واحد پردازش مرکزی (CPU)، که اغلب به عنوان "مغز" یک سیستم کامپیوتری شناخته می شود، جزء اصلی مسئول تفسیر و اجرای بیشتر دستورات از سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر است. این بخش اصلی هر دستگاه محاسباتی از جمله سرورها، رایانه‌های شخصی، گوشی‌های هوشمند و غیره است.
سفر تاریخی واحد پردازش مرکزی (CPU)
CPU، همانطور که امروزه می شناسیم، تاریخچه ای غنی دارد که به روزهای اولیه محاسبات بازمی گردد. مفهوم پردازنده مرکزی را می توان در دهه 1940 با توسعه اولین کامپیوتر الکترونیکی همه منظوره، انیاک جستجو کرد. ENIAC از لوله های خلاء برای انجام محاسبات استفاده می کرد اما فاقد واحد پردازش متمرکز بود.
اولین دستگاهی که از یک CPU مناسب استفاده کرد، Manchester Mark 1 بود که توسط دانشگاه منچستر در سال 1949 توسعه یافت. اما در سال 1971 بود که اینتل 4004، اولین ریزپردازنده تجاری موجود را منتشر کرد، که CPU ها شروع به تبدیل شدن به یک اصطلاح خانگی کردند. این ریزپردازنده معماری 4 بیتی داشت و عمدتاً در ماشین حساب ها استفاده می شد.
از آن زمان، CPU ها طی چندین نسل تکامل یافته اند، به طور قابل توجهی در قدرت پردازش افزایش یافته، اندازه آنها کاهش یافته و از نظر انرژی کارآمدتر شده اند. این پیشرفت‌ها توسط قانون مور هدایت شده‌اند که پیش‌بینی می‌کرد تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه تقریباً هر دو سال یکبار دو برابر می‌شود.
نگاهی دقیق تر به واحد پردازش مرکزی (CPU)
CPU قطعه ای پیچیده از فناوری است که وظایف متعددی را به طور همزمان انجام می دهد تا از عملکرد روان یک دستگاه محاسباتی اطمینان حاصل کند. دستورات را از حافظه سیستم تفسیر و اجرا می کند، عملیات حسابی و منطقی را انجام می دهد و جریان داده ها را بین اجزای مختلف کامپیوتر مدیریت می کند.
CPU های مدرن از چندین هسته تشکیل شده اند که هر هسته قادر به انجام وظایف مستقل است. CPU های چند هسته ای امکان پردازش همزمان چندین کار را فراهم می کنند و عملکرد کلی سیستم را افزایش می دهند.
علاوه بر این، CPU ها با استفاده از ریزمعماری های مختلفی طراحی شده اند که رایج ترین آنها x86 (مورد استفاده توسط اینتل و AMD) و ARM (مورد استفاده در اکثر گوشی های هوشمند و تبلت ها) است.
پیچیدگی های واحد پردازش مرکزی (CPU)
CPU شامل چندین جزء کلیدی است:
-
واحد کنترل (CU): CU اجزای مختلف سخت افزاری سیستم را کنترل و مدیریت می کند. دستورالعمل ها را از حافظه تفسیر می کند و آنها را به یک سری سیگنال های کنترلی تبدیل می کند که سایر قسمت های کامپیوتر را کار می کنند.
-
واحد منطق حسابی (ALU): ALU مسئول انجام عملیات حسابی و منطقی است.
-
ثبت می کند: اینها مناطق ذخیره سازی کوچک و پرسرعت در CPU هستند که داده ها را به طور موقت در طول پردازش نگهداری می کنند.
-
حافظه پنهان: این مقدار کمی از حافظه دسترسی تصادفی پرسرعت (RAM) است که مستقیماً در داخل پردازنده برای دسترسی سریع به اطلاعات پرکاربرد ساخته شده است.
-
اتوبوس ها: اینها سیستم های ارتباطی هستند که داده ها را بین اجزای داخل رایانه یا بین رایانه ها منتقل می کنند.
ویژگی های کلیدی واحد پردازش مرکزی (CPU)
ویژگی های کلیدی یک CPU عبارتند از:
-
قدرت پردازش: با تعداد دستورالعمل هایی که یک CPU می تواند در هر ثانیه انجام دهد تعریف می شود. در درجه اول با سرعت کلاک و تعداد هسته ها تعیین می شود.
-
معماری مجموعه دستورالعمل (ISA): این بخشی از پردازنده است که انواع داده های پشتیبانی شده، ثبات ها، حالت های آدرس دهی، معماری حافظه و مجموعه دستورالعمل ها (یا دستوراتی که CPU می تواند انجام دهد) را تعریف می کند.
-
مصرف برق و اتلاف حرارت: با قدرتمندتر شدن CPU ها، گرمای بیشتری تولید می کنند. اتلاف موثر گرما و مصرف انرژی کمتر از ویژگی های ضروری CPU های مدرن هستند.
-
فناوری چند هسته ای: CPU های مدرن دارای چندین هسته هستند که امکان پردازش موازی را فراهم می کند و در نتیجه کارایی و کارایی را افزایش می دهد.
انواع واحد پردازش مرکزی (CPU)
| تایپ کنید | استفاده کنید | مثال ها |
|---|---|---|
| سی پی یو های رومیزی | در رایانه های شخصی استفاده می شود | Intel Core i7، AMD Ryzen 5 |
| سی پی یو های سرور | برای رایانه های سرور طراحی شده است و می تواند چندین کار را به طور همزمان انجام دهد | Intel Xeon، AMD EPYC |
| سی پی یو های موبایل | طراحی شده برای دستگاه های قابل حمل، اولویت کارایی برق | Apple A14 Bionic، Qualcomm Snapdragon 888 |
| پردازنده های تعبیه شده | مورد استفاده در لوازم خانگی و ماشین آلات، طراحی شده برای وظایف خاص | ARM Cortex-M |
استفاده از واحد پردازش مرکزی (CPU)
CPU ها در دنیای مدرن همه جا وجود دارند. آنها در همه چیز از کامپیوتر و گوشی های هوشمند گرفته تا ماشین ها و لوازم خانگی حضور دارند. با این حال، استفاده نادرست یا عوامل محیطی می تواند باعث مشکلاتی مانند گرم شدن بیش از حد یا استفاده بیش از حد از CPU شود.
چنین مشکلاتی معمولاً با استفاده از هیت سینک یا فن های خنک کننده برای گرم شدن بیش از حد و بهینه سازی نرم افزار یا ارتقاء سخت افزار برای استفاده بیش از حد از CPU حل می شوند.
مقایسه واحد پردازش مرکزی (CPU) با شرایط مشابه
| مدت، اصطلاح | تعریف | تفاوت های کلیدی |
|---|---|---|
| CPU | جزء اصلی یک کامپیوتر که بیشترین پردازش را انجام می دهد | دستورالعمل ها را اجرا می کند، محاسبات را انجام می دهد |
| GPU (واحد پردازش گرافیکی) | مدار الکترونیکی تخصصی طراحی شده برای دستکاری سریع و تغییر حافظه برای تسریع در ایجاد تصاویر | طراحی شده برای پردازش موازی، مورد استفاده برای رندر گرافیک |
| SoC (سیستم روی تراشه) | یک مدار مجتمع که تمام اجزای یک کامپیوتر یا سیستم دیگر را در یک تراشه واحد ترکیب می کند | CPU، GPU، حافظه و موارد دیگر را روی یک تراشه ترکیب می کند |
| FPGA (آرایه دروازه قابل برنامه ریزی میدانی) | یک مدار مجتمع که برای پیکربندی پس از ساخت طراحی شده است | بسیار قابل تنظیم، برای برنامه های خاص استفاده می شود |
چشم اندازهای آینده واحد پردازش مرکزی (CPU)
انتظار می رود CPU های آینده روند کوچک سازی، بهبود بهره وری انرژی و افزایش قدرت پردازش را ادامه دهند. محاسبات کوانتومی و پردازنده‌های مخصوص هوش مصنوعی نیز حوزه‌هایی در حال ظهور هستند که می‌توانند چشم‌انداز CPU را دوباره تعریف کنند.
واحد پردازش مرکزی (CPU) و سرورهای پروکسی
در زمینه سرورهای پروکسی، CPU نقش اساسی در مدیریت و پردازش ترافیک ورودی و خروجی ایفا می کند. قدرت CPU بالاتر به سرور پروکسی اجازه می دهد تا اتصالات همزمان بیشتری را انجام دهد و وظایف پیچیده تری مانند بازرسی عمیق بسته و رمزگذاری/رمزگشایی انجام دهد و عملکرد کلی و امنیت سرور را بهبود بخشد.
