معرفی و مقایسه انواع CPU

واحد پردازش مرکزیcentral processing unit  (CPU) پردازنده اصلی و مرکزی در مدارهای الکترونیکی سیستم است. داده ها و دستورالعمل ها را پردازش می کند و مسئولیت انجام عملیات حسابی و منطقی را بر عهده دارد.

CPU قلب هر سیستمی است که میتواند موارد مختلف را طبق منطق ریاضی محاسبه کند، عملیات ورودی خروجی را مدیریت کند و یک دستور را طبق برنامه کنترل کند در واقع سی پی یو قدرت پردازش، دستورالعمل ها را فراهم میکند. وظیفه اصلی CPU واکشی، پردازش، رمزگشایی، اجرا و ذخیره داده های ورودی است.

CPUقطعه سخت افزاری است که از ترانزیستورها تشکیل شده است که شامل یک تراشه یکپارچه شامل یک CPU، رابط های جانبی، تراشه های حافظه، میکروکنترلرها و سایر سیستم های روی تراشه است. تعداد کمی از سیستم ها از چندین پردازنده هسته ای محصور در یک سوکت به نام هسته های CPU استفاده می کنند.

CPU از دو بخش اصلی ALU و CU تشکیل شده است که عملیات را انجام می دهد و از سیگنال های کنترلی تشکیل شده است.

اجزای CPU

معمولاً از دو جزء اصلی واحد منطق حسابی یا ALU و واحد کنترل یا CU ساخته شده است.

ALU شامل انجام عملیات منطقی و حسابی CPU است. این شامل یک واحد منطقی حسابی و مجموعه ای از ثبات ها است که در آن ثبات ها برای ذخیره داده ها و دستورالعمل ها هستند.

واحد کنترل دستورالعمل ها را واکشی، رمزگشایی و اجرا می کند. همچنین شامل کنترل جریان داده در میان چندین مؤلفه CPU است.

ثبات ها می توانند داده ها و دستورالعمل ها را ذخیره کنند و چهار نوع هستند.

•  Control(رجیسترهای کنترل)
•  Status(رجیسترهای وضعیت)
•  general-purpose(رجیسترهای همه منظوره)
• floating-point registers (رجیسترهای ممیز شناور )

ویژگی های CPU

عملکرد CPU کاملاً به ویژگی هایی آن بستگی دارد:

Cache Memory (حافظه کش)

کش حافظه کوچک درون پردازنده است. داده ها را از حافظه اصلی واکشی می کند و به CPU می فرستد.

دارای سه نوع L1 یا Layer 1، L2 یا Layer 2 و L3 یا Layer 3 است. هر لایه کار می کند و اندازه های آن به شرح زیر است، L1 > L2 > L3.

Cores (هسته ها)

پردازنده های طراحی شده در روزهای اخیر چند هسته ای هستند. این هسته ها مستقل از یکدیگر هستند و از حافظه کش آنها تشکیل شده است. آنها به پردازش موازی برای افزایش کارایی سیستم کمک می کنند.

Speed (سرعت)

سرعت CPU معمولاً بر حسب گیگاهرتز یا مگاهرتز اندازه گیری می شود. یک پردازنده با فرکانس بیشتر کار را سریعتر انجام می دهد. یک پردازنده دو هسته ای با فرکانس کمتر سریعتر از یک پردازنده تک هسته ای با فرکانس بیشتر کار می کند.

Multithreading (چند رشته ای)

دو هسته منطقی در واحد فیزیکی وجود دارد که به صورت موازی کار می کنند. کل فرآیند با افزایش تعداد هسته ها سرعت می گیرد. اینها معمولاً در محیط‌های مجازی استفاده می‌شوند، جایی که مدیران بارهای کاری اختصاصی را به هسته‌های منطقی مختلف اختصاص می‌دهند.

Compatibility (سازگاری )

پردازنده باید از ماژول های حافظه پشتیبانی کند. آنها باید با مادربردهای سیستم سازگار باشند.

Bandwidth (پهنای باند)

سرعت برقراری ارتباط بین حافظه اصلی و کنترلرهای USB. پهنای باند پردازنده های چند هسته ای بیشتر از پردازنده های تک هسته ای است.

انواع CPU

CPU یک عنصر حیاتی است که تمامی محاسبات و دستورات انتقال یافته به سایر اجزای کامپیوتر و تجهیزات جانبی آن را مدیریت می کند. سرعت CPU بستگی به نوع اطلاعات ورودی دارد و تمامی اجزای یک سیستم به هم وابسته هستند پس لازم است یک سیستم کامپیوتری را بر اساس نیاز و نوع کارکرد انتخاب کنیم. تولید کنندگان پیشرو CPU AMD و Intel هستند.

پس از معرفی پردازنده Pentium، اینتل نام تمام پردازنده های خود را Duron، Celeron، Pentium و Athlon گذاشت. سازندگان انواع مختلفی از پردازنده ها را با معماری های مختلف مانند 64 بیت و 32 بیت می سازند که حداکثر سرعت و ظرفیت انعطاف پذیر را ارائه می دهند. انواع اصلی CPU از جمله پردازنده های تک هسته ای، دو هسته ای، چهار هسته ای، شش هسته ای، هشت هسته ای و ده هسته ای در زیر توضیح داده شده است.

در زیر به انواع مختلف CPU اشاره شده است:

Sngle-core CPU

این قدیمی ترین نوع CPU موجود است و در اکثر رایانه های شخصی و رسمی استفاده می شود.  CPU تک هسته ای می تواند تنها یک دستور را در یک زمان اجرا کند که برای چندوظیفه ای ناکارآمد است. اگر بیش از یک برنامه اجرا شود، نشان دهنده کاهش قابل توجه عملکرد است. اگر یک عملیات شروع شود، فرآیند دوم باید تا پایان عملیات اول صبر کند. اما اگر با چندین عملیات تغذیه شود، عملکرد کامپیوتر به شدت کاهش می یابد. عملکرد یک CPU تک هسته ای بر اساس سرعت کلاک آن با اندازه گیری قدرت آن است.

Dual-core CPU

این یک CPU منفرد است که از دو هسته قوی تشکیل شده است و مانند یک CPU دوگانه عمل می کند. برخلاف پردازنده‌های تک هسته‌ای، پردازنده‌های دو هسته‌ای باید در یک آرایه متغیر از جریان‌های داده به جلو و عقب سوئیچ کنند. هنگامی که رشته های بیشتری اجرا می شوند، CPU دو هسته ای به طور موثر چند وظیفه ای را انجام می دهد. برای استفاده موثر از CPU دو هسته ای، برنامه های در حال اجرا و سیستم عامل باید کد منحصر به فردی به نام فناوری چند رشته ای همزمان (simultaneous multi-threading) در آن تعبیه شده باشد. یک CPU دو هسته ای سریعتر از یک پردازنده تک هسته ای است اما از یک CPU چهار هسته ای قوی تر است.

Quad-core CPU

CPU چهار هسته ای یک مدل تصفیه شده از ویژگی های CPU چند هسته ای و طراحی با چهار هسته در یک CPU است. مانند یک CPU دو هسته ای که حجم کار را بین هسته ها تقسیم می کند، چهار هسته ای نیز امکان چندوظیفه ای موثر را فراهم می کند. این به معنای هیچ عملیاتی نیست که چهار برابر سریعتر از سایرین باشد. افرادی که باید چندین برنامه را به طور همزمان اجرا کنند، مانند گیمرها، از CPU با چندین هسته استفاده می کنند. سری Supreme Commander برای CPU های چند هسته ای بهینه شده است.

Hexa core processors

یکی دیگر از پردازنده‌های multiple-core با شش هسته است و می‌تواند کار را انجام دهد، که سریع‌تر از پردازنده‌های چهار هسته‌ای و دو هسته‌ای کار می‌کند. برای کاربران رایانه شخصی، پردازنده های Hexacore ساده است، اینتل با پردازندهInter core i7 در سال 2010 با پردازنده Hexa core راه اندازی شد. اما در اینجا کاربران گوشی های هوشمند تنها از پردازنده های چهار هسته ای و دو هسته ای استفاده می کنند. امروزه گوشی های هوشمند با پردازنده های هگزا هسته ای در دسترس هستند.

Octa-core processors

پردازنده های هشت هسته ای پرطرفدار شامل مجموعه ای دوگانه از پردازنده های چهار هسته ای هستند که فعالیت ها را بین هسته های مختلف تقسیم میکند. پردازنه dual-core با دو هسته داخلی و پردازنده Quad-core با چهار هسته ای داخلی ساخته شده است. و پردازنده Hexa core با شش هسته داخلی عرضه می شود، در حالی که پردازنده های Octa-core معمولاً با هشت هسته مستقل توسعه می یابند تا کار عملی کارآمدتری را انجام دهند و سریعتر از پردازنده های چهار هسته ای عمل کنند. سازندگان اغلب از مجموعه های هسته ای با حداقل توان برای انجام کارهای پیشرفته استفاده می کنند. در صورت وجود هر گونه اضطرار یا نیاز، چهار مجموعه هسته سریع وارد عمل خواهند شد. به‌طور دقیق، تولیدکنندگان پردازنده‌های هشت هسته‌ای را با هسته‌های دو کد تعریف می‌کنند که بر اساس آن تنظیم می‌شوند تا عملکرد کافی را ارائه دهند.

Deca-core processor

سازندگان Deca-core این پردازنده را به طور مستقر طراحی کرده اند تا برای اجرا و مدیریت وظایف بهتر و کارآمدتر عمل کنند، رایانه شخصی یا دستگاه مجهز به یک پردازنده ده هسته ای بهترین گزینه است. این پردازنده سریعتر از سایر پردازنده ها است و در انجام چند وظیفه ای بسیار موفق است. پردازنده‌های Deca-core با ویژگی‌های پیشرفته‌شان در حال پیشرفت هستند. امروزه، سازندگان بیشتر گوشی های هوشمند را به پردازنده های مقرون به صرفه Deca-core مجهز می کنند که هرگز قدیمی نمی شوند. آنها به طور مداوم ابزارهای موجود در بازار را با پردازنده های جدید به روز می کنند تا ویژگی ها و قابلیت های ارزشمندتری را در اختیار مردم قرار دهند.

پردازنده های اصلی CPU

پردازنده‌های جریان اصلی که پردازنده‌های mid-range نامیده می‌شوند، وظایف  را با عملکرد بالا مانند ویرایش ویدیو، بازی‌های سه بعدی و دیگر برنامه‌های کاربردی چندرسانه‌ای را مدیریت و اجرا میکند.

پردازنده های ضعیف تر که مقرون‌به‌صرفه هم هستند برای کارهای ساده تر مانند استفاده از برنامه آفیس، ویرایش عکس، مرور وب و سایر کارهای ضروری را مدیریت می کنند.

نتیجه گیری

عملکرد یک پردازنده بسته به سرعت ساعت، اندازه حافظه پنهان و تعداد هسته های آن ممکن است متفاوت باشد. مطمئنا هر پردازنده با کارایی بالاتر نیاز به پرداخت هزینه بالاتری هم دارد بسته به نوع فعالیت و نیاز میتوانید پردازنده های مختلفی را تهیه کنید، اگر صرفا کاربری هستید که نیاز به استفاده از برنامه افیس و مرور وب دارید یک پردازنده سطح پایین انتخاب کنید که مقرون به صرفه است اما اگر جز آن دسته از کاربران هستید که فعالیتی مانند ویرایش ویدیو، بازی‌های سه بعدی و دیگر برنامه‌های کاربردی چندرسانه‌ای دارید پردازنده سطح بالاتر کار شما را سریع تر و راحت تر میکند پس انتخاب بسته به نوع فعالیت و میزان بودجه شما متفاوت است.

دلایل آسیب دیدن CPU چیست؟

CPU به چند دلیل آسیب می بیند، تغییرات در برق شامل آسیب ناشی از افزایش ولتاژ، خرابی منبع تغذیه، خرابی منبع ولتاژ مادربرد و غیره است. تخلیه الکترواستاتیک می تواند باعث آسیب دائمی یا آسیب به قطعات الکترونیکی شود.

اگر پردازنده را بدون هیت سینک روشن کنید، ممکن است استرس حرارتی بیش از حد را تجربه کند که ممکن است باعث ایجاد سوختگی شود.

اپراتور می تواند اجزای سخت افزاری کامپیوتر را اورکلاک کند تا عملیات را سریعتر از آنچه در ابتدا در نظر گرفته شده بود انجام دهد اما این کار نیاز به تخصص فنی دارد.