Prozessor (Computer)

Im Computer und Informatik, a Prozessor oder Verarbeitungseinheit ist eine elektrische Komponente (Digitaler Schaltung) Das führt in der Regel Operationen auf einer externen Datenquelle aus Erinnerung oder ein anderer Datenstrom.[1] Es hat normalerweise die Form von a Mikroprozessor, was auf einer einzigen implementiert werden kann Metal -Oxid -Jemonductor Integrierter Schaltkreis Chip. In der Vergangenheit wurden die Prozessoren mit mehreren Individuen konstruiert Vakuumröhren,[2][3] Mehrfachperson Transistoren,[4] oder mehrere integrierte Schaltungen. Heute verwenden die Prozessoren integrierte Transistoren.[5][6]

Der Begriff wird häufig verwendet, um sich auf die zu beziehen Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) in einem System.[7] Es kann sich jedoch auch auf andere beziehen Coprozessoren, so wie ein Grafikkarte (GPU).[8]

Traditionelle Prozessoren basieren typischerweise auf Silizium; Forscher haben jedoch experimentelle Prozessoren entwickelt, die auf alternativen Materialien basieren, wie z. Kohlenstoff-Nanoröhren,[9] Graphen,[10] und Legierungen aus Elementen aus Gruppen drei und fünf des Periodensystem.[11] Transistoren aus einem einzigen Blatt Siliziumatomen, die ein Atom groß und andere 2D -Materialien für die Verwendung in Prozessoren erforscht wurden.[12] Quantenprozessoren wurde erstellt; Sie benutzen Quantenüberlagerung zu repräsentieren Bits (genannt Qubits) anstelle von nur einem ein oder außerhalb des Staates.[13][14]

Moores Gesetz

Transistor zählt im Laufe der Zeit und demonstrieren das Moores Gesetz

Moores Gesetz, benannt nach Gordon Moore, ist die Beobachtung und Projektion durch den historischen Trend, dass die Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen und damit die Prozessoren im weiteren Sinne alle zwei Jahre verdoppelt.[15] Der Fortschritt der Prozessoren hat das Gesetz von Moore genau verfolgt.[16]

Typen

Zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs) sind die primären Prozessoren in den meisten Computern. Sie sind für eine Vielzahl allgemeiner Computeraufgaben ausgelegt und nicht nur für einige domänenspezifische Aufgaben. Wenn basierend auf dem Von Neumann Architektur, sie enthalten mindestens a Steuergerät (Cu), und Arithmetik-Logikeinheit (Alu) und Prozessorregister. In der Praxis sind CPUs in PCs normalerweise auch durch die verbunden Hauptplatine, zu einem Haupterinnerung Bank, Festplatte oder andere permanente Speicherung, und Peripheriegeräte, so wie ein Klaviatur und Maus.

Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs) sind in vielen Computern vorhanden und entwickelt, um effizient durchzuführen Computergrafik Operationen, einschließlich Lineare Algebra. Sie sind sehr parallel und CPUs können bei Aufgaben, die eine serielle Verarbeitung erfordern, normalerweise besser abschneiden. Obwohl die GPUs ursprünglich für die Verwendung in Grafiken gedacht waren, haben sich ihre Anwendungsdomänen im Laufe der Zeit erweitert und sie sind zu einem wichtigen Hardware -Stück für geworden maschinelles Lernen.[17]

Es gibt verschiedene Formen von Prozessoren, die auf maschinelles Lernen spezialisiert sind. Diese fallen unter die Kategorie von KI -Beschleuniger (auch bekannt als neuronale Verarbeitungseinheiten, oder npus) und einschließen Sehverarbeitungseinheiten (VPUs) und Google's Tensor -Verarbeitungseinheit (TPU).

Soundchips und Soundkarten werden zur Generierung und Verarbeitung von Audio verwendet. Digitale Signalprozessoren (DSPs) sind für die Verarbeitung digitaler Signale ausgelegt. Bildsignalprozessoren sind DSPs insbesondere auf die Verarbeitung von Bildern spezialisiert.

Physikverarbeitungseinheiten (PPUs) sind so konstruiert, dass sie physikalische Berechnungen effizient durchführen, insbesondere in Videospielen.

Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) sind spezielle Schaltkreise, die für verschiedene Zwecke neu konfiguriert werden können, anstatt während der Herstellung in einen bestimmten Anwendungsdomäne eingesperrt zu werden.

Das Synergistisches Verarbeitungselement oder Einheit (SPE oder SPU) ist eine Komponente in der Zelle Mikroprozessor.

Es wurden Prozessoren entwickelt, die auf unterschiedlichen Schaltungstechnologien basieren. Ein Beispiel ist Quantenprozessoren, die die Quantenphysik verwenden, um Algorithmen zu ermöglichen, die auf klassischen Computern (diejenigen, die herkömmliche Schaltkreise verwenden) nicht möglich sind. Ein weiteres Beispiel sind photonische Prozessoren, die Licht verwenden, um Berechnungen anstelle einer halbleitenden Elektronik vorzunehmen.[18] Die Verarbeitung erfolgt durch Fotodetektoren, die von Lasern im Prozessor erzeugte Licht erzeugen.[19]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ "Oxford Englisch Wörterbuch". Lexiko. Abgerufen 25. März 2020.
  2. ^ "Das legendäre IBM 1401 -Datenverarbeitungssystem" (PDF).{{}}: CS1 Wartung: URL-Status (Link)
  3. ^ "IBM100 - Die IBM 700 -Serie". www-03.ibm.com. 2012-03-07. Abgerufen 2022-01-28.
  4. ^ "Megaprozessor". www.megaprocessor.com. Abgerufen 2022-01-28.
  5. ^ "Lesen: Die zentrale Verarbeitungseinheit | Einführung in Computeranwendungen und Konzepte". cures.lumenlearning.com. Abgerufen 2022-01-28.
  6. ^ "Der Siliziummotor".
  7. ^ "Oxford Englisch Wörterbuch". Lexiko. Abgerufen 25. März 2020.
  8. ^ Sakdhnagool, putt (4. September 2018). "Vergleichende Analyse von Coprozessoren". Parallelitäts- und Berechnungspraxis und Erfahrung. 31 (1) - Über Wiley Online -Bibliothek.
  9. ^ Hügel, Gage; Lau, Christus; Wright, Andrew; Fuller, Samuel; Bischof, Mindy D.; Srimani, Tathagata; Kanhaiya, Pritpal; Ho, Rebecca; Amer, Aya; Stein, Yosi; Murphy, Denis (2019-08-29). "Moderner Mikroprozessor, der aus komplementären Kohlenstoff -Nanoröhren -Transistoren gebaut wurde". Natur. 572 (7771): 595–602. doi:10.1038/s41586-019-1493-8. ISSN 0028-0836.
  10. ^ Akinwande, Deji; Huyghebaert, Cedric; Wang, Ching-Hua; Serna, Martha I.; Goossens, Stijn; Li, lain-jong; Wong, H.-S. Philip; Koppens, Frank H. L. (2019-09-26). "Graphen- und zweidimensionale Materialien für die Siliziumtechnologie". Natur. 573 (7775): 507–518. doi:10.1038/s41586-019-1573-9. ISSN 0028-0836.
  11. ^ Riel, Heike; Wernerssson, Lars-Erik; Hong, Minghwei; Del Alamo, Jesús A. (August 2014). "III - V Compound Semiconductor -Transistoren - vom planaren bis zu Nanodrahtstrukturen". Frau Bulletin. 39 (8): 668–677. doi:10.1557/Frau2014.137. ISSN 0883-7694.
  12. ^ Li, Ming-Yang; Su, Sheng-Kai; Wong, H.-S. Philip; Li, Lain-Jong (März 2019). "Wie 2D -Halbleiter das Gesetz von Moore verlängern könnten". Natur. 567 (7747): 169–170. doi:10.1038/d41586-019-00793-8. ISSN 0028-0836.
  13. ^ "Quantencomputer | Beschreibung & Fakten | Britannica". www.britannica.com. Abgerufen 2022-01-28.
  14. ^ "Experimentelle Implementierung der schnellen Quantensuche" (PDF).
  15. ^ "Moore's Law: Informatik". Britannica.com. Abgerufen 2022-01-28.
  16. ^ "Moores Gesetz". www.umsl.edu. Abgerufen 2022-01-28.
  17. ^ "CPU gegen GPU: Was ist der Unterschied?". Intel. Abgerufen 2022-02-27.
  18. ^ Sonne, Chen; Wade, Mark T.; Lee, Yunsup; Orcutt, Jason S.; Alloatti, Luca; Georgas, Michael S.; Waterman, Andrew S.; Shainline, Jeffrey M.; Avizienis, Rimas R.; Lin, Sen; Moss, Benjamin R. (Dezember 2015). "Single-Chip-Mikroprozessor, der direkt mit Licht kommuniziert". Natur. 528 (7583): 534–538. doi:10.1038/nature16454. ISSN 0028-0836.
  19. ^ Yang, Sarah; Relations |, Media (2015-12-23). "Ingenieure Demo First -Prozessor, der Licht für ultraschnelle Kommunikation verwendet". Berkeley News. Abgerufen 2022-01-28.