超级计算机

一天中最强大的计算机通常被称为超级计算机。他们曾经非常昂贵,使用有限的高优先级政府资助的研究计算,如核模拟和天气建模。今天的许多早期超级计算机的计算技术中常用的电脑。另一方面,昂贵的设计,专用处理器的超级计算机已经取代商品使用大型阵列的处理器(从几十到8000)在高速通讯网络并行操作。

小型计算机

虽然微型计算机日期到1950年代早期,这个词是在1960年代中期引入的。相对较小,而且便宜,微型计算机通常被组织在一个部门的,经常致力于一个任务或由一小群共享。小型机一般计算有限权力,但是他们有很好的兼容各种实验室和工业设备收集和输入数据。

微型计算机是最重要的制造商之一数字设备公司(12月)的程序数据处理机(PDP)。1960年12月的PDP-1售价120000美元。五年后它PDP-8耗资18000美元,成为第一个被广泛使用的小型计算机,有超过50000出售。12月)时,诞生于1970年,是在各种模型,小和足够便宜控制一个单一的制造业过程和足够大的共享使用在大学计算机中心;销量超过650000。然而,微机超过这个市场在1980年代。

微机

一个小型计算机建立在微机微处理器集成电路,或芯片。而早期的微型计算机取代真空管与离散晶体管微型计算机(后来,微型计算机)使用微处理器集成数以千计甚至数以百万计的晶体管在单个芯片上。1971年,英特尔公司第一个微处理器,产生英特尔4004年,这是强大到足以函数作为一个计算机虽然是在日本使用计算器。在1975年第一个个人电脑牵牛星,继任者芯片,英特尔8080微处理器使用。像小型机,早期微机存储和数据处理能力相对有限,但这些已经存储技术改善了与处理能力。

在1980年代它是常见的区分基于微处理器的科学工作站和个人电脑。前使用最强大的微处理器和高性能彩色图形功能花费数千美元。他们用科学家的计算和数据可视化和工程师计算机辅助工程。今天的区别工作站与PC和PC已经几乎消失了,工作站的权力和显示功能。

嵌入式处理器

计算机是另一类嵌入式处理器。这些都是使用简单的小型计算机微处理器来控制机电功能。他们通常不需要复杂的计算或非常快,他们也不需要伟大的“输入-输出”能力,所以他们可以便宜。嵌入式处理器有助于控制飞机和工业自动化,他们都共同在汽车和大型和小型家用电器。一个特定类型数字信号处理器(DSP),已成为微处理器一样普遍。dsp用于无线电话,数字电话和电缆调制解调器,一些音响设备。

中央处理单元

CPU提供的电路实现计算机的指令设置它机器语言。它是由一个算术逻辑单元(ALU)和控制电路。ALU实施基础算术和逻辑操作和控制部分决定的顺序操作,包括分支指令控制从一个程序的一部分转移到另一个。虽然内存曾经考虑CPU的一部分,今天,它被认为是独立的。边界的转变,然而,现在也包含一些高速CPU芯片高速缓冲存储器暂时存储数据和指令的快速访问。

ALU电路,进行加、减、乘,除两个算术值等逻辑运算,以及电路和或(,1是解释为真,0是错误的,因此,例如,1和0 = 0;看到布尔代数)。ALU有几个超过一百注册,暂时持有其计算结果为进一步的算术运算或转移到主内存。

CPU控制部分的电路提供分支指令,使基本决定下一步要执行的指令。例如,一个分支指令可能是“如果最后ALU操作的结果是负数,跳转到位置的程序;否则,继续下面的指令。”这样的指令允许“if - then - else”决策程序和执行的一个指令序列,如“while循环”,反复做一些指令集同时满足某些条件时。一个相关的指令子程序调用,转让执行子程序,子程序完成后,返回到主程序的地方重新开始。

在一个存储程序计算机,程序和数据在内存中是没有区别的。两者都是位patterns-strings 0和1未嫁的可能被作为数据或程序指令,并且都是由CPU从内存中取出。中央处理器有一个程序计数器,把内存地址(位置)的下一个指令被执行。CPU的基本操作是“fetch-decode-execute”循环:

• 获取程序计数器的指令的地址,并将其存储在寄存器。
• 解码指令。部分指定操作要做,和部分指定的数据操作。这些可能是CPU寄存器或内存位置。如果它是一个分支指令,它将包含执行下一个指令的内存地址一旦分支条件满足。
• 获取操作数,如果任何。
• 执行操作如果ALU基因操作。
• 存储结果(在一个寄存器或内存),如果有的话。
• 更新程序计数器保存下一个指令的位置,这是下一个内存位置或分支指令所指定的地址。

最后愿重复这些步骤的周期,它一直持续到一个特殊的停止指令停止执行。

这个循环的步骤和所有内部CPU操作规定时钟那震荡在高频(现在通常以兆赫,或每秒数十亿周期)。影响性能的另一个因素是“词”麽的比特数,一下子获得从内存和CPU的指令操作。现在由32或64位数字单词,虽然大小从8到128位。

处理指令一次或连续,通常创建一个瓶颈,因为许多程序指令可能准备好了,等待执行。自1980年代初以来,CPU设计风格最初叫精简指令集计算(RISC)。这种设计最大限度地减少内存和CPU之间的数据传输(ALU操作只有在完成所有数据在CPU寄存器),要求简单的指令,可以执行非常快。一个芯片上的晶体管的数量增加,在RISC CPU芯片的设计需要一个相对较小的部分是专门的基本指令集,其余的芯片可以用于CPU速度操作通过提供电路同时让多个指令执行,或并行。

有两种主要类型的指令级并行性(独立)的CPU,月初第一次使用超级计算机。一个是管道,它允许fetch-decode-execute周期有几个指令。在执行一条指令,另一个可以获得它的操作数,第三个解码,第四可以从内存中提取。如果这些操作需要的同时,一个新的指令可以在每个阶段进入管道和(例如)五个指令可以完成的时间,它将完成一个管道。其他的独立是有多个执行单元CPU-duplicate算术电路,特别是,以及专门的电路图形或指令浮点计算(涉及noninteger数的算术运算,如3.27)。与这种“超标量体系结构”设计,几个指令可以执行。

两种形式的独立面对并发症。分支指令可能呈现加载指令前的管道无用的如果他们进入分支跃升至一个新项目的一部分。同时,超标量体系结构的执行必须确定一个算术运算取决于另一个操作的结果,因为他们无法同时执行。cpu现在有额外的电路预测是否将一个分支和分析教学的依赖关系。这些已成为高度复杂和频繁重新安排指令并行执行的。