1.1 CPU

1.1.1 CPU概述

計(jì)算機(jī)的誕生并不是一蹴而就的，從1642年帕斯卡設(shè)計(jì)了第一臺(tái)機(jī)械計(jì)算機(jī)，到現(xiàn)在已經(jīng)有三百多年，在這三百多年中，無數(shù)顆“最強(qiáng)大腦”用他們智慧的火花，凝聚成了這個(gè)璀璨的星河，讓人類的文明有了跨時(shí)代的騰飛。

作為計(jì)算機(jī)最重要的組成部件，CPU（中央處理器）是由VLS（I 超大規(guī)模集成電路）組成，這些電路又由一個(gè)個(gè)晶體管組合而成。1971 年，Intel（英特爾）推出了世界上第一款微處理器4004，它是一個(gè)包含了2300個(gè)晶體管的4位CPU，但功能相當(dāng)有限，且速度很慢。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，CPU從8088、80286、80386、80486、奔騰系列、酷睿系列，到今天的i5、i7、i9系列；位數(shù)從4位、8位、16位、32位，發(fā)展到今天的64位；主頻從幾兆赫茲到今天的4吉赫茲以上；其集成的晶體管數(shù)從2萬個(gè)到現(xiàn)在的幾十億個(gè)以上。

在介紹CPU之前，首先介紹對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)明做出重要貢獻(xiàn)的幾位科學(xué)家。

1．查爾斯·巴貝奇

查爾斯·巴貝奇被稱為機(jī)械計(jì)算機(jī)之父，如圖1-1所示，他造出了第一臺(tái)差分機(jī)，且其運(yùn)算精度達(dá)到了6位小數(shù)，如圖1-2所示，后來他又設(shè)計(jì)了20位精度的差分機(jī)。

1985—1991年，倫敦科學(xué)博物館為了紀(jì)念查爾斯·巴貝奇200周年誕辰，根據(jù)其1849年的設(shè)計(jì)，用19世紀(jì)的技術(shù)成功造出了差分機(jī)2號(hào)。第一位被大家公認(rèn)的程序員Ada正是和查爾斯·巴貝奇一起工作時(shí)提出了程序循環(huán)分支等大眾已習(xí)以為常的程序化思想。

2．圖靈

圖靈被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父，人工智能之父，如圖1-3所示。

1931年圖靈進(jìn)入劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院，畢業(yè)后到美國(guó)普林斯頓大學(xué)攻讀博士學(xué)位，圖靈對(duì)人工智能的發(fā)展有諸多貢獻(xiàn)，提出了一種用于判定機(jī)器是否具有智能的試驗(yàn)方法，即圖靈試驗(yàn)。

圖靈服務(wù)的機(jī)構(gòu)于1943年成功研制了CO-LOSSUS （巨人）機(jī)，這臺(tái)機(jī)器的設(shè)計(jì)采用了圖靈提出的某些概念。它使用了超過1500個(gè)電子管，采用了電子管雙穩(wěn)態(tài)線路，利用穿孔紙帶輸入方式和光電管閱讀器，執(zhí)行計(jì)數(shù)、二進(jìn)制算術(shù)及布爾代數(shù)邏輯運(yùn)算。

3．馮·諾依曼

馮·諾依曼是20世紀(jì)最重要的數(shù)學(xué)家之一，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論等諸多領(lǐng)域有杰出建樹，如圖1-4所示。他提出了馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)，這是一種將指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，大大增加了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率。