処理装置：進化、タイプ、例 - 技術 - 2024

コンピュータの処理装置は、コンピュータの処理操作において重要な役割を果たすユニットである。プログラムの指示に従って、データを処理するために使用されます。

このフェーズでは、多くのコンピューター処理デバイスを使用してデータを有用な情報に変換するため、処理はコンピューターの最も重要な機能です。

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処理デバイスの主な機能は、これらのデバイスのいくつかの助けを借りて変換されたデータから雄弁な情報を取得する責任を持つことです。

オーディオとビデオの処理は、耳と目がより快適になり、よりリアルに見えるようにデータをクリーニングすることで構成されます。

ビデオカードはデータを処理してリアリズムを向上させるため、一部のビデオカードでは他のビデオカードよりも見やすくなります。サウンドカードとオーディオ品質についても同様です。

プロセッサー

キーボードなどの入力デバイスからコンピュータに情報が届くと、この情報は、モニタなどの出力デバイスに使用される前に、中間パスを移動する必要があります。

処理デバイスは、この中間パスの管理を担当するコンピューター内の任意のデバイスまたは機器になります。これらは機能を操作し、さまざまな計算を実行し、他のハードウェアデバイスも制御します。

処理デバイスは、さまざまなタイプのデータ間で変換し、データを操作してタスクを実行します。

通常、CPUという用語はプロセッサ、より具体的にはその計算ユニットと制御ユニットに対応し、これらの要素をメインメモリや入力/出力回路などのコンピュータの外部コンポーネントと区別します。

プロセッサは、メインメモリおよび周辺ストレージデバイスと緊密に連携して動作します。

データの収集、保存、配布に役立つ他のシステムや周辺機器があるかもしれませんが、処理タスクはプロセッサに固有です。

最初から現在までの進化

初期

ENIACのような初期のコンピューターは、別のタスクが実行されるたびに物理的に配線する必要がありました。

1945年、数学者のフォンノイマンは、EDVACと呼ばれるストアドプログラムコンピュータ用のスケッチを配布しました。これは、1949年に完成しました。

正しくCPUと呼ばれることができた最初のデバイスは、プログラムが格納されたこのコンピューターが登場したときに登場しました。

EDVAC用に作成されたプログラムは、コンピュータの配線を通じて確立する必要はなく、コンピュータのメインメモリに格納されました。

したがって、EDVACが実行していたプログラムは、メモリの内容を変更するだけで交換できます。

最初のCPUは、特定のコンピューター内で使用される独自の設計でした。その後、特定のアプリケーション用にCPUを個別に設計するこの方法により、マルチタスクプロセッサを大量に開発できるようになりました。

リレーと真空管

それらは一般にスイッチングデバイスとして使用されていました。コンピュータには、これらのデバイスが何千も必要でした。EDVACのようなチューブコンピュータは、平均して8時間ごとにクラッシュしていました。

結局、かなりの速度を持つことの利点が信頼性の問題を上回ったため、チューブベースのCPUが不可欠になりました。

これらの初期同期CPUは、現在のマイクロエレクトロニクス設計と比較して低いクロック速度で動作しました。これは、主に、その製造で使用されるスイッチング要素の速度が遅いためです。

トランジスター

1950年代と1960年代には、リレーや真空管などの大規模で故障しているデバイスや壊れやすいデバイスに基づいてCPUを構築する必要がなくなりました。

さまざまなテクノロジーにより、電子機器の小型化と信頼性の向上が可能になったため、CPU設計もさらに複雑になりました。この種の最初の改善は、トランジスタの出現によって達成されました。

この進歩により、より複雑なCPUを作成することが可能になり、1つ以上の回路基板で失敗することがはるかに少なくなりました。トランジスタをベースにしたコンピュータは、以前のものよりも多くの改善をもたらしました。

トランジスタは、真空管と比較してスイッチング時間が短いため、消費電力が低く、信頼性が高いだけでなく、プロセッサの処理速度を上げることができます。

集積回路

MOSトランジスタは、1959年にBell Labsによって発明されました。これは、スケーラビリティが高く、バイポーラ接合トランジスタよりもはるかに少ない電力を使用し、はるかに凝縮されています。これにより、高密度集積回路の構築が可能となりました。

したがって、相互接続された多数のトランジスタをコンパクトな領域で製造する方法が開発されました。集積回路により、多数のトランジスタを、半導体に基づく単一のモールドまたは「チップ」で製造することができた。

標準化はトランジスターマクロコンピューターとミニコンピューターの段階で始まり、集積回路の普及により劇的に加速し、ますます複雑なCPUの設計と製造が可能になりました。

マイクロエレクトロニクス技術が進歩するにつれて、より多くのトランジスタを集積回路に配置できるようになり、CPUを完成させるために必要な集積回路の数が減少しました。

集積回路により、トランジスタの数は数百から数千に増えました。1968年までに、完全なCPUを構築するために必要な集積回路の数は24個に減り、それぞれに約1,000個のMOSトランジスタが含まれていました。

マイクロプロセッサ

今日のマイクロプロセッサが登場する前は、コンピュータは回路基板全体に散在する、ますます小型化する集積回路を複数使用していました。

今日知られているCPUは、パーソナルコンピュータのフレームワーク内で機能するように、1971年にIntelによって最初に開発されました。

この最初のマイクロプロセッサはIntel 4004と呼ばれる4ビットプロセッサでした。その後、8ビット、16ビット、32ビット、および64ビットアーキテクチャを備えた新しいデザインに取って代わられました。

マイクロプロセッサは、シリコン半導体材料で作られた集積回路チップであり、そのスペースには何百万もの電気部品があります。

それは最終的に1980年代以降の数十年の第4世代コンピューターの中央プロセッサとなりました。

現代のマイクロプロセッサは、自動車から携帯電話、さらにはおもちゃにまで及ぶ電子機器に登場します。

タイプ

以前は、コンピュータプロセッサは識別に数値を使用していたため、最速のプロセッサを識別するのに役立ちました。たとえば、Intel 80386（386）プロセッサは80286（286）プロセッサよりも高速でした。

論理的に80586と呼ばれるべきだったIntel Pentiumプロセッサが市場に登場した後、他のプロセッサはCeleronやAthlonのような名前を付け始めました。

現在、さまざまなプロセッサ名とは別に、容量、速度、アーキテクチャ（32ビットと64ビット）は異なります。

マルチコア処理デバイス

チップサイズの制限が高まっているにも関わらず、新しいプロセッサからより多くの電力を生成したいという欲求は、製造業者をやる気にさせ続けています。

それらの革新の1つは、マルチコアプロセッサを搭載できる単一のマイクロプロセッサチップであるマルチコアプロセッサの導入でした。2005年、IntelとAMDはマルチコアデザインのプロトタイプチップをリリースしました。

IntelのPentium Dは、AMDのデュアルコアAthlon X2プロセッサ（ハイエンドサーバー向けのチップ）と比較されたデュアルコアプロセッサでした。

しかし、これはマイクロプロセッサチップの革命的なトレンドの始まりにすぎませんでした。次の年、マルチコアプロセッサは、Intel Core 2 Duoなどのデュアルコアチップから、Intel Xion E7-2850などの10コアチップに進化しました。

一般に、マルチコアプロセッサはシングルコアプロセッサの基本以上のものを提供し、個々のアプリケーション内でもマルチタスクとマルチプロセッシングが可能です。

モバイル処理デバイス

パーソナルコンピュータとスーパーコンピュータの両方にある従来のマイクロプロセッサは記念碑的な進化を遂げましたが、モバイルコンピューティング業界は急速に拡大しており、独自の課題に直面しています。

マイクロプロセッサの製造元は、個々のエクスペリエンスを向上させるために、あらゆる種類の機能を統合しています。

これらの高速プロセッサのモバイルバッテリーへの影響は言うまでもなく、高速化と熱の制御との間のバランスは頭痛の種のままです。

グラフィックスプロセッシングユニット（GPU）

また、グラフィックスプロセッサは、画像、ビデオ、およびその他の種類のグラフィックスを優先して、今回のみ数学計算を生成します。

これらのタスクは以前はマイクロプロセッサで処理されていましたが、グラフィックスを多用するCADアプリケーションが一般的になるにつれて、コンピュータの全体的なパフォーマンスに影響を与えずにそのようなタスクを処理できる専用処理ハードウェアが必要になりました。

典型的なGPUには3つの異なる形式があります。通常、マザーボードに個別に接続されています。これはCPUと統合されているか、マザーボード上の個別のアドオンチップとして提供されます。GPUは、デスクトップ、ラップトップ、およびモバイルコンピューターで使用できます。

IntelとNvidiaは、市場をリードするグラフィックチップセットであり、メイングラフィックス処理には後者が推奨されます。

例

-中央処理装置（CPU）

コンピュータシステムで最も重要な処理デバイス。マイクロプロセッサとも呼ばれます。

これは、コンピューターで実行されるデバイスおよびアプリケーションから受信するすべての操作を処理するコンピューターの内部チップです。

Intel 8080

1974年に導入され、8ビットアーキテクチャ、6,000トランジスタ、2MHzの速度、64Kのメモリへのアクセス、および8008の10倍のパフォーマンスを備えていました。

インテル8086

1978年に導入されました。16ビットアーキテクチャを使用していました。5MHzから10MHzの速度で動作する29,000個のトランジスターがありました。1メガバイトのメモリにアクセスできます。

インテル80286

それは1982年に発売されました。44,000から12MHzのクロック速度で動作する134,000個のトランジスタを搭載していました。以前のプロセッサと互換性のある最初のプロセッサ。

ペンティアム

1993年にIntelによって導入されました。60MHz〜300MHzの速度で使用できます。それがリリースされたとき、64ビットのデータバスを備えた80486DXプロセッサよりも約200万個多いトランジスタがありました。

Core Duo

2006年に発表された、モバイルコンピュータ用に開発されたIntelの最初のデュアルコアプロセッサ。Appleコンピュータで使用された最初のIntelプロセッサでもありました。

Intel Core i7

これは、8世代のIntelチップをカバーする一連のCPUです。4コアまたは6コアで、速度は2.6〜3.7 GHzで、2008年に導入されました。

-マザーボード

マザーボードも指定。コンピュータ内部で最大のボードです。CPU、メモリ、バス、その他すべての要素を収容します。

電力を割り当て、すべてのハードウェア要素が相互に通信するための通信形式を提供します。

-チップ

コンピュータシステム全体を維持、制御する、連携して動作する集積回路のグループ。したがって、システム全体のデータの流れを処理します。

- 時計

これは、コンピューターのすべての計算と歩調を合わせるために使用されます。これは、コンピュータ内のすべての回路が同時に連動できることを強化します。

- 拡張スロット

マザーボードにあるソケット。拡張カードを接続するために使用され、ビデオ、オーディオ、ストレージなどの補完機能をコンピュータに提供します。

- データバス

CPUがコンピューターシステムのすべての要素間で情報を送信するために使用するケーブルのセット。

-アドレスバス

アドレスのみを伝送する導電性ケーブルのセット。情報は、マイクロプロセッサからメモリまたは入出力デバイスに流れます。

-制御バス

さまざまなデバイスのステータスを通知する信号を伝達します。通常、制御バスには1つのアドレスしかありません。

- グラフィックスカード

コンピューターのマザーボードに挿入する拡張カード。画像とビデオの処理を扱います。画面上に画像を作成するために使用されます。

-グラフィックスプロセッシングユニット（GPU）

ディスプレイデバイスでブロードキャストすることを目的としたイメージの作成を高速化するためのメモリ管理専用の電子回路。

GPUとグラフィックカードの違いは、CPUとマザーボードの違いに似ています。

-ネットワークインターフェースカード（NIC）

RJ-45コネクタ付きのケーブルを使用して、ネットワークやインターネットに接続するために使用される拡張カード。

これらのカードは、ネットワークスイッチを介して、または直接接続されている場合に、相互に通信できます。

-ワイヤレスカード

最近のほとんどすべてのコンピューターには、マザーボードに直接組み込まれているワイヤレスネットワーク（Wi-Fi）に接続するためのインターフェイスがあります。

- サウンドカード

コンピューターであらゆる種類のオーディオを再生するために使用される拡張カード。スピーカーから聞くことができます。

コンピュータの拡張スロットまたはマザーボードに統合されています。

-マスストレージコントローラー

ハードドライブまたは同様のデバイスに永続的に保存されているデータの保存と取得を処理します。これらの操作を実行するための独自の専用CPUがあります。

参考文献

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