دانلود پاورپوینت آشنایی با مبانی واحد پردازش مرکزی (CPU)

واحد پردازش مرکزی (CPU) یا پردازنده، به واحدی اطلاق می شود که حجم زیادی از پردازش ها را در یک رایانه بر عهده دارد. همچنین لازم به ذکر است که، CPU تمامی دستورالعمل های دریافت شده توسط نرم افزارهای در حال اجرا بر روی رایانه شخصی و سایر قطعات سخت افزاری را مورد پردازش قرار داده و همانند یک ماشین حساب پیشرفته عمل می کند. CPU که پین ‌های آن در مادربرد رو به پایین قرار دارد، در یک سوکت مربع شکل خاص که در تمامی مادربردها وجود دارد، قرار می گیرد. همچنین، هر سوکت با یک آرایش پین خاص، تنها برای پشتیبانی از نوع خاصی از پردازنده ساخته شده است. همچنین لازم به ذکر است که از آنجائیکه مدل های جدید حرارت زیادی را ایجاد می کنند و در معرض داغ شدن بیش از حد قرار دارند، بایستی با استفاده از فن ها یا سیستم های تهویه مناسب، خنک نگاه داشته شوند و از طریق هیت سینک (گرماگیر) و خمیر حرارتی پوشش داده شوند. همچنین، جهت کنترل دستورالعمل‌ها و جریان داده‌ها به و از سایر قسمت ‌های رایانه، این ابزار تا حد زیادی به چیپست (گروهی از ریزتراشه‌های واقع بر روی مادربرد)، وابسته است. این اصطلاح، تحت عنوان پردازنده مرکزی، ریزپردازنده یا تراشه نیز نامیده می شود.

این پاورپوینت در 18 اسلاید آماده شده و در ادامه نیز، اسلاید شماره 2 آن قرار داده شده است:

پردازنده (CPU)، نوعی مدار منطقی محسوب می شود که به دستورالعمل های اصلی / پایه که یک رایانه را هدایت می کند، پاسخ داده و آن را پردازش می کند. از آنجائیکه این قسمت به تفسیر حجم گسترده ای از دستورات رایانه می پردازد، در واقع به عنوان اصلی‌ترین و مهم ‌ترین تراشه مدار مجتمع (IC) در رایانه محسوب می‌شود. لازم به ذکر است که، این ابزارها انجام اکثر عملیات ‌های حسابی، منطقی و I/O  را بر عهده داشته و همچنین فرمان هایی را برای سایر تراشه‌ها و اجزای در حال اجرا در یک رایانه اختصاص داده و نقش هایی را به آنها محول می کنند.

اصطلاح پردازنده به جای اصطلاح واحد پردازش مرکزی (CPU) به کار می رود، با وجود اینکه صراحتا، این بخش تنها پردازنده در یک رایانه محسوب نمی شود. GPU (واحد پردازش گرافیکی) برجسته ترین مثال می باشد، اما برخی از پردازش ‌ها نیز به ‌طور مستقل از طریق هارد دیسک و سایر دستگاه ‌های موجود در رایانه انجام می گیرد. با این حال، این اصطلاح به طور کلی به معنای CPU می باشد.

این ابزارها معمولا در رایانه های شخصی، تلفن های هوشمند، تبلت ها و سایر رایانه ها وجود دارند. لازم به ذکر است که دو رقیب اصلی در این بازار، اینتل و AMD می باشند.

عناصر اصلی/ پایه یک پردازنده

عناصر اصلی یک پردازنده عبارتند از:

• واحد محاسبه و منطق (ALU)، که بر روی عملوندهای موجود در دستورالعمل ها، عملیات محاسباتی و منطقی را اجرا می کند.
• واحد ممیز شناور (FPU)، کمک پردازنده ریاضی یا کمک پردازنده عددی نامیده می شود. همچنین یک کمک پردازنده تخصصی محسوب می شود که در مقایسه با مدارهای ریزپردازنده اصلی، اعداد را سریع‌ تر دستکاری می‌کند.
• رجیسترها که دستورالعمل ها و سایر داده ها را حفظ می کنند. عملوندهای منبع را در ALU (واحد محاسبه و منطق) ثبت کرده و نتایج عملیات را ذخیره سازی می کند.
• حافظه کش L1 و L2. وارد نمودن آنها در CPU در مقایسه با دریافت اطلاعات از حافظه دسترسی تصادفی (RAM)، به صرفه جویی در زمان منجر می شود.

عملیات CPU

چهار عملکرد اصلی یک پردازنده عبارتند از واکشی، رمزگشایی، اجرا و بازنویسی.

• واکشی – عملیاتی است که دستورالعمل ها را از حافظه برنامه از رم سیستم دریافت می کند.
• رمزگشایی – مرحله ای است که طی آن دستورالعمل ها تبدیل می شوند تا مشخص شود که برای ادامه عملیات کدام یک از دیگر بخش های CPU مورد نیاز هستند. این کار از طریق رمزگشای دستورالعمل اجرا می شود.
• اجرا – مرحله ای است که طی آن عملیات انجام می شود. همچنین برای اجرای دستورالعمل ها، هر قسمت از CPU که مورد نیاز است فعال می شود.

اجزا و نحوه کار CPU ها

اجزای اصلی این عنصر در یک کامپیوتر عبارتند از: ALU، رجیسترها و واحد کنترل. توابع اصلی ALU و رجیسترها، “عناصر اصلی/ پایه یک پردازنده” نامیده می شوند. واحد کنترل، مسئول واکشی و اجرای دستورالعمل ها می باشد.

پردازنده موجود در رایانه شخصی یا تعبیه شده در دستگاه های کوچک غالبا به عنوان ریزپردازنده شناخته می شود. این اصطلاح به این معناست که عناصر آن در یک تراشه IC واحد قرار دارند. عملکرد برخی از رایانه ها از طریق یک پردازنده چند هسته ای صورت می گیرد – یک تراشه از بیش از یک CPU تشکیل شده است. این بخش معمولاً دستگاه کوچکی است که پین ‌های آن در مادربرد رو به پایین قرار دارد. لازم به ذکر است که، برای دفع گرما  می توان CPU ها را با یک هیت سینک و یک فن به مادربرد متصل نمود.

انواع CPU

امروزه، بیشتر پردازنده‌ها، چند هسته‌ای هستند. این بدان معناست که IC برای بهبود عملکرد، کاهش مصرف انرژی و پردازش کارآمدتر همزمان چندین عملیات، از دو یا چند پردازنده تشکیل شده است. نصب / راه‌اندازی‌های چند هسته‌ای همانند نصب چندین پردازنده جداگانه در یک رایانه است، اما با توجه به اینکه این ابزارها به یک سوکت متصل هستند، اتصال بین آنها سریع‌تر می باشد.

بیشتر رایانه ها ممکن است حاوی دو تا چهار هسته باشند. با این وجود، برای مثال، تعداد هسته ها می تواند تا 12 هسته نیز افزایش یابد. شایان ذکر است که در صورتیکه، یک CPU بتواند در یک زمان، تنها یک مجموعه از دستورالعمل ها را پردازش کند، در اینصورت، یک پردازنده تک هسته ای نامیده می شود. در صورتیکه یک CPU بتواند در یک زمان، دو مجموعه دستورالعمل را پردازش کند، پردازنده دو هسته ای تلقی می شود. علاوه بر این، چهار مجموعه را می توان یک پردازنده چهار هسته ای نامید. همچنین لازم به ذکر است که هرچه تعداد هسته‌ها بیشتر باشد، رایانه می‌تواند دستورالعمل‌های بیشتری را در یک زمان اجرا کند.

برخی از پردازنده ها از مالتی تریدینگ/ چند نخی استفاده می کنند که از هسته های پردازشگر مجازی سازی شده استفاده می کند. هسته‌های پردازشگر مجازی ‌شده، vCPU ها نام دارند. این هسته ها همانند هسته های فیزیکی قوی نیستند اما جهت بهبود عملکرد در ماشین های مجازی (VM) قابل استفاده هستند. با این وجود، افزودن vCPU های غیر ضروری می تواند به آسیب رسانی به نرخ تلفیق منجر شود، از اینرو، در هر هسته فیزیکی بایستی در حدود چهار تا شش vCPU وجود داشته باشد.

در ادامه، اسلاید شماره 14 این پاورپوینت، قرار داده شده است:

یک واحد پردازش مرکزی (CPU) که ​​به آن پردازنده مرکزی، اصلی یا فقط پردازنده اطلاق می شود، نوعی مدار الکترونیکی است که مسئولیت اجرای دستورالعمل های یک برنامه کامپیوتری را بر عهده دارد. این ابزار عملیات اصلی محاسباتی، منطقی، کنترلی و ورودی/خروجی (I/O) تعیین شده توسط دستورالعمل های برنامه را اجرا می کند که با اجزای خارجی نظیر حافظه اصلی و مدارهایI/O  و مدل های تخصصی نظیر واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) متفاوت است. لازم به ذکر است که در طول زمان، شکل، طراحی و اجرای این ابزارها با تغییراتی همراه بوده است، اما عملکرد اصلی آنها تقریبا تغییر نکرده است. اجزای اصلی آن عبارتند از واحد محاسبه و منطق (ALU) که مسئولیت اجرای ​​عملیات محاسبه و منطق را بر عهده دارد، رجیسترهای آن که عملوندهای منبع را در ALU (واحد محاسبه و منطق) ثبت کرده و نتایج عملیات را ذخیره سازی می کند، و یک واحد کنترل که مسئولیت هماهنگ سازی واکشی را (از حافظه)، رمزگشایی و اجرای دستورالعمل ها با هدایت عملیات هماهنگ ALU، ثبات ها و سایر اجزا بر عهده دارد. همچنین اکثر مدل های جدید بر روی ریزپردازنده های مدار مجتمع (IC) با یک یا چند CPU بر روی یک تراشه IC پیاده سازی و اجرا می شوند. تراشه های ریزپردازنده با چندین CPU، پردازنده های چند هسته ای می باشند. همچنین مدل های فیزیکی منفرد، هسته‌ های پردازنده می‌توانند برای ایجاد CPUهای مجازی یا منطقی بیشتر، چند رشته‌ای شوند. همچنین، یک IC حاوی CPU ممکن است از حافظه، رابط های جانبی و سایر اجزای رایانه نیز تشکیل شده باشد؛ که این دستگاه‌ های یکپارچه، میکروکنترلرها یا سیستم ‌های روی تراشه (SoC) نامیده می شوند. پردازنده های آرایه ای یا برداری حاوی چندین پردازنده هستند که بدون اینکه واحد مرکزی در نظر گرفته شوند، به صورت موازی عمل می کنند. همچنین مدل های مجازی، انتزاعی از منابع محاسباتی تجمیع شده دینامیکی محسوب می شوند.