APSTRĀDES IERĪCES: EVOLŪCIJA, VEIDI, PIEMĒRI - TEHNOLOĢIJAS - 2025

Apstrādes ierīces datoram ir vienības, kas spēlē nozīmīgu lomu apstrādes operācijas datora. Tos izmanto datu apstrādei, ievērojot programmas norādījumus.

Apstrāde ir vissvarīgākā datora funkcija, jo šajā fāzē tiek veikta datu pārveidošana noderīgā informācijā, izmantojot daudzas datoru apstrādes ierīces.

Avots: pixabay.com

Apstrādes ierīču galvenā funkcija ir atbildība par daiļrunīgas informācijas iegūšanu no datiem, kas tiek pārveidoti ar vairāku šo ierīču palīdzību.

Audio un video apstrāde sastāv no datu tīrīšanas tā, lai tas ausīm un acīm būtu patīkamāk, padarot tos reālistiskākus.

Tāpēc dažām videokartēm to var redzēt labāk nekā citiem, jo ​​videokarte apstrādā datus, lai uzlabotu reālismu. Tas pats notiek ar skaņas kartēm un audio kvalitāti.

Procesors

Kad informācija no ievades ierīces, piemēram, tastatūras, nonāk datorā, šai informācijai jānoiet starpposms, pirms to var izmantot izvades ierīcei, piemēram, monitoram.

Apstrādes ierīce ir jebkura ierīce vai instruments datorā, kas atbild par šī starpposma ceļa pārvaldību. Viņi darbojas funkcijas, veic dažādus aprēķinus un kontrolē arī citas aparatūras ierīces.

Apstrādes ierīces konvertē dažādu veidu datus, kā arī manipulē un veic uzdevumus ar datiem.

Parasti termins CPU atbilst procesoram, precīzāk, tā aprēķināšanas vienībai un vadības blokam, tādējādi nošķirot šos elementus no datora ārējiem komponentiem, piemēram, galveno atmiņu un ieejas / izejas shēmām.

Procesors strādā ciešā sadarbībā ar galveno atmiņu un perifērijas datu glabāšanas ierīcēm.

Var būt arī citas sistēmas un perifērijas ierīces, kas strādā, lai palīdzētu vākt, glabāt un izplatīt datus, taču apstrādes uzdevumi ir raksturīgi tikai procesoram.

Attīstība no pirmā līdz mūsdienai

Sākuma posms

Agrīnajiem datoriem, piemēram, ENIAC, bija jābūt fiziski vadiem katru reizi, kad tika veikts cits uzdevums.

1945. gadā matemātiķis fon Neimans izplatīja uzglabātās programmas datora skici ar nosaukumu EDVAC, kas beidzot tiks pabeigta 1949. gadā.

Pirmās ierīces, kuras pareizi varēja saukt par CPU, nāca līdz ar šī datora ienākšanu ar saglabātu programmu.

EDVAC izveidotās programmas tika saglabātas datora galvenajā atmiņā, nevis bija jāizveido caur datora vadu.

Tāpēc programmu, kuru darbināja EDVAC, varēja apmainīt, vienkārši mainot atmiņas saturu.

Pirmie CPU bija unikāli dizaini, kas tika izmantoti noteiktā datorā. Pēc tam šī CPU individuāla projektēšanas metode konkrētai lietojumprogrammai ļāva daudzuzdevumu procesorus attīstīt daudzos.

Releji un vakuuma caurules

Tos parasti izmantoja kā komutācijas ierīces. Datoram vajadzēja tūkstošiem šo ierīču. Cauruļu datori, piemēram, EDVAC, avarēja vidēji ik pēc astoņām stundām.

Galu galā caurulē balstīti CPU kļuva neaizstājami, jo ievērojamā ātruma priekšrocības atsvēra to uzticamības problēmu.

Šie agrīnie sinhronie CPU darbojās ar mazu pulksteņa ātrumu, salīdzinot ar pašreizējiem mikroelektroniskajiem dizainparaugiem, lielā mērā pateicoties to ražošanā izmantoto komutācijas elementu lēnajam ātrumam.

Tranzistori

Piecdesmitajos un sešdesmitajos gados CPU vairs nevajadzēja būvēt, pamatojoties uz lielām un neveiksmīgām, kā arī trauslām komutācijas ierīcēm, piemēram, relejiem un vakuuma caurulēm.

Tā kā dažādas tehnoloģijas ļāva izgatavot mazākas, uzticamākas elektroniskās ierīces, palielinājās arī CPU dizaina sarežģītība. Pirmais šāda veida uzlabojums tika panākts līdz ar tranzistora parādīšanos.

Ar šo avansu bija iespējams padarīt sarežģītākus CPU, kas vienā vai vairākās shēmas shēmās sabojājās daudz mazāk. Datori, kuru pamatā bija tranzistori, piedāvāja vairākus uzlabojumus salīdzinājumā ar iepriekšējiem.

Papildus tam, ka tika piedāvāts mazāks enerģijas patēriņš un tas bija daudz uzticamāks, tranzistori ļāva procesoriem strādāt ātrāk, pateicoties mazajam pārslēgšanās laikam, ko tranzistors bija salīdzinājis ar vakuuma cauruli.

Integrētās shēmas

MOS tranzistoru izgudroja Bell Labs 1959. gadā. Tam ir augsta mērogojamība, kā arī tas patērē daudz mazāk elektrības un ir daudz kondensēts nekā bipolāri krustojuma tranzistori. Tas ļāva izveidot augsta blīvuma integrētās shēmas.

Tādējādi tika izstrādāta metode daudzu savstarpēji savienotu tranzistoru ražošanai kompaktā vietā. Integrētā shēma ļāva izgatavot lielu skaitu tranzistoru vienā veidnē vai "mikroshēmā", kuras pamatā ir pusvadītāji.

Standartizācija sākās tranzistoru makrodatoru un minidatoru stadijā un dramatiski paātrinājās, plaši izplatot integrēto shēmu, ļaujot projektēt un ražot arvien sarežģītākus CPU.

Tā kā mikroelektroniskā tehnoloģija attīstījās, vairāk tranzistoru varēja ievietot integrētajās shēmās, tādējādi samazinot CPU pabeigšanai nepieciešamo integrālo shēmu skaitu.

Integrētās shēmas palielināja tranzistoru skaitu līdz simtiem un vēlāk līdz tūkstošiem. Līdz 1968. gadam pilnīga centrālā procesora izveidošanai nepieciešamo integrālo shēmu skaits bija samazināts līdz 24, katrā no tām bija apmēram 1000 MOS tranzistoru.

Mikroprocesors

Pirms mūsdienu mikroprocesora parādīšanās datori izmantoja vairākas arvien mazākas integrētās shēmas, kas bija izkaisītas pa visu shēmu.

Mūsdienās zināmo centrālo procesoru pirmo reizi 1971. gadā izstrādāja Intel, lai darbotos personālo datoru ietvaros.

Šis pirmais mikroprocesors bija 4 bitu procesors ar nosaukumu Intel 4004. To vēlāk nomainīja jaunāki dizaini ar 8 bitu, 16 bitu, 32 bitu un 64 bitu arhitektūru.

Mikroprocesors ir integrēta shēma, kas izgatavota no silīcija pusvadītāju materiāla, un tās telpā atrodas miljoniem elektrisko komponentu.

Galu galā tas kļuva par centrālo procesoru 1980. gadu un vēlāko gadu desmitu ceturtās paaudzes datoriem.

Mūsdienu mikroprocesori parādās elektroniskās ierīcēs, sākot no automašīnām līdz mobilajiem telefoniem un pat rotaļlietām.

Veidi

Iepriekš datoru procesori kā identifikāciju izmantoja numurus, tādējādi palīdzot identificēt ātrākos procesorus. Piemēram, Intel 80386 (386) procesors bija ātrāks nekā 80286 (286) procesors.

Pēc tam, kad tirgū ienāca Intel Pentium procesors, kuru loģiski vajadzēja saukt par 80586, citi procesori sāka nest tādus nosaukumus kā Celeron un Athlon.

Pašlaik, izņemot dažādus procesoru nosaukumus, ir dažādas jaudas, ātrumi un arhitektūras (32 bitu un 64 bitu).

Daudzkodolu apstrādes ierīces

Neskatoties uz pieaugošajiem mikroshēmas lieluma ierobežojumiem, vēlme ražot vairāk enerģijas no jaunajiem procesoriem turpina motivēt ražotājus.

Viens no šiem jauninājumiem bija daudzkodolu procesora ieviešana - viena mikroprocesora mikroshēma, kurai bija daudzkodolu procesors. 2005. gadā Intel un AMD izlaida mikroshēmas ar daudzkodolu dizainu.

Intel Pentium D bija divkodolu procesors, kas tika salīdzināts ar AMD divkāršo procesoru Athlon X2 - mikroshēmu, kas paredzēta augstākās klases serveriem.

Tomēr tas bija tikai sākums mikroprocesoru mikroshēmu revolucionārajām tendencēm. Turpmākajos gados daudzkodolu procesori attīstījās no divkodolu mikroshēmām, piemēram, Intel Core 2 Duo, uz desmit kodolu mikroshēmām, piemēram, Intel Xion E7-2850.

Kopumā daudzkodolu procesori piedāvā vairāk nekā viena kodola procesora pamatus un spēj veikt daudzuzdevumu veikšanu un vairāku procesu apstrādi pat atsevišķās lietojumprogrammās.

Mobilās apstrādes ierīces

Kaut arī tradicionālie mikroprocesori gan personālajos datoros, gan superdatoros ir piedzīvojuši ievērojamu attīstību, mobilo skaitļošanas nozare strauji paplašinās un saskaras ar saviem izaicinājumiem.

Mikroprocesoru ražotāji integrē visa veida funkcijas, lai uzlabotu individuālo pieredzi.

Kompromiss starp ātrāku ātrumu un siltuma pārvaldību joprojām rada galvassāpes, nemaz nerunājot par šo ātrāko procesoru ietekmi uz mobilajām baterijām.

Grafikas apstrādes vienība (GPU)

Grafikas procesors arī matemātiskus aprēķinus veic tikai šoreiz, dodot priekšroku attēliem, video un citiem grafikas veidiem.

Šos uzdevumus iepriekš veica mikroprocesors, bet, tā kā grafiskās intensīvās CAD lietojumprogrammas kļuva izplatītas, radās vajadzība pēc speciālas apstrādes aparatūras, kas būtu spējīga rīkoties ar šādiem uzdevumiem, neietekmējot datora vispārējo veiktspēju.

Parasti GPU ir trīs dažādās formās. Parasti tas ir savienots atsevišķi ar mātesplati. Tas ir integrēts ar centrālo procesoru vai nāk kā atsevišķa mikroshēma mātesplatē. GPU ir pieejams galddatoriem, klēpjdatoriem un arī mobilajiem datoriem.

Intel un Nvidia ir vadošās grafikas mikroshēmojumi tirgū, pēdējais ir vēlamais grafikas apstrādes process.

Piemēri

- Centrālais procesora bloks (CPU)

Vissvarīgākā apstrādes ierīce datorsistēmā. To sauc arī par mikroprocesoru.

Tā ir datora iekšējā mikroshēma, kas apstrādā visas operācijas, kuras tā saņem no ierīcēm un lietojumprogrammām, kuras darbojas datorā.

Intel 8080

Ieviests 1974. gadā, tam bija 8 bitu arhitektūra, 6000 tranzistori, 2MHz ātrums, piekļuve 64K atmiņai un 10 reizes lielāka par 8008 veiktspēju.

Intel 8086

Ieviests 1978. gadā. Tajā izmantota 16 bitu arhitektūra. Tam bija 29 000 tranzistoru, kas darbojas ar ātrumu no 5MHz līdz 10MHz. Tam varētu piekļūt 1 megabaitu atmiņas.

Intel 80286

Tas tika palaists 1982. gadā. Tam bija 134 000 tranzistoru, kas darbojās ar ātrumu no 4MHz līdz 12MHz. Pirmais procesors, kas savietojams ar iepriekšējiem procesoriem.

Pentium

Tos ieviesa Intel 1993. gadā. Tos var izmantot ar ātrumu no 60MHz līdz 300MHz. Kad tas tika izlaists, tam bija gandrīz par diviem miljoniem vairāk tranzistoru nekā 80486DX procesoram ar 64 bitu datu kopni.

Core Duo

Intel pirmais divkodolu procesors, kas izstrādāts mobilajiem datoriem, tika ieviests 2006. gadā. Tas bija arī pirmais Intel procesors, ko izmanto Apple datoros.

Intel kodols i7

Tā ir CPU sērija, kas aptver 8 Intel mikroshēmu paaudzes. Tam ir 4 vai 6 serdeņi ar ātrumu no 2,6 līdz 3,7 GHz. Tas tika ieviests 2008. gadā.

- Mātesplate

Apzīmēta arī mātesplate. Tas ir lielākais dēlis datora iekšpusē. Tajā atrodas centrālais procesors, atmiņa, kopnes un visi pārējie elementi.

Tas sadala jaudu un nodrošina komunikācijas formu visiem aparatūras elementiem, lai sazinātos viens ar otru.

- Čips

Integrēto shēmu grupa, kas darbojas kopā, uzturot un kontrolējot visu datorsistēmu. Tādējādi tas pārvalda datu plūsmu visā sistēmā.

- pulkstenis

To izmanto, lai neatpaliktu no visiem datora aprēķiniem. Tas pastiprina to, ka visas datora ķēdes var strādāt vienlaikus.

- paplašināšanas slots

Ligzda, kas atrodas uz mātesplates. To izmanto, lai savienotu paplašināšanas karti, tādējādi nodrošinot datoram papildu funkcijas, piemēram, video, audio, atmiņas utt.

- datu kopne

Kabeļu komplekts, ko centrālais procesors izmanto, lai pārsūtītu informāciju starp visiem datorsistēmas elementiem.

- adrešu autobuss

Vadītspējīgu kabeļu komplekts, kam ir tikai adreses. Informācija plūst no mikroprocesora uz atmiņu vai uz ievades / izvades ierīcēm.

- vadības kopne

Tas nes signālus, kas informē dažādu ierīču stāvokli. Parasti vadības kopnei ir tikai viena adrese.

- grafiskā karte

Paplašināšanas karte, kas nonāk datora mātesplatē. Tas nodarbojas ar attēlu un video apstrādi. To izmanto, lai izveidotu attēlu uz ekrāna.

- Grafikas apstrādes bloks (GPU)

Elektroniska shēma, kas paredzēta atmiņas pārvaldībai, lai paātrinātu tādu attēlu izveidi, kurus paredzēts pārraidīt displeja ierīcē.

Atšķirība starp GPU un grafisko karti ir līdzīga atšķirībai starp CPU un mātesplati.

- Tīkla interfeisa karte (NIC)

Paplašināšanas karte, ko izmanto, lai izveidotu savienojumu ar jebkuru tīklu vai pat internetu, izmantojot kabeli ar RJ-45 savienotāju.

Šīs kartes var sazināties viena ar otru, izmantojot tīkla slēdzi, vai arī, ja tās ir tieši savienotas.

- Bezvadu karte

Gandrīz visiem mūsdienu datoriem ir saskarne savienojumam ar bezvadu tīklu (Wi-Fi), kas ir iebūvēts tieši mātesplatē.

- Skaņas karte

Paplašināšanas karte, ko izmanto jebkura veida audio atskaņošanai datorā un ko var dzirdēt caur skaļruņiem.

Iekļauts datorā vai nu paplašināšanas slotā, vai integrēts mātesplatē.

- Lielapjoma kontrolieris

Tas apstrādā datu saglabāšanu un izguvi, kas pastāvīgi tiek glabāti cietajā diskā vai līdzīgā ierīcē. Šīm operācijām ir savs specializētais centrālais procesors.

Atsauces

1. Datoru cerība (2018). Apstrādes ierīce. Paņemts no: computerhope.com.
2. Am7s (2019. gads). Kas ir datoru apstrādes ierīces? Paņemts no: am7s.com.
3. Zālamans (2018). Datoru aparatūras veidi - apstrādes ierīces. Zig Link IT. Paņemts no: ziglinkit.com.
4. Rumbas lapas (2019). Datu apstrādes ierīces. Iegūts no: hubpages.com.
5. Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2019). Centrālā procesora bloks. Iegūts no: en.wikipedia.org.
6. Datoru cerība (2019). PROCESORS. Paņemts no: computerhope.com.
7. Margareta Rūsa (2019. gads) .Procesors (CPU). Tehniskais mērķis. Paņemts no: whatis.techtarget.com.