CPU چیست؟

پردازنده کامپیوتر (CPU) چیست؟

پردازنده کامپیوتر، که اغلب به آن Central Processing Unit یا CPU “واحد پردازش مرکزی” گفته می‌شود، مانند مغز کامپیوتر عمل می‌کند. این بخش سخت‌افزاری وظیفه اجرای دستورات و انجام محاسبات لازم برای اجرای برنامه‌ها و عملکرد سیستم کامپیوتر را بر عهده دارد.

⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇

CPU چگونه کار می‌کند؟

پردازنده اطلاعات را به صورت مرحله‌ای پردازش می‌کند:

• دریافت دستورالعمل‌ها از حافظه.
• رمزگشایی دستورالعمل‌ها برای فهمیدن آنچه باید انجام شود.
• انجام عملیات مشخص شده (مانند محاسبات یا تصمیم‌گیری‌ها).
• ذخیره نتایج عملیات انجام‌شده.

پردازنده‌ها معمولاً از چندین هسته تشکیل شده‌اند. هر هسته می‌تواند دستورات را به‌صورت مستقل اجرا کند، که باعث افزایش توان پردازش سیستم می‌شود. سرعت پردازنده، که با واحد “گیگاهرتز” (GHz) اندازه‌گیری می‌شود، نشان‌دهنده سرعت اجرای دستورات و محاسبات آن است. هرچه این عدد بیشتر باشد، عملکرد سیستم بهتر خواهد بود.

⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇

اجزای اصلی یک پردازنده

پردازنده‌ها از چند بخش کلیدی تشکیل شده‌اند که با هم برای اجرای دستورات و انجام محاسبات همکاری می‌کنند:

واحد کنترل (CU)

این بخش عملیات پردازنده را مدیریت و هماهنگ می‌کند. واحد کنترل وظیفه دریافت دستورالعمل‌ها از حافظه، رمزگشایی آن‌ها و مدیریت جریان داده‌ها بین پردازنده و سایر اجزای سیستم را بر عهده دارد.

واحد حساب و منطق (ALU)

این بخش عملیات ریاضی (مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم) و عملیات منطقی (مانند AND، OR، NOT) را انجام می‌دهد. ALU در تصمیم‌گیری‌ها و پردازش داده‌ها نقش مهمی دارد.

ثبات‌ها (Registers)

ثبات‌ها حافظه‌های کوچک و پرسرعتی در داخل پردازنده هستند که داده‌ها، دستورالعمل‌ها و آدرس‌های حافظه را به صورت موقت ذخیره می‌کنند. مهم‌ترین ثبات‌ها شامل ثبات دستورالعمل (IR)، شمارنده برنامه (PC)، و ثبات‌های عمومی (مانند ثبات انباره یا ثبات‌های شاخص) هستند.

حافظه نهان (Cache)

حافظه کش، حافظه‌ای کوچک و پرسرعت است که روی خود پردازنده قرار دارد. این حافظه داده‌ها و دستورالعمل‌هایی که زیاد استفاده می‌شوند را ذخیره می‌کند تا دسترسی به آن‌ها سریع‌تر از حافظه اصلی (RAM) باشد. حافظه کش باعث بهبود عملکرد کلی سیستم می‌شود.

گذرگاه کنترل (Control Bus)

این گذرگاه مسیرهای الکتریکی‌ای است که سیگنال‌های کنترلی را بین پردازنده و سایر اجزای سیستم منتقل می‌کند. این سیگنال‌ها شامل دستورات خواندن و نوشتن داده، انتقال حافظه، و کنترل جریان دستورات هستند.

گذرگاه داده (Data Bus)

گذرگاه داده مسیرهای الکتریکی‌ای است که داده‌ها را بین پردازنده، حافظه و سایر دستگاه‌های متصل به سیستم منتقل می‌کند. این گذرگاه امکان انتقال اطلاعات به حافظه یا دستگاه‌های ورودی/خروجی را فراهم می‌کند.

مولد کلاک (Clock Generator)

این بخش سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کند که به عنوان پالس‌های کلاک شناخته می‌شوند و زمان‌بندی عملیات در پردازنده را هماهنگ می‌کنند. سرعت کلاک (که با هرتز یا گیگاهرتز اندازه‌گیری می‌شود) نشان می‌دهد پردازنده با چه سرعتی می‌تواند دستورات را اجرا و داده‌ها را پردازش کند.

این توضیحات ساده و مرحله‌ به‌ مرحله به شما کمک می‌کند که پردازنده‌ها را بهتر بشناسید و بفهمید چرا آن‌ ها بخش کلیدی هر فناوری هستند.

⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇

انواع واحدهای پردازنده کامپیوتر (CPU)

واحدهای پردازنده مرکزی (CPU) بر اساس نوع پردازنده یا ریزپردازنده‌ای که آنها را هدایت می‌کند تعریف می‌شوند:

پردازنده تک‌ هسته‌ای (Single-core processor)

این پردازنده فقط یک هسته دارد و همه محاسبات را به‌صورت تک‌نخی (single-thread) انجام می‌دهد. به دلیل انجام فقط یک عملیات در هر لحظه، سرعت آن نسبت به پردازنده‌های چند‌هسته‌ای کمتر است. این پردازنده برای کارهای عمومی و روزمره مناسب است.

پردازنده دو‌ هسته‌ای (Dual-core processor)

نوعی پردازنده چند‌هسته‌ای است که شامل دو هسته پردازشی مستقل می‌باشد.

پردازنده چهار‌ هسته‌ای (Quad-core processor)

پردازنده‌ای است که دارای چهار هسته مستقل است و هر هسته به‌صورت جداگانه عملیات پردازشی را انجام می‌دهد.

پردازنده هشت‌ هسته‌ای (Octa-core processor)

پردازنده‌ای چند‌هسته‌ای است که شامل هشت هسته مستقل برای انجام عملیات پردازشی است.

پردازنده ده‌ هسته‌ای (Deca-core processor)

این پردازنده شامل ده هسته است که همگی در یک تراشه یا بسته قرار دارند و به‌صورت مستقل کار می‌کنند.

پردازنده چند‌ هسته‌ای (Multi-core processor)

این نوع پردازنده شامل دو یا چند هسته است که هر هسته می‌تواند به‌طور مستقل کار کند، گویی چند کامپیوتر جداگانه روی یک تراشه قرار دارند. این پردازنده برای اجرای برنامه‌های پیچیده و با عملکرد بالا مناسب است.

پردازنده‌های جاسازی‌ شده (Embedded Processor)

این پردازنده‌ها به‌طور خاص برای سیستم‌های کوچک و کم‌مصرف طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها داده‌ها را مستقیماً در داخل پردازنده ذخیره می‌کنند تا دسترسی سریع‌تری داشته باشند. پردازنده‌های جاسازی‌شده شامل ریزپردازنده‌ها و ریزکنترل‌گرها هستند.

⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇

تولید کنندگان پیشرو در CPU

چندین شرکت محصولات مختلفی تولید می‌کنند که از CPUها در خطوط تولید برند خود پشتیبانی می‌کنند. با این حال، این بازار در طول زمان تغییرات بزرگی کرده است. قبلاً شرکت‌های زیادی، از جمله تولیدکنندگان اصلی مانند موتورولا، در این حوزه فعال بودند. اما اکنون فقط دو بازیگر اصلی در این بازار باقی مانده‌اند: اینتل (Intel) و ای‌ام‌دی (AMD).

این دو شرکت از معماری‌های متفاوتی برای مجموعه دستورات (ISA) استفاده می‌کنند:

• پردازنده‌های AMD از معماری کاهش مجموعه دستورات (RISC) بهره می‌برند.
• پردازنده‌های اینتل از معماری مجموعه دستورات پیچیده (CISC) پیروی می‌کنند.

⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇⊆⊇

برندها و محصولات CPU

اینتل (Intel)

• Core: خط تولید رده‌بالای اینتل که شامل مدل‌هایی مانند Core i3 است.
• Xeon: پردازنده‌هایی که برای دفاتر و مشاغل طراحی شده‌اند.
• Celeron و Pentium: این خطوط شامل مدل‌هایی مانند Pentium 4 هستند و نسبت به سری Core سرعت و قدرت کمتری دارند.

ای‌ام‌دی (AMD)

• این شرکت پردازنده‌ها و ریزپردازنده‌های خود را در دو نوع ارائه می‌دهد: CPU و APU (واحد پردازش شتاب‌داده‌شده).
• APU در واقع همان CPU است که با گرافیک اختصاصی Radeon ترکیب شده است.
• پردازنده‌های Ryzen این شرکت برای سرعت بالا و عملکرد قوی، به‌ویژه در بازار بازی‌های ویدیویی طراحی شده‌اند.
• پردازنده‌های Athlon قبلاً به‌عنوان محصولات رده‌بالای AMD شناخته می‌شدند، اما اکنون به‌عنوان گزینه‌ای عمومی‌تر عرضه می‌شوند.

آرم (Arm)

• آرم خود سخت‌افزار تولید نمی‌کند، بلکه طراحی‌های ارزشمند پردازنده و سایر فناوری‌های اختصاصی خود را به شرکت‌های دیگر واگذار می‌کند.
• به‌عنوان نمونه، اپل دیگر از تراشه‌های اینتل در Mac استفاده نمی‌کند و به‌جای آن، پردازنده‌های سفارشی مبتنی بر طراحی‌های آرم تولید می‌کند.
• شرکت‌های دیگری نیز از این الگو پیروی می‌کنند.