پردازنده سی پی یو چیست و انواع آن کدام است

پردازنده سی پی یو چیست و انواع آن کدام است ؟

در این مقاله با سی پی یو های اینتل ، انواع آن، معماری و اجزا آن آشنا می شوید.

پردازنده یا سی پی یو مخفف کلمه Central Processing Unit یا واحد پردازشگر مرکزی می باشد. در واقع سی پی یو، مغز کامپیوتر است.

وظیفه پردازنده انجام امور محاسباتی در کامپیوتر می باشد و بر روی مادربرد نصب می شود.

کامپیوترها از کارت های پانچ و لامپ های خلا به پردازنده هایی که در معماری آنها از میلیاردها ترانزیستور استفاده شده تکامل یافته اند. پردازنده ها در هر ثانیه میلیاردها پردازش انجام می دهند.

پردازنده یک مدار مجتمع IC می باشد که از ماده ای به نام سیلیکون ساخته شده است. سیلیکون، فلزی نیمه هادی است که ترانزیستورها روی آن قرار می گیرند.

ترانزیستورها در واقع سوئیچ هایی هستند که با اعمال یا قطع ولتاژ، خاموش و روشن می شوند. با خاموش و روشن شدن ترانزیستورها زبان ماشین بصورت 0 و 1 پیاده سازی می گردد.

در تصویر زیر یک سی پی یو ساده را می توانید مشاهده بفرمایید. خطوط سیاه، جریان داده  و  خطوط قرمز، جریان کنترل می باشند.

یک پردازنده از بخش های مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از :

• Control Unit  :

واحد کنترل بخش های مختلف سی پی یو را مدیریت می کند. به این صورت که، هر قسمت از چه داده ای استفاده کند چه محاسباتی انجام دهد و نتایج را در کجا ذخیره کند.

• Protection Test Unit :

واحد تست حفاظت، وظیفه اش نظارت و کنترل بخش های مختلف پردازنده می باشد. در صورتی که وظیفه ای درست انجام نشده، سیگنال خطا تولید می کند.

• Floting Point Unit :

واحد پردازش اعشاری، به محاسبه ریاضی بر روی اعداد اعشار، مثلثات، لگاریتم و … کمک می کند.

• Memory Management Unit :

واحد مدیریت حافظه ، آدرس و فهرست بندی مکان هایی که که داده ها در حافظه ذخیره می شوند را مدیریت می کند.

• Bus Interface Unit :

واحد رابط گذرگاه، وظیفه اش مدیریت و نظارت بر روابط بین سی پی یو و سایر واحدهای پردازنده از طریق Bus (گذرگاه) می باشد.

• Prefetch Unit :

واحد پیش واکشی با توجه به بیکاری واحد BIU ، دستورالعمل بعدی سی پی یو را از حافظه کامپیوتر بارگیری می کند.

• Decode Unit :

واحد رمزگشایی ، دستورالعمل ها را بصورت سیگنال در آورده و به قسمت های دیگر پردازنده ارسال می کند.

• Registers :

ثبات ها به عنوان حافظه داخلی سی پی یو عمل می کنند. اطلاعاتی مانند آدرس ها ، دستورات و … را بصورت موقت نگهداری می کنند.

حال بصورت مختصر به بررسی عملکرد پردازنده در کامپیوتر می پردازیم که شامل سه عملکرد اصلی می باشد:

• واکشی(Fetch) :

در ابتدای امر، پردازنده دستورالعمل های داده شده به کامپیوتر (به فرمت 0 و 1) را از رم دریافت می کند.

• رمز گشایی (Decode) :

دستورالعمل ها پس از واکشی در واحد Instruction Register ذخیره می شوند و سپس این دستورالعمل ها در Instruction Decoder  رمز گشایی می گردند. در واقع دستورات بصورت سیگنال در آمده و به قسمت های دیگر پردازنده ارسال می شوند.

• اجرا (execute) :

دستورالعمل های رمزگشایی شده به واحدهای مختلف CPU ارسال می شوند ، عملیات لازم بر روی آنها انجام و سپس نتایج فرآیند در ثبات ها نگهداری می شوند.

سی پی یو از نظر نوع دستگاهی که بر روی آن نصب می شود به سه دسته تقسیم می گردد:

1. پردازنده های دسکتاپ
2. پردازنده های موبایل (soc)
3. پردازنده های سرور

مولفه های متعددی برای یک سی پی یو معرفی می شوند که ما به بررسی مهمترین آنها بصورت مختصر می پردازیم:

1. هسته سی پی یو:

هسته (Core) سی پی یو  در واقع پردازنده کوچکتری است که درون پردازنده اصلی قرار دارد . هسته یک پردازنده کاملا مستقل می باشد. بطور مثال در سی پی یو دو هسته ای، دو ریز پردازنده وجود دارد که امکان انجام عملیات همزمان را فراهم می سازد.

هر هسته در پردازنده های چندهسته ای می تواند بصورت مستقل و جداگانه یا بصورت همزمان و موازی، بر روی داده ها عملیات انجام دهد.

انواع پردازنده ها از نظر تعداد هسته عبارتند از: دو هسته ای، چهار، شش، هشت، ده ، دوازده و شانزده هسته ای .

در معماری پردازنده های چند هسته ای از ساختار فیزیکی و منطقی استفاده می شود.

 هسته فیزیکی به ساختار سخت افزاری گفته می شود که از ترانزیستور و مدارهای مختلف تشکیل شده است.

در ادامه با هسته منطقی یا مجازی یا ترد آشنا می شویم.

در ابتدا در سیستم ها از پردازنده تک هسته ای استفاده می شد. با بالا رفتن بار پردازشی نرم افزارها به پردازشی با قدرت بیشتر نیاز شد که این نیاز با تعداد بیشتری پردازنده در یک سیستم رفع شد.

چند پردازنده بودن یک سیستم باعث ایجاد هزینه، نیاز به فضای بیشتر، بالا رفتن دما و مصرف انرژی بیشتر شد.

برای بهبود این مسائل، پردازنده ای با واحدهای پردازشی کوچک به نام core طراحی شد. با طراحی پردازنده چند هسته ای، مسأله  MultiTasking نیز حل شد.

مشکل مهم در این نوع معماری این بود که هر هسته در آن واحد می توانست تنها یک پردازش انجام دهد.

مثلا یک پردازنده دو هسته ای، برای انجام 4 عمل پردازشی مجبور است 2 مورد از عملیات پردازشی را در انتظار نگه دارد . که این انتظار باعث بالا رفتن تاخیر در عملیات سیستم می شد.

برای حل این معضل، شرکت اینتل فناوری HyperThreading را به دنیا معرفی کرد. این فناوری، هر هسته cpu را به عنوان 2 واحد پردازشی به سیستم عامل معرفی می کند.

مثلا یک پردازنده دو هسته ای با پشتیبانی از HyperThreading دارای 4 واحد پردازشی یا ترد می باشد. که به دنبال آن تاخیر در عملیات سیستم بسیار پایین می آید.

برای بهره گیری از این فناوری علاوه بر پردازنده باید سیستم عامل، مادربرد و نرم افزار نیز از هایپر تردینگ پشتیبانی کند.

ترد دستوری است که در آن واحد به پردازنده ارسال می شود. تعداد ترد های پردازنده ، تعداد فعالیت هایی است که می تواند بصورت همزمان انجام شود.

پروسه های مختلف در حال اجرا از هر دو هسته بصورت همزمان استفاده می کنند. بدین ترتیب سرعت سیستم و اجرای دستورات، بالا می رود.

می توان گفت هر 3 هسته مجازی، قدرت 1 هسته واقعی را دارد.

چرا بجای افزایش هسته فیزیکی از هسته مجازی و هایپر تردینگ استفاده می شود؟

 با افزایش هسته فیزیکی، اندازه پردازنده ها افزایش، توان برق مصرفی آنها بالا می رود. این امر باعث بالا رفتن گرما و حرارت پردازنده ها می شود که مسائل دیگری به دنبال خواهد داشت .

ولی با استفاده از هایپر تردینگ از این مسائل دور می شود.

با استفاده از system information  یا Task managerدر ویندوز، مشخصات سی پی یو سیستم خود را می توانید مشاهده کنید.

 2.کلاک سی پی یو:

 سرعت پردازنده، فرکانس پردازنده یا سرعت کلاک، همگی بیانگر تعداد چرخه یا سیکلی است که سی پی یو در هر ثانیه انجام می دهد.

 واحد سرعت سی پی یو، گیگاهرتز (GHz) می باشد. هر چه میزان کلاک سی پی یو بیشتر باشد سی پی یو سریعتر است.

حال سی پی یو با توجه به دمای پردازنده و تعداد وظایفی که انجام می دهد سرعتش را بالا و پایین می برد. به حداقل سرعت سی پی یو Base و به حداکثر سرعت آن  Turbo گفته می شود.

  3.حافظه نهان سی پی یو:

حافظه نهان یا cpu cache در واقع Ram بسیار سریع و گرانی می باشد که بین cpu و Ram قرار می گیرد .

کش برای ذخیره اطلاعاتی که بصورت پی در پی مورد نیاز می باشد بکار می رود.

دلیل تاثیر کش در سرعت پردازنده بخاطر فاصله کمتر کش به سی پی یو نسبت به رم به سی پی یو می باشد.

کش سی پی یو به سه سطح اصلی تقسیم بندی می شود:L1,L2,L3

از L1 به سمت L3  سرعت کمتر و ظرفیت کش افزوده می شود.

سمت راست هرم، ظرفیت های حافظه های مختلف سیستم همچنین تعداد سیکل های خواندن اطلاعات را می توانید مشاهده کنید. هر چه به راس هرم نزدیک می شویم حافظه ها کم ظرفیت تر اما سریع تر می شوند و هزینه ساخت آنها بالاتر می رود.

انواع CPU که تا کنون وارد بازار شده است عبارتند از:

Celeron, Pentium, Core 2 solo, Core 2 Due, Core 2 quad, Core i3, Core i5, Core i7, Core i9, Core i10

لازم به توضیح هست اعداد در Core i3 ، Core i5 … توان نسبی پردازنده در پردازش را نشان می دهد نه تعداد هسته ها را .

برای آشنایی با مشخصات و توانایی های پردازنده ها می توانید به وب سایت سازنده پردازنده مراجعه کنید.

تعداد هسته پردازنده در لپ تاپ ها در پردازنده های Core i3 و Core i5 ، دو می باشد. برای پردازنده های Core i7 با پسوند QM, HQ, EQ, MQ, XM, MX چهار می باشد. پسوند های Y,UE, M, E, U همگی دو هسته ای هستند.

تعداد هسته پردازنده در کامپیوتر های رومیزی در پردازنده های Core i3 ، دو می باشد. برای پردازنده های Core i5 با پسوند  P, S, R، چهار می باشد. تعداد هسته های پردازندهCore i5  از نسل آی وی بریج ، نسل سندی بریج و نسل هزول، چهار می باشد.

تذکر: بطور استثنا چهار پردازنده Core i5 2390T از نسل سندی بریج ، Core i5 3470T از نسل آی وی بریج و Core i5 4570T, Core i5 4570TE از نسل هزول دارای دو هسته می باشند.

تعداد هسته پردازنده در کامپیوتر های رومیزی در پردازنده های Core i7 ، چهار به بالا می باشد. تعداد هسته پردازنده های Core i7 با پسوند  X، شش است. تعداد هسته پردازنده Core i7 که با عدد 2 شروع می شود دو می باشد. تعداد هسته پردازنده های Core i7 970  و Core i7 980  شش می باشند.

بصورت کلی تعداد هسته های فیزیکی و منطقی در پردازنده های اینتل را در جدول زیر مشاهده بفرمایید:

نسل های پردازنده های اینتل عبارتند از :

نسل اول (Nahalem) ، نسل دوم (Sandy Bridge) ، نسل سوم (Ivy Bridge) ، نسل چهارم (Haswell) ، نسل پنجم (Broadwell) ، نسل ششم (SkyLake) ، نسل هفتم (KabyLake) ، نسل هشتم (KabyLake R) ، نسل نهم (CoffeeLake) ، نسل دهم (IceLake) ، نسل یازدهم (TigerLake) ، نسل دوازدهم (AdlerLake) .

توجه به حروف و برخی عبارات که بر روی پردازنده ها نوشته شده است کمک شایانی در انتخاب بهتر و نوع کاربرد پردازنده می نماید. در جدول زیر، نمونه هایی از این حروف و عبارات ذکر شده است:

برای مشاوره و خرید اقتصادی ، مناسب و تخصصی می توانید با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید. همچنین از سایت فروشگاهی ما دیدن فرمایید.