توضیحات تکمیلی در مورد پردازنده ها(cpu) باید بدانیم

[korosharia 10]

هر آنچه که باید در مورد پردازنده ها(CPU)بدانیم!

 

 

 

مقدمه:

پردازنده یا واحد پردازنده مرکزی (CPU) اصلی ترین بخش کامپیوتر است . این قطعه وظایف مهمی از قبیل عملکرد های ریاضی ، منطقی ، مقایسه ای و محاسبه های مربوط به آدرس دهی در کامپیوتر را به عهده دارد . CPU مهم ترین تراشه بر روی برد اصلی هر کامپیوتر می باشد و آن مدیریت کلیه مراحل پردازش داده ها را به عهده دارد . این قطعه به صورت مستقیم و یا غیر مسقیم سایر قطعات روی برد اصلی و سایر قسمتهای کامپیوتر را نظارت و مقداردهی می کند . پردازنده ها هر چند دارای ابعاد فیزیکی بسیار کوچکی هستند ولی از ابتدایی ترین آنها که از ۲۹۰۰۰ ترانزیستور تا انواع پیشرفته آنها که ۷/۵ میلیون ترانزیستور می باشد ، ابعاد فیزیکی آنها بسیار محدود و در حد ۲ تا ۳ اینچ مربع می باشند .

CPU (واحد پردازش مرکزی) در یک کلام مغز کامپیوتر است! قطعه*ای کوچک با وظیفه*ای بزرگ؛ پردازش هر دستوری که به آن ارسال می*شود. در این مقاله با ما باشید تا به صورت خلاصه با CPU و نحوه کار آن آشنا شوید.

 

 

1-processor_module-SGI-034-0888-004-NEC-D30700RS-200-CPU-front-300x294.jpg

 

ریزپردازنده واحد پردازش مرکزی (CPU) در رایانه است. ریزپردازنده*ها تراشه*های کوچکی هستند که می*توانند عملیات حسابی و منطقی را انجام دهند. این تراشه*ها خود از تعداد بسیار زیادی ترانزیستور ساخته شده*اند.

ریزپردازنده قلب هر رایانه دستی یا رومیزی است که به عنوان واحد پردازشگر مرکزی شناخته شده است. یک دستگاه محاسبه*ای کامل است که روی یک تراشه واحد ساخته می*شود و مجموع دستورات دستگاه را اجرا می*کند. سه کار مهم را انجام می*دهد یکی اینکه از واحد همبستگی منطقی/ حساب، استفاده می*کند یعنی کارهای وابسته به ریاضی چون جمع، تفریق، ضرب و تقسیم*کردن را انجام می*دهد, دوم می*تواند اطلاعات را از مکان یک حافظه به حافظه دیگر انتقال دهد و سوم اینکه می*تواند تصمیم بگیرد و به یک سری از دستورات جدید که براساس آن تصمیمات است جهش کند.

فناوری پردازنده*ها بر پایه حداقل طول کانال ترانزیستورهای آنها که معمولاً “mosfet” هستند سنجیده می*شوند. در واحدهای پردازش مرکزی P4 عادی این مقدار ۰٫۱۸ میکرون است. در پردازنده*های جدید این مقدار به ۹۰ نانومتر کاهش پیدا کرده است و هم اکنون نیز سعی بر کاهش آن است. یکی دیگر از معیارهای فناوری پردازنده*ها حداکثر بسامد پالس ساعت (Clock Pulse) است. هرچه این مقدار بیشتر باشد واحدهای منطقی داخلی سریع تر به ورودی*ها واکنش می*دهند.

یکی از مسایل مهم در طراحی ریزپردازنده ها، کنترل دمای داخل cpu است. بدلیل افزایش روزافزون سرعت آنها، دمای داخلی هم زیاد می**شود و باید برای جلوگیری از سوختن آن فکری کرد. یکی از راهکارها ایجاد مکانیزمی است که بتواند حرارت داخل را به بیرون هدایت کند. از جمله نصب گرماگیر (hitsink) روی سطح خارجی cpu و همچنین قرار دادن لوله*های نازک دارای آب در داخل آن از این قبیل هستند.

پردازنده ی کامپیوتر مانند مغز انسان کار می کند و وظیفه ی آن پردازش اطلاعات دریافتی است هنگامی که شما با رایانه بازی می کنید پردازنده اطلاعتمربوط به بازی را از پوشه ای که شما بازی را درآن نصب کرده اید می خواند واین اطلاعات را باز کرده و بازی را به صورت تصاویری بر روی مانیتور شما نشان میدهد.و همین طور هنگامی که شما به انجام هر فعالیتی با رایانه ی خود هستید در واقع در حال دستور دادن به پردازنده رایانه خود هستید.

آیا تا به حال فکر کرده اید که چرا کامپیوترتان هنگ میکند؟ دلیل این است که پردازنده ی رایانه شما با حجم زیادی از دستورات واطلاعات شما مواجه شده است ودیگر نمیتواند آنچه را که به آن دستور میدهید انجام دهد و در نتیجه قفل میکند.

پردازنده ها بهمیزان قدرت و سرعت پردازش سنجیده میشوند در حال حاضر پردازنده های قدرتمندی در بازار موجود است که میتواند بیش از ۲۰ فعالیت را به طور همزمان انجام دهد.

اصول اولیه

به طور کلی، CPU کامپیوتر در حقیقت خود کامپیوتر است! CPU که با نام پردازنده نیز شناخته می*شود شامل هزاران ترانزیستور است که متناوباً نیروی برق را مسدود کرده یا انتقال می*دهند. CPU شما می*تواند سیگنالهای الکتریکی را دریافت ،سپس آن*ها را به چیز دیگری تبدیل کرده تا بتواند وظایف مورد نظر شما را بر روی کامپیوترتان انجام دهد.

ریزپردازنده واحد پردازش مرکزی (CPU) در رایانه است. ریزپردازنده*ها تراشه*های کوچکی هستند که می*توانند عملیات حسابی و منطقی را انجام دهند. این تراشه*ها خود از تعداد بسیار زیادی ترانزیستور ساخته شده*اند.

کلمه CPU به معنای چیست؟

کلمه CPU مخفف عبارت Central Processing Unit به معنای “واحد پردازش مرکزی” است. همچنین این قطعه با نام*های زیر نیز شناخته می*شود:

Computer Processor (پردازنده کامپیوتر)

Central Processor (پردازنده مرکزی)

Brain of Computer (مغز کامپیوتر)

Processor (پردازنده)

Micro Processor (ریز پردازنده)

کلمه*ای که معمولا به*جای CPU مورد استفاده قرار می*گیرد Processor است. دلیل آن*که از CPU به عنوان مغز کامپیوتر یاد می*شود، این است که CPU مهمترین وظیفه یک کامپیوتر را به عهده دارد یعنی پردازش!

 

2-DT_Haswell_i7_FB-640x539-300x252.jpg

 

CPU چیست؟

هر سیستم اطلاعاتی برای پردازش دستورات (عملکردهای منطقی، ریاضی و …) نیاز به یک پردازنده (Processor) دارد. این وظیفه در کامپیوترها بر عهده CPU است.

CPU تقریبا تمامی دستورات داده شده بوسیله نرم*افزارها و سخت*افزارها را با استفاده از عملکردهای منطقی، محاسبات ریاضی و مقایسات پردازش می*کند.

CPU با استفاده از یک واحد ALU که مخفف Arithmetic & Logic Unit و به معنای “واحد محاسبه و منطق” است، تمامی دستورات ورودی را محاسبه، مقایسه یا بر طبق عملکردهای منطقی تصمیم گیری کرده و سپس در صورت نیاز، خروجی را تحویل می*دهد. این فرایند بر روی ثبات*های پردازنده به عنوان میزکار سی پی یو انجام می*شود. منظور از عملکردهای ریاضی، همان چند عمل ساده مثل ضرب، تقسیم، جمع و تفریق است.

برای درک بهتر عملکرد CPU ، می*توانید مغز انسان را به یاد آورید. ممکن است انسان بتواند بدون برخی از اعضای دیگر (در کامپیوتر مانند حافظه*های جانبی و…)، به حیات خود ادامه دهد اما بدون مغز، امکان زندگی صفر است. در واقع شما نمی*توانید هیچ تصمیمی بگیرید، اطلاعات را پردازش کنید، تصاویر را درک کنید، به سایر اعضا دستور بدهید و … . مغز یک پردازنده قوی همانند CPU است.

مغز، یک سی پی یو قوی!

در سیستم*های بزرگ مانند سرورها ممکن است چندین CPU استفاده شود اما در سیستم های شخصی (PC مخفف Personal Computer ) معمولاً فقط یک فضا (Slot) برای CPU بر روی برد اصلی (Motherboard یا Mainboard) وجود دارد.

پین های یک سی پی یو

هر Motherboard معمولاً فقط یک Slot برای اتصال به CPU دارد که محدوده خاصی از انواع CPU ها را پشتیبانی می*کند. یکی از مهمترین نکاتی که در هنگام خرید Motherboard یا CPU ویا تعوض و آپگرید (Upgrade) پردازنده باید مورد توجه قرار گیرد، نوع پردازنده پشتیبانی شده توسط Motherboard است. ممکن است پردازنده*ای که قصد خرید را دارید، توسط مادربرد شما پشتیبانی نشود.

شاخص*های پردازنده

پردازنده*ها معمولاً دارای ۳ شاخص مهم هستند که بر روی قیمت آن*ها نیز تاثیر بسیاری می*گذارند. این سه شاخص عبارت اند از:

سرعت پردازنده

 

یکی از مهمترین عوامل در انتخاب و خرید یک پردازنده سرعت کلاک (Clock Speed) آن است که برای همه هسته*های آن معمولاً عددی ثابت است. سرعت پردازنده نشانگر تعداد عملی است که یک هسته می*تواند در هر ثانیه انجام دهد و واحد آن هرتز (Hertz) است که معمولاً به صورت مگاهرتز (MHz – میلیون هرتز) یا گیگاهرتز (GHz – میلیارد هرتز) بیان می*شود.

برای مثال پردازنده*ای که سرعت آن ۲٫۵ گیگاهرتز است، می*تواند در هر ثانیه ۲ میلیارد و نیم (۲۸۰۰۰۰۰۰۰۰) دستور را پردازش کند. درصورتی که پردازنده دارای هسته*های بیشتر باشد، هر هسته می*تواند بصورت مجزا ۲۸۰۰۰۰۰۰۰۰ دستور را پردازش کند.

 

3-cpu.jpg

 

 

گاهی سرعت پردازنده ها معادل سرعت پردازنده مشابه Intel بر روی آن چاپ می شود. در این پردازنده ها که شبیه پردازنده های پنتیوم Intel هستند ، برای نشان دادن سرعت AMD-K5 که در سطر دوم آن عبارت PR100 چاپ شده است ، بدین معنی است که این پردازنده دارای سرعتی معادل سرعت پردازنده های پنتیوم اینتل با سرعت ۱۰۰MHZ می باشد . هر چند ممکن است سرعت واقعی این پردازنده کمتر باشد . چنانچه بعد از PR100 علامت + هم داشته باشیم یعنی سرعت این پردازنده حتی از پردازنده اینتل با سرعت ۱۰۰MHZ هم بیشتر می باشد .

حافظه نهان

مورد دیگری که معمولاً از سرعت نیز بیشتر مورد توجه قرار می*گیرد، حافظه نهان (Cache) پردازنده است. حافظه نهان می*تواند دارای چند لایه باشد که با حرف L نشان داده می*شود. معمولاً پردازنده*ها تا ۳ لایه حافظه نهان دارند که لایه اول (L1) نسبت به دوم (L2) و دوم نیز نسبت به سوم (L3) دارای سرعت بیشتر و حافظه کمتری است. حافظه نهان معمولاً تا چند ده مگابایت می*تواند فضا برای ذخیره کردن داشته باشد که هرچه این فضا بیشتر باشد، قیمت پردازنده نیز بالاتر خواهد رفت.

حافظه کش وظیفه حفظ داده را دارد و به دلیل اینکه سرعت آن بسیار بیشتر از حافظه اصلی (RAM) است، بنابراین تاخیر در اجرای دستورات را بسیار می*کاهد. پردازنده برای بدست آوردن داده، ابتدا حافظه نهان خود را چک می*کند و در صورتی که در آن حافظه، داده مورد نظر وجود نداشته باشد به سراخ حافظه اصلی می*رود. به این صورت حافظه نهان بر روی سرعت پردازنده تاثیر زیادی دارد.

برای مثال پردازنده اینتل i7-2600 دارای دو ست ۴ * ۳۲ کیلوبایت برای حافظه نهان لایه اول (L1) که یکی وظیفه حفظ داده و دیگری وظیفه حفظ دستورات را دارد. این پردازنده دارای ۴ * ۲۵۶ کیلوبایت حافظه لایه دوم (L2) بوده و ۸ مگابایت حافظه لایه سوم (L3) دارد.

هسته*های پردازشی

هسته*های پردازنده، درواقع پردازنده*های مستقلی هستند که هر یک به صورت جداگانه دستورات را پردازش می*کند. امروزه پردازنده*ها معمولاً دارای بیش از یک هسته هستند که به کاربران این امکان را فراهم می*کنند که مجموعه دستورات یا برنامه*های خود را با استفاده از پردازش موازی (Parallel Computing) سریع تر از قبل اجرا کنند. البته داشتن هسته*های بیشتر به معنای افزایش کارایی کلی پردازنده نیست. چون بسیاری از برنامه*ها هنوز از پردازش موازی استفاده نمی*کنند. یعنی عملاً سایر هسته*ها کار به مراتب کمتری نسبت به یک هسته انجام می*دهند

مشخصه با اهمیت ریز پردازنده ها عبارتند از :

× . سرعت .

× . پهنای گذرگاه داده .

× . پهنای گذرگاه آدرس .

× . ماکزیمم حافظه .

علاوه بر این مشخصه ها تعداد ترانزیستور با کار گرفته شده ، cache داخلی ، پهنای پالس ، اندازه رجیستر های داخلی در پردازنده ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند . همه پردازنده ها سه عمل اساسی را انجام می دهند :

× . انتقال اطلاعات

× . حساب و منطق

× . تصمیم گیری

مشخصات فنی پردازنده ها

پردازنده ها به عنوان یکی از اصلی ترین عناصر در یک کامپیوتر به صورت یک تراشه به شکل مربع روی برد اصلی قرار می گیرد . معمولا هر پردازنده دارای خصوصیات ویژه ای است که توسط تعدادی حروف و ارقام که بر روی هر کدام از آن ها چاپ شده ، مشخص می شوند .

 

 

این اطلاعات شامل موارد زیر می باشد :

 

- نام شرکت سازنده .

– نسل پردازنده .

– مدل و نوع پردازنده .

– سرعت پردازنده (MHZ ) .

– ولتاژ مورد نیاز پردازنده .

– شماره سریال پردازنده .

نسل پردازنده

پردازنده ها بسته به تنوع در مدل و عملکرد آن ها دارای مدل های مختلفی می باشند . معمولا هر گاه یک تغییر اساسی در ساختار یا پردازنده به وجود آمده است نسل جدیدی برای آن نام گذاری شده است . معمولا نسل های مختلف پردازنده ها را با نام ، علائم یا شماره های مختلف نشان می دهند . شرکتهای سازنده پردازنده تولیدات خود را بر اساس یک روش استاندارد نام گذاری می کنند . مثلا شرکت Intel تولیداتش را به صورت ۸۰×۸۶ و شرکت Motorola به صورت ۶۸xxx نام گذاری می کنند ، که معمولا علامت x جایگزین نسل و مدل پردازنده می شود . مثلا در مورد پردازنده های Intel نسل های اول تا هفتم به صورت زیر می باشد :

همانگونه که مشاهده می کنید از نسل چهارم (۸۰۴۸۶) به بعد نامگذاری پردازنده های Intel به صورت ۸۰×۸۶ نمی باشد بلکه از نام پنتیوم استفاده شده است .

مدل پردازنده

هر کدام از نسل های پردازنده دارای مدلهای مختلفی می باشد که دارای مشخصات متفاوت می باشند . مثلا در مورد پردازنده و ۸۰۳۸۶ مدلهای DX , SX و برای ۸۰۴۸۶ مدلهای SX , DX , DXII , DX4 , DX5 برای پنتیوم (نسل پنجم) مدل های پنتیوم کلاسیک و MMX ، برای نسل ششم مدل های پنتیوم پرو ، پنتیوم II و پنتیوم III پنتیوم سلرون برای نسل هفتم مدل اتیانیوم را می توان اشاره نمود .

 

ولتاژ پردازنده

پردازنده های قدیمی (قبل از کار ۴۶۸DX4) با ولتاژ ۵v کار می کردند . پردازنده هایی که بعد از ۴۸۶DX4 به بازار ارائه شد با ولتاژ ۳٫۳v کار می کردند . امروزه پردازنده های K6 از شرکت AMD با ولتاژهای پایین تر از ۳٫۳v (2.2v می کنند . طبیعی است هر چه پردازنده با ولتاژ کمتری کار کند توان مصرفی آن کمتر شده و در نتیجه پردازنده کمتر داغ می شود .

CPU چگونه کار می*کند؟

در پروسه پردازش دستورات در CPU چهار مرحله اصلی وجود دارد: ۱- فراخوانی ۲- رمزگشایی ۳- پردازش و اجرا ۴- بازنویسی

این چهار مرحله اصلی به ترتیب اجرا شده و فرآیند پردازش دستور به اتمام می*رسد.

 

مرحله اول: فراخوانی

 

در مرحله اول، پردازنده دستوری که باید پردازش کند را از طرف حافظه مربوط به یک برنامه (از طریق RAM یا به صورت مستقیم) دریافت می*کند. این برنامه ممکن است در حداقل شرایط یک دستور و در حداکثر شرایط بینهایت دستور را برای پردازش به CPU ارسال کند. به همین دلیل هر یک از این دستورها باید در محل*های جداگانه آدرس دهی شوند. اما مشکل اینجاست که واحد پردازشی CPU نمی*داند کدام دستورات را در کدام یک از آدرس ها باید به ترتیب اجرا کند. برای حل این مشکل یک واحد دیگر به نام PC که مخفف عبارت Program Counter به معنای “شمارنده برنامه” است، وجود دارد. این واحد مسئول حفظ ترتیب و وضعیت دستوراتی است که به پردازنده ارسال می*شوند. به طور ساده، واحد پردازشی CPU هر یک از آدرس*هایی که برای پردازش نیاز دارد را از طریق این واحد شمارنده بدست می*آورد.

 

مرحله دوم: رمزگشایی

 

پس از دریافت دستورات، CPU باید بتواند این دستور را درک کند. واحد پردازنده CPU دستورات را در حالت کدهایی OP ( به معنای کدهای پردازشی یا Operation Codes) می*تواند پردازش کند. کدهای پردازشی زبان قابل درک ماشین و سخت افزارها هستند.

نوشتن برنامه*ها به زبان باینری بسیار سخت است به همین خاطر زبان*های برنامه نویسی سطح بالایی وجود دارد که نوشتن برنامه را آسان*تر می*کند. زبان*های برنامه نویسی مختلفی وجود دارد که سازندگان برنامه*ها می*توانند از آن*ها استفاده کنند. به همین دلیل واحدی به نام Assembler (تبدیل کننده به اسمبلی) وجود دارد که ابتدا دستورات را به زبان سطح پایین اسمبلی (Assembly) تبدیل کرده سپس واحد دیگری این دستورات اسمبلی را به کدهای OP تبدیل می*کند. حال این دستورات که به صورت کدهای OP در آمده اند، آماده پردازش در واحد پردازنده CPU هستند.

 

مرحله سوم: پردازش و اجرا

 

مرحله سوم و البته مهمترین مرحله، پردازش و اجرا است. در این مرحله واحد پردازنده CPU یک دستور باینری را از یک آدرس مخصوص در دست دارد. این واحد تمامی دستورات را به کمک واحد ALU (مخفف Arithmetic & Logic Unit و به معنای “واحد محاسبه و منطق”)، پردازش می*کند.

ممکن است درحین پردازش، نیاز به یک دستور دیگر باشد که در این صورت Program counter دستور مورد نیاز را در اختیار واحد پردازنده CPU قرار می*دهد یا ممکن است واحد پردازش، دستورات را برای زمان دیگری در ثبات*های (Registers) داخلی خود ذخیره کند.

 

مرحله چهارم: بازنویسی

 

معمولا هر دستور یک مقدار خروجی دارد که در این مرحله این مقدار خروجی در حافظه جانبی کامپیوتر (مانند هارد دیسک*ها، دیسک*های حالت جامد و…) ذخیره یا به سایر قطعات ارسال می*شود. برای نمونه فرض کنید که یک دستور برای نشان دادن یک عبارت به CPU برای پردازش ارسال می*شود. CPU پس از پردازش این دستور، همان عبارت را به عنوان خروجی بازمی*گرداند یا به فرض، یک عمل ریاضی به عنوان مثال ۲ ضرب در ۲ به CPU برای پردازش ارسال می*شود. حال CPU پس از پردازش عدد ۴ را به عنوان خروجی برمی*گرداند.

در اغلب موارد، CPU این مقدار خروجی را که از مرحله اجرا و پردازش بدست آورده است را در ثبات*های خود ذخیره می*کند. با این کار، CPU می*تواند از این خروجی*ها به سرعت در دستورات دیگر استفاده کند. فرض کنید یک عملیات مقایسه به CPU برای پردازش ارسال می*شود. در این گونه موارد، CPU از مقادیر خروجی قبلی که در ثبات*های خود ذخیره کرده استفاده می*کند تا نتیجه مقایسه را در یکی از ثبات*های دیگر خود، یا به عنوان خروجی باز گرداند.

در این چهار مرحله اصلی، پردازنده فقط یک دستور که از Program Counter ارسال شده را پردازش می*کند. پس از اتمام این چهار مرحله، درصورتی که دستور دیگری در صف پردازش وجود داشته باشد، توسط PC به سی پی یو داده می*شود و مراحل از اول شروع می*شوند تا زمانی که تمامی دستورات پردازش شوند.

 

اجرا

پردازنده بسته به اینکه چه دستوری دریافت کرده باشد یکی از سه عمل زیر را انجام می*دهد:

انجام پیچیده*ترین محاسبات ریاضی با استفاده از ALU یا واحد محاسبه و منطق

انتقال داده از مکانی به مکان دیگر در حافظه

جهش به آدرس*های مختلف در برنامه بنابر تصمیمی که خود پردازنده می*گیرد

فاکتورهای مهم در یک CPU :

هر CPU با یک سری از خصوصیات و فاکتورهایی در ساختار طراحی و تولید خود شناخته می شود که مهمترین فاکتورها عبارتند از :

– پهنای گذرگاه داده : این خصوصیات به مشخصات ALU و رجیسترهای مرتبط با آن بستگی دارد و بیانگر این است که اطلاعات پردازش شده توسط CPU چند بیتی است . به عنوان نمونه یک CPU که گذرگاه دادهء آن ۱۶ بیتی است ، توانایی پردازش اطلاعات و دستورات را به صورت ۱۶ بیتی دارد و به همین دلیل به آن پردازندهء ۱۶ بیتی اطلاق می شود .

– پهنای گذرگاه آدرس : همانطور که در شکل نیز نشان داده شد ، اطلاعات و همچنین دسوترالعمل های اجرایی در واحد های خارجی از CPU نگهداری می شوند . توسط گذرگاه آدرس می توان حافظه ها و پورت های خروجی را آدرس دهی کرد تا به این وسیله بتوان به آنها نظم بخشید و با آنها ارتباط برقرار کرد . پهنای گذرگاه آدرس ، نشان دهندهء توانایی CPU در آدرس دهی حافظه ها و یا پورت های خارجی می باشد . به عنوان نمونه یک CPU با گذرگاه ۱۶ بیتی ، توانایی آدرس دهی ۶۵۵۳۶ خانه از حافظهء خارجی را دارد .

– فرکانس کاری : فرکانس کاری یک CPU بیانگر سرعت کاری آن است و هر میزان بالاتر باشد ، CPU سریعتر عمل می کند و اطلاعات را پردازش می کند . در حال حاضر CPU های ساخته شده تا محدودهء سرعت چند میلیون دستور در ثانیه به پردازش اطلاعات می پردازند .

– شرکت سازنده : که بیانگر این است که CPU توسط کدام کمپانی ساخته شده است و به کدام خانواده از CPU ها تعلق دارد که معروف ترین آنها عبارتند از Intel ،IBM ، AMD ، Syrex ، Motorola، IDT، NIC ، IIT .

البته طراحی و خصوصیات یک CPU به شرایطی که قرار است در ان به کار گرفته شود بستگی دارد و سرعت و … با توجه به این موضوع تعیین می شود . به عنوان مثال CPU هایی که باید در ابر کامپیوتر ها به کار گرفته می شوند با CPU هایی که در سیستم های کنترلی کوچک به کار گرفته می شوند دارای تفاوت های بسیار در سطح قدرت پردازش هستند ، اما هر کدام با توجه به شرایط کاری خود طراحی شده اند .

بر همین اساس در سیستم های پردازشی کوچک به جای پردازنده ها ، از ریز پردازنده ها استفاده می شود که دارای سرعت ، حجم و امکانات کمتری نسبت به پردازنده های معمول هستند ، اما با این حال به خوبی از عهدهء کنترل سیستمهای کوچک بر می ایند و در ساخت اینگونه سیستم ها به کار گیری آنها بسیار با صرفه تر و آسانتر از به کار گیری پردازنده ها است .

نمونه ای از این ریز پردازنده ها ، Z80 و ۸۰۸۶ هستند که از نظر ساختاری بسیار منطبق با مطالب گفته شده هستند . به طور مثال بلوک دیاگرام داخلی ریز پردازندهء Z80 در شکل زیر نشان داده شده است :

6-cpu-001-300x248.jpg

 

ظرفیت

ظرفیت۱ زمانی مطرح می*شود که می*خواهید تعداد بیت*های اطلاعاتی که CPU می*تواند در یک چرخه پردازش نماید را بررسی کنید. جالب است بدانید هرچه بیت*هایی که CPU پردازش می*کند بیشتر باشد ، کامپیوتر شما سریع*تر بوده و می*تواند فرایندهای بیشتری را در هر زمان مدیریت کند. از سال ۲۰۱۲ اغلب کامپیوترهای جدید مبتنی بر تراشه*های ۶۴ بیتی بوده*اند. یکی دیگر از فاکتورها در این بین سرعتی است که ریزتراشه*های کامپیوتر شما بر مبنای آن کار می*کنند؛ که باعث می*شود پردازنده*ی شما سریع*تر و سرعت فرایندهایی که قادر به اجرای آن*ها هستید نیز بیشتر باشند. علاوه بر این، تعداد هسته نیز یکی دیگر از نکات مهم در این بین است چرا که، هر چه تعداد هسته*های کامپیوتر شما بیشتر باشد، قادر به انجام و مدیریت فرایندهای بیشتری خواهید بود.

 

بررسی ظرفیت : MAC

 

به حداکثر رساندن ظرفیت CPU به این معناست که شما ممکن است قادر به اجرای همزمان برنامه*های مختلف یا دیگر اعمال چند وظیفه*ای نباشید، در حالی که بررسی ظرفیتCPU هیچ ضرری نداشته و بسیار هم ساده است. برای انجام این کار بر روی کامپیوترهای MAC باید Activity Monitor از پوشه*ی Applications را بازکرده، سپس بر روی تب ” CPU” کلیک نمایید. در این قسمت می*توانید ببینید که هر یک از اپلیکیشن های باز فعلی چند درصد از CPU شما را مورد استفاده قرار می*دهند. اگر فکر می*کنید اپلیکیشن های باز موجود ظرفیت بالایی از CPU را اشغال کرده و احتیاجی به آن*ها ندارید، می*توانید آن*ها را ببندید.

 

بررسی ظرفیت: PC

 

به طور معمول امکان نظارت بر سربار ظرفیت یا دیگر بنچمارک ها به عنوان یک قابلیت توکار برای کاربران PC ها (کامپیوترهای شخصی) وجود ندارد! هر چند اپلیکیشن های ثالثی برای این کار وجود دارند که به شما اجازه می*دهند تا این کارها را انجام دهید. IpMonitor، System Monitor انویدیا و PC Wizard شرکت CPUID نمونه*هایی از ابزارهای موجود در این بین هستند.

ALU چیست؟

cpu دارای بخشی بنام ALU ( واحد محاسبه/ منطق ) است.بخش ALU در cpu عهده دار انجام اعمال حسابی مانند جمع و تفریق و تقسیم و ضرب و اعمال منطقی مانند AND و OR و NOT می باشد.

تکنولوژی بکار رفته در cpu های دو هسته ای

در چندین ماه گذشته پیشرفت های جدیدی در طراحی پروسسورها، بویژه از طرف شرکت AMD حاصل شد. این شرکت علاوه بر اینکه یک cpu با طراحی کاملا ْ۶۴ بیتی عرضه کرد که باعث برتری یافتن این شرکت در بازار کامپیوترهای رومیزی پیشرفته گردید، همچنین در حذف کنترل کننده*های حافظه (MCH) پیشقدم شد که در عملکرد Athlon ۶۴ و چیپهای optron یک پیشرفت قابل ملاحظه نسبت به پروسسورهای intel به حساب می*آید. اینتل به طور متقابل پروسسور سازگار ۶۴ بیتی را عرضه نمود. به تازگی نیز هر دو شرکت پردازشگرهای دوهسته ای را عرضه نموده*اند، این پروسسورها بهتر از آن چیزی که شما انتظار دارید کار می*کنند. پروسسورهای اینتل و AMD هر دو دارای دو هسته پروسسور، در حال کار در یک قالب می*باشند که هر یک از هسته*ها بصورت مستقل توابع و پردازشهای داده را انجام می*دهند (در مورد اینتل این مورد کامل تر است) و هر دو این هسته*ها توسط نرم افزار سیستم عامل هم آهنگ می گردند.

در حال حاضر AMD فقط پروسورهای کلاس سرور opteron با دو هسته را بطور کامل به بازار عرضه کرده و بزودی۲*۶۴ Athlon برای کامپیوترهای رومیزی را نیز به بازار عرضه می کند. در طرف مقابل اینتل در حال حاضر پنتیوم۸۴۰ Extreme Edition رومیزی با دو هسته را به بازار عرضه نموده در حالی که خطهای تولید Pentium D و dual xeons هنوز متوقف نشده اند.

این شرکت علاوه بر اینکه یک cpu با طراحی کاملا ً۶۴ بیتی عرضه کرد که باعث برتری یافتن این شرکت در بازار کامپیوترهای رومیزی پیشرفته گردید، همچنین در حذف کنترل کننده های حافظه (MCH) پیشقدم شد که در عملکرد۶۴ Athlon و چیپهای optron یک پیشرفت قابل ملاحظه نسبت به پروسسورهای intel به حساب می آید. اینتل به طور متقابل پروسسور سازگار ۶۴ بیتی را عرضه نمود. به تازگی نیز هر دو شرکت پردازشگرهای دوهسته ای را عرضه نموده اند، این پروسسورها بهتر از آن چیزی که شما انتظار دارید کار می کنند. پروسسورهای اینتل و AMD هر دو دارای دو هسته پروسسور، در حال کار در یک قالب می باشند که هر یک از هسته ها به صورت مستقل توابع و پردازشهای داده را انجام می دهند (در مورد اینتل این مورد کامل تر است) و هر دو این هسته ها توسط نرم افزار سیستم عامل هم آهنگ می گردند.

 

 

( محدودیت اصلیSMP در پشتیبانی سیستم عاملها و نرم افزارها از این تکنولوژی می باشد. خیلی از سیستم عاملها (مانند ویندوز XP سری خانگی) توانایی پشتیبانی از SMP را ندارند و از دومین پردازشگر استفاده نمی کنند. همچنین بیشتر برنامه های پیشرفته به صورت تک رشته ای کار می کنند، در اصل در هر زمان فقط یک پردازشگر در حالت فعال می باشد. برنامه های چند رشته ای از پتانسیل موجود در سیستم های دو یا چند پرازشگر، می توانند نتایج مفیدتری بگیرند، ولی به صورت کامل عمومیت ندارد. در گذشته intel و AMD سعی داشته اند تا تکنولوژی جدیدی مثل SMD را بیشتر برای پردازشگرهای سرور پیشرفته مانند opteron و Xeon استفاده نمایند (تا قبل از پنتیوم ۳).

 

Hyperthreading

این تکنولوژی بصورت اختصاصی توسط اینتل در پردازشگرهای چند هسته ای به کار گرفته شده است. این تکنولوژی قبلاً نیز توسط این شرکت بکار گرفته شده بود. اینتل برای آنکه از منابع CPU به شیوه بهتری استفاده نماید فقط قسمتهایی که کار پردازش اطلاعات را انجام می دهد را تکثیر کرده است. یعنی آنکه منابع داده در داخل CPU به صورت مشترک استفاده می شد. ایده hyperthreading برای دو برابرکردن مقدار فعالیت چیپ می باشد تا آنکه کاهش عملکرد سیستم که در اثر فقدان حافظه Cash روی می دهد کمتر گردد همچنین به صورت تئوری نشان داده شده که منابع سیستم کمتر تلف می گردند. در صورتی که CPU های hyperthreading مانند دو پروسسور حقیقی به نظر می رسد. ولی این CPU ها نمی توانند عملکردی مشابه دو CPU مجزا مانند CPU های دوهسته ای داشته باشند. زیرا در CPU های دو هسته ای دو Threads مشابه به طور همزمان و با Cash های جداگانه L۱ و L۲ می توانند اجرا گردند که این عمل در پردازشگرهای hyperthreading قابل انجام نمی باشد. یکی از چیپهای اینتل به نام ، پردازشگر پنتیوم Extreme Edition۸۴۰ ، در داخل هر هسته خود از تکنولوژی hyperthreading نیز پشتیبانی می کند، یعنی آنکه در یک سیستم عامل آن به صورت چهار پردازشگر حقیقی دیده می شود. دو چیپ در یک قالب چرا؟چرا دو شرکت اینتل و AMD به طور ناگهانی شروع به توزیع پردازشگرهای دو هسته ای کردند؟

اول از همه رقابت چنانچه بعداًِ بیان خواهیم کرد AMD از ابتدا توانایی بالقوه دوهسته ای را در پردازشگرهای ۶۴ بیتی خود داشت. ساختمان ورودی و خروجی برای دومین هسته در CPU های فعلی ۶۴ بیتی AMD موجود می باشد.

هیچ شرکتی نمی تواند دیگران را از به دست آوردن تکنولوژی های جدید منع نماید و AMD در حال حاضر با موفقیت چشمگیر خط تولید پرداشگرهای ۶۴ بیتی آسودگی را از intel سلب نموده است.

برای اینتل ضروری می باشد که دارای یک تولید تخصصی در تکنولوژی دوهسته ای باشد تا رقابت با شرکای تجاری خود را حفظ نماید. دوم، کارایی می باشد. مطمئناً برنامه های کاربردی چند رشته ای در پردازشگرهایی که توانایی انجام چند پردازش را دارند در پردازشگرهایی که یک پردازش را در هر زمان انجام می دهند، بهتر عمل خواهند نمود.البته برای سیستم های چند پردازشگره یک ایراد عمومی وجود دارد و آن تاخیری می باشد که این CPU ها در اجرای کار سیستم بوجود می آورند. به بیان ساده در حال حاضر روشی برای سیستم عامل های موجود وجود ندارند تا پردازشها را بطور کاملا ًمساوی در بین پردازشگرها تقسیم نماید، پردازشگر دوم عموماً بایک مداخله کمتر و کارایی پایین تر کارمی کند، در صورتی که ممکن است پردازشگر اول بصورت ۱۰۰% در حال پردازش باشد.سومین دلیل کمتر نمایان است، ناامیدی AMD و اینتل می باشد، هر دو شرکت با یک مانع جدی برای افزایش سرعت پردازشگرها و کوچکتر کردن اندازه قالب آنها روبرو شده اند تا این مانع حذف نشود و یا اینکه تا کاربران عمومی متوجه نشوند که GHZ به تنهایی کارایی را بیان نمی کند. هر دو شرکت برای دست یافتن به هر پیشرفت که کارایی پردازشگرها را بهبود بخشید تلاش خواهند نمود و تقریباً دلیل اصلی بوجود آمدن پردازشگرهای دو هسته ای را می توان همین دلیل سوم بیان نمود.

 

دسترسی AMD به تکنولوژی دو هسته ای

فرم فاکتور فعلی پردازشگر ۶۴ اتلن به طراحی دو هسته ای خیلی نزدیک می باشد. وجود کنترل کننده های Hypertransport و کنترل کننده حافظه درقالب چیپهای فعلی ۶۴ اتلن به معنی آنست که اضافه نمودن دومین هسته در داخل چیپ چندان مشکل نمی باشد.بدلیل رابط NorthBridge که AMD برای اتلن ۶۴ تهیه کرده است کنترل کننده حافظه و رابط Hypertransport در داخل چیپ پشتیبانی می گردد. این به چیپ های دوهسته ای امکان می دهد که از داخل خود پردازشگر با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. تعداد ترانزیستورهای پردازشگرهای اتلن ۶۴*۲ بیش از دو برابر پردازشگرهای اتلن ۶۴ می باشد. با توجه به اینکه در ساختن CPU های جدید از روش ۹۰nm استفاده می شود سایز کل چیپ کمی افزایش پیدا کرده و ولتاژ عملکرد ۱‎/۳۵ تا ۱‎/۴ می باشد و گرمای خروجی به بیش از ۱۱۰w کمی افزایش می یابد. هر هسته پردازشگر حافظه Cash L۱ و L۲ مخصوص به خود را دارد، ۱۲۸ KB برای L۱ و بسته به مدل ۵۱۲ KB تا ۱ MB برای L۲.دو برتری مهمی که AMD در CPU های دو هسته ای دارد عبارتند از اینکه: Crossbar Switch که آدرسها را جمع آوری کرده و توزیع می کند و داده را از هر هسته به هسته دیگر یا باقی سیستم توزیع می کند در حال حاضر امکان اضافه شدن دومین هسته را دارد. موفقیت دیگر AMD که از نظر مصرف کننده خیلی مهم می باشد امکان استفاده اتلن ۶۴*۲ از مادربردهای سوکت ۹۳۹/۹۴۰ می باشد و فقط لازم است که شرکت تولید کننده مادربرد BIOS را برای پشتیبانی از خصوصیات جدید به روز رسانی نماید.

دسترسی اینتل به پردازشگر دو هسته ای:

با توجه به اینکه اینتل مانند AMD دارای مدل قبلی برای اضافه کردن هسته جدید در داخل یک قالب CPU نبود، برای ساخت آن مدل جدیدی را طراحی نمود که البته دارای نواقصی نسبت به مدل AMD می باشد. پنتیوم D در اصل از دو پردازشگر پرسکات پنتیوم D در یک قالب تشکیل شده است ، این پردازنده دارای مزیت داشتن دو حافظه کش L۱ و L۲ برای هر هسته بطور مجزا می باشد، ولی دارای نواقصی نیز می باشند از جمله اینکه این دو پرداشگر برای ارتباط برقرار کردن با یکدیگر باید، از NorthBridge و FSB خارج پردازشگر استفاده نمایند. تعداد ترانزستورها برای چیپ های جدید بیش از ۲۳۰ میلیون و گرمای تولید شده به مقدار فوق العاده ۱۳۰W برای پنتیوم Extereme Edition می رسد.یکی از بزرگترین معایب طراحی اینتل نسبت به AMD که سوکت های ۹۳۹ را برای طراحی پردازشگرهای دو هسته ای خود حفظ نمود آن است که راه حل دو هسته ای اینتل نیاز به یک جفت چیپ ست جدید بنامهای ۹۵۵X و ۹۴۵P دارد. شرکت nvidia اخیرا ویرایش اینتل SLI که پروسسورهای دو هسته ای را پشتیبانی می کند را به بازار عرضه کرده است که این مورد هم زمان بیشتری را مصرف و هم هزینه ای اضافی برای مصرف کننده در پی دارد.

گرما و پهنای باند:

هر دو پردازشگرهای تک هسته ای AMD و Intel گرمای فوق العاده زیادی تولید می کردند، که سینک های فوق العاده بزرگی که برای آنها استفاده می شود گویای این مطلب می باشد. حال با اضافه کردن یک هسته اضافی چگونه می توان این پردازشگرها را خنک نمود. ولی AMD و Intel از چندین روش برای خنثی کردن این موضوع استفاده کرده اند، ابتدا آنکه در ساخت این پردازشگرها از تکنولوژی ۹۰nm استفاده شده که باعث کوچکتر شدن CPU ونزدیکتر شدن قسمتهای مختلف روی CPU شده و در نتیجه گرمای تولید شده را به مقدار زیادی کاهش می دهد و دوم آنکه فرکانس کاری این CPU ها بمقدار حدود ۴۰۰MHz نسبت به آخرین CPU های تک هسته ای کاهش پیداکرده و همچنین هسته دوم همیشه بصورت کامل کار نمی کند این سه مطلب باعث می گردد که گرمای تولید شده به مقدار خیلی زیادی نسبت به CPU های تک هسته ای افزایش نیابد.پهنای باند بکار رفته محدودیت بزرگتری برای CPU های دو هسته ای می باشد، زیرا هر دو AMD و Intel پهنای باند برای CPU های تک هسته ای را برای این نوع CPU ها نیز حفظ کرده اند و طرحی برای افزایش آن ندارد.

● دو پردازشگر تک هسته ای در مقابل یک پردازشگر دو هسته ای

محاسبات و بررسی طرحهای موجود نشان می دهد که دو چیپ اپترن AMD باید دارای سرعت بالاتری نسبت به یک چیپ دو هسته ای باشد، زیرا هر یک از این OPTERON ها دارای یک کنترل کننده حافظه مجزا می باشد ولی در چیپ های دو هسته ای هر دو هسته باید یک کنترل کننده حافظه را بصورت مشترک استفاده کنند. در مورد اینتل این موضوع مطرح نمی باشد زیرا در هر دو طرح یک کنترل کننده حافظه در خارج از CPU استفاده می شود و فقط در طراحی دوهسته ای این مسیرها کوتاه تر می باشند که چندان پارامتر مطرحی در افزایش سرعت نمی باشد. یکی از بزرگترین مزایای پردازشگرهای دو هسته ای نسبت به دو پردازشگر تک هسته ای بحث اقتصادی آن می باشد، زیرا اولاً خرید یک CPU دو هسته ای از دو CPU تک هسته ای ارزانتر می باشد و از طرف دیگر باید قیمت مادربرد را نیز لحاظ کرد که در این صورت این موضوع بیشتر جلب توجه می نماید.

چرا دو چیپ در یک بسته بندی؟

چرا دو شرکت اینتل و AMD بطور ناگهانی شروع به توزیع پردازشگرهای دو هسته*ای کردند؟

اول از همه رقابت چنانچه بعداً بیان خواهیم کرد AMD از ابتدا توانائی بالقوه دوهسته*ای را در پردازشگرهای ۶۴ بیتی خود داشت. ساختمان ورودی و خروجی برای دومین هسته در CPU های فعلی ۶۴ بیتی AMD موجود می*باشد.

هیچ شرکتی نمی تواند دیگران را از بدست آوردن تکنولوژی*های جدید منع نماید و AMD در حال حاضر با موفقیت چشمگیر خط تولید پرداشگرهای ۶۴ بیتی آسودگی را از intel سلب نموده *است.

برای اینتل ضروری می*باشد که دارای یک تولید تخصصی در تکنولوژی دوهسته ای *باشد تا رقابت با شرکاء تجاری خود را حفظ نماید.

دوم، کارایی می*باشد. مطمئناً برنامه*های کاربردی چند رشته*ای در پردازشگرهایی که توانایی انجام چند پردازش را دارند در پردازشگرهایی که یک پردازش را در هر زمان انجام می*دهند، بهتر عمل خواهند نمود.

 

البته برای سیستم های چند پردازشگره یک ایراد عمومی وجود دارد و آن تاْخیری می*باشد که این CPU ها در اجرای کار سیستم بوجود می آورند. به بیان ساده در حال حاضر روشی برای سیستم عامل*های موجود وجود ندارند تا پردازشها را بطور کاملاً مساوی در بین پردازشگرها تقسیم نماید، پردازشگر دوم عموماً بایک مداخله کمتر و کارایی پایین*تر کارمی*کند، در صورتی که ممکن است پردازشگر اول بصورت ۱۰۰% در حال پردازش *باشد.

سومین دلیل کمتر نمایان است، ناامیدی AMD و اینتل می*باشد، هر دو شرکت با یک مانع جدی برای افزایش سرعت پردازشگرها و کوچکتر کردن اندازه قالب آنها روبرو شده اند تا این مانع حذف نشود و یا اینکه تا کاربران عمومی متوجه نشوند که GHZ به تنهایی کارایی را بیان نمی*کند. هر دو شرکت برای دست یافتن به هر پیشرفت که کارایی پردازشگرها را بهبود بخشید تلاش خواهند نمود و تقریباً دلیل اصلی بوجود آمدن پردازشگرهای دو هسته ای را می*توان همین دلیل سوم بیان نمود.

حافظه های RAM و ROM

در بخش قبل گذرگاه های آدرس و داده نظیرخطوط RD,WR بررسی گردیدند. گذرگاه های فوق به حافظه های RAM ،ROM و یا هر دو متصل خواهند بود. در ریزپردازنده ساده فرضی فوق، از گذرگاه های آدرس و داده هشت بیتی استفاده می گردد. بدین ترتیب پردازنده قادر به آدرس دهی ۲۵۶ بایت حافظه و خواندن و یا نوشتن هشت بیت از حافظه در هر لحظه خواهد بود. فرض کنید پردازنده فوق دارای ۱۲۸ بایت حافظه ROM بوده که از آدرس صفر شروع شده و ۱۲۸ بایت حافظه RAM که از آدرس ۱۲۸ آغاز می گردد ، است . حافظه ROM تراشه ای است که اطلاعاتی را از قبل و بصورت دائم در خود نگهداری می نماید. گذرگاه های آدرس به تراشه ROM اعلام خواهند کرد که کدام بایت را خواسته و آن را بر روی گذرگاه قرار خواهد داد. زمانیکه وضعیت خط RD تغییر نماید تراشه ROM بایت مورد نظر و انتخابی را بر روی گذرگاه داده قرار خواهد داد. RAM شامل بایت هائی از اطلاعات است . ریزپردازنده قادر به خواندن و نوشتن در حافظه فوق بر اساس سیگنال های دریافتی از خطوط RD و RW است . در رابطه با حافظه RAM می بایست به این نکته نیز اشاره گردد که این نوع از حافظه ها با از دست منبع انرژی ( برق ) اطلاعات خود را از دست خواهند داد.

تمامی کامپیوترها دارای حافظه ROM به میزان مشخص می باشند. ( برخی از کامپیوترها ممکن است دارای حافظه RAM نبوده نظیر میکرو کنترل ها ، ولی وجود و ضرورت حافظه ROM را در هیچ کامپیوتری نمی توان انکار نمود).بر روی کامپیوترهای شخصی حافظه ROM را BIOS نیز می نامند. زمانیکه ریزپردازنده فعالیت خود را آغاز می نماید ، در ابتدا دستورالعمل هائی را اجراء خواهد کرد که در BIOS می باشند. دستورالعمل های موجود در BIOS عملیانی نظیر تست سخت افزار و سیستم را انجام و در ادامه فرآیندی آغاز خواهد شد که نتیجه آن استقرار سیستم عامل در حافظه خواهد بود. (Booting) . در آغاز فرآیند فوق ، بوت سکتور هارد دیسک ( می تواند آغاز عملیات فوق از هارد شروع نشده و از فلاپی دیسک انجام گردد ، اتخاذ تصمیم در رابطه با وضعیت فوق بر اساس پارامترهای ذخیره شده در حافظه CMOS خواهند بود ) را بررسی خواهد کرد . بوت سکتور فوق حاوی برنامه ای کوچک است که در ادامه BIOS آن را خوانده و در حافظه RAM مستقر خواهد کرد. ریزپردازنده در ادامه دستورالعمل های مربوط به برنامه بوت سکتور را که در حافظه RAM مستقر شده اند ،اجراء خواهد کرد. برنامه فوق به ریزپردازنده اعلام خواهد کرد که اطلاعات دیگری را از هارد دیسک به درون حافظه RAM انتقال و آنها را اجراء نماید. با ادامه وتکمیل فرآیند فوق سیستم عامل در حافظه مستقر ومدیریت خود را آغاز می نماید.

اطلاعات موجود در RAM چیست؟

و چرا بصورت ۰ و ۱ نشان داده می شود؟

این اطلاعات از بخش های مختلفی تشکیل شده اند.بخش مهمی از اطلاعات موجود در RAM مربوط به دستورالعمل ها می باشد.

دستورالعمل ها به CPU می گویند تا کارهای مختلفی را انجام دهند. همچنین ارقامی نیز در این داده وجود دارد.

اینها همان اعدادی هستند که شما میخواهید آنها را با هم جمع کرده، مقایسه کرده و یا برای موارد مختلف از انها استفاده نمایید.

چیز دیگری که در داده ها وجود دارد، آدرس ها می باشد.

آدرس ها می توانند برای مقاصد گوناگون استفاده شوند.برای مثال اگر بخواهید رقمی را به یک دستگاه خارجی وارد نمایید، باید آدرس مربوط به دستگاه مذکور را بدانید.مثلا زمانی که ، بخواهید داده ها را به پرینتر بفرستید و یا چنانچه قصد داشته باشید انها را به مانیتور ارسال نمایید.

RAM همچنین علاوه بر رقم شامل حروف نیز می باشد. اگر می خواهید متنی بر روی نمایشگر شما نشان داده شود بایستی مجموعه ای از ۰ و۱ مربوط به آن را وارد نمایید. هر حرف بصورت مجموعه ای از ۰ و ۱ ها ذخیره می شود.

این حروف بصورت قراردادی می باشند.

برخی تصمیم می گیرند که این حرف A کوچک باشد و این G بزرگ. این همان پروسه ای است که در واقع در RAM اتفاق می افتد.

 

هر CPU دارای دستورالعملهای مخصوص به خود می باشد. مثلا دستورالعمل Load مربوط به بارگذاری ارقام از RAM به CPU می باشد.بعد می توان به دستورالعمل ADD اشاره کرد که منظور افزودن ارقام به یکدیگر می باشد.بعد به دستورالعمل ذخیره سازی می رسیم. که منظور ارقام انتقالی از CPU به RAM می باشد.

دستورالعمل Compare را نباید فراموش کرد. پس از پردازش اطلاعات و مقایسه داده ها با هم اتفاق می افتد. دستورالعمل Compare می تواند در زمان استفاده از دستورالعمل دیگری با نام Jump IF بسیار کاربردی باشد.

همانطور که قبلا نیز اشاره شد، CPU بخشی از اطلاعات را یکی پس از دیگری از RAM در خواست می کند.

گاهی اوقات برنامه نویسان می خواهند تا به دستورالعمل غیر از انچه که اشاره شد دسترسی داشته باشند.

دستورالعمل Jump If وظیفه بررسی شرایط برای این انتقال را بر عهده دارد. برای این کار لازم است تا نتایج مربوط به Compare بررسی شود.

همچنین دستورالعمل دیگری با نام JUMP وجود دارد که حرکت به سمت یک آدرس دیگر در RAM می باشد.

گزینه های دیگری با نام های دستورالعمل های OUT و IN نیز در این بین وجود دارد که برای انتقال داده ها به دستگاه های خروجی مانند مانیتور و یا دستگاه های داخلی مانند صفحه کلید می باشد.این دو دستورالعمل معمولا در ارتباط با یک آدرس استفاده می شوند که قبلا به آن اشاره کردیم.

دستورالعمل های دیگری نیز در زمینه CPU وجود دارد اما موارد گفته شده جزو رایجترین انها می باشد.همانطور که بررسی کردیم داده های موجود در RAM متشکل از چیزهایی چون دستورالعمل، رقم، آدرس و حروف می باشد.

راه شناخت CPU

اگر برای خریدCPUسری به بازار زده باشید، با نامها و القاب عجیبی رو به رو می شوید که با آنچه قبلا در رسانه های گوناگون دیده و شنیده اید، متفاوت است.

خیلی تعجب نکنید. بازار رایانه ایران، فرهنگ خاص خود را دارد. هر چند این فرهنگ با علم در تضاد است؛ اما به هر صورت برای خرید قطعات باید از همین بازار استفاده کنیم. در اینجا، سعی داریم ارتباط مناسبی میان القاب بازاری و نام پردازنده ها برقرار کنیم که خوانندگان بتوانند با تکیه بر آن مطمئن تر انتخاب کنند. ابتدا به سراغ اینتل(Intel) می رویم. در حال حاضر از این شرکت پردازنده های پنتیوم۳، پنتیوم۴، زنون۳، زنون۴ و سلرون در ایران یافت می شود. البته ما سراغ زنون ها نخواهیم رفت. زیرا کاربری عام ندارند.

پنتیوم۳هایی که در ایران فول کش(FULL Cache) خوانده می شوند۵۱۲ کش دارند و آنها که هاف کش (Half Cache) نامیده می شوندK256 کش دارند. داستان هایی که فروشندگان درباره نحوه کارایی و تفاوت میان این دو گروه می گویند، صحیح نیست. البته به طور حتم، کش بیشتر موجب افزایش کاراییمی شود، اما مدلهایی که کش کمتری دارند، به هیچ وجه ضعیف نیستند. اگر برای خرید پنتیوم۳ اقدام می کنید، سعی کنید تنها به سراغ مدلهای جدید بروید که امکان ارتقای آنها وجود داشته باشد. تاکنون۷مدل مختلف از پنتیوم۳ تولید شده است، اما تنها مدلهایی را به شما توصیه می کنیم کهMHZ133 Bus داشته باشند و بسته بندیCPU مخصوص سوکت (Socket) باشد نه اسلات(Slot). در این باره، دو نوع بسته بندی وجود داردPGA370،FC و۲۳۷۰PGA-FC که نوع دومK512 کش دارد و از نظر اشغال حرارت نیز بسیار بهتر عمل می کند.

درباره پنتیوم۴، تعدد مدلها قدری کمتر است. این پردازنده تاکنون در۴ مدل عرضه شده است. در صورت تمایل به استفاده از این پردازنده، یادتان باشد سراغ مدلهایی با بسته بندی۴۲۳Pin نروید، زیرا دیگر تولید نمی شوند و اما۴۷۸ Pinها خود در مدلهای گوناگونی تولید می شوند. اگر به مدلهایی که در بازار وجود دارند، دقت کنید، می بینید که بعضی با فرکانس کاری به علاوهAیا B نامگذاری شده اند. برای این که متوجه تفاوت این مدلها بشوید، ابتدا باید بدانید نامهای دارای حروف تنها در مدلهایی دیده می شوند کهCPUهای هم سرعت با مشخصاتی متفاوت وجود دارند. به طور مثال۱٫۸و۱٫۸ A . تفاوت مدلهای معمولی و آنها کهAدارند (تا سرعتGHz2) در اندازهCache و فناوری هسته آنهاست.

به این ترتیب که مدلهای معمولیK.256 کش و هسته۰٫۱۸Micron دارند؛ اما مدلهای دارای حرفA K512 کش و هسته۰٫۱۳Micron دارند و البته مشخص است کهAدارها بهترند. توجه داشته باشید ککه برای مدلهای سریعتر ازGHz2 به دلیل این که مورد مشابه با مشخصات پایین تر وجود ندارد دیگرAذکر نمی شود. درباره B که تا سرعت۲٫۴GHz سرنام پنتیوم۴ها می آید، تفاوت تنها درBus آنهاست که ازMHz400 بهMHz500 افزایش پیدا کرده است.

 

core یا هسته در cpu چیست؟

که ما این مبادله را در عملیات احساس نمی کنیم.cpu ها معمولا دارای ۱ هسته هستند. هسته(core) بخشی از cpu است که وظیفه تبادل داده و عملیات محاسباتی را بر عهده دارد.

هر هسته(core) توانایی انجام یک رشته عملیات در هر لحظه را دارد و نمی تواند بیش از حد خود عملیات انجام دهد.

در نتیجه با ازدیاد داده های ورودی cpu توانائی خود را در پردازش همه ی داده ها از دست می دهد و همین باعث کاهش سرعت کامپیوتر می شود.

امروز شرکت های سازنده ی cpu برای افزایش سرعت cpu و کامپیوتر , اقدام به چند هسته ای کردن cpu ها کرده اند.با انجام این کار توانائی پردازش اطلاعات در cpu چند برابر شده در نتیجه سرعت آن افزایش می یابد.

برای مثال:

dual-core processor دارای ۲ هسته می باشد

quad-core processor دارای ۴ هسته می باشد

hexa-core processor دارای ۶ هسته می باشد

توجه داشته باشید که کارایی این cpu ها به کلی وابسته به نرم افزار تعبیه شده برای آن است که مسئولیت هدایت و کنترل داده ها را بر عهده دارد

 

 

FSB(front side bus: خطوط انتقال اطلاعات بین مادربرد و cpu می باشد. همانند FSB که بر روی مادربرد وجود داشت بر روی پردازنده ی اصلی نیز وجود دارد.

BUS: خطوط انتقال اطلاعات بین CPU و RAM است.

CPU برای انجام محاسبات خود مرتبا از حافظه ی اصلی استفاده می نماید، از BUS که معمولا با یک عدد مشخص می شود برای این انتقال استفاده می شود. مثلا:

۱۰۲۴ , ۱۰۳۳ , ….

فرکانس: تعداد سیگنال هایی که CPU در هر ثانیه می تواند ارسال یا دریافت نماید که واحد آن مگاهرتز و در پردازنده های جدید گیگا هرتز می باشد این ویژگی معروفترین مشخصه ی یک پردازنده ی است.

به عنوان مثال: ۱۰۸ Ghrz و ۲۰۲ Ghrz و …..

اعداد اعلام شده برای پردازنده ها سرعت اسمی آن است ولی عملا به علت تاثیر عوامل متعدد از قبیل مقاومت گرمایی و پایین بودن سرعت قطعات دیگر و … سرعت آن به مراتب پایین تر خواهد بود.

اکثرا به اشتباه مهم ترین عامل قدرت پردازنده را در فرکانس آن می دانند در حالیکه BUS , FSB , CACH عامل های تاثیر گذارتری می باشند.

CACH:

حافظه ای محدود و گران قیمت است که بر روی CPU نصب می شود و پردازنده تا جاییکه امکان داشته باشد از این حافظه برای انجام محاسبات خود استفاده می نماید.

سرعت cach بیش از صد برابر سرعت RAM است، میزان انتظار پردازنده برای رد و بدل کردن اطلاعات با cach تقریبا صفر است.

پردازنده ها با میزان cach متفاوت در انجام فعالیتهای معمولی مانند: تایپ و اینترنت و … از نظر سرعت تفاوت چندانی با یکدیگر ندارند ولی در پردازش های سنگین مانند: میکس فیلم و کارهای گرافیکی اختلاف بسیار زیادی بین آنها وجود دارد و cach تاثیر بسیار زیادی بر روی قیمت پردازنده دارد.

ظرفیت cach بر حسب کیلو بایت و مگابایت است.

با توجه به ویژگی های cpu تکنیک های زیادی برای ساخت آن به وجود نیامده است و در حال حاضر دو تکنولوژی قدرتمند با هم رقابت می کنند و بقیه تکنولوژی ها یا از بین رفته و یا در رده های پایین تری قرار گرفته اند.

تفاوت CPU های AMD و اینتل

تفاوت CPU های AMD و اینتل از جمله سئوالاتی است که ذهن بسیاری از شماها را به خودش مشغول و چه بسا در انتخاب اون ها شما رو سر درگم کرده باشه: ۱-AMD براساس معماری اجرایی ۹ مرحله ای ساخته شده است اما معماری پردازنده های اینتل شش مرحله ای است؛ بدین معنا که AMD در هر چرخه کاری ۹عملیات را انجام می دهد در حالی که اینتل فقط ۶ عمل را می تواند انجام دهد. ۲-AMD از کشCache)) 64 Kb برخوردار است در حالی که اینتل ، از کش ۵۳۲ Kb سود می برد؛ هر چقدر که میزان کش پردازنده بیشتر باشد ، پردازنده کارایی بیشتری خواهد داشت، اطلاعات بیشتری می تواند ذخیره کند و دیگر لازم نیست پردازنده برای بدست آوردن اطلاعات یا دستور ها مدت زمان بیشتری را برای رفت و برگشت به حافظه برد اصلی برای جذب اطلاعات یا دستور العمل ها صرف کند. ۳- AMD از مس برای اتصال ترانزیستورهای بکار رفته در پردازنده ها استفاده می کند در صورتی که در ساختمان پردازنده های اینتل آلومینیوم بکار رفته است. مس هادی الکتریسیته بهتری است ، ازاین رو پهنای اتصال های بین ترانزیستورها را به میزان چشمگیری کاهش می یابد که این امر باعث مصرف کمتر مواد اولیه و در نتیجه منجر به کاهش هزینه می شود. این دلیل ارزان تر بودن AMD نسبت به P4 است. ۴- از دیگر تفاوت های میان AMD و اینتل می توان به راندمان کش برروی تراشه اشاره کرد ، AMD از معماری انحصاری استفاده می کند که راندمان بیشتری نسبت به طراحی معماری غیر انحصاری اینتل دارد. ۵-AMD از فناوری پردازش موازی در مقایسه با Hyper -Threading اینتل استفاده می کند؛ در بسیاری از کاربردهای امروزی فعال بودن Hyper -Threading کارایی پائین تری ارائه می دهد ، نتایج تحقیقات بی شمار منتشر شده در نشریات رایانه ای و پایگا ه های اطلاعاتی معتبر بیانگر این پدیده هستند. ۶-یکی دیگر از مهمترین نکات برتر پردازنده های AMD واحد ممیز شناور آن است که از FPU اینتل بسیار قویتر است و این امر باعث اجرای سریع تر برنامه های چند منظوره ( MultiMedia) می شود. ۷- زمانی که اینتل P4 را طراحی کرد طول PIPELINE را از ۱۰ مرحله در P3 به ۲۰ مرحله افزایش داد، اینتل همین تغییر توانست که تعداد عملیاتی که در چرخه عملیاتی انجام می شود بصورت قابل ملاحظه ای کاسته می شود و از طرف دیگر افزایش طول PIPELINE نیازمند افزایش تعداد ترانزیستور ها برای انجام همان تعداد عملیات است که این امر باعث افزایش اندازه هسته و بالا رفتن قیمت تولید می شود در حالی که AMD با وجود افزایش فرکانس پردازنده های خود طول pipeline را به همان اندازه p3 یا k6 ثابت نگه دارد. .

 

بزرگترین تفاوت مابین پردازنده های دسکتاپ و نوت*بوک در این است که پردازنده های نوت*بوک نیاز به توان مصرفی پایین تری دارند و در نتیجه سرعت پایین تری هم دارند ولی در عوض از قابلیت های بیشتری در زمینه قابل حمل بودن بهره می گیرند.برای مثال پردازنده نوت*بوک Intel Core i7-2760QM و پردازنده دسکتاپ Intel Core i7-2600K هر دو ۴ هسته ای بوده ولی اولی در فرکانس ۲/۴ گیگاهرتز و دومی در فرکانس ۳/۴ گیگاهرتز کار می کند. از آن طرف حداکثر توان مصرفی پردازنده نوت بوک ۴۵ وات است درحالی که حداکثر توان مصرفی پردازنده دسکتاپ ۹۵ وات است.

همانگونه که مشخص است پردازنده نوت بوک دارای سرعت کمتر و در عوض مصرف پایین تری است که این امر در نوت*بوک*ها که توان مصرفی خود را از باتری تامین می کنند بسیار مثبت ارزیابی می شود.

desktop_vs_laptop

به طور کلی تفاوت های اصلی پردازنده های دسکتاپ و نوت*بوک* را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:

مصرف توان:

از آنجاییکه نوت*بوک*ها از باتری برای تامین توان مورد نیاز خود استفاده می کنند پردازنده آنها باید به گونه ای طراحی شود که با حفظ راندمان خود از کمترین مصرف انرژی برخوردار باشد. پردازنده دسکتاپ نیازی به در نظر گرفتن این موضوع ندارد.

فرکانس:

فرکانس بالاتر به معنای تولید گرمای بیشتر است. در نوت*بوک*ها به دلیل محدودیت در وزن، اندازه و ابعاد نمی توان از سیستم های خنک کننده قوی استفاده کرد و لذا چاره ای جز کاهش فرکانس وجود ندارد، در حالی که در دسکتاپ*ها محدودیتی در پارامترهای ذکر شده وجود ندارد و طراحان می توانند از فرکانس های به مراتب بالاتر استفاده نمایند.

ولتاژ :

پردازنده های نوت*بوک*ها به دلیل مصرف پایین تر انرژی و تولید گرمای کمتر مجبورند که در ولتاژ پایین تری کار کنند در حالی که این محدودیت در پردازنده های دسکتاپ وجود ندارد.

چیپ*های مجتمع:

به دلیل مصرف پایین*تر برخی از چیپ*های نوت*بوک به صورت مجتمع طراحی می شوند. یعنی در داخل پردازنده علاوه بر CPU، چیپ*های دیگر مثل گرافیک، کنترولر حافظه، کارت شبکه بی سیم و … هم گنجانده می شوند در حالی که چنین اجباری در دسکتاپ وجود ندارد و اگر هم چنین اتفاقی رخ دهد به دلیل مصرف پایین تر نیست بلکه رسیدن به راندمان بالاتر مد نظر است.

تطابق:

اگر چه ممکن است که دو پردازنده مشابه از نوت*بوک و دسکتاپ دارای تعداد پین های برابر باشند و حتی بتوان آنها را در سوکت دیگری قرار داد ولی عملکرد این پین ها در آنها متفاوت است و در صورت نصب در سوکت دیگری، کار نخواهد کرد.

 

انواع سی*پی*یو:

امروزه سی*پی*یوها بسیار متنوع شده*اند. برخی کم*مصرف و بسیار کوچک هستند و تنها یک هسته دارند، سرعت کلاکشان نیز از ۱ گیگاهرتز فراتر نمی*رود. برخی دیگر بسیار بزرگ*تر بوده و ۸ هسته*ی قدرتمند دارند که به راحتی رکورد سرعت ۴ گیگاهرتز را می*شکنند. در کنار پردازنده*های مختلف تکنولوژی*های متنوعی معرفی و به کار گرفته شده است. به عنوان مثال تکنولوژی هایپرتردینگ (Hyper Threading) اینتل که به کمک آن ۴ هسته*ی فیزیکی و واقعی یک پردازنده از دیدگاه سیستم عامل، ۸ هسته دیده می*شود و لذا توان پردازشی پردازنده به بیش از یک پردازنده*ی ۴ هسته*ای مشابه بدل می*شود.

 

منبع: pars-gsm