پردازنده چیست؟

پردازنده (CPU) که مخفف عبارت Central Processing Unit به معنی واحد پردازش مرکزی است، قطعه ای حیاتی در کامپیوتر شماست که اغلب از آن به عنوان مغز کامپیوتر یاد می شود. درست همانطور که مغز انسان مسئولیت پردازش اطلاعات، تصمیم گیری و کنترل سایر اعضای بدن را بر عهده دارد، پردازنده نیز وظیفه انجام محاسبات، اجرای دستورات و مدیریت کلیه ی اجزای کامپیوتر را دارد. در این مقاله قصد داریم به بررسی جامع پردازنده، نقش آن در کامپیوتر و انواع مختلف آن بپردازیم. با مطالعه ی این مقاله، درک بهتری از عملکرد کامپیوتر و اجزای آن پیدا خواهید کرد.
 

پردازنده چیست و چه می کند؟

 
پردازنده، مدار مجتمع (Integrated Circuit) بسیار پیچیده ای است که از میلیون ها ترانزیستور تشکیل شده است. ترانزیستورها مانند کلیدهای بسیار کوچک عمل می کنند که جریان الکتریسیته را کنترل می کنند. با ترکیب این ترانزیستورها در مدارهای منطقی، پردازنده قادر به انجام محاسبات ریاضی و منطقی و در نهایت اجرای دستورالعمل های نرم افزاری است. به زبان ساده، هر برنامه ای که روی کامپیوتر اجرا می کنید، به مجموعه ای از دستورالعمل ها تقسیم می شود. پردازنده این دستورالعمل ها را دریافت کرده، آن ها را رمزگشایی می کند و با انجام عملیات لازم، خروجی مورد نظر را تولید می کند. این خروجی می تواند نمایش اطلاعات روی صفحه نمایش، ذخیره سازی داده ها روی حافظه و یا برقراری ارتباط با دستگاه های جانبی باشد.
 

اجزای پردازنده

 
در ادامه با زبانی ساده و قابل فهم، اجزای داخلی CPU را بررسی می کنیم و درک بهتری از نحوه عملکرد این قطعه کلیدی پیدا خواهیم کرد.
 

• واحد کنترل (Control Unit) : واحد کنترل را می توان رهبر ارکستر CPU دانست. این واحد وظیفه هماهنگی و هدایت سایر اجزای پردازنده را بر عهște دارد. واحد کنترل دستورالعمل ها را از حافظه اصلی (RAM) دریافت می کند، آن ها را رمزگشایی کرده و به واحدهای مربوطه برای اجرا ارسال می کند. همچنین واحد کنترل نتایج خروجی عملیات را مدیریت کرده و اطمینان حاصل می کند که همه چیز به درستی و به ترتیب انجام شود.
• واحد حساب و منطق (ALU) : واحد حساب و منطق (ALU) قلب تپنده CPU به شمار می رود. این واحد مسئول انجام محاسبات ریاضی و عملیات منطقی است. هر گونه محاسبه ای که روی کامپیوتر انجام می دهید، از جمع و تفریق ساده گرفته تا محاسبات پیچیده مهندسی، توسط ALU صورت می گیرد. ALU همچنین عملیات منطقی مانند مقایسه اعداد، بررسی صحت و سقم عبارات و غیره را انجام می دهد.
• رجیسترها (Registers) : رجیسترها حافظه های کوچک و بسیار پر سرعتی هستند که درون CPU قرار دارند. واحد کنترل برای دسترسی سریع به داده های مورد نیاز در حین اجرای دستورالعمل ها از رجیسترها استفاده می کند. برخلاف حافظه اصلی (RAM) که ظرفیت بالایی دارد اما سرعت دسترسی به آن پایین تر است، رجیسترها حجم کمی از داده ها را در خود جای می دهند اما سرعت دسترسی به آن ها بسیار بالا است.
• کش (Cache) : کش (Cache) حافظه ای با ظرفیت بیشتر از رجیسترها و سرعت دسترسی سریع تر از حافظه اصلی است. واحد کنترل برای دسترسی به داده های پرکاربرد، ابتدا به کش مراجعه می کند. در صورتی که داده مورد نظر در کش وجود داشته باشد، با سرعت بالایی به آن دسترسی پیدا می کند. اما اگر داده در کش موجود نباشد، واحد کنترل آن را از حافظه اصلی (RAM) فراخوانی خواهد کرد. کش نقش مهمی در بهبود عملکرد کلی CPU دارد.
• گذرگاه (Bus) : گذرگاه (Bus) خطوط ارتباطی درون CPU هستند که اجزای مختلف پردازنده را به هم متصل می کنند. از طریق گذرگاه ها، داده ها و دستورالعمل ها بین واحد کنترل، ALU، رجیسترها، کش و سایر اجزای CPU تبادل می شوند. پهنای باند گذرگاه بر سرعت کلی CPU تأثیر می گذارد. هر چه پهنای باند گذرگاه بیشتر باشد، داده ها با سرعت بالاتری بین اجزای مختلف پردازنده جابجا شده و در نتیجه عملکرد CPU بهبود پیدا می کند.
• هسته (Core) : امروزه اکثر پردازنده های مدرن چند هسته ای هستند. به این معنی که بر روی یک تراشه سیلیکونی چندین واحد پردازش مرکزی (CPU) مجزا قرار گرفته است. هر هسته به طور مستقل قادر به اجرای دستورالعمل ها است. وجود چند هسته باعث می شود تا پردازنده بتواند چندین کار را به طور همزمان انجام دهد و در نتیجه عملکرد کلی سیستم را بهبود بخشد. برای کارهای سنگین مانند ویرایش ویدیو، اجرای بازی های قدرتمند و یا نرم افزارهای مهندسی، پردازنده های چند هسته ای بسیار کارآمد هستند.
• فرکانس کاری (Clock Speed) : فرکانس کاری (Clock Speed) واحد اندازه گیری سرعت پردازنده است و بر حسب گیگاهرتز (GHz) سنجیده می شود. فرکانس کاری نشان می دهد که پردازنده در هر ثانیه چند چرخه کاری را می تواند انجام دهد. هر چه فرکانس کاری بالاتر باشد، پردازنده می تواند دستورالعمل ها را با سرعت بیشتری اجرا کند و در نتیجه عملکرد کلی سیستم بهبود پیدا می کند.

پردازنده چگونه کار می کند؟

 
حالا که با اجزای تشکیل دهنده ی پردازنده آشنا شدیم، ببینیم این اجزا چگونه با هم کار می کنند:
 

1. دریافت دستورالعمل: CPU به طور مداوم در حال دریافت دستورالعمل از حافظه ی اصلی (RAM) است. این دستورالعمل ها که توسط نرم افزارها تولید می شوند، به صورت کدهای باینری هستند.
2. رمزگشایی دستورالعمل: واحد کنترل (CU) وظیفه ی رمزگشایی دستورالعمل های دریافتی را بر عهده دارد. CU با درک ماهیت دستورالعمل، مراحل اجرای آن را مشخص می کند.
3. پردازش داده ها: واحد منطق حسابی (ALU) با توجه به دستورالعمل های رمزگشایی شده، عملیات ریاضی و منطقی روی داده ها انجام می دهد. این عملیات شامل جمع، تفریق، ضرب، تقسیم، مقایسه و ... می شود.
4. ذخیره ی نتایج: نتایج عملیات انجام شده توسط ALU در حافظه ی کش (Cache) که حافظه ی داخلی و پرسرعت CPU است، ذخیره می شوند. در صورت نیاز، این نتایج به حافظه ی اصلی نیز منتقل می گردند.
5. کنترل سایر اجزا: CPU با ارسال سیگنال های کنترلی، سایر اجزای سیستم مانند کارت گرافیک، حافظه و واحدهای ورودی/خروجی را مدیریت می کند و هماهنگی لازم برای اجرای صحیح برنامه ها را برقرار می سازد.

انواع پردازنده های موجود در بازار

 
دو شرکت اصلی تولیدکننده ی پردازنده در دنیا، اینتل (Intel) و ای ام دی (AMD) هستند. هرکدام از این شرکت ها انواع مختلفی از پردازنده ها را برای مصارف گوناگون تولید می کنند. در ادامه به معرفی انواع اصلی پردازنده ها می پردازیم:
 

• پردازنده های کم مصرف (Atom و Celeron): این پردازنده ها برای دستگاه های همراه مانند لپ تاپ های میان رده و تبلت ها طراحی شده اند. آن ها بر مصرف پایین انرژی و طول عمر باتری تمرکز دارند و برای انجام کارهای سبک اداری و وب گردی مناسب هستند.
• پردازنده های میان رده (Pentium و Ryzen): این دسته از پردازنده ها، عملکرد متعادلی را بین قدرت و قیمت ارائه می دهند. آن ها برای انجام امور روزمره مانند کار با نرم افزارهای اداری، وب گردی، اجرای برنامه های سبک ویرایش عکس و حتی برخی از بازی های سبک مناسب هستند.
• پردازنده های رده بالا (Core i3، Core i5، Core i7، Ryzen 3، Ryzen 5، Ryzen 7): این پردازنده ها برای کاربران حرفه ای و گیمرها طراحی شده اند. آن ها از چندین هسته ی پردازشی (Cores) بهره می برند که امکان انجام همزمان چند کار را بدون افت محسوس سرعت فراهم می کند. این پردازنده ها برای اجرای نرم افزارهای سنگین ویرایش عکس و ویدیو، کارهای مهندسی و بازی های جدید با بالاترین کیفیت گرافیکی ایده آل هستند.
• پردازنده های Workstation (Xeon و Threadripper): این دسته از پردازنده ها قدرتمندترین نوع پردازنده ها به شمار می روند و برای کارهای علمی، رندرینگ حرفه ای و انجام محاسبات بسیار سنگین مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها معمولا دارای تعداد هسته ی پردازشی بسیار بالا و قابلیت های خاص برای افزایش سرعت محاسبات هستند.

عوامل کلیدی در انتخاب پردازنده

 
هنگام انتخاب پردازنده، باید به چند عامل مهم توجه کنید:
 

• نیازهای شما: اولین قدم، تعیین نیازهای خودتان است. برای چه کاری می خواهید از کامپیوتر استفاده کنید؟ آیا کاربری روزمره و وبگردی دارید؟ یا به سیستمی قدرتمند برای اجرای بازی های سنگین و ویرایش ویدیو نیاز دارید؟ بر اساس نوع کاربری، می توانید پردازنده ای متناسب با عملکرد مورد انتظار انتخاب کنید.
• برند سازنده: دو برند اصلی در بازار پردازنده ها، اینتل (Intel) و ای ام دی (AMD) هستند. هر دو برند محصولات باکیفیتی ارائه می دهند و انتخاب بین آن ها بیشتر به نیاز و بودجه ی شما بستگی دارد. اینتل معمولا در زمینه ی سرعت کلاک و عملکرد تک هسته ای برتری دارد، در حالی که پردازنده های ای ام دی اغلب از نظر تعداد هسته و رشته و همچنین قیمت مناسب تر هستند.
• تعداد هسته و رشته: هسته (Core) واحد پردازشی اصلی در یک CPU است. هرچه تعداد هسته ها بیشتر باشد، پردازنده می تواند همزمان روی کارهای بیشتری تمرکز کند و عملکرد بهتری در امور چندوظیفگی (Multitasking) داشته باشد. رشته (Thread) نیز مفهومی مرتبط با هسته است. برخی از هسته ها می توانند به صورت همزمان دو رشته را مدیریت کنند که باعث افزایش کارایی پردازنده می شود. برای کارهای روزمره، پردازنده های با 4 هسته و 4 رشته کفایت می کنند. اما برای اجرای بازی های جدید و نرم افزارهای سنگین، پردازنده های با تعداد هسته ی بیشتر (حداقل 6 هسته و 12 رشته) توصیه می شوند.
• سرعت کلاک: سرعت کلاک (Clock Speed) برحسب گیگاهرتز (GHz) سنجیده می شود و نشان دهنده ی تعداد دستورالعمل هایی است که پردازنده در هر ثانیه می تواند اجرا کند. به طور کلی، هرچه سرعت کلاک بالاتر باشد، پردازنده سریع تر است. با این حال، سرعت کلاک تنها یکی از عوامل تأثیرگذار بر عملکرد است و نباید صرفا بر اساس این معیار، پردازنده انتخاب کنید.
• حافظه ی کش: حافظه ی کش (Cache) حافظه ی داخلی و پرسرعت پردازنده است که برای ذخیره سازی داده های پرکاربرد در نظر گرفته شده است. دسترسی به اطلاعات موجود در کش بسیار سریع تر از حافظه ی اصلی (RAM) است. ظرفیت و نوع حافظه ی کش بر عملکرد کلی پردازنده تأثیر می گذارد.
• قابلیت اورکلاک (Overclocking): اورکلاک فرآیندی است که به موجب آن، سرعت کلاک پردازنده را بیش از مقدار پیش فرض افزایش می دهید. این کار می تواند باعث افزایش کارایی شود اما در عین حال، موجب افزایش گرما و مصرف انرژی پردازنده نیز می گردد. اورکلاک کردن نیازمند مادربرد و سیستم خنک کننده ی سازگار است و تنها برای کاربران حرفه ای که دانش کافی در این زمینه دارند، توصیه می شود.

 

نتیجه گیری

 
پردازنده قلب تپنده کامپیوتر شماست و نقش بسیار مهمی در عملکرد کلی سیستم ایفا می کند. با درک نحوه عملکرد پردازنده و فاکتورهای مهم هنگام خرید، می توانید انتخابی آگاهانه داشته باشید و از حداکثر قدرت و کارایی کامپیوتر خود بهره مند شوید.
 
بیشتر بخوانید:
 

بهترین پردازنده های گیمینگ