جدول محتوا
CPU چیست ؟ اجزا CPU کدام‌اند؟ واحد پردازش مرکزی (CPU) به عنوان یک عنصر حیاتی در هر کامپیوتر شناخته میشود و مسئولیت مدیریت تمام محاسبات و دستوراتی را دارد که به دیگر اجزای کامپیوتر و تجهیزات جانبی ارسال میشود. این واحد در تمام وسایل الکترونیکی و گجت‌های مورد استفاده از جمله دسکتاپ، لپ‌تاپ، گوشی‌های هوشمند، کنسول‌های گیمینگ و ساعت‌های هوشمند، به عنوان مرکزی برای پردازش وجود دارد. در واقع این واحد به عنوان پایه و اساس کامپیوترها شناخته میشود و بدون آن سیستم قادر به روشن شدن نخواهد بود، چه برسد به قابلیت استفاده از آن. نکته حائز اهمیت آن که سرعت بالای CPU به ورودی‌های دستور داده شده بستگی دارد و اجزای کامپیوتر تنها زمانی قدرت اجرایی خود را نشان می‌دهند که به این واحد متصل شوند.
یکی از اجزای اساسی کامپیوترها و لپ‌تاپ‌ها واحد پردازش مرکزی CPU است. CPU مخفف چیست؟ این عبارت مخفف Central Procesing Unite است به معنای واحد پردازش که وظیفه مدیریت تمام محاسبات و دستوراتی که به سایر اجزا و تجهیزات جانبی کامپیوتر ارسال میشود را بر عهده دارد. این قطعه مسئول پردازش تمامی فرمان‌ها و اطلاعات است و به عنوان مغز کامپیوتر شناخته میشود.
قدم دوم پس از آشنایی با CPU چیست ؟ در زمان خرید CPU سرور برای سیستم‌های کامپیوتری، آشنایی با نوع و میزان کشش CPU است؛ زیرا CPU به عنوان مرکزی برای پردازش و اجرای وظایف در کامپیوترها تلقی میشود. این واحد تقریباً همه دستورات داده شده توسط سخت‌افزار و نرم‌افزار را دریافت کرده و با استفاده از عملگرهای منطقی، محاسبات ریاضی و مقایسه‌های مختلف، آنها را پردازش میکند.
CPU با دیگر سخت‌افزارها تعامل دارد و وظیفه برنامه‌ریزی کارهای آنها را بر عهده دارد. پس از پردازش فعالیت‌های دیگر سخت‌افزارها، برنامه‌ریزی بهترین عملکرد را ارائه میدهد.
می‌توان CPU را با مغز انسان مقایسه کرد که بدون مغز (CPU) امکان تحلیل و بررسی وجود ندارند و به نوعی بدون کارایی است. این واحد مسئولیت تمام تحلیل‌ها و بررسی‌ها را از طریق پردازش‌های سختافزاری و نرم‌افزاری در این چیپ انجام میدهد. حضور CPU در دستگاه بسیار حیاتی است.
تمامی پردازنده‌ها سه مشخصه مهم دارند که تأثیر زیادی بر توانایی آنها در انجام کار دارد؛ این مشخصات شامل تعداد هسته‌های پردازشگر، حافظه نهان ((Cash و سرعت عملکرد پردازشگر میشوند.
حافظه پنهان Cash
یکی از ویژگی‌های حیاتی CPU حافظه نهان یا “کش” است. این حافظه معمولاً چندین مگابایت فضای ذخیره‌سازی اطلاعات را فراهم میکند و یکی از دلایل افزایش هزینهٔ CPU ها، افزایش حجم حافظه نهان آنها است. بدون شک هرچه حجم حافظه نهان CPU بیشتر باشد، هزینهٔ آن نیز بالاتر می‌رود و این تأثیر مستقیمی بر روی سرعت عملکرد CPU دارد. اطلاعاتی که در کش ذخیره میشود در حافظه باقی می‌مانند. به طور معنایی کش وظیفه حفظ داده‌ها را دارد. زمانی که پردازنده به داده نیاز دارد، ابتدا حافظه نهان را بررسی میکند و در صورت عدم یافتن اطلاعات، به سراغ حافظه‌های دیگر از جمله RAM می‌روید.
هسته‌های CPU
یکی از ویژگی‌های اساسی در CPU تعداد هسته‌های پردازشگر است. هر هسته قادر به انجام عملیات پردازش به صورت مستقل می‌باشد. در دنیای امروز تعداد هسته‌های CPU به طور عمده افزایش یافته و مدل‌هایی با ۲، ۴، ۸ و حتی ۱۶ هسته در بازار موجود هستند. وجود هسته‌های بیشتر در CPU به کاربر این امکان را میدهد که به روش عملکرد موازی، دستورات داده شده را سریع‌تر پردازش نمایند.
هرچند افزایش تعداد هسته‌ها همواره عامل افزایش سرعت پردازش نیست؛ زیرا هنوز مدل‌هایی وجود دارند که تعداد هسته بالا را دارا هستند؛ ولی از مزیت عملکرد موازی بهره نمی‌برند. با پیشرفت تکنولوژی اما این هسته‌ها قابلیت تبدیل به دو هسته مجازی را درون خود دارند و این کار با استفاده از یک هسته مجازی انجام میشود که ممکن است بهترین عملکرد و اجرای بهینه را فراهم کند.
سرعت عملکرد CPU
سرعت عملکرد پردازش یکی از نکات حیاتی است که باید در هنگام خرید CPU به آن توجه داشته باشیم. در واقع سرعت پردازنده یا CPU تعداد فعالیتی است که یک هسته در یک ثانیه انجام میدهد و واحد آن هرتز می‌باشد. هرچه سرعت عملکرد پردازنده بیشتر باشد، سرعت اجرای کارها افزایش می‌یابد و شما تجربه رضایت بیشتری از عملکرد CPU دستگاه خود خواهید داشت. این نکته را به یاد داشته باشید که سرعت عملکرد پردازنده به صورت مستقیم با قیمت آن مرتبط است؛ به عبارت دیگر هرچه پردازنده سرعت عملکرد بیشتری داشته باشد باید هزینه بیشتری بپذیرید.
اجزا CPU کدام‌اند؟
پردازنده‌ها یا CPUها از اجزاء مختلفی تشکیل شده‌اند که در ادامه به معرفی آنها می‌پردازیم.
واحد منطق حسابی (ALU)
ALU بخشی از پردازنده است که عملیات ریاضی و منطقی مانند جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و مقایسه را انجام میدهد. این واحد مسئول انجام محاسبات و دست‌کاری داده‌ها می‌باشد.
واحد کنترل
واحد کنترل اجرای دستورالعمل‌های ذخیره شده در حافظه کامپیوتر را مدیریت میکند. این واحد دستورات را از حافظه واکشی میکند، آنها را رمزگشایی میکند و اقدامات لازم برای اجرای آن دستورالعمل‌ها را هماهنگ میکند و اطمینان حاصل میکند که آنها به ترتیب صحیح اجرا میشوند.
رجیسترها
رجیسترها مکان‌های ذخیره سازی کوچک و پرسرعتی در CPU هستند که به طور موقت داده‌ها و دستورالعمل‌ها را در حین پردازش نگهداری می‌کنند. آنها دسترسی سریع به اطلاعات پرکاربرد را فراهم می‌کنند و برای ذخیره نتایج میانی و آدرس‌های حافظه استفاده میشوند.
کش
کش یک نوع حافظه کوچک اما بسیار سریع است که در داخل CPU قرار دارد. به عنوان یک بافر بین پردازنده و حافظه اصلی کامپیوتر (RAM) عمل میکند. حافظه پنهان داده‌ها و دستورالعمل‌ها را که اغلب به آنها دسترسی دارند ذخیره میکند و زمان بازیابی آنها از حافظه اصلی توسط CPU را کاهش میدهد و در نتیجه عملکرد کلی سیستم را بهبود می‌بخشد.
ساعت
ساعت که اغلب به عنوان ساعت سیستم از آن یاد میشود عملیات CPU را با تولید یک پالس ثابت یا سیکل ساعت هماهنگ میکند. هر چرخه ساعت نشان دهنده یک واحد زمان ثابت است که در طی آن پردازنده می‌تواند وظایفی را انجام دهد. سرعت کلاک بر حسب هرتز (هرتز) اندازه‌گیری میشود و عامل مهمی در تعیین عملکرد پردازنده است.
این اجزا به طور یکپارچه با هم کار می‌کنند و CPU را قادر می‌سازند تا طیف گسترده‌ای از وظایف را از اجرای برنامه‌های نرم‌افزاری گرفته تا مدیریت عملیات سیستم انجام دهد. پیشرفت در طراحی و فناوری پردازنده منجر به پیشرفت‌های قابل توجهی در قدرت محاسباتی و کارایی در طول سال‌ها شده است.
وظایف CPU
برای درک بهتر نقش پردازنده در کامپیوتر، نگاهی به تعریف کامپیوتر و وظایف اصلی آن داریم. به طور کلی هر ماشین قابل برنامه‌ریزی که به شیوه‌ی خودکار عملیات منطقی و ریاضی را انجام میدهد، کامپیوتر نامیده میشود. نقش اصلی پردازنده در این سیستم‌های کامپیوتری، تفسیر سیگنال‌های باینری برای تکمیل اقدامات، محاسبات و اجرای برنامه‌ها است. این عمل تحت یک فرایند سه مرحله‌ای صورت می‌گیرد:
واکشی (Fetch)
در این مرحله پردازنده دستورات را از حافظه کامپیوتر (که به طور موقت در آن ذخیره میشوند) دریافت کرده و در بخشی از واحد کنترل خود به نام Instruction Register (IR) ذخیره می‌نماید.
رمزگشایی (Decode)
دستورات ذخیره‌شده در IR به مداری که کار رمزگشایی دستورات را انجام میدهد، ارسال میشوند. این مدار دستورات را به صورت سیگنال‌هایی درمی‌آورد که برای مدارهای کامپیوتری قابل فهم باشند.
اجرا (Execute)
سیگنال‌های رمزگشایی‌شده برای اجرا به مقصد مربوطه در CPU ارسال میشوند.
توجه داشته باشید که عملکرد پردازنده در سطحی بسیار کوچک است؛ اما تأثیر گسترده‌ای بر عملکرد کلی سیستم دارد.
انواع CPU
در حال حاضر دو شرکت اصلی تولیدکننده سی‌پی‌یو در جهان، «اینتل» و (AMD) هستند که هرکدام مجموعه‌ای از محصولات متنوع را در بازه‌های قیمتی مختلف به بازار عرضه می‌کنند. این محصولات بسته به از کار گذاشته شده‌ی فناوری، به نسل‌های مختلفی تقسیم میشوند و هر نسل نسبت به نسل قبل بهبودهای کارایی و عملکرد ارائه میدهد برای مقایسه بهتر محصولات این دو شرکت میتوانید مقاله ( مقایسه تخصصی دو برند سی پی یو اینتل و AMD؛ از عملکرد تا قیمت! ) مطالعه فرمایید. در کل انواع مختلفی از پردازنده‌ها در حال حاضر وجود دارند که عبارت‌اند از:
- اینتل
- AMD
- ARM
- IBM
زمان عرضه نسل‌های مختلف پردازنده‌ها ممکن است با توجه به تفاوت‌های فناوری مورد استفاده، متفاوت باشد. همچنین این شرکت‌ها ممکن است بیش از یک نسل از ساختار فیزیکی مشابه (که به آن سوکت معروف است) استفاده کنند.
به طور مثال شرکت اچ پی در سرور نسل ده از پردازنده‌هایی با قدرت بالا برای پردازش داده‌ها در زمان کم استفاده کرده است. پردازنده سرور G10 به طور گسترده در چند گروه طراحی و تولید شده و افرادی که قصد استفاده از سرورهای اچ پی را دارند، می‌توانند این پردازنده‌ها را جهت بهبود عملکرد زیرساخت فیزیکی مرکز داده خود به کار بگیرند. همچنین قیمت سرور dl380 g10 با توجه به سرعت این پردازنده با دیگر نمونه ها تفاوت دارد.
CPU گوشی چیست؟
CPU گوشی یک قطعه سختافزاری است که بخشهای مختلف تلفن همراه شما را به طور کامل کنترل میکند و با عملکرد صحیح خود، باعث کارکرد منظم و بدون مشکل گوشی میشود. هر دستوری که از طریق تاچ، میکروفون و … به تلفن هوشمند شما داده میشود، ابتدا به CPU منتقل میشود سپس این قطعه محاسبات را در مدت زمان کوتاهی انجام میدهد و پاسخ را به شکل مناسبی برای شما ارائه میدهد؛ مثلاً از طریق صفحه نمایش، اسپیکر گوشی و یا راههای دیگر. سرعت عمل پردازنده گوشی بسیار بالاست و همه این کارها در کسری از ثانیه انجام میشوند.
فرض کنید می‌خواهید چند عکس را در یک برنامه باز کنید؛ این درخواست ابتدا از طریق تاچ به برنامه مورد نظر و سپس به پردازنده منتقل میشود. درخواست شما که به زبان کامپیوتر (صفر و یک) ترجمه شده، توسط سی پی یو مورد تحلیل قرار می‌گیرد و به این ترتیب گوشی متوجه میشود که هدف شما چیست و قصد انجام چه کاری را دارید. در مرحله بعدی پردازنده دستوری را که به آن داده‌اید، اجرا میکند و نتیجه آن را به برنامه مورد نظر انتقال میدهد. به این ترتیب شما میتوانید نتیجه درخواستتان را در صفحه نمایش مشاهده کنید. در مرحله آخر دستورالعمل‌های اجراشده در حافظه موقت گوشی ذخیره میشوند. همچنین برای باز شدن عکس بعدی تمام این مراحل مجدداً تکرار خواهند شد.
موضوعی که باید در مورد تراشه‌های پردازنده گوشی بدانید این است که به جای CPU، به آنها SoC گفته میشود. دلیل این تغییر نام این است که این تراشه‌ها تمامی اطلاعات ورودی و خروجی را آنالیز می‌کنند و دستورات لازم را به بخشهای دیگر منتقل می‌کنند. در یک تلفن همراه هوشمند، واحد گرافیکی، مودم، هسته‌های پردازشی و بقیه اجزاء، ارتباط مستقیم با SoC یا سخت‌افزار گوشی دارند.
کلام آخر
در این مقاله به پاسخ سؤال CPU چیست ؟ کاربرد CPU و همچنین انواع آن پرداختیم. در نتیجه می‌توان گفت که واحد پردازش مرکزی یا CPU (Central Processing Unit) به عنوان مغز کامپیوتر شناخته میشود که وظیفه اجرای دستورات و محاسبات در سطح سخت‌افزار را بر عهده دارد. این قطعه اساسی کامپیوتر با اجرای دستورات به صورت سریع و بهینه، عملکرد سیستم را تنظیم و کنترل میکند. با توجه به پیچیدگی و تنوع نیازمندی‌های نرم‌افزاری و سختافزاری امروزی، اهمیت انتخاب و بهینه‌سازی CPU در ارتقا عملکرد و کارایی سیستم‌های کامپیوتری بیش از پیش به چشم می‌آید.
