CPU چیست و هر آنچه در رابطه با آن باید بدانید

CPU یا پردازشگر چیست؟

هر کامپیوتر به مادربرد و هر مادربرد به CPU نیاز دارد. CPU مخفف کلمه Central Processing Unit به معنی واحد پردازش مرکزی می باشد، که تعیین می کند یک کامپیوتر چقدر می تواند همزمان پردازش کرده و با چه سرعتی می تواند آن داده ها را اداره کند. در واقع سی پی یو قلب سرور یا کامپیوتر شماست. در واقع هر آنچه که ما با رایانه ها و سرورها انجام می دهیم به خاطر وجود این پردازنده ها است.

حال پردازنده چگونه این کار را انجام می دهد؟سه عمل مهم که در تمامی کامپیوترهای رومیزی، لپ‌تاپ‌، سرور و حتی سوپرکامپیوترها بر عهده­ این واحد گذاشته شده است که به شرح زیر است:

• Fetch: واکشی
• Decode: رمز گشایی
• Execute: اجرا

تفاوتی ندارد پردازنده سرور باشد یا یک رایانه خانگی این سه عمل پیچیده، دقیقا به ترتیب عنوان شده صورت می گیرد. هنگامی که یک سرور و یا کامپیوتر کار می کند اطلاعات از سوی واحد حافظه (رم سرور و یا دیگر انواع حافظه ها) به صورت رمزنگاری شده به سمت پردازنده یا همان CPU سرور ارسال می شود. تا در آن عملیات پردازش انجام شود.حالا ما در اینجا به بررسی این سه عمل می پردازیم:

ـ مرحله اول واکشی (Fetch):

هنگامی که دستورالعمل ها از رم به سمت پردازنده ارسال می شوند، مرحله واکشی شروع می شود. در این مرحله پردازنده دستورالعمل وارد شده را توسط یک شمارشگر، نگه می دارد. سپس دستورات را در قسمت «رجیستری» ثبت می کند. فضای شمارشگر افزایش بیشتری پیدا کرده تا به دستورات بعدی برود.

ـ مرحله دوم رمزگشایی (Decode):

هنگامی که یک دستور در رجیستری پردازنده ثبت شد، رمزگشایی از آن آغاز می گردد. در این مرحله دستورات تبدیل به سیگنال هایی می شوند که برای انجام و اجرا به بخش های مختلف یک پردازنده ارسال می شود.

ـ مرحله سوم اجرا (Execute):

در نهایت سگینال هایی دریافتی در بخش های پردازشی پردازنده اجرا شده و بعد از آن نتیجه در رجیسترها مجدد ثبت می شود. تمام کار سه عملیات در ظرف مدت چند میکروثانیه (پالس ساعت) انجام می شود.

معرفی انواع CPU:

شاید برای شما پیش آمده باشد که هنگام خرید پردازنده با انواع مختلفی در بازار روبه رو شوید که شامل:

ـ پردازشگرهای دسکتاپ:

CPU های دسکتاپ برای کامپیوترها تولید شده اند. این پردازشگرها تا حدودی عملکرد شبیه پردازشگرهای مخصوص موبایل و سرور داشته و برای برطرف کردن نیازکاربران کامپیوتری استفاده می شوند. برای مثال یکی از ویژگی های این پردازنده ها، مقاومت بالا در برابر حرارت می باشد. این پردازنده ها با Overclocking ( افزایش سرعت) سازگاری بیشتری دارند.

ـ پردازشگرهای موبایل:

CPU های موبایل برای لپ تاپ و دستگاه های تلفنی مانند تلفن های همراه ساخته شده اند. این پردازشگرها دارای سرعت کمتری بوده و از طرفی برق مصرفی در آنان نیز بسیار کمتر است، به طوری که در مصرف شارژ گوشی صرفه جویی می شود.

با این حال این پردازنده ها دارای ویژگی هایی هستند که پردازنده های دستکتاپ آن را ارائه نمی دهند مانند مانند فناوری نمایش بی سیم (WiDi). به عنوان مثال این تکنولوژی سبب انتقال فایل های اطلاعاتی به تلوزیون می شود.

ـ پردازشگرهای سرور:

پردازنده های سرور برای قابلیت اطمینان بالا ساخته شده اند. این پردازنده ها در شرایط سخت از قبیل دمای و بارمحاسباتی بالا مورد آزمایش قرار می گیرند. اگر پردازنده دسکتاپ شما خراب شود ، کل کامپیوتر غیرفعال می شود. اما CPU های سرور هنگامی که خراب می شوند به دلیل قابلیت Failover سیستم بعدی سریعاً جایگزین می گردند. همچنین این پردازنده ها برای کار با فرکانسهای بسیار طراحی شده اند که به آنها امکان پردازش داده های بیشتر را ارائه می دهند.

ویژگی های مختلف پردازنده ها:

بعد از آشنایی با انواع مختلف پردازنده ها، حال مرحله بعدی شناخت ویژگی هایی است که هر کدام ارائه می دهند. همه CPU ها ویژگی های یکسانی را ارائه نمی دهند. در زیر به برخی از ویژگی های این پردازنده ها اشاره خواهیم کرد:

ـ هسته (Cores):

کمتر از یک دهه پیش، همه پردازنده ها با یک هسته واحد عرضه می شدند. امروزه پردازنده های تک هسته ای تنها یک استثناء هستند. این روزها پردازنده های چند هسته ای به دلیل دسترسی و نرم افزارهای بیشتر محبوب تر شده اند. پردازنده ها ممکن است از دو تا 8 هسته تشکیل شده باشند. هنگام تصمیم گیری در رابطه با تعداد هسته مورد نیاز ، ابتدا لازم است بدانید “چند هسته” به چه معناست.

هنگامی که پردازنده ها روی یک هسته در حال اجرا بودند، تنها آن یک هسته مسئول رسیدگی به کلیه داده های ارسال شده به پردازنده بود. اما هنگامی که تعداد هسته ها بیشتر می شوند، وظیفه‌ی ارسال داده ها به پردازنده بین هسته ها تقسیم می شوند که این عامل سبب سرعت بیشتر پردازش خواهد شد.

با این حال به یاد داشته باشید عملکرد پردازشگر به نرم افزار اجرا کننده آن بستگی دارد. برای مثال اگر یک نرم افزار تنها از 3 هسته از 8 هسته یک پردازشگر استفاده کند، 5 هسته آن بلا استفاده مانده است. برای آنکه هزینه ها را کاهش و میزان کارایی را افزایش دهیم بهتر است نیاز سیستم را با تعداد هسته ها یکسان نماییم.

ـ کش (Cache):

کش پردازنده شبیه حافظه کامپیوتر است. کش پردازنده یک حافظه کوچک و بسیار سریع است که برای حافظه موقت استفاده می شود. که سبب می شود کامپیوترها فایل هایی که در پردازنده قرار دارند را خیلی سریع بازیابی کنند. هر چه کش پردازنده بیشتر باشد، اطلاعات بیشتری در آن ذخیره می شوند.

ـ سازگاری سوکت (Socket Compatibility):

یکی از نگرانی ها، هنگام خرید یک پردازشگر سازگاری آن با سوکت می باشد. سازگاری سوکت رابط بین مادربرد و CPU را امکان پذیر می کند. اگر CPU از قبل بر روی مادربورد قرار گرفته باشد اطمینان حاصل نمایید که این کار به درستی انجام شده است.

ـ واحدهای پردازشگر گرافیکی (GPUs):

بسیاری از پردازنده های امروزی واحد پردازش گرافیکی یکپارچه دارند که برای انجام محاسبات مربوط به گرافیک طراحی شده اند. اگر CPU دارای GPU نباشد، کامپیوتر می تواند از یک پردازشگر گرافیکی مجزاء استفاده نماید. البته لازم به ذکر است اگر از یک کامپیوتر برای کارهای گرافیکی بالا استفاده می کنید یک CPU با GPU نمی تواند نیاز شما را برآورده سازد.

ـ فرکانس (Frequency):

فرکانس CPU، که با هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود، سرعتی است که در آن عمل می کند. در گذشته، فرکانس سریعتر با عملکرد بهتر رابطه مستقیمی داشت اما امروزه این چنین نیست. در بعضی موارد CPU با فرکانس بالاتر، متناسب با زیر ساخت عملکرد بهتری را ارائه می نماید. در حالی که فرکانس هنوز دلیلی بر سرعت پردازنده است، اما دیگر تنها عاملی نیست که بر سرعت واقعی یک پردازنده تأثیر بگذارد.

ـ قدرت طراحی حرارتی (Thermal Design Power):

پردازشگرها گرما تولید می نمایند. TDP بیانگر این است که این گرما تاچه حد قابل کنترل است. در واقع این عامل رابطه مستقیمی با سیستم خنک کننده CPU دارد به طوری اگر دارای یک سیستم خنک کننده نباشد باید به صورت جداگانه نصب گردد زیرا گرمای بیش از حد خطر اصلی برای قطعات کامپیوتری به حساب می آید.

بررسی کش CPU و انواع آن:

پردازنده و یا CPU دارای واحد حافظه سریع تری در درون خود است که به عنوان حافظه کش پردازنده و یا CPU Cashe Memory نیز شناخته می شود.حافظه کامپیوتر از اجرای مختلفی تشکیل شده است که دارای سلسله مراتب خاصی است. در بالاترین سطح، کش پردازنده قرار گرفته که در نزدیکترین حالت ممکن به CPU قرار دارد، زیرا خود بخشی از خود آن می باشد.

حال کش CPU به سه سطح تقسیم می شود که شامل : 

حافظه کش پردازنده به سه سطح L1، L2 و L3 تقسیم می شود. این سطوح حافظه بر اساس سرعت و اندازه حافظه کش تقسیم بندی می شوند. حال این سوال پیش می آید که آیا اندازه حافظه کش پردازنده تفاوتی در عملکرد دارد؟

ـ حافظه کش L1:

حافظه کش (سطح 1) سریعترین حافظه ای است که در سیستم های کامپیوتری وجود دارد. از نظر اولویت دسترسی، حافظه کش L1 دارای داده هایی است که پردازنده به احتمال زیاد هنگام انجام یک کار خاص به آن نیاز دارد.

کش سطح یک یا L1 بالاترین سطح در طبقه‌بندی کش های سی پی یو، بالاترین سرعت و کمترین ظرفیت را داراست اما دارای کم‌ترین زمان تاخیر و یا Delay که تقریبا صفر است، می باشد که به دلیل نزدیکی زیاد به پردازنده و یا قرارگیری در خود تراشه CPU است.

 L1 Cache به دو بخش تقسیم می‌شود:

ـ Instruction Cach حاوی اطلاعاتی درباره عملیاتی است که پردازنده باید انجام دهد.

ـ Data Cache حاوی اطلاعاتی است که برای اجرای عملیات لازم می باشد.

پردازنده‌های چند هسته‌ای، برای هر هسته، کش جداگانه L1 دارند.

ـ حافظه کش L2:

حافظه کش L2 (سطح 2) دارای سرعت کمتری نسبت به حافظه کش L1 است اما ظرفیت آن بزرگتر است. در مواردی که حافظه کش L1 بر حسب کیلوبایت اندازه گیری می شود، حافظه کش L2 بر حسب مگابایت اندازه گیری می شود.

حافظه کش L2 بسته به نوع CPU متفاوت است، اما اندازه آن معمولاً بین 256 کیلوبایت تا 8 مگابایت است. اکثر پردازنده ها بیش از 256KB حافظه کش L2 را در خود جای داده اند و اکنون این اندازه کوچک در نظر گرفته شده است. بعلاوه، برخی از پردازنده های قدرتمند دارای حافظه کش L2 بزرگتر یعنی بیش از 8 مگابایت هستند.

وقتی نوبت به سرعت می رسد، حافظه کش L2 از حافظه کش L1 عقب می ماند اما هنوز هم بسیار سریعتر از RAM سیستم شما است. حافظه کش L1 معمولاً 100 برابر سریعتر از رم بوده این در حالی است که حافظه کش L2 حدود 25 برابر سریعتر است.

ـ حافظه کش L3:

حالا می رویم به سراغ حافظه کش L3 که در گذشته، در مادربرد یافت می شد، زمانی که بیشتر پردازنده های مرکزی فقط پردازنده های تک هسته ای بودند. اکنون این حافظه کش دارای بیشترین ظرفیت و کمترین سرعت می باشد.

همانطور که تا الان متوجه شدید براساس این تقسیم بندی هر چه به لایه های پایین تر می رسیم سرعت کمتر اما ظرفیت افزایش می باشد. پس با این توضیح می توانیم بگوییم حافظه کش L3 از حافظه کش L2 دارای ظرفیت بیشتر اما سرعت کمتری می باشد.

انتخاب CPU مناسب:

هنگامی که بخواهید یک CPU را انتخاب یا خرید نمایید، ممکن است برخی مشخصات و ویژگی ها دارای اهمیت بیشتری در مقابل با سایر مشخصات داشته باشد که این مشخصات و ویژگی های مورد نظر نسبت به نیاز شما متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، کامپیوتری که برای بازی استفاده می شود ، به یک پردازنده متفاوت تر از یک کامپیوتری که تنها برای روزمره استفاده می شود نیاز دارد.

حال شاید این سوال برای شما پیش آید که کدام پردازنده برای من مناسب تر است؟

در زیر به گروه های مختلفی اشاره خواهیم کرد که نیازمند خرید CPU هستند که هر کدام به ویژگی های خاصی نیازمندند. این گروه ها شامل:

ـ کاربران خانگی:

نیازهای این کاربران شامل :

ـ سازگاری سوکت

ـ GPU یکپارچه

ـ فرکانس

نیاز کاربران خانگی با نیاز کاربران تجاری و گیمرها (Gamer) بسیار متفاوت است. خوشبختانه از آنجا که نیازهای پردازشی یک کاربر خانگی به اندازه سایر گروه ها نیست، معمولاً CPU های معمولی و با قیمت مناسب می توانند به راحتی نیازهای آنان را برطرف نمایند.

تنها کاری که باید انجام شود بررسی تطابق پردازنده با مادربورد می باشد. این به معنای بررسی سازگاری سوکت است. همچنین در صورت انتخاب CPU ابتدا باید یک مادربرد سازگار انتخاب شود.

هنگام خرید CPU ، مدلی را در نظر بگیرید که دارای یک پردازنده گرافیکی یکپارچه است که شاید هیچ استفاده ای از آن نشود به همین دلیل خرید یک پردازنده ساده کفایت می کند. همچنین این امر خرید و نصب یک پردازنده گرافیکی جداگانه را از بین می برد.

عامل مهم دیگر فرکانس است که باید آن را در نظر گرفت. هرچه فرکانس بالاتر باشد، کامپیوتر سریعتر عمل می کند. اما کاربران خانگی نیاز به سرعت بالایی ندارند و برای آنان سرعت 1 گیگاهرتز یا بالاتر کافی خواهد بود.

ـ کاربران کسب و کارهای خانگی ( افراد دورکار):

نیازهای این کاربران شامل :

ـ هسته

ـ حافظه

ـ فرکانس

اگر یک کسب و کار را از خانه خود اداره می کنید، نیازهای CPU شما با نیاز کاربران خانگی کمی متفاوت خواهد بود. در ابتدا باید نیازها و سپس بودجه خود را بررسی کرده تا بتوانید پردازشگر متناسب با آن را انتخاب نمایید.

تعداد هسته های مورد نیاز خود را در نظر بگیرید. بیشتر کاربران مشاغل خانگی با یک پردازنده چهار هسته ای عملکرد خوبی خواهند داشت. با این حال اگر نیازهای محاسباتی شما فشرده تر باشد، مانند برنامه نویسی و طراحی گرافیکی، باید در انتخاب نوع پردازشگر بیشتر دقت نمایید. اگر از یک نرم افزاری استفاده می کنید که هشت هسته از پردازشگر را استفاده می کند

حتما خرید یک CPU هشت هسته ای را مد نظر قرار دهید.

عامل دیگر میزان حافظه مورد نیاز است. مادربرد و نوع سیستم عامل در حال اجرا نیز می تواند بیانگر میزان پشتیبانی از رم باشد. فرکانس عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. در حالی که فرکانس تنها چیزی نیست که سرعت یک پردازنده را تعیین می کند ، اما تأثیر قابل توجهی دارد. نرم افزار مورد استفاده تاثیری مستقیمی بر میزان سرعت مورد نیاز دارد.

به عنوان مثال، هنگام استفاده از نرم افزار فتوشاپ بطور منظم ، یک CPU با سرعت حداقل 2GHz بهترین عملکرد را خواهد داشت.

ـ کاربران مشاغل کوچک:

نیازهای این کاربران شامل :

ـ قیمت

ـ سازگاری

ـ BGA یا LGA

نیازهای CPU در یک تجارت کوچک از نیازهای یک کاربر خانگی متفاوت است. هنگام خرید یک CPU باید به قیمت، سازگاری و اینکه آیا CPU دارای سوکت BGA یا LGA است ، توجه کنید. برای اکثر کسب و کارهای کوچک هزینه کمتر در اولویت قرار دارد.

به همین دلیل، هزینه یکی از اصلی ترین فاکتورهایی است که هنگام خرید CPU باید در نظر گرفت. عامل دیگر سازگاری است که باید در نظر گرفت. اطمینان حاصل کنید که CPU انتخاب شده با دیگر اجزای کامپیوتر مانند مادربرد، سوکت و حافظه سیستم سازگار است.

علاوه بر این، در نظر بگیرید که آیا اتصالات سوکت BGA است یا LGA. در صورت تمایل به جایگزینی CPU در هر زمانی، باید از اتصالات LGA استفاده کرد. زیرا اتصالات BGA لحیم کاری شده اند و جایگزینی آنان کاری غیر ممکن است. از طرف دیگر اتصالات LGA اتصالات پین هستند که در صورت لزوم می توانند به برق متصل و یا از آن جدا شوند.

ـ کاربران شرکتی:

نیازهای این کاربران شامل :

ـ هسته

ـ فرکانس

ـ قدرت طراحی حرارتی

نیاز پردازشی کاربران شرکتی متفاوت است. برای این کاربران پردازشگری نیاز است که بتواند کلیه نیاز محاسباتی آنان را برطرف نماید و یا به عبارتی پردازشگری که برای حجم کاری سنگین طراحی شده اند. هنگام خرید یک پردازشگر به تعداد هسته آن توجه نمایید.

به خاطر داشته باشید که همواره تعداد هسته بیشتر بهتر نیست. برای مثال نرم افزاری که تنها از 4 هسته استفاده می کند نیاز به یک پردازنده هشت هسته ای ندارد.

علاوه بر این ، فرکانس CPU را در نظر بگیرید. فرکانس مورد نیاز به حجم کاری بستگی دارد. برخی از شرکت ها به فرکانس 2 گیگاهرتز یا کمتر و برخی دیگر به فرکانس 4 گیگاهرتز یا بیشتر نیاز دارند. در هنگام خرید CPU ، به نیازهای نرم افزاری که شرکت به طور روتین از آن استفاده می کند توجه کنید و حتماً مطابق با نیاز آنان فرکانس مورد نظر را انتخاب نمایید.

قدرت طراحی حرارتی (TDP) عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. در برخی مشاغل به دلیل حجم زیاد کاری ممکن است CPU گرمای زیادی را ایجاد نماید. حتما TDP را در CPU بررسی نمایید که سیستم خنک کننده بتواند آن را خنک نماید. این کار باعث جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کامپیوتر و آسیب رسیدن به سایر اجزاء می گردد.

ـ گیمرها:

نیازهای این کاربران شامل :

ـ هسته

ـ فرکانس

ـ قدرت طراحی حرارتی

نیاز گیمرها در مورد قدرت پردازش یک کامپیوتر بسیار متفاوت است. اگر نمی خواهید در هنگام بازی تاخیر را تجربه کنید، به CPU ای نیاز دارید که بتواند تمام داده هایی را که باید پردازش کند، مدیریت نماید.

اولین موردی که باید در نظر بگیرید این است که به پردازشگر چند هسته ای نیاز دارید. درست است که گیمرها به پردازنده های قدرتمندی احتیاج دارند، اما لزوماً تعداد هسته بیشتر نشان دهنده قدرت بیشتر نیست. تعداد هسته های مورد نیاز یک گیمر با توجه به تعداد هسته هایی که نرم افزار بازی می تواند از آن استفاده کند تعیین می شود.

علاوه بر تعداد هسته های یک پردازنده ، فرکانس نیز دارای اهمیت می باشد. اگر فرکانس یک پردازنده کند باشد، تأثیر مستقیمی بر روی عملکرد بازی خواهد داشت. برای برخی از گیمرها فرکانس 3.8 گیگاهرتز یا بیشتر مورد نیاز خواهد بود اما برخی دیگر ممکن است به یک فرکانس پایین تری نیاز داشته باشند.

عامل دیگری که باید به آن توجه کرد TDPمی باشد. این امر به این دلیل است که CPU به سرعت گرم می شود. شما باید مطمئن باشید که دارای سیستم خنک کننده ای هستید که می تواند از گرم شدن بیش از حد اجزاء جلوگیری نماید.

ـ سرورها:

نیازهای آنان شامل :

ـ هسته

ـ قدرت طراحی حرارتی

ـ قدرت پردازش

CPU های سرور یکی از پرکارترین پردازشگرها در جهان به شمار می روند. آنها باید پردازش اطلاعات زیادی در مدت زمان کوتاه انجام دهند. به همین دلیل، قبل از خرید CPU، باید نیازهای سرور خود را مورد توجه قرار دهید.

ابتدا باید تعداد هسته های مورد نیاز خود را بررسی کنید. با وجود هسته های بیشتر، سرور می تواند دستورات بیشتری را مدیریت کند. از طرفی دیگر باید TDP را در CPUها در نظر گرفت. بیشتر CPU های سرور دارای واحدهای خنک کننده نیستند. این بدان معنی است که باید یک واحد خنک کننده مجزا را خریداری کرد.

هنگام خرید یک CPU برای سرور، توانایی های مربوط به قدرت پردازش پردازشگر را نیز در نظر بگیرید. در حالی که هسته ها اطلاعات CPU را کنترل می کنند، قدرت پردازش دقیقاً مشخص می کند که CPU در هر زمان معینی چقدر داده را پردازش می کند.

ـ کاربران تلفن همراه:

نیازهای این کاربران شامل :

ـ هسته

ـ سازگاری سوکت

ـ فرکانس

در گذشته پردازنده های تلفن همراه تک هسته ای بودند. اما امروزه تلفن های همراه با پردازنده های چند هسته ای وجود دارند. هنگام خرید پردازنده برای دستگاه تلفن همراه ، تعداد هسته هایی که پردازنده به آن نیاز دارد را در نظر بگیرید.

سازگاری سوکت یکی دیگر از عواملی است که باید هنگام خرید CPU های موبایل در نظر بگیرید. بسیاری از پردازنده های موبایل از انواع BGA هستند. این بدان معنی است که آنها روی مادربرد لحیم می شوند. به همین دلیل پردازنده ای انتخاب نمایید که سوکت آن از نوع LGA باشد.

مانند سایر کاربران دیگر، کاربران تلفن همراه نیز باید فرکانس CPU مورد نظر خود را در نظر بگیرند. اگر CPU دارای فرکانس پایین باشد، به احتمال زیاد نمی تواند انتظارات را برطرف نماید. فرکانس بالاتر به معنای سرعت بالاتر است، به این معنی که کاربر منتظر بارگذاری و اجرای برنامه ها نخواهد ماند.

منبع : معرفی انواع cpu