سی پی یو چیست و چه کاربردی دارد؟

سی‌پی‌یو یا واحد پردازش مرکزی مغز دستگاه کامپیوتر شماست و هر آنچه که قرار باشد اجرا شود، از این واحد دستور نهایی را دریافت می‌کند. تصور کنید شما قرار است برنامه‌ای را اجرا کنید، این دستور اول به CPU ارسال شده و سپس در آنجا پردازش می‌شود و درنهایت نتیجه‌ای که شما منتظرش هستید، نمایان خواهد شد. پس نتیجه می‌گیریم که این بخش از کامپیوتر بسیار اساسی و مهم است. در ادامه به بررسی کامل‌تر CPU می‌پردازیم تا شما هنگام خرید cpu بتوانید انتخاب بهتری داشته باشید.

سی‌پی‌یو یا پردازنده 

تمامی داده‌های موجود به سیگنال‌های دیجیتالی تبدیل می‌شوند و روی آن‌ها محاسبات ریاضیاتی صورت می‌گیرد. اما تنها جزء سخت‌افزاری که این عملیات را ممکن می‌سازد CPU است. اجازه انجام هر گونه محاسبات و تبدیل داده‌ها به حالت دیجیتالی را به سیستم خواهد داد. از این رو به CPU مغز متفکر دستگاه محاسباتی می‌گویند که تمامی دستورات را از حافظه فراخوانی کرده، همه وظایفی که بر گردن دارد روی آن‌ها انجام داده و درنهایت خروجی موردنظر را به حافظه می‌فرستد. 

عملکرد پردازنده اصلی (CPU)

به طور کلی CPU مسئولیت پردازش عملیات منطقی و اجرای دستورالعمل‌هایی است که به آن داده می‌شود را برعهده می‌گیرد. هر پردازشگر امکان این را دارد که در هر ثانیه میلیون‌ها دستور را پردازش کند اما فقط یک دستور را در یک زمان اجرا می‌کند. 

عملکرد CPU به اینصورت است که در ابتدا ورودی موردنظر را دریافت می‌کند. این ورودی از یک دستگاه ورودی مانند صفحه‌نمایش، صفحه‌کلید، ماوس یا میکروفون

سیستم‌عامل یا نرم‌افزار دریافت می‌شود. سپس چهار وظیفه روی آن اجرا خواهد شد:

1. واکشی (Fetching) دستورالعمل‌ها از حافظه

CPU در این مرحله آدرس دستورالعمل موردنظر را جستجو می‌کند و درخواست را به RAM می‌فرستد. به این فعل، reading from memory گفته می‌شود.

2. رمزگشایی (Decoding) یا ترجمه دستورالعمل‌ها

در این مرحله داده‌های دریافتی به زبان ماشین یعنی صفر و یک تبدیل می‌شوند تا برای دستگاه قابل خواندن باشند. 

3. اجرا (Executing) و اعمال دستورالعمل‌های ارائه شده 

در این مرحله تمامی اطلاعات صفر و یک اجرا می‌شود و دستورات داده ثبت خواهد شد.

4. ذخیره (Storing)

این مرحله برای بازیابی مجدد انجام می‌شود و نتیجه اجرا شده را در حافظه ذخیره می‌کند. به این فعالیت، writing to memory می‌گویند.

حالا خروجی که انتظار می‌رود مانند نمایش یک پنجره در صفحه به کاربر تحویل داده می‌شود. این فرآیند میلیون‌ها بار در ثانیه اتفاق می‌افتد.

نقش CPU در کامپیوتر 

CPU به درخواست کاربر یا تشخیص خود، عملیات در حال اجرا را متوقف می‌کند و به اموری که در اولویت هستند می‌پردازد. این خود نشان از هوشمندی آن است که ویژگی‌ بی‌نظیری است. با این کار یک وقفه در چرخه ایجاد می‌شود و پردازنده به‌طور موقت کار فعلی خود را به بعد موکول کرده و تا همین‌جای کار عملیات ذخیره‌سازی را انجام می‌دهد. بعد از انجام کار در اولویت، مجدد به چرخه قبلی بازگشته و کار خود را به اتمام می‌رساند. اما در سی‌پی‌یوهای مدرن و حرفه‌ای این امور بطور کاملا موازی انجام می‌شوند یعنی دیگر نیازی به توقف کار قبلی نیست، بلکه بطور همزمان می‌توان به چند امور رسیدگی کرد و پردازش را انجام داد. 

اجزای CPU 

سی‌پی‌یو دارای اجزای اصلی و متعددی است که در این مدار الکتریکی امور را برعهده گرفته و با همکاری یکدیگر پردازش را انجام می‌دهند. این اجزا را در ادامه با هم بررسی می‌کنیم:

– واحد کنترل پردازش یا CU

این واحد وظیفه مدیریت دستورات را برعهده دارد و جریان داده‌ها را در CPU کنترل کرده و بین اجزای کامپیوتر هماهنگی ایجاد می‌کند. CU دارای امکان رمزگشایی است و دستورات داده شده را کاملا رمزگشایی و ساده‌سازی می‌کند تا امکان تفسیر آن‌ها با جزئی شدن وجود داشته باشد. در یک جمله واحد CU، وظیفه مدیریت و هدایت اجزای CPU را برای انجام عملیات موردنظر برعهده دارد. 

– رجیستر یا Register

به رجیسترها در CPU فضای ثبت نیز می‌گویند که به عنوان یک حافظه کوچک و بسیار پرسرعت درنظر گرفته می‌شوند. در واقع وظیفه آن‌ها، ثبت داده‌هایی است که CPU در حال فعالیت روی آن‌هاست. این عمل به سریع‌تر انجام شدن امور کمک بزرگی می‌کند. این جزء مهم دسترسی سریع و بلامانعی را به حافظه RAM و Cache فراهم می‌کند. البته چند نوع رجیستر در CPU موجود است:

• رجیسترهای همه منظوره: داده‌های عملیاتی را ثبت و ذخیره می‌کنند. 
• رجیسترهای دستورالعمل: دستوراتی که در حال پردازش هستند را ثبت و نگهداری می‌کنند. 
• شمارنده برنامه: آدرس دستور بعدی که قرار است اجرا شود را حفظ می‌کند. 

– واحد منطق حسابی یا ALU

این واحد وظیفه انجام عملیات حسابی مانند جمع، تفریق و… و عملیات منطقی مانند AND، OR و NOT را انجام می‌دهد. ALU داده‌های مربوطه را از رجیسترهای CPU دریافت می‌کند، داده‌ها را براساس دستورالعمل‌های واحد کنترل (CU) پردازش و نتیجه را تولید می‌کند.

– واحد مدیریت حافظه (Memory management unit)

با توجه به معماری CPU، شاید یک واحد رابط پایانه جداگانه یا واحد مدیریت حافظه وجود داشته باشد. واحد مدیریت حافظه وظایف مربوط به حافظه مانند مدیریت تعامل CPU و RAM را برعهده می‌گیرد. همچنین حافظه کش و حافظه مجازی را که CPU برای پردازش داده استفاده می‌کند، تحت کنترل خود می‌گیرد.

– ساعت یا Clock

CPU برای همگام‌سازی عملیات داخلی به سیگنال ساعت وابسته است. ساعت یک پالس ثابت در یک فرکانس مشخص را تولید می‌کند و این چرخه‌های ساعت، عملیات CPU را هماهنگ می‌سازند. سرعت ساعت بر حسب هرتز (Hz) اندازه‌گیری شده و تعیین می‌کند که CPU در هر ثانیه چند دستور را می‌تواند اجرا کند. CPU‌های جدید دارای سرعت ساعت متغیری هستند و براساس حجم کاری قابل تنظیم هستند تا عملکرد و مصرف انرژی را متعادل کنند.

– هسته یا Core

در گذشته پردازنده‌های تک هسته‌ای داشتیم که استاندارد بوده و کار می‌کردند. اما در حال حاضر با پردازنده‌های چند هسته‌ای مواجهیم که به CPU این امکان را می‌دهند تا چند دستور را بطور موازی و همزمان پردازش کرده و اجرا نماید. 

– رشته و رشته‌های چندگانه یا Hyperthreading

Hyper-threading پیاده‌سازی چند رشته‌ای همزمان است که توسط شرکت اینتل توسعه یافته و به هر هسته CPU امکان می‌دهد تا چندین رشته را در یک زمان یکسان اجرا کند. در واقع رشته‌های چندگانه اجازه می‌دهند تا هر هسته فیزیکی به‌عنوان دو هسته مجازی در سیستم‌عامل ظاهر می‌شوند.

– مجموعه دستورالعمل‌های پیشرفته یا Advanced instruction sets

CPU‌های نسل جدید از مجموعه دستورالعمل‌های پیشرفته و فناوری‌هایی ایجاد شده‌اند که سرعت فرآیندها را به طرز عجیبی افزایش می‌دهند. این دستورالعمل‌ها فراتر از عملیات‌های اساسی حسابی و منطقی عمل می‌کنند و امکان انجام دستورات پیچیده‌تر و کاربردی‌تری را فراهم می‌سازند.
مثل وظایف چندرسانه‌ای مانند رمزگشایی ویدیو، رمزگذاری صدا و پردازش تصویر.

وجود سی‌پی‌یو در کامپیوترها و لپ‌تاپ 

همانطور که می‌دانید تمامی دستگاه‌های الکترونیکی مانند کامپیوترها، لپ‌تاپ، گوشی موبایل و تجهیزات این چنینی دارای سی‌پی‌یو هستند تا مغز دستگاه باشد و با دریافت دستور، پردازش را انجام دهد. انتخاب CPU مناسب برای لپ تاپ و کامپیوتر یک انتخاب مشترک است اما سخت‌افزاری که از CPU هر دو پشتیبانی می‌کند احتمالا متفاوت است. یک کامپیوتر PC RAM بیشتری دارد و کارت گرافیک با کیفیت بالاتری نسبت به لپ تاپ ارائه می‌کند (البته بستگی به نوع سیستم دارد). اکثر لپ‌تاپ‌ها دارای چیپست‌های گرافیکی یکسانی هستند، البته بعضی از لپ‌تاپ‌های سطح بالا پردازنده‌های گرافیکی مجزایی دارند. برای انجام امور روزمره، تفاوتی در کار CPU در لپتاپ و کامپیوتر احساس نمی‌شود اما برای کارهای سنگین مانند رندر ویدیو یا ویرایش و پردازش عکس، کامپیوترها معمولاً CPUهای حرفه‌ای‌تری دارند. 

حتما بخوانید: هسته یا core در cpu چیست؟

ویژگی‌های پردازنده‌های لپ تاپ

• گرافیک یکپارچه و کارایی
• معماری بهینه شده برای جابجایی
• ملاحظات عمر باتری

حتما بخوانید: معرفی انواع CPU در کامپیوتر؛ صفر تا صد

ویژگی‌های کلی پردازنده‌های کامپیوتر

• گرافیک اختصاصی و عملکرد کامل
• قابلیت‌های اورکلاک
• چند وظیفه‌ای و بارهای کاری سنگین

جمع بندی 

هر دستگاهی یک مغز متفکر دارد که تمامی دستوراتی که ما به آن می‌دهیم را کاملا به کمک اجزای خود پردازش کرده و درنهایت نتیجه را ارسال می‌کند. این مغز متفکر CPU نام دارد که در نسل‌های قدیمی‌تر تک هسته‌ای است و تمامی دستورات را یکی پس از دیگری اجرا می‌کند اما در نسل‌های جدید چند هسته‌ای است که چندین دستور را بطور کاملا موازی گردن گرفته و انجام می‌دهد. برای خرید انواع CPU از اخوی شاپ با ما تماس بگیرید.

سوالات متداول