همه چیز در مورد پردازنده

 

 

چرا انتخاب پردازنده اصلی (سی پی یو) نقش حیاتی در کامپیوتر دارد. در این مقاله با اصلاحات و مشخصات پردازنده‌ها آشنا می‌شوید. همچنین می‌توانید برای خرید کامپیوتر از مشاور خودکار سایت استفاده نمایید.

 

 

کلیات

CPU مخفف عبارت Central Processor Unit است که در فارسی به آن واحد پردازش مرکزی یا همان پردازنده می گویند. سی پی یو مسئول پردازش تمامی دستورالعمل‌‌هایی است که توسط سخت‌افزار و نرم‎افزار در کامپیوتر اجرا می شوند.

 

نکته: معمولا به سی پی یو مغز کامپیوتر گفته می‌شود. در حالی که عبارت مناسب‌تر برای پردازنده یک ماشین حساب فوق العاده پیشرفته است. عملکرد و محاسبات انجام شده توسط پردازنده فوق العاده سریع هستند ولی بدون نرم‌افزاری برای اجرای دستورالعمل، پردازنده قطعه‌ای بلا استفاده است.

عکس زیر نمای رو و زیر یک پردازنده اینتل را نشان می‌دهد. پردازنده‌ها حرارت زیادی تولید می کنند بنابراین پوشش فلزی قرار گرفته روی سی پی یو ها وظیفه دفع حرارت را دارد.

 

 

 

 

همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید؛ پردازنده‌ها در شکل های مربع یا مستطیل تولید می‌شوند و رو آنها نشانه ای برای نصب درست پردازنده روی سوکت تعبیه می‌کنند که مانع از نصب اشتباه پردازنده روی سوکت می‌شود. زیر پردازنده صدها پین وجود دارد که -با قرارگیری در محل مناسب روی سوکت – ارتباط پردازنده و مادربرد را میسر می‌سازد. اکثر CPU ها مانند شکل فوق می‌باشند هرچند که نمونه های آزمایشی و کم طرفداری به شکل‌های مختلف مانند پردازنده‌های اسلاتی وارد بازار شدند. ولی همین پردازنده‌های عادی نیز تعداد زیادی سوکت به خود دیدند و تقریبا هر نسل از پردازنده‌ها سوکت مخصوص به خود را دارند.

 

 

سی پی یو چه کاری انجام می دهد؟

عملکرد اصلی پردازنده عبارتند از: دریافت داده‌ها از دستگاه های ورودی (مانند موس، کیبورد و …) یا نرم‌افزارهای اجرا شده، در قدم بعد ترجمه و درک نیازمندی‌های آنها و در نهایت پردازش داده‌ها و سپس ارسال اطلاعات پردازش شده به نرم‌افزار یا دستگاه خروجی شما مانند مانیتور است. از اولین پردازنده‌هایی که ظهور کردند، تاکنون پیشرفت‌های زیادی در طول سالیان حاصل شده است. با این وجود، عملکرد پایه‌ی پردازنده شامل سه گام واکشی (Fetch)، رمزگشایی (Decode) و اجرا (Execute) به قوت خود باقی مانده است.

 

 

 

 

واکشی (Fetch)

واکشی به دریافت دستورالعمل گفته می‌شود. دستورالعملی که در قالب صفر و یک و از طریق حافظه اصلی (رم) به پردازنده ارسال می‌شود. هر دستور تنها بخش کوچکی از یک عملیات است. بنابراین، پردازنده نیازمند این است که بداند دستورالعمل بعدی چیست. نشانی دستور فعلی توسط یک شمارشگر برنامه (Program Counter) نگه داشته می‌شود. سپس Program Counter و دستورالعمل‌ها در واحد ثبت دستور (Instruction Register) قرار می‌گیرند. بعد از آن مقدار Program Counter یک واحد افزایش پیدا می‌کند تا به نشانی دستورالعمل بعدی ارجاع دهد.

 

رمزگشایی (Decode)

وقتی یک دستور، واکشی و در واحد ثبت دستور (Instruction Register) ذخیره می‌شود، پردازنده دستور را به واحدی به نام رمزگشای دستورالعمل (Instruction Decoder) منتقل می‌کند. این واحد، دستورالعمل را به سیگنال‌هایی تبدیل می‌کند که برای فعالیت به واحدهای دیگر پردازنده فرستاده می‌شود.

 

اجرا (Execute)

در گام نهایی، دستورالعمل‌های رمزگشایی شده برای تکمیل به بخش‌های مربوطه در CPU ارسال می‌شوند. نتایج معمولا در بخشی از پردازنده به نام حافظه‌های ثَبات‌ نگهداری می‌شوند تا در دستورالعمل‌های آتی به آن‌ها رجوع شود. برای درک بهتر می‌توانید این روند را به عملکرد حافظه‌ی ماشین حساب تشبیه کنید.

 

تاریخچه پردازنده‌ها

طی سالیان متمادی فرکانس کاری و سایر مشخصات پردازنده‌ها پیشرفت چشمگیری داشته است. به عنوان مثال اولین پردازنده تولیدی توسط اینتل ۴۰۰۴ نام داشت که در تاریخ ۱۵ نوامبر ۱۹۷۱ رونمایی شد. تعداد ترانزیستور های بکار رفته در این پردازنده ۲۳۰۰ عدد بود. این پردازنده می توانست در یک ثانیه ۶۰,۰۰۰ دستور را اجرا کند. هم اکنون پردازنده‌ ۳۲ هسته‌ای AMD Epyc محاسبات خود را با تعداد شگفت آور ۱۹,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ ترانزیستور انجام می‌دهند.

جدول زیر به تفصیل از کشف سیلیکون تا تولید پردازنده پرقدرت امروزی (در زمان نگارش سری رایزن AMD و کافی لیک اینتل) را بررسی کرده است.

 

اجزای پردازنده

مهم‌ترین قسمت‌های یک پردازنده واحد محاسبه و عملیات منطقی و واحد کنترل حافظه است. واحد محاسبه و عملیات منطقی را Arithmetic Logic Unit می نامند که به اختصار به آن ALU می‌گویند و واحد کنترل حافظه را Control Unit می‌نامند که به اختصار به آن CU می گویند.

 

 

شرح عملیات واحدهای یک پردازنده:

واحد محاسبه و عملیات منطقی (ALU):

واحد محاسبه و منطق یا ALU  تمام عملیات محاسباتی (ریاضی) و منطقی (مقایسه ای) را انجام می‌دهد. قابل ذکر است بیشتر اوقات هدف دستورهای مقایسه‌ای، مشخص نمودن ترتیب اجرای دستورها است.

 

واحد کنترل حافظه (CU)

این واحد وظیفه مدیریت تمامی عملکرد‌های پردازنده را دارد. این نکته را باید بدانید که این قسمت قادر به اجرای دستورها نیست ولی به واحدهای دیگر می‌گوید که چه کاری را در چه زمانی انجام دهند.

 

حافظه ثبات (Register)

این واحد از قطعات بسیار کوچکی از جنس حافظه تشکیل شده‌اند و می‌توانند نتایج اعمال منطقی را در خود ذخیره کنند.

CPU های مختلف دارای رجیسترهای گوناگون می باشند. بعضی از رجیسترها برای نگهداری نتایج اعمال استفاده می‎شوند و بعضی دیگر به عنوان اشاره‌گر و برخی نیز برای اهداف دیگر می‌باشند. بعنوان مثال رجیستر AX برای نگهداری نتیجه یک عمل دودویی منطقی یا ریاضی بکار می رود و رجیستر یا Program Counter (به اختصار PC) یک اشاره‌گر است که باید به دستوری که در لحظه بعد توسط CPU اجرا شود اشاره کند.

 

حافظه نهان (Cache Memory)

یکی از راه‌های افزایش کارایی در پردازنده‌ها استفاده از حافظه نهان یا همان Cache Memory می باشد. این حافظه بسیار سریع از نوع SDRAM است که برای جلوگیری از تاخیر زمانی بین پردازنده و حافظه رم طراحی و تولید شده اند. این حافظه کوچک و سریع می‌تواند با داشتن اطلاعات و دستورالعمل هایی که اغلب برای پردازش مورد استفاده قرار میگیرند، باعث افزایش کارایی پردازنده شود.

 

فلسفه استفاده

فرض کنید پیدا کردن یک پرونده بطور میانگین یک دقیقه از وقت کارمند را بگیرد. اگر کارمند قسمت بایگانی احتمال دهد که ممکن است مجددا به این پرونده مراجعه شود و به جای آنکه آن را مجددا در قفسه قرار دهد روی میز خود بگذارد در مراجعه بعدی به همان پرونده دیگر زمانی برای جستجو و پیدا کردن آن تلف نخواهد شد.

وظیفه حافظه نهان یا Cache Memory نیز دقیقا همین است . حافظه نهان در حقیقت همان میز کارمند است ( که در مقایسه با قفسه ها از ابعاد بسیار کوچکی برخوردار می باشد ) و پرونده نیز در حکم دستورالعمل و یا داده‌ای می باشد که از آن زیاد استفاده می شود. پردازنده در هنگام اجرای یک برنامه و خواندن اطلاعات از حافظه اصلی، با دستورات و یا داده هایی برخورد می کند که به دفعات از آن‌ها استفاده می شود.

برای جلوگیری از تکرار مراجعه پردازنده به حافظه اصلی برای خواندن دستورات و یا داده های تکرای این اطلاعات به قسمتی به نام حافظه Cache منتقل می‌گردد. این حافظه به دلیل اینکه از نوع حافظه های Static می باشد( برخلاف حافظه اصلی که از نوع Dynamic می باشد ) دارای سرعت بسیار بیشتری نسبت به حافظه اصلی است و زمان مراجعه به آن بسیار کمتر از زمان مراجعه به حافظه اصلی ( RAM ) می باشد.

همانطور که می‌دانید حافظه اصلی ( RAM ) از تعداد بسیار زیادی خازن تشکیل شده است اما در Cache Memory همانند CPU در ساختمان آن از ترانزیستور استفاده شده است و ساخت آن‌ها بسیار هزینه بر است و به همین دلیل است که افزایش مقدار Cache در پردازنده‌ها با افزایش قیمت همراه است .

 

سطوح حافظه کش

به جهت افزایش احتمال وجود اطلاعات مورد نیاز پردازنده‌ها، این حافظه‌ها در سه الی چهار سطح در پردازنده استفاده می‌شوند. نزدیک‌ترین حافظه کش به پردازنده که به صورت اختصاصی مورد استفاده قرار می گیرد را حافظه سطح یک یا L1 می‌نامند. این سطح معمولا حجم کمتر و سرعت بالاتری نسبت به بقیه سطوح حافظه کش دارد. حافظه کش سطح دو یا L2 حجم بیشتر و سرعت کمتری نسبت به سطح یک دارد و به بسته به معماری پردازنده ممکن است به صورت اختصاصی و یا اشتراکی استفاده شود. حافظه سطح ۳ و سطح ۴ یا L3 و L4 به همین صورت حجم بیشتر از سطح قبلی ولی سرعت کمتری نسبت به دو سطح فوق دارند و معمولا به صورت اشتراکی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

 

 

 

حافظه کش اشتراکی یا هوشمند چیست؟

در پردازنده‌های قدیمی اگر مجموع مقدار حافظه کش سطح یک و دو جوابگوی مقدار مورد نیاز پردازنده نبود، پردازنده به حافظه رم مراجعه می‌کرد. اما با طراحی کش هوشمند یا اشتراکی توسط اینتل این مشکل تا حدود زیادی برطرف شد. در پردازنده‌ها با این تکنولوژی هر هسته بسته به میزان نیاز خود از حافظه کش استفاده می‌کند. مثلا اگر هسته ۴ نیاز به کش بیشتری داشته باشد و باقی هسته‌ها بدون بار باشند، هسته ۴ می تواند از تمامی ظرفیت حافظه کش استفاده نماید.

 

 

تکنولوژی های جدید پردازنده‌ها

متداول‌ترین راه برای افزایش سرعت یک پردازنده ، بالا بردن فرکانس آن می باشد اما راه‌های دیگری نیز وجود دارد که به وسیله آن می توان مقدار قابل توجهی کارایی یک پردازنده را افزایش داد راه‌هایی چون استفاده از Pipelining ، حافظه نهان ( Cache Memory)، چند هسته‌ای شدن و HT .

 

Pipelining

Pipelining ، روشی است که مدت زیادی است در پردازنده‌ها از آن استفاده می شود در این روش پردازنده‌ها کمی باهوش‌تر عمل می‌کند. برای واضح تر شدن موضوع Pipelining ، مثالی از اجرای یک دستور در CPU را شرح می‌دهیم؛ یک پردازنده را در نظر بگیرید که در هر پالس یک دستورالعمل را اجرا می‌کند. در اولین پالس، دستور را از داخل حافظه اصلی ( RAM ) به داخل پردازنده انتقال می‌دهد. در پالس بعدی CPU دستور را Decode و در پالس سوم دستور اجرا می‌شود . در پالس چهارم نتیجه عمل ذخیره می گردد که این چرخه به صورت متوالی ادامه پیدا خواهد کرد.

در صورتیکه یک پردازنده دارای قابلیت Pipelining باشد می تواند چند عمل را در یک زمان و به صورت موازی انجام دهد بدین ترتیب که :

• در پالس اول ، دستور اول از حافظه اصلی خوانده می‌شود.

• در پالس دوم ، دستور اول Decode گشته و همزمان دستور العمل دوم از حافظه اصلی خوانده می‌شود.

• در پالس سوم ، دستورالعمل اول اجرا ، همزمان دستورالعمل دوم Decode و دستور العمل سوم از حافظه اصلی خوانده می‌شود.

بدین ترتیب این کارها همگی در یک زمان انجام می‌شوند که به Pipelining معروف می باشد.

 

طراحان و کارشناسان با انجام تغییر در معماری سی پی یو ها توانستند با تکنولوژی Pipelining کارایی پردازنده را تا ۴ برابر افزایش دهند. نتیجه ای که از این قسمت می‌توان گرفت اینست که سرعت پردازش نهایی در پردازنده‌ها فقط به عامل فرکانس بستگی ندارد بلکه فرکانس فقط یکی از عوامل مهم در سرعت آنها می باشد.

 

Cache Memory

یکی دیگر از راه های افزایش کارایی در پردازنده‌ها استفاده از حافظه نهان یا همان Cache Memory است که پیشتر مفصل توضیح داده شد.

 

Hyper Threading

این تکنولوژی که توسط اینتل توسعه داده شده امکان اجرای دستورالعمل‌های همزمان بیشتر در پردازنده‌ را میسر می‌کند. هایپر-تردینگ یا HT اولین بار در سال ۲۰۰۲ و به همراه Pentium 4 HT  معرفی شد. پنتیوم ۴ تنها یک هسته داشت و قادر به اجرای همزمان یک دستور بود؛ اما به کمک فناوری HT امکان اجرای همزمان دو دستور همزمان فراهم شد.

 

 

در فناوری HT دو یا چند هسته‌ی منطقی به ازاء هر هسته‌ی فیزیکی ایجاد می‌شود و رفتار سیستم‌عامل با این هسته‌های منطقی درست مثل هسته‌های فیزیکی است. به این ترتیب تسک‌ها به صورت موازی پردازش شده و پردازنده با توان بیشتر شروع به پردازش امور می‌کند. در این حالت منابع پردازنده به دو بخش تقسیم می‌شوند. اگر یکی از هسته‌های مجازی پردازش تسک مورد نظر خود را به پایان برساند و به حالت انتظار برود، منابع در دسترس آن به پردازش سریع‌تر دستورالعمل موازی آن به هسته‌ی مجازی دیگر قرض داده می‌شود. در اکثر شرایط فناوری HT به خوبی شرایطی که پردازنده دو برابر هسته‌ داشته باشد کار می‌کند.

 

پردازنده‌های جدید امروزی نه تنها از چند هسته بهره می‌برند بلکه فناوری Hyper-Threading را نیز دارند. در این حالت مثلا پردازنده‌ی دو هسته‌ای با فناوری HT همچون پردازنده‌ی ۴ هسته‌ای در سیستم‌عامل شناخته می‌شود.

 

پردازنده چند هسته‌ای

پردازنده‌های اولیه تک هسته‌ای بودند این بدین معنی است که هر پردازنده تنها یک واحد پردازش مرکزی داشت. برای افزایش بازده و قدرت پردازنده، تولیدکنندگان به فکر افزایش هسته‌ها در سی پی یو افتادند. در همین راستا پردازنده‌های دو هسته‌ای تولید شدند که در واقع دو واحد پردازش مرکزی داشتند و سیستم‌عامل‌ها نیز آن‌ها را دو پردازنده مستقل می‌دیدند و تسک‌ها را بصورت موازی به آن‌ها ارسال می‌کردند.

 

برخلاف فناوری HT در این حالت دو هسته‌ی فیزیکی وجود دارد که همچون دو پردازنده مستقل عمل می‌کنند با این تفاوت که هر دو پردازنده در دل یک تراشه قرار دارند. نزدیک شدن هسته‌ها به یکدیگر ارتباط بین آن‌ها را سریع‌تر کرده و دسترسی آن‌ها به المان‌های دیگر پردازنده مانند حافظه‌های کش و غیره را تسریع می‌کند.

 

امروزه پردازنده‌های ۴ هسته‌ای، ۸ هسته‌ای، ۱۶ هسته‌ای یا حتی ۳۲ هسته‌ای نیز وجود دارد و اکثر آن‌ها نیز از فناوری HT یا فناوری مشابه آن پشتیبانی می‌کنند که باعث می‌شود تعداد هسته‌های منطقی و فیزیکی آن‌ها به ۸، ۱۶ یا ۳۲ یا ۶۴ هسته افزایش یابد. مزیت اصلی افزایش هسته‌ها در یک پردازنده آن است که نیازی به استفاده از ۴ یا ۸ سوکت در یک مادربرد نیست و همچنین ارتباط بین هسته‌ها به مراتب بهینه‌تر انجام می‌شود.

 

انواع پردازنده

در گذشته شرکت‌های تولید کننده پردازنده به جهت تشخیص سریع‌تر مدل پردازنده از اعداد برای نامگذاری استفاده می‌کردند. در این نامگذاری هرچه عدد استفاده شده در نامگذاری بزرگتر بود، پردازنده قدرت بیشتری داشت. به عنوان مثال پردازنده اینتل ۸۰۴۸۶ از نسل (۴۸۶)، پردازنده‌ای سریع‌تر از ۸۰۳۸۶ از نسل (۳۸۶) بود. این روند تا تولید و نامگذاری پردازنده‌‎های پنتیوم اینتل ادامه داشت. پردازنده پنتیوم که همان ۸۰۵۸۶ بود یک تغییر رویه در نامگذاری بود که بعد از آن نامگذاری پردازنده‌ها با نام انجام گرفت مانند Athlon، Duron، Pentium، Celeron و …

 

 

امروزه علاوه بر نامگذاری‌های متفاوت، تکنولوژی‎های متفاوتی در تولید پردازنده‌ها استفاده می شود مانند معماری (معماری ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی)، فرکانس کاری، تعداد هسته ها و … . در جدول زیر نام چند سری از پردازنده‌های خانگی و اداری آورده شده است.

 

پردازنده‌های آرم (ARM)

پردازنده‌های آرم (ARM) که در گوشی های موبایل، گیم بوی‌ها، ماشین حساب‌ها و حتی هارددیسک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، توسط کمپانی Acorn Computers بر اساس معماری مبتنی بر RISC در دهه‌ی ۸۰ میلادی ابداع شدند. در اواخر دهه ۸۰ میلادی با کمک Apple Computer این معماری توسعه پیدا کرد و در نهایت در سال ۱۹۹۲، ARM6 رونمایی شد. این روند توسعه تا رونمایی از ARM11 و Cortex ادامه یافت و هم اکنون معماری ۶۴ بیتی نیز برای این پردازنده‌ها در حال تولید و استفاده است.

 

آرم پردازنده‌های خود را بر اساس دستورات RISC توسعه می‌دهد، اما RISC چیست؟ RISC مخفف عبارت Reduced Instruction Set Computing است. برخلاف پردازنده‌های ARM که از این معماری استفاده می‌کنند، پردازنده‌های اینتل و AMD از معماری CISC یا Complex Instruction Set Computing استفاده می‌کنند. دو معماری RISC و CISC برای استفاده در کاربردهای متفاوت طراحی شده‌اند. یک پردازنده‌ی مبتنی بر معماری RISC برای این منظور طراحی شده است تا تعداد دستورات ارسالی به پردازنده از سوی برنامه‌ در حال اجرا کاهش یابد. در واقع مجموعه‌ی دستورات مورد استفاده در معماری RISC بسیار پایین‌تر است. با توجه به اینکه تعداد دستورات ارسالی در معماری RISC کاهش پیدا کرده، فرکانس پردازشی بالا است و پردازنده می‌تواند در هر ثانیه دستورات بیشتری در مقایسه با CISC اجرا کند.

 

زمانی که مجموعه‌ی دستورات اجرایی توسط پردازنده کاهش پیدا کند، پیچیدگی پردازنده نیز کاهش می‌یابد و می‌توان مدار تراشه را به شکل ساده‌تری طراحی کرد. پردازنده‌های مبتنی بر RISC دارای ترانزیستورهای کمتری هستند که همین موضوع منجر به کاهش انرژی مصرفی توسط پردازنده می‌شود. سادگی طراحی پردازنده در کنار کاهش تعداد ترانزیستورها نتیجه‌ای جز کاهش سایز تراشه (Die) ندارد. سایز تراشه (یا Die) به سطح مقطعی اطلاق می‌شود که روی ویفر سیلیکونی برای ساخت یک پردازنده تخصیص داده می‌شود. نتیجه کاهش سایز، امکان اضافه کردن کامپوننت‌های بیشتر روی پردازنده با اتصالات کمتر است، از این‌رو پردازنده‌های ARM کوچک‌تر هستند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

 

تشخیص مدل و نوع پردازنده

در سیستم عامل ویندوز از سه طریق زیر می‌توانید مدل پردازنده را شناسایی کنید:

 

از طریق My Computer

ساده‌ترین راه برای تشخیص مدل و نوع سی پی یو استفاده از این راه است. بدین صورت که بروی آیکن My Computer راست کلیک کرده و سپس گزینه Properties را کلیک کنید. در بخش System و جلوی عبارت Processor مدل سی پی یو را می‌یابید.

 

 

از طریق System Information

ابتدا دکمه استارت را کلیک کرده و عبارت System information را جستجو نمایید. در پنجره باز شده همانند شکل زیر می توانید مشخصات سی پی یو را مشاهده نمایید.

 

از طریق CMD

ابتدا بر روی دکمه استارت کلیک کرده و سپس دکمه CMD را جستجو نمایید. در پنجره باز شده عبارت “wmic cpu get /format:list” را وارد و سپس کلید Enter را فشار دهید. همانطور که در شکل زیر می‌بینید، مشخصات سی پی یو نمایش داده می‌شود.

 

 

با استفاده از نرم‌افزار CPU-Z

یکی از متداول‌ترین راه‌های تشخیص نوع سی پی یو استفاده از نرم‌‎افزار کاربردی CPU-Z است. با دانلود و اجرای برنامه صفحه زیر و مشخصات پردازنده را در برگه اول می‌توانید مشاهده نمایید.

 

 

 

چرا انتخاب پردازنده اصلی (سی پی یو) نقش حیاتی در کامپیوتر دارد. در این مقاله با اصلاحات و مشخصات پردازنده‌ها آشنا می‌شوید. همچنین می‌توانید برای خرید کامپیوتر از مشاور خودکار سایت استفاده نمایید.

 

 

کلیات

CPU مخفف عبارت Central Processor Unit است که در فارسی به آن واحد پردازش مرکزی یا همان پردازنده می گویند. سی پی یو مسئول پردازش تمامی دستورالعمل‌‌هایی است که توسط سخت‌افزار و نرم‎افزار در کامپیوتر اجرا می شوند.

 

نکته: معمولا به سی پی یو مغز کامپیوتر گفته می‌شود. در حالی که عبارت مناسب‌تر برای پردازنده یک ماشین حساب فوق العاده پیشرفته است. عملکرد و محاسبات انجام شده توسط پردازنده فوق العاده سریع هستند ولی بدون نرم‌افزاری برای اجرای دستورالعمل، پردازنده قطعه‌ای بلا استفاده است.

عکس زیر نمای رو و زیر یک پردازنده اینتل را نشان می‌دهد. پردازنده‌ها حرارت زیادی تولید می کنند بنابراین پوشش فلزی قرار گرفته روی سی پی یو ها وظیفه دفع حرارت را دارد.

 

سی پی یو اینتل

سی پی یو اینتل

همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید؛ پردازنده‌ها در شکل های مربع یا مستطیل تولید می‌شوند و رو آنها نشانه ای برای نصب درست پردازنده روی سوکت تعبیه می‌کنند که مانع از نصب اشتباه پردازنده روی سوکت می‌شود. زیر پردازنده صدها پین وجود دارد که -با قرارگیری در محل مناسب روی سوکت – ارتباط پردازنده و مادربرد را میسر می‌سازد. اکثر CPU ها مانند شکل فوق می‌باشند هرچند که نمونه های آزمایشی و کم طرفداری به شکل‌های مختلف مانند پردازنده‌های اسلاتی وارد بازار شدند. ولی همین پردازنده‌های عادی نیز تعداد زیادی سوکت به خود دیدند و تقریبا هر نسل از پردازنده‌ها سوکت مخصوص به خود را دارند.

 

پردازنده اسلاتی اینتل - سلرون

پردازنده اسلاتی اینتل – سلرون

سی پی یو چه کاری انجام می دهد؟

عملکرد اصلی پردازنده عبارتند از: دریافت داده‌ها از دستگاه های ورودی (مانند موس، کیبورد و …) یا نرم‌افزارهای اجرا شده، در قدم بعد ترجمه و درک نیازمندی‌های آنها و در نهایت پردازش داده‌ها و سپس ارسال اطلاعات پردازش شده به نرم‌افزار یا دستگاه خروجی شما مانند مانیتور است. از اولین پردازنده‌هایی که ظهور کردند، تاکنون پیشرفت‌های زیادی در طول سالیان حاصل شده است. با این وجود، عملکرد پایه‌ی پردازنده شامل سه گام واکشی (Fetch)، رمزگشایی (Decode) و اجرا (Execute) به قوت خود باقی مانده است.

 

 

‌

 

واکشی (Fetch)

واکشی به دریافت دستورالعمل گفته می‌شود. دستورالعملی که در قالب صفر و یک و از طریق حافظه اصلی (رم) به پردازنده ارسال می‌شود. هر دستور تنها بخش کوچکی از یک عملیات است. بنابراین، پردازنده نیازمند این است که بداند دستورالعمل بعدی چیست. نشانی دستور فعلی توسط یک شمارشگر برنامه (Program Counter) نگه داشته می‌شود. سپس Program Counter و دستورالعمل‌ها در واحد ثبت دستور (Instruction Register) قرار می‌گیرند. بعد از آن مقدار Program Counter یک واحد افزایش پیدا می‌کند تا به نشانی دستورالعمل بعدی ارجاع دهد.

 

رمزگشایی (Decode)

وقتی یک دستور، واکشی و در واحد ثبت دستور (Instruction Register) ذخیره می‌شود، پردازنده دستور را به واحدی به نام رمزگشای دستورالعمل (Instruction Decoder) منتقل می‌کند. این واحد، دستورالعمل را به سیگنال‌هایی تبدیل می‌کند که برای فعالیت به واحدهای دیگر پردازنده فرستاده می‌شود.

 

اجرا (Execute)

در گام نهایی، دستورالعمل‌های رمزگشایی شده برای تکمیل به بخش‌های مربوطه در CPU ارسال می‌شوند. نتایج معمولا در بخشی از پردازنده به نام حافظه‌های ثَبات‌ نگهداری می‌شوند تا در دستورالعمل‌های آتی به آن‌ها رجوع شود. برای درک بهتر می‌توانید این روند را به عملکرد حافظه‌ی ماشین حساب تشبیه کنید.

 

تاریخچه پردازنده‌ها

طی سالیان متمادی فرکانس کاری و سایر مشخصات پردازنده‌ها پیشرفت چشمگیری داشته است. به عنوان مثال اولین پردازنده تولیدی توسط اینتل ۴۰۰۴ نام داشت که در تاریخ ۱۵ نوامبر ۱۹۷۱ رونمایی شد. تعداد ترانزیستور های بکار رفته در این پردازنده ۲۳۰۰ عدد بود. این پردازنده می توانست در یک ثانیه ۶۰,۰۰۰ دستور را اجرا کند. هم اکنون پردازنده‌ ۳۲ هسته‌ای AMD Epyc محاسبات خود را با تعداد شگفت آور ۱۹,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ ترانزیستور انجام می‌دهند.

جدول زیر به تفصیل از کشف سیلیکون تا تولید پردازنده پرقدرت امروزی (در زمان نگارش سری رایزن AMD و کافی لیک اینتل) را بررسی کرده است.

 

اجزای پردازنده

مهم‌ترین قسمت‌های یک پردازنده واحد محاسبه و عملیات منطقی و واحد کنترل حافظه است. واحد محاسبه و عملیات منطقی را Arithmetic Logic Unit می نامند که به اختصار به آن ALU می‌گویند و واحد کنترل حافظه را Control Unit می‌نامند که به اختصار به آن CU می گویند.

 

مراحل پردازش پردازنده

مراحل پردازش پردازنده

شرح عملیات واحدهای یک پردازنده:

واحد محاسبه و عملیات منطقی (ALU):

واحد محاسبه و منطق یا ALU  تمام عملیات محاسباتی (ریاضی) و منطقی (مقایسه ای) را انجام می‌دهد. قابل ذکر است بیشتر اوقات هدف دستورهای مقایسه‌ای، مشخص نمودن ترتیب اجرای دستورها است.

 

واحد کنترل حافظه (CU)

این واحد وظیفه مدیریت تمامی عملکرد‌های پردازنده را دارد. این نکته را باید بدانید که این قسمت قادر به اجرای دستورها نیست ولی به واحدهای دیگر می‌گوید که چه کاری را در چه زمانی انجام دهند.

 

حافظه ثبات (Register)

این واحد از قطعات بسیار کوچکی از جنس حافظه تشکیل شده‌اند و می‌توانند نتایج اعمال منطقی را در خود ذخیره کنند.

CPU های مختلف دارای رجیسترهای گوناگون می باشند. بعضی از رجیسترها برای نگهداری نتایج اعمال استفاده می‎شوند و بعضی دیگر به عنوان اشاره‌گر و برخی نیز برای اهداف دیگر می‌باشند. بعنوان مثال رجیستر AX برای نگهداری نتیجه یک عمل دودویی منطقی یا ریاضی بکار می رود و رجیستر یا Program Counter (به اختصار PC) یک اشاره‌گر است که باید به دستوری که در لحظه بعد توسط CPU اجرا شود اشاره کند.

 

حافظه نهان (Cache Memory)

یکی از راه‌های افزایش کارایی در پردازنده‌ها استفاده از حافظه نهان یا همان Cache Memory می باشد. این حافظه بسیار سریع از نوع SDRAM است که برای جلوگیری از تاخیر زمانی بین پردازنده و حافظه رم طراحی و تولید شده اند. این حافظه کوچک و سریع می‌تواند با داشتن اطلاعات و دستورالعمل هایی که اغلب برای پردازش مورد استفاده قرار میگیرند، باعث افزایش کارایی پردازنده شود.

 

فلسفه استفاده

فرض کنید پیدا کردن یک پرونده بطور میانگین یک دقیقه از وقت کارمند را بگیرد. اگر کارمند قسمت بایگانی احتمال دهد که ممکن است مجددا به این پرونده مراجعه شود و به جای آنکه آن را مجددا در قفسه قرار دهد روی میز خود بگذارد در مراجعه بعدی به همان پرونده دیگر زمانی برای جستجو و پیدا کردن آن تلف نخواهد شد.

وظیفه حافظه نهان یا Cache Memory نیز دقیقا همین است . حافظه نهان در حقیقت همان میز کارمند است ( که در مقایسه با قفسه ها از ابعاد بسیار کوچکی برخوردار می باشد ) و پرونده نیز در حکم دستورالعمل و یا داده‌ای می باشد که از آن زیاد استفاده می شود. پردازنده در هنگام اجرای یک برنامه و خواندن اطلاعات از حافظه اصلی، با دستورات و یا داده هایی برخورد می کند که به دفعات از آن‌ها استفاده می شود.

برای جلوگیری از تکرار مراجعه پردازنده به حافظه اصلی برای خواندن دستورات و یا داده های تکرای این اطلاعات به قسمتی به نام حافظه Cache منتقل می‌گردد. این حافظه به دلیل اینکه از نوع حافظه های Static می باشد( برخلاف حافظه اصلی که از نوع Dynamic می باشد ) دارای سرعت بسیار بیشتری نسبت به حافظه اصلی است و زمان مراجعه به آن بسیار کمتر از زمان مراجعه به حافظه اصلی ( RAM ) می باشد.

همانطور که می‌دانید حافظه اصلی ( RAM ) از تعداد بسیار زیادی خازن تشکیل شده است اما در Cache Memory همانند CPU در ساختمان آن از ترانزیستور استفاده شده است و ساخت آن‌ها بسیار هزینه بر است و به همین دلیل است که افزایش مقدار Cache در پردازنده‌ها با افزایش قیمت همراه است .

 

سطوح حافظه کش

به جهت افزایش احتمال وجود اطلاعات مورد نیاز پردازنده‌ها، این حافظه‌ها در سه الی چهار سطح در پردازنده استفاده می‌شوند. نزدیک‌ترین حافظه کش به پردازنده که به صورت اختصاصی مورد استفاده قرار می گیرد را حافظه سطح یک یا L1 می‌نامند. این سطح معمولا حجم کمتر و سرعت بالاتری نسبت به بقیه سطوح حافظه کش دارد. حافظه کش سطح دو یا L2 حجم بیشتر و سرعت کمتری نسبت به سطح یک دارد و به بسته به معماری پردازنده ممکن است به صورت اختصاصی و یا اشتراکی استفاده شود. حافظه سطح ۳ و سطح ۴ یا L3 و L4 به همین صورت حجم بیشتر از سطح قبلی ولی سرعت کمتری نسبت به دو سطح فوق دارند و معمولا به صورت اشتراکی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

حافظه کش پردازنده

سطوح مختلف حافظه کش پردازنده

حافظه کش اشتراکی یا هوشمند چیست؟

در پردازنده‌های قدیمی اگر مجموع مقدار حافظه کش سطح یک و دو جوابگوی مقدار مورد نیاز پردازنده نبود، پردازنده به حافظه رم مراجعه می‌کرد. اما با طراحی کش هوشمند یا اشتراکی توسط اینتل این مشکل تا حدود زیادی برطرف شد. در پردازنده‌ها با این تکنولوژی هر هسته بسته به میزان نیاز خود از حافظه کش استفاده می‌کند. مثلا اگر هسته ۴ نیاز به کش بیشتری داشته باشد و باقی هسته‌ها بدون بار باشند، هسته ۴ می تواند از تمامی ظرفیت حافظه کش استفاده نماید.

 

دیاگرام حافظه کش اشتراکی سی پی یو

دیاگرام حافظه کش اشتراکی سی پی یو

تکنولوژی های جدید پردازنده‌ها

متداول‌ترین راه برای افزایش سرعت یک پردازنده ، بالا بردن فرکانس آن می باشد اما راه‌های دیگری نیز وجود دارد که به وسیله آن می توان مقدار قابل توجهی کارایی یک پردازنده را افزایش داد راه‌هایی چون استفاده از Pipelining ، حافظه نهان ( Cache Memory)، چند هسته‌ای شدن و HT .

 

Pipelining

Pipelining ، روشی است که مدت زیادی است در پردازنده‌ها از آن استفاده می شود در این روش پردازنده‌ها کمی باهوش‌تر عمل می‌کند. برای واضح تر شدن موضوع Pipelining ، مثالی از اجرای یک دستور در CPU را شرح می‌دهیم؛ یک پردازنده را در نظر بگیرید که در هر پالس یک دستورالعمل را اجرا می‌کند. در اولین پالس، دستور را از داخل حافظه اصلی ( RAM ) به داخل پردازنده انتقال می‌دهد. در پالس بعدی CPU دستور را Decode و در پالس سوم دستور اجرا می‌شود . در پالس چهارم نتیجه عمل ذخیره می گردد که این چرخه به صورت متوالی ادامه پیدا خواهد کرد.

در صورتیکه یک پردازنده دارای قابلیت Pipelining باشد می تواند چند عمل را در یک زمان و به صورت موازی انجام دهد بدین ترتیب که :

• در پالس اول ، دستور اول از حافظه اصلی خوانده می‌شود.

• در پالس دوم ، دستور اول Decode گشته و همزمان دستور العمل دوم از حافظه اصلی خوانده می‌شود.

• در پالس سوم ، دستورالعمل اول اجرا ، همزمان دستورالعمل دوم Decode و دستور العمل سوم از حافظه اصلی خوانده می‌شود.

بدین ترتیب این کارها همگی در یک زمان انجام می‌شوند که به Pipelining معروف می باشد.

 

طراحان و کارشناسان با انجام تغییر در معماری سی پی یو ها توانستند با تکنولوژی Pipelining کارایی پردازنده را تا ۴ برابر افزایش دهند. نتیجه ای که از این قسمت می‌توان گرفت اینست که سرعت پردازش نهایی در پردازنده‌ها فقط به عامل فرکانس بستگی ندارد بلکه فرکانس فقط یکی از عوامل مهم در سرعت آنها می باشد.

 

Cache Memory

یکی دیگر از راه های افزایش کارایی در پردازنده‌ها استفاده از حافظه نهان یا همان Cache Memory است که پیشتر مفصل توضیح داده شد.

 

Hyper Threading

این تکنولوژی که توسط اینتل توسعه داده شده امکان اجرای دستورالعمل‌های همزمان بیشتر در پردازنده‌ را میسر می‌کند. هایپر-تردینگ یا HT اولین بار در سال ۲۰۰۲ و به همراه Pentium 4 HT  معرفی شد. پنتیوم ۴ تنها یک هسته داشت و قادر به اجرای همزمان یک دستور بود؛ اما به کمک فناوری HT امکان اجرای همزمان دو دستور همزمان فراهم شد.

 

فناوری Hyper Threading

فناوری Hyper Threading

در فناوری HT دو یا چند هسته‌ی منطقی به ازاء هر هسته‌ی فیزیکی ایجاد می‌شود و رفتار سیستم‌عامل با این هسته‌های منطقی درست مثل هسته‌های فیزیکی است. به این ترتیب تسک‌ها به صورت موازی پردازش شده و پردازنده با توان بیشتر شروع به پردازش امور می‌کند. در این حالت منابع پردازنده به دو بخش تقسیم می‌شوند. اگر یکی از هسته‌های مجازی پردازش تسک مورد نظر خود را به پایان برساند و به حالت انتظار برود، منابع در دسترس آن به پردازش سریع‌تر دستورالعمل موازی آن به هسته‌ی مجازی دیگر قرض داده می‌شود. در اکثر شرایط فناوری HT به خوبی شرایطی که پردازنده دو برابر هسته‌ داشته باشد کار می‌کند.

 

پردازنده‌های جدید امروزی نه تنها از چند هسته بهره می‌برند بلکه فناوری Hyper-Threading را نیز دارند. در این حالت مثلا پردازنده‌ی دو هسته‌ای با فناوری HT همچون پردازنده‌ی ۴ هسته‌ای در سیستم‌عامل شناخته می‌شود.

 

پردازنده چند هسته‌ای

پردازنده‌های اولیه تک هسته‌ای بودند این بدین معنی است که هر پردازنده تنها یک واحد پردازش مرکزی داشت. برای افزایش بازده و قدرت پردازنده، تولیدکنندگان به فکر افزایش هسته‌ها در سی پی یو افتادند. در همین راستا پردازنده‌های دو هسته‌ای تولید شدند که در واقع دو واحد پردازش مرکزی داشتند و سیستم‌عامل‌ها نیز آن‌ها را دو پردازنده مستقل می‌دیدند و تسک‌ها را بصورت موازی به آن‌ها ارسال می‌کردند.

 

پردازنده 4 هسته ای

پردازنده ۴ هسته ای

برخلاف فناوری HT در این حالت دو هسته‌ی فیزیکی وجود دارد که همچون دو پردازنده مستقل عمل می‌کنند با این تفاوت که هر دو پردازنده در دل یک تراشه قرار دارند. نزدیک شدن هسته‌ها به یکدیگر ارتباط بین آن‌ها را سریع‌تر کرده و دسترسی آن‌ها به المان‌های دیگر پردازنده مانند حافظه‌های کش و غیره را تسریع می‌کند.

 

امروزه پردازنده‌های ۴ هسته‌ای، ۸ هسته‌ای، ۱۶ هسته‌ای یا حتی ۳۲ هسته‌ای نیز وجود دارد و اکثر آن‌ها نیز از فناوری HT یا فناوری مشابه آن پشتیبانی می‌کنند که باعث می‌شود تعداد هسته‌های منطقی و فیزیکی آن‌ها به ۸، ۱۶ یا ۳۲ یا ۶۴ هسته افزایش یابد. مزیت اصلی افزایش هسته‌ها در یک پردازنده آن است که نیازی به استفاده از ۴ یا ۸ سوکت در یک مادربرد نیست و همچنین ارتباط بین هسته‌ها به مراتب بهینه‌تر انجام می‌شود.

 

انواع پردازنده

در گذشته شرکت‌های تولید کننده پردازنده به جهت تشخیص سریع‌تر مدل پردازنده از اعداد برای نامگذاری استفاده می‌کردند. در این نامگذاری هرچه عدد استفاده شده در نامگذاری بزرگتر بود، پردازنده قدرت بیشتری داشت. به عنوان مثال پردازنده اینتل ۸۰۴۸۶ از نسل (۴۸۶)، پردازنده‌ای سریع‌تر از ۸۰۳۸۶ از نسل (۳۸۶) بود. این روند تا تولید و نامگذاری پردازنده‌‎های پنتیوم اینتل ادامه داشت. پردازنده پنتیوم که همان ۸۰۵۸۶ بود یک تغییر رویه در نامگذاری بود که بعد از آن نامگذاری پردازنده‌ها با نام انجام گرفت مانند Athlon، Duron، Pentium، Celeron و …

 

انواع پردازنده

انواع پردازنده

امروزه علاوه بر نامگذاری‌های متفاوت، تکنولوژی‎های متفاوتی در تولید پردازنده‌ها استفاده می شود مانند معماری (معماری ۳۲ بیتی و ۶۴ بیتی)، فرکانس کاری، تعداد هسته ها و … . در جدول زیر نام چند سری از پردازنده‌های خانگی و اداری آورده شده است.

 

پردازنده های AMD

Athlon II

E2 series

A4 series

A6 series

A8 series

A10 seriesPhenom X3

Athlon 6-series

Athlon 4-series

Athlon X2

Phenom IITurion 64

Athlon 64 X2

Turion 64 X2

Phenom FX

Phenom X4Sempron

Athlon 64

Mobile Athlon 64

Athlon XP-M

Athlon 64 FXK6-2

K6-III

Athlon

Duron

Athlon XP

پردازنده های اینتل

Pentium Gold

Core i3

Core i5

Core i7

Core i9Pentium

Extreme Edition

Core Duo

Core 2 Duo

Core 2 QuadPentium 4

Mobile Pentium 4-M

Pentium DPentium

Pentium w/ MMX

Pentium Pro

Pentium II

Celeron

Pentium III

Pentium M

Celeron M4004

8080

8086

8087

8088

80286 (286)

80386 (386)

80486 (486)

Pentium Gold را در مقاله “Pentium Gold چیست؟” بخوانید.

 

بازار هدف سری های AMD Opteron و Itanium و Xeon اینتل سرورها و کامپیوترهای با مقاصد خواص و فوق حرفه‌ای هستند.

پردازنده‌های آرم (ARM)

پردازنده‌های آرم (ARM) که در گوشی های موبایل، گیم بوی‌ها، ماشین حساب‌ها و حتی هارددیسک‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، توسط کمپانی Acorn Computers بر اساس معماری مبتنی بر RISC در دهه‌ی ۸۰ میلادی ابداع شدند. در اواخر دهه ۸۰ میلادی با کمک Apple Computer این معماری توسعه پیدا کرد و در نهایت در سال ۱۹۹۲، ARM6 رونمایی شد. این روند توسعه تا رونمایی از ARM11 و Cortex ادامه یافت و هم اکنون معماری ۶۴ بیتی نیز برای این پردازنده‌ها در حال تولید و استفاده است.

 

پردازنده های ARM

پردازنده های ARM

آرم پردازنده‌های خود را بر اساس دستورات RISC توسعه می‌دهد، اما RISC چیست؟ RISC مخفف عبارت Reduced Instruction Set Computing است. برخلاف پردازنده‌های ARM که از این معماری استفاده می‌کنند، پردازنده‌های اینتل و AMD از معماری CISC یا Complex Instruction Set Computing استفاده می‌کنند. دو معماری RISC و CISC برای استفاده در کاربردهای متفاوت طراحی شده‌اند. یک پردازنده‌ی مبتنی بر معماری RISC برای این منظور طراحی شده است تا تعداد دستورات ارسالی به پردازنده از سوی برنامه‌ در حال اجرا کاهش یابد. در واقع مجموعه‌ی دستورات مورد استفاده در معماری RISC بسیار پایین‌تر است. با توجه به اینکه تعداد دستورات ارسالی در معماری RISC کاهش پیدا کرده، فرکانس پردازشی بالا است و پردازنده می‌تواند در هر ثانیه دستورات بیشتری در مقایسه با CISC اجرا کند.

 

زمانی که مجموعه‌ی دستورات اجرایی توسط پردازنده کاهش پیدا کند، پیچیدگی پردازنده نیز کاهش می‌یابد و می‌توان مدار تراشه را به شکل ساده‌تری طراحی کرد. پردازنده‌های مبتنی بر RISC دارای ترانزیستورهای کمتری هستند که همین موضوع منجر به کاهش انرژی مصرفی توسط پردازنده می‌شود. سادگی طراحی پردازنده در کنار کاهش تعداد ترانزیستورها نتیجه‌ای جز کاهش سایز تراشه (Die) ندارد. سایز تراشه (یا Die) به سطح مقطعی اطلاق می‌شود که روی ویفر سیلیکونی برای ساخت یک پردازنده تخصیص داده می‌شود. نتیجه کاهش سایز، امکان اضافه کردن کامپوننت‌های بیشتر روی پردازنده با اتصالات کمتر است، از این‌رو پردازنده‌های ARM کوچک‌تر هستند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند.

 

تشخیص مدل و نوع پردازنده

در سیستم عامل ویندوز از سه طریق زیر می‌توانید مدل پردازنده را شناسایی کنید:

 

از طریق My Computer

ساده‌ترین راه برای تشخیص مدل و نوع سی پی یو استفاده از این راه است. بدین صورت که بروی آیکن My Computer راست کلیک کرده و سپس گزینه Properties را کلیک کنید. در بخش System و جلوی عبارت Processor مدل سی پی یو را می‌یابید.

 

تشخیص مدل پردازنده

تشخیص مدل پردازنده توسط My Computer

از طریق System Information

ابتدا دکمه استارت را کلیک کرده و عبارت System information را جستجو نمایید. در پنجره باز شده همانند شکل زیر می توانید مشخصات سی پی یو را مشاهده نمایید.

 

تشخیص مدل پردازنده توسط System Information

تشخیص مدل پردازنده توسط System Information

از طریق CMD

ابتدا بر روی دکمه استارت کلیک کرده و سپس دکمه CMD را جستجو نمایید. در پنجره باز شده عبارت “wmic cpu get /format:list” را وارد و سپس کلید Enter را فشار دهید. همانطور که در شکل زیر می‌بینید، مشخصات سی پی یو نمایش داده می‌شود.

 

تشخیص مدل پردازنده

تشخیص مدل پردازنده توسط CMD

با استفاده از نرم‌افزار CPU-Z

یکی از متداول‌ترین راه‌های تشخیص نوع سی پی یو استفاده از نرم‌‎افزار کاربردی CPU-Z است. با دانلود و اجرای برنامه صفحه زیر و مشخصات پردازنده را در برگه اول می‌توانید مشاهده نمایید.

 

تشخیص مدل پردازنده

تشخیص مدل سی پی یو توسط CPU-Z

سرعت پردازنده ها

سرعت سی پی یو، فرکانس کاری، Clock Speed یا Clock Rate همگی به یک مفهوم اصلی اشاره دارند. واحد سنجش سرعت سی پی یو هرتز (Hertz) است و عموما به دلیل بزرگ بودن با واحد گیگاهرتز (Gigahertz) معرفی می‌شود. گیگاهرتز را به اختصاصی به صورت GHz نمایش می‌دهند. سرعت سی پی یو یا فرکانس کاری هر سی پی یو در واقع نشان می‌دهد که آن هسته‌ی پردازشگر در هر ثانیه قادر به انجام چند دستور است. به عنوان مثال اگر گفته می‌شود که سرعت سی پی یو یا فرکانس کاری پردازنده‌ای ۱٫۸ گیگاهرتز است، یعنی این سی پی یو در هر ثانیه ۱,۸۰۰,۰۰۰,۰۰۰ دستور را پردازش می‌کند.

 

افراد بسیاری به اشتباه سرعت کامپیوتر (منظور راندمان کل کامپیوتر) خود را با فرکانس کاری پردازنده یکی می دانند. مانند اینکه می گویند سرعت لپ تاپ من ۲ گیگاهرتز است و از سرعت لپ تاپ تو که ۳ گیگاهرتز است کندتر است. در حالی که در زمان حال سرعت پردازنده را نیز فقط با معیار فرکانس نمی توان مقایسه کرد. این مورد برای کل سیستم که مجموعه از پارامترهای گوناگون تعیین سرعت است صد البته صادق است.

سرعت کلاک یا همان فرکانس یک پردازنده معادل است با حاصلضرب فرکانس پایه (BCLK) (که معمولا ۱۰۰ مگاهرتز است) در یک ضریب که با عنوان مولتی ‌پلایر (Multiplier) شناخته می‌شود. به عنوان مثال فرکانس یک پردازنده‌ی ۳.۵ گیگاهرتزی از فرکانس پایه‌ی ۱۰۰ مگاهرتز و ضریب ۳۵ به دست می‌آید.

 

فرکانس پایه توسط یک چیپ در مادربرد تولید می‌شود که تمامی عملکردهای کامپیوتر را یکسان و تنظیم می‌کند. در درون این چیپ از یک قطعه کریستال استفاده شده است که با اعمال جریان الکتریکی شروع به لرزش می‌کند و فرکانس پایه را تولید می‌کند. کوچکترین زمانی که قطعات کامپیوتر می توانند داده‌ها را ارسال یا دریافت کنند یک کلاک پلاس است.

 

آیا امکان استفاده از پردازنده گرافیکی به جای پردازنده اصلی هست؟

با اینکه GPU ها نیز مانند CPU ها می‌توانند عملیات ریاضی و منطقی را انجام دهند، اما هر کدام از این پردازنده‌ها برای کار خاصی طراحی و تولید می‌شوند. بنابراین بهینه سازی های انجام شده بروی هر پردازنده، آن پردازنده را برای کاری هدفی خاص مناسب و توجیه پذیر (از لحاظ اقتصادی) می کند.

 

اطلاعات کامل راجع به کارت گرافیک و پردازنده گرافیکی را در مقاله “کارت گرافیک، از سیر تا پیاز” بخوانید.

 

سوکت چیست؟

پردازنده‌ها برای این که روی مادربرد نصب شوند، از اتصال دهنده‌ای استفاده می‌کنند که در اصطلاح به آن سوکت گفته می‌شود.همانطور که در شکل زیر می‌بینید سوکت ها انواع مختلفی دارند.

 

انواع سوکت

سوکت PGA

سوکت PGA که مخفف Pin Grid Array است نوعی اتصال تقریبا مرسوم و حتی قدیمی پردازنده به حساب می‌آید. در این اتصال پین ها بروی پردازنده و سورخ‌های پین های مربوطه بروی سوکت طراحی می‌شود. فلز و سرامیک سازنده پین ها و سورخ‌ها می بایست تحمل زیادی برای گرمای ناشی از جریان زیاد عبوری در پردازنده داشته باشند.

 

 

سوکت LGA

سوکت LGA که مخفف عبارت Land Grid Array است، نسل جدید سوکت ها به حساب می‌آید. تفاوت این سوکت ها در این است که پین های اتصال در این روش در سوکت طراحی و پردازنده دارای سطوحی تماس است.

 

 

نکته مهم این که سوکت نصب پردازنده‌های اینتل و AMD از زمین تا آسمان با هم فرق دارند. پردازنده‌های جدید اینتل دارای سوکت LGA هستند اما در پردازنده‌های AMD با سوکت AM4 شاهد استفاده از سوکت PGA هستیم (البته پردازنده‌های مدل AMD Threadripper از سوکت LGA استفاده می‌کنند). به غیر از تفاوت در نوع اتصال، تعداد پین‌هایی که در هر خانواده از پردازنده‌ها استفاده می‌شود هم با خانواده‌ی قبلی از همان تولید کننده فرق دارد. به عنوان مثال در گذر از سوکت LGA 1150 اینتل به سوکت LGA 1151، اضافه شدن تنها یک پین اضافه باعث شد تا سازگاری این دو خانواده از نظر سوکت به هم بریزد و مصرف‌کننده نتواند محصول جدید را روی مادربرد قدیمی خود نصب کند. البته در پردازنده‌های نسل جدیدی اینتل Coffee Lake با اینکه مانند نسل قبل از سوکت LGA 1151 استفاده می کنند، اما با مادربردهای نسل قبل خود سازگاری ندارند. به همین دلیل است که پیوسته تکرار می‌کنیم ابتدا باید پردازنده‌ی مناسب خودتان را پیدا کنید و سپس سراغ انتخاب مادربرد بروید.

 

اورکلاک چیست؟ نحوه‌ی اورکلاک سی پی یو چگونه است؟

سرعت کلاک یا همان فرکانس یک سی پی یو معادل است با حاصلضرب فرکانس پایه (BCLK) (که معمولا ۱۰۰ مگاهرتز است) در یک ضریب که با عنوان مولتی ‌پلایر (Multiplier) شناخته می‌شود. به عنوان مثال فرکانس یک پردازنده‌ی ۳.۵ گیگاهرتزی از فرکانس پایه‌ی ۱۰۰ مگاهرتز و ضریب ۳۵ به دست می‌آید. در دنیای حرفه‌ای‌های کامپیوتر، مفهومی به نام اورکلاک (Overclock) وجود دارد که با تغییرات در مشخصات فنی سخت‌افزارها، عملکرد کامپیوتر را بهبود می‌دهد. یکی از راه‌های اورکلاک کردن کامپیوتر، دستکاری در فرکانس پایه و مولتی پلایر پردازنده است. اما معمولا در پردازنده‌های ارزان، ضریب مولتی ‌پلایر توسط سازنده قفل (Locked) می‌شود و نمی‌توان تغییری در آن به وجود آورد. چنانچه بخواهید در این پردازنده‌ها به قدرت بیشتری دست پیدا کنید، تنها می‌توانید اندکی (کمتر از ۱۰ مگاهرتز) در فرکانس پایه تغییر ایجاد کنید تا پردازنده‌تان کمی تغییر را به خود ببیند. اما در مدل‌هایی که مولتی پلایر باز (Unlocked) دارند، می‌توانید هم فرکانس پایه و هم ضریب را تغییر دهید. اعمال تغییرات در مولتی‌پلایر و فرکانس مبنا کار ساده‌ای نیست و به سال‌ها تجربه و کار عملی نیاز دارد. در تولیدات اینتل مدل‌هایی که کدشان به K ختم می‌شوند دارای مولتی‌پلایر باز هستند ولی تمامی پردازنده‌های جدید AMD دارای ضریب باز و قابل اورکلاک هستند. مدل‌هایی مثل Core i7-7700K اینتل یا Ryzen 7 1800X ای‌ام‌دی از بهترین مدل‌های روز هستند که مولتی‌پلایر باز دارند. دقت داشته باشید که استفاده از یک پردازنده‌ی اورکلاک شده درست مثل استفاده از خودرویی است که موتور توربوشارژ دارد. با وجود این که قدرت بیشتری تحویل می‌گیرید، شاهد استهلاک بیشتری هم خواهید بود.