Ĉefprocesoro

El Vikipedio, la libera enciklopedio
Intel 80486DX2 CPU, vidita desupre.
Intel 80486DX2 CPU, vidita desube, montranta siajn stiftojn.

ĈefprocesoroCentra Proceza Unuo (CPU) estas tipo de procesoro. Ĝi estas la aparataro por elektronika cirkulado ene de komputilo kiu aranĝas la instrukciaĵon de komputila programo prezentante la bazan aritmetikon, logikon, kontrolon kaj enigaĵ- /produktaĵajn (I/O) operaciojn precizigitajn per la instrukciaĵo. La komputilindustrio uzas la terminon "procesoro" minimume ekde la komenco de la 1960-aj jaroj kaj precize "central processing unit" ekde 1955.[1][2] Tradicie, la esprimo "CPU" rilatas al procesoro, pli specife al pretigilo kaj kontrolunuo (CU), distingante tiujn kernelementojn de komputilo de eksteraj komponentoj kiel ekzemple ĉefa memoro kaj I/O-cirkulado,[3] kaj de specializitaj procesoroj kiel la grafikaj procesoroj (angle graphics processing unit - GPU).

La formo, dezajno, kaj efektivigo de CPU-oj ŝanĝiĝis dum ilia historio, sed ilia fundamenta operacieblo restas preskaŭ senŝanĝa. Ĉefkomponentoj de CPU inkludas la aritmetikan logikunuon (ALU) kiu prezentas aritmetikon kaj logikoperaciojn, procesorregistrojn kiel liveroperaciantojn al la ALU kiuj stokas la rezultojn de ALU-operacioj, kaj kontrolunuon kiu reĝisoras la prenon (de memoro) kaj plenumon de instrukciaĵo direktante la kunordigitajn operaciojn de la ALU, registroj kaj aliaj komponentoj.

La plej multaj modernaj CPUoj estas mikroprocesoroj, signifante, ke ili estas enhavitaj sur ununura integra cirkvito (IC). IC kiu enhavas CPU ankaŭ povas enhavi memoron, periferiajn interfacojn, kaj aliajn komponentojn de komputilo; tiaj integraj aparatoj estas diverse nomitaj kiel mikroregiloj aŭ sistemoj sur peceto (SoC). Kelkaj komputiloj laborigas mult-kernan procesoron, kio estas ununura peceto enhavanta du aŭ pli da CPUoj nomitaj "kernoj"; en tiu kunteksto, oni povas paroli pri tiaj unuopaĵoj kiel "ingoj ".

Arprocesoroj aŭ vektorprocesoroj havas multoblajn procesorojn kiuj funkciigas en paralela sistemo, kun neniu unuo konsiderita centra. Tie ankaŭ ekzistas la koncepto de virtualaj CPUoj kiuj estas abstraktado de dinamikaj agregitaj komputilaj resursoj.

Historio[redakti | redakti fonton]

EDVAC, unu el la plej fruaj stokit-programaj komputiloj.

Fruaj komputiloj kiel ekzemple la ENIAC devis esti fizike restrukturitaj por plenumi diversajn taskojn, kiuj igis tiujn maŝinojn esti nomitaj "fiks-programaj komputiloj".[4] Ekde la esprimo "CPU" estas ĝenerale difinita kiel aparato por programara (komputila programo) ekzekuto, la plej fruaj aparatoj kiuj povus prave esti nomitaj CPUoj venis kun la apero de la stokit-programa komputilo.

La ideo de stokit-programa komputilo jam ĉeestis en la dezajno la ENIAC de J. Presper Eckert kaj tiu de John William Mauchly, sed estis dekomence preterlasita tiel ke ĝi povus esti finita pli baldaŭ.[5] La 30-an de junio 1945, antaŭ ol ENIAC estis farita, matematikisto John von Neumann publikigis la artikolon titolitan First Draft of a Report on the Edvac. Ĝi estis la skizo de stokit-programa komputilo kiu poste estus kompletigita en aŭgusto 1949.[6] EDVAC estis dezajnita por elfari certan nombron da instrukciaĵoj (aŭ operacioj) de diversaj tipoj. Signife, la programoj skribitaj por EDVAC estis stokotaj en altrapida komputilmemoro prefere ol precizigita per la fizika drataro de la komputilo.[7] Tio venkis severan limigon de ENIAC, kio estis la konsiderinda tempo kaj fortostreĉo postulata por reagordi la komputilon por plenumi novan taskon.[8] Kun la dezajno de von Neumann, la programo kiun funkciigis EDVAC povus esti ŝanĝita simple ŝanĝante la enhavon de la memoro. EDVAC, aliflanke, estis ne la unua stokit-programa komputilo; la Manchester Small-Scale Experimental Machine (Manĉestra Malgrandskala Eksperimenta Maŝino), malgranda prototipo de stok-programa komputilo, prizorgis sian unuan programon la 21an de junio 1948,[9] kaj la Manĉestra Marko 1a prizorgis sian unuan programon dum la nokto de 16a-17a de junio 1949.[10]

Fruaj CPUoj estis specialadaptitaj dezajnoj utiligitaj kiel parto de pli granda kaj foje karakteriza komputilo.[11] Tamen, tiu metodo de dezajnado de specialadaptitaj CPUoj por speciala aplikiĝo plejparte kolapsis je la evoluo de universalaj procesoroj produktita en grandaj kvantoj. Tiu normigado komenciĝis en la epoko de diskretaj transistoraj kaj komputilegoj kaj komputiletoj kaj rapide akcelis per la popularigado de la integra cirkvito (IC). La IC permesis ĉiam pli al kompleksaj CPUoj esti dezajnitaj kaj produktitaj al toleremoj sur la ordo de nanometroj.[12] Kaj la miniaturpentrigo kaj normigado de CPUoj pliigis la ĉeeston de ciferecaj aparatoj en moderna vivo longe preter la limigita apliko de diligentaj komputikmaŝinoj. Modernaj mikroprocesoroj aperas en elektronikaj aparatoj game de aŭtoj [13] ĝis poŝtelefonoj,[14] kaj foje eĉ en ludiloj.[15]

Dum von Neuman estas plejofte konsiderita kiel la dezajnisto de la stokit-programa komputilo pro lia dezajno de EDVAC, kaj la dezajno iĝis konata kiel la Von Neumann-arkitekturo, aliaj antaŭ li, kiel ekzemple Konrad Zuse, sugestis kaj efektivigis similajn ideojn.[16] La tielnomita Harvard-arkitekturo de la Harvard Mark I, kiu estis kompletigita antaŭ EDVAC,[17][18] ankaŭ utiligis stokit-programdezajnon uzantan trupaperbendon prefere ol elektronika memoro.[19] La grava diferenco inter la arkitekturoj de von Neumann kaj de Harvard estas ke ĉi-lasta apartigas la stokadon kaj traktadon de CPU-instrukciaĵoj kaj de datenoj, dum la unua uzas la saman memorspacon por ambaŭ.[20] La plej multaj modernaj CPUoj estas ĉefe de dezajno de von Neumann, sed CPUoj kun la Harvard-arkitekturo vidiĝas ankaŭ, precipe en integriĝintaj aplikoj; ekzemple, la Atmel AVR mikroregiloj estas Harvard-arkitekturprocesoroj.[21]

Relajsoj kaj elektrontuboj (vakutuboj) estis ofte utiligitaj kiel interŝanĝeblaj elementoj;[22][23] utila komputilo postulas milojn aŭ dekojn de miloj da interŝanĝeblaj aparatoj. La totala rapideco de sistemo estas dependa de la rapideco de la ŝaltiloj. Tubo kiun komputiloj interŝanĝeblas al EDVAC tendencas averaĝi ok horojn inter fiaskoj, dum relajs-komputiloj kun la pli malrapida, sed pli frua Harvard Mark I malsukcesis tre malofte.[2] En la fino, tub-bazitaj CPUoj iĝis dominaj ĉar la signifaj rapidecavantaĝoj havigitaj ĝenerale superpezis la fidindecproblemojn. La plej multaj el tiuj fruaj sinkronaj CPUoj funkciis ĉe malaltaj horloĝfrekvencoj komparite kun modernaj mikroelektronikaj dezajnoj. Horloĝaj signalfrekvencoj intervalantaj de 100 kHz ĝis 4 MHz estis tre oftaj ĉe tiu tempo, limigite plejparte per la rapideco de la ŝanĝeblaj aparatoj el kiuj ili estis konstruitaj.[24]

Mikroprocesoroj[redakti | redakti fonton]

Loupe.svg Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Mikroprocezilo.
Japanfabrikita mikroprocesoro HuC6260A.

Mikroprocezilomikroprocesoro (kiel internacia vorto) estas komputila procesoro kiu asimilas la funkciojn de la procesoro de komputilo (CPU) sur ununura integra cirkvito (IC),[25] aŭ maksimume kelkaj integraj cirkvitoj.[26] La mikroprocesoro estas multcela, movita pere de horloĝo, bazita sur reĝistro, programebla elektronika aparato kiu akceptas ciferecajn aŭ binarajn datenojn kiel enigaĵon, prilaboras ĝin laŭ instrukciaĵoj stokitaj en sia memorilo, kaj disponigas rezultojn kiel produktaĵo. Mikroprocesoroj enhavas kaj kombinan logikon kaj sinsekvan ciferecan logikon. Mikroprocesoroj funkciigas sur nombroj kaj simboloj reprezentitaj en la duuma sistemo. La integriĝo de tuta CPU sur ununura peceto aŭ sur kelkaj aparatoj tre reduktis la koston de pretigpotenco. Integracirkvitaj procesoroj estas produktitaj en nombregoj pere de tre aŭtomatigitaj procezoj rezultigantaj en malalta kosto por unuo. Unublataj procesoroj pliigas fidindecon ĉar ekzistas pli malmultaj elektraj ligoj kiuj malsukcesas. Ĉar mikroprocesoraj dezajnoj iĝas pli rapide, la kosto de produktado de blato (kun pli malgrandaj komponentoj konstruitaj sur duonkondukta blato de la sama grandeco) ĝenerale restas la sama.

Notoj[redakti | redakti fonton]

  1. Weik, Martin H. (1955). "A Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems". Ballistic Research Laboratory.
  2. 2,0 2,1 Weik, Martin H. (1961). "A Third Survey of Domestic Electronic Digital Computing Systems". Ballistic Research Laboratory.
  3. Kuck, David (1978). Computers and Computations, Vol 1. John Wiley & Sons, Inc. p. 12. ISBN 978-0471027164.
  4. Regan, Gerard (2008). A Brief History of Computing. p. 66. ISBN 978-1848000834. Alirita la 26an de Novembro 2014.
  5. "Bit By Bit". Haverford College. Arkivita el la originalo la 13an de Oktobro, 2012. Alirita la 1an de Aŭgusto, 2015.
  6. "First Draft of a Report on the EDVAC" (PDF). Moore School of Electrical Engineering, University of Pennsylvania. 1945.
  7. Stanford University. "The Modern History of Computing". The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Alirita la 25an de Septembro, 2015.
  8. "ENIAC's Birthday". The MIT Press. 9a de Februaro, 2016. Arkivita el la originalo la 17an de Oktobro, 2018. Aliritan la 17an de Oktobro, 2018.
  9. Enticknap, Nicholas (Summer 1998), "Computing's Golden Jubilee", Resurrection, The Computer Conservation Society (20), ISSN 0958-7403, Alirita la 26an de Junio 2019
  10. "The Manchester Mark 1". The University of Manchester. Alirita la 25an de Septembro, 2015.
  11. "The First Generation". Computer History Museum. Alirita la 29an de Septembro, 2015.
  12. "The History of the Integrated Circuit". Nobelprize.org. Alirita la 17an de Julio, 2022.
  13. Turley, Jim (11a de Aŭgusto 2003). "Motoring with microprocessors". Embedded. Alirita la 15an de Novembro, 2015.
  14. "Mobile Processor Guide – Summer 2013". Android Authority. 2013-06-25. Alirita la 15an de Novembro, 2015.
  15. "Section 250: Microprocessors and Toys: An Introduction to Computing Systems". The University of Michigan. Arkivita el la originalo la 13an de Aprilo, 2021. Alirita la 9an de Oktobro, 2018.
  16. "Konrad Zuse". Computer History Museum. Alirita la 29an de Septembro, 2015.
  17. "Timeline of Computer History: Computers". Computer History Museum. Alirita la 21an de Novembro, 2015.
  18. White, Stephen. "A Brief History of Computing - First Generation Computers". Alirita la 21an de Novembro, 2015.
  19. "Harvard University Mark - Paper Tape Punch Unit". Computer History Museum. Alirita la 21an de Novembro, 2015.
  20. "What is the difference between a von Neumann architecture and a Harvard architecture?". ARM. Alirita la 22an de Novembro, 2015.
  21. Advanced Architecture Optimizes the Atmel AVR CPU. Atmel. Arkivita el la originalo je 14a de Novembro, 2015. Alirita 22a de Novembro, 2015.
  22. "Switches, transistors and relays". BBC. Arkivita el la originalo la 5an de Decembro 2016.
  23. "Introducing the Vacuum Transistor: A Device Made of Nothing". IEEE Spectrum. 2014-06-23. Alirita la 27an de Januaro 2019.
  24. What Is Computer Performance?. The National Academies Press. 2011. doi:10.17226/12980. ISBN 978-0-309-15951-7. Alirita la 16an de Majo, 2016.
  25. Osborne, Adam (1980). An Introduction to Microcomputers. Volume 1: Basic Concepts (2nd ed.). Berkeley, California: Osborne-McGraw Hill. ISBN 0-931988-34-9.
  26. Krishna Kant Microprocessors And Microcontrollers: Architecture Programming And System Design, PHI Learning Pvt. Ltd., 2007 ISBN 81-203-3191-5, page 61, describing the iAPX 432.

Bibliografio[redakti | redakti fonton]

Eksteraj ligiloj[redakti | redakti fonton]