

它是涵盖8代Intel芯片的一系列CPU。它具有4或6个内核，速度在2.6至3.7 GHz之间，于2008年推出。

-主板

也指定主板。它是计算机内部最大的板卡。它包含CPU，内存，总线和所有其他元素。

它分配电源并为所有硬件元素相互通信提供一种通信形式。

-芯片

一起工作，维护和控制整个计算机系统的一组集成电路。因此，它管理整个系统中的数据流。

- 时钟

它用于跟上计算机的所有计算。它加强了计算机中的所有电路可以同时协同工作。

-扩充槽

插槽位于主板上。它用于连接扩展卡，从而为计算机提供补充功能，例如视频，音频，存储设备等。

- 数据总线

CPU用来在计算机系统的所有元素之间传输信息的一组电缆。

-地址总线

一组仅包含地址的导电电缆。信息从微处理器流到内存或输入/输出设备。

-控制总线

它带有通知不同设备状态的信号。通常，控制总线只有一个地址。

-显卡

插入计算机主板的扩充卡。它处理图像和视频处理。它用于在屏幕上创建图像。

-图形处理单元（GPU）

专用于管理内存以加快创建要在显示设备上广播的图像的电子电路。

GPU和图形卡之间的区别类似于CPU和主板之间的区别。

-网络接口卡（NIC）

扩展卡，用于通过带RJ-45连接器的电缆连接到任何网络，甚至是Internet。

这些卡可以通过网络交换机相互通讯，也可以直接连接。

-无线网卡

几乎所有现代计算机都具有用于连接到内置在主板中的无线网络（Wi-Fi）的接口。

- 声卡

扩展卡，用于在计算机上再现任何类型的音频，可以通过扬声器听到。

包含在计算机中，位于扩展插槽中或集成到主板中。

-大容量存储控制器

它处理永久存储在硬盘驱动器或类似设备上的数据的存储和检索。它具有自己的专用CPU来执行这些操作。

参考文献

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