سی پی یو چیست؟
سی پی یو یا CPU ، مخفف واحد پردازش مرکزی (Central Processing Unit) از نظر عملکردی مهمترین جزء یک سیستم کامپیوتری است. بدون پردازنده ، هر کامپیوتری کم و بیش غیرفعال است. به دلیل تعداد زیادی از عملکردهایی که انجام می دهد ، به طور کلی پردازنده به عنوان " مغز " کامپیوتر نامیده می شود.
پردازنده کامپیوتر اساسا سخت افزاری است که عملکردهای مربوط به ورودی و خروجی ، پردازش و ذخیره داده ها را برای یک سیستم کامپیوتری انجام می دهد. این مرکز کنترل اصلی برای تمام عملیات است که در یک سیستم کامپیوتری اتفاق می افتد.
سی پی یو در یک سوکت قرار می گیرد . این سوکت ها معمولا روی مادربرد قرار دارند. علاوه بر این ، یک پردازنده با یک هیت سینک ارائه شده است که به جذب گرما و از بین بردن گرما کمک می کند. در واقع به عملکرد روان پردازنده کمک می کند.
در این مقاله از آرون کامپیوتر به بررسی مغز متفکر کامپیوتر ها میپردازیم .
تکنولوژی سی پی یو با گذشت زمان چگونه پیشرفت کرد ؟
اولین کامپیوترها از لوله های خلاء برای پردازش استفاده می کردند. ماشین هایی مثل اینیاک و یونیواک بزرگ و حجیم بودند و قدرت زیادی مصرف می کردند و گرما قابل توجهی تولید می کردند. اختراع ترانزیستورها در اواخر دهه 1940 انقلابی در فناوری سی پی یو ایجاد کرد. ترانزیستورها جایگزین لوله های خلاء شدند و کامپیوترها را کوچکتر ، قابل اعتماد تر و با مصرف انرژی بیشتر کردند. در اواسط دهه 1960 ، مدارهای یکپارچه (ICs) توسعه یافتند که چندین ترانزیستور و سایر اجزای یک تراشه کامپیوتری را ترکیب می کردند. پردازنده ها حتی کوچکتر و سریعتر شدند و منجر به ظهور ریزپردازنده ها شدند.
ریزپردازنده ها
ریزپردازنده ها کل پردازنده را روی یک تراشه ic واحد ترکیب کردند که رایانه ها را در دسترس تر کرد و منجر به توسعه رایانه های شخصی شد. در ابتدا ، پردازنده ها می توانستند 16 تا 32 بیت داده را در یک زمان مدیریت کنند. در اوایل دهه 2000 ، پردازنده های 64 بیتی ظاهر شدند که امکان پرداختن به حافظه بزرگتر را فراهم می کرد و از پردازش داده های گسترده تر پشتیبانی می کرد.
با افزایش تراکم ترانزیستور ، افزایش عملکرد پردازنده تک هسته ای چالش برانگیز شد. در عوض ، تولید کنندگان پردازنده شروع به استفاده از معماری پردازنده چند هسته ای برای ادغام چندین هسته بر روی یک تراشه کردند.
پردازنده های مدرن
با افزایش دستگاه های تلفن همراه ، بهره وری برق بسیار مهم شده است. تولید کنندگان پردازنده اکنون پردازنده های کم مصرف و کم مصرف را برای دستگاه های قابل حمل مدرن مانند تلفن های هوشمند و تبلت ها توسعه می دهند.
همانطور که هوش مصنوعی (AI) و وظایف گرافیکی شایع تر شد ، پردازنده های تخصصی مانند واحدهای پردازش گرافیک (Gpu) و شتاب دهنده های هوش مصنوعی اکنون برای رسیدگی به بار کاری استفاده می شوند.
ادامه تحقیق و توسعه در فناوری نانو و علم مواد راه را برای ترانزیستورهای میکروسکوپی و پردازنده های قدرتمندتر هموار کرده است. محاسبات کوانتومی و سایر فن آوری های نوظهور پتانسیل توسعه بیشتر فناوری پردازنده های کامپیوتری را دارند.
سی پی یو چگونه کار می کند؟
پردازنده های کامپیوتری با سایر اجزای سخت افزاری و برنامه های نرم افزاری برای پردازش داده ها و مدیریت جریان اطلاعات در دستگاه های الکترونیکی کار می کنند. آنها معمولا در چرخه ها کار می کنند ، هر چرخه دستورالعمل سه مرحله اصلی را نشان می دهد.
چرخه پردازنده اصلی:
مراحل اساسی در یک چرخه آموزش در مرحله بعدی داده می شود.
دستورالعمل واکشی:
سی پی یو دستورالعمل ها را از حافظه دریافت می کند. دستورالعمل ها کد های باینری هستند که وظایف یا عملیات خاصی را برای سی پی یو نشان می دهند. واحد کنترل دستورالعمل را تفسیر می کند و عملیات انجام شده را تعیین می کند. همچنین اجزای خاص سی پی یو مورد نیاز برای این کار را شناسایی می کند.
پردازش دستورالعمل :
سی پی یو عملیات مشخص شده را بر روی داده های واکشی شده انجام می دهد. این محاسبات ریاضی ، مقایسه های منطقی ، دستکاری داده ها یا انتقال داده ها بین رجیسترها یا مکان های حافظه را انجام می دهد.
ذخیره سازی نتیجه:
پس از اجرای دستورالعمل ها، سی پی یو ممکن است نیاز به ذخیره نتایج در حافظه یا به روز رسانی رجیسترهای خاص با داده های جدید داشته باشد. شمارنده برنامه (PC) به روز می شود تا به آدرس دستورالعمل بعدی که باید آورده شود اشاره کند. پردازنده چرخه را تکرار می کند و دستورالعمل ها را به ترتیب می گیرد ، رمزگشایی می کند و اجرا می کند.
توابع پردازنده اضافی:
پردازنده همچنین می تواند دستورالعمل های جریان کنترل مانند پرش ها و شاخه ها را همراه با وقفه ها ، سیگنال های تولید شده توسط دستگاه های خارجی یا رویدادهایی که نیاز به توجه فوری دارند ، مدیریت کند. هنگامی که یک وقفه رخ می دهد ، پردازنده به طور موقت کار فعلی را متوقف می کند ، وضعیت آن را ذخیره می کند و به یک روال سرویس وقفه می رود. پس از پردازش وقفه ، پردازنده کار قبلی را از سر می گیرد.
هسته ها ،کلاک و حافظه کش در سی پی یو
سه جزء کلیدی سی پی یو که به شدت بر عملکرد آن تأثیر می گذارند هسته ها ، ساعت ها و حافظه پنهان هستند.
هسته
هسته ها را می توان به عنوان واحدهای پردازش فردی در پردازنده در نظر گرفت. به عبارت ساده ، هرچه پردازنده هسته بیشتری داشته باشد ، وظایف بیشتری را می تواند همزمان انجام دهد. این بدان معنی است که یک پردازنده با چندین هسته می تواند چندین دستورالعمل را همزمان اجرا کند ، که منجر به پردازش سریع تر و کارآمدتر می شود. به عنوان مثال ، یک پردازنده چهار هسته ای می تواند چهار کار را به طور همزمان انجام دهد ، در حالی که یک پردازنده دو هسته ای فقط می تواند دو کار را انجام دهد. این به ویژه برای چند وظیفه ای مفید است ، زیرا هر هسته می تواند یک کار متفاوت را اختصاص دهد ، اطمینان از عملکرد صاف حتی زمانی که چندین برنامه را به طور همزمان اجرا می کند.
کلاک
کلاک ، سرعت اجرای دستورالعمل های پردازنده را تعیین می کنند. سرعت کلاک در گیگاهرتز (گیگاهرتز) اندازه گیری می شود و نشان می دهد که پردازنده در هر ثانیه چه تعداد چرخه می تواند انجام دهد. سرعت کلاک بالاتر به این معنی است که پردازنده می تواند دستورالعمل ها را سریع تر اجرا کند ، که منجر به عملکرد کلی سریع تر می شود. با این حال ، مهم است که توجه داشته باشید که سرعت کلاک به تنهایی عملکرد یک پردازنده را تعیین نمی کند. عواملی مانند تعداد هسته ها ، معماری و کارایی نیز نقش مهمی دارند. با این وجود ، سرعت کلاک در مقایسه پردازنده های مختلف یک ملاحظه ضروری است.
حافظه کش
از طرف دیگر حافظه کش یک واحد حافظه کوچک اما فوق العاده سریع است که در داخل خود پردازنده قرار دارد. این به عنوان یک فضای ذخیره سازی موقت برای داده ها و دستورالعمل های اغلب دسترسی پیدا می کند ، به پردازنده اجازه می دهد تا به سرعت آنها را بدون نیاز به دسترسی به حافظه اصلی بازیابی کند. حافظه پنهان با سرعت بسیار بالاتری نسبت به حافظه اصلی کار می کند که به طور قابل توجهی تاخیر در بازیابی داده ها را کاهش می دهد. این امر منجر به بهبود عملکرد و پاسخگویی می شود ، به ویژه برای کارهایی که به شدت به دسترسی مکرر به داده ها متکی هستند. حافظه پنهان به طور معمول به سطوح مختلف تقسیم می شود ، هر سطح بزرگتر اما کندتر از سطح قبلی است. این ترتیب سلسله مراتبی اجازه می دهد تا ذخیره سازی و بازیابی داده های کارآمد انجام شود.
در نتیجه ، دنیای تکنولوژی سی پی یو به طور مداوم در حال تکامل است ، با پیشرفت در هسته ها ، ساعت ها و حافظه پنهان که منجر به پردازنده های قدرتمندتر و کارآمدتر می شود. با در نظر گرفتن این اجزای ، کاربران می توانند هنگام خرید سی پی یو ، تصمیمات آگاهانه بگیرند و عملکرد بهینه را برای نیازهای محاسباتی خود تضمین کنند.
قانون مور چیست ؟
قانون مور یک ایده جالب در دنیای کامپیوتر است که به نام یکی از بنیان گذاران شرکت اینتل ، گوردون مور، نامگذاری شده شده است . این قانون این طور بیان میشود که که تقریبا هر دو سال یک بار ، تعداد ترانزیستور هایی که میتون روی یک تراشه قرار داد ، دو برابر میشود. ترانزیستور ها مثل آجر های کوچکی هستند که کامپیوتر ها را میسازند و هرچه تعدادشان بیشتر باشد ، کامپیوتر قدرتمندتر میشود . قانون مور یک قانون دقیق علمی نیست و ممکن است همیشه درست نباشد. با این حال ، این قانون به عنوان یک راهنما برای پیشرفت صنعت کامپیوتر استفاده میشود .
لیتوگرافی سی پی یو چیست ؟
لیتوگرافی کلمه ای یونانی به معنای "سنگ نگاری " است . اما در دنیای فناوری و تکنولوژی ، به خصوص در پردازنده ها معنا و مفهوم دیگری دارد . لیتوگرافی در سی پی یو به فرآیند تولید و ساخت یک پردازنده و چاپ آن توسط دستگاه های مخصوص گفته میشود. به عبارتی دیگر تصور کنید که میخواهیم یک مدار بسیار کوچک را روی یک تراشه سیلیکونی بکشیم ، لیتوگرافی این کار را انجام میدهد.
چرا لیتوگرافی مهم است ؟
هر چه لیتوگرافی پیشرفته تر باشد ، ترانزیستور ها ( اجرای اصلی یک پردازنده) کوچکتر میشود که باعث سرعت بیشتر ، مصرف انرژی کمتر و عملکرد بهتر میشود .
لیتوگرافی چگونه کار می کند؟
لیتوگرافی فرآیند ساخت طرح های بسیار ریز روی یک سطح ، مثل تراشه های کامپیوتری هست که این فرآیند چندین مرحله دارد :
طراحی مدار : ابتدا طرح مدار روی یک ماسک شفاف کشیده میشود.
پوشاندن تراشه : سطح تراشه سیلیکونی با یک لایه حساس به نور پوشیده میشود .
تابش نور : نور ماوراء بنفش از ماسک عبور کرده و تراشه تابیده میشود .
توسعه : قسمت هایی از لایه حساس به نور که در معرض نور قرار گرفته اند، تغییر میکنند .
حکاکی : با استفاده از مواد شیمیایی، قسمت های تغییر یافته از لایه حساس به نور برداشته میشوند و طرح مدار روی تراشه حک میشود .
تکرار مراحل : این مراحل چندین بار تکرار میشوند تا تمام لایه های مدار روی تراشه ساخته شود .
تولیدکنندگان سی پی یو
شرکت اینتل
شرکت اینتل ، یک شرکت آمریکایی که در سال 1968 تاسیس شد و در سانتا کلارا ، کالیفرنیا مستقر است ، یک تولید کننده و تامین کننده است که در طراحی و تولید میکروپروسسورهای نیمه هادی تخصص دارد. نمونه محصولات این شرکت شامل پردازنده ها ، واحدهای پردازش گرافیک ، نرم افزار ، محصولات بی سیم و موارد مختلف دیگر است. این محصولات در آموزش ، حمل و نقل ، خدمات مالی ، خرده فروشی و دولت کاربرد دارند. این شرکت خدمات مشتری از جمله پشتیبانی فنی ، توسعه نرم افزار ، خدمات ابری ، خدمات امنیتی و همکاری تحقیق و توسعه را ارائه می دهد. این شرکت دارای امکانات تولیدی ، مراکز تحقیق و توسعه ، دفاتر فروش و مشارکت با کسب و کارها و سازمان ها در سراسر قاره های مختلف است.
شرکت AMD
Advanced Micro Devices یا AMD یک شرکت نیمه هادی است که به دلیل طراحی و توسعه پردازنده های کامپیوتری و فن آوری های گرافیکی شناخته شده است. این شرکت در سال 1969 تاسیس شد و در سانتا کلارا ، کالیفرنیا مستقر است.، با عملیات قابل توجهی در آستین ، تگزاس.
به جای ساخت محصولات خود،AMD با بازسازی میکروپروسسورهای موجود و سایر محصولات شروع به کار کرد تا آنها را سریع تر و کارآمدتر کند. از طریق رشد و کسب ، AMD اکنون یک ارائه دهنده برتر فناوری CPU برای رایانه های رومیزی ، و همچنین سرورها ، فناوری گرافیک GPU ، پردازنده های محاسباتی با عملکرد بالا (HPC) و هوش مصنوعی (AI) ، پردازنده های آرایه دروازه قابل برنامه ریزی (FPGA) و شتاب دهنده های شبکه است.
رقیب اصلی AMD شرکت اینتل است. بنیانگذاران هر دو شرکت ، جانبازان شرکتی به نام Fairchild Semiconductor بودند.
AMD فروش حدود 26 میلیارد دلاری را برای سال 2022 پیش بینی کرده است.
شرکت Qualcomm
کوالکام ، شرکتی که در سال 1985 تاسیس شد و در سن دیگو ، کالیفرنیا مستقر است ، تامین کننده محصولات و خدمات مخابراتی بی سیم است. این شرکت طیف گسترده ای از محصولات را ارائه می دهد ، از جمله مدارهای یکپارچه و نرم افزار سیستم برای دستگاه های تلفن همراه و سایر محصولات بی سیم. همچنین پردازنده ها و نرم افزارها را برای توسعه دستگاه های هوشمند و برنامه های کاربردی فراهم می کند. این برنامه از توسعه استانداردهای ارتباطات تلفن همراه 5G ، 4G ، CDMA2000 ، TD-SCDMA و wcdma پشتیبانی می کند. این شرکت جایزه "بهترین پردازنده موبایل" را در جوایز جهانی موبایل برای پردازنده اسنپدراگون 888 خود کسب کرد. این شرکت به صنایع مختلف مانند تلفن همراه ، اینترنت اشیا ، خودرو و موارد دیگر خدمت می کند
شرکت ARM
ARM که قبلا به عنوان Advanced Risc Machines شناخته می شد، شرکت بریتانیایی است که در طراحی پردازندهها و میکروپروسسورهای با مصرف کم تخصص دارد . این شرکت طراحی پردازندههای خود را به سایر شرکتهای تولید کننده پردازندهها (مانند Qualcomm و Apple) ارائه میدهند. طراحیهای ARM به دلیل مصرف انرژی پایین و انعطاف پذیری بالا در دستگاههای قابل حمل، تلفنهای همراه، تلویزیونهای هوشمند، و دستگاههای اینترنت اشیاء (IoT) مورد استفاده قرار میگیرند. این شرکت معمولاً به عنوان یک پیشرو در زمینه پردازندههای با مصرف برق کم شناخته میشود.
در آخر
در این مقاله به طور موشکافانه به بررسی مغز اصلی کامپیوتر ها پرداختیم وبه درک عمیق تری از نقش سی پی یو ها در دنیای فناوری رسیدیم . در نهایت برای انتخاب سی پی یو مناسب باید به بودجه ، کاربرد ها و سایر موارد شخصی مورد نیاز خود بپردازید . در این صورت شما میتوانید بهترین سی پی یو مورد نیاز خود را خریدارید کنید . اگر هم از علاقه مندان دنیای تکنولوژی و فناوری هستید شناخت این مغز بزرگ اما کوچک یک قدم بزرگ در کشف دنیای پیچیده و خارق العاده سخت افزار ها میباشد .
سلام
محتوا بسیار جامع و کامل بود