پردازنده مرکزی چیست و چه کاری انجام می دهد؟

CPU و عملکرد آن

اگر مجبور باشید یکی از مهمترین قسمت رایانه تان را انتخاب کنید آن انتخاب قطعا پردازنده مرکزی (CPU) خواهد بود. CPU مرکز اصلی یا مغز رایانه است و دستورالعمل هایی را که از برنامه، سیستم عامل یا سایر اجزای رایانه شما صادر میشوند را پردازش می کند.

۱ و ۰

ما با استفاده از پردازنده های قدرتمندتر از به دشواری نمایش دادن یک تصویر بر روی صفحه نمایش کامپیوتر به Netflix، ویدیو چت، پخش آنلاین و بازی های ویدئویی روز به روز واقعی تر رسیدیم.

پردازنده مرکزی یک شگفتی مهندسی است اما همچنان در هسته خود به مفهوم اساسی تفسیر سیگنال های باینری (۱ و ۰) متکی است. اکنون تفاوت در این جا است که به جای خواندن کارت پانچ ها یا دستورالعمل های پردازش با مجموعه ای از لامپ های خلا، پردازنده های مدرن از ترانزیستورهای کوچک برای ایجاد فیلم های TikTok یا پر کردن اعداد در صفحات گسترده استفاده می کنند.

اصول و اساس پردازنده مرکزی

پردازنده مرکزی و کار آن

تولید پردازنده مرکزی (CPU) پیچیده است. نکته مهم این است که هر پردازنده دارای سیلیکون (یک قطعه یا چند قطعه) می باشد که میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی را در خود جای داده است.

همانطور که قبلاً اشاره کردیم این ترانزیستورها از یک سری سیگنالهای الکتریکی (جریان روشن “on” و جریان خاموش “off”) برای نمایش کد باینری ماشین ساخته شده از ۱ و ۰ استفاده می کنند. از آنجا که تعداد این ترانزیستورها بسیار زیاد است پردازنده ها می توانند کارهای روز به روز پیچیده تر را با سرعت بیشتری نسبت به قبل انجام دهند.

تعداد بیشتر ترانزیستور لزوماً به معنای سریعتر بودن پردازنده نیست. با این حال تعداد آنها همچنان یک دلیل اساسی است که تلفنی که در جیب خود حمل می کنید قدرت محاسباتی بسیار بیشتری نسبت به شاید کل زمین در هنگامی دارد که ما برای اولین بار به ماه رفتیم.

قبل از اینکه از نردبان مفهومی پردازنده ها بالاتر برویم بیایید در مورد چگونگی اجرای دستورالعمل های پردازنده براساس کد ماشین صحبت کنیم که “مجموعه دستورالعمل ” نامیده میشوند. پردازنده های شرکت های مختلف می توانند مجموعه دستورالعمل های مختلفی داشته باشند اما همیشه هم اینطور نیست.

به عنوان مثال پردازنده اکثر رایانه های شخصی ویندوز و مک فعلی صرف نظر از Intel یا AMD بودنشان از مجموعه دستورالعمل های x86-64 استفاده می کنند. با این حال Mac هایی که از اواخر سال ۲۰۲۰ شروع به کار می کنند پردازنده هایی مبتنی بر ARM دارند که از یک مجموعه دستورالعمل متفاوت استفاده می کنند. همچنین تعداد کمی از رایانه های شخصی ویندوز ۱۰ با پردازنده های ARM نیز وجود دارد.

 

هسته ها، حافظه نهان و گرافیک ها

پردازنده مرکزی و کار آن

اکنون بیایید به خود سیلیکون نگاه کنیم. نمودار بالا مربوط به اوراق سفید (White paper) اینتل است که در سال ۲۰۱۴ درباره معماری پردازنده Core i7-4770S این شرکت منتشر شده است. این فقط نمونه ای از شکل ظاهری یک پردازنده است و پردازنده های دیگر طرح های مختلفی دارند.

می توانیم ببینیم که این یک پردازنده چهار هسته ای است. یک زمانی بود که هر پردازنده فقط یک هسته داشت. اکنون چند هسته ای هایی داریم که دستورالعمل ها را خیلی سریعتر پردازش می کنند. هسته ها همچنین می توانند چیزی به نام فراریسمانی (hyper-threading) یا چندریسمانی همزمان (SMT) داشته باشند که باعث می شود یک هسته، به عنوان دو هسته برای کامپیوتر به نظر برسد. همانطور که تصورش را می کنید این امر حتی به زمان پردازش سرعت بیشتری می بخشد.

مرتبط: هرآنچه لازم است درباره چیپست موبایل بدانید، به زبان ساده

هسته ها در این نمودار چیزی به نام حافظه نهان L3 را به اشتراک می گذارند. این یک نوعی حافظه یکپارچه در CPU است. پردازنده ها دارای حافظه نهان L1 و L2 در هر هسته و همچنین دارای رجیسترهایی هستند که نوعی حافظه سطح پایین هستند. اگر می خواهید تفاوت بین رجیستر، حافظه پنهان و RAM سیستم را درک کنید، پاسخش را در سایت StackExchange بررسی کنید.

CPU نشان داده شده در بالا همچنین شامل System agent، کنترلگر حافظه و سایر قسمت های سیلیکون است که اطلاعات وارد شده و خارج شده از CPU را مدیریت می کند.

در نهایت این گرافیک مجتمع پردازنده میباشد که تمام آن عناصر دیداری فوق العاده که روی صفحه نمایش خود مشاهده می کنید را تولید می کند. همه پردازنده ها از قابلیت های گرافیکی خاص خود برخوردار نیستند. به عنوان مثال پردازنده های رایانه ای AMD Zen برای نمایش هر چیزی روی صفحه نمایش به یک کارت گرافیک مجزا نیاز دارند. برخی از پردازنده های رایانه ای Intel Core نیز شامل گرافیک مجتمع نیستند.

پردازنده مرکزی برروی مادربرد

پردازنده مرکزی و کار آن

اکنون که بررسی کردیم چه در زیر پوشش پردازنده اتفاق می افتد بیایید ببینیم که پردازنده چگونه با اجزای دیگر رایانه شخصی شما یکپارچه می شود.ابتدا CPU در سوکت مادربرد رایانه رومیزی شما قرار میگیرد.

هنگامی که در سوکت قرار گرفت سایر قسمتهای کامپیوتر می توانند از طریق چیزی به نام گذرگاه (Bus) به CPU متصل شوند. به عنوان مثال RAM از طریق گذرگاه اختصاصی خود به CPU متصل می شود در حالی که بسیاری از اجزای رایانه از نوع خاصی از گذرگاه به نام “PCIe” استفاده می کنند.

هر پردازنده دارای یک مجموعه از “PCIe lane” است که قابل استفاده هستند. به عنوان مثال پردازنده های Zen 2 AMD دارای ۲۴ مسیر ارتباطی هستند که مستقیماً به پردازنده متصل می شوند. سپس این مسیرها توسط تولیدکنندگان مادربرد با راهنمایی AMD تقسیم می شوند.

به عنوان مثال ۱۶ مسیر معمولاً برای شیار x16 کارت گرافیک استفاده می شود. سپس چهار مسیر برای ذخیره سازی وجود دارد برای مثال: یک مسیر برای دستگاه ذخیره اطلاعات سریع مانند M.2 SSD می باشد. همچنین این چهار مسیر نیز می توانند تقسیم شوند. از دو مسیر می توان برای M.2 SSD و دو مسیر برای درایو SATA کندتر مانند یک هارد دیسک یا اس اس دی ۲.۵ اینچی (SSD) استفاده کرد.

مرتبط: راهنمای خرید پردازنده

این ۲۰ مسیر ارتباطی است که چهار مسیر دیگر آن مخصوص چیپستی است که مرکز ارتباطات و کنترل ترافیک برای مادربرد است. این چیپ ست ارتباط گذرگاه مخصوص به خود را دارد که امکان افزودن اجزای بیشتر را به رایانه فراهم می کند. همانطور که انتظار دارید قطعات با کارایی بالاتر ارتباط مستقیم تری با پردازنده مرکزی دارند.

همانطور که می بینید پردازنده بیشترین پردازش دستورالعمل ها را انجام می دهد و حتی گاهی اوقات کار گرافیک را نیز انجام میدهد (البته اگر برای آن ساخته شده باشد). با این حال CPU تنها راه پردازش دستورالعمل ها نیست. سایر قطعات مانند کارت های گرافیک قابلیت پردازش مجتمع مخصوص به خود را دارند. GPU همچنین از قابلیت پردازش خود برای کار با CPU و اجرای بازی ها یا انجام سایر کارهای گرافیکی استفاده می کند.

تفاوت عمده این است که پردازنده های جزئی تر با در نظر گرفتن وظایف خاصی ساخته شده اند. با این وجود CPU یک دستگاه با وظایف عمومی است که قادر به انجام هر کار محاسباتی که از آن خواسته شود می باشد. به همین دلیل است که CPU در رایانه شما حکمرانی می کند و بقیه سیستم برای عمل کردن به آن متکی هستند.

منبع

قبلی «
بعدی »

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

جدیدترین مطالب