واحد پردازش مرکزی یا همان central processing unit را به اختصار CPU گویند. اصلی‌ترین پاسخ به این سوال که ‌سی‌پی‌یو چیست‌ این است که سی‌پی‌یو مغز دستگاه کامپیوتری است. این قطعه بر روی مادربرد دستگاه قرار دارد.

پردازنده‌ها تقریباً در همه دستگاه‌هایی که شما در اختیار دارید ساکن هستند، خواه ساعت هوشمند، رایانه یا ترموستات باشد. آن‌ها مسئول پردازش و اجرای دستورالعمل‌ها هستند.

در این مقاله به کارکرد کلی سی‌پی‌یو و اینکه چه سی‌پی‌یویی مناسب شماست، می‌پردازیم. اگر به تاریخچه سی‌پی‌یو علاقمند هستید، مقاله تاریخچه پردازنده‌ها را مطالعه کنید.

سی‌پی‌یو چیست و واقعاً چه کاری انجام می‌دهد؟

وظایف اصلی ‌سی‌پی‌یو به شرح زیر است:

• پردازش دستورالعمل‌ها
• اجرای سیستم عامل و برنامه‌ها
• گرفتن ورودی از کاربر و برنامه‌های فعال
• پردازش داده‌های گرفته شده
• تولید خروجی

این خروجی ممکن است توسط یک برنامه ذخیره‌شود یا روی صفحه نمایش داده‌شود. اجرای دستورالعمل به سه مرحله اصلی تقسیم می‌شود: واکشی، رمزگشایی و اجرا.

یک CPU دستور را از RAM دریافت می‌کند(واکشی). دستورالعمل را رمزگشایی می‌کند (رمزگشایی). سپس دستورالعمل را با استفاده از قسمت‌های مربوط به CPU اجرا می‌کند (اجرا).

در مقاله یک پردازنده چگونه کار می‌کند به طور کامل نحوه عملکرد سی‌پی‌یو توضیح داده شده‌است.

معماری ‌سی‌پی‌یو

هر نوع ‌سی‌پی‌یو یک معماری متفاوت دارد. ولی در کل، هر CPU دارای حافظه پنهان L1، ALU، واحد کنترل، گذرگاه‌ها یا باس و ثبات خاص خود است.

واحد منطق و حساب (ALU)

ALU به دو قسمت واحد حساب و واحد منطق تقسیم شده است. این واحدها شامل مدار دیجیتالی هستند که با ثبات‌ها ساخته می‌شود.

ALU به حل انواع عملیات حسابی و منطقی کمک می‌کند. واحد حساب و منطق برای حل عملکردهای مختلف مانند جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و غیره طراحی شده‌اند.

همچنین انجام عملیات دیگر مانند مقایسه، همسان‌سازی ادغام داده‌ها از وظایف این واحد است.

واحد کنترل

هدف اصلی واحد کنترل CPU کنترل کل عملیات واحدهای دیگر است. این واحد به شما کمک می‌کند تا تمام داده‌ها یا دستورالعمل‌ها بین همه واحدهای سیستم را کنترل کنید.

واحد کنترل یک رسانه ارتباطی بین کلیه دستگاه‌های ورودی و خروجی برای انتقال داده‌ها به حافظه یا دریافت داده‌ها از حافظه است.

کش یا حافظه نهان

دریافت دستورات اجرایی از حافظه اصلی بسیار زمان بر است. وجود یک حافظه توکار در خود ‌سی‌پی‌یو بسیار سرعت اجرا را بالا می‌برد. حافظه پنهان در داخل تراشه قرار دارد. این حافظه بسیار سریع‌تر از حافظه اصلی است. کش به افزایش عملکرد پردازنده کمک می‌کند. حافظه کش بسیار گران است.

Cache یک RAM استاتیک (SRAM) است. اما RAM سیستم، یک RAM پویا (DRAM) است. حافظه استاتیک (RAM) حافظه‌ای است که می‌تواند داده‌ها را بدون نیاز به تازه‌سازی مداوم نگه دارد.

دقیقاً کار کش چیست؟

یک برنامه به عنوان مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها طراحی شده است که توسط CPU اجرا می‌شود. هنگام اجرای یک برنامه، این دستورالعمل‌ها باید از حافظه اصلی به CPU راه پیداکنند. اینجاست که سلسله مراتب حافظه وارد عمل می‌شود.

داده‌ها ابتدا در RAM بارگیری می‌شوند. سپس به CPU ارسال می‌شوند. این روزها پردازنده‌ها در هر ثانیه هزاران دستورالعمل را می‌توانند اجرا کنند.

برای استفاده کامل از توان محاسباتی، CPU نیاز به دسترسی به حافظه فوق سریع دارد. اینجاست که حافظه پنهان وارد عمل می‌شود.

کنترل کننده حافظه وظیفه دارد داده‌ها را از RAM بگیرد و به حافظه پنهان ارسال کند. بسته به اینکه کدام پردازنده در سیستم شما وجود دارد، این کنترل کننده می‌تواند روی چیپ ست North Bridge مادربرد یا داخل CPU باشد.

سطوح حافظه نهان

حافظه نهان به سه سطح مانند L2، L1 و L3 تقسیم می‌شود. اندازه L1 نسبت به L2 کوچک است. L1 در مقایسه با L2 سریعتر است. L1 و L2 نسبت به L3 بسیار سریعتر است.

کش L1 در خود CPU قرار دارد. کش L2 هم می‌تواند روی ‌سی‌پی‌یو باشد و هم مادربرد، و کش L3 روی مادربرد قرار دارد.

حافظه نهان L1 به طور معمول تا 256 کیلوبایت می‌رسد. برخی پردازنده‌های مرکزی بسیار قدرتمند امروزی حافظه نهان L1 خود را به 1 مگابایت ارتقا داده‌اند. برخی از چیپ‌ست‌های سرور (مانند پردازنده‌های برتر Xeon اینتل) اکنون چیزی در حدود 1-2 مگابایت حافظه پنهان L1 دارند.

هسته ‌سی‌پی‌یو

درست است که گاهی به ‌سی‌پی‌یو “پردازنده” گفته می‌شود. اما در واقع پردازنده قطعه‌ای است که در داخل ‌سی‌پی‌یو قرار دارد. این تراشه، اصلی ترین بخش ‌سی‌پی‌یو است. به این تراشه “هسته CPU” هم گفته می‌شود.

امروزه دیگر ‌سی‌پی‌یو تک هسته‌ای رواج ندارد. ‌سی‌پی‌یوهای دو هسته ای تا حتی هشت هسته‌ای در بازار موجودند.

یک کامپیوتر ممکن است بیش از یک CPU داشته باشد که هر یک از آن‌ها دارای چندین هسته هستند. به عنوان مثال، یک سرور با دو پردازنده مرکزی شش هسته‌ای در مجموع دارای 12 پردازنده است. هر هسته را می‌توان یک پردازنده جدا دانست.

اما کار هسته چیست و افزایش هسته‌ها چه مزیتی دارد؟

هر هسته توانایی این را دارد که روی یک وظیفه کار کند و آن را پردازش کند. بنابراین با افزایش هسته‌ها کارهایی که می‌توانیم همزمان انجام دهیم، افزایش می‌یابند. پس هر چه هسته پردازنده بیشتر باشد، کارایی بیشتر است.

چه چیزی CPU را یک CPU می‌کند؟

میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی در کنار هم روی یک تراشه، یک ‌سی‌پی‌یو را می‌سازند. در واقع ترانزیستورها سیگنال‌ها را انتقال می‌دهند. همین امر باعث اجرای محاسبات مورد نیاز برای اجرای برنامه می‌شود.

یکی از رایج‌ترین پیشرفت‌های فناوری CPU، کوچکتر و کوچکترشدن ترانزیستورها است. این به نوبه خود یک بهبود در سرعت پردازنده است. کوچک شدن ترانزیستورها، و از طرفی افزایش سرعت تحت عنوان قانون مور شناخته می‌شود.

SoC چیست؟

در دستگاه‌های مدرن، مثلا یک سیستم دسکتاپ یا لپ‌تاپ، یک CPU اختصاصی وجود دارد که بسیاری از عملکردهای پردازشی را برای سیستم انجام می‌دهد.

دستگاه‌های تلفن‌همراه و برخی از تبلت‌ها از یک سیستم در تراشه (SoC) استفاده می‌کنند. این تراشه شامل پردازنده مرکزی در کنار سایر قطعات است.

اینتل و AMD هر دو پردازنده‌هایی همراه با تراشه‌های گرافیکی و یک حافظه روی آن‌ها دارند. این موضوع به این معنی است که آن‌ها می‌توانند چیزی بیش از عملکردهای استاندارد پردازنده را انجام دهند.

در یک SoC، تقریباً همه اجزا در یک تراشه سیلیکونی واحد ادغام می‌شوند. بر خلاف با CPU ،SoC معمولاً شامل GPU (پردازنده گرافیکی)، حافظه، کنترل کننده USB، مدارهای مدیریت نیرو و رادیوهای بی‌سیم (WiFi ، 3G ، 4G LTE و …) است. ساخت کامپیوترهای کامل فقط با یک SoC امکان‌پذیر است.

چه تفاوتی بین CPU و SoC وجود دارد؟

از نظر اندازه SoC کمی بزرگتر از CPU است. عملکرد SoC بسیار بیشتر از CPU است.

با استفاده از SoCها می‌توان رایانه‌های کاملی را در تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها قرار داد. با توجه به سطح بسیار بالای یکپارچه سازی و سیم‌کشی بسیار کوتاه‌تر، یک SoC نیز به میزان قابل‌توجهی انرژی کمتری نسبت به CPU استفاده می‌کند.

کاهش تعداد تراشه‌های فیزیکی به این معنی است که ساخت کامپیوتر با استفاده از SoC نیز بسیار ارزان‌تر است.

برای یک ‌سی‌پی‌یو خوب چقدر باید پرداخت کنید؟

اگر یک گیمر فوق حرفه‌ای یا یک ادیتور عکس نیستید، پردازنده‌های معمولی هم کار شما را راه می‌اندازند. معمولاً نیازی به هزینه بیش از 200 دلار وجود ندارد. همیشه سعی کنید آخرین نسل ‌سی‌پی‌یو‌ها را خریداری کنید. در مقاله گران‌ترین پردازنده‌ها و ارزان‌ترین سی‌پی‌یوها لیستی از پردازنده‌ها و قیمت آن‌ها آورده شده است.

کدام CPU برای شما مناسب است؟

هنگام خرید پردازنده یا رایانه رومیزی، اغلب به سرعت کلاک نگاه می‌کنید. اما سرعت کلاک فقط یک قسمت کوچک از داستان واحد پردازش مرکزی یا CPU شما را بیان می‌کنند. علاوه بر درک سرعت کلاک، فاکتورهای دیگری نیز مهم هستند.

اینکه کدام ‌سی‌پی‌یو برای شما مناسب است بسیار به مصرف شما بستگی دارد.

سرعت کلاک ‌سی‌پی‌یو

سرعت کلاک یکی از معیارهایی است که می‌توان ‌سی‌پی‌یو را با آن سنجید. سرعت کلاک بر حسب “گیگا هرتز” در لیست ویژگی محصولات آورده می‌شود. سرعت کلاک نشان می‌دهد که یک CPU می‌تواند در هر ثانیه از عهده چند دستورالعمل برآید.

اما این کل معیار در مورد عملکرد نیست. سرعت کلاک بیشتر در هنگام مقایسه پردازنده‌های مرکزی از یک خانواده یا با نسل مشابه اهمیت دارد. وقتی همه موارد دیگر یکسان باشد، سرعت کلاک بیشتر به معنای پردازنده سریعتر است، اما یک پردازنده 3 گیگاهرتزی از سال 2010 به سرعت پردازنده 2 گیگاهرتزی از سال 2018 نخواهد بود.

قبل از پرداختن به جزئیات پیچیده انواع پردازنده‌ها، جدول زیر شاید به تصمیم‌گیری در مورد انتخاب پردازنده مرکزی مفید باشد.

نمونه	CPU پیشنهادی	هدف
Core i9-8950HK Core i5-8300H	Intel Core i5 or i7 H Series	ایستگاه‌های کاری و بازی
Core i7-7500U Core i7-8550U Core i7-8705G	Intel Core i7 U Series Intel Core i5 or i7 G Series AMD Ryzen Mobile 5	استفاده روزانه با Boost
Core i5-7200U Core i5-8250U	Intel Core i5 U Series AMD Ryzen Mobile 5	استفاده روزانه بدون Boost
Core m3, Core i5-7Y54	Intel Core m/Core i5/i7 Y Series	لب‌تاپ‌های معمولی با عملکرد ضعیف
Celeron N3050 Pentium N4200	Intel Celeron, Pentium	لب‌تاپ‌های مقرون به صرفه با عملکرد ضعیف
Atom Z3735F Atom x3, Atom x5	Intel Atom Series	لب‌تاپ‌های ارزان با بدترین عملکرد

فاکتورهای مهم دیگر

در زمان خرید ‌سی‌پی‌یو ضمن سرعت کلاک، فاکتورهای دیگر را نیز باید در نظر گرفت. این فاکتورها عبارتند از:

• تعداد دستورالعمل‌های اجرا شده در هر ثانیه: سرعت کلاک خیلی چیز زیادی در مورد عملکرد پردازنده نمی‌گوید. هنگام بررسی CPU، بسیاری از کارشناسان سعی می‌کنند تعداد دستورالعمل‌هایی که در هر ثانیه اجرا می‌شود را بررسی کنند. این معیار تحت عنوان MIPS بیان می‌شود.
• چند هسته ای بودن پردازنده: برای مثال، یک پردازنده چهار هسته ای 2.8 گیگاهرتز به این معنی است که چهار پردازنده مجزا 2.8 گیگاهرتزی در همان بسته پردازنده تک هسته ای 2.8 گیگاهرتز کار می‌کنند. بنابراین، تعداد هسته‌ها نیز به یکی دیگر از معیارهای مهم عملکرد تبدیل شده‌اند.
• تعداد سطوح حافظه نهان. هر چه ‌سی‌پی‌یو حافظه نهان بزرگتری داشته باشد، عملکرد بهتری دارد.

برندهای مطرح تولید کننده CPU

پردازنده‌های اینتل

پردازنده‌های اینتل تراشه‌های نسل هشتم، نهم یا دهم است. می‌توانید مشخصات تولید آن‌ها را با توجه به نام محصول تعیین کنید. به عنوان مثال، Core i7-6820HK یک تراشه نسل ششم قدیمی است در حالی که Core i5-10210U یک تراشه نسل دهم جدیدتر است.

در نقد و بررسی پردازنده اینتل یکی از پردازنده‌های شرکت اینتل مورد نقد و بررسی قرار گرفته‌است.

پردازنده‌های AMD

AMD با پردازنده‌های Ryzen خود کاری مشابه انجام می‌دهد: Ryzen 5 2500X یک تراشه نسل دوم است که بر اساس طراحی هسته جدید “Zen” ساخته شده در حالی که Ryzen 9 3950X پردازنده نسل سوم است. در مقاله معرفی برند AMD در مورد این شرکت و پردازنده‌های آن می‌توانید اطلاعات بیشتری کسب کنید.

پردازنده‌های کوالکام

بیشتر تراشه‌های مخصوص تلفن هوشمند و تبلت ساخت شرکت کوالکام است. این تراشه‌ها کم مصرف هستند. پردازنده‌های اسنپ دراگون ساخت این شرکت هستند.

AMD در مقابل Intel 2020: چه کسی بهترین پردازنده‌ها را تولید می‌کند؟

برای کارهای روزانه با کامپیوتر، تماشای Netflix و پاسخگویی به ایمیل‌ها، پردازنده‌های Intel و AMD عملکردی کاملاً عالی به شما می‌دهند. اما در برخی زمینه‌ها، محصولات یک شرکت بهتر از بقیه عمل می‌کنند.

اگر به دنبال کار با پردازنده برای انجام کارهای چند موضوعی فشرده مانند ویرایش یا رمزگذاری ویدیو، یا فعالیت‌های چند وظیفه ای سنگین با ده‌ها برگه مرورگر باز هستید، پردازنده‌های AMD توانایی بیشتری دارند. این پردازنده‌ها نیز از نظر قیمت مقرون به صرفه تر هستند. طیف عملکرد بهتری دارند. برای همین اینتل هم گزینه بدی نیست. اما شما برای رسیدن به همان عملکرد بیشتر هزینه می‌کنید.

اگر به بازی علاقه دارید، پردازنده‌های AMD Ryzen 5000 بهترین گزینه هستند. از 5600X گرفته تا 5950X قدرتمند بهترین عملکرد بازی و بهره‌وری را ارائه می‌دهند.

گزینه‌های اینتل در این زمینه نیز اندکی مقرون به صرفه هستند. اما ممکن است ارزش آن را داشته باشد، اما از نظر انرژی، AMD پیشرو است.

اگر قصد خرید لپ تاپ دارید، اوضاع کمی متفاوت است. Tiger Lake اینتل بهترین گرافیک‌های پردازنده را ارائه می‌دهد و CPU‌های Comet Lake آن بسیار توانمند هستند.

تراشه‌های Ryzen 4000 با هسته‌های Zen 2 نیز بسیار شگفت انگیز و بسیار کارآمد هستند. البته باید سایر ویژگی‌های دستگاه هم در نظر بگیرید.

تفاوت پردازنده موبایل با پردازنده دسکتاپ چیست؟

برای هر نسل جدید، اینتل هم نسخه دسکتاپ و هم موبایل را به بازار عرضه می‌کند. برچسب “موبایل” ممکن است کمی ابهام ایجاد کند. پردازنده موبایل در طیف وسیعی از دستگاه‌ها شامل گوشی‌های هوشمند، لب تاپ‌ها، اشیا کاربرد دارد. ما تفاوت این دو را توضیح می‌دهیم. بنابراین شما برای انتخاب سی‌پی‌یو مناسب تمام اطلاعات را در دست دارید!

مقایسه CPU موبایل و CPU دسکتاپ

نسخه دسکتاپ دارای پردازش سرعت بالاتر و حافظه پنهان بهتری نسبت به پردازنده تلفن همراه است.

برای مثال: پردازنده core i7 موبایل سرعت کلاکی برابر core i5 دسکتاپ دارند.

این بدان معنی است که پردازنده‌های دسکتاپ قدرت بیشتری دارند. این پردازنده‌ها می‌توانند دستگاه‌های بیشتری را اداره کنند. به همین دلیل است که آن‌ها برای رایانه‌های شخصی اندازه کامل یا ایستگاه‌های‌کاری مانند Airtop ما طراحی شده‌اند.

مصرف گرما و برق

به دلیل تعداد هسته‌های بالاتر، رایانه‌های دارای CPU دسکتاپ معمولاً قدرتمندتر هستند. اما گرمای بیشتری تولید می‌کنند. نسبت به رایانه‌های شخصی که از پردازنده‌های موبایلی تغذیه می‌کنند، برق بیشتری نیز مصرف می‌کنند.

به عنوان مثال، Airtop ما با CPU دسکتاپ از 65 وات بهره می‌برد در حالی که رایانه‌های بدون فن ما با پردازنده‌های موبایلی مانند Intense PC3 فقط از 25W و Fitlet RM فقط از 10W استفاده می‌کنند.

از آنجا که رایانه‌های دارای CPU موبایل گرمای کمتری تولید می‌کنند، طراحی یک خنک کننده منفعل هوشمند آسان تر است. کامپیوترهای بدون فن که از CPU دسکتاپ استفاده می‌کنند نیز می‌توانند خنک شوند اما با تولید گرمای بیشتر به طراحی متفاوتی نیاز دارند.

CPU موبایل برای چه برنامه‌هایی مناسب است؟

CPU‌های موبایل برای برنامه‌هایی که به پردازش کم نیاز دارند، استفاده می‌شوند. مثلا برای برنامه‌هایی مانند فایروال، سرویس گیرنده دوربین مداربسته، کنترل از راه دور، ارتباط M2M، نظارت بلادرنگ، SOHO توصیه می‌شوند.

بنچمارک CPU

بنچمارک CPU نتیجه یک سری آزمایشات است که برای اندازه گیری عملکرد CPU رایانه یا دستگاه (یا SoC) طراحی شده است. مجموعه‌ای از استانداردها یا اندازه گیری‌های پایه برای مقایسه عملکرد سیستم‌های مختلف با استفاده از روش‌ها و شرایط یکسان استفاده می‌شود.

بنچمارک Geekbench:

Geekbench  قدرت تک هسته‌ای و چند هسته‌ای پردازنده شما را اندازه گیری می‌کند، کارهایی از چک کردن ایمیل گرفته تا گرفتن عکس تا پخش موسیقی یا همه این کارها به طور هم زمان. Geekbench  عملکرد را در زمینه‌های برنامه‌های جدید از جمله واقعیت افزوده و یادگیری ماشین اندازه گیری می‌کند، بنابراین شما می‌دانید که سیستم شما تا چه حد قدرت دارد.

این تست Benchmark برای تخمین قدرت پردازشی پردازنده‌ی اصلی و عملکرد حافظه است. Geekbench محاسبات عدد صحیح، محاسبات اعشاری و عملکرد حافظه را با آزمون‌های مختلف و به صورت تک‌ هسته یا چند هسته اندازه‌گیری می‌کند. یک امتیازی کلی را در نظر می‌گیرد. گیکبنچ عملکرد تک‌هسته‌ای و چندهسته‌ای پردازنده‌ی دستگاه شما را آزمایش می‌کند و امتیازی کلی برای آن در نظر می‌گیرد. امتیازات به‌دست‌آمده در گیک‌بنچ نسبت به یک امتیاز معیار سنجیده می‌شوند.

PassMark

با مراجعه به سایت cpubenchmark می‌توانید اطلاعات بیشتری در مورد بنچمارک‌های CPU کسب کنید. نرم افزار PassMark هزاران نتیجه معیار را که کاربران PerformanceTest در وب سایت خود ارسال کرده بررسی کرده است. نوزده نمودار CPU اینتل در مقابل AMD تولید کرده است تا به مقایسه سرعت نسبی پردازنده‌های مختلف کمک کند.

در این لیست CPUهای ساخته شده برای سرورها و ایستگاه‌های کاری (مانند پردازنده‌های Intel Xeon و AMD EPYC / Opteron)، پردازنده‌های رومیزی (Intel Core Series و AMD Ryzen و A-Series)، علاوه بر پردازنده‌های تلفن همراه، گنجانده شده است.

خلاصه اینکه…

در این مقاله ضمن اینکه درک اینکه سی‌پی‌یو چیست متوجه شدیم اگرچه پردازنده مرکزی برای عملکرد کلی سیستم مانند گذشته مهم نیست، اما همچنان نقش مهمی در عملکرد دستگاه دارد. از آنجا که ‌سی‌پی‌یو تنها وظیفه اجرای دستورات درون برنامه‌ها را دارد. هرچه سرعت پردازنده شما بیشتر باشد، برنامه‌ها با سرعت بیشتری اجرا می‌شوند.

مهم است به یاد داشته باشید که پردازنده سریع همه چیز نیست. اگر به گرافیک پیشرفته نیاز داشته باشید، پردازنده سریع به تنهایی کار شما را راه نمی‌اندازد.

در یک سیستم خوب سایر مولفه سیستم مانند کارت گرافیک، ظرفیت هارد دیسک و RAM را نیز در نظر بگیرید. پس به طور خلاصه می‌توان گفت پردازنده مرکزی همه چیز نیست، اما همچنان نقش مهمی در عملکرد سیستم شما دارد.