Prozessor (Computing) -Processor (computing)
In der Informatik ist ein Prozessor oder eine Verarbeitungseinheit eine elektrische Komponente ( digitale Schaltung ), die Operationen an einer externen Datenquelle ausführt, normalerweise einem Speicher oder einem anderen Datenstrom. Es nimmt typischerweise die Form eines Mikroprozessors an, der auf einem einzigen integrierten Metall-Oxid-Halbleiter- Schaltungschip implementiert werden kann . In der Vergangenheit wurden Prozessoren unter Verwendung mehrerer einzelner Vakuumröhren , mehrerer einzelner Transistoren oder mehrerer integrierter Schaltkreise aufgebaut. Heutzutage verwenden Prozessoren eingebaute Transistoren.
Der Begriff wird häufig verwendet, um sich auf die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) in einem System zu beziehen. Es kann sich jedoch auch auf andere Coprozessoren beziehen , wie z. B. eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU).
Herkömmliche Prozessoren basieren typischerweise auf Silizium; Forscher haben jedoch experimentelle Prozessoren entwickelt, die auf alternativen Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren , Graphen und Legierungen aus Elementen der Gruppen drei und fünf des Periodensystems basieren . Transistoren, die aus einer einzelnen Schicht aus Siliziumatomen mit einer Höhe von einem Atom bestehen, und andere 2D-Materialien wurden für den Einsatz in Prozessoren erforscht. Quantenprozessoren wurden geschaffen; Sie verwenden Quantenüberlagerung , um Bits ( Qubits genannt ) darzustellen, anstatt nur einen Ein- oder Aus-Zustand.
Moores Gesetz
Das Mooresche Gesetz , benannt nach Gordon Moore , ist die Beobachtung und Hochrechnung über den historischen Trend, dass sich die Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen und damit der Prozessoren im weiteren Sinne alle zwei Jahre verdoppelt. Der Fortschritt der Prozessoren folgt genau dem Gesetz von Moore.
Typen
Zentraleinheiten (CPUs) sind die primären Prozessoren in den meisten Computern. Sie sind so konzipiert, dass sie eine Vielzahl allgemeiner Rechenaufgaben bewältigen können und nicht nur einige wenige domänenspezifische Aufgaben. Wenn sie auf der von Neumann-Architektur basieren , enthalten sie mindestens eine Steuereinheit (CU), eine Arithmetik-Logik-Einheit (ALU) und Prozessorregister . In der Praxis sind CPUs in Personalcomputern normalerweise auch über das Motherboard mit einer Hauptspeicherbank , einer Festplatte oder einem anderen permanenten Speicher und Peripheriegeräten wie einer Tastatur und einer Maus verbunden .
Grafikprozessoren (GPUs) sind in vielen Computern vorhanden und darauf ausgelegt, Computergrafikoperationen , einschließlich linearer Algebra , effizient auszuführen . Sie sind hochgradig parallel, und CPUs leisten normalerweise eine bessere Leistung bei Aufgaben, die eine serielle Verarbeitung erfordern. Obwohl GPUs ursprünglich für den Einsatz in Grafiken gedacht waren, haben sich ihre Anwendungsdomänen im Laufe der Zeit erweitert und sie sind zu einer wichtigen Hardware für maschinelles Lernen geworden .
Es gibt verschiedene Arten von Prozessoren, die auf maschinelles Lernen spezialisiert sind. Diese fallen unter die Kategorie der KI-Beschleuniger (auch bekannt als neurale Verarbeitungseinheiten oder NPUs) und umfassen Bildverarbeitungseinheiten (VPUs) und die Tensor Processing Unit (TPU) von Google .
Soundchips und Soundkarten werden zur Erzeugung und Verarbeitung von Audio verwendet. Digitale Signalprozessoren (DSPs) dienen der Verarbeitung digitaler Signale. Bildsignalprozessoren sind speziell auf die Verarbeitung von Bildern spezialisierte DSPs.
Physics Processing Units (PPUs) werden gebaut, um physikbezogene Berechnungen effizient durchzuführen, insbesondere in Videospielen.
Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) sind spezialisierte Schaltungen, die für verschiedene Zwecke neu konfiguriert werden können, anstatt während der Herstellung an eine bestimmte Anwendungsdomäne gebunden zu sein.
Das synergistische Verarbeitungselement oder die Einheit (SPE oder SPU) ist eine Komponente im Mikroprozessor der Zelle .
Es wurden Prozessoren entwickelt, die auf unterschiedlicher Schaltungstechnologie basieren. Ein Beispiel sind Quantenprozessoren , die Quantenphysik verwenden, um Algorithmen zu ermöglichen, die auf klassischen Computern (die herkömmliche Schaltungen verwenden) unmöglich sind. Ein weiteres Beispiel sind photonische Prozessoren, die anstelle halbleitender Elektronik Licht für Berechnungen verwenden. Die Verarbeitung erfolgt durch Fotodetektoren, die das von Lasern im Inneren des Prozessors erzeugte Licht erfassen.
Siehe auch
- Mikroprozessor
- Mehrkernprozessor
- Zentraleinheit
- Grafikkarte
- Superskalarer Prozessor
- Hardware-Beschleunigung
- Von-Neumann-Architektur
- Alle Seiten mit Titeln, die Verarbeitungseinheit enthalten
Verweise
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