سی پی یو

سی پی یو چیست ؟

سی پی یو مخفف کلمات Central-Processing-Unit به معنای واحد پردازش مرکزی می باشد و متناوباً به عنوان پردازنده ، پردازنده مرکزی یا ریزپردازنده شناخته می شود

واحد پردازش هسته(CPU)  اغلب به عنوان مغز رایانه شناخته می شود. در حالی که CPU فقط یکی از بسیاری از واحدهای پردازشی را تشکیل می دهد ، یکی از مهمترین آنهاست. بخشی از رایانه است که محاسبات ، عملکردها و برنامه ها را اجرا می کند.سی‌پی‌یو مهم‌ترین  واحدهای  پردازشی در رایانه شناخته می‌شود و بخشی از رایانه است که برای اجرای محاسبات، اقدامات و اجرای برنامه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سی پی یو ، ورودی های آموزشی را قبل از تحویل گرفتن ورودی از رم رایانه می گیرد ، رمزگشایی و پردازش می کند و خروجی را تحویل میدهد . پردازنده ها در انواع دستگاه ها هستند از کامپیوتر و لپ تاپ گرفته تا تلفن های هوشمند ، تبلت ها و تلویزیون های هوشمند. سی پی یو ها به شکل تراشه کوچک و معمولاً مربعی شکل هستند که روی مادربرد دستگاه قرار می گیرد و با سایر سخت‌افزارها برای اجرای رایانه‌ در تعامل است.

اجزای پردازنده:

در CPU ، دو جزء اصلی وجود دارد.

  1. ALU.1 (واحد منطق حسابی) – عملیات ریاضی ، منطقی و تصمیم گیری را انجام می دهد.

  2. CU.2 (واحد کنترل) – کلیه عملیات پردازنده ها را هدایت می کند.

 

  عملکرد cpu  چگونه است ؟

طی سالهای گذشته از زمان ورود اولین پردازنده های مرکزی ، پیشرفت های زیادی صورت گرفته است. اما علی رغم آن ، عملکرد اساسی CPU  سه مرحله واکشی ، رمزگشایی و اجرا باقی مانده است.

واکشی:

واکشی شامل دریافت دستورالعمل است. این دستورالعمل به صورت یک سری اعداد نمایش داده می شود(صفر و یک ) و از RAM به CPU منتقل می شود . هر دستورالعمل فقط یک قسمت کوچک از هر عملیاتی است ، بنابراین CPU باید بداند که کدام دستور بعدی است. آدرس دستورالعمل فعلی توسط یک شمارنده برنامه (PC) نگهداری می شود. سپس رایانه شخصی و دستورالعمل ها در یک دستورالعمل ثبت (IR) قرار می گیرند و سپس طول رایانه برای مراجعه به آدرس دستورالعمل بعدی افزایش می یابد

رمزگشایی:

هنگامی که یک دستورالعمل واکشی می شود و در IR ذخیره می شود ، پردازنده دستورعمل ها را به مداری به نام رمزگشای دستورالعمل منتقل می کند و دستورالعمل ها را به سیگنالهایی که باید برای عمل به قسمتهای دیگر CPU ارسال شوند تبدیل می کند.

اجرا کردن:

دراین مرحله  دستورالعمل های رمزگشایی شده برای تکمیل به قسمت های مربوط به پردازنده مرکزی ارسال می شوند. نتایج معمولاً در رجیستر CPU ثبت می شوند  جایی که می توان آنها را به دستورالعمل های بعدی ارجاع داد. این روند مانند  حافظه ماشین حساب عمل میکند

عوامل موثر در عملکرد سی پی یو :

1.سرعت ساعت یا کلاک سی پی یو:

واحد آن هرتز میباشد یعنی اگر سرعت سی پی یو 1گیگا هرتز  باشد  پردازنده میتواند 1 میلیارد دستور را در مدت زمان یک ثانیه پردازش کند.

پردازنده‌های جدید با توجه به دستورات میتوانند حداقل سرعت “base speed “ و  یا حداکثر سرعت “boost speed” را داشته باشند. هنگامی که رایانه  برای انجام دستوراتی نیاز به تعداد بیشتری clock cycle داشته باشد( مانند محاسبات مهندسی پیچیده )سرعت پردازنده به صورت موقت  در سطح boost speed قرار میگیرد. هر چه سرعت کلاک بیشتر باشد، سی پی یو سریعتر است

 

2.حافظه ی کش سی پی یو:

یکی از شاخصه های مهم سی پی یو، حافظه ی کش (Cache) میباشد. کش به حافظه ای بسیار سریع و گران قیمت گفته میشود و کار ان نگهداری اطلاعاتی برای سی پی یو است که در هنگام پردازش اطلاعات به انها نیاز دارد. این حافظه، حافظه ای سه لایه است که به ترتیب لایه ی L1، L2 و لایه ی L3 قرار گرفته است. لایه ی L1 سرعت بیشتر و حافظه ی کم تر نسبت به لایه ی L2 و لایه ی L2 سرعت بیشتر و حافظه ی کمتر نسبت به لایه ی L3 دارد. لایه ی L1 بيش ترین سرعت و لایه ی L3 بيش ترین حافظه را دارند.هرچه حافظه ی کش یک سی پی یو بیشتر باشد، هزینه ی آن هم بیشتر است وبر روی سرعت عملکرد CPU تأثير مستقیم دارد.

 

3تعداد هسته:

افزایش تعداد هسته های داخلی سی پی یو به همراه بهبود تکنولوژی ساخت آنها شرایط کار موازی هسته های متعدد داخل سی پی یو و کاهش حرارت داخلی انها را به همراه  دارد

پردازنده های مرکزی دارای یک هسته پردازشی واحد بودند. پردازنده مدرن امروزی از چندین هسته تشکیل شده است که به آن امکان می دهد چندین دستورالعمل را همزمان انجام دهد.  این روزها با اصطلاحاتی مانند دو هسته ، چهار یا حتی هشت هسته ای مواجه شده اید.

با افزایش تعداد هسته‌ها، سی‌پی‌یو ها توانایی مدیریت پردازش‌های همزمان بیشتری را می‌یابند. این کار مونجربه افزایش عملکرد و کاهش زمان محاسبات می‌شود.

دو هسته ای خیلی زود جای خود را به پردازنده های چهار هسته ای با چهار پردازنده مرکزی و حتی پردازنده های هشت هسته ای با هشت پردازنده داد. . امروزه با اضافه کردن  فناوری فراریسمانی  (hyper-threading) به این سی‌پی‌یوهای هشت هسته‌ای در واقع 16 هسته پردازشی مستقل خواهیم داشت.

 

4.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 در ایجاد گرمای کمترنیز موثر است.

 

5.تعداد بیت ها:

پردازنده‌ها جریان متناوبی از داده‌ها را دریافت نمی‌کنند؛ بلکه آن‌ها داده‌ها را در بسته‌های کوچکی که     «word» نامیده می‌شود می‌گیرند. پردازنده‌ها بر اساس تعداد بیت‌ها به دو نوع مختلف تقسیم می‌شوند. در علم الکترونیک قانونی به نام قانون Moore وجود دارد که بیان کننده این است که تعداد ترانزیستورهای روی هر تراشه هر سال دو برابر قبل خواهد بود و با تداوم این قانون به تدریج  پشتیبانی از رم بالای ۴ گیگ به رایانه‌ها اضافه و راه برای پردازنده‌های ۶۴ بیت باز شد.

انواع پردازنده:

در گذشته پردازنده های رایانه ای از اعداد برای شناسایی پردازنده و کمک به شناسایی پردازنده های سریعتر استفاده می کردند. به عنوان مثال ، پردازنده Intel 80486 486 سریعتر از پردازنده 80386 386 است . پس از معرفی پردازنده Intel Pentium (که از نظر فنی 80586 است) ، همه پردازنده های رایانه ای شروع به استفاده از نام هایی مانند Athlon ، Duron ، Pentium و Celeron کردند. امروزه علاوه بر نامهای مختلف پردازنده های رایانه ای ، سرعتها و قابلیتهای مختلفی نیز وجود دارد  (32 بیتی و 64 بیتی ).

سری AMD Opteron و Intel Itanium و Xeon , سی پی یوهایی هستند که در سرورها و رایانه های سطح بالا استفاده می شوند. برخی از دستگاه های تلفن همراه مانند تلفن های هوشمند و تبلت از پردازنده های ARM استفاده می کنند. اندازه این پردازنده ها کوچکتر است ، به انرژی کمتری نیاز دارند و گرمای کمتری تولید می کنند.

آیا می توان از GPU به جای CPU استفاده کرد؟

خیر. اگر چه GPU می تواند کارهای مشابه CPU را انجام دهد ، اما توانایی انجام توابع مورد نیاز برخی از سیستم عامل ها و نرم افزارها را ندارد

admin
اردیبهشت ۳, ۱۴۰۰