CPU چيست و هر آنچه در رابطه با آن بايد بدانيد

CPU يا پردازشگر چيست؟

هر كامپيوتر به مادربرد و هر مادربرد به CPU نياز دارد. CPU مخفف كلمه Central Processing Unit به معني واحد پردازش مركزي مي باشد، كه تعيين مي كند يك كامپيوتر چقدر مي تواند همزمان پردازش كرده و با چه سرعتي مي تواند آن داده ها را اداره كند. در واقع سي پي يو قلب سرور يا كامپيوتر شماست. در واقع هر آنچه كه ما با رايانه ها و سرورها انجام مي دهيم به خاطر وجود اين پردازنده ها است.

حال پردازنده چگونه اين كار را انجام مي دهد؟سه عمل مهم كه در تمامي كامپيوترهاي روميزي، لپ‌تاپ‌، سرور و حتي سوپركامپيوترها بر عهده­ اين واحد گذاشته شده است كه به شرح زير است:

• Fetch: واكشي
• Decode: رمز گشايي
• Execute: اجرا

تفاوتي ندارد پردازنده سرور باشد يا يك رايانه خانگي اين سه عمل پيچيده، دقيقا به ترتيب عنوان شده صورت مي گيرد. هنگامي كه يك سرور و يا كامپيوتر كار مي كند اطلاعات از سوي واحد حافظه (رم سرور و يا ديگر انواع حافظه ها) به صورت رمزنگاري شده به سمت پردازنده يا همان CPU سرور ارسال مي شود. تا در آن عمليات پردازش انجام شود.حالا ما در اينجا به بررسي اين سه عمل مي پردازيم:

ـ مرحله اول واكشي (Fetch):

هنگامي كه دستورالعمل ها از رم به سمت پردازنده ارسال مي شوند، مرحله واكشي شروع مي شود. در اين مرحله پردازنده دستورالعمل وارد شده را توسط يك شمارشگر، نگه مي دارد. سپس دستورات را در قسمت «رجيستري» ثبت مي كند. فضاي شمارشگر افزايش بيشتري پيدا كرده تا به دستورات بعدي برود.

ـ مرحله دوم رمزگشايي (Decode):

هنگامي كه يك دستور در رجيستري پردازنده ثبت شد، رمزگشايي از آن آغاز مي گردد. در اين مرحله دستورات تبديل به سيگنال هايي مي شوند كه براي انجام و اجرا به بخش هاي مختلف يك پردازنده ارسال مي شود.

ـ مرحله سوم اجرا (Execute):

در نهايت سگينال هايي دريافتي در بخش هاي پردازشي پردازنده اجرا شده و بعد از آن نتيجه در رجيسترها مجدد ثبت مي شود. تمام كار سه عمليات در ظرف مدت چند ميكروثانيه (پالس ساعت) انجام مي شود.

معرفي انواع CPU:

شايد براي شما پيش آمده باشد كه هنگام خريد پردازنده با انواع مختلفي در بازار روبه رو شويد كه شامل:

ـ پردازشگرهاي دسكتاپ:

CPU هاي دسكتاپ براي كامپيوترها توليد شده اند. اين پردازشگرها تا حدودي عملكرد شبيه پردازشگرهاي مخصوص موبايل و سرور داشته و براي برطرف كردن نيازكاربران كامپيوتري استفاده مي شوند. براي مثال يكي از ويژگي هاي اين پردازنده ها، مقاومت بالا در برابر حرارت مي باشد. اين پردازنده ها با Overclocking ( افزايش سرعت) سازگاري بيشتري دارند.

ـ پردازشگرهاي موبايل:

CPU هاي موبايل براي لپ تاپ و دستگاه هاي تلفني مانند تلفن هاي همراه ساخته شده اند. اين پردازشگرها داراي سرعت كمتري بوده و از طرفي برق مصرفي در آنان نيز بسيار كمتر است، به طوري كه در مصرف شارژ گوشي صرفه جويي مي شود.

با اين حال اين پردازنده ها داراي ويژگي هايي هستند كه پردازنده هاي دستكتاپ آن را ارائه نمي دهند مانند مانند فناوري نمايش بي سيم (WiDi). به عنوان مثال اين تكنولوژي سبب انتقال فايل هاي اطلاعاتي به تلوزيون مي شود.

ـ پردازشگرهاي سرور:

پردازنده هاي سرور براي قابليت اطمينان بالا ساخته شده اند. اين پردازنده ها در شرايط سخت از قبيل دماي و بارمحاسباتي بالا مورد آزمايش قرار مي گيرند. اگر پردازنده دسكتاپ شما خراب شود ، كل كامپيوتر غيرفعال مي شود. اما CPU هاي سرور هنگامي كه خراب مي شوند به دليل قابليت Failover سيستم بعدي سريعاً جايگزين مي گردند. همچنين اين پردازنده ها براي كار با فركانسهاي بسيار طراحي شده اند كه به آنها امكان پردازش داده هاي بيشتر را ارائه مي دهند.

ويژگي هاي مختلف پردازنده ها:

بعد از آشنايي با انواع مختلف پردازنده ها، حال مرحله بعدي شناخت ويژگي هايي است كه هر كدام ارائه مي دهند. همه CPU ها ويژگي هاي يكساني را ارائه نمي دهند. در زير به برخي از ويژگي هاي اين پردازنده ها اشاره خواهيم كرد:

ـ هسته (Cores):

كمتر از يك دهه پيش، همه پردازنده ها با يك هسته واحد عرضه مي شدند. امروزه پردازنده هاي تك هسته اي تنها يك استثناء هستند. اين روزها پردازنده هاي چند هسته اي به دليل دسترسي و نرم افزارهاي بيشتر محبوب تر شده اند. پردازنده ها ممكن است از دو تا 8 هسته تشكيل شده باشند. هنگام تصميم گيري در رابطه با تعداد هسته مورد نياز ، ابتدا لازم است بدانيد “چند هسته” به چه معناست.

هنگامي كه پردازنده ها روي يك هسته در حال اجرا بودند، تنها آن يك هسته مسئول رسيدگي به كليه داده هاي ارسال شده به پردازنده بود. اما هنگامي كه تعداد هسته ها بيشتر مي شوند، وظيفه‌ي ارسال داده ها به پردازنده بين هسته ها تقسيم مي شوند كه اين عامل سبب سرعت بيشتر پردازش خواهد شد.

با اين حال به ياد داشته باشيد عملكرد پردازشگر به نرم افزار اجرا كننده آن بستگي دارد. براي مثال اگر يك نرم افزار تنها از 3 هسته از 8 هسته يك پردازشگر استفاده كند، 5 هسته آن بلا استفاده مانده است. براي آنكه هزينه ها را كاهش و ميزان كارايي را افزايش دهيم بهتر است نياز سيستم را با تعداد هسته ها يكسان نماييم.

ـ كش (Cache):

كش پردازنده شبيه حافظه كامپيوتر است. كش پردازنده يك حافظه كوچك و بسيار سريع است كه براي حافظه موقت استفاده مي شود. كه سبب مي شود كامپيوترها فايل هايي كه در پردازنده قرار دارند را خيلي سريع بازيابي كنند. هر چه كش پردازنده بيشتر باشد، اطلاعات بيشتري در آن ذخيره مي شوند.

ـ سازگاري سوكت (Socket Compatibility):

يكي از نگراني ها، هنگام خريد يك پردازشگر سازگاري آن با سوكت مي باشد. سازگاري سوكت رابط بين مادربرد و CPU را امكان پذير مي كند. اگر CPU از قبل بر روي مادربورد قرار گرفته باشد اطمينان حاصل نماييد كه اين كار به درستي انجام شده است.

ـ واحدهاي پردازشگر گرافيكي (GPUs):

بسياري از پردازنده هاي امروزي واحد پردازش گرافيكي يكپارچه دارند كه براي انجام محاسبات مربوط به گرافيك طراحي شده اند. اگر CPU داراي GPU نباشد، كامپيوتر مي تواند از يك پردازشگر گرافيكي مجزاء استفاده نمايد. البته لازم به ذكر است اگر از يك كامپيوتر براي كارهاي گرافيكي بالا استفاده مي كنيد يك CPU با GPU نمي تواند نياز شما را برآورده سازد.

ـ فركانس (Frequency):

فركانس CPU، كه با هرتز (هرتز) اندازه گيري مي شود، سرعتي است كه در آن عمل مي كند. در گذشته، فركانس سريعتر با عملكرد بهتر رابطه مستقيمي داشت اما امروزه اين چنين نيست. در بعضي موارد CPU با فركانس بالاتر، متناسب با زير ساخت عملكرد بهتري را ارائه مي نمايد. در حالي كه فركانس هنوز دليلي بر سرعت پردازنده است، اما ديگر تنها عاملي نيست كه بر سرعت واقعي يك پردازنده تأثير بگذارد.

ـ قدرت طراحي حرارتي (Thermal Design Power):

پردازشگرها گرما توليد مي نمايند. TDP بيانگر اين است كه اين گرما تاچه حد قابل كنترل است. در واقع اين عامل رابطه مستقيمي با سيستم خنك كننده CPU دارد به طوري اگر داراي يك سيستم خنك كننده نباشد بايد به صورت جداگانه نصب گردد زيرا گرماي بيش از حد خطر اصلي براي قطعات كامپيوتري به حساب مي آيد.

بررسي كش CPU و انواع آن:

حال كش CPU به سه سطح تقسيم مي شود كه شامل : 

حافظه كش پردازنده به سه سطح L1، L2 و L3 تقسيم مي شود. اين سطوح حافظه بر اساس سرعت و اندازه حافظه كش تقسيم بندي مي شوند. حال اين سوال پيش مي آيد كه آيا اندازه حافظه كش پردازنده تفاوتي در عملكرد دارد؟

ـ حافظه كش L1:

حافظه كش (سطح 1) سريعترين حافظه اي است كه در سيستم هاي كامپيوتري وجود دارد. از نظر اولويت دسترسي، حافظه كش L1 داراي داده هايي است كه پردازنده به احتمال زياد هنگام انجام يك كار خاص به آن نياز دارد.

كش سطح يك يا L1 بالاترين سطح در طبقه‌بندي كش هاي سي پي يو، بالاترين سرعت و كمترين ظرفيت را داراست اما داراي كم‌ترين زمان تاخير و يا Delay كه تقريبا صفر است، مي باشد كه به دليل نزديكي زياد به پردازنده و يا قرارگيري در خود تراشه CPU است.

 L1 Cache به دو بخش تقسيم مي‌شود:

ـ Instruction Cach حاوي اطلاعاتي درباره عملياتي است كه پردازنده بايد انجام دهد.

ـ Data Cache حاوي اطلاعاتي است كه براي اجراي عمليات لازم مي باشد.

پردازنده‌هاي چند هسته‌اي، براي هر هسته، كش جداگانه L1 دارند.

ـ حافظه كش L2:

حافظه كش L2 (سطح 2) داراي سرعت كمتري نسبت به حافظه كش L1 است اما ظرفيت آن بزرگتر است. در مواردي كه حافظه كش L1 بر حسب كيلوبايت اندازه گيري مي شود، حافظه كش L2 بر حسب مگابايت اندازه گيري مي شود.

حافظه كش L2 بسته به نوع CPU متفاوت است، اما اندازه آن معمولاً بين 256 كيلوبايت تا 8 مگابايت است. اكثر پردازنده ها بيش از 256KB حافظه كش L2 را در خود جاي داده اند و اكنون اين اندازه كوچك در نظر گرفته شده است. بعلاوه، برخي از پردازنده هاي قدرتمند داراي حافظه كش L2 بزرگتر يعني بيش از 8 مگابايت هستند.

وقتي نوبت به سرعت مي رسد، حافظه كش L2 از حافظه كش L1 عقب مي ماند اما هنوز هم بسيار سريعتر از RAM سيستم شما است. حافظه كش L1 معمولاً 100 برابر سريعتر از رم بوده اين در حالي است كه حافظه كش L2 حدود 25 برابر سريعتر است.

ـ حافظه كش L3:

حالا مي رويم به سراغ حافظه كش L3 كه در گذشته، در مادربرد يافت مي شد، زماني كه بيشتر پردازنده هاي مركزي فقط پردازنده هاي تك هسته اي بودند. اكنون اين حافظه كش داراي بيشترين ظرفيت و كمترين سرعت مي باشد.

همانطور كه تا الان متوجه شديد براساس اين تقسيم بندي هر چه به لايه هاي پايين تر مي رسيم سرعت كمتر اما ظرفيت افزايش مي باشد. پس با اين توضيح مي توانيم بگوييم حافظه كش L3 از حافظه كش L2 داراي ظرفيت بيشتر اما سرعت كمتري مي باشد.

انتخاب CPU مناسب:

هنگامي كه بخواهيد يك CPU را انتخاب يا خريد نماييد، ممكن است برخي مشخصات و ويژگي ها داراي اهميت بيشتري در مقابل با ساير مشخصات داشته باشد كه اين مشخصات و ويژگي هاي مورد نظر نسبت به نياز شما متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، كامپيوتري كه براي بازي استفاده مي شود ، به يك پردازنده متفاوت تر از يك كامپيوتري كه تنها براي روزمره استفاده مي شود نياز دارد.

حال شايد اين سوال براي شما پيش آيد كه كدام پردازنده براي من مناسب تر است؟

در زير به گروه هاي مختلفي اشاره خواهيم كرد كه نيازمند خريد CPU هستند كه هر كدام به ويژگي هاي خاصي نيازمندند. اين گروه ها شامل:

ـ كاربران خانگي:

نيازهاي اين كاربران شامل :
ـ سازگاري سوكت
ـ GPU يكپارچه
ـ فركانس

نياز كاربران خانگي با نياز كاربران تجاري و گيمرها (Gamer) بسيار متفاوت است. خوشبختانه از آنجا كه نيازهاي پردازشي يك كاربر خانگي به اندازه ساير گروه ها نيست، معمولاً CPU هاي معمولي و با قيمت مناسب مي توانند به راحتي نيازهاي آنان را برطرف نمايند.

تنها كاري كه بايد انجام شود بررسي تطابق پردازنده با مادربورد مي باشد. اين به معناي بررسي سازگاري سوكت است. همچنين در صورت انتخاب CPU ابتدا بايد يك مادربرد سازگار انتخاب شود.
هنگام خريد CPU ، مدلي را در نظر بگيريد كه داراي يك پردازنده گرافيكي يكپارچه است كه شايد هيچ استفاده اي از آن نشود به همين دليل خريد يك پردازنده ساده كفايت مي كند. همچنين اين امر خريد و نصب يك پردازنده گرافيكي جداگانه را از بين مي برد.

عامل مهم ديگر فركانس است كه بايد آن را در نظر گرفت. هرچه فركانس بالاتر باشد، كامپيوتر سريعتر عمل مي كند. اما كاربران خانگي نياز به سرعت بالايي ندارند و براي آنان سرعت 1 گيگاهرتز يا بالاتر كافي خواهد بود.

ـ كاربران كسب و كارهاي خانگي ( افراد دوركار):

نيازهاي اين كاربران شامل :
ـ هسته
ـ حافظه
ـ فركانس

اگر يك كسب و كار را از خانه خود اداره مي كنيد، نيازهاي CPU شما با نياز كاربران خانگي كمي متفاوت خواهد بود. در ابتدا بايد نيازها و سپس بودجه خود را بررسي كرده تا بتوانيد پردازشگر متناسب با آن را انتخاب نماييد.

تعداد هسته هاي مورد نياز خود را در نظر بگيريد. بيشتر كاربران مشاغل خانگي با يك پردازنده چهار هسته اي عملكرد خوبي خواهند داشت. با اين حال اگر نيازهاي محاسباتي شما فشرده تر باشد، مانند برنامه نويسي و طراحي گرافيكي، بايد در انتخاب نوع پردازشگر بيشتر دقت نماييد. اگر از يك نرم افزاري استفاده مي كنيد كه هشت هسته از پردازشگر را استفاده مي كند

حتما خريد يك CPU هشت هسته اي را مد نظر قرار دهيد.
عامل ديگر ميزان حافظه مورد نياز است. مادربرد و نوع سيستم عامل در حال اجرا نيز مي تواند بيانگر ميزان پشتيباني از رم باشد. فركانس عامل ديگري است كه بايد مورد توجه قرار گيرد. در حالي كه فركانس تنها چيزي نيست كه سرعت يك پردازنده را تعيين مي كند ، اما تأثير قابل توجهي دارد. نرم افزار مورد استفاده تاثيري مستقيمي بر ميزان سرعت مورد نياز دارد.

به عنوان مثال، هنگام استفاده از نرم افزار فتوشاپ بطور منظم ، يك CPU با سرعت حداقل 2GHz بهترين عملكرد را خواهد داشت.

ـ كاربران مشاغل كوچك:

نيازهاي اين كاربران شامل :
ـ قيمت
ـ سازگاري
ـ BGA يا LGA

نيازهاي CPU در يك تجارت كوچك از نيازهاي يك كاربر خانگي متفاوت است. هنگام خريد يك CPU بايد به قيمت، سازگاري و اينكه آيا CPU داراي سوكت BGA يا LGA است ، توجه كنيد. براي اكثر كسب و كارهاي كوچك هزينه كمتر در اولويت قرار دارد.

به همين دليل، هزينه يكي از اصلي ترين فاكتورهايي است كه هنگام خريد CPU بايد در نظر گرفت. عامل ديگر سازگاري است كه بايد در نظر گرفت. اطمينان حاصل كنيد كه CPU انتخاب شده با ديگر اجزاي كامپيوتر مانند مادربرد، سوكت و حافظه سيستم سازگار است.

علاوه بر اين، در نظر بگيريد كه آيا اتصالات سوكت BGA است يا LGA. در صورت تمايل به جايگزيني CPU در هر زماني، بايد از اتصالات LGA استفاده كرد. زيرا اتصالات BGA لحيم كاري شده اند و جايگزيني آنان كاري غير ممكن است. از طرف ديگر اتصالات LGA اتصالات پين هستند كه در صورت لزوم مي توانند به برق متصل و يا از آن جدا شوند.

ـ كاربران شركتي:

نيازهاي اين كاربران شامل :
ـ هسته
ـ فركانس
ـ قدرت طراحي حرارتي

نياز پردازشي كاربران شركتي متفاوت است. براي اين كاربران پردازشگري نياز است كه بتواند كليه نياز محاسباتي آنان را برطرف نمايد و يا به عبارتي پردازشگري كه براي حجم كاري سنگين طراحي شده اند. هنگام خريد يك پردازشگر به تعداد هسته آن توجه نماييد.

به خاطر داشته باشيد كه همواره تعداد هسته بيشتر بهتر نيست. براي مثال نرم افزاري كه تنها از 4 هسته استفاده مي كند نياز به يك پردازنده هشت هسته اي ندارد.

علاوه بر اين ، فركانس CPU را در نظر بگيريد. فركانس مورد نياز به حجم كاري بستگي دارد. برخي از شركت ها به فركانس 2 گيگاهرتز يا كمتر و برخي ديگر به فركانس 4 گيگاهرتز يا بيشتر نياز دارند. در هنگام خريد CPU ، به نيازهاي نرم افزاري كه شركت به طور روتين از آن استفاده مي كند توجه كنيد و حتماً مطابق با نياز آنان فركانس مورد نظر را انتخاب نماييد.

قدرت طراحي حرارتي (TDP) عامل ديگري است كه بايد مورد توجه قرار گيرد. در برخي مشاغل به دليل حجم زياد كاري ممكن است CPU گرماي زيادي را ايجاد نمايد. حتما TDP را در CPU بررسي نماييد كه سيستم خنك كننده بتواند آن را خنك نمايد. اين كار باعث جلوگيري از گرم شدن بيش از حد كامپيوتر و آسيب رسيدن به ساير اجزاء مي گردد.

ـ گيمرها:

نيازهاي اين كاربران شامل :
ـ هسته
ـ فركانس
ـ قدرت طراحي حرارتي

نياز گيمرها در مورد قدرت پردازش يك كامپيوتر بسيار متفاوت است. اگر نمي خواهيد در هنگام بازي تاخير را تجربه كنيد، به CPU اي نياز داريد كه بتواند تمام داده هايي را كه بايد پردازش كند، مديريت نمايد.
اولين موردي كه بايد در نظر بگيريد اين است كه به پردازشگر چند هسته اي نياز داريد. درست است كه گيمرها به پردازنده هاي قدرتمندي احتياج دارند، اما لزوماً تعداد هسته بيشتر نشان دهنده قدرت بيشتر نيست. تعداد هسته هاي مورد نياز يك گيمر با توجه به تعداد هسته هايي كه نرم افزار بازي مي تواند از آن استفاده كند تعيين مي شود.

علاوه بر تعداد هسته هاي يك پردازنده ، فركانس نيز داراي اهميت مي باشد. اگر فركانس يك پردازنده كند باشد، تأثير مستقيمي بر روي عملكرد بازي خواهد داشت. براي برخي از گيمرها فركانس 3.8 گيگاهرتز يا بيشتر مورد نياز خواهد بود اما برخي ديگر ممكن است به يك فركانس پايين تري نياز داشته باشند.

عامل ديگري كه بايد به آن توجه كرد TDPمي باشد. اين امر به اين دليل است كه CPU به سرعت گرم مي شود. شما بايد مطمئن باشيد كه داراي سيستم خنك كننده اي هستيد كه مي تواند از گرم شدن بيش از حد اجزاء جلوگيري نمايد.

ـ سرورها:

نيازهاي آنان شامل :
ـ هسته
ـ قدرت طراحي حرارتي
ـ قدرت پردازش

CPU هاي سرور يكي از پركارترين پردازشگرها در جهان به شمار مي روند. آنها بايد پردازش اطلاعات زيادي در مدت زمان كوتاه انجام دهند. به همين دليل، قبل از خريد CPU، بايد نيازهاي سرور خود را مورد توجه قرار دهيد.

ابتدا بايد تعداد هسته هاي مورد نياز خود را بررسي كنيد. با وجود هسته هاي بيشتر، سرور مي تواند دستورات بيشتري را مديريت كند. از طرفي ديگر بايد TDP را در CPUها در نظر گرفت. بيشتر CPU هاي سرور داراي واحدهاي خنك كننده نيستند. اين بدان معني است كه بايد يك واحد خنك كننده مجزا را خريداري كرد.

هنگام خريد يك CPU براي سرور، توانايي هاي مربوط به قدرت پردازش پردازشگر را نيز در نظر بگيريد. در حالي كه هسته ها اطلاعات CPU را كنترل مي كنند، قدرت پردازش دقيقاً مشخص مي كند كه CPU در هر زمان معيني چقدر داده را پردازش مي كند.

ـ كاربران تلفن همراه:

نيازهاي اين كاربران شامل :
ـ هسته
ـ سازگاري سوكت
ـ فركانس

در گذشته پردازنده هاي تلفن همراه تك هسته اي بودند. اما امروزه تلفن هاي همراه با پردازنده هاي چند هسته اي وجود دارند. هنگام خريد پردازنده براي دستگاه تلفن همراه ، تعداد هسته هايي كه پردازنده به آن نياز دارد را در نظر بگيريد.

سازگاري سوكت يكي ديگر از عواملي است كه بايد هنگام خريد CPU هاي موبايل در نظر بگيريد. بسياري از پردازنده هاي موبايل از انواع BGA هستند. اين بدان معني است كه آنها روي مادربرد لحيم مي شوند. به همين دليل پردازنده اي انتخاب نماييد كه سوكت آن از نوع LGA باشد.

مانند ساير كاربران ديگر، كاربران تلفن همراه نيز بايد فركانس CPU مورد نظر خود را در نظر بگيرند. اگر CPU داراي فركانس پايين باشد، به احتمال زياد نمي تواند انتظارات را برطرف نمايد. فركانس بالاتر به معناي سرعت بالاتر است، به اين معني كه كاربر منتظر بارگذاري و اجراي برنامه ها نخواهد ماند.

منبع : معرفي انواع cpu