سی پی یو (cpu) یا پردازنده کامپیوتر مهمترین تراشه یا مدار مجتمع (IC) در کامپیوتر است که وظیفه تفسیر و پردازش دستورات کامپیوتر را به عهده دارد. این چیپ الکترونیکی کوچک روی منابع داده خارجی مثل حافظه یا جریان داده نظارت می کند. معمولا سی پی یو به شکل یک ریز پردازنده روی تراشه های مدار مجتمع تعبیه می شود.
در این مطلب شما را با تعریف cpu، اجزا، انواع و نمونه های آن آشنا می کنیم.
سی پی یو یا پردازنده چیست؟
CPU مخفف “Central Processing Unit” و به معنای “واحد پردازش مرکزی” است. این واحد پردازنده همان مغز کامپیوتر است که دستورات داده شده به رایانه را پردازش کرده و به آنها پاسخ می دهد. سی پی یو در واقع یک مدار الکترونیکی است که وظیفه محاسبه و پردازش یکپارچه و اجرای برنامه ها و عملکردها در کامپیوتر را به عهده دارد.
همه دستگاههای مختلف الکترونیکی به یک پردازنده مجهزند که دستورالعملها را دریافت کرده، رویشان پردازش انجام می دهد و در نهایت پاسخ مناسب را ارائه می کند.
با این ۷ روش، خیلی ساده از هک شدن کامپیوتر خود جلوگیری کنیم؟
سی پی یو باید برای اجرای هر نوع عملیاتی روی کامپیوتر، سیستم عامل را تفسیر کند. هر سی پی یو از یک واحد منطق و یک واحد کنترل (CU) تشکیل شده و موارد زیر را می سنجد:
- حداکثر تعداد بیت یا دستورالعمل
- سرعت نسبی اجرای پردازنده
- توانایی پردازش دستورات در زمان مشخص
اجزای سی پی یو
هر پردازنده از 4 جزء اصلی ساخته شده است که عبارتند از: واحد ممیز شناور (FPU)، واحد محاسبه و منطق (ALU)، رجیستر یا ثبات (register) و کش (Cache) یا حافظه پنهان. در ادامه هر کدام از بخشها را به طور جداگانه توضیح می دهیم.
1- واحد ممیز شناور (FPU)
واحد ممیز شناور بخشی از یک سیستم کامپیوتری است که وظیفه انجام عملیات ریاضی جذر، ضرب، تقسیم، تفریق و جمع روی اعداد شناور را به عهده دارد. این واحد همچنین می تواند توابع متعالی (transcendental functions) مثل توابع مثلثاتی و نمایی را هم اجرا کند، اما خیلی دقیق نیستند.
2- واحد محاسبه و منطق (ALU)
وظیفه این واحد که یکی از اجزای اصلی پردازنده به شمار می رود انجام عملیات محاسباتی و منطقی است. واحد محاسبه و منطق در واقع یک مدار مجتمع در CPU یا GPU (واحد پردازش گرافیکی) است و برای همین به آن واحد عدد صحیح (IU) هم گفته می شود. این بخش آخرین جزئی است که محاسبات را در پردازنده انجام می دهد.
3- رجیستر یا ثبات (register)
ثبات یا رجیستر پردازنده نوعی حافظه کامپیوتری است که داده ها و دستورالعملهای مورد استفاده دریافت کرده، آنها را انتقال می دهد و ذخیره می کند. علاوه بر این، رجیستر پردازنده دستورات لازم برای انجام فرایندها را به واحد محاسبه و منطق می دهد و نتیجه این عملیات را ذخیره می کند.
4- کش یا حافظه پنهان
کش حافظه ای کوچک و در عین حال خیلی سریع در پردازنده است. وظیفه این حافظه ذخیره کپی داده ها از مکانهای اصلی پر کاربرد است. سه سطح کش وجود دارد: کش L1، L2 و L3. حافظه پنهان L3 تراشه اصلی است که روی تراشه پردازنده تعبیه می شود و از آنجایی که این حافظه کوچک است، فضای ذخیره سازی کمی هم دارد.
L2 حافظه ثانویه ایست که یا روی تراشه پردازنده و یا روی تراشه جداگانه ای که آن را به سی پی یو متصل می کند تعبیه می شود. به حافظه پنهان L3 که در واقع حافظه پشتیبان تخصصی L1 و L2 است و عملکرد آنها را افزایش می دهد حافظه پنهان پردازنده هم گفته می شود.
۸ تا از بهترین نرم افزارهای بهینه ساز و افزایش سرعت کامپیوتر
انواع سی پی یو
پردازنده انواع مختلفی دارد که در ادامه به آنها اشاره می کنیم:
1- پردازشگر مجموعه فرمانهای خاص برنامه (ASIP)
از این قسمت برای طراحی سیستم روی تراشه استفاده می شود. مجموعه فرمانهای ASIP برای استفاده در برنامه های خاص سفارشی سازی می شوند. دستورات بعضی از ASIP های خاص تنظیم پذیر هستند. از ASIP می توان به عنوان جایگزین شتاب دهنده های سخت افزاری شتاب دهنده های سخت افزاری برای کدگذاری ویدئو یا پردازش سیگنال باند پایه استفاده کرد.
2- انواع سی پی یو بر اساس طبقه بندی فلین (Flynn)
در طبقه بندی فلین، پردازنده ها بر اساس تعداد دستور العملها و جریان داده های موجود به دسته های زیر تقسیم می شوند:
1) SISD- یک دستور- یک داده
SISD اصطلاحی در معماری کامپیوتر است که در آن یک پردازنده تک هسته ای یک جریان دستورالعمل را اجرا می کند تا داده ها را در حافظه ذخیره نماید. طبق طبقه بندی فلین، SISD می تواند ویژگی های پردازش همزمان را داشته باشد.
در این نوع معماری، فرامین از ماژول حافظه به واحد کنترل فرستاده شده، سپس رمزگشایی و در نهایت به واحد پردازش ارسال می شوند. واحد پردازش داده های بازیابی شده و گرفته شده از ماژول حافظه را پردازش کرده و سپس آنها را برمیگرداند. ماشین های تک پردازنده رایج مثل کامپیوترهای شخصی، پردازنده های مرکزی قدیمی، پردازنده های پاپ لاین (pipeline) یا خط لوله و پردازنده های فوق اسکالر نمونه هایی از SSID هستند.
2) SIMD- یک دستور- چند داده
SIMD کامپیوتری است که چند عنصر پردازشی دارد و همزمان یک عملیات را روی چند داده انجام می دهد. علاوه بر این، در این نوع کامپیوتر محاسبات موازی در یک زمان مشخص فقط روی یک دستورالعمل واحد انجام می شود. سرعت پردازش در معماری SIMD بالاتر است و معمولا از آن در طراحی سخت افزارها مثل کارت گرافیک استفاده می شود.
3) MISD- چند دستور- یک داده
این اصطلاح نوعی معماری محاسباتی موازی است که در آن چند واحد عملیات مختلفی را روی یک داده انجام می دهند. در این نوع معماری هر CU یک جریان دستور را کنترل و آن را با استفاده از عناصر پردازش مربوطه پردازش می نماید. این نوع معماری به ندرت استفاده می شود و معمولا برای تحمل نقص به کار می رود. کامپیوتر کنترل پرواز شاتل فضایی نمونه ای از MISD است.
4) MIMD- چند دستور- چند داده
از این تکنیک برای رسیدن به موازی سازی استفاده می شود. ماشینهای مجهز به معماری MIMD چند پردازنده دارند که هر کدامشان به صورت جداگانه و ناهمزمان عمل می کنند. این پردازنده های مستقل هر بار دستورات مختلفی را روی چندین داده متفاوت اجرا می نمایند. این ماشینها بر اساس نحوه دسترسی پردازنده های MIMD به حافظه ممکن است از حافظه مشترک یا حافظه توزیع شده استفاده کنند.
تفاوت بین سی پی یو Intel و AMD چیست؟ کدام بهتر است؟
3- انواع سی پی یو بر اساس تعداد هسته
پردازنده ها بر اساس تعداد هسته به انواع زیر تقسیم می شوند:
1) تک هسته ای (Single core)
ریز پردازنده های تک هسته ای از یک هسته تشکیل شده اند و از آنجایی که فقط یک رشته را اجرا می کنند، فقط یک بار در هر چرخه ساعت (clock cycle) می توانند دستورالعمل را اجرا کنند. این نوع پردازنده ها قدرت پردازش پایینی دارند و کاربردشان هم کمتر است. برای همین، پردازنده های چند هسته از محبوبیت بیشتری برخوردارند.
2) چند هسته ای (Multi-core)
پردازنده چند هسته ای ریز پردازنده ایست که دو یا چند هسته در یک واحد یکپارچه دارد. هر کدام از این هسته ها دستورات برنامه را خوانده و آنها را اجرا می کند. در پردازنده های چند هسته ای یک پردازنده واحد می تواند به طور همزمان دستورات را روی هر هسته اجرا نماید. به همین دلیل، سرعت برنامه هایی که از تکنیک های محاسباتی چند رشته ای و موازی استفاده می کنند بیشتر می شود.
3) فرا ریسمانی (Hyper-Threading)
پُر ریسگی یا فرا ریسمانی نوعی فناوریست که در ریزپردازنده های شرکت اینتل (Intel) استفاده می شود. در این فناوری هر هسته به دو هسته جداگانه تقسیم می شود. به این ترتیب هر هسته به طور همزمان چندین عملکرد را اجرا می کند و همین اتفاق باعث افزایش سرعت سیستم می شود.
حتما این موارد رو بلد باشید: چگونه ویژگی های کامپیوتر خود را بشناسیم؟
4- پردازنده های تخصصی
1) واحد پردازش گرافیکی (GPU)
واحد پردازش گرافیکی یک مدار الکترونیکی تخصصی است که برای سرعت بخشیدن به روند ساخت تصاویر در بافرهای فریم برای خروجی دادن در نمایشگر دستگاه از طریق دستکاری و تغییر حافظه طراحی شده است. این واحد می تواند میزان پردازش تصویر و گرافیک کامپیوتر را تغییر بدهد. جی پی یو در مقایسه با سی پی یو به خاطر ساختار موازی اش برای پردازش داده های بزرگ به صورت موازی کارآمدتر عمل می کند. جی پی یو می تواند روی مادر برد یا کارت گرافیک تعبیه شود.
2) واحد پردازش فیزیک (PPU)
پی پی یو که با نام کارت شتاب فیزیک هم شناخته می شود یک ریز پردازنده تخصصی است که بر خلاف جی پی یو وظیفه انجام محاسبات فیزیکی را به عهده دارد. این پردازنده به خصوص در موتور فیزیک بازیهای کامپیوتری استفاده می شود تا بار انجام وظایف وقت گیر پردازشی از روی دوش سی پی یو برداشته شود و پی پی یو آنها را انجام بدهد. پی پی یو داده های فیزیکی را شبیه سازی کرده و آنها را به CPU ارسال می کند. از این نوع پردازنده در کامپیوترهایی که کارآیی بالایی دارند استفاده می شود.
3) پردازشگر سیگنال دیجیتال (DSP)
DSP هم یکی دیگر از پردازنده های تخصصی است که برای انجام عملیات پردازش سیگنال طراحی شده است. این پردازنده سیگنالهای آنالوگ پیوسته دنیای واقعی را اندازه گیری، فشرده و فیلتر می کند. DSP از نظر مصرف انرژی بهینه تر عمل می کند و برای همین می توان از آن برای پردازش داده های الکترونیکی قابل انتقال استفاده کرد.
DSP ها می توانند چند دستورالعمل و داده را به طور همزمان دریافت کنند. با اینکه این نوع پردازنده از لحاظ قیمت نسبت به بقیه پردازنده ها ارزانتر است، ولی در عین حال عملکرد بهتر و تاخیر کمتری دارد و نیازی هم به خنک کننده اختصاصی یا باتری بزرگتر ندارد.
4) پردازنده شبکه (Network processor)
پردازنده شبکه دستگاه سخت افزاری قابل برنامه ریزی و خاصی است که قیمت کم و انعطاف پذیری پردازنده های RISC و مقیاس پذیری و سرعت تراشه های ASIC را دارد. این نوع پردازنده قابلیتهای CPU های همه منظوره را دارد و از آن از برای طراحی اپلیکیشن های شبکه استفاده می شود. فایروال ها، روترها، سوئیچ ها و دستگاه های امنیتی شبکه همگی از پردازنده شبکه استفاده می کنند.
5) پردازنده فرانت اند (Front end processor)
پردازنده فرانت اند کامپیوتری کوچکی است که شبکه ها را به کامپیوتر میزبان وصل می کند. داده ها بین کامپیوتر میزبان و پردازنده فرانت اند از طریق رابط های موازی و با سرعت خیلی بالای منتقل می شوند. این پردازنده بار مدیریت دستگاه های جانبی، مونتاژ و جداسازی بسته ها و همچنین تشخیص و تصحیح خطا را از روی دوش کامپیوتر میزبان برمیدارد. پردازنده فرانت اند با استفاده از رابط های سریال و از طریق شبکه های ارتباطی با دستگاه های جانبی ارتباط برقرار می کند.
راهنمای خرید خنک کننده پردازنده: نکات خرید و 4 مارک برتر در دنیا
ویدیوی آموزشی کاربردی
8 روش افزایش سرعت cpu لپ تاپ (بهترین ترفند افزایش قدرت پردازش)
