با استفاده از روشهای زیر میتوانید این صفحه را با دوستان خود به اشتراک بگذارید.
اندازه متن12
CPU یا مغز کامپیوتر، به زبانی ساده
واحد پردازش مرکزی (CPU) جزء اصلی یک کامپیوتر است که به عنوان “مرکز کنترل” آن عمل می کند. CPU که به آن پردازنده مرکزی یا اصلی نیز گفته می شود، مجموعه پیچیده ای از مدارهای الکترونیکی است که سیستم عامل و برنامه های دستگاه را اجرا می کند. CPU دستورالعمل‌ها را تفسیر، پردازش و اجرا می‌کند.
مانند مغز انسان، CPU می تواند چند کار را انجام دهد. این بدان معناست که به طور همزمان عملکردهای داخلی رایانه را تنظیم می کند، بر مصرف انرژی نظارت می کند، منابع محاسباتی و رابط ها را با برنامه ها و شبکه های مختلف تخصیص می دهد.
به عبارت ساده‌تر، هر کاری که شما با کامپیوتر انجام می‌دهید، از تایپ کردن یک متن تا اجرای بازی‌های گرافیکی سنگین، به پردازش توسط CPU نیاز دارد.
CPU مدرن امروزی از چندین هسته تشکیل شده است که به آن اجازه می دهد چندین دستورالعمل را به طور همزمان انجام دهد و به طور موثر چندین CPU را روی یک تراشه جمع کند. پردازنده‌های سطح ابتدایی امروزه بین دو تا چهار هسته دارند، در حالی که شش تا هشت هسته در دستگاه‌های بازی و رایانه‌های شخصی رایج‌تر است. مدل‌های سطح بالا می‌توانند تا ۳۲ هسته داشته باشند و سخت‌افزار حرفه‌ای می‌تواند فراتر از آن باشد.
بسیاری از مردم گمان میکنند که CPU فقط در لپ تاپ یا رایانه موجود است در حالیکه که CPU دربخشی از دستگاه های مدرن دیگر مانند تبلت ها، تلفن های هوشمند، پخش کننده های DVD یا ماشین های لباسشویی هوشمند نیز موجود میباشد. صرف نظر از اینکه کجا آن را پیدا می کنید، CPU محاسبات را با استفاده از میلیاردها ترانزیستور خود تکمیل می کند.
این محاسبات نرم افزاری را اجرا می کند که به دستگاه اجازه می دهد وظایف خود را انجام دهد. به عنوان مثال، یک CPU در یک ترموستات هوشمند به نرم‌افزار خود با اجرای دستورالعمل‌ها به تنظیم دمای گرمایش و سرمایش کمک می‌کند.
CPU ها با چیدمان میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی روی یک تراشه کامپیوتری ساخته می شوند. این ترانزیستورها CPU را قادر می سازند تا محاسبات لازم برای اجرای برنامه های ذخیره شده در حافظه سیستم شما را انجام دهد. به عنوان سوئیچ های کوچک عمل می کنند، آنها بین حالت های روشن و خاموش به طور متناوب، یک ها و صفرهای باینری را که زیربنای تمام اقدامات شما در دستگاه هستند، اعم از تماشای ویدیو یا نوشتن ایمیل، منتقل می کنند.
یکی از رایج‌ترین پیشرفت‌ها در فناوری CPU، کوچک‌تر کردن ترانزیستورها است. این منجر به بهبود سرعت پردازنده در طول دهه ها شده است که اغلب به عنوان قانون مور از آن یاد می شود.
در زمینه دستگاه های مدرن، یک دسکتاپ یا لپ تاپ دارای یک CPU اختصاصی است که بسیاری از عملکردهای پردازشی را برای سیستم انجام می دهد. دستگاه‌های تلفن همراه و برخی تبلت‌ها در عوض از یک سیستم روی تراشه (SoC) استفاده میکنند که تراشه‌ای است که CPU را در کنار سایر اجزاء بسته‌بندی می‌کند. اینتل و AMD هر دو پردازنده‌هایی را با تراشه‌های گرافیکی و حافظه ذخیره‌شده روی آنها نیز ارائه میکنند، به این معنی که می‌توانند بیشتر از عملکردهای استاندارد CPU انجام دهند.
اجزای یک CPU چیست؟
در زیر سه جزء اصلی در یک CPU آمده است:
-واحد کنترل
واحد کنترل CPU مدارهایی را در خود جای داده است که سیستم رایانه را از طریق سیستم پالس های الکتریکی هدایت می کند و به آن اطلاع می دهد تا دستورالعمل های رایانه ای سطح بالا را اجرا کند. اما علیرغم نامش، واحد کنترل خود برنامه‌ها را کنترل نمی‌کند. در عوض، همانطور که یک مدیر انسانی مشاغل خاصی را به کارگران مختلف محول می کند، آن وظایف را محول می کند.
-واحد حساب
واحد حساب/منطق (ALU) تمام عملیات حسابی و عملیات منطقی را مدیریت می کند. عملکرد ریاضی آن بر اساس چهار نوع عملیات (جمع، تفریق، ضرب و تقسیم) است. عملیات منطقی معمولاً شامل نوعی مقایسه (مانند حروف، اعداد یا کاراکترهای خاص) است که به یک عمل کامپیوتری خاص مرتبط است.
-واحد حافظه
واحد حافظه چندین عملکرد کلیدی مرتبط با استفاده از حافظه را انجام می‌دهد، از مدیریت جریان داده‌ای که بین RAM و CPU رخ می‌دهد تا نظارت بر کار مهم حافظه نهان. واحدهای حافظه حاوی انواع داده‌ها و دستورالعمل‌های مورد نیاز برای پردازش داده‌ها هستند و حفاظت از حافظه را ارائه می‌دهند.
اجزای CPU زیر نیز ضروری هستند:
حافظه نهان: سرعت حافظه یک جنبه حیاتی در نحوه عملکرد CPU ها است، و با این حال، از قضا، CPU در واقع به RAM دسترسی ندارد. در عوض، CPUهای مدرن دارای یک یا چند لایه کش هستند که به طور معمول چنین وظایفی را انجام می دهند (با سرعتی بیشتر از RAM که می تواند به آن دست یابد) به دلیل موقعیت مناسب کش روی تراشه پردازنده CPU.
ثبات‌ها: برای نیازهای فوری و ثابت داده‌ای که باید به سرعت برآورده شوند تا از عملکرد روان اطمینان حاصل شود (تا CPU بتواند دستورالعمل‌های مختلف پردازش داده خود را به طور مؤثر انجام دهد)، CPU از ثبات‌ها استفاده می‌کند که نوعی حافظه دائمی هستند. با ساختن رجیسترها در خود CPU، می‌توان به داده‌های آن ثبات‌ها در میلی‌ثانیه مورد نیاز دسترسی پیدا کرد.
ساعت: ضروری است که مدارهای پیچیده در یک CPU با هم به شیوه ای بسیار هماهنگ کار کنند. ساعت CPU این فرآیند را با صدور پالس های الکتریکی در فواصل زمانی منظم مدیریت می کند که با اجزای مختلف کامپیوتر هماهنگ می شود. نرخی که در آن پالس‌ها ارسال می‌شوند، سرعت ساعت نامیده می‌شود که بر حسب هرتز (هرتز) یا مگاهرتز (MHz) اندازه‌گیری می‌شود.
رجیستر دستورالعمل و اشاره گر: هنگامی که یک مجموعه دستورالعمل توسط CPU انجام می شود، نشانگر دستورالعمل مکان دستور بعدی را که قرار است توسط CPU اجرا شود را نشان می دهد. هنگامی که دستور فعلی انجام شد، اطلاعات بعدی در ثبت دستورالعمل ظاهر می شود و یک دستورالعمل جدید در نشانگر دستورالعمل نمایان می شود.
حامل ها: یک گذرگاه کامپیوتری نقش بسیار منحصر به فردی را در اکثر کامپیوترها ایفا می کند ، تضمین انتقال داده ها و جریان داده ها بین اجزای محاسباتی داخل یک سیستم کامپیوتری. عرض یک گذرگاه تعداد بیت هایی را که حامل به صورت موازی منتقل می کند، توصیف می کند. گذرگاه‌ها راهی را برای رایانه‌ها فراهم میکنند تا CPUها را به حافظه داخلی متصل کنند و اهداف دیگری را انجام دهند.
CPU در کامپیوتر چه می کند؟
لپ‌تاپ‌ها، رایانه‌های رومیزی،تبلت‌ها، کنسول‌های بازی و گوشی‌های هوشمند شما همگی رایانه هستند. بنابراین، یک CPU در یک کامپیوتر چه می کند؟ خوب، سیگنال های باینری را برای تکمیل اقدامات، محاسبات و اجرای برنامه ها در یک فرآیند سه مرحله ای تفسیر می کند:
1-دریافت: CPU دستورالعمل ها را از حافظه رایانه دریافت می کند و آنها را در بخشی از واحد کنترل خود به نام Instruction Register (IR) ذخیره می کند. 2-رمزگشایی: CPU دستورالعمل را از IR به رمزگشای دستورالعمل خود ارسال می کند. این مدار ترکیبی دستورالعمل را به سیگنال رمزگشایی می کند. 3-اجرا: سیگنال های رمزگشایی شده برای مرحله اجرا به مقاصد مربوطه در CPU می روند.
یک CPU با سایر اجزا نیز کار می کند. به عنوان مثال، ممکن است داده های مربوطه ارسال شده از یک بازی ویدیویی را به کارت گرافیک ببرد. سپس کارت گرافیک اطلاعات را پردازش می کند تا روی مانیتور نمایش داده شود. به همین ترتیب، یک CPU به انتقال داده ها از هارد دیسک کامپیوتر به حافظه آن برای دسترسی سریعتر کمک می کند.
فرکانس: سرعت کار CPU را نشان می‌دهد و بر حسب گیگاهرتز (GHz) اندازه‌گیری می‌شود. هرچه فرکانس بالاتر باشد، CPU سریعتر است.
تعداد هسته‌ها: هر هسته می‌تواند یک دستور را اجرا کند. تعداد هسته‌های بیشتر به معنای توانایی پردازش همزمان چندین دستور است.
کش (Cache): حافظه‌ای کوچک و سریع است که داده‌های پرکاربرد را در خود نگه می‌دارد تا CPU به سرعت به آنها دسترسی داشته باشد.
مجموعه دستورالعمل‌ها (Instruction Set): مجموعه‌ای از دستوراتی است که CPU می‌تواند اجرا کند.
انواع مختلف CPU
x86: رایج‌ترین نوع CPU برای کامپیوترهای شخصی است که توسط شرکت‌های اینتل و AMD تولید می‌شود.
ARM: در دستگاه‌های موبایل، تبلت‌ها و برخی از کامپیوترهای کوچک استفاده می‌شود.
RISC-V: یک معماری جدید و متن‌باز است که در حال توسعه است.
هنگام خرید کامپیوتر یا ارتقا آن، انتخاب CPU مناسب بسیار مهم است. برای انتخاب CPU مناسب، باید به نیازهای خود و بودجه‌ای که در نظر دارید توجه کنید. برای مثال، اگر می‌خواهید بازی‌های گرافیکی سنگین انجام دهید، به یک CPU با فرکانس بالا و تعداد هسته‌های زیاد نیاز دارید. اما اگر فقط برای کارهای روزمره مانند وبگردی و تایپ کردن می‌خواهید از کامپیوتر استفاده کنید، یک CPU با مشخصات متوسط کافی خواهد بود.
به طور خلاصه، CPU قلب تپنده کامپیوتر شما است و عملکرد آن به طور مستقیم بر روی سرعت و کارایی کامپیوترتان تاثیر می‌گذارد.
