دوره مونتاژ و ارتقا کامپیوتر، نصب و کار با سیستم عامل ویندوز و نرم افزارهای سیستمی
برای ثبت نام در این دوره به مجتمع آموزشی امام علی ع در اراک به آدرس خیابان محسنی ابتدای کوچه محسنی مجتمع آموزشی امام علی ع مراجعه فرمائید.
………………………
اهداف یادگیری
آشنایی با نقش پردازنده در سیستم
شناخت اجزای داخلی CPU بهزبان ساده
درک مفاهیم پایه مثل کلاک، هسته و کش
ساختار پیشنهادی فصل سوم پردازنده مرکزی CPU
معرفی پردازنده و نقش آن در سیستم
CPU مغز کامپیوتر است که همه دستورات و عملیات را پردازش میکند.
کنترل و هماهنگی بین اجزای مختلف سیستم را برعهده دارد.
ساختار کلی پردازنده
شامل واحد محاسبات منطقی و حسابی ALU، واحد کنترل، و رجیسترهاست.
ALU عملیات ریاضی و منطقی را انجام میدهد و واحد کنترل، دستورات را تفسیر و اجرا میکند.
واحدهای اصلی CPU
واحد کنترل مدیریت دستورالعملها و هماهنگی اجزا
رجیسترها حافظههای کوچک برای ذخیره موقت دادهها و دستورها
فرکانس کاری و تاثیر آن بر عملکرد
فرکانس یا سرعت کلاک با واحد گیگاهرتز GHz اندازهگیری میشود.
فرکانس بالاتر معمولاً به معنی سرعت بیشتر پردازش است، اما عوامل دیگری نیز موثرند.
معماریهای مختلف CPU
معماریهای مختلف CISC و RISC
پردازندههای چند هستهای
چند هسته به معنای داشتن چند پردازنده در یک چیپ است.
افزایش توان پردازشی و اجرای همزمان چند برنامه.
فناوریهای مرتبط
Hyper-threading اجرای همزمان چند رشته Thread روی هر هسته
Turbo Boost افزایش موقتی فرکانس برای بهبود عملکرد
نکات مهم در انتخاب CPU
تعداد هستهها و رشتهها
فرکانس کاری
سازگاری با مادربرد سوکت CPU
توان مصرفی و سیستم خنککننده
تمرین و سوالات پایانی
CPU چه نقشی در کامپیوتر دارد؟
واحد ALU چه کاری انجام میدهد؟
تفاوت معماری CISC و RISC چیست؟
مزیت پردازنده چند هستهای چیست؟
فناوری Hyper-threading چگونه عملکرد CPU را بهبود میبخشد؟
پردازنده مرکزی CPU
واحد پردازش مرکزی یا سی پی یو Central Processing Unit یا CPU یکی از اجزاء کامپیوتر می باشد که فرامین و اطلاعات را مورد پردازش قرار می دهد. واحدهای پردازش مرکزی ویژگی پایه ای قابل برنامه ریزی شدن را در کامپیوترهای دیجیتال فراهم می کنند و یکی از مهم ترین اجزاء کامپیوترها هستند. یک پردازنده مرکزی، مداری یکپارچه می باشد که معمولا به عنوان ریزپردازنده شناخته می شود. امروزه عبارت CPU معمولا برای ریزپردازنده ها به کار می رود که مسئول اجرای دستورالعملها، مدیریت جریان داده و هماهنگی بین اجزای سیستم است.
مدار مجتمع یا آی سی Integrated Circuit یا IC امکان افزایش پیچیدگی ها برای طراحی پردازنده ها و ساختن آنها در مقیاس کوچک را در حد میلیمتر امکان پذیر می سازد. هر دو فرایند کوچک سازی و استاندارد سازی پردازنده ها، حضور این تجهیزات دیجیتال را در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند کامپیوتر تبدیل کرد. ریز پردازنده های جدید را در هر چیزی از خودروها گرفته تا تلفن های همراه و حتی اسباب بازی های کودکان می توان یافت.
مدت زمان انجام یک کار بوسیله کامپیوتر، به عوامل متعددی بستگی دارد که اولین آنها، سرعت پردازشگر کامپیوتر و تعداد پردازشگر است. پردازشگر یک تراشه الکترونیکی است و سرعت آن بر حسب مگاهرتز یا گیگاهرتز سنجیده می شود. هر چه سرعت بیشتر باشد، پردازشگر قادر خواهد بود، محاسبات بیشتری را در هر ثانیه انجام دهد. سرعت پردازشگر به عنوان یکی از مشخصه های یک کامپیوتر به قدری در تعیین کارآیی آن اهمیت دارد که معمولا به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده کامپیوتر از آن یاد می شود. تراشه پردازشگر و اجزای الکترونیکی که آن را پشتیبانی می کنند، مجموعاً به عنوان واحد پردازش مرکزی یا CPU شناخته شده هست، در اصطلاح عامیانه CPU به عنوان مغز کامپیوتر شناخته می شود و همه دستورات نرمافزاری و دادهها باید از طریق CPU پردازش شوند تا نتیجه تولید شود.
واحد پردازش مرکزی است که دستورالعمل ها را تفسیر و اجرا می کند. کامپیوترهای بزرگ و ریزکامپیوترهای قدیمی بُرد هایی پر از مدارهای مجتمع یا IC داشتد که عمل پردازش را انجام می دادند. امروزه تراشه هایی که ریز پردازنده نامیده می شوند، امکان ساخت کامپیوترهای شخصیPC و ایستگاه های کاری Work Station را میسر ساخته اند.
ساختار CPU
شامل بخشهای مختلفی است که با همکاری هم پردازشهای پیچیده را انجام میدهند در جدول زیر اجزای داخلی CPU با وظیفه هر بخش آمده است:
| وظیفه | نام کامل | جزء داخلی |
| محاسبه و منطق انجام عملیات ریاضی و منطقی | Arithmetic Logic Unit | ALU |
| کنترل مدیریت اجرای دستورات | Control Unit | CU |
| مدیریت حافظه های رجیستر و کش | Memory Management Unit | MMU |
| رجیسترها حافظههای فوق سریع برای نگهداری موقت داده | Registers | |
| حافظه پنهان درون CPU برای کاهش تاخیر در خواندن از RAM | Cache |
واحد محاسبات منطقی و حسابی ALU
این واحد وظیفه انجام عملیات ریاضی جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و منطقی و بیتی AND, OR, NOT, XOR، محاسبات شناور Floating Point Unit – FPUو شیفتها و چرخش بیتها و… را برعهده دارد.
واحد کنترل Control Unitیا CU
خواندن، تفسیر و اجرای دستورالعملها، مدیریت سیکلهای کلاک
تفسیر و زمانبندی دستورالعملها
مدیریت استثناها و وقفهها Interrupt Handling
هماهنگی دسترسی به حافظه و I/O
واحد مدیریت حافظه Memory Management Unit – MMU
حافظه های درون CPU حافظه های بسیار بسیار سریعی هستند که شرکت سازنده CPU درون آن قرارداده تا سی پی یو بتواند به دادههایی که می خواهد پردازش کند با سرعت بسیار بسیار زیادی دسترسی داشته باشد همانگونه که می دانید سی پی یو می تواند دهها میلیارد دستورالعمل در ثانیه را انجام دهد و این دستورالعمل ها از واحد های ورودی و واحدهای حافظه جانبی و واحد حافظه اصلی(RAM) در اختیار سی پی یو قرار می گیرد که سرعت رَم برای در اختیار قراردادن این میزان داده برای سی پی یو کافی نیست و برای حل این مشکل از حافظه های فوق سریعی به نام Register و حافظه های بسیار بسیار سریعی به نام کَش درون سی پی یو استفاده شده که سی پی یو معطل رسیدن داده نباشد و برای مدیریت این حافظه ها درون سی پی یو واحدی به نام MMU قرار داده شده است تا این وظیفه را انجام دهد.
حافظه پنهان، نهانگاه یا کش Cache بخشی از حافظه سریع است که چند دستور بعدی را که باید توسط CPU پردازش شوند را برای افزایش سرعت مشخص می کند.
فرکانس کلاک و تاثیر آن
فرکانس کلاک تعیینکننده سرعت سیکلهای پردازشی و افزایش فرکانس باعث افزایش توان پردازشی میشود اما با افزایش مصرف انرژی و حرارت همراه است هر چه فرکانس را بالاتر ببریم سرعت عملکرد و کارایی بیشتر می شود اما محدودیتهای فیزیکی و دما نمی گذارد به هر میزان فرکانس را بالا برد و همین دلیل باعث شد که پردازندههای چند هستهای رایج شود.
وظیفه CPU در کامپیوتر انجام پردازش است که در سه سیکل انجام می شود که سیکل های پردازشی CPU معمولاً شامل این ۳ مرحله است
Fetch دریافت دستور از حافظه RAM
Decode رمزگشایی دستور
Execute اجرای دستور مثل جمع، تفریق، انتقال و…
پایپلاین مراحل Fetch → Decode → Execute → Memory → Write Back
مثال ساده وقتی دکمهی جمع در ماشین حساب فشار میدید، CPU داده ها را از ورودی از طریق حافظه دریافت کرده و داده ها را شناسایی و رمز گشایی می کند سپس عملیات جمع رو اجرا میکند و در نهایت نتیجه حاصل را به حافظه داده تا به واحد خروجی ارسال شود.
نمونه کد اسمبلی ساده مثال جمع دو عدد
MOV AX, 5 ; بارگذاری عدد 5 در رجیستر AX
MOV BX, 10 ; بارگذاری عدد 10 در رجیستر BX
ADD AX, BX ; جمع AX و BX و ذخیره در AX
راهنمای خرید پردازنده بر اساس مشخصات فنی
علاوه بر برند سازنده، نکته اصلی در هنگام خرید CPU مشخصات فنی آن است؛ این به معنای تعداد هستهها و رشتهها، سرعت کلاک، حافظه کش و … میباشد که قدرت پردازشی پردازنده را مشخص میکند. قاعده کلی در انتخاب سی پی یو بر اساس مشخصات فنی این است: «هرچه بیشتر، بهتر»، اما این بدان معنا نیست که برای هر نوع کاربری شما از کامپیوتر، به قویترین و در نتیجه گرانترین پردازنده نیاز داشته باشید و باید سایر معیارها نظیر نوع کاربری، برند و … را هم مد نظر قرار دهید. سی پی یوهای مدرن از میلیاردها ترانزیستور تشکیل شدهاند و سرعت عملکرد آنها بر حسب گیگاهرتز (GHz) اندازهگیری میشود. مثلاً، یک پردازنده ۳.۵ گیگاهرتزی قادر است ۳.۵ میلیارد عملیات در ثانیه انجام دهد، مؤثرترین عوامل که بر عملکرد و سرعت و کارایی سی پی یو اثر دارد به موارد زیر می توان اشاره کرد:
تعداد هسته و رشته (Cores and threads) پردازنده
هر هسته سی پی یو میتواند به صورت مستقل دستورات را اجرا کند. بنابراین، سی پی یوهای چند هستهای قادر به انجام چندین کار به طور همزمان هستند و قدرت بالاتری دارند.
هستهها همچون پردازندههای جداگانهای هستند که همه با هم روی یک تراشه بستهبندی شدهاند. در تعریفی ساده، هر هسته میتواند در یک زمان یک کار انجام دهد، به این معنی که تعداد هستههای بیشتر، پردازنده را در اجرای عملکرد چندوظیفگی قویتر میکند. نرمافزارهای مدرن در استفاده از هستههای بیشتر در یک زمان برای انجام یک کار بسیار بهینه شدهاند، بنابراین هستههای بیشتر میتوانند برخی از نرمافزارها را سریعتر اجرا کنند.
رشتهها تعداد وظایفی هستند که یک CPU میتواند در هر زمان انجام دهد. بسیاری از پردازندههای مدرن، دارای عملکرد چند رشتهای همزمان هستند (که در پردازندههای اینتل Hyperthreading نامیده میشود). این قابلیت که به پردازندهها اجازه میدهد از عملکرد هسته اضافی برای کارهای بیشتر استفاده کنند. به همین دلیل اغلب CPUها دارای هشت هسته و 16 رشته یا 12 هسته و 24 رشته هستند. رشتههای اضافی به اندازه خود هستهها سریع نیستند، زیرا بهطور موثری از بخشهایی از CPU استفاده میکنند که کمتر مورد استفاده قرار میگیرد اما معمولاً عملکرد را به شکل قابل توجهی بهبود میدهند.
داشتن هستههای بیشتر از آنچه نیاز دارید، سرعت کار را فراتر از محدودیتهایی که نرمافزار میتواند انجام دهد افزایش نمیدهد. حتی میتواند سرعت هستههای موجود در پردازنده را به اندازه هستههای تراشههایی با تعداد کمتر کاهش دهد.
سرعت کلاک
سرعت کلاک به تعداد دفعاتی گفته میشود که سی پی یو میتواند در هر ثانیه یک دستورالعمل را اجرا کند و یکی دیگر از مشخصات فنی مهم در CPUها، سرعت کلاک آنها است. این سرعت، بر حسب مگاهرتز (MHz) و گیگاهرتز (GHz) اندازهگیری میشود و نشان میدهد که یک پردازنده میتواند چند مجموعه از وظایف را در هر ثانیه انجام دهد. اگر دو پردازنده از یک نسل، تعداد هستههای یکسانی داشته باشند اما یکی از آنها سرعت کلاک بالاتری داشته باشد، عملکرد سریعتری خواهد داشت؛ به عبارت دیگر صرف داشتن تعداد هسته بیشتر، تضمینکننده سرعت بالاتر پردازنده نخواهد بود.
CPUها همچنین دارای دستورالعملهای متفاوتی در درجهبندی هر کلاک (Instructions Per Clock: IPC) هستند، IPC تعداد وظایفی است که پردازنده میتواند در هر چرخه کلاک انجام دهد (هر ثانیه، با سرعت کلاک مشخص میشود) که به معماری زیربنایی سی پی یو بستگی دارد.
هنگامی که پردازنده به قدرت پردازشی اضافی نیاز دارد، خود را به هایپردرایو تبدیل میکند که به این قدرت اضافی، سرعت کلاک بوست یا تقویتی سرعت کلاک بوست (Boost Clock Speed)گفته میشود.
فرض کنید CPU دارای کلاک هسته 3.5 گیگاهرتز و کلاک تقویتی 4.2 گیگاهرتز است. ساعت پایه، فرکانس کاری معمولی آن است، اما اگر در حال ویرایش در فتوشاپ یا رندرینگ ویدیو هستید، CPU باید فرکانس کلاک خود را تا حدی بالا بیاورد و با فرکانس 4.2 گیگاهرتز شروع به کار میکند تا قدرت بیشتری بگیرد (به عبارت دیگر، حداکثر سرعت کلاک این پردازنده در شرایط پرفشار، 4.2 گیگاهرتز خواهد بود).
برخلاف اورکلاک که در زیر به آن خواهیم پرداخت، برای انکه کلاک هسته CPU خود را به سرعت بوست آن افزایش دهید، نیاز به انجام کاری نیست و این کار توسط خود پردازنده انجام خواهد شد.
قابلیت اورکلاک پردازنده (Overclocking)
همانطور که گفتیم، فرکانس ساعت هسته CPU، تعداد چرخههای ساعتی است که CPU میتواند در هر ثانیه انجام دهد هرچه چرخه ساعت بیشتر باشد، پردازنده سریعتر میتواند دستورالعملها را اجرا کند.
هنگامی که CPU خود را اورکلاک میکنید اساساً انرژی بیشتری برای افزایش فرکانس کاری آن ارسال میکنید. هرچه در هر ثانیه پالسهای الکتریکی بیشتری به CPU ارسال کنید، CPU شما سریعتر خواهد بود و با سرعت کلاک بالاتری از حد معمول خود کار خواهد کرد.
برخی از CPUها برای اورکلاک مناسبتر از بقیه هستند. برای مثال، پردازندههای AMD بهویژه جدیدترین سری Ryzen آن به دلیل قابلیت اورکلاکپذیری، محبوبیت زیادی دارند. همچنین تنها پردازندههایی از اینتل قابل اورکلاک هستند که در انتهای نام آنها حرف K وجود داشته باشد.
حافظه کش پردازنده (CPU Cache)
حافظۀ کش: حافظۀ کش نوعی حافظه کوچک اما بسیاری سریع ست که در کنار پردازندهها قرار دارند تا بتوانند دسترسی پردازنده به اطلاعات مورد نیاز را سریعتر کنند. هرچه اندازه حافظه کش بیشتر باشد، سی پی یو میتواند دادههای بیشتری را به صورت محلی ذخیره کند و در نتیجه عملکرد آن بهبود مییابد.
حافظه کش مقدار کمی از حافظه بسیار سریع است که مستقیماً بر روی پردازنده ساخته شده و مسئول ذخیره اطلاعاتی است که CPU باید مرتباً از آنها استفاده کند. حافظه کش سرعت دسترسی پردازنده به دادهها را افزایش میدهد
بهطور کلی حافظه Cache به سه نوع L1 و L2 و L3 دستهبندی میشود اما دو نوع کش L2 و L3 هنگام خرید پردازنده اهمیت بیشتری دارند، CPUها معمولاً کش L3 بزرگتری نسبت به L2 دارند). بهطور معمول، هر هسته CPU دارای حافظه نهان L2 اختصاصی است، اما حافظه کش L3 بین تمام هستههای پردازنده مشترک است.
L1 سریعترین نوع حافظه کش و شامل دادههایی است که سی پی یو به آن بیشتر نیاز دارد. اندازه حافظه نهان L1 بسته به سی پی یو متفاوت است و اندازه استانداردی برای آن وجود ندارد. کش L1 به دو بخش دستورالعمل و کش داده تقسیم میشود.
حافظه پنهان L2 نسبت به L1 کندتر اما از نظر سایز بزرگتر است. حافظه کش L1 برحسب کیلوبایت و L2 براساس مگابایت سنجیده میشود. اندازه L2 هم براساس هر CPU متفاوت است اما بهطور معمول بین 256 کیلوبایت تا 8 مگابایت حافظه دارد.
حافظه پنهان L3 بزرگترین و کندترین واحد حافظه کش محسوب میشود و اکثر سی پی یوهای مدرن به حافظه نهان L3 مجهز هستند. در حالی که L2 و L1 برای هر هسته روی تراشه خود قرار دارند، کش L3 در کل تراشه مشترک است. اندازه حافظه پنهان در اندازه حافظه پنهان در L3 بیشتر از 64 مگابایت است و بیشترین فضا را نسبت به بقیه حافظهها به خود اختصاص میدهد.
معماری و نوع سوکت پردازنده
معماری سی پی یو، ساختار داخلی و نحوه عملکرد یک پردازنده را مشخص میکند. این معماری میتواند بر سرعت، کارایی و مصرف انرژی پردازنده تأثیر قابل توجهی داشته باشد.
سوکت، بخشی مهم در پردازنده است و از پینهایی تشکیل شده که پردازنده را به مادربورد وصل میکند. سوکتها پردازنده را به اجزای کامپیوتر متصل کرده و ارتباط سی پی یو را با بخشهای سختافزاری دیگر برقرار میکند.
CPUها میتوانند انرژی زیادی مصرف کنند و تقسیم توان مصرفی بین بسیاری از پینها به تثبیت انتقال انرژی کمک میکند. به همین دلیل هر پردازنده از تعداد بسیار زیادی پین تشکیل شده و این تعداد، باید با انواع سوکت مادربورد سازگار باشد تا بتوان پردازنده را به آن متصل کرد. توجه داشته باشید که سوکتهای اینتل و AMD بهطور قابل توجهی متفاوت هستند و قبل از خرید پردازنده، باید امکان اتصال آن به مادربورد براساس نوع سوکت را بررسی کنید.
توان حرارتی پردازنده (TDP)
به بیان ساده، توان طراحی حرارتی (Thermal Design Power) اندازهگیری مقداری است که یک پردازنده در عمل خروجی میدهد. اما تعریف واقعی TDP کمی پیچیدهتر است زیرا در واحد وات (W) محاسبه میشود. TDP بیشتر CPUها از 65 وات تا 95 وات متغیر است، اما برخلاف تصور عمومی، TDP معیاری برای سنجش مصرف برق مستقیم نیست.
تولیدکنندگان اغلب یک TDP واحد را به کل خانواده تراشهها اختصاص میدهند، علیرغم اینکه برخی تراشهها بسیار قویتر هستند و از برق بیشتری استفاده میکنند. علاوهبر این، برخی از تولیدکنندگان، TDP را بر اساس یک سناریوی استفاده شدید، مانند انجام طولانی ویرایشهای سنگین گرافیکی تخمین میزنند، در حالی که برخی دیگر TDP را بر اساس آنچه در دنیای واقعی مشاهده میکنید، ارزیابی میکنند.
بهطور کلی پردازندهها باید در کمتر از حداکثر دمای کاری خود نگه داشته شوند، در این مرحله، آنها بهطور کامل خاموش میشوند یا عملکرد خود را کاهش میدهند تا از گرمای بیش از حد محافظت کنند.
فناوری ساخت (لیتوگرافی)
ویژگی مهم دیگری که باید قبل از انتخاب سی پی یو بررسی کنید، لیتوگرافی یا فرآیند ساخت و تولید پردازنده است. لیتوگرافی تعیین میکند که اجزای یک سی پی یو در چه فاصلهای کنار هم قرار بگیرند که یک عدد مشخص در واحد ناومتر (nm) محاسبه میشود. مثلاً لیتوگرافی 12 نانومتری به این معنی است که اجزای یک پردازنده با فاصله 12 نانومتر کنار هم قرار میگیرند. برخلاف سایر مشخصات پردازنده، هر چه فرآیند ساخت کوچکتر باشد (نانومتر کمتر) بهتر است.
پردازنده گرافیکی یکپارچه (Integrated GPU)
برخی از CPUها دارای گرافیک یکپارچه هستند و به خرید کارت گرافیک اختصاصی نیاز نخواهد بود. گرافیک یکپارچه در CPU میتواند هزینه اسمبلی سیستم را کاهش دهد اما عملکرد کلی سیستم را برای کارهای سنگین گرافیکی و گیم نیز کاهش خواهد داد. بهطور کلی گرافیک یکپارچه هرگز نمیتواند با قدرت یک کارت گرافیک اختصاصی و پردازنده GPU مجزا رقابت کند.
تولید کنندگان CPU
اینتل و ایامدی دو تولیدکننده بزرگ پردازندههای کامپیوتری هستند که با ارائه فناوریهای نوآورانه و رقابت در بهبود عملکرد، مصرف انرژی و قیمت، تاثیر بسزایی در صنعت پردازندهها دارند. گرچه مشخصات فنی پیشرفته میتواند بیانگر قدرت پردازنده باشد اما برند سازنده CPU هم جایگاه مهمی در لیست راهنمای خرید پردازنده دارد. به عنوان مثال، رقابت شدید بین پردازندههای Intel و AMD یکی از دلایل سردرگمی خرید پردازنده است.
اینتل (Intel)
اینتل یک کارخانه تولیدکننده سخت افزار در کالیفرنیای امریکاست که در سال ۱۹۶۸ توسط رابرت نویس و گوردن مور تأسیس شد. عمده محصولات شرکت اینتل در زمینه مدارهای الکتریکی و پردازنده های کامپیوتر می باشد. شرکت اینتل در دهه ۱۹۷۰ یکی از قویترین تراشه های خود را عرضه کرد و شرکت آی بی ام هم ریزپردازنده ۸۰۸۰ را برای کامپیوتر شخصی خود انتخاب کرد. از سال ۲۰۰۰ به بعد تقریبا ۷۵٪ کامپیوترهای خانگی از پردازنده های اینتل استفاده می کنند.اینتل، یکی از بزرگترین و معتبرترین شرکتهای تولیدکننده پردازنده در جهان، نام این شرکت از ترکیب واژههای Integrated Electronics الهام گرفته شده است. اینتل با معرفی اولین میکروپردازنده تجاری خود به نام 4004 در سال ۱۹۷۱، قادر به انجام ۶۰٬۰۰۰ عملیات در ثانیه بود. در سال ۱۹۷۸، این شرکت با معرفی میکروپروسسور 8086، معماری x86 را پایهگذاری کرد که به استانداردی برای سیستمهای کامپیوتری تبدیل شد. در سال ۲۰۰۹، اینتل سری پردازندههای Core را معرفی کرد که با بهبود عملکرد و قابلیتهای چندوظیفهای، تحولی در صنعت پردازندهها ایجاد کردند. عمده ترین محصولات اینتل عبارتند از Pentium , Xeon , Core و Atom می باشد.
پردازندههای پرفروش و محبوب برند اینتل که با نامهای تجاریUltra و Core (پردازندههای اصلی و قوی این برند) و نیز پنتیوم (Pentium) و سلرون (Celeron) که نوع ارزانقیمت و سطح پایین محصولات این برند محسوب میشوند و از رده خارج شده اند در بازار موجود است. از طرف دیگر و در چند سال اخیر، پردازندههای AMD توانستند از نظر قدرت با اینتل برابری و رقابت کنند و سری Ryzen و Thread ripper این برند، جایگاه محکمی در بازار پیدا کند.
پردازندههای این دو برند که برای انواع لپتاپ و کامپیوتر قابل استفاده هستند (به جز مکبوک اپل که از پردازندههای اختصاصی خود استفاده میکند) به عنوان گزینههای اصلی خرید سی پی یو در ادامه مقایسه شدهاند.
در نهایت توجه داشته باشید که وجود قطعات مناسب دیگر مانند حافظۀ ذخیرهسازی سریع و میزان کافی
مثلاً پردازنده قدرتمند و جدید این برند به نام Core i9-13900KS دارای 24 هسته و پردازنده میانرده Core i5-13600K هم 14 هسته دارد که هر کدام جز بهترین پردازندههای اینتل محسوب میشوند.
از زمان انتشار نسل دوازدهم پردازندههای اینتل، این برند از ساختار هسته هیبریدی در پردازندههای خود استفاده کرده است. این یعنی به جای استفاده از نوع تکهستهای، هستهها را به هستههای عملکرد (P-cores) و هستههای بهرهوری (E-cores) تقسیم میکند. CPUها اغلب هستههای بهرهوری بیشتری نسبت به هستههای عملکردی دارند.
هستههای P برای انجام کارهای سنگین طراحی شدهاند، در حالی که هستههای E برای انجام کارهای پسزمینهای که به قدرت کامل پردازنده شما نیاز ندارند، باقی میمانند. هستههای P نیز به سرعت کلاک بالاتری نسبت به هستههای E میرسند.
نکته قابل توجه این است که پردازندههای اینتل کمی گرانتر از AMD هستند؛ اگرچه در چند سال گذشته قیمت پردازندههای این دو برند به هم نزدیک شده است. اگر میخواهید بین این دو سازنده انتخاب میکنید، اینتل اغلب به عنوان گزینه همهجانبه در نظر گرفته میشود، اما پردازندههای AMD در گیم برتری دارد.
ای ام دی (AMD)
شرکت ایامدی (Advanced Micro Devices) در سال ۱۹۶۹ توسط جری ساندرز در کالیفرنیا تاسیس شد. این شرکت در ابتدا به تولید نیمهرساناها و مدارهای مجتمع میپرداخت و در سال ۱۹۸۲ با امضای قراردادی با IBM، بهعنوان دومین سازنده میکروپروسسور شناخته شد. در سال ۲۰۰۶، ایامدی شرکت کانادایی ATI، سازنده پردازندههای گرافیکی، را خریداری کرد و با ادغام آن، به یکی از بزرگترین تولیدکنندگان پردازندههای گرافیکی تبدیل شد. در سال ۲۰۱۷، ایامدی سری پردازندههای Ryzen را معرفی کرد که با بهرهگیری از معماری Zen، عملکرد و کارایی بالایی را ارائه میدهند.
اینتل و ایامدی بهعنوان دو رقیب اصلی در بازار پردازندهها، همواره در تلاش برای ارائه محصولات با کارایی و نوآوری بیشتر بودهاند. اینتل با تمرکز بر بهبود معماری و کاهش مصرف انرژی، پردازندههایی با عملکرد بالا و بهرهوری انرژی مناسب عرضه کرده است. از سوی دیگر، ایامدی با معرفی پردازندههای چند هستهای و ارائه نسبت قیمت به عملکرد مناسب، توانسته است سهم قابلتوجهی از بازار را به خود اختصاص دهد. این رقابت منجر به پیشرفتهای قابلتوجهی در فناوری پردازندهها و ارائه گزینههای متنوع برای مصرفکنندگان شده است.
AMD توانست با عرضه پردازندههای Ryzen جایگاه خود را در بازار پیدا کند. پردازندههای AMD نه تنها از پس کارهای معمول برمیآیند بلکه اغلب به عنوان پردازنده گیمینگ هم مورد استفاده قرار میگیرند.
تا آنجا که به تعداد هستهها مربوط است، AMD بالاترین تعداد را دنبال نمیکند و در عوض، روی حافظه نهان بیشتر یا سرعت کلاک بالاتر تمرکز میکند. با این حال، همچنان تنها پردازنده موجود در بازار با فرکانس 6 گیگاهرتز در اختیار اینتل است؛ گرچه اکثر کاربران به چنین فرکانسی نیاز ندارند.
پردازنده برتر AMD، Ryzen 9 7950X، دارای حداکثر 16 هسته و 32 رشته است که در نوع خود یک غول محسوب میشود و مورد استقبال گیمرها قرار گرفته است.
AMD مدتی پیش 3D V-Cache را معرفی کرد. 3D V-Cache یک چیپلت (Chiplet) اضافی است که در بالای CPU قرار گرفته و با کش اضافی پر شده است. این امر اندازه حافظه کش CPU را به شدت افزایش میدهد و به جای اضافه کردن آن به هر CPU (که باید گفت نیازی به این کار نیست)، AMD این تراشههای ویژه را تحت سری “X3D” تولید میکند. افزایش اندازه حافظه پنهان در تراشههایی مانند Ryzen 7 5800X3D یا Ryzen 7 7800X3D ارتقای عظیمی در تجربه گیم ایجاد میکند.
| انواع CPU | |||||
| بر اساس شرکت سازنده | بر اساس کاربرد | ||||
| AMD | Intel | دسکتاپ PC | لپتاپ | سرور | موبایل |
| Ryzen 3, 5, 7, 9 | Core i3, i5, i7, i9 وUltra | Xeon | ARM-based CPU مثل Apple M1/M2 یا Snapdragon | ||
راهنمای خرید بر اساس لیبل و نسل پردازنده
هستهها، رشتهها، کلاکها و سایر مشخصات پردازنده میتواند باعث سردرگمی شود؛ به همین دلیل هر برند الگوی مشخصی را در نامگذاری پردازندههای خود رعایت میکند که میتوان نسبتاً سادهتر، مشخصات و ویژگیهای کلی پردازنده را متوجه شد.
AMD و Intel طرحهای نامگذاری متفاوتی برای پردازندههای خود دارند و رمزگشایی آنها بسیار مهم است. مثلاً در پردازندههای اینتل، Core i7 بودن پردازنده بیانگر قدرت بیشتر آن از پردازندههای Core i5 نیست و باید سایر مشخصات و نسل هر دو پردازنده با هم مقایسه شوند (به عنوان مثال ممکن است، پردازنده i5 از i7 قویتر باشد.
مشخصات پردازندههای AMD برحسب نام آنها
سری پردازندههای AMD با یک عدد مشخص میشوند. به عنوان مثال سری Ryzen 7000 را در نظر بگیرید:
عدد اول، شماره نسل پردازنده و شماره سری را مشخص میکند: ۷ به معنی نسل هفتم (گرچه در حقیقت چنین نیست)
عدد دوم جایگاه پردازنده را در نسل خود نشان میدهد: مثلاً از بین دو پردازنده 7600X و 7800X در این سری، 7800X پردازنده سریعتر و توانمندتری است.
بهطور کلی، خود اعداد معنی زیادی ندارند. برای مثال، اگر میتوان فرض کرد که پردازندههای Ryzen 7000 نسل هفتم پردازندههای Ryzen هستند اما در حقیقت اینچنین نیست؛ زیرا این سری، نسل پنجم پردازندههای Ryzen و تنها چهارمین تغییر معماری این برند است. بهطور مشابه، 7800X دارای برچسب Ryzen 7 و 7600X با برچسب Ryzen 5 عرضه میشود، در حالی که 7900X دارای برچسب Ryzen 9 میباشد.
به همین دلیل برای مقایسه پردازندههای ریزن، به جای توجه به اعداد، مقایسهای کلی بین آنها انجام میدهند. به عنوان مثال Ryzen 7900X از نسل جدیدتری نسبت به 5900X میآید. یا آنکه از بین 7800X و 7600X که از یک نسل هستند، 7800X قدرت بیشتری دارد.
درج حرف X در انتهای نام پردازندههای AMD بیانگر نسخهای با عملکرد بالاتر نسبت به پردازنده پایه میباشد. به عنوان مثال از بین Ryzen 5 7600 و Ryzen 5 7600X، پردازنده دومی گرانتر و نسبتاً سریعتر است.
مشخصات پردازندههای اینتل بر حسب نام آنها
طرح نامگذاری اینتل مشابه AMD است و از عدد اول برای بیان نسل و از عدد دوم برای جایگاه پردازنده در آن نسل استفاده میکند. مثلاً پردازنده 13900K اینتل، پردازنده نسل سیزدهم محسوب میشود. البته همچون AMD، اینتل نیز از قرارداد نامگذاری خود خارج میشود. اینتل همچنین به اکثر پردازندههای خود پسوندی اضافه میکند که عملکردی خاص (یا عدم وجود چنین عملکردی) را ذکر میکند که بیشتر از قبل میتواند کاربر را گیج کند. لیست کدهای استفاده شده در پردازندههای اینتل در زیر ارائه شده است.
G1-G7 سطح گرافیک
E پردازنده Embedded جاسازی شده
F نیاز به گرافیک مجزا
G شامل گرافیک مجز
H کارایی بالای بهینه شده برای موبایل
HK عملکرد بالای بهینه شده برای موبایل، آنلاک شده
HQ کارایی بالای بهینه شده برای موبایل، چهار هسته ای
HX برای موبایل با قدرت زیاد
K آنلاک شده و قابلیت آورکلاک دارد
S نسخه ویژه
T مصرف برق بهینه
U مصرف برق بهینه برای موبایل
Y بسیار کم مصرف برای موبایل
توجه داشته باشید که نیازی به حفظ کردن تمام حروف بالا نیست، بلکه فقط باید به خاطر داشته باشید که حروف F و K برای پردازندههای دسکتاپ اینتل هستند و برای موبایل هم HK و U بیشتر استفاده میشوند توجه کنید منظور از موبایل برای کامپیوتر های غیر دسکتاپ می باشد یعنی کامپیوترهای همراه نظیر لپتاپ.
مقایسه نسلهای مختلف پردازنده اینتل و AMD
با توضیحات دو قسمت قبل میتوان بین پردازندههای مختلف هر برند مقایسهای کلی انجام داد؛ اما زمانی که بخواهیم دو پردازنده مختلف از اینتل و AMD را با هم مقایسه کنیم، آموزشهای قبل کمکی نخواهند کرد. برای این منظور باید از وبسایتهای بنجمارک پردازنده استفاده کرد. وبسایتهای معتبر و متعددی برای مقایسه پردازندهها فعالیت دارند که هر کدام با معیارهایی متفاوت، نسبت به مقایسه و امتیازدهی به هر پردازنده اقدام میکنند. در این قسمت، دو وبسایت nanoreview.net و technical.city را معرفی میکنیم.
هر وبسایت دو پردازنده از جنبههای مختلف مقایسه کرده و امتیاز کلی آنها را با هم مقایسه میکند
راهنمای خرید پردازنده براساس نوع کاربری
پردازندهها براساس کاربردهای مختلف ساخته میشوند و شاید اولین فاکتور در خرید پردازنده، توجه به همین نکته است. اینکه هدف اصلی کار با کامپیوتر، امور گرافیکی باشد یا گیم و یا کارهای اداری و روزمره، میتواند گزینههای خرید شما را به لیست کوچکتری کاهش داده و انتخاب را آسانتر کند.
راهنمای خرید سی پی یو برای استفاده روزمره
وقتی کاربری شما از کامپیوتر محدود به امور روزمره نظیر مشاهده فیلم، وبگردی، کار با آفیس و … باشد، نیازی نیست به دنبال آخرین نسل پردازندهها باشید. یک CPU ارزان میتواند به خوبی نیاز شما را تامین کند. مثلاً دو پردازنده Intel Core i3-12100 و AMD Ryzen 7 5700G میتوانند گزینههای مطلوبی برای امور ساده کامپیوتری محسوب شوند.
راهنمای خرید CPU برای کار گرافیکی و رندرینگ
کارهایی مانند تولید محتوای گرافیکی، ویرایش ویدئو، رندرینگ و مواردی از این دست، به CPU قوی با تعداد هسته و سرعت کلاک مناسب نیاز دارد. به عنوان مثال Core i7-13700K گزینهای عالی با قیمت مناسب و Core i9-13900K پردازندهای بهتر اما با قیمت بالاتر است که به خوبی برای رندرینگ عمل میکنند.
از بین پردازندههای AMD تراشههای X3D مناسب رندرینگ نیستند اما سری Ryzen 7000 به بالا مانند Ryzen 9 7900X و Ryzen 9 7950X گزینههایی عالی محسوب میشوند؛ اگرچه هسته این پردازندهها نسبت به همتایان اینتل خود کمتر است.
راهنمای خرید CPU گیمینگ
پردازندههای گیمینگ قیمت بالایی دارند؛ چراکه قدرت پردازشی و گرافیکی آنها ارتقاء پیدا کرده است. دو نمونه پردازنده مناسب گیم از برند AMD را میتوان Ryzen 7 5800X3D و Ryzen 7 7800X3D دانست. اما از برند اینتل، قویترین پردازنده برای بازیهای بسیار سنگین، Core i7-13700K خواهد بود و برای بازیهای نیمهسنگین و سبک میتوان از پردازندههای ضعیتتر اینتل نیز استفاده کرد. مثلاً Core i5-13400 یک پردازنده قوی برای گیم و با قیمتی مناسب و کمتر از Ryzen 7 5800X3D میباشد.
بهطور کلی هنگام انتخاب بهترین CPU برای بازی، موارد زیر را در نظر بگیرید:
برای بازی، سرعت کلاک از تعداد هستهها مهمتر است، سرعت کلاک بالاتر CPU عموماً به عملکرد بهتر در کارهای سادهای مانند بازی تبدیل میشود، در حالی که تعداد هستههای بیشتر به شما کمک میکند تا کاری سنگین را سریعتر پشت سر بگذارید.
بودجه برای یک سیستم کامل یک CPU قوی را با حافظه، رم و گرافیک ضعیف جمع نکنید، همه قطعات باید قدرتمند باشند تا به کارایی مطلوب برسید.
قابلیت اورکلاک پردازنده را در نظر بگیرید.
جمعبندی راهنمای خرید CPU
هرچه نقش و کاربرد قطعه در کامپیوتر مهمتر باشد، خرید آن سختتر خواهد بود. آنچه در این مقاله به آن اشاره کردیم، کلیه نکات لازم برای خرید پردازنده کامپیوتر محسوب میشود. به عنوان نکته آخر، سعی کنید پردازنده را با اولویت نیاز خود تهیه کرده و نیز میزان قدرت پردازنده را با سایر قطعات قوی کامپیوتر مثل حافظه، رم و … متعادل کنید.
چه مشخصاتی در CPU مهم است؟
هنگام خرید یک CPU، مهمترین مشخصاتی که باید در نظر بگیرید عبارتند از سرعت کلاک، تعداد هسته، تعداد رشته، اندازه حافظه کش، توان طراحی حرارتی (TDP)، گرافیک یکپارچه، سازگاری سوکت و فناوری ساخت.
کدام مهمتر است: سرعت کلاک، هسته یا رشته؟
سرعت کلاک بالاتر به معنای پاسخگویی سریعتر و وظایف تکرشتهای بهتر (ویرایش صدا و سایر برنامه های قدیمی) است. از سوی دیگر، بیشتر کارهای مدرن مثل ویرایش ویدیو و گیم از تعداد زیادی هسته و رشته بهطور همزمان استفاده میکنند و در نتیجه تعداد هسته مهم می شود. اما برای اکثر کاربران کامپیوتر (از جمله گیمرها) یک CPU با چهار تا هشت هسته و سرعت کلاک حداقل 3.0 گیگاهرتز باید خوب عمل کند.
چطور CPU مناسب گیمینگ انتخاب کنیم؟
GPU برای گیم، مهمتر از CPU است. با این حال، به دنبال پردازندهای سرعت کلاک خوب، پشتیبانی چندهستهای و چندرشتهای (Hyperthreading) باشید. اگر میخواهید بازیهای سنگین را اجراکنید، قابلیت اورکلاک را هم در نظر بگیرید.
معماریهای CISC و RISC
پردازندهها بر اساس نحوه اجرای دستورالعملها به دو دسته RISC (Reduced Instruction Set Computer) و CISC (Complex Instruction Set Computer) تقسیم میشوند.
CISC دستورالعملهای پیچیده و متعدد با طول متغیر، پردازش بیشتر در هر دستور
RISC دستورالعملهای سادهتر و سریعتر اجرا ، با طول ثابت، اجرای سریعتر و بهینهتر
مثلاً Intel x86 از معماری CISC استفاده می کند و ARM از معماری RISC استفاده می کند.
پردازندههای RISC (ریسک)
از مجموعه دستورالعملهای ساده و بهینهشده استفاده میکنند. در این معماری، هر دستورالعمل در یک چرخه پردازشی اجرا میشود و طراحی آن بر اساس سادگی و سرعت بالاتر است. برخی از ویژگیهای این پردازندهها عبارتاند از:
- دستورالعملهای ساده و کوتاه: هر دستور تنها یک عملیات را انجام میدهد.
- سرعت پردازش بالاتر: به دلیل ساده بودن دستورالعملها، پردازنده میتواند چندین دستور را بهطور همزمان پردازش کند.
- بهینهسازی مصرف انرژی: به دلیل اجرای سریعتر دستورات، پردازندههای RISC انرژی کمتری مصرف میکنند.
- تکیه بیشتر بر حافظهی داخلی (Register): این پردازندهها دادهها را مستقیما در رجیسترها پردازش میکنند، نه در حافظه اصلی.
کاربردهای RISC
- پردازندههای موبایل و دستگاههای کممصرف مانند پردازندههای ARM
- سیستمهای نهفته (Embedded Systems)یا سامانههای تعبیهشده یا سامانههای توکار، رایانههای کوچک با قابلیتهای محدود و منحصر به فرد هستند، رایانههای کم هزینه، کم مصرف و کوچکی هستند که در سیستمهای مکانیکی یا الکتریکی برای یک هدف مشخص طراحی شدند. به عنوان نمونه، واحد کنترل ماشین (ECU) یک سیستم نهفته است که با هدف کنترل قسمتهای مختلف ماشین تعبیه شده است.
- پردازندههای گرافیکی (GPU)
پردازندههای CISC (سیسک)
دارای مجموعه دستورالعملهای پیچیدهتری هستند که هر دستور میتواند شامل چندین عملیات باشد. در این معماری، پردازنده بهجای اجرای چندین دستور ساده، یک دستور پیچیده را در چندین چرخه پردازشی اجرا میکند. برخی از ویژگیهای این پردازندهها عبارتاند از:
- دستورالعملهای پیچیدهتر و انعطافپذیرتر: یک دستور میتواند شامل چندین عملیات مانند بارگذاری، پردازش و ذخیرهسازی باشد.
- کاهش نیاز به برنامهنویسی سطح پایین: به دلیل اینکه هر دستورالعمل میتواند چندین کار را انجام دهد، نیاز به نوشتن کدهای زیاد کاهش مییابد.
- بهرهگیری از حافظه کش: در مبحث CPU چیست پردازندههای CISC معمولا از حافظه کش برای افزایش سرعت پردازش استفاده میکنند.
پردازندههای چند هستهای و موازیسازی
تعداد هسته و رشته (Cores and threads) پردازنده
هستهها همچون پردازندههای جداگانهای هستند که همه با هم روی یک تراشه بستهبندی شدهاند. در تعریفی ساده، هر هسته میتواند در یک زمان یک کار انجام دهد، به این معنی که تعداد هستههای بیشتر، پردازنده را در اجرای عملکرد چندوظیفگی قویتر میکند. نرمافزارهای مدرن در استفاده از هستههای بیشتر در یک زمان برای انجام یک کار بسیار بهینه شدهاند، بنابراین هستههای بیشتر میتوانند برخی از نرمافزارها را سریعتر اجرا کنند.
رشتهها تعداد وظایفی هستند که یک CPU میتواند در هر زمان انجام دهد. بسیاری از پردازندههای مدرن، دارای عملکرد چند رشتهای همزمان هستند (که در پردازندههای اینتل Hyperthreading نامیده میشود). این قابلیت که به پردازندهها اجازه میدهد از عملکرد هسته اضافی برای کارهای بیشتر استفاده کنند. به همین دلیل اغلب CPUها دارای هشت هسته و 16 رشته یا 12 هسته و 24 رشته هستند. رشتههای اضافی به اندازه خود هستهها سریع نیستند، زیرا بهطور موثری از بخشهایی از CPU استفاده میکنند که کمتر مورد استفاده قرار میگیرد اما معمولاً عملکرد را به شکل قابل توجهی بهبود میدهند.
داشتن هستههای بیشتر از آنچه نیاز دارید، سرعت کار را فراتر از محدودیتهایی که نرمافزار میتواند انجام دهد افزایش نمیدهد. حتی میتواند سرعت هستههای موجود در پردازنده را به اندازه هستههای تراشههایی با تعداد کمتر کاهش دهد.
فناوریهای پیشرفته در CPU
Turbo Boost / Dynamic Frequency Scaling افزایش خودکار فرکانس در شرایط بار پردازشی بالا
Speculative Execution پیشبینی و اجرای دستورالعملها قبل از اطمینان کامل از نیازشان
Branch Prediction حدس زدن مسیر شاخهها در برنامهها برای بهبود کارایی پایپلاین
Cache Hierarchy ساختار کش چند سطحی L1, L2, L3 برای کاهش تاخیر دسترسی به دادهها
نسبت IPC Instructions Per Cycle و تاثیر آن بر کارایی
واحد SIMD Single Instruction, Multiple Data برای پردازش همزمان چند داده مثلاً دستورالعملهای SSE، AVX
پایپلاینینگ Pipeline
تکنیک تقسیم اجرای دستورالعملها به مراحل مختلف Fetch, Decode, Execute, Memory Access, Write Back
افزایش بهرهوری با اجرای همزمان چند دستورالعمل در مراحل مختلف
خطرهای پایپلاین تداخل داده Data Hazard، تداخل کنترل Control Hazard، و راهکارهایی مثل پیشبینی شاخه Branch Prediction
معماری دستورالعملها ISA و سازگاری نرمافزاری
توان حرارتی TDP و مدیریت خنککننده
پشتیبانی از فناوریهای مجازیسازی VT-x، AMD-V
سازگاری با نسلهای مختلف حافظه RAM و مادربرد
نحوه انتخاب CPU مناسب
باید با مادربرد، رم و کاربرد شما هماهنگ باشد و برای مثال برای کارهای گرافیکی، بهتر است CPU چند هستهای با کش بالا انتخاب شود.
سوال
نقش MMU در عملکرد CPU چیست و چگونه مدیریت حافظه را بهبود میبخشد؟
تفاوت بین پایپلاینینگ و موازیسازی چیست؟
چرا معماری RISC در پردازندههای موبایل رایجتر است؟
عملکرد فناوری Hyper-threading را با جزئیات توضیح دهید.
تاثیر پیشبینی شاخه و اجرای speculative execution را بر کارایی CPU تحلیل کنید.
پردازنده Core i5 با سرعت 2.9GHz و 6 هسته، مناسب چه نوع کاربردی است؟
تفاوت بین کش L1 و کش L3 چیست؟
اگه پردازندهای 4 هسته و 8 ترد داشته باشد، یعنی چی؟