آشنایی با CPU (واحد پردازنده مرکزی) و عناصر تشکیل دهنده آن

با سلام خدمت تمامی دوستان و همراهان آموزش های مجازی
در این قسمت از آموزش ها، شما با CPU و اجزای مختلف آن آشنا خواهید شد.
با ما همراه باشید.

CPUچیست؟

واحد پردازش مرکزی یا به اختصار سی‌پی‌یو (CPU) غالباً به نام مغز رایانه نامیده می‌شود. با این که سی‌پی‌یو تنها یکی از انواع واحدهای مختلف پردازشی در رایانه است، اما در واقع مهم‌ترین آن‌ها شناخته می‌شود. این واحد بخشی از رایانه است که برای اجرای محاسبات، اقدامات و اجرای برنامه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

CPU

عملکرد CPU

CPU ورودی‌ها را به صورت دستورالعمل‌هایی از RAM رایانه دریافت می‌کند، سپس

عمل مورد نظر را کدگشایی و پردازش کرده و در نهایت در خروجی ارائه می‌دهد. سی‌پی‌یو ها در همه نوع دستگاه‌هایی از رایانه تا لپ‌تاپ، گوشی‌های هوشمند، تبلت، و تلویزیون‌های هوشمند حضور دارند. آن‌ها به شکل تراشه‌های کوچک غالباً مربعی شکل هستند که بر روی مادربورد دستگاه‌ها قرار گرفته و با دیگر سخت‌افزارها تعامل دارند تا عملیات‌های رایانه را اجرا کنند.

32 بیت یا 64 بیت؟

پردازنده‌ها جریان متناوبی از داده‌ها را دریافت نمی‌کنند؛ بلکه آن‌ها داده‌ها را در بسته‌های کوچکی که کلمه «word» نامیده می‌شود می‌گیرند. پردازنده‌ها بر اساس تعداد بیت‌هایی که در یک کلمه می‌توانند بگیرند به دو نوع مختلف تقسیم می‌شوند. زمانی که پردازنده‌ها با توانایی دریافت کلمه‌هایی با 32 بیت طراحی شدند، این مقدار بسیار بزرگ به نظر می‌رسید. در علم الکترونیک قانونی به نام قانون Moore وجود دارد که می‌گوید تعداد ترانزیستورهای روی هر تراشه هر سال دو برابر مقدار قبلی خواهد بود و با تداوم این قانون به تدریج رایانه‌ها توانایی پشتیبانی از بیش از 4 گیگابایت رم را یافتند که فرصت ظهور پردازنده‌های 64 بیتی را فراهم می‌کرد.

سی‌پی‌یو چندهسته‌ای مناسب است؟

در روزهای نخست عصر محاسبات، هر سی‌پی‌یو تنها یک هسته منفرد داشت. این بدان معنی بود که سی‌پی‌یو در هر لحظه تنها مجموعه واحدی از وظایف را می‌توانست انجام دهد. این مسئله یکی از مهم‌ترین دلایل کند و زمان‌گیر بودن اجرای محاسبات مختلف محسوب می‌شد؛ اما مدت‌ها است که همه چیز تغییر کرده است. پس از آن که سی‌پی‌یوهای تک‌هسته‌ای به سقف توان محاسباتی خود رسیدند، تولیدکنندگان برای یافتن روش‌هایی در جهت بهبود محاسبات به تکاپو افتادند. همین انگیزه بهبود محاسبات بود که منتهی به ایجاد پردازنده‌های چندهسته‌ای شد. امروزه در اغلب موارد با اصطلاحاتی مانند سی‌پی‌یوهای dual، quad یا حتی octo مواجه می‌شویم.

برای نمونه یک پردازنده دو هسته‌ای (dual-core) دقیقاً از دو سی‌پی‌یو جدا بر روی یک تراشه منفرد تشکیل یافته است. با افزایش تعداد هسته‌ها، سی‌پی‌یو ها توانایی مدیریت پردازش‌های همزمان بیشتری را می‌یابند. این کار باعث افزایش عملکرد و کاهش زمان محاسبات می‌شود. پردازنده‌های دو هسته‌ای خیلی زود جای خود را به پردازنده‌های چهار هسته‌ای دادند که از چهار سی‌پی‌یو جداگانه تشکیل یافته‌اند و حتی پردازنده‌های هشت هسته‌ای نیز اینک در بازار حضور دارند. اگر به این سی‌پی‌یوهای هشت هسته‌ای فناوری فراریسمانی (hyper-threading) را نیز اضافه کنیم در واقع 16 هسته پردازشی مستقل خواهیم داشت.