اگر بخواهیم فقط یک قسمت از رایانه را انتخاب کنیم، می توانیم مهمترین قسمت رایانه را واحد پردازش مرکزی ( CPU ) بدانیم. این قست، مرکز اصلی (یا “مغز”) رایانه است و دستورالعمل هایی را که از برنامه ها، سیستم عامل یا سایر اجزای رایانه شما ارسال می شود را پردازش می کند. در این مقاله بررسی خواهیم کرد که پردازنده چیست و چه کاری انجام می دهد؟

صفر و یک های پردازنده

به لطف پردازنده های قدرتمندتر، از شرایطی که به سختی قادر به نمایش یک تصویر روی صفحه نمایش کامپیوتر خود بودیم، به حالتی رسیده ایم که امکان مشاهده فیلم های آنلاین Netflix، چت ویدیویی، پخش تلویزیونی و بازی های ویدئویی که به طور چشمگیری واقعی به نظر می رسند، فراهم شده است.

پردازنده مرکزی یک شگفتی در مهندسی تلقی می شود، اما در هسته خود، هنوز هم به مفاهیم ابتدایی تفسیر سیگنال های باینری (۱ و ۰) متکی است. تفاوتی که در حال حاضر به وجود آمده در این است که به جای خواندن کارت های پانچ یا دستورالعمل های پردازش با مجموعه ای از لوله های خلا، پردازنده های مدرن از ترانزیستورهای کوچک برای ایجاد فیلم های TikTok یا پر کردن اعداد در صفحات گسترده، استفاده می کنند.

مبانی پردازنده

CPU

Intel

ساخت و تولید CPU، فرایند پیچیده ای است. نکته مهم در این است که هر پردازنده ای دارای سیلیکون (یک قطعه یا چند قطعه سیلسکونی) است که میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی را در خود جای داده است.

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، این ترانزیستورها از یک سری سیگنال های الکتریکی (جریان “on” و “off”) برای نشان دادن کد باینری ماشینی که از ۱ و ۰ ساخته شده است، استفاده می کنند. از آنجا که تعداد این ترانزیستورها بسیار زیاد است، پردازنده ها می توانند کارهای پیچیده و فزاینده ای را با سرعت بیشتری نسبت به قبل انجام دهند.

لزوماً تعداد ترانزیستور، به معنی سریع تر بودن یک پردازنده نمی باشد. با این حال، هنوز هم این مورد دلیلی اساسی برای بیشتر بودن قدرت محاسباتی تلفن همراه شما، نسبت به قدرت محاسباتی کل سیاره زمین در زمانی که انسان قدم بر روی ماه گذاشت، می باشد.

قبل از اینکه از نردبان مفاهیم پردازنده ها بالاتر برویم، بیایید در مورد نحوه اجرای دستورالعمل های پردازنده بر اساس کد ماشین که اصطلاحا “مجموعه دستورالعمل ها” نامیده می شوند، صحبت کنیم. پردازنده های شرکت های مختلف می توانند مجموعه دستورالعمل های مختلفی داشته باشند (اما نه همیشه).

به عنوان مثال، در اکثر رایانه های شخصی با سیستم عامل ویندوز و پردازنده های فعلی سیستم مک، صرف نظر از اینکه پردازنده آنها Intel یا AMD باشد، از مجموعه دستورات x86-64 استفاده می شود. با این حال، سیستم های مک­ای که در اواخر سال ۲۰۲۰ شروع به کار می کنند، پردازنده های مبتنی بر ARM دارند که از مجموعه دستورالعمل های دیگری استفاده می کنند. همچنین تعداد کمی از رایانه های شخصی همراه با سیستم عامل ویندوز ۱۰ نیز، از پردازنده های ARM استفاده می کنند.

مرتبط: کد باینری چیست و چرا کامپیوترها از این کدها استفاده می کنند؟

هسته ها، حافظه پنهان و کارت های گرافیک

CPU

حال بیایید خود سیلیکون را بررسی کنیم. دیاگرام نشان داده شده در بالا، مربوط به یک مقاله اینتل است که در سال ۲۰۱۴ درباره معماری پردازنده این شرکت برای Core i7-4770S منتشر شده است. این دیاگرام تنها نمونه ای از شکل ظاهری یک پردازنده است – پردازنده های دیگر طرح های متفاوت دیگری دارند.

همانطور که در این دیاگرام دیده می شود، این مورد یک پردازنده چهار هسته ای است. در گذشته پردازنده ها فقط از یک هسته برخوردار بودند. حال که پردازنده ها از چند هسته برخوردارند، دستورالعمل ها را با سرعت خیلی بیشتری پردازش می نمایند. همچنین هسته ها می توانند دارای ویژگی ای به نام hyper-threading یا همزمانی چند رشته ای (simultaneous multi-threading یا SMT) باشند که با استفاده از این قابلیت برای کامپیوتر، یک هسته به صورت دو هسته به نظر می رسد. همانطور که به نظر می رسد، این امر به سریع تر شدن زمان پردازش کمک می کند.

هسته های موجود در این دیاگرام، حافظه پنهانی (cache) که L3 نامیده می شود را با یکدیگر به اشتراک می گذارند. این حافظه پنهان، به نوعی حافظه موجود در داخل پردازنده است. همچنین پردازنده ها دارای حافظه پنهان L1 و L2 هستند که همانند رجیسترهایی که نوعی حافظه سطح پایین هستند، در داخل هر هسته ای قرار گرفته اند. اگر می خواهید تفاوت بین رجیسترها، حافظه پنهان و RAM سیستم را به خوبی درک کنید، برای یافتن پاسخ کامل به StackExchange مراجعه کنید.

همچنین، پردازنده نشان داده شده در دیاگرام بالا، شامل نماینده سیستم (system agent)، کنترل کننده حافظه و سایر قسمت های سیلیکونی است که اطلاعات وارد شده و خارج شده از پردازنده را مدیریت می کند.

در نهایت، کارت گرافیک روی برد پردازنده وجود دارد که تمام آن عناصر بصری شگفت انگیزی را که روی صفحه نمایش خود مشاهده می کنید را تولید می نماید. همه پردازنده ها از قابلیت های گرافیکی بر روی خود، برخوردار نیستند. به عنوان مثال، پردازنده های دسک تاپ AMD Zen، برای نمایش هر چیزی بر روی صفحه نمایش، به یک کارت گرافیک مجزا نیاز دارند. برخی از پردازنده های دسک تاپ Intel Core نیز شامل کارت گرافیک های موجود در پردازنده نمی باشند.

CPU روی مادربرد

CPU

yishii/Shutterstock

حالا که زیر پوشش پردازنده را مورد بررسی قرار دادیم، بیایید نحوه ادغام آن با بقیه اجزای رایانه را بررسی کنیم. پردازنده مرکزی در جایی که سوکت نامیده می شود، بر روی مادربرد رایانه شما قرار می گیرد.

هنگامی که پردازنده در سوکت خود قرار گرفت، امکان اتصال سایر قسمت های رایانه به پردازنده، از طریق چیزی به نام “buses” فراهم می شود. به عنوان مثال، RAM از طریق گذرگاه اختصاصی خود به پردازنده متصل می شود، در حالی که بسیاری از اجزای رایانه از گذرگاه خاصی به نام “PCIe” استفاده می کنند.

هر پردازنده ای دارای یک مجموعه از “PCIe lanes” (خطوطPCIe ) است که پردازنده از آنها استفاده می کند. به عنوان مثال، پردازنده های AMD Zen 2 دارای ۲۴ خط هستند که مستقیماً به پردازنده متصل می شوند. سپس این خطوط توسط تولیدکنندگان مادربرد، با راهنمایی­ که AMD در اختیار آنها می گذارد، تقسیم می شوند.

به عنوان مثال، معمولاً ۱۶ خط برای شیار کارت گرافیک x16 استفاده می شود. سپس چهار خط برای ذخیره سازی، مانند یک دستگاه ذخیره سازی سریع، مثل M.2 SSD، وجود دارد. به طور جایگزین، این چهار خط نیز می توانند از یکدیگر جدا شوند. از دو خط می توان برای M.2 SSD و از دو خط دیگر برای درایو SATA کندتر، مانند یک هارد دیسک یا درایو حالت جامد ۲.۵ اینچی استفاده کرد.

تا اینجا ۲۰ خط را بررسی کردیم، چهار خط دیگر باقی مانده مخصوص چیپ ست (chipset) هستند که مرکز ارتباطات و کنترل کننده ترافیک مادربرد می باشد. این چیپ ست نیز، اتصالات گذرگاهی مخصوص به خود را دارد و امکان افزودن اجزای بیشتر به رایانه را فراهم می کند. همانطور که انتظار می رود، اجزایی که عملکرد بالاتر و مهمتری دارند، ارتباط مستقیم تری با پردازنده مرکزی دارند.

همانطور که می دانید، بیشتر پردازش دستورالعمل ها توسط پردازنده انجام می شود و حتی گاهی اوقات، کارت گرافیک ها نیز کار می کنند (اگر این کارت گرافیک برای پردازنده ساخته شده باشد). استفاده از پردازنده، تنها راه پردازش دستورالعمل ها می باشد. سایر اجزا، مانند پردازنده گرافیکی از قابلیت پردازش مختص به خود برخوردارند. همچنین پردازنده گرافیکی از قابلیت پردازش مخصوص به خود برای کار با پردازنده و اجرای بازی ها یا انجام سایر کارهای گرافیکی استفاده می کند.

تفاوت عمده بین پردازنده مرکزی و پردازنده های اجزای مختلف در این است که پردازنده های اجزا برای انجام وظایف خاصی ساخته می شوند. پردازنده، به صورت یک دستگاه کلی محسوب می شود که قادر به انجام تمام کارهای محاسباتی ای که از آن خواسته شده است، می باشد. به همین دلیل پردازنده در رایانه شما حکمفرمایی می کند و بقیه سیستم بر عملکرد به آن متکی هستند.

مرتبط : چرا ۵۰۰۰ CPU از AMD می‌تواند CPUهای اینتل را در هم بکوبد

howtogeek

|برای مطالعه سایر مقالات ما به مجله کندل مراجعه نمایید|

|برای خرید محصولات دل کلیک کنید|

|برای تعمیرات لپ تاپ کلیک کنید|

|کندل ، نمایندگی دل ایران|

نمایندگی دل ایران

نمایندگی دل ایران

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید