Кто придумал процессор компьютера

История создания процессоров

Процессоры на персональные компьютеры получились свое распространение в семидесятых годах прошлого столетия. Они выпускались большим количеством производителей. Практически каждой компании в то время, как собственно говоря и сейчас, хотелось использовать для их производства только самые новые технологии. Однако не у всех компаний получилось получить свое развитие настолько же сильно, как у Intel и AMD. Одни производители полностью пропали с рынка, другие же перешли в другую сферу деятельности. Однако следует рассказать обо всем поэтапно.

Впервые мир услышал о процессорах в пятидесятых годах прошлого столетия. Они функционировали на механическом реле. Впоследствии стали появляться модели, которые работали при помощи электронных ламп и транзисторов. В те времена компьютерные устройства, на которые они устанавливались, были похожи на сложное и очень крупногабаритное оборудование. Их стоимость была очень высокой.

Все компоненты процессоров отвечали за процесс вычисления. Нужно было разобраться с тем, каким образом, их можно было соединить в единую микросхему. Данная задумка воплотилась в жизнь практически сразу после появления схем полупроводникового типа. В те времена разработчики процессоров даже предположить не могли, что данные схемы окажутся полезными в их деле. Именно по этой причине еще несколько лет они разрабатывали процессоры на нескольких микросхемах.

В конце шестидесятых годов компания Busicom начала разработку своего нового настольного калькулятора. Ей потребовалось 12 микросхем и она заказала их у компании Intel. В то время у разработчиков данной компании появились идеи соединения нескольких микросхем в одно целое. Данная идея пришлась по душе руководителю фирмы. Ее преимущество заключалось в том, что при этом была возможность значительно сэкономить. Ведь не нужно было производить сразу несколько микросхем. Кроме того благодаря расположению элементов процессора на одной микросхеме можно было создать устройство, которое подходило бы для использования на самых разных видах оборудования, применяемых для совершения вычислительных процессов.

В итоге проведенной специалистами корпорации работы появился первый в мире микропроцессор под названием Intel 4004. У него была способность совершать сразу шесть десятков тысяч операций всего за одну секунду. Он даже обрабатывал двоичные числа. Однако данный вид процессора не было возможности использовать для компьютеров, потому что для него еще не было создано таких устройств.

процессор Intel 4004

Процессор — что это

Во всех устройствах разные процессоры, но если рассматривать компьютерный, т о в изуальн о п роцессор — это небольшой квадрат плоской формы со стороной около 5 см. С внутренней части процессора располага е тся множество коннекторов, при помощи которых он прикрепляется к материнской плате. От мощности CPU будет зависеть скорость обрабатывания инструкций и производительность других компонентов компьютера. К примеру, купив мощную видеокарту на свой компьютер, вы так и не увидите всю ее мощь из-за того , что у вашего компьютера слабый процессор.

Назначение процессора в компьютере

получение данных и з оперативной памяти и выполнение с ними нужных операций;
формирование сигналов и команд для управления внутренними компонентами или внешними устройствами, подключенными к компьютеру;
временное хранение в собственной памяти информации по проделанным операциям или отданным командам;
обработка запросов от внешних устройств или внутренних компонентов компьютера;
и др.

Из чего состоит процессор

Ядро процессора. Именно на него ложится основная масса всей функциональности процессора. Я дро занимается расшифровкой, чтением, выполнением и отправкой инструкции другим компонентам или, наоборот, от других компонентов. Ядро единовременно может исполнять только одну инструкцию, хоть и за сотые доли секунды. Поэтому если процессор компьютера состоит из одного ядра, то все команды компьютер будет выполнять последовательно и в порядке очереди. Сейчас редко когда встретишь одноядерные компьютеры, потому что они тяжело справляются с командами современного пользователя. Но вот процессор с 2, 3, 4 и более яд рами — это не редкость.
Устройство для запоминания. У каждого процессора есть собственная небольшая память, которая ему нужна для работы. Память в процессоре состоит из двух частей: одна часть нужна для «запоминания» текущих операций, а другая часть памяти — это к э ш, в котором хранятся часто выполняемые инструкции. Обращаться в собственный к э ш будет быстрее, чем обращаться к оперативной памяти компьютера, поэтому объем к э ш-памяти имеет влияние на скорость и работоспособность процессора.
Шины — это пути , по которым передаются команды внутри процессора.

Чем характеризуется процессор

Тактовая частота — это количество выполненных операций в единицу времени. Чем выше эта частотность, тем быстрее процессор «думает». Частота исчисляется в мегагерца х ( МГц) или гигагерца х ( ГГц).
Разрядность — это объем информации, который процессор может передать за один цикл ; измеряется в битах. Все мы слышали про 32-х и 64-х битные компьютеры — это оно самое.

Виды и производители процессоров

На самом деле , процессоров большое разнообразие, при то м ч то производителей процессоров можно посчитать на пальцах одной руки. Процессоры делают разными для разных устройств. Но даже если брать во внимание только одно устройство — компьютер, то и тут на с ждет большое многообразие от одноядерных процессоров «послабее» для офисной работы и до многоядерных процессоров, предназначенных для сложных научных расчетов.

Среди производителей процессоров для компьютеров и ноутбуков наиболее известны 2 производителя — это Intel и AMD. Основное отличие между процессорами этих компаний — это не количество ядер или производительность, а уникальная архитектура. То ест ь э ти компании разрабатывают процессоры по разным принципам, поэтому у процессоров обоих производителей есть свои плюсы и минусы, которые мы не будем сейчас обсуждать, потому что это тема отдельной статьи.

Для смартфонов и планшетов наиболее известными производителями процессоров являются NVIDIA, Qualcomm и Apple.

Логика микропроцессора

Чтобы понять, как работает микропроцессор, следует изучить логику, на которой он основан, а также познакомиться с языком ассемблера. Это родной язык микропроцессора.

Микропроцессор способен выполнять определенный набор машинных инструкций (команд). Оперируя этими командами, процессор выполняет три основные задачи:

C помощью своего арифметико-логического устройства, процессор выполняет математические действия: сложение, вычитание, умножение и деление. Современные микропроцессоры полностью поддерживают операции с плавающей точкой (с помощью специального арифметического процессора операций с плавающей точкой)
Микропроцессор способен перемещать данные из одного типа памяти в другой
Микропроцессор обладает способностью принимать решение и, на основании принятого им решения, «перепрыгивать», то есть переключаться на выполнение нового набора команд

Address bus (адресную шину). Ширина этой шины может составлять 8, 16 или 32 бита. Она занимается отправкой адреса в память
Data bus (шину данных): шириной 8, 16, 32 или 64 бита. Эта шина может отправлять данные в память или принимать их из памяти. Когда говорят о «битности» процессора, речь идет о ширине шины данных
Каналы RD (read, чтения) и WR (write, записи), обеспечивающие взаимодействие с памятью
Clock line (шина синхронизирующих импульсов), обеспечивающая такты процессора
Reset line (шина стирания, шина сброса), обнуляющая значение счетчика команд и перезапускающая выполнение инструкций

Поскольку информация достаточно сложна, будем исходить из того, что ширина обеих шин — и адресной и шины данных — составляет всего 8 бит. И кратко рассмотрим компоненты этого сравнительно простого микропроцессора:

Регистры A, B и C являются логическими микросхемами, используемыми для промежуточного хранения данных
Address latch (защелка адреса) подобна регистрам A, B и C
Счетчик команд является логической микросхемой (защелкой), способной приращивать значение на единицу за один шаг (если им получена соответствующая команда) и обнулять значение (при условии получения соответствующей команды)
ALU (арифметико-логическое устройство) может осуществлять между 8-битными числами действия сложения, вычитания, умножения и деления или выступать в роли обычного сумматора
Test register (тестовый регистр) является специальной защелкой, которая хранит результаты операций сравнения, производимых АЛУ. Обычно АЛУ сравнивает два числа и определяет, равны ли они или одно из них больше другого. Тестовый регистр способен также хранить бит переноса последнего действия сумматора. Он хранит эти значения в триггерной схеме. В дальнейшем эти значения могут использоваться дешифратором команд для принятия решений
Шесть блоков на диаграмме отмечены, как «3-State». Это буферы сортировки. Множество источников вывода могут быть соединены с проводом, но буфер сортировки позволяет только одному из них (в один момент времени) передавать значение: «0» или «1». Таким образом буфер сортировки умеет пропускать значения или перекрывать источнику вывода возможность передавать данные
Регистр команд (instruction register) и дешифратор команд (instruction decoder) держат все вышеперечисленные компоненты под контролем

На данной диаграмме не отображены линии управления дешифратора команд, которые можно выразить в виде следующих «приказов»:

«Регистру A принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Регистру B принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Регистру C принять значение, поступающее в настоящий момент от арифметико-логического устройства»
«Регистру счетчика команд принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Адресному регистру принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Регистру команд принять значение, поступающее в настоящий момент от шины данных»
«Счетчику команд увеличить значение на единицу»
«Счетчику команд обнулиться»
«Активировать один из из шести буферов сортировки» (шесть отдельных линий управления)
«Сообщить арифметико-логическому устройству, какую операцию ему выполнять»
«Тестовому регистру принять тестовые биты из АЛУ»
«Активировать RD (канал чтения)»
«Активировать WR (канал записи)»

В дешифратор команд поступают биты данных из тестового регистра, канала синхронизации, а также из регистра команд. Если максимально упростить описание задач дешифратора инструкций, то можно сказать, что именно этот модуль «подсказывает» процессору, что необходимо сделать в данный момент.

Функции CPU

Какие функции выполняет центральный процессор CPU? Главная функция ― управление всеми операциями компьютера: от простейших сложений чисел на калькуляторе до запуска компьютерных игр. Если рассматривать основные функции центрального процессора подробнее, CPU:

получает данные из оперативной памяти, выполняет с ними арифметические и логические операции, передаёт их на внешние устройства,
формирует сигналы, необходимые для работы внутренних узлов и внешних устройств,
временно хранит результаты выполненных операций, переданных сигналов и других данных,
принимает запросы от внешних устройств и обрабатывает их.

Выбор процессора

Теперь, когда мы узнали все основы и четко понимаем, что такое тактовая частота и техпроцесс или почему количество ядер не стоит путать с количеством потоков, нам осталось выбрать подходящий центральный процессора для нашего компьютера.

К сожалению, здесь тоже всё не так просто.

Вот небольшой пример — если Intel Core i3-8100 будет идеальным решением для офиса (работа в Microsoft Office, 1С, почтовыми программами и т. д.), то он едва ли сможет обеспечить стабильный FPS в современных и требовательных играх.

Как не запутаться в таком обилии и разнообразии различных центральных процессоров и выбрать подходящий процессор именно вам? В этом сложном вопросе вам поможет наша статья «Как выбрать процессор для компьютера? Какой процессор лучше: AMD или Intel?», в которой мы постарались доходчиво разобрать все основные моменты, связанные с выбором центрального процессора.