CPUچیست؟
عبارت CPU مخفف Central Processing Unit است. به طور خلاصه، CPU یک ماشین الکترونیکی است که دستورالعمل های برنامه ها را اجرا می کند تا بتوانید با دوستان خود تماس بگیرید، مرورگر وب خود را باز کنید یا ایمیل بنویسید. بسیاری از مردم معمولاً می پرسند: "CPU در لپ تاپ یا رایانه رومیزی چیست؟" متوجه نیستند که CPU ها بخشی از دستگاه های مدرن دیگر مانند تبلت ها، تلفن های هوشمند، پخش کننده های DVD یا ماشین های لباسشویی هوشمند هستند! صرف نظر از اینکه کجا آن را پیدا می کنید، CPU محاسبات را با استفاده از میلیاردها ترانزیستور خود تکمیل می کند. این محاسبات نرم افزاری را اجرا می کند که به دستگاه اجازه می دهد وظایف خود را انجام دهد. به عنوان مثال، یک CPU در یک ترموستات هوشمند به نرمافزار خود با اجرای دستورالعملها به تنظیم دمای گرمایش و سرمایش کمک میکند.
عملکرد CPU در کامپیوتر چیست؟
هر ماشین قابل برنامه ریزی که به طور خودکار عملیات منطقی یا دنباله های حسابی را انجام می دهد یک کامپیوتر است. به عبارت دیگر، لپتاپها، رایانههای رومیزی، تبلتها، کنسولهای بازی و گوشیهای هوشمند شما همگی رایانه هستند. بنابراین، یک CPU در یک کامپیوتر چه می کند؟ خوب، سیگنال های باینری را برای تکمیل اقدامات، محاسبات و اجرای برنامه ها در یک فرآیند سه مرحله ای تفسیر می کند:
⦁ واکشی: CPU دستورالعمل ها را از حافظه رایانه دریافت می کند و آنها را در بخشی از واحد کنترل خود به نام Instruction Register (IR) ذخیره می کند.
⦁ رمزگشایی: CPU دستورالعمل را از IR به رمزگشای دستورالعمل خود ارسال می کند. این مدار ترکیبی دستورالعمل را به سیگنال رمزگشایی می کند.
⦁ اجرا: سیگنال های رمزگشایی شده برای مرحله اجرا به مقاصد مربوطه در CPU می روند.
یک CPU با سایر اجزا نیز کار می کند. به عنوان مثال، ممکن است داده های مربوطه ارسال شده از یک بازی ویدیویی را به کارت گرافیک ببرد. سپس کارت گرافیک اطلاعات را پردازش می کند تا روی مانیتور نمایش داده شود. به همین ترتیب، یک CPU به انتقال داده ها از هارد دیسک کامپیوتر به حافظه آن برای دسترسی سریعتر کمک می کند.
یکی از رایجترین پیشرفتهای فناوری CPU، کوچکتر کردن ترانزیستورها است. این منجر به بهبود سرعت CPU در طول چندین دهه شده است که اغلب به عنوان قانون مور از آن یاد می شود.
در زمینه دستگاه های مدرن، یک دسکتاپ یا لپ تاپ دارای یک CPU اختصاصی است که بسیاری از عملکردهای پردازشی را برای سیستم انجام می دهد. دستگاه های تلفن همراه و برخی تبلت ها در عوض از یک سیستم روی تراشه (SoC) استفاده می کنند که تراشه ای است که CPU را در کنار سایر اجزاء بسته بندی می کند. اینتل و AMD هر دو پردازندههایی را با تراشههای گرافیکی و حافظه ذخیرهشده روی آنها نیز ارائه میکنند، به این معنی که میتوانند بیش از عملکردهای استاندارد CPU انجام دهند.
CPUچگونه اطلاعات را پردازش میکند
اگر کنجکاو هستید که چگونه همه این مؤلفههای مختلف با هم کار میکنند تا یک عمل را در رایانه شما انجام دهند، اجازه دهید مراحل مربوطه را طی کنیم.
قبل از اینکه CPU شما بتواند کاری انجام دهد، دستورالعمل های برنامه و داده ها باید از طریق یک ورودی یا دستگاه ذخیره سازی به حافظه بروند. هنگامی که داده ها و دستورالعمل ها در دسترس هستند، CPU مراحل زیر را برای هر دستورالعملی که بازیابی می کند طی می کند:
- CU دستورالعمل را از حافظه واکشی می گیرد.
- CU تصمیم می گیرد که دستورالعمل به چه معناست و داده های مربوطه را هدایت می کند تا از حافظه به ALU منتقل شوند. ترکیب این دو مرحله اول زمان آموزش یا زمان I نامیده می شود.
- ALU دستورات حسابی یا منطقی را اجرا می کند.
- ALU نتیجه این عملیات را در حافظه ذخیره می کند. مراحل 3 و 4 با هم به عنوان زمان اجرا یا E-time نامیده می شوند.
- واحد کنترل حافظه را هدایت می کند تا نتیجه را به دستگاه خروجی یا ذخیره سازی آزاد کند. I-time و E-time با هم چرخه ماشین نامیده می شوند.
انواع CPU
6 نوع واحد پردازش مرکزی سی پی یو تک هسته ای، سی پی یو دو هسته ای، سی پی یو چهار هسته ای، سی پی یو شش هسته ای، سی پی یو هشت هسته ای و سی پی یو ده هسته ای وجود دارد. اینها 6 نوع واحد پردازش مرکزی هستند که در دستگاههای مختلف مانند رایانههای رومیزی، لپتاپ و تلفنهای همراه استفاده میشوند.
این نوع از CPU ها سرعت، کارایی، حافظه پنهان، فرکانس ساعت، عملکرد موثر رایانه و دستگاه های تلفن همراه را تعیین می کنند.
عملکرد برنامه های نرم افزاری به قدرت CPU بستگی دارد. INTELیکی از تولید کننده های اصلی CPU کامپیوتر است.
- تک هسته ای: ین قدیمی ترین نوع CPU است که در اکثر رایانه های شخصی و رسمی موجود و مورد استفاده قرار می گیرد. CPU تک هستهای میتواند تنها یک فرمان را در یک زمان اجرا کند و در انجام چند کار کارآمد نیست. این نشان می دهد که در صورت اجرای بیش از یک برنامه، کاهش قابل توجهی در عملکرد وجود دارد.
- دو هسته ای: این یک CPU منفرد است که از دو هسته قوی تشکیل شده است و عملکردهایی مانند CPU دوگانه دارد که مانند یک هسته عمل می کند. برخلاف CPU با یک هسته، پردازنده باید در یک آرایه متغیر از جریان های داده به جلو و عقب سوئیچ کند و اگر رشته یا رشته های بیشتری اجرا شود، CPU دو هسته ای چند وظیفه ای را به طور موثر مدیریت می کند. برای استفاده موثر از CPU دو هسته ای، برنامه های در حال اجرا و سیستم عامل باید کد منحصر به فردی به نام فناوری چند رشته ای همزمان در آن تعبیه شده باشد. CPU دو هسته ای سریع تر از یک هسته ای است.
- چهار هسته ای: CPU چهار هسته ای یک مدل تصفیه شده از ویژگی ها و طراحی CPU چند هسته ای با چهار هسته در یک CPU است. مشابه CPU دو هستهای، که حجم کار را بین هستهها تقسیم میکند و چهار هستهای امکان چندوظیفگی موثر را فراهم میکند. این به معنای هیچ عملیات واحدی نیست که چهار برابر سریعتر از سایرین باشد. این گونه از CPU در افرادی که نیاز به اجرای چندین برنامه مختلف به طور همزمان با گیمرها دارند، استفاده می شود.
- شش هسته ای: این یکی دیگر از پردازندههای چند هستهای است که با شش هسته در دسترس است و میتواند این کار را به سرعت نسبت به پردازندههای چهار هستهای و دو هستهای انجام دهد. برای کاربران کامپیوتر شخصی، پردازنده های Hexacore ساده است و اکنون اینتل با پردازنده Inter core i7 در سال 2010 با پردازنده Hexa core راه اندازی شده است. اما در اینجا کاربران گوشی های هوشمند تنها از پردازنده های چهار هسته ای و دو هسته ای استفاده می کنند. امروزه گوشی های هوشمند با پردازنده های هگزا هسته ای در دسترس هستند.
- هشت هسته ای: پردازنده های اصلی پردازندههای هشت هستهای پرطرفدار شامل مجموعهای دوگانه از پردازندههای چهار هستهای هستند که فعالیتهای مختلفی را بین انواع مختلف تقسیم میکنند. در بسیاری از مواقع، از حداقل مجموعه هسته های توانمند برای تولید وظایف پیشرفته استفاده می شود.
- ده هسته ای: Deca-core با ده سیستم مستقل در دسترس است که برای اجرا و مدیریت وظایفی که نسبت به سایر پردازندههایی که تاکنون توسعه یافتهاند، موفق است. داشتن رایانه شخصی یا هر دستگاهی که با پردازنده ده هسته ای ساخته شده است بهترین گزینه است. این پردازنده نسبت به سایر پردازنده ها سریعتر است و در انجام چند کار بسیار موفق است. پردازندههای Deca-core با ویژگیهای پیشرفتهاش در حال پیشرفت هستند.