В вычислительной технике и информатике процессор или процессор — это электрический компонент ( цифровая схема ), который выполняет операции с внешним источником данных, обычно с памятью или каким-либо другим потоком данных. [1] Обычно он имеет форму микропроцессора , который может быть реализован на одном или нескольких тесно интегрированных микросхемах интегральных схем металл-оксид-полупроводник . [2] [3] В прошлом процессоры создавались с использованием нескольких отдельных электронных 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 это слово также может относиться к другим сопроцессорам , таким как графический процессор (GPU). [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 третьей и пятой групп периодической таблицы . [12] Транзисторы, изготовленные из одного листа атомов кремния высотой в один атом, и других двумерных материалов были исследованы для использования в процессорах. [13] Созданы квантовые процессоры ; они используют квантовую суперпозицию для представления битов (называемых кубитами ), а не только состояния включения или выключения. [14] [15]
Закон Мура , названный в честь Гордона Мура , представляет собой наблюдение и прогнозирование исторической тенденции, согласно которой количество транзисторов в интегральных схемах и, следовательно, процессоров, удваивается каждые два года. [16] Развитие процессоров тесно связано с законом Мура. [17]
Центральные процессоры (ЦП) являются основными процессорами большинства компьютеров. Они предназначены для решения широкого спектра общих вычислительных задач, а не только нескольких задач, специфичных для предметной области. Если они основаны на архитектуре фон Неймана , они содержат как минимум блок управления (CU), арифметико-логическое устройство (АЛУ) и регистры процессора . На практике процессоры персональных компьютеров обычно также подключаются через материнскую плату к основному банку памяти , жесткому диску или другому постоянному запоминающему устройству , а также периферийным устройствам , таким как клавиатура и мышь .
Графические процессоры (GPU) присутствуют во многих компьютерах и предназначены для эффективного выполнения операций компьютерной графики , включая линейную алгебру . Они высокопараллельны, и процессоры обычно лучше справляются с задачами, требующими последовательной обработки. Хотя графические процессоры изначально предназначались для использования в графике, со временем области их применения расширились, и они стали важной частью аппаратного обеспечения для машинного обучения . [18]
Существует несколько типов процессоров, специализирующихся на машинном обучении. Они подпадают под категорию ускорителей искусственного интеллекта ( также известных как нейронные процессоры или NPU) и включают в себя блоки обработки изображений (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 изображения — 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 физических вычислений, особенно в видеоиграх. [19]
Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA) — это специализированные схемы, которые можно переконфигурировать для различных целей, а не привязывать к определенной области применения во время производства.
Элемент или блок синергетической обработки (SPE или SPU) является компонентом микропроцессора ячейки .
Разработаны процессоры на основе различной схемотехники. Одним из примеров являются квантовые процессоры , которые используют квантовую физику для реализации алгоритмов, которые невозможны на классических компьютерах (использующих традиционные схемы). Другой пример — фотонные процессоры, которые для выполнения вычислений используют свет вместо полупроводниковой электроники. [20] Обработка осуществляется фотодетекторами, воспринимающими свет, излучаемый лазерами внутри процессора. [21]