تراشه‌­ای داخل دستگاه‌های الکترونیکی که به عنوان پردازشگر، پردازشگر مرکزی یا میکرو پردازشگر نیز شناخته می‌شود در واقع همان Central Processing Unit (CPU) کامپیوتر است. اغلب با توجه به کارکرد مشابه با مغز انسان به آن مغز کامپیوتر نیز می‌­گویند. در همه ماشین‌های الکترونیکی مثل کامپیوتر رومیزی، لپ تاپ، گوشی‌­های هوشمند و حتی دستگاه تلویزیون با کنسول بازی، که به ازای دستوری خاص عمل متناظر با آن را اجرا می‌کنند از این قطعه کوچک استفاده شده است. CPU کامپیوتر با دستوراتی که از سخت افزارها و نرم افزارهای کامپیوتر دریافت می‌کند سروکار دارد.

CPU چیست؟

با استدلال می‌توان گفت که CPU مهم‌ترین قطعه هر ماشین یا سیستم محاسباتی است. قطعه ای معمولا به شکل مربع یا مستطیل است که در جای مخصوص خود بر روی برد اصلی (Motherboard) قرار می‌گیرد. شکل ظاهری CPU های مدرن و پیشرفته مشابه است. این تراشه جهت دریافت دریافت دستور و صدور آن با سایر قطعات موجود بر روی برد اصلی و لوازم ورودی و خروجی اطلاعات در ارتباط است و همانند مغز عملکرد اجزای مختلف را اداره می‌کند. جنس CPU همانند بعضی قطعه‌های الکترونیکی دیگر از سیلیکون خالص است که عایق الکتریسیته، واکنش ناپذیر، دمای ذوب بسیار بالا (1414 °C)، رنگ غالب تیره سخت و برش پذیر و بعد از اکسیژن فراوانترین عنصر در پوسته زمین می‌باشد.

کار CPU چیست؟

CPU دستورات و اطلاعات ورودی توسط کاربر را از لوازم جانبی همانند صفحه کلید، ماوس، چاپگر و برنامه های کامپیوتری دریافت می‌کند آنچه را که طبق ورودی نیاز به انجام آن است به زبان کامپیوتر برای لوازم مربوطه می‌فرستد به طور نمونه وقتی متنی تایپ می‌شود، CPU هر حرف را ازRAM  (حافظه خواندنی) دریافت می‌کند و پس از پردازش دستور نمایش را به صفحه نمایشگر می‌فرستد همین حروف در هنگام ذخیره دستوری از برنامه کامپیوتری به CPU فرستاده می‌شود و پس از پردازش در CPU دستور ذخیره سازی به هارد یا حافظه های جانبی داده می‌شود.

تاریخچه CPU

اگرچه تاریخ اولین دستگاهی که تحت عنوان پردازشگر داده مورد استفاده قرار گرفت به سال 1945 برمی‌گردد ولی به طور ملموس شرکت Intel  اولین قطعه الکترونیکی پردازشگر خود را با نام 4004 در اوایل دهه 1970 عرضه کرد. این قطعه به لحاظ فیزیک متفاوت از قطعه های کوچک مربعی شکل امروزی هستند ولی مورد استفاده در داخل کامپیوترها بودند. پس از دو سال این شرکت میکرو پردازشگر 8080 و پس از بهبود کارکرد این مدل در سال 1974 در سال 1976 قطعه میکرو پردازنده خود موسوم به 8086 را روانه بازار دیجیتال کرد.

با گذر زمان بر سرعت و توانایی پردازشگرهای کامپیوتری افزوده شده است که در دهه اخیر نیز این پیشرفت شیب تندتری به خود گرفته است. به طور مثال اولین پردازشگر Intel  یا 4004 دارای 2300 ترانزیستور و شاخص سرعت 60 کیلو هرتز (60kHz) بود که می‌تواند 60000 فرمان را در یک ثانیه پردازش کند ولی پردازشگر Intel Pentium که از سال 1993 تا به امروز نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد در اوایل توانایی پردازش 188میلیون فرمان را در یک ثانیه داشت و از 3300000 ترانزیستور نیز استفاده می‌کرد. ساختار نانو در این قطعات این اجازه را می‌داد که اندازه آن‌ها نسبت به موارد قدیمی کوچکتر باشد.

اجزا و نحوه کار CPU

به لحاظ ساختاری CPU، تراشه‌ای سیلیکونی می‌باشد که از کنار هم قرار دادن میلیون‌ها میکرو ترانزیستور ساخته می‌شود. این قطعه کوچک با ارزش از دو بخش اساسی تشکیل شده است:

ALU: واحد حسابگر یا پردازشگر، که عملیات ریاضی و دستورات منطقی روی اطلاعات خواند شده انجام داده و به حافظه خواندنی (موقت) می‌فرستد.

CU: واحد کنترل که کلیه فعالیتهای واحد ALU  را مدیریت می‌کند.

کارکرد یک واحد پردازشگر بدین صورت است که در مرحله اول دستورات موجود در حافظه خواندی توسط واحد کنترل به  آورده می‌شود(Fetch). سپس این دستورات باخوانی شده و از دستورالعمل خواندنی برای ما به فرمانی کامپیوتری تبدیل می‌شود (Decode). در مرحله سوم این فرمان‌ها در واحد پردازشگر اجرا می‌شوند (Execute) و در مرحله آخر این دستورات در دوباره به حافظه موقت یا خواندنی فرستاده شده و سپس به سیستم عملگر ابلاغ می‌شود. مطابق شکل زیر روشن است که هر دستوری یک چرخه را در واحد پردازشگر طی می‌کند و سپس از واحد پردازش خارج می‌شود.

انواع CPU

در حال حاضر دو شرکت تولید کننده میکرو پردازنده (CPU) در جهان مطرح است: Intel و AMD (Advanced Micro Devices) که مدل‌های مختلف خود را  با سرعت و کیفیت‌های مختلف تولید و به بازار عرضه می‌کنند. به طور مثال شرکت Intel  برای کامپیوترهای اداری و خانگی میکروپردازنده های مدل Celeron, Pentium  و Core را معرفی و تولید کرد و در مقابل شرکت AMD از مدل‌های Sempron, Athlon  و Phenom برای کامپیوترهای اداری و خانگی پرده بردازی کرد. برای دیگر سیستم های کامپیوتری نیز چنین رقابتی بین این دو شرکت وجود دارد. میکرو پردازنده ها علاوه بر برند شرکت سازنده در تعداد هسته، سرعت پردازش، تکنولوژی ساخت و حتی تعداد خار در سوکت (محل نصب CPU در برد اصلی) نیز با یکدیگر متفاوتند.

هسته CPU به چه معناست؟

واحد پردازشگر یا همان هسته CPU، تا چند سال اخیر هر پردازنده تنها یک هسته داشت که می‌توانست تنها بر انجام و پردازش یک عملیات خاص در زمان مشخص تمرکز کند. ولی امروزه تعداد هسته‌های یک میکروپردازشگر از 2 تا 18 متغیر است، چند هسته ای بودن یک پردازنده به این معناست که این پردازنده همزمان چند عمل مختلف را می‌تواند پردازش کند. امروزه CPU های چهار هسته ای در لپ تاپ‌ها و کامپیوترهای خانگی رایج هستند (به طور مثال هر دو مدل Core i5, Core i7 شرکت Intel  دارای چهار هسته می‌باشد). به طور موثر پردازشگر دو هسته ای می‌تواند کارآیی دو CPU یک هسته ای را داشته باشد.

سرعت پردازش اطلاعات در CPU

سرعت پردازش CPU که با واحد Hz (هرتز) سنجیده می‌شود در واقع بیانگر تعداد دستورهایی است که در یک ثانیه پردازش می‌شود. ولی در پردازش اطلاعات توسط CPU  تنها فاکتور موثر سرعت پردازش نیست بلکه ویژگی های  RAM و Cache (که به عنوان رابط RAM و هسته CPU و به منظور کم کردن انرژی و زمان پردازش اطلاعات به کار می‌رود) و یا دیگر قطعه های در ارتباط با CPU نیز در سرعت پردازش اطلاعات مهم است. می‌توان گفت در مقادیر بالای سرعت پردازش کارآیی پردازنده با افزایش سرعت پردازش تفاوت زیادی نمی‌کند و به همین دلیل است که شرکت‌های سازنده تمایلی برای افزایش سرعت از خود نشان نمی‌دهند.

CPU چقدر مهم است؟

CPU همه چیز نیست ولی مهم‌ترین قطعه به کار رفته در کامپیوتر شماست. در کل یک CPU سریع به این معناست که سیستم شما با سرعت بیشتری کار خواهد کرد. چهار راهی است که تمامی اطلاعات، دستورات، برنامه ها و بازی‌هایی شما برای اجرا باید از آن عبور کنند. بنابراین توانایی این چهار راه هر چقدر بالا باشد زمان و لنرژی کمتری را صرف خواهید کرد. از طرفی باید به ارتباط این قطعه با دیگر اجزا و نرم افزارهای مورد استفاده نیز توجه داشت بطوریکه سرعت ورود دستورات و یا نمایش آن‌ها توسط قطعات مربوطه محدود نشود.

اطلاعات بیشتر در مورد CPU

علاوه بر موارد فوق در مورد CPU می‌توان به تاثیر نوع CPU در ویندوز عامل به کار رفته در کامپیوتر نیز اشاره کرد، بطوریکه اگر CPU شما برای استفاده از یک RAM با ظرفیت حداکثر Gb 4 تعبیه شده باشد هر دو ویندوز 32 و 64 بیتی می‌تواند این امکان را به شما بدهد ولی در صورتی که RAM  کامپیوتر یا لپ تاپ شما بالاتر از این میزان است ویندوز 32 بیتی تنها Gb 4 آن‌را استفاده خواهد کرد و بهتر از یک ویدوز 64 بیتی برای استفاده از توانایی های رم و CPU استفاده کنید.