سی پی یو چیست؟ همه چیز درباره CPU

سی پی یو یکی از مهم‌ترین معیارهای خرید دستگاه‌های هوشمند مثل لپ‌تاپ و گوشی همراه محسوب می‌شود. این سخت افزار به نوعی مهم‌ترین و گران‌ترین قطعه این لوازم الکترونیکی است که تأثیر فوق‌العاده‌ای در عملکرد مناسب آن‌ها دارد. شناخت مناسب نسبت به سی پی یو می‌تواند به شما در انتخاب دستگاه‌های هوشمند بهتر کمک کند. در مقاله «سی پی یو چیست» شما به طور کامل و با جملات مختصر و مفید، با سی پی یو و ویژگی‌ها و اجزای آن آشنا خواهید شد. با ایده آل تک همراه باشید.

سی پی یو چیست؟

در پاسخ به سوال سی پی یو چیست باید بگوییم که CPU  یا واحد پردازش مرکزی، جزء اصلی یک سیستم کامپیوتری است که دستورالعمل‌های یک برنامه دیجیتال را اجرا می‌کند. از سی پی یو غالباً به عنوان “مغز” کامپیوتر یاد می شود زیرا این قطعه مسئول پردازش و اجرای دستورالعمل‌ها و همچنین کنترل عملیات ورودی/خروجی است. CPU دائماً دستورالعمل‎‌های برنامه های رایانه ای را ردیابی می‌کند و طی این ردیابی مشخص می‌نماید که کدام داده‌ها و چگونه پردازش شوند. CPU دستورالعمل‌های اساسی را که باعث کارکرد رایانه می‌شوند، تفسیر و اجرا می‌کند.

سرعت CPU بر سرعت اجرای این دستورالعمل‌ها تأثیر می‌گذارد. به زبان ساده بدون CPU  هیچ برنامه‌ای بر روی کامپیوتر یا گوشی همراه قابل اجرا نیست. CPU نوعی ریزپردازنده محسوب می‌شود که با قرار داده شدن میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی روی یک تراشه کامپیوتری ساخته می‌شود و همین موضوع موجب می‌گردد تا محاسبات مورد نیاز برای اجرای برنامه‌هایی را که در حافظه سیستم شما ذخیره می‌شوند، انجام دهد.

اجزای اصلی سی پی یو

پس از پاسخ به سوال CPU چیست، باید به معرفی اجزای آن بپردازیم. اجزای اصلی یک CPU عبارتند از:

واحد کنترل (CU)

این قسمت توالی حرکت دستورات در داخل و خارج از پردازنده و همچنین نحوه اجرای دستورالعمل‌ها را کنترل می‌کند. واحد کنترل همچنین مسئول واکشی ورودی، تبدیل آن به سیگنال و ذخیره برای پردازش بیشتر است. واحد کنترل به نوعی مسئول بررسی و هدایت عملکرد سایر اجزای CPU مانند ALU و  رجیسترها نیز محسوب می‌شود.

واحد محاسبه و منطق (ALU)

در این واحد عملیات محاسباتی و منطقی بر روی داده‌های دریافتی از حافظه و رجیسترها انجام می‌شود.

رجیسترها (Registers)

رجیسترها مکان‌های حافظه کوچک و پرسرعتی هستند که داده‌ها را به طور موقت در طول پردازش ذخیره می‌کنند.

حافظه پنهان (Cache)

این قسمت مقدار کمی از حافظه با سرعت بالا است که داده‌ها و دستورالعمل‌های پراستفاده را برای دسترسی سریع ذخیره می‌کند.

گذرگاه‌ها (Buses)

گذرگاه‌ها  مسیرهایی هستند که اجزای مختلف CPU را به هم متصل می‌کنند و به آ‌ن‌ها اجازه می‌دهند تا با یکدیگر ارتباط داشته باشند.

ساعت (Clock)

یک کریستال کوارتز کوچک است که جریان ثابتی از پالس‌های الکتریکی را برای همگام‌سازی عملیات اجزای CPU ایجاد می‌کند.

تمامی این اجزا و مولفه‌ها در سی پی یو با یکدیگر تعامل و همکاری دارند تا داده‌ها و دستورالعمل‌ها را با سرعتی سریع به منظور حصول نتیجه دلخواه پردازش کنند. بدون این اجزا، CPU نمی‌تواند وظایف خود را به طور موثر انجام دهد.

سی پی یو چه کارهایی انجام می دهد؟

همان‌طور که پیش‌تر هم بیان شد، CPU یا واحد پردازش مرکزی جزء اصلی یک کامپیوتر است که وظایف حیاتی را انجام می دهد. CPU دستورالعمل‌ها را از حافظه واکشی و رمزگشایی می‌کند و وظایفی مانند محاسبات، مدیریت حرکت داده ها را اجرا می‌نماید. کنترل تعامل بین اجزای سخت افزاری، هماهنگی انتقال داده، دسترسی به ذخیره سازی و ارتباطات جانبی از دیگر وظایف مهم سی پی یو است. CPU های مدرن غالباً دارای چندین هسته هستند که آن‌ها را قادر می‌سازد تا وظایف را از طریق محاسبات موازی به طور همزمان پردازش کنند. به طور کلی، نقش CPU فعال کردن عملکرد نرم افزار، مدیریت جریان داده و اطمینان از عملکرد کارآمد کل سیستم کامپیوتری است.

CPU چگونه کار می کند؟

در پاسخ به سوال سی پی یو چگونه کار می کند باید بگوییم که فعالیت و کارکرد سی پی یو طبق یک سری مراحل به نام چرخه fetch-decode-execute است. براین اساس سی پی یو ابتدا دستورات را از حافظه واکشی می‌نماید. در ادامه این دستورات را رمزگشایی کرده تا معنای آن‌ها را بفهمد و سپس عملیات مربوطه را اجرا می‌کند. وظیفه واحد کنترل در سی پی یو، کنترل فرایند مذکور، هماهنگی حرکت داده‌ها و کنترل اجزا است. واحد محاسبه و منطق هم محاسبات و مقایسه‌های منطقی را طبق دستور انجام می‌دهد.

رجیسترها، داده‌ها را به طور موقت برای پردازش نگه می‌دارند. سیگنال‌های ساعت این اقدامات را همگام می‌کنند. سرعت و کارایی CPU به فرکانس ساعت و طراحی معماری قطعه بستگی دارد. وجود چند هسته در سی پی یو، پردازش موازی را امکان‌پذیر می‌کند. وجود اجزای مختلف سی پی یو در کنار هم، این قطعه را قادر می‌سازد تا دستورالعمل‌های نرم افزاری را اجرا کند، داده‌ها را پردازش نماید و عملکرد کلی کامپیوتر را مدیریت کند.

منظور از نسل سی پی یو چیست؟

نسل CPU به نسخه‌ها یا تکرارهای مختلف پردازنده‌هایی اشاره دارد که در طول زمان منتشر شده‌اند. هر نسل از CPUها از نظر عملکرد، بهره‌وری انرژی و ویژگی ها نسبت به نسل قبلی، دارای پیشرفت‌ هستند. این پیشرفت‌ها از طریق ارتقا در ریزمعماری قطعه، فرایند تولید و سایر فناور‌ی‌ها به دست می‌آیند. نسل‌های CPU معمولاً با اعدادی مانند سری Core i3، i5 و i7 اینتل شناسایی می‌شوند که اعداد بالاتر نشان‌دهنده نسل‌های جدیدتر است. توجه به نسل CPU هنگام خرید یک کامپیوتر یا ارتقاء یک CPU بسیار مهم است، زیرا نسل‌های جدیدتر معمولا عملکرد و کارایی بهتری نسبت به نسل های قدیمی ارائه می‌دهند.

کاربرد سی پی یو

CPU (واحد پردازش مرکزی) یک جزء حیاتی در برنامه‌های کاربردی متعدد است. این قطعه در کاربردهای شخصی، وظایفی مانند مرور وب، پردازش کلمه و پخش چندرسانه‌ای را انجام می‌دهد. در بازی، رندر گرافیکی، شبیه‌سازی فیزیکی و هدایت هوش مصنوعی بر عهده سی پی یو است. سرورها نیز برای پردازش داده‌ها، میزبانی (Host) وب سایت‌ها و مدیریت پایگاه‌های داده به CPUها متکی هستند. سی پی یو همچنین قادر است تا شبیه‌سازی‌های علمی، پیش‌بینی آب‌وهوا و مدل‌سازی پیچیده را انجام دهد.

در صنایعی مانند امور مالی از سی پی یو برای تجارت الگوریتمی و تجزیه و تحلیل داده‌ها استفاده می‌شود. به طور کلی در دستگاه‌های مختلف مثل گوشی‌های هوشمند گرفته و ابررایانه‌ها، نقش CPU در اجرای دستورالعمل‌ها، انجام محاسبات و فعال کردن عملکرد طیف گسترده‌ای از سیستم‌های نرم‌افزاری و سخت‌افزاری در حوزه‌های مختلف بسیار مهم است.

چه دستگاه هایی از CPU استفاده می کنند؟

واحد پردازش مرکزی، جزء حیاتی هر سیستم کامپیوتری است و مسئولیت انجام تمامی محاسبات و عملیات لازم را بر عهده دارد که به کامپیوتر اجازه می دهد تا  به درستی کار کند و وظایف را انجام دهد. با این حال، CPU فقط به کامپیوتر محدود نمی شود.  در ادامه به معرفی برخی از مهم‌ترین دستگاه‌های دارای سی پی یو خواهیم پرداخت.

• رایانه‌ها

در کامپیوترهای شخصی، لپ‌تاپ‌ها و سرورها از CPU برای پردازش داده‌ها و اجرای دستورالعمل‌ها استفاده می‌شود.

• گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها

وجود سی پی یو در این دستگاه‌ها باعث می‌شود تا آن‌ها قادر به اجرای برنامه‌های مختلف و بازی‌ها باشند.

• کنسول‌های بازی 

کنسول‌هایی مانند پلی استیشن و ایکس باکس دارای پردازنده‌های قدرتمندی هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد بازی‌ها و برنامه‌های پیچیده را اجرا کنند.

• تلویزیون‌های هوشمند

وجود سی پی یو در تلویزیون‌های هوشمند در نمایش بهتر تصاویر و امکان پردازش مناسب برنامه‌های دیگر بسیار موثر است.

• دستگاه‌های پوشیدنی 

ساعت‌های هوشمند و ردیاب‌های تناسب اندام دارای پردازنده‌هایی هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد فعالیت‌های شما را ردیابی و ارزیابی کنند.

• لوازم خانگی 

بسیاری از لوازم مدرن مانند ماشین های لباسشویی هوشمند و یخچال ها دارای CPU هستند که در کارکرد بهتر آن‌ها، تاثیر فوق‌العاده‌ای دارد.

نرخ یا سرعت ساعت در سی پی یو چیست؟

منظور از نرخ یا سرعت CPU که از آن به عنوان سرعت ساعت هم یاد می‌شود، فرکانسی است که یک CPU می‌تواند با آن دستورالعمل ها را اجرا کند. این سرعت بر حسب گیگاهرتز اندازه گیری می‌شود و تعداد چرخه‌هایی که CPU می‌تواند در ثانیه انجام دهد را نشان می‌دهد.

سرعت بالای سی پی یو بدان معناست که پردازنده می‌تواند دستورالعمل‌های بیشتری را در یک بازه زمانی معین انجام دهد. نرخ CPU نقش مهمی در تعیین عملکرد کلی یک کامپیوتر دارد و بر وظایفی مانند بارگذاری برنامه، انجام چند کار همزمان (Multi task) و سرعت محاسبات تاثیر می‌گذارد.

به این موضوع باید توجه داشت که نرخ پردازنده تنها یکی از عواملی است که به عملکرد پردازنده کمک می‌کند و عوامل دیگری مانند تعداد هسته‎ها و معماری نیز بر عملکرد کلی سی پی یو اثرگذار است.

اهمیت سی پی یو

CPU (واحد پردازش مرکزی) اهمیت بالایی در محاسبات دارد. همان‌طور که در قسمت «سی پی یو چیست» بیان شد لقب این قطعه، مغز کامپیوتر است زیرا به طور همزمان وظیفه اجرای دستورالعمل‌ها، انجام محاسبات و مدیریت داده‌ها را برعهده دارد.

سرعت سی پی یو بر وظایفی از جمله عملیات اساسی، محاسبات پیچیده و عملکرد کلی سیستم تأثیر می‌گذارد. معماری و قابلیت های CPU بر سازگاری و کارایی نرم‌افزار موثر است. همانطور که نرم افزار تکامل می‎‌یابد، CPU های قدرتمند هم امکان اجرای چند برنامه همزمان، پاسخگویی سریع‌تر برنامه‌ها و تجربه‌های چندرسانه‌ای یکپارچه را تضمین می‌کنند.

علاوه بر این، فناوری‌های نوظهور مانند هوش مصنوعی و واقعیت مجازی به CPUهای قوی متکی هستند. شما می توانید درباره ی این فناوری های نوظهور مانند هوش مصنوعی در مقاله هوش مصنوعی چیست؟ بشتر بخوانید.

هسته سی پی یو چیست؟

هسته، یک واحد پردازش مستقل در سی پی یو است که می‌تواند دستورالعمل‌ها را اجرا کند و وظایف را به طور همزمان انجام دهد. CPU های مدرن اغلب دارای چندین هسته هستند که پردازش موازی را امکان‌پذیر می‌نمایند و عملکرد کلی را افزایش می‌دهند.

هر هسته به‌طور مستقل عمل کرده و می‌تواند مجموعه دستورالعمل‌های خود را اجرا کند. وجود هسته‌های بیشتر در سی پی یو به رایانه‌ها اجازه می‌دهد تا محاسبات پیچیده را انجام دهند، رشته‌های نرم‌افزاری متعددی را اجرا کنند و پاسخگویی را بهبود بخشند.

هسته‌های CPU به نوعی به یک جنبه طراحی حیاتی تبدیل شده‌اند و محاسبات کارآمد را برای طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها، از محاسبات روزمره گرفته تا کارهای پرمصرف مانند بازی و تولید محتوا را امکان‌پذیر می‌کنند.

Hyper threading در سی پی یو چیست؟

Hyper-threading فناوری توسعه یافته توسط اینتل است که به یک هسته فیزیکی CPU اجازه می دهد تا چندین رشته مثل رشته‌های نرم‌افزاری مختلف را به طور همزمان مدیریت کند. این موضوع امکان افزایش موازی‌سازی و بهبود عملکرد را در سی پی یو  فراهم می‌آورد.

Hyper-threading سی پی یو را قادر می‌سازد تا از منابع خود بهینه‌تر استفاده کند و از طرفی اجرای چندین برنامه به طور همزمان نیز کمک می‌کند. توجه داشته باشید که Hyper-threading با پردازش چند هسته‌ای که در آن چندین هسته فیزیکی روی یک پردازنده وجود دارد، متفاوت است.

چه معیارهایی باعث می شود یک CPU بهتر از سایر سی پی یوها باشد؟

چندین معیار به بهتر شدن یک CPU نسبت به سایرین کمک می کند که بدین شرح هستند:

سرعت ساعت 

سرعت کلاک بالاتر (برحسب گیگاهرتز) نشان‌دهنده پردازش سریع‌تر است، اگرچه سایر عوامل نیز بر عملکرد تأثیر می‌گذارند.

تعداد هسته‌ها 

هسته‌های بیشتر امکان پردازش موازی، انجام همزمان چند وظیفه و انجام وظایف پیچیده را فراهم می‌کند.

طراحی معماری 

ریزمعماری بهبود یافته، کارایی کلی سی پی یو را افزایش می‌دهد.

اندازه حافظه پنهان یا Catche 

حافظه پنهان بزرگتر به ذخیره داده‌هایی که اغلب به آن‌ها دسترسی دارند کمک می‌کند و تاخیر حافظه را کاهش می‌دهد.

فرآیند تولید

گره‌های فرایند کمتر منجر به بهره‌وری بهتر توان و مدیریت حرارتی می‌شود.

مجموعه دستورالعمل 

مجموعه دستورالعمل های پیشرفته از نرم افزارهای جدیدتر پشتیبانی می کند و عملکرد را بهبود می بخشد.

توان طراحی حرارتی (TDP) 

توان طراحی حرارتی کمتر، نشان‌دهنده بهره‌وری انرژی و مدیریت حرارت بهتر است.

سازگاری 

CPUهای سازگار با نرم افزارها و پلتفرم‌های مختلف متنوع‌تر هستند.

معیارها

معیارهای عملکرد و آزمایش‌های واقعی، بینش‌هایی را در مورد قابلیت‌های CPU ارائه می‌دهد.

به منظور متعادل کردن عوامل معرفی شده، باید نوع نیاز و انتظار را از سی پی یو مشخص کرد. به عنوان مثال اگر هدف انجام بازی‌های سنگین باشد، طبیعتاً باید سراغ سی پی یوهای با تعداد هسته و سرعت بالا رفت که قیمت بیشتری هم دارند.

سوالات متداول

چرا سی پی یو من کند است؟

ممکن است CPU به دلیل عواملی مانند سخت افزار قدیمی، حافظه ناکافی و ناکارآمدی نرم افزار کند باشد. علاوه بر این، اجرای برنامه‌های کاربردی سنگین، کاهش حرارت یا بدافزار نیز می‌تواند به کندی عملکرد سی پی یو منجر شود.

سی پی یو کامپیوتر کجاست؟

CPU یک رایانه معمولاً روی مادربرد رایانه و در مجموعه فن قرار دارد تا مدیریت حرارتی آن به بهترین شکل انجام شود.

تشخیص قدرت cpu چگونه است؟

برای تشخیص قدرت CPU، سرعت ساعت (گیگاهرتز)، تعداد هسته و عملکرد این قطعه می‌توان از ابزارهای نرم‌افزاری مانند CPU-Z، HWMonitor، یا Task Manager (در ویندوز) و Activity Monitor (در macOS) استفاده

تشخیص نسل CPU چگونه است؟

برای انجام این کار، باید نام سی پی یو را بررسی کرد (به عنوان مثال Intel Core i7-9700K). برای بررسی نسل سی پی یو هم بهترین راه جستجو در اینترنت است.

روش تشخیص نوع CPU گوشی چگونه است؟

در گوشی هوشمند برای تشخیص نوع سی پی یو باید این مراحل را طی کرد.

• رفتن به Setting یا تنظیم
• ورود به قسمت About phone یا System
• جستجو Processor یا CPU

تفاوت بین Corei5 و Corei7 چیست؟

پردازنده‌های Core i7 معمولاً دارای سرعت ساعت بالاتر، هسته‌ها/رشته‌های بیشتر، حافظه پنهان بزرگ‌تر و پشتیبانی از Hyper-Threading هستند که در مقایسه با پردازنده‌های Core i5 که عملکرد متعادلی را ارائه می‌دهند، قدرتمندتر و مناسب‌تر برای کارهای سخت‌تر مانند ویرایش ویدیو و بازی هستند.