همانطور که می دانیم سیستم های کامپیوتری از قطعات و قطعات مختلفی مانند مادربرد، رم، کارت گرافیک، هارد دیسک و … تشکیل شده اند. هر یک از اجزای کامپیوتر عملکرد منحصر به فرد و خارق العاده ای دارد. در بین تمامی این قطعات، CPU یا CPU یکی از مهم ترین اجزای سیستم است. احتمالا این سوال برای شما پیش آمده که پردازنده چیست و نقش و جایگاه آن در سیستم چیست؟ برای دریافت پاسخ این سوال از شما دعوت می کنیم تا پایان این درس با ما همراه باشید. مطمئن شوید که همه چیزهایی را که باید در مورد پردازنده ها بدانید در این مقاله بیابید. در ادامه این سری از مقالات معرفی و آموزش سخت افزار کامپیوتر با ما همراه باشید تا با این قسمت کاربردی بیشتر آشنا شوید.
دوره ارائه شده در ویدئو
پردازنده یا سی پی یو چیست؟
به گفته ویکی پدیا، پردازنده که با نام CPU نیز شناخته می شود، یکی از مهم ترین و تاثیرگذارترین اجزای کامپیوتر است. CPU در واقع واحد پردازش مرکزی است که می توان آن را به نام مغز کامپیوتر نسبت داد، زیرا عملکرد رفتاری CPU بسیار شبیه عملکرد مغز در بدن انسان است.
CPU تمامی داده های کامپیوتری دریافتی را پردازش کرده و محاسبات لازم را روی آن انجام می دهد و در نهایت تمامی دستورالعمل های برنامه را اجرا می کند. به عبارت ساده تر، پردازنده در سیستم شما مجموعه ای از صفرها و یک ها را پردازش می کند، تمام آن صفر و یک هایی که شما برای پردازنده ارسال می کنید توسط آن پردازش می شود و در نهایت برای شما ارسال می شود تا استفاده کنید.
به عنوان مثال، به یاد داشته باشید زمانی که محتوایی را در صفحه مرورگر خود جستجو می کنید، در پشت صحنه همه این رویدادهای CPU یا زمانی که می خواهید تصویری از سیستم خود را ببینید، صدها هزار صفر و یک در کنار هم قرار می گیرند تا آن تصویر را برای شما نمایش دهند. در واقع، مانیتوری که به آن نگاه می کنید از پیکسل های ریز تشکیل شده است. تمام پیکسل های یک تصویر باید توسط پردازنده با استفاده از صفر و یک پردازش شوند تا رنگ آنها در تصویر شما مشخص شود. CPU برای هر پیکسل پردازش انجام می دهد تا در نهایت رنگ آن پیکسل را مشخص کند. به نوعی پردازنده تمام پیکسل ها را رنگ می کند تا بتوانید این تصویر را ببینید.
CPU تمام دستوراتی را که به رایانه خود می دهید به دقیق ترین شکل ممکن اجرا می کند. به جز کامپیوتر، انواع موبایل، تبلت، دستگاه های موسیقی دارای پردازنده یا همان پردازنده مرکزی هستند، اگر پردازنده ای داخل آنها نباشد، فقط یک ماشین معمولی هستند که نمی توانند کار خاصی انجام دهند و قدرت پردازش ندارند.
ساختار پردازنده چیست؟
هر پردازنده متشکل از میلیون ها ترانزیستور است که در کنار هم روی یک تراشه قرار گرفته اند. یک CPU از دو قسمت اصلی به نام های Alu و Cu تشکیل شده است که هر کدام از این قسمت ها وظایف خاص خود را دارند.
– Alu یا قسمت منطق و محاسبات: پردازش و محاسبات و عملیات منطقی و ریاضی از جمله وظایف این قسمت است و تصمیم گیری در پردازنده بر عهده Alu می باشد. این بخش چهار عملیات اساسی ریاضی را محاسبه می کند. ضرب، تقسیم، جمع و تفریق.
Cu یا کنترلر: مدیریت کلیه دستورات و عملیات حافظه بر عهده کنترلر است. می توان گفت این قسمت وظیفه هماهنگی را در پردازنده انجام می دهد.
انواع پردازنده ها چیست؟
امروزه تولید کنندگان اصلی CPU در دنیا دو شرکت intl و amd هستند که هر کدام محصولات خود را با قیمت ها و امکانات متفاوت عرضه کرده اند. این پردازنده ها با توجه به فناوری های مورد استفاده در تولیدشان به نسل های مختلفی طبقه بندی می شوند. پردازنده های فعلی عملکرد بسیار بهتر و بالاتری نسبت به نسل های قبلی خود دارند.
نقش CPU در سیستم شما چیست و چه کاری انجام می دهد؟
قبل از معرفی پردازنده در سیستم، ابتدا باید بدانیم کامپیوتر چیست. برای پاسخ به این سوال می توان گفت که هر ماشینی که تمام عملیات ریاضی و منطقی را به صورت کاملا اتوماتیک انجام دهد و توانایی برنامه ریزی را داشته باشد کامپیوتر نامیده می شود. برای این منظور کلیه لپ تاپ ها، موبایل ها، کنسول های بازی، تبلت ها و …. به نوعی یک سیستم کامپیوتری هستند. یک پردازنده سیگنال های باینری را با انجام محاسبات و اقدامات پردازش می کند و در نهایت برنامه ها را در یک فرآیند سه مرحله ای اجرا می کند، این نقش پردازنده در سیستم های کامپیوتری است.
سه مرحله ای که پردازنده انجام می دهد به شرح زیر است:
1.fetch یا همان واکنش: این مرحله اولین مرحله ای است که در آن پردازنده تمام دستورالعمل های ذخیره شده در حافظه کامپیوتر را به طور کامل واکشی می کند و در واحد کنترل به نام ثبت دستورالعمل یا ir ذخیره می کند.
2. رمزگشایی: پس از ذخیره اطلاعات در IR به مرحله رمزگشایی می رود. تمام دستورالعمل هایی که در ir ذخیره و نگهداری می شوند به مدار مسئول رمزگشایی ارسال می شوند. این مدار تمام دستورات را به سیگنال تبدیل می کند تا درک آنها برای مدارهای کامپیوتری راحت تر باشد.
3. execution: سیگنال های رمزگشایی شده به این بخش در پردازنده اجرا ارسال می شوند.
به طور کلی می توان گفت که پردازنده قطعه بسیار کوچکی از کامپیوتر است که عملکردی حیاتی و منحصر به فرد در سیستم دارد. اگر هر بار که پردازنده بخواهد اطلاعات مورد نیاز خود را از انبوه اطلاعات موجود در رایانه پیدا کند، باید زمان زیادی را صرف جستجوی داده ها کند. این باعث کاهش سرعت پردازنده می شود. این در حالی است که شرکت های سازنده در تلاش برای افزایش سرعت پردازنده ها هستند. برای جلوگیری از کند شدن پردازنده، یک حافظه بسیار کوچک به نام cash cache در داخل آنها قرار داده می شود تا پردازنده بتواند اطلاعات مورد نیاز خود را در هر لحظه ذخیره و نگهداری کند.
عملکرد CPU چگونه اندازه گیری می شود؟
امروزه پردازنده ها در انواع مختلفی تولید می شوند. هنگام خرید یک پردازنده، چندین ویژگی مهم وجود دارد که با استفاده از آنها می توان تشخیص داد که آیا آن پردازنده عملکرد خوبی دارد یا خیر!
ما سه ویژگی مهم را ارائه خواهیم داد که می توانند به عنوان معیار برای اندازه گیری عملکرد CPU مورد استفاده قرار گیرند:
1. فرکانس ساعت: فرکانس ساعت یک پردازنده به ما می گوید که آن پردازنده چند دستور را می تواند پردازش کند و آن دستورات را در چند ثانیه پردازش می کند. از سال 1990 تا اوایل دهه 2000، سرعت کلاک پردازنده هایی که در آن زمان تولید می شدند به میزان قابل توجهی افزایش یافت. درست است که با افزایش فرکانس کلاک، سرعت سیستم به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، اما این افزایش سرعت نیز باعث مصرف بیش از حد انرژی و گرم شدن پردازنده می شود. به همین دلیل است که سازندگان آنها را ارتقا می دهند تا از نظر تولید گرما و مصرف برق کارآمد باشند. در نهایت، پردازنده هایی که امروزه در بازارهای سراسر جهان وجود دارند، ممکن است از نظر سرعت کمتر از پردازنده های گذشته باشند، اما عملکرد بسیار بهتری نسبت به آن مدل ها دارند.
2. هسته: یکی از انقلاب هایی که در زمینه ساخت پردازنده اتفاق افتاد، تولید پردازنده های چهار هسته ای و دو هسته ای است. این رویداد نه تنها در زمینه تولید پردازنده، بلکه در حوزه فناوری نیز انقلابی موثر محسوب می شود. سازندگان به جای افزایش فرکانس ساعت، تعداد پردازنده های نصب شده روی یک تراشه را افزایش دادند. بنابراین امروز پردازنده های بسیار قوی و مدرنی با 32 و 64 هسته داریم.
3. Multi-Threading یا Hyper-Threading: یکی از نوآوری های اینتل که در زمینه تولید پردازنده فعالیت می کند، چند رشته ای است. با پیاده سازی این نوآوری در پردازنده ها، پدیده جالبی ایجاد شد. هسته پردازنده این قابلیت را دارد که به عنوان یک پردازنده دو هسته ای عمل کند و بار را در این قسمت تقسیم کرده و دو فرآیند را کاملاً همزمان و موازی اجرا کند. Multithreading خود یکی از انقلاب ها در زمینه پردازنده هاست.
تعداد هسته یا سرعت کلاک؟
هنگام خرید یک پردازنده، این که آیا شما به سراغ گزینه هایی با تعداد هسته بالا بروید یا گزینه های پرسرعت، کاملاً به نوع، حجم کاری و خط کسب و کار شما بستگی دارد. به عنوان مثال، افرادی که تمایل دارند سیستم خود را چند وظیفه ای انجام دهند و چندین برنامه را به طور همزمان اجرا کنند، به پردازنده ای با تعداد هسته زیاد و چندین رشته نیاز دارند. در حالی که ممکن است برخی افراد برای اجرای برنامه های خود به پردازنده هایی نیاز داشته باشند که سرعت بسیار بالایی دارند. پس بهتر است قبل از خرید و تهیه یک پردازنده، بدانید چه برنامه هایی را روی سیستم خود اجرا خواهید کرد.
عملکرد CPU را در سیستم بررسی کنید
برای مشاهده و بررسی عملکرد CPU در سیستم خود، ابتدا باید Task Manager را در سیستم عامل خود باز کنید. راه های زیادی برای انجام این کار وجود دارد که در زیر به چند نمونه از آنها اشاره شده است:
از منوی ستاره، Task Manager را در کادر جستجوی موجود جستجو کرده و آن را باز کنید.
کلیدهای ctrl+alt+del را فشار دهید و مدیر وظیفه را در صفحه تازه باز شده انتخاب کنید.
– دکمه های win+x را فشار داده و task manager را انتخاب کنید.
کلیدهای ctrl+shift+esc را فشار دهید تا صفحه مدیر وظیفه مستقیماً برای شما باز شود.
پس از باز کردن Task Manager زبان اجرا را انتخاب کنید تا میزان مصرف CPU برای شما نمایش داده شود. در این قسمت قادر خواهید بود تمامی اطلاعات از جمله رم و حافظه های موجود را مشاهده کنید.
اگر مقدار CPU درگیر در سیستم شما بسیار بیشتر از شرایط عادی باشد، با انتخاب فرآیندها لیستی از تمامی نرم افزارهای در حال اجرا نمایش داده می شود و می توانید آنها را مشاهده کنید. با کلیک بر روی ستون CPU، می توانید ترتیب میزان استفاده نرم افزار از CPU را مشاهده کنید. اگر هیچ نرم افزار اضافی در ردیف بالا نمی بینید و CPU شما هنوز به حداکثر رسیده است، احتمالاً زمان آن رسیده است که سیستم یا رم خود را ارتقا دهید.
انتخاب بهترین پردازنده برای برنامه نویسی
برای برنامه نویسی، معمولاً مناسب ترین پردازنده ها، پردازنده های با کارایی بالا با قدرت پردازش مناسب هستند. انواع پردازنده های مناسب برای برنامه نویسی را در مطالب زیر معرفی می کنم:
1. Intel Core i7 و i9: پردازنده های سری i7 و i9 اینتل با فناوری پیشرفته خود قابلیت های برنامه نویسی بالایی را ارائه می دهند. آنها دارای تعداد هسته بالا، سرعت ساعت بالا و حافظه پنهان بزرگ هستند که هنگام کار با برنامه های گرافیکی و پردازش موازی مفید هستند.
2. AMD Ryzen: سازنده پردازنده AMD دستگاه های برنامه نویسی قدرتمندی را نیز ارائه می دهد. پردازنده های سری 7 و 9 AMD Ryzen دارای تعداد هسته و رشته های زیاد، عملکرد عالی و قیمت مناسب در مقایسه با رقبای خود هستند.
3. Intel Xeon: اگر علاقه مند به برنامه نویسی در زمینه هایی مانند پردازش داده های بزرگ، ماشین های مجازی و سرور هستید، پردازنده های Xeon اینتل می توانند انتخاب بسیار خوبی برای شما باشند. آنها برای کاربردهای بزرگتر و بارهای پردازشی بالا بهینه شده اند.
همچنین هنگام خرید پردازنده عواملی مانند بودجه، نیازها، در دسترس بودن و اهمیت مسائل دیگری مانند قدرت گرافیکی و حجم حافظه را در نظر بگیرید. در نهایت، بهترین پردازنده برای برنامه نویسی به نیازها و ترجیحات شما بستگی دارد.