همه آنچه باید از CPU  بدانید

 CPU شاید شناخته شده ترین قطعه سخت افزاری کامپیوتر در جهان باشد. یک CPU(واحد پردازش مرکزی) می تواند در کف دست شما جای بگیرد و مسلماً مهم ترین جزء در هر کامپیوتری است.

به گزارش تکناک، در این مطلب همه چیزهایی که باید در مورد CPU بدانید را به شما خواهیم گفت.

مغز کامپیوتر

به زبان ساده، واحد پردازش مرکزی، (یا CPU) مغز کامپیوتر است و جزئی است که تفکر واقعی کامپیوتر را انجام می دهد. برای انجام این تفکر، CPU ها از یک یا چند هسته تشکیل شده اند که هر کدام از این هسته ها می توانند کاری انجام دهند.

CPU ها همچنین به دسترسی به حافظه ای نیاز دارند که داده ها را می توان در آن ذخیره کرد و هر چه این حافظه سریعتر باشد، وظایف سریعتر انجام می شود. در حالت ایده‌آل، یک CPU داده‌های خود را از RAM (که بسیار سریع است و می‌تواند مقدار زیادی داده را ذخیره کند) یا از حافظه پنهان (که بخشی از CPU است و سریع است، اما فقط کمی داده را ذخیره می‌کند) به جای HDD یا SSD دریافت می‌کند.

تقریباً مانند همه انواع دیگر پردازنده‌ها، CPUها می‌توانند در انواع مختلفی به نام مجموعه دستورالعمل ها (یا ISA) وجود داشته باشند که اساسی‌ترین مؤلفه یک CPU است. تفاوت بین دو ISA متمایز اغلب آنقدر شدید است که نرم افزاری که روی یک ISA اجرا می شود،  احتمالاً روی دیگری اجرا نمی شود. حتی CPUهایی که از یک ISA استفاده می کنند ممکن است ساختار متفاوتی از یکدیگر داشته باشند. ساختار مختلف، سطوح مختلف عملکرد، کارایی و ویژگی ها را ارائه می دهند.

چیزی که یک CPU را منحصر به فرد می‌کند این است که این قطعه باید به جای انجام چندین کار به صورت همزمان یا در یک زمان، در انجام وظایف به صورت سریال و متوالی، بسیار عالی عمل کند. به همین دلیل، اولین CPU ها با فقط یک هسته عرضه شدند و حتی دو دهه پس از رونمایی از اولین CPU دو هسته‌ای، بیشتر شرکت ها تراشه‌های مصرف کننده تا هشت هسته یا کمتر را ارائه می دادند، اگرچه CPU های سرور بزرگ عموماً از 32 تا 128 هسته پشتیبانی می‌کنند. طراحان CPU در حال تمرکز بر تحقق عملکرد بهبود شده براساس هسته با افزایش سرعت ساعت (فرکانس) (مقدار کار یا دستورات کامل شده در ثانیه) و دستورات در هر ساعت (IPC) هستند که این موارد به ساختار CPU بستگی دارد.

چشم انداز CPU ها و شرکت هایی که آنها را طراحی می کنند

اگرچه طراحان CPU زیادی در جهان وجود دارند، اما در این مطلب ما فقط بر روی بزرگترین و مهمترین آنها تمرکز می کنیم. بسیاری از شرکت‌های سازنده CPU، تراشه‌هایی را برای وسایل الکترونیکی مانند ماشین‌حساب‌ها و ماشین‌های صنعتی می‌سازند که خیلی جالب نیستند. وقتی صحبت از رایانه‌های شخصی، تلفن‌ها و مراکز داده به میان می‌آید، شرکت های کمی وجود دارند.

شرکت های بزرگ تولید کننده CPU، اینتل، AMD، Arm و RISC-V International هستند. همه شما احتمالا شرکت اینتل را می شناسید. اینتل یکی از قدیمی ترین شرکت های کامپیوتری روی کره زمین است. اینتل X86 ISA را اختراع کرد که با AMD مشترک است و این دو شرکت از دهه 90 با هم در رقابت بودند. بعد آن شرکت Arm وجود دارد که ARM ISA را تولید می کند و مجوز آن را به شرکت های دیگری مانند Apple، Samsung و Qualcomm می دهد که CPU های سفارشی ARM را با عملکرد بهتر در مقایسه با هسته های معمولی ARM Arm ایجاد می کنند. در مقابل، RISC-V International به هر کسی اجازه می دهد تا از RISC-V ISA خود استفاده کند و آن را تغییر دهد، که اساسا یک CPU استاندارد باز است.

اینتل و AMD علیرغم اینکه قدیمی ترین شرکت ها در زمینه تولید CPU هستند، از محدودترین شرکت ها نیز هستند و فقط CPU را برای رایانه های شخصی و مراکز داده تولید می کنند. اینتل در مقطعی درگیر بازار گوشی بود، اما در نهایت از برنامه های خود برای تصاحب گوشی های هوشمند دست کشید. تلفن‌ها و گوشی‌های هوشمند سنگر سنتی پردازنده‌های ARM بوده‌اند، اما شرکت‌هایی مانند آمازون و گوگل در حال معرفی ARM به مرکز داده هستند و اپل و Qualcomm حتی در رایانه‌های شخصی با اینتل و AMD رقابت می‌کنند.

RISC-V به ندرت در این بازارهای حیاتی حضور دارد و در عوض عمدتاً در کاربردهای صنعتی جایگاه خود را به دست آورده است. RISC-V International و شرکای آن برنامه‌هایی برای انتقال ISA به رایانه‌های شخصی، گوشی های هوشمند و مراکز داده برای رقابت با Intel، AMD و Arm دارند. در سال‌های آینده، خواهیم دید که آیا RISC-V به طور جدی وضعیت موجود را که سال‌هاست مختل نشده است را مختل خواهد کرد  یا خیر.

نقش CPU برای عملکرد بهتر دستگاه

CPU یکی از مهم‌ترین اجزای دستگاه‌هایی مانند رایانه‌های شخصی و تلفن‌های هوشمند است. نقش آن در مورد بهتر بالا آمدن یک بازی، بهره‌وری یا انجام کارهای معمولی مانند وب گردی یا تماشای ویدیو، متفاوت است. تعداد بسیار زیادی CPU مختلف با ترکیب‌های متفاوتی از ساختار، تعداد هسته‌ها و سایر ویژگی‌ها وجود دارد، بنابراین نمی‌توان یک نمای کلی از آنچه باید در مشخصات به آن توجه کرد، ارائه داد. اگر کاربر معمولی هستید و به دنبال خرید یک CPU عالی هستید، نکاتی را در ادامه مطلب برای آورده ایم.

یکی از مهمترین چیزهایی که باید در مورد CPU درک کنید این است که داشتن هسته های بیشتر همیشه به معنای عملکرد بهتر نیست. همه برنامه‌ها از همه هسته‌ها استفاده نمی‌کنند و برنامه‌هایی که از هسته‌های زیادی استفاده می‌کنند، معمولاً برای تولید محتوا هستند، مانند رندر کردن ویدیو یا طراحی مدل‌های سه بعدی. ایده بدی نیست که یک CPU مدرن با هسته‌های زیاد تهیه کنید، اما اغلب می‌توانید با انتخاب چیزی با هسته‌های کمی کمتر، گزینه بهتری پیدا کنید، مگر اینکه کارتان سنگین باشد.

بازی یک حجم کاری دشوار برای CPU ها است، زیرا سرعت کلاک بالا و حافظه نهان زیاد، مهم ترین ویژگی در یک CPU مناسب بازی است. با این حال، اگر تنظیمات گرافیکی را انتخاب کنید که نرخ فریم را پایین‌تر می‌آورد، حتی یک CPU پایین‌رده ممکن است عملکردی مشابه با یک CPU سطح بالا داشته باشد. به عنوان مثال، یک CPU ممکن است در یک بازی مانند Star Wars Jedi: Survivor فقط قادر به 90 فریم بر ثانیه باشد، در حالی که دیگری می تواند 120 فریم در ثانیه انجام دهد، اما اگر با سرعت 60 فریم در ثانیه بازی می کنید، هر دو CPU به یک اندازه قادر خواهند بود بازی را خوب اجرا کنند. اگر با 60 FPS کلاسیک راحت هستید، حتی CPUهای ارزان قیمت نیز این کار را انجام خواهند داد.