慶祝微處理器誕生黃金五十周年

微處理器的存在看似理所應(yīng)當(dāng)。很多不太涉足技術(shù)領(lǐng)域的人可能根本沒(méi)有意識(shí)到，微處理器早已遍布日常生活的每個(gè)角落，不只是電腦，還有無(wú)數(shù)其他每天都會(huì)使用的設(shè)備。

什么是微處理器？

微處理器將以下三大基本要素集成在單個(gè)芯片上：

中央處理器(CPU)：實(shí)際執(zhí)行運(yùn)算的引擎。

存儲(chǔ)器：用于存放運(yùn)算所需輸入和輸出數(shù)據(jù)。

輸入/輸出(I/O)功能：讓微處理器能獲得工作所需數(shù)據(jù)（輸入）并讀出工作的結(jié)果（輸出）。

純粹從解析角度來(lái)看，這樣的定義似乎有些模糊。真正讓微處理器（主要基于邏輯構(gòu)建）區(qū)別于其他邏輯芯片的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于，它們的功能是由軟件定義的。

那么，單芯片處理器是什么時(shí)候誕生的？最早商用的處理器是英特爾4004，于1971年上市，距今正好50年。

持續(xù)進(jìn)化

和最初誕生時(shí)相比，如今的微處理器已經(jīng)有了翻天覆地的變化。隨著單芯片晶體管數(shù)量的提升，微處理器的架構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜。盡管“最佳”架構(gòu)始終取決于微處理器的使用場(chǎng)景，我們還是可以總結(jié)出微處理器進(jìn)化的四大路徑。

“位寬”提升

這里的“位”是指最小數(shù)據(jù)塊的尺寸。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)塊越大，在給定時(shí)間內(nèi)可以完成的工作就越多。從最早的4位開(kāi)始，位寬已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)8位、16位、32位和64位。除特殊專用處理器可能有更高位寬以外， 64位已經(jīng)成為當(dāng)今通用的高性能數(shù)據(jù)傳輸位寬。

“管線”長(zhǎng)度

為了讓處理器以更快的速度工作，人們想到的一個(gè)主要辦法就是將一個(gè)運(yùn)算任務(wù)分為多個(gè)子任務(wù)。這個(gè)方法的原理在于，子任務(wù)越小，這部分的工作就能越快完成，這意味著整個(gè)運(yùn)算將更快得出結(jié)果。

特殊加速功能

舉例來(lái)說(shuō)，以前需要電腦程序進(jìn)行一項(xiàng)運(yùn)算，除非實(shí)際運(yùn)行了該程序，否則我們無(wú)法知道這個(gè)運(yùn)算的結(jié)果。然而，如今更先進(jìn)的處理器可以預(yù)測(cè)運(yùn)算的結(jié)果，提前做好準(zhǔn)備并加快處理速度。

“多核”計(jì)算

超過(guò)1個(gè)CPU，即“多核”計(jì)算。這背后的原理很簡(jiǎn)單：一個(gè)CPU 可以在一定時(shí)間內(nèi)完成一項(xiàng)工作，同時(shí)投入更多的CPU就能更快地完成同一項(xiàng)工作。盡管道理很明顯，但要真正實(shí)現(xiàn)它還是會(huì)遇到問(wèn)題，因?yàn)樵趫?zhí)行某些任務(wù)時(shí)多個(gè)CPU可能很難形成“合力”。盡管如此，今天主流的微處理器通常都包含不止一個(gè) CPU。

新設(shè)備、新任務(wù)與新重點(diǎn)

當(dāng)然，只追求速度的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。特別是對(duì)于電池供電的設(shè)備，我們還需要關(guān)注功率，而對(duì)于智能手表這種空間受限的設(shè)備，我們則需要關(guān)注體積。另外還有已廣泛用于大量設(shè)備的微控制器，它們需要更多存儲(chǔ)和專業(yè)化的輔助電路，因此更需要同時(shí)兼顧速度、功率和體積。

總而言之，現(xiàn)在我們使用的幾乎所有電子設(shè)備都包含微處理器。盡管其形態(tài)各異，但它們都始于50年前。

讓我們祝微處理器“黃金50周年紀(jì)念日快樂(lè)” ！