CPU چیست؟ چگونه روی سرعت دستگاه شما تاثیر می‌گذارد؟

وقتی که در موبایل، کامپیوتر یا تبلت‌تان در حال مرور صفحات وب، بازی کردن، لایک کردن پست‌های دوست‌تان و … هستید، پردازش‌های زیادی انجام و دستورالعمل‌های مختلفی صادر می‌شود. تا حالا به این موضوع فکر کرده‌اید که چطوری این همه فرمان فوراً اجرا می‌شوند و خیلی راحت می‌توانید از برنامه‌ای به برنامۀ دیگر بروید؟

در جواب باید بگوییم که هماهنگی بین تمام این برنامه‌ها و درخواست‌ها، توسط قطعه‌ای کوچک، اما حیاتی، به نام CPU یا پردازنده انجام می‌شود.

✅ برای اینکه با طرز کار CPU، مفهوم آن و همچنین انواع CPU ها آشنا شوید، تا پایان این مقاله همراه ما باشید.

برای شروع باید بدانیم سی پی یو چیست؟

CPU چیست؟

کلمه CPU مخفف عبارت Central Processing Unit و به‌معنی واحد پردازشگر مرکزی است! اما این یعنی چه؟

CPU یک قطعۀ الکترونیکی است که وظیفۀ پردازش دستورات یک برنامۀ کامپیوتری را بر عهده دارد.

این قطعۀ الکترونیکی، نه فقط در رایانه، بلکه در تمامی دستگاه‌های رایانه‌ای مثل تبلت، موبایل، ساعت هوشمند و … هم وجود دارد.

CPU را با عبارت مغز کامپیوتر هم معرفی می‌کنند. همانطور که بدن انسان بدون مغز نمی‌تواند فعالیت کند، هیچ دستگاه کامپیوتری‌ای هم بدون CPU، قادر به پردازش هیچ‌گونه اطلاعاتی نیست! در چنین حالت محالی، دستگاه نمی‌تواند دستورات خواسته‌شده را اجرا کند و در یک کلام: هیچ برنامه‌ای اجرا نخواهد شد!

می‌توانید یک نمونه سی پی یو را در تصویر زیر ببینید:

همانطور که مشخص است،  CPU روی یک صفحه دیگر سوار شده است. نام این صفحه مادِربرد است  که دیگر قطعات مثل RAM و گرافیک هم روی آن سوار شده‌اند. به این ترتیب، بین همه اجزای سیستم ارتباط برقرار می‌شود.

کار CPU چیست؟

اگر بخواهیم خیلی ساده بگوییم، کار اصلی CPU این است که یک ورودی را از دستگاه‌های جانبی (مثل ماوس، کیبورد، چاپگر و …) یا برنامه‌های کامپیوتری بگیرد و آن را مطابق نیاز، تفسیر کند. خروجی این کار، نمایش تصویر روی مانیتور شما، تایپ، کلیک شدن و …، یا در یک کلام، اجرای برنامه‌هایی است که نیاز دارید.

خلاصه‌ای از تاریخچه CPU

سی پی یو برای اولین بار در سال 1971 توسط کمپانی Intel و با همکاری آقای Ted Hoff اختراع و توسعه داده شد.این پردازنده 4004 نام گرفت.

طی گذشت تاریخ، تغییرات بسیاری در دنیای پردازشگرها به‌وجود آمد. اولین مدل CPU، یعنی Intel 4004، تنها 2300 ترانزیستور داشت. حالا پس از گذشت 3 دهه، آخرین نسل CPUها این مدل، 290 میلیون ترانزیستور در خود جای داده است!

عکس Intel 4004 را در ادامه مشاهده می‌کنید. 👇

CPU از چه بخش‌هایی تشکیل شده است؟

هر پردازنده از 2 بخش اصلی تشکیل شده است:

1. ALU (مخفف arithmetic logic unit): عملیات ریاضی، منطقی و تصمیم‌گیری را انجام می‌دهد.
2. CU (مخفف control unit): کلیه عملیات پردازنده‌ها را هدایت می‌کند. در واقع CU به بخش‌های مختلف پردازنده دستور می‌دهد که چطور عمل کنند، کدام داده‌ها را استفاده کنند و نتایج پردازش را کجا بفرستند یا ذخیره کنند.

در تصویر بالا می‌توانید نحوه کار اجزای مختلف CPU را در کنار هم می‌بینید. برای اینکه درک بهتری پیدا کنید، در بخش بعدی مقاله، این مراحل را شرح داده‌ایم.

طرز کار CPU چگونه است؟

همانطور که گفتم، رایانه شما به کمک یک سری فرمان‌های عددی تشکیل شده از اعداد 0 و 1 کار می‌کند. حالا این وسط، CPU سه تا از مهم‌ترین کارها را انجام می‌دهد:

• فچ (Fetch)
• رمزگشایی (Decode)
• اجرا (Execute)

عبارات عجیب‌و‌غریب هستند؟! نگران نباشید؛ چراکه در ادامه این 3 مورد را باز می‌کنیم و توضیح می‌دهیم که منظور از هر کدام چیست!

FETCH یا واکشی در CPU

Fetch در لغت به معنی «واکشی» یا «رفتن و آوردن» است. در CPU، این مرحله یعنی دریافت دستورالعمل! این دستورالعمل به صورت یک سری اعداد (از نوع 0 و 1) است که از RAM به CPU منتقل می‌شوند.

هر دستورالعمل فقط یک بخش کوچک از هر عملیات است؛ پس CPU باید بداند که دستور بعدی چیست! برای همین آدرس دستورالعمل فعلی توسط شمارنده برنامه (Program Controller) نگهداری می‌شود.

بعد از این مرحله، شمارنده برنامه و دستورالعمل‌ها در یک Instruction Register (دفتر ثبت دستورالعمل‌ها) کنار هم قرار می‌گیرند و به همین ترتیب، برای دستورالعمل‌های بعدی هم این روند ادامه پیدا می‌کند؛ یعنی با هر دستوالعمل جدید، به طول شمارنده برنامه (Program controller) اضافه می‌شود.

Decode یا رمزگشایی در CPU

بعد از مرحله فچ، CPU دستورالعمل‌هایی که دریافت کرده بود را به مداری با نام «مدار کدگشایی دستورالعمل» می‌فرستد. در این بخش دستور‌العمل عددی، به فرمان‌ها و دستورهایی با فرمت دیگر تبدیل شده و آماده برای ارسال به قسمت‌های دیگری از خود CPU خواهند شد.

اجرا یا Execute در CPU

حالا CPU ما تعدادی دستور دارد که همگی‌شان عملاً کدگشایی شده‌اند. در مرحله آخر، این دستوراتِ کدگشایی‌شده به بخش‌های دیگر CPU ارسال می‌شوند تا به اجرا در بیایند.

💡 خب، این از طرز کار CPU که سعی کردیم خیلی ساده و خلاصه آن را توضیح دهیم. اگر دوست داشتید فنی‌تر و موشکافانه‌تر با موضوع آشنا شوید، پیشنهاد می‌کنم ویدئوی زیر را ببینید.

ارتباط سرعت CPU و سرعت رایانه

همانطور که قبلا هم گفتیم، به CPU صفت مغز رایانه را می‌دهند. حالا بیایید آن را با مغز خودمان مقایسه کنیم. اگر یک معادله 2 رقمی ضرب را در مقابل یک کودک 8 ساله بگذارید، چقدر طول می‌کشد تا آن را حل کند؟ حتی اگر با اصول ضرب هم آشنا باشد، قطعا زمان زیادی نیاز دارد. اما شما می‌توانید همین معادله را  در کم‌تر از 20 ثانیه حل کنید. بنابراین سرعت پردازش بالای ذهن شما، باعث می‌شود بتوانید کارها را با سرعت بیشتری انجام بدهید.

در مورد رایانه هم شرایط همین طور است. هر چه سرعت این مغز یا همان CPU بیشتر باشد، سرعت کل رایانه افزایش پیدا می‌کند.

اما یک سوال مهم:

سرعت CPU به چه عواملی وابستگی دارد؟

3 عاملِ فرکانس پردازنده، هسته و حافظه کش، روی سرعت CPU یا همان پردازنده، تاثیر دارند. در ادامه، این 3 عامل را بررسی خواهیم کرد.

1) فرکانس پردازنده

مهم‌ترین عامل در سرعت پردازشگر رایانه شما، میزان فرکانس آن است که با واحد هرتز مشخص می‌شود. البته به دلیل بزرگ بودن عدد آن، واحد GHz یا گیگاهرتز را برایش بیان می‌کنند. هر گیگاهرتز برابر با 1 میلیارد هرتز است. مثلا می‌گویند CPU رایانه شما، 2.8 گیگاهرتز است. این یعنی چه؟

یعنی در هر ثانیه (هرتز)، ترانزیستورهای درون CPU حدود 2 میلیارد و 800 میلیون بار خاموش و روشن می‌شوند! در هر بار روشن و خاموش شدن، پردازش‌های ساده‌ای انجام می‌شود؛ اما همین تعداد بالای دفعات روشن و خاموش شدن است که باعث می‌شود قدرت و البته سرعت پردازنده بالا برود. به‌ زبان ساده،  زمانی که می‌گویند سرعت پردازنده شما 2.8 گیگاهرتز این یعنی سرعت دریافت اطلاعات و ترجمه آنها، برابر با این این عدد است. 

2) هسته‌ CPU

مورد پراهمیت و تاثیرگذار بعدی در سرعت CPU، تعداد هسته‌های آن است. قبلا فقط پردازنده‌های 1 یا همان تک‌هسته‌ای در بازار وجود داشتند؛ اما به‌مرور و با احساس نیاز به سرعت بیشتر در رایانه‌ها، پردازنده‌هایی با تعداد هسته‌های 2، 4، 8 و حتی 16 هم به وجود آمدند! در واقع هر هسته نزدیک به 70 الی 80 درصد از قدرت پردازنده را دارد! بنابراین اضافه شدن هر هسته به CPU، به‌معنی افزایش سرعت پردازش آن تا نزدیک به دو برابر است.

3) حافظه کش (Cache)

دیگر ویژگی مهم و تاثیرگذار روی سرعت CPU ها، حافظه کش آن‌ها است. این حافظه صرفا! چیزی در حد چند مگابایت فضا دارد؛ اما همین چند مگابایت فضا، با ساده‌تر کردن کار CPU برای دریافت اطلاعات از RAM، عملا سرعت آن را بالا می‌برد.

در واقع، CPU برای کار کردن همیشه نیاز به اطلاعات اولیه دارد که خب این اطلاعات را از RAM می‌گیرد؛ اما با به وجود آمدن کش، CPU می‌تواند اطلاعات را از کش دریافت کند و با سرعت بیشتری عمل پردازش را انجام بدهد. جالب است بدانید که هنگام خرید CPU، ممکن است صرفا چند مگابایت افزایش حافظه کش تفاوت زیادی را در قیمت ایجاد کند.

حتماً تا حالا اسم CPU های اینتل و AMD به گوش‌تان خورده است. این 2شرکت جزو پیشتازان ساخت قطعات الکترونیکی هستند و خب پردازنده‌های مختلفی را به بازار عرضه کرده‌اند. بیایید مرور کوتاهی هم بر این 2 برند داشته باشیم و اطلاعات‌مان را کامل‌تر کنیم.

شرکت های سازنده CPU

همانطور که اشاره کردیم، این 2 شرکت، پرچم‌دارن بازار CPU هستند:

1) INTEL

شرکت اینتل قطعاً معروف‌ترین شرکت سازنده CPU است. یکی از بزرگ‌ترین موفقیت‌های این شرکت در دهه 1970 میلادی اتفاق افتاد. زمانی که تراشه‌های 8086 را تولید و وارد بازار کار کرد. به‌جرئت می‌توان گفت بخش اعظمی از تحولی که در دنیای پردازنده‌ها رخ داد، مدیون اختراع این نوع تراشه‌ها بود.

2) AMD

AMD بزرگ‌ترین رقیب شرکت اینتل است. AMD از نظر کیفیت و فناوری، عقب‌تر از Intel حرکت می‌کند؛ اما به‌خاطر قیمت ارزان‌تر محصولاتش، توجه بخش قابل‌توجهی از بازار را به خود جلب کرده است.

⚠ علاوه بر این دو شرکت که نقش اصلی بازار پردازنده هستند، شرکت‌های  IBM و Nvidia  هم به بازار ساخت و فروش پردازنده ورود کرده‌اند، اما این 2 برند هنوز از نظر کیفیت و نوآوری به پای 2 برند قبلی نمی‌رسد.

انواع CPU اینتل

CPUها انواع مختلفی دارند. در ادامه مقاله، صرفاً برای اینکه یک آشنایی کلی با موضوع داشته باشید، انواع پردازنده‌های برند اینتل را به شما معرفی می‌کنم:

1) Intel Atom

این پردازنده‌ها به دلیل مصرف کم، در دستگاه‌های کوچک مثل تبلت‌ها، تلفن‌های هوشمند، دستگاه‌های مرتبط به اینترنت اشیاء، نوت‌بوک‌ها و… استفاده می‌شوند. در واقع مهم‌ترین ویژگی این نوع از پردازنده‌ها، عمر بالای باتری و مصرف برق پایین‌شان است.

2) Intel Celeron

این CPUهای قدیمی، برای آن‌دسته از کامپیوترهای معمولی ساخته شده بودند که نیاز به پردازش خاصی نداشتند! مشخصاً کامپیوترهایی که بیشتر برای مصارف وب‌گردی. مشاهده ویدیو و… استفاده می‌شوند. علاوه بر این، یک نوع کم‌مصرف از پردازنده‌های سلرون وجود دارد که به‌دلیل مصرف پایین انرژی، برای لپ‌تاپ‌های رده‌پایین استفاده می‌شود.

3) Intel Pentium

CPUهای پنتیوم کمی از پردازنده‌های سلرون قدرتمندتر هستند؛ اما با این‌حال آنها هم قدرت زیادی ندارند. از این نوع پردازنده هم بیشتر برای رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌هایی استفاده می‌شود که رده‌پایین بوده و انتظار بالایی از آنها نمی‌رود. این CPUها در 2 دسته Gold و Silver وجود دارند.

4) Intel Core

در حال حاضر بهترین و رایج‌ترین نوع پردازنده‌ها، CPUهای Core i هستند. خود این پردازنده‌ها به 2 دسته Core i و Core 2 Duo تقسیم می‌شوند. امروزه اغلب رایانه‌هایی که کارایی خوبی برای بازی، کارهای گرافیکی و… دارند، از انواع CPUهای core i3 یا core i5 یا core i7 استفاده می‌کنند. دقت کنید،  عدد کنار این مدل‌ها، به تعداد هسته‌های CPU اشاره ندارد!  در واقع این اعداد، نشان‌دهنده نسل CPU هستند. هرچقدر عدد بزرگ‌تر باشد، یعنی نسل CPU هم جدیدتر است.

5) Intel Xeon and Itanium

در نهایت، آخرین نوع از CPUهای اینتل، پردازنده‌هایی هستند که نه در رایانه‌های عادی، بلکه برای سرورها و مصارف صنعتی استفاده می‌شوند. جالب اینکه امکان استفاده از این نوع CPUها، به‌صورت هم‌زمان هم وجود دارد! تا 32 عدد Intel Xeon and Itanium می‌توانند کنار هم قرار بگیرند و تبدیل به یک غول پردازشگر شوند.

در هر حال، اگر قصد شما خرید CPU برای کامپیوتر شخصی یا آشنایی با آن برای خرید تلفن همراه و تبلت است، ذهن‌تان را درگیر Intel Xeon یا Itanium نکنید!

GPU چیست؟ آیا جایگزین CPU است؟

GPU مخفف Graphics Processing Unit است؛ یعنی پردازشگر گرافیکی! همان‌طور که از نام آن مشخص است، وظیفه این قطعه، پردازش کارهای گرافیکی است. کارهایی مثل رندر ویدیو و اجرای بازی‌های ویدویی.

تکنولوژی به‌قدری پیشرفت کرده است که حالا GPU، یک جزء حیاتی از هر سیستم قدرتمندی است؛ اما نمی‌توان آن را جایگزین CPU کرد!

GPU مشخصاً وظیفه پردازش کارهای گرافیکی را دارد، در حالی که CPU هر نوع پردازشی را انجام می‌دهد (مثل فشردن دکمه‌های کیبورد که بالاتر هم گفتیم). بنابراین،  اگر صحبت از کارهای گرافیکی باشد، GPU مثل یک ابرقهرمان ظاهر می‌شود! در غیر این‌ صورت، CPU مثل همیشه بار پردازش داده‌ها را به دوش می‌کشد. 

هنگام خرید CPU به چه نکاتی دقت کنیم؟

خب، در نهایت، زمانی که قصد خرید CPU برای کامپیوتر را داشتیم یا اصلا خواستیم یک تلفن همراه، لپ تاپ، رایانه رومیزی و… بخریم، به چه چیزهایی در مورد پردازنده دقت کنیم؟

• برند: اگر به‌دنبال کیفیت هستید که Intel و اگر برای‌تان قیمت مناسب اهمیت دارد، به‌سراغ AMD بروید.
• تعداد هسته CPU: هر چه تعداد هسته‌ها بالاتر برود، قیمت CPU و البته توان آن هم بیشتر می‌شود.
• فرکانس CPU: فرکانس بیشتر، یعنی توان و سرعت بیشتر پردازنده است.
• سوکت CPU: اگر می‌خواهید برای کامپیوترتان CPU بخرید، مطمئن شوید سوکت آن با سوکت مادربرد همخوانی دارد.
• حافظه کش: هر چه فضای حافظه کش بیشتر باشد، سرعت CPU هم بیشتر می‌شود.
• توان حرارتی: توان حرارتی به مصرف برق CPU اشاره دارد. هر چه این عدد کم‌تر باشد، مصرف برق آن کم‌تر بوده و گرمای کم‌تری هم تولید می‌کند.

البته دقت کنید، اگر بخواهید CPU مورد نظر در تمامی فاکتورهای بالا نمره خیلی خوبی داشته باشد، باید پول زیادی هم برای خریدش هزینه کنید. بنابراین یکی از مهم‌ترین فاکتورهای خرید، بودجه‌ای است که در اختیار دارید!

کلام آخر

خب به انتهای مقاله رسیدیم. در این مقاله ابتدا فهمیدیم که سی پی یو چیست و سپس با انواع آن آشنا شدیم. در آخر هم چند نکته مهم در مورد خرید پردازنده را بررسی کردیم.

امیدواریم که این مقاله جواب سوالات شما دربارۀ CPU را داده باشد. باز هم اگر سوال و نظری در مورد این مقاله داشتید، در بخش نظرات منتظر شما هستیم. 💙

منابع مقاله: khanacademy – makeuseof – computerhope – hp – howtogeek – khanacademy