В вычислительной технике и информатике процессор или блок обработки данных — это электрический компонент ( цифровая схема ), который выполняет операции с внешним источником данных, обычно памятью или каким-либо другим потоком данных. [1] Обычно он принимает форму микропроцессора , который может быть реализован на одной или нескольких тесно интегрированных интегральных схемах металл-оксид-полупроводник . [2] [3] В прошлом процессоры конструировались с использованием нескольких отдельных вакуумных ламп , [4] [5] нескольких отдельных транзисторов , [6] или нескольких интегральных схем.
Этот термин часто используется для обозначения центрального процессора (ЦП), главного процессора в системе. [7] Однако он также может относиться к другим сопроцессорам , таким как графический процессор (ГП). [8]
Традиционные процессоры обычно основаны на кремнии; однако исследователи разработали экспериментальные процессоры на основе альтернативных материалов, таких как углеродные нанотрубки , [9] графен , [10] алмаз , [11] и сплавы, изготовленные из элементов из групп три и пять периодической таблицы . [12] Транзисторы, изготовленные из одного слоя атомов кремния высотой в один атом, и другие двумерные материалы были исследованы для использования в процессорах. [13] Были созданы квантовые процессоры ; они используют квантовую суперпозицию для представления битов (называемых кубитами ) вместо только включенного или выключенного состояния. [14] [15]
Закон Мура , названный в честь Гордона Мура , представляет собой наблюдение и прогнозирование посредством исторической тенденции, согласно которой количество транзисторов в интегральных схемах, а следовательно, и процессоров, удваивается каждые два года. [16] Развитие процессоров тесно связано с законом Мура. [17]
Центральные процессоры (ЦП) являются основными процессорами в большинстве компьютеров. Они предназначены для обработки широкого спектра общих вычислительных задач, а не только нескольких задач, специфичных для домена. Если они основаны на архитектуре фон Неймана , они содержат по крайней мере блок управления (БУ), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и регистры процессора . На практике ЦП в персональных компьютерах обычно также подключаются через материнскую плату к основному банку памяти , жесткому диску или другому постоянному хранилищу , а также периферийным устройствам , таким как клавиатура и мышь .
Графические процессоры (GPU) присутствуют во многих компьютерах и предназначены для эффективного выполнения операций с компьютерной графикой , включая линейную алгебру . Они высокопараллельны, и центральные процессоры обычно лучше справляются с задачами, требующими последовательной обработки. Хотя изначально GPU предназначались для использования в графике, со временем области их применения расширились, и они стали важной частью оборудования для машинного обучения . [18]
Существует несколько видов процессоров, специализированных для машинного обучения. Они попадают в категорию ускорителей ИИ (также известных как нейронные процессоры , или NPU) и включают в себя визуальные процессоры (VPU) и тензорный процессор Google (TPU).
Звуковые чипы и звуковые карты используются для генерации и обработки звука. Цифровые сигнальные процессоры (DSP) предназначены для обработки цифровых сигналов. Процессоры сигналов изображений — это DSP, специализирующиеся, в частности, на обработке изображений.
Процессоры глубокого обучения , такие как нейронные процессоры, предназначены для эффективных вычислений глубокого обучения.
Физические процессоры (PPU) созданы для эффективного выполнения вычислений, связанных с физикой, особенно в видеоиграх. [19]
Программируемые пользователем вентильные матрицы (ПЛИС) представляют собой специализированные схемы, которые можно перенастраивать для различных целей, а не ограничивать определенной областью применения во время производства.
Элемент или блок синергетической обработки (SPE или SPU) является компонентом микропроцессора Cell .
Были разработаны процессоры, основанные на различных схемных технологиях. Одним из примеров являются квантовые процессоры , которые используют квантовую физику для реализации алгоритмов, которые невозможны на классических компьютерах (использующих традиционную схему). Другим примером являются фотонные процессоры, которые используют свет для выполнения вычислений вместо полупроводниковой электроники. [20] Обработка выполняется фотодетекторами, которые воспринимают свет, производимый лазерами внутри процессора. [21]