واحد پردازش مرکزی (CPU) چیست؟

در دنیای فناوری کلمات مخفف کاربرد بسیاری دارند. یکی از این عبارات که اهمیت بالایی دارد CPU است. هنگام خرید کامپیوتر شخصی یا نوت‌بوک، مشخصه‌ای که باید بیش از همه به آن توجه کرد سی‌پی‌یو است. انتخاب بین AMD و اینتل، دوهسته‌ای و چهارهسته‌ای، i3 و i7 به دلیل عدم اطلاعات کافی از تفاوت آن‌ها دشوار است.
تعریف CPU
واحد پردازش مرکزی (CPU) که مغز کامپیوتر نامیده شده است، تنها واحد پردازشی کامپیوتر نیست؛ اما مهم‌ترین آن‌ها به شمار می‌رود. سی‌پی‌یو قسمتی از کامپیوتر است که اقدامات، محاسبات و اجرای برنامه‌ها را بر عهده دارد.
سی‌پی‌یو داده‌های دستوری را از RAM دریافت، کدگشایی و پردازش می‌کند و تحویل می‌دهد. CPU در انواع و اقسام دستگاه‌ها از کامپیوتر و لپ‌تاپ‌ گرفته تا گوشی‌ هوشمند، تبلت‌ و تلویزیون‌ هوشمند وجود دارند. این تراشه‌ی کوچک و معمولا مربع‌شکل روی بورد اصلی دستگاه‌ها قرار می‌گیرد و با سایر سخت‌افزارها برای اجرای کامپیوتر شما در تعامل است.
طرز کار CPU
از اولین پردازنده‌هایی که ظهور کردند، تاکنون پیشرفت‌های زیادی مشاهده شده است. با این وجود، عملکرد پایه‌ی سی‌پی‌یو شامل سه گام واکشی (Fetch)، رمزگشایی (Decode) و اجرا (Execute) به قوت خود باقی مانده است.
واکشی (Fetch)
واکشی به دریافت دستورالعمل گفته می‌شود. دستورالعملی که در غالب صفر و یک و از طریق رم به سی‌پی‌یو ارسال می‌شود. هر دستور تنها بخش کوچکی از یک عملیات است. بنابراین، سی‌پی‌یو نیازمند این است که از دستورالعمل بعدی مطلع شود. نشانی دستور فعلی توسط یک شمارشگر برنامه (PC) نگه داشته می‌شود. سپس PC و دستورالعمل‌ها در قسمت ثبت دستور (IR) قرار می‌گیرند. بعد از آن طول PC افزایش پیدا می‌کند تا به نشانی دستورالعمل بعدی ارجاع دهد.
رمزگشایی (Decode)
وقتی یک دستور، واکشی و در IR ذخیره می‌شود، سی‌پی‌یو دستور را به مداری به نام رمزگشای دستور منتقل می‌کند. این مدار دستور را به سیگنال‌هایی تبدیل می‌کند که برای فعالیت به بخش‌های دیگر سی‌پی‌یو فرستاده می‌شود.
اجرا (Execute)
در گام نهایی، دستورات رمزگشایی شده برای تکمیل به بخش‌های مربوطه در سی‌پی‌یو ارسال می‌شوند. نتایج معمولا در بخشی از سی‌پی‌یو ثبت می‌شوند تا در دستورالعمل‌های آتی به آن‌ها رجوع شود. برای درک بهتر میتوان این روند را به عملکرد حافظه‌ی ماشین حساب تشبیه کرد.
تعداد هسته‌ها
در ابتدا سی‌پی‌یوها تنها یک هسته داشتند. این یعنی واحد پردازش مرکزی محدود به انجام تنها یک مجموعه از وظایف بود. این یکی از دلایلی بود که در آن زمان کامپیوتر ها را با وجود تأثیرگذار بودن، نسبتا کند و وقت‌گیر می‌کرد. بعد از ساخت پردازنده‌ی تک‌هسته‌ای، تولیدکنندگان به فکر راه‌هایی برای ارتقاء عملکرد آن افتادند. یکی از این راه‌ها به ساخت پردازنده‌های چند هسته‌ای منتهی شد. به‌طوری‌که این روزها احتمالا عبارات دوهسته‌ای چهارهسته‌ای و حتی هشت‌هسته‌ای شنیده میشود.
یک پردازنده‌ی دوهسته‌ای به زبان ساده یعنی دو سی‌پی‌یو مجزا روی یک تراشه. با افزایش تعداد هسته‌ها، سی‌پی‌یوها قادر به مدیریت پردازش‌های چندگانه به‌صورت همزمان شدند. این موضوع منجر به افزایش عملکرد و کاهش زمان پردازش شد. دوهسته‌ای به سرعت راه را برای چهارهسته‌ای باز کرد و حتی پردازنده‌های هشت‌هسته‌ای پس از آن پدیدار شدند. امروزه به لطف فراریسمانی (Hyper-Threading) کامپیوتر ها می‌توانند به گونه‌ای عمل کند که گویی ۱۶ هسته‌ی پردازشی دارند.
دانش مشخصات
داشتن دانش درباره‌ی عملکرد سی‌پی‌یو و برندهای مختلف و تعداد هسته‌ها می‌تواند مفید باشد؛ اما گزینه‌های بسیاری در بازار وجود دارند که دارای مشخصات رده‌بالای یکسانی هستند. در این مواقع، مشخصه‌های دیگری وجود دارند که در زمان خرید به تصمیم‌گیری بهتر در انتخاب CPU کمک خواهند کرد.
موبایل در برابر دسکتاپ
کامپیوتر ها همواره دستگاه‌های الکترونیکی بزرگی بوده‌اند که توسط منبع برق تغذیه می‌شدند. اما، حرکت به سمت موبایل و ظهور گوشی‌ هوشمند این وضعیت را به وجود آورد که ما همواره یک کامپیوتر را همراه خود داریم. پردازنده‌های موبایل برای عملکرد بهینه با مصرف انرژی کم طراحی شده‌اند تا باتری دستگاه تا حد ممکن دیرتر خالی شود.
تولیدکنندگان CPU ، پردازنده‌های موبایل و دسکتاپ خود را با وجود داشتن تفاوت زیاد به یک شکل نام‌گذاری می‌کنند و تنها پیشوندهای متفاوت برای آن‌ها در نظر می‌گیرند. پیشوند پردازنده‌های موبایل U است که نشان از فوق کم‌مصرف بودن دارد. HQ نشانه‌ی عملکرد بالای گرافیکی و HK ضمن گرافیک بالا، نشان‌دهنده‌ی قابلیت اورکلاک است. پیشوندهای دسکتاپ شامل K به معنی قابلیت اورکلاک و T به معنی کم‌مصرف بودن هستند.
پردازنده داده‌ها را به‌صورت مداوم دریافت نمی‌کند؛ بلکه داده‌ها در قالب تکه‌هایی به نام واژه (Word) به آن می‌رسند. پردازش به تعداد بیت‌هایی که در هر واژه وجود دارد محدود می‌شود. وقتی اولین بار پردازنده‌های ۳۲ بیت طراحی شدند، اندازه‌ی واژه‌ی دریافتی به طرز غیر قابل‌ باوری بزرگ به نظر می‌رسید؛ اما خیلی زود پشتیبانی از رم بالای ۴ گیگ به رایانه‌ها اضافه و راه برای پردازنده‌های ۶۴ بیت باز شد.
طراحی توان حرارتی
طراحی توان حرارتی در واقع میزان برق بیشینه‌ای است که سی‌پی‌یو مصرف می‌کند و واحد آن وات است. یک پردازنده‌ی کم‌مصرف علاوه بر کاهش مصرف برق حسن دیگری نیز دارد و آن ایجاد گرمای کمتر است.
شکل سوکت سی‌پی‌یو
سی‌پی‌یو برای این‌که کار کند باید روی بورد اصلی قرار گیرد . بنابراین، هنگام انتخاب یک سی‌پی‌یو باید از انطباق سوکت های مادربورد و سی پی یو با یکدیگر اطمینان حاصل شود.
کش L2 و L3
کش ال۲ و ال۳ حافظه‌ی اختصاصی سی‌پی‌یو است که در هنگام پردازش مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرچه حافظه‌ی کش بیشتر باشد سرعت عملکرد سی‌پی‌یو نیز بالاتر خواهد بود.
فرکانس
فرکانس به سرعت عملکرد پردازنده اطلاق می‌شود. قبل از ظهور پردازنده‌های چندهسته‌ای، فرکانس مهم‌ترین معیار سنجش بین سی‌پی‌یوها بود. امروزه، با وجود تغییر و تحولات زیاد همچنان فرکانس پردازنده نقش مهمی در عملکرد کامپیوتر ها ایفا می‌کند. به‌طوری‌که یک پردازنده‌ی خیلی سریع دوهسته‌ای می‌تواند عملکرد بهتری از یک پردازنده‌ی کند چهارهسته‌ای داشته باشد.
مغزهای عملیات
سی‌پی‌یو مغز کامپیوتر است. هر عملیات محاسباتی در کامپیوتر توسط سی‌پی‌یو انجام می‌گیرد. در واقع وجود سایر اجزای کامپیوتر برای پشتیبانی از عملیات سی‌پی‌یو است. پیشرفت‌های فناوری پردازنده، مانند فراریسمانی و چندهستگی؛ نقش مهمی در انقلاب فنی ایفا کرده‌‌اند.
با دانستن تفاوت بین پردازنده‌ی دوهسته‌ای اینتل i7 و پردازنده‌ی چهارهسته‌ای AMD X4 860K می‌توان انتخاب سریع‌تر و آسان‌تری داشت. همچنین می‌توان با یک انتخاب متناسب با نیاز در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد. ضمنا سی‌پی‌یو با وجود اهمیت زیاد، همیشه تنها راه برای ارتقاء کامپیوتر ها نیستند.

.

Print Friendly, PDF & Email
تعداد بازدید: 176