موضوع:
CPU
سی پی یو(central processing unit )CPU یا پردازنده (Processor)؛ یکی از اجزاء رایانه می باشد که فرامین و اطلاعات را مورد پردازش قرار می دهد. واحدها ی مرکزی پردازش ویژگی پایه ای قابل برنامه ریزی شدن را در رایانه های رقمی فراهم می کنند ؛ و یکی از مهم ترین اجزاء رایانه ها در حافظهٔ اولیه ؛امکانات ورودی/خروجی هستند.یک پردازندهٔ مرکزی مداری یکپارچه می باشد که معمولاً به عنوان ریزپردازنده شناخته می شود. امروزه عبارت CPU ها معمولاً برای ریزپردازنده ها به کار می روند.
سی پی یو چیست؟
)عبارت «central process unit» واحد پردازندهٔ مرکزی) یک ردهٔ خاص از ماشین را معرفی می کند که می تواند برنامه های رایانه را اجرا کند.این عبارت گسترده را می توان به راحتی به بسیاری از رایانه هایی که بسیار قبل تر از عبارت "CPU" بودند تعمیم داد. به هر حال ؛این عبارت و شروع استفاده از آن در صنعت رایانه از اوایل سال ۱۹۶۰ رایج شد. شکل ,طراحی و پیاده سازی پرازنده ها نسبت به طراحی اولیه تغییر کرده است ولی عملگرهای بنیادی آن همچنان به همان شکل باقی مانده است.
پردازنده های اولیه که به عنوان یک بخش از چیزی بزرگ تر که معمولاً یک نوع رایانه است ؛دارای طراحی سفارشی بودند.
. در هر صورت این روش طراحی سفارشی پردازنده ها، کاری گران قیمت برای یک بخش خاص، به مقدار زیادی راه تولید را به تعداد زیاد که برای اهداف زیادی قابل استفاده بود را فراهم کرد.این استانداردسازی روند عمومی را در عصر transistor mainframes و minicomputer گسسته و شتابدار کردن تعمیم مدارات مجتمع(IC)را شروع کرد. IC امکان افزایش پیچیدگی ها برای طراحی پردازنده ها و ساختن آنها در مقیاس کوچک (در حد میلیمتر) امکان پذیر می سازد. هر دو فرآیند کوچک سازی و استاندارد سازی پردازنده ها حضور این تجهیزات رقمی در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند رایانه برد.ریزپردازنده های جدید در هر چیزی چون خودروها تا تلفن های همراه و حتی اسباب بازی های کودکان وجود دارند.
مدت زمان انجام یک کار به وسیله رایانه، به عوامل متعددی بستگی دارد که اولین آنها، سرعت پردازشگر رایانه است. پردازشگر یک تراشه الکترونیکی کوچک در قلب کامپیوتر بوده و سرعت آن بر حسب مگاهرتز سنجیده می شود. هر چه مقدار این پارامتر بیشتر باشد، پردازشگر سریعتر خواهد بود و در نتیجه قادر خواهد بود، محاسبات بیشتری را در هر ثانیه انجام دهد. سرعت پردازشگر به عنوان یکی از مشخصه های یک کامپیوتر به قدری در تعیین کارآیی آن اهمیت دارد که معمولاً به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده نام کامپیوتر از آن یاد می شودتراشه پردازشگر و اجزای الکترونیکی که آن
را پشتیبانی می کنند، مجموعا به عنوان واحد پردازش مرکزی یا CPU شناخته می شوند.
واحد پردازش مرکزی واحد محاسباتی و کنترلی رایانه است که دستورالعملها را تفسیر و اجرا می کند. کامپیوترهای بزرگ و ریزرایانه های قدیمی بردهایی پر از مدارهای مجتمع داشته اند که عمل واحد پردازش مرکزی را انجام داده است. واحدهای پردازش مرکزی، تراشه هایی که ریز پردازنده نامیده می شوند، امکان ساخت کامپیوترهای شخصی و ایستگاههای کاری را میسر ساخته اند. در اصطلاح عامیانه CPU به عنوان مغز رایانه شناخته می شود.
تاریخچه
پیش از ظهور اولین ماشین که به پردازنده های امروزی شباهت داشت ؛ کامپوترهای مثل انیاک( ENIAC) مجبور بودند برای اینکه کارهای مختلفی را انجام دهند دوباره سیم کشی کنند. این ماشین ها اغلب به رایانه هایی، با برنامهٔ ثابت اطلاق می شد تا زمانیکه توانایی اجرای چند برنامه را پیدا کردند. عبارت "CPU" از زمانی برای ابزار اجرا کنندهٔ نرم افزار(برنامهٔ رایانه) تعریف شد ؛ اولین ابزارهای که که عبارت "CPU" به آن ها اطلاق شد همراه ظهور اولین برنامهٔ ذخیره شدهٔ در رایانه بود.
ایدهٔ برنامهٔ ذخیره شده مربوط به بعد زمان طراحی ENIAC بود. در ۳۰ ژوئن سال ۱۹۴۵ (۹ تیر ماه ۱۳۲۴) قبل از اینکه انیاک کامل شود , دانشمند ریاضیدان جان فون نیومان در مقاله ای به نام «[[First Draft of a Report on the EDVAC» آن را شرح داده بود.سرانجام شکل کلی ارائه داده شده برای برنامهٔ قابل ذخیره شدن در رایانه در آگوست سال ۱۹۴۹(تیر ماه ۱۳۲۸) کامل شد.EDVAC برای اجرا یک سری دستوالعمل های معین (یا عملگرهای خاص) برای گونه های متفاوت، طراحی شده بود.این دستورالعمل ها می توانستند ترکیب شوند تا برنامه های مفید را بر روی EDVAC اجرا کنند. از نکات قابل توجه این بود که برنامه ای که برای EDVAC نوشته شده بود در یک حافظهٔ رایانه ای سریع؛ ذخیره شده بود که سریعتر از ثبت سخت افزاری است این پیروزی یک محدودیت شدید را بر ENIAC ایجاد می کرد و آن عبارت بود از این که مقدار بسیار زیادی از زمان و تلاش آن صرف تنظیمات دوباره برای انجام یک کار(پردازشی) جدیدبود.
با طراحی فون نیومان ؛برنامه یا نرم افزار که EDVAC اجرا می کرد می توانست تغییری ساده با محتوای حافظهٔ رایانه تغییر دهد. دستگاه های رقمی حال حاضر، همه با پردازنده هایی توزیع شده اند که به مدار گسسته و بنابراین به تعدادی تغییر المان برای متفاوت بودن و تغییر حالات احتیاج دارند. قبل از تجاری شدن ترانریستور ؛ برای تغییر المانها از electrical relays و vacum tubes به صورت عمومی استفاده می شد. اگرچه اینها از مزایایی چون سرعت – به خاطر ساز و کار عمومی شان- برخوردار بودند ولی به خاطر بعضی مسایل غیرقابل اطمینان بودند.
انواع سی پی یو
CPU مهمترین جزء سخت افزاری یک کامپیوتر محسوب می شود، که به صورت یک مدارمجتمع یا IC برروی برداصلی یا MainBoard در جعبه سیستم یا Case قرارمی گیرد. وظیفه این واحد انجام عملیات محاسبه، منطق، کنترل و بطورکلی پردازش داده ها است و به این دلیل آن را واحد پردازش مرکزی Central Processing Unitمی نامند.
CPU یک تراشه چند سانتی متری شامل میلیونها ترانزیستور و اتصال می باشد . این قطعه از دو قسمت اصلی واحدکنترل یا CU و واحدمحاسبه و منطق یا ALU و همچنین تعدادی ثبات یا Register ، که نقش حافظه های موقت را ایفا می کنند،
تشکیل شده است.
قدرت CPUها از لحاظ فنی توسط دو مشخصه اصلی تعیین می گردد .
اولین مشخصه ، طول کلمه یا تعداد بیت هایی است که ریز پردازنده در یک لحظه می تواند مورد پردازش قرار دهد. طول کلمات معمولاً 4، 8، 16، 32 و 64 بیت می باشند. کامپیوترهای شخصی امروزی 32 بیتی هستند و به تازگی کامپیوترهای 64 بیتی جای خود را در بازار باز کرده اند . اما به دلیل عدم گسترش نرم افزارهای سازگار با این کامپیوترها، هنوز به طور کامل جای پای خود را محکم نکرده اند.
دومین مشخصه نیز سرعت ساعت میباشد که عبارتست از تعداد ضربانهای الکترونیکی که در ثانیه تولید می شود و با واحد مگاهرتز اندازه گیری می گردد . سرعت PC ها یا کامپیوترهای شخصی امروزی بالغ بر 3 گیگاهرتز می باشد و هر گیگاهرتز معادل با هزار مگاهرتز است .
هر چه میزان این دو مشخصه بیشتر و بزرگتر باشد، ریز پردازنده قویتر و سریعتر خواهد بود . برای تعیین قدرت CPUها علاوه بر دو مشخه ذکر شده ، دو مشخصه دیگر نیز وجود دارد ، یکی تعداد دستورالعملهای CPU و دیگری حالت انتظار است . منظور از حالت انتظار ، مدت زمان لازم جهت 2 دسترسی متوالی، به داده ها و دستورالعملها، در حافظه می باشد.
نظر به اینکه معمولاً سرعت RAM کمتر از سرعت CPU است، لذا، CPU جهت دسترسی به اطلاعات RAM باید مدتی در انتظار بماند که هر چه مدت زمان کمتر باشد، سرعت کامپیوتر بیشتر شده و در نتیجه عملیات پردازش سریعتر انجام خواهد شد. یکی از ابزارهایی که باعث افزایش سرعت می شود، حافظه نهان یا Cache نام دارد، این نوع حافظه ها از نوع ثبات و دارای سرعت بسیار بالایی هستند، این حافظه ها برای بالا بردن کارآیی و سرعت CPUها و ایجاد تعادل سرعت بین CPU و RAM در نظر گرفته شده اند . در حال حاضر عموماً مقدار کامل این حافظه 512 کیلو بایت و یا 1 مگابایت است. البته در آینده ای نزدیک این مقدار به بیش از این نیز خواهد رسید .
از آنجا که CPU، مغز یک سیستم کامپیوتری به شمار می آید، انتخاب صحیح آن می تواند کارآیی سیستم را بالا ببرد. تاکنون پردازنده های متعددی در شرکت Intel ساخته شده و مورد بهره برداری قرار گرفته اند که عبارتند از 8086، 80286، 80386، 80486 که البته در اصطلاح عامیانه عدد 80 از ابتدای آنها حذف شده است. پس از این سری، نسل کامپیوترهای 586 یا پنتیوم توسط کارخانه Intel به بازار آمد. سری Pentium از سرعت 66 مگا هرتز و بعنوان Pentium I به بازار عرضه شد . پس از آن Pentium Pro، PentiumII ، Pentium III و Pentium IV به بازار آمدند. در حال حاضر جدیدترین نوع CPUها، Pentium Vها هستند که البته هنوز به خاطر قیمت گران به صورت عامیانه در بازار وجود ندارند ولی سری Pentium IV با توجه به قیمت و کارایی مناسب بیشترین تعداد را در بین دارندگان کامپیوتر های شخصی داراست .
یکی دیگر از شرکتهای تولید کننده CPU شرکت AMD است. این شرکت سازنده انواعCPU های K5 ، K6 ، K7 ، Athlon ، Barthon و Sempron است. پرتعدادترین CPUهای فروخته شده این شرکت در بازار، از نوع Athlon می باشد.
CPUهای شرکت AMD دارای قیمت کمتر و سرعت بالاتری خصوصاً در کارهای گرافیکی پویا Dynamic مانند ساخت انیمیشن و اجرای بازیها هستند . اما به خاطر ایجاد حرارت بیشتر و گاها مشکلاتی که در کار با بعضی از نرم افزار ها بوجود می آید نسبت به CPUهای شرکت Intel، دارای فروش کمتری می باشند .
البته Intel ، CPUهایی تحت عنوان Celeron و با قیمت بسیار مناسب نیز به بازار عرضه نمود است .
خصوصیت بارز Celeronها مقدار Cache آنها است که یک چهارم مقدار Cache، CPUهای Full Cache ، یعنی 128 کیلو بایت می باشد. با توجه به قیمت مناسب و سرعتهای مختلف، خریداران زیادی برای این نوع CPUها پیدا شد. البته با انجام کارهای گرافیکی روی این کامپیوترهایی که از نوع CPU استفاده می کنند ، متوجه سرعت پایین و غیرواقعی آنها می شویم.
CPUها از نظر ظاهری نیز متفاوت هستند به اندازه و شکل مکان قرارگیری CPUهای شرکت AMD روی مادربرد، Socket A و به CPUهای شرکت Intel ، Socket 478 می گویند. CPUهای اینتل کوچکتر از CPUهای AMD هستند. همچنین جایگاه CPUهای Pentiumهای اولیه از نوع Socket 7 و CPUهای Pentium IIIها از نوع Socket 370 و Slot one بودند .
لازم به ذکر است، شرکت های دیگری نیز اقدام به ساخت پردازنده نموده اند اما نتوانستند روند تولید را در بازار رقابتی حفظ کنند. عده ای از این شرکتها عبارتند از Cyrix ، IDT ، IBM ، Zeon و غیره.
در هنگام خرید و در تقسیم بندی اولیه این قطعه به دو دسته تقسیم می شود :
دسته اول؛ CPUهای تولید کارخانه Intel هستند که در حال حاضر آنها را با نام Pentium می شناسیم و بر اساس تکنولوژی بکاررفته در آنها، با شماره های Pentium I تا Pentium V نام گذاری شده اند. البته هم اکنون نوع Pentium 4 در بازار فروش بیشتری دارد .
نکته مهم دیگر این است که اغلب وقتی در مورد یک پردازنده از نوع Pentium چیزی می شنوید، کلماتی مانند Full Cache ، Half Cache و یا Celeron نیز به عنوان پیشوند یا پسوند به گوش می رسد . این کلمات بیان کننده مقدار حافظه نهان ( Cache ) پردازنده هستند. بدین ترتیتب که؛ Full Cache ، به معنی داشتن بیشترین مقدار حافظه Catch روی پردازنده است. این مقدار تا کمی پیش از این 512 KB بود، اما در حال حاضر به 1 MB یا بیشتر رسیده است.
Half Cache ، یعنی اینکه پردازنده دارای نیمی از بیشترین مقدار این حافظه می باشد. این نوع پردازنده ها دارای حافظه نهان برابر 256 KB بودند، اما مدتی است که از این نوع پردازنده کمتر به چشم می خورد ..
Celeron ، به معنی وجود یک چهارم از بیشترین مقدار این نوع حافظه، روی پردازنده است. همانطور که حدس زدید مقدار حافظه cache در این نوع پردازنده 128KB بوده، که البته با افزایش مقدار این نوع حافظه در پردازنده های Full Cache ، نوع دارای حافظهء 256KB نیز جزء پردازنده هایCeleron محسوب می شود. به پردازنده های دارای Cache 128 کیلو بایت ، Celeron نوع A و پردازنده های دارای Cache 256 کیلو بایت ، Celeron نوع D می گویند.
نکته دیگر مقدار سرعت اسمیCpu است که با نام پردازنده ها حتماٌ گفته می شود ، این سرعت برای پردازنده های موجود Pentium 4 از 5/1 گیگاهرتز تا بیش از 3/3 گیگاهرتز است، که همچنان در حال پیشرفت می باشد.
دسته دوم پردازنده ها ، CPUهای تولید کارخانه AMD هستند، که در حال حاضر آن را بر اساس تکنولوژی پیشرفته تر، با نام های Athlon ، Barthon و Sempron می شناسیم. هم اکنون نوع Sempron در بازار به وفور یافت می شود. تفاوت در این نوع پردازنده ها در تکنولوژی ساخت و بیشتردر مقدار حافظه Cache آنهاست.
پردازنده Athlon دارای حافظه نهان معادل 128KB ، نوع Barthon ، 512KB و نوع Sempron دارای Cache به میزان 256KB میباشد .
در مورد CPU ها و طریقه نام بردن آنها به چند مثال توجه فرمایید :
Pentium IV 2.2 GHz Full Cache
یعنی پنتیوم 4 با سرعت 2/2 گیگاهرتز و دارای حافظه نهان کامل.
Pentium III 600 Celeron
یعنی پنتیوم 3 با سرعت 600 مگاهرتز و دارای یک چهارم حافظه نهان کامل
Sempron 2.8
یعنی پردازنده ساخت شرکت AMD ، با سرعت 2800 مگاهرتز و دارای حافظه نهان به میزان 256 کیلو بایت
همچنین در هنگام خریدCPU باید به دو نکته توجه داشته باشید :
ابتدا اینکه؛ پردازنده ها یا به همراه یک Fan و در یک بسته بندی پلمب فروخته شده ، که اصطلاحاً به آنها Box گفته می شود و یا به شکل تنها که Tray خوانده می شود. در این صورت یک Fan باید به صورت جداگانه خریداری گردد .
نکته دوم در هنگام خرید یک CPU ، توجه به گارانتی آن است. توجه به گارانتی یعنی توجه به نام و اعتبار شرکت پشتیبان، مدت گارانتی، تاریخ شروع و اتمام آن.