۱۴۰۳-۰۹-۲۸ 
۱۰ دقیقه 
۰ 
CPU یک قطعه سخت‌افزاری کوچک در کامپیوترها، سرورها، گوشی‌های تلفن و… است که کارهای بزرگ و مهمی را بر عهده دارد! واضح‌تر بگویم؛ وظیفه کنترل و مدیریت همه‌چیز در یک سیستم، روی دوش CPU یا واحد پردازنده مرکزی است.
در این مقاله قرار است درباره چیستی و سازوکار این عضو حیاتی در دستگاه‌ها صحبت کنیم، نگاهی به انواع CPU بیندازیم و خلاصه هر آنچه را که لازم است بدانید، با شما در میان بگذاریم.
اگر آماده‌اید با یک تعریف شسته‌رفته از CPU شروع کنیم.
CPU چیست؟
تعریف CPU یا Central Processing Unit به زبان ساده می‌شود: واحد پردازنده مرکزی که نقش اصلی را در کامپیوتر یا دستگاه دیجیتالی ایفا می‌کند و وظیفۀ اجرای دستورات و پردازش اطلاعات را بر عهده دارد.
جالب است که بدانید به CPU لقب مغز کامپیوتر را داده‌اند. چرا؟ چون مثل مغز انسان، همه‌چیز را پردازش و کنترل می‌کند.
یک مثال می‌زنم که نقش پردازنده مرکزی یا همان CPU را بهتر درک کنید: 👇
فرض کنید می‌خواهید یک آهنگ پخش کنید؛ روی موزیک کلیک می‌کنید؛ CPU درخواست شما را دریافت می‌کند، فایل آهنگ را از حافظه خوانده و پردازش می‌کند. سپس داده‌ها را به کارت صدا می‌فرستد تا به سیگنال صوتی تبدیل و از اسپیکر پخش شوند. همزمان، CPU سایر دستورات شما (مثل تنظیم ولوم یا باز کردن برنامه دیگر) را نیز مدیریت می‌کند.
حالا برویم نحوه کار CPU را تخصصی‌تر بررسی کنیم.
| ⭐ محتوای مرتبط: تکنولوژی Raid چیست و چه کاربردی دارد؟ |
CPU چطور کار می‌کند؟
برای راحت‌تر فهمیدن کار عملکرد CPU باید اول به چرخه اجرای دستورالعمل‌ها و فرآیندهای داخلی بپردازیم. این چرخه شامل چهار بخش اصلی است:
- دریافت (Fetch)،
- رمزگشایی (Decode)،
- اجرا (Execute)،
- ذخیره و آماده‌سازی برای دستور بعدی (Store).
دیاگرام زیر را ببینید.
مرحله اول: دریافت یا واکشی دستور از حافظه (Fetch)
در این مرحله، پردازنده دستورالعمل را از حافظه اصلی (RAM) دریافت می‌کند.
قطعاً یک دستور نداریم و تعداد خیلی زیادی دستورالعمل می‌توانند درخواست اجرا داشته باشند. پس CPU باید بتواند آن‌ها را شناسایی و از حافظه فراخوانی کند. اینجاست که شمارنده برنامه (Program Counter) وارد عمل می‌شود.
شمارنده برنامه هر بار آدرس دستورالعملی را که باید اجرا شود، به واحد کنترل می‌دهد. سپس CPU از طریق باس آدرس (Address Bus) به RAM اعلام می‌کند که دستورالعملی از این آدرس لازم است. در ادامه، دستورالعمل از حافظه به رجیستر دستورالعمل (Instruction Register – IR) منتقل می‌شود. وَ،
در نهایت، شمارنده برنامه در جهت دریافت آدرس دستور بعدی به‌روزرسانی می‌شود، مگر اینکه دستور فعلی نیاز به تغییر مسیر داشته باشد. اگر کمی پیچیده به‌نظر می‌رشد نگران نباشید؛ یک مثال می‌زنم که بهتر درک کنید:
فرض کنید برنامه‌ای ساده داریم که قرار است عدد ۵ و ۳ را جمع کند.
مرحله Fetch برای اولین دستور:
- شناسایی آدرس: شمارنده برنامه به آدرس اولین دستور (“Load 5”) اشاره می‌کند.
- فراخوانی دستور: CPU درخواست این دستورالعمل را به RAM ارسال می‌کند.
- انتقال دستور: RAM دستور “Load 5” را از آدرس مربوطه به رجیستر دستور (IR) می‌فرستد.
- به‌روزرسانی شمارنده: شمارنده برنامه به آدرس دستور دوم (Add 3) منتقل می‌شود.
این فرآیند ادامه پیدا می‌کند تا CPU دستور بعدی (“Add 3”) را نیز به همان روش Fetch کرده و برای رمزگشایی و اجرا آماده کند.
دقت کنید که مرحلۀ Fetch صرفاً فراخوانی دستور است و هیچ عملیاتی روی داده‌ها انجام نمی‌شود. اجرای واقعی دستور در مراحل بعد (رمزگشایی و اجرا) رخ می‌دهد.
| ⭐ محتوای مرتبط: API چیست؟ هر آنچه باید درباره API بدانید (به زبان ساده) |
مرحله دوم: رمزگشایی (Decode)
در این مرحله، CPU دستورالعمل دریافت‌شده را تفسیر می‌کند. به عبارت دیگر، CPU باید تشخیص بدهد که دستورالعمل دریافتی چه کاری باید انجام دهد؟
مثلاً اگر دستور “Load 5” باشد، پردازنده می‌فهمد که باید عدد ۵ را از حافظه بخواند. یا اگر دستور “Add 3” باشد، پردازنده متوجه می‌شود که باید عدد ۳ را به یک عدد دیگر اضافه کند. پس به‌صورت خلاصه، پردازنده در این مرحله ۳ تا کار مهم انجام داد:
- شناسایی نوع دستور (مثلاً جمع کردن).
- تعیین اینکه ۳ کجا قرار دارد (مثلاً در حافظه یا یک رجیستر).
- آماده‌سازی داده‌ها برای عملیات جمع.
مرحله سوم: اجرای دستورات (Execute)
در این مرحله، پردازنده دستورالعملی که در مرحلۀ قبلی تفسیر شده بود را عملیاتی می‌کند. در واقع، این مرحله جایی است که پردازنده، کاری را که از آن خواسته شده، انجام می‌دهد؛ مثلاً محاسبات، جابجایی داده‌ها، یا ارسال اطلاعات به دستگاهی دیگر.
توجه کنید که بسته به نوع دستور، بخش خاصی از پردازنده مسئول اجرای آن می‌شود. مثلاً در مثالی که داشتیم (جمع دو عدد) ALU یا واحد محاسباتی و منطقی، مسئول اجرای دستور خواهد شد. البته بخش‌های دیگری هم داریم؛ مثلاً: FPU که واحد محاسبات اعداد اعشاری است و واحد I/O که برای عملیات ورودی/خروجی، مثل ارسال داده به نمایشگر به کار گرفته می‌شود.
حالا بیایید مثالمان را یک بار دیگر مرور کنیم:
فرض کنید دستور “Add 5 and 3” (جمع ۵ و ۳) در حال اجرا است:
- مرحله Fetch: دستور “Add 5 and 3” از حافظه دریافت شد.
- مرحله Decode: پردازنده متوجه شد که این دستور مربوط به جمع دو عدد است.
- مرحله Execute: واحد محاسبات منطقی (ALU) وارد عمل می‌شود و عملیات جمع را انجام می‌دهد:
5
+
3
=
8
5+۳=۸.
مرحله چهارم: ذخیره‌سازی (Store)
خب، به آخرین مرحله در چرخه کاری CPU رسیدیم. در این مرحله، نتیجه‌ای که پردازنده از اجرای دستورالعمل -در مرحلۀ قبلی- به‌دست آورده است، در جایی ذخیره می‌شود تا برای مراحل بعدی پردازش یا استفاده توسط برنامه‌ها آماده باشد. این ذخیره‌سازی ممکن است در رجیسترهای داخلی پردازنده، حافظه اصلی (RAM)، یا حتی یک دستگاه خروجی انجام شود.
📌💡بیشتر بدانید
منظور از رجیسترهای داخلی (Internal Registers) چیست؟رجیسترهای داخلی، حافظه‌های بسیار کوچک و فوق‌العاده سریع درون پردازنده هستند که برای ذخیره موقت داده‌ها و دستورالعمل‌ها استفاده می‌شوند. این رجیسترها مستقیماً در معماری پردازنده تعبیه شده‌اند و با سرعتی بسیار بالاتر از حافظه RAM یا دستگاه‌های ذخیره‌سازی کار می‌کنند. مثلاً دستور “Add 5 to 3” در رجیستر دستور (Instruction Register) ذخیره می‌شود. منظور از دستگاه خروجی (Output Device) چیست؟دستگاه خروجی به هر وسیله‌ای گفته می‌شود که داده‌ها یا نتایج پردازش شده را برای کاربر یا یک سیستم دیگر نمایش دهد یا ارسال کند. این دستگاه‌ها وظیفه ارائه اطلاعات را به شکلی قابل‌فهم برای انسان یا ماشین بر عهده دارند. مانیتور، پرینتر، یا حتی یک چراغ LED کوچک که چشمک می‌زند، می‌توانند دستگاه خروجی باشند. |
چرا CPU نقش مهمی در عملکرد دستگاه دارد؟
تقریباً تمام فرآیندهای نرم‌افزاری و سخت‌افزاری دستگاه به سی‌پی‌یو وابسته‌اند و بدون CPU، هیچ برنامه‌ای نمی‌تواند اجرا شود. پس واضح است که عملکرد پردازنده چقدر مهم است.
تا اینجای مقاله متوجه شدیم که CPU وظایف متنوعی مانند پردازش داده‌ها، اجرای دستورات، مدیریت حافظه، و هماهنگی بین اجزا را انجام می‌دهد؛ پس هر چقدر قدرت و کارایی CPU بیشتر باشد، دستگاه عملکرد سریع‌تر و بهتری خواهد داشت.
شروع قیمت از
۲,۷۴۷,۰۰۰ تومان
حالا باید بگویم که همین CPU انواع و برندهای مختلفی دارد و برای دستگاه‌های مختلف، از CPUهای مختلفی استفاده می‌شود. در بخش بعدی انواع سی‌پی‌یو را بررسی می‌کنیم.
| ⭐ محتوای مرتبط: NAT چیست؟ آشنایی با ناجی شبکه و رازورمزهای آن به‌زبان ساده |
انواع CPU را بشناسید 👇
در این بخش ما انواع پردازنده را در چهار گروه مختلف معرفی و مقایسه کرده‌ایم تا منظم و مرتب بتوانید آن‌ها را تفکیک کنید و به ذهنتان بسپارید.
۱) انواع CPU بر اساس تعداد هسته (Core)
به‌طور کلی، پردازنده‌ها بر اساس تعداد هسته به موارد زیر تقسیم می‌شوند:
- پردازنده تک‌هسته‌ای (Single-core)
- پردازنده دو‌هسته‌ای (Dual-core)
- پردازنده چهار‌هسته‌ای (Quad-core)
- پردازنده شش‌هسته‌ای (Hexa-core)
- پردازنده هشت‌هسته‌ای (Octa-core)
- پردازنده‌های با هسته‌های بیشتر (ده‌هسته‌ای و بیشتر)
پردازنده‌های تک‌هسته‌ای برای وظایف ساده مناسبند؛ اما در دنیای امروز که بیشتر نرم‌افزارها و برنامه‌ها به پردازش‌های همزمان نیاز دارند، پردازنده‌های چندهستهای (دو‌هسته‌ای، چهار‌هسته‌ای، هشت‌هسته‌ای و بیشتر) کارایی بسیار بهتر و بیشتری دارند. دقت کنید که هرچه تعداد هسته‌ها بیشتر باشد، قابیلیت اجرای همزمان دستورات افزایش پیدا می‌کند.
💡در سرورهای مجازی لیموهاست پردازنده‌ها از چهار هسته‌ای تا دوازده هسته‌ای هستند.
در جدول زیر می‌توانید تفاوت پردازنده‌های تک‌هسته‌ای و چندهستهای را در یک نگاه ببینید.
| پردازنده‌های تک‌هسته‌ای (Single-Core) | پردازنده‌های چندهستهای (Multi-Core) |
| فقط یک هسته پردازشی دارند. | دارای ۲ یا چند هسته پردازشی هستند. |
| عملکردشان برای پردازش تک‌وظیفه‌ای طراحی شده و محدود است. | قابلیت پردازش همزمان چند وظیفه را دارند. |
| مثال: پردازنده‌های قدیمی (Pentium I, II) | مثال: Intel Core i3, i5, i7, i9. |
۲) انواع CPU بر اساس معماری
معماری پردازنده مشخص می‌کند که پردازنده چطور دستورالعمل‌ها را دریافت، پردازش و اجرا می‌کند. این امر می‌تواند بر کارایی، مقدار مصرف انرژی و نوع دستگاه‌هایی که پردازنده می‌تواند در آن‌ها استفاده شود، تأثیر بگذارد.
معماری‌های معروف شامل x86 (برای پردازنده‌های دسکتاپ) و ARM (برای گوشی‌های موبایل و دستگاه‌های کم‌مصرف) هستند.
در جدول زیر مقایسه CPUهای مختلف بر اساس معماری را می‌توانید ببینید.
| معماری x86 | معماری x64 (64-Bit) | معماری ARM |
| طراحی قدیمی‌تر با پشتیبانی از پردازش ۳۲ بیتی | پردازش سریع‌تر و پشتیبانی از حجم حافظه بیشتر | پردازنده‌های سبک و کم‌مصرف |
| مناسب سیستم‌های کامپیوتر شخصی و لپ‌تاپ‌ها | در دستگاه‌های مدرن استفاده می‌شود | مناسب گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها، و دستگاه‌های مجهز به اینترنت اشیاء (IoT) |
| مثال: Intel Pentium | مثال: Intel Core i9، AMD Ryzen. | مثال: پردازنده‌های Qualcomm Snapdragon، Apple M1. |
۳) انواع CPU بر اساس برند
حتی اگر خیلی هم اهل تکنولوژی نباشید، به احتمال خیلی زیاد نام شرکت‌های معروف تولیدکننده CPU مانند اینتل و AMD به گوشتان خورده است. در جدول زیر برندهای معروف CPU را می‌توانید ببینید؛ فقط دقت کنید که هر برند، سری‌های مختلفی دارد.
| Intel | سری Core (برای کامپیوترهای شخصی و لپتاپ)، سری Xeon (برای سرورها و ایستگاه‌های کاری) و سری Atom (برای دستگاه‌های سبک و IoT) |
| AMD | سری Ryzen (رقیب سری Core اینتل)، سری Threadripper (برای کارهای سنگین مانند رندرینگ) و سری EPYC (برای سرورها) |
| Apple | سری M (برای مک‌بوک و آیپد؛ مثل M1 و M2) و سری A (برای آیفون و آیپد) |
| Qualcomm | Snapdragon (در گوشی‌ها و تبلت‌ها استفاده می‌شود) |
یک برند کمتر معروف دیگر هم در زمینه تولید پردازنده موبایل داریم که MediaTek نام دارد. پردازنده‌های این شرکت تایوانی بیشتر در گوشی‌های میان‌رده و ارزان‌قیمت مثل Samsung Galaxy A15 استفاده می‌شود.
شما برند دیگری را سراغ دارید؟
۴) انواع CPU بر اساس کاربرد و استفاده
بله دوستان؛ هر پردازنده‌ای را بهر کاری ساخته‌اند! مثلاً پردازندۀ پرآوازه و محبوب NVIDIA مخصوص پردازش گرافیکی است و
| پردازنده لپتاپ | برای سیستم‌های کامپیوتر شخصی طراحی شده‌اند | Intel Core و AMD Ryzen |
| پردازنده سرور | برای پردازش‌های سنگین محاسباتی و مدیریت داده در سرورها استفاده می‌شوند | Intel Xeon و AMD EPYC |
| پردازنده موبایل | کم‌مصرف و سبک هستند و در اسمارت‌فون‌ها تعبیه می‌شوند | Qualcomm Snapdragon و Apple A-series |
| پردازنده‌های Embedded | برای تعبیه در دستگاه‌هایی مانند ماشین‌لباسشویی، ماکروویو و خودروها طراحی شده‌اند | ARM Cortex |
| پردازنده‌های گرافیکی (GPU) | مخصوص پردازش‌های گرافیکی و موازی طراحی شده‌اند | NVIDIA RTX و AMD Radeon |
حالا که با انواع و اقسام CPUها آشنا شدید، شاید بپرسید که:
بهترین CPU بر اساس نیاز شما کدام است؟
پاسخ به این سؤال کاملاً به نوع نیاز و انتظارات شما بستگی دارد؛ ولی خب به‌طور خلاصه و بر اساس نیازهای متداول، می‌توانیم بگوییم که:
برای کارهای خیلی معمولی و روزمره که با لپتاپ انجام می‌دهید، Intel Core i3 یا AMD Ryzen 3 کارتان را راه می‌اندازند. اما اگر برای گیمینگ دنبال پردازنده خوب هستید، باید به سراغ AMD Ryzen 5 یا Ryzen 7 (به دلیل قیمت مناسب و هسته‌های بیشتر) و Intel Core i5 یا Core i7 (برای کارایی بالا در بازی‌ها) بروید.
اگر هم یک CPU قوی برای کارهای سنگین مثل رندرینگ، طراحی 3D و ادیت ویدیو می‌خواهید، پیشنهاد ما AMD Ryzen 9 یا Intel Core i9 (برای عملکرد بی‌نظیر در رندرینگ و کارهای سنگین) یا Apple M1/M2 (در سیستم‌های مک‌بوک و آی‌مک برای ادیتورهای حرفهای) هستند.
اگر سوالی در این باره داشتید حتماً بپرسید تا بتوانیم راهنمایی‌تان کنیم.
| ⭐ محتوای مرتبط: تکنولوژی مجازی سازی چیست و چه انواعی دارد؟ |
در سرورهای لیموهاست از چه نوع پردازنده‌هایی استفاده می‌شود؟
نوع CPU بستگی به سرویس انتخابی شما دارد. مثلاً در پلن‌های میان‌قیمت سرور اختصاصی آلمان، از AMD Ryzen 5 3600 Hexa-Core “Matisse” (Zen2) و Intel® Core™ i9-13900 24 Core “Raptor Lake-S استفاده شده است. در پلن‌های پیشرفته‌تر اما CPU قدرتمند AMD EPYC™ 9454P 48-Core “Genoa” (Zen4) را داریم.
در صورتی که برای انتخاب سرور مناسب نیاز به مشاوره دارید، فرم تماس با ما را پر کنید تا با شما تماس بگیریم.
چند فکت جالب درباره آینده پردازنده‌ها
هرچه جلوتر می‌رویم، اندازۀ پردازنده‌ها کوچکتر و عملکرد آن‌ها بهتر می‌شود. مثلاً شرکت‌هایی مثل TSMC و Intel در حال توسعه فناوری‌های جدید و تولید پردازنده‌های ۳ نانومتری و حتی کوچکتر هستند. این پیشرفت باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش کارایی پردازنده‌ها می‌شود.
از طرف دیگر، شرکت‌هایی مانند IBM و Google روی پردازنده‌های کوانتومی کار می‌کنند که به‌جای بیت‌های معمولی، از کیوبیت‌ها استفاده می‌کنند. این فناوری در آینده محاسبات پیچیده‌ای مانند شبیه‌سازی‌های علمی و رمزنگاری را دگرگون خواهد کرد.
و اما یک فکت جالب‌تر: پردازنده‌های زیستی!
Bio-processorsها هنوز در مراحل اولیه تحقیق و توسعه هستند؛ اما یک نمونه اولیه و جالب از این فناوری، پروژه‌های مرتبط با DNA Computing است. در این فناوری، به جای استفاده از مدارهای الکترونیکی مثل کامپیوترهای معمولی، از مولکول‌های زیستی (DNA) به عنوان ابزار ذخیره‌سازی و پردازش اطلاعات استفاده می‌شود.
| 📌💡بیشتر بدانید
تفاوت پردازش اطلاعات در کامپیوتر معمولی و رایانش DNA ذخیره‌سازی اطلاعات در کامپیوترهای معمولی به این شکل است که اطلاعات به صورت بیت (۰ و ۱) ذخیره می‌شوند؛ ولی در DNA Computing، اطلاعات با استفاده از توالی نوکلئوتیدها در مولکول DNA ذخیره می‌شوند. DNA از چهار نوع باز آلی تشکیل شده: آدنین (A)، تیمین (T)، سیتوزین (C) و گوانین (G). این چهار باز می‌توانند مثل ۰ و ۱ در کامپیوترها، اطلاعات را کدگذاری کنند. و اما پردازش اطلاعات… در DNA Computing، پردازش اطلاعات با استفاده از واکنش‌های شیمیایی بین مولکول‌های DNA انجام می‌شود. این واکنش‌ها می‌توانند شامل اتصال، برش و تغییر توالی DNA باشند. برای نمونه، می‌توانیم با استفاده از آنزیم‌ها، توالی‌های خاصی از DNA را شناسایی کرده و تغییر بدهیم، که این معادل انجام عملیات منطقی در کامپیوترهای معمولی است. حالا فرض کنید در اپل به‌جای پردازنده سیلیکونی، از DNA استفاده شود 🤯 DNA می‌تواند میلیون‌ها واکنش را به‌طور همزمان انجام دهد. این را با پردازنده معمولی مقایسه کنید که دستورات را یکی پس از دیگری (یا در چند هسته محدود) پردازش می‌کند؛ پس چه اتفاقی میفتد؟ مک‌بوک آن‌قدر قدرت می‌گیرد که می‌تواند پردازش‌های عظیمی مانند شبیه‌سازی‌های علمی، تحلیل داده‌های بزرگ (Big Data) یا پردازش هوش مصنوعی را در زمان خییییلی کمی انجام دهد! آن هم با مصرف انرژی خیلی کمی! |
خداحافظی و حرفهای پایانی
فکر می‌کنم حالا دیگر می‌دانید سی پی یو چیست و انواع آن چه فرقی با هم دارند. ولی اگر هنوز سوال یا ابهامی ذهنتان را قلقلک می‌دهد، تعارف را کنار بگذارید و همین الان در بخش نظرات برایمان بنویسید تا خیلی زود جواب‌تان را بدهیم!
راستی پیشنهاد می‌کنم نگاهی هم به مقاله «SSD چیست و چه تفاوتی با NVMe دارد؟» بیندازید تا با یکی دیگر از اجزای مهم و حیاتی در سرور آشنا شوید.
دیدگاه ها
اولین نفری باشید که دیدگاه خود را ثبت می کنید