آی تی آموزی CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

ترنجی/ پردازنده ها در چند ده اخیر به بخش جدایی ناپذیر در زندگی دیجیتال ما بدل شده اند.این پردازنده ها واحدهایی الکترونیکی هستند که میتواند دستورات را برای ما پردازش کنند.این واحدهای پردازشی در رسته ها و کارایی هایی متفاوت جای می گیرند که مشهور ترین و شناخته شده ترین این واحد ها CPUو GPU وVPU هستند.این بخش های پردازشی هرکدام از بخش هایی مختلف ساخته شده اند که توانسته اند در چند سال اخیر زندگی دیجیتال را برای ما معنا کنند.

CPU یا واحد پردازش مرکزی مغز متفکر در هر وسیله ی دیجیتالی است.این واحد های پردازشی با استفاده از ترانزیستورها و واحد محاسبه منطق،عمل پردازش را انجام میدهد.

اولین نسل از پردازنده ها بر طبق نظر و ایده دو شخص تولید شد که این پردازنده ها با نام ون (Von) و هاروارد(Harvard) شناخته می شد.اغلب پردازنده های گذشته بر طبق پردازنده ون ساخته میشدند و تفاوت معماری ون و هاروارد در محل ذخیره دستورالعمل ها بود.ون برای ذخیره دستورالعمل ها و فرامین مکانی مشترک در نظر گرفته بود، در حالی که هاروارد برای این دستورالعمل ها فضاهایی جداگانه پیش بینی کرده بود.طراحی هاروارد با شکست هایی پی در پی روبرو شد.اولین عامل شکست پردازنده هاروارد عمر کم این پردازنده نسبت به نمونه ون بود.نمونه ون که به وسیله لامپ خلا عمل سوییچ را انجام میداد میتوانست بدون خرابی و مشکل 8 ساعت بی وقفه کار کند،در صورتی که سیستم هاروراد که به وسیله رله های متعدد عمل سویچ را انجام میداد مقداری زمان کمتری از پردازنده ون پردازش بدون خرابی ارایه میداد.

این سوییچر ها در گذر زمان بهتر و بهتر شدند تا مدارات مجتمع یا به اختصار IC پا به میدان پردازنده ها گذاشت و این همان سکوی پرشی بود که پردازنده ها برای بهینه شدن و کمتر کردن سطح خود به آن احتیاج داشتند. دیری نپایید تا مدارات مجتمع به پردازنده ها آمده و آن ها را کوچک و کوچک تر کردند و در عین حال قدرتمند تر.با این بهینه سازی ها پردازنده ها توانستند در اغلب وسایل الکترونیکی جای گیرند از کامپیوتر ها گرفته تا حتی اتوموبیل ها نیز اکنون به پردازنده ها با قدرت بالا مجهز هستند.روی کار آمدن مدارات مجتمع توانست استاندارد هایی در پردازنده ها ایجاد کند و راه ساختن ابر کامپیورهای ترانزیستوری و ریز پردازنده های(Microprocessor) قوی را برای ما هموار سازد.

سرعت پردازش:


سرعت پردازش در یک واحد پردازشی از فاکتور هایی بسیار مهم نشان دهنده قدرت پردازنده است.این عامل میتواند توان پردازش یک پردازنده را در واحد زمان بازگو کند.این پارامتر برحسب یکای GHz بیان می شود که هر چه عدد بیشتر باشد مبنی بر سریعتر بودن و توان پردازشی بیشتر پردازنده است. برای مثال پردازنده های نسل اول سرعتی بین 100Hتا 4MHz داشته اند اما اکنون ما پردازنده های با سرعت صد ها برابر از نسل اول سریعتر را در دسترس داریم که توان مصرفی کمتری نیز دارند.

واحد کنترل پردازش (CU):

از بخش های مهم در یک پردازنده واحد کنترل پردازش یا CU است که وظیفه هدایت پردازشی فعالیت های سیستمی به بخش بهتر را عهده دار است. این قسمت بطور مستقیم هیچ نقشی در عمل پردازش ندارد، اما تعیین کننده محل پردازش فرامین داده شده است.برای مثال یک فرمان به چیپی 4 هسته ای داده میشود،واحد کنترل پردازش بنا بر بار تمام هسته ها و اولویت پردازش مثلا وظیفه پردازش این فرمان را به هسته سوم میدهد و خود را برای هدایت فرامین بعدی آماده میکند.

ALU و کارهایی که یک پردازنده انجام میدهد:

هر پردازنده کارهایی مبنی بر فرامین گرفته شده انجام میدهد.برای مثال یک پردازنده با استفاده از واحد محاسبه و منطق یا ALU میتواند روی عدد 2 و 9 عملیات تفریق را انجام دهد و حاصل که عدد 7 میباشد را در محلی در کش یا حافظه موقت ذخیره کند که این حافظه های موقت برای هر هسته جداست و هر هسته برای خود حافظه کش سطح 1 و 2 دارد که بنا به نیاز و اعمال پردازشی از آن استفاده میکند.واحد محاسبات منطقی از عوامل مهم در سرعت پردازش یک پردازنده است که با دو فاکتور مهم میتوان بوسیله یک واحد پردازش منطقی قدرت پردازنده را افزایش داد:اول آنکه تعداد این واحد هارا بالا ببریم،دوم آنکه به بهینه کردن قدرت پردازشی هر واحد بپردازیم.

یک پردازنده بصورت کلی چند عمل را میتواند انجام دهد:

تصیح یک عمل جدید یا از پیش پردازش شده.

اینکد و دیکد و رمزگذاری.

انتقال موارد پردازش شده در سطوح کش.

فراخوان یک دستور از پیش پردازش شده از سطوح کش یا حافظه کوتاه مدت.

اجرای فرامین های ورودی توسط واحد کنترل پردازش.

کنترل مقدار جریان ورودی و تعدیل بار پردازنده بوسیله CU.

انجام اعمال ریاضی پیشرفته بوسیلهALU .

Bite و پردازش اطلاعات بصورت عددی:

هرپردازنده اطلاعات پردازشی خود را بر حسب اعداد بیان میکند و توان یک پردازنده برای پردازش اطلاعات عددی بر حسب بیت بر ثانیه بیان میشود.روش پردازش اطلاعات بصورت عددی چند نوع مختلف دارد که معرف ترین آنها دو به دو یا دودویی،ده به ده یا دسیمال میباشد.

پردازش اطلاعات بصورت عددی دو حاصل برای پردازنده دارد:اعداد دقت بسیار بالایی دارند و همچنین اعداد حجم کمتری نیز اشغال میکنند.اکنون پردازنده های بر مبنای 64 بیت بر ثانیه را در دسترس داریم و این بدان معنی است که این پردازنده توان محاسبات عددی بسیار پیشرفته ای دارد و میتواند توان عملیاتی بسیار بالایی برای چیپ رقم بزند.

پردازنده های مالتی ترد(Multi Thread)،عمل چند وظیفگی(Multi Task):

Threadها خطها یا لاین هایی هستند که هر پردازنده روی آنها قرار میگیرد.در ابتدا پردازنده ها تک هسته و یا دو هسته ای تک ترد بوده اند بعد از گذشت چند سال پردازنده های چند هسته ای و مالتی ترد تولید شدند.پردازنده هایی که رابطه بین دو پردازشگر را تقویت کرده،باعث میشود عمل چند وظیفگی در یک سیسم بر چیپ بهتر و با سرعت بیشتری انجام شود.

مالتی تسک در واقع توان یک پردازنده در پردازش دو فرمان در یک لحظه است.عملی که به وسیله چند هسته ای شدن پردازنده و الخصوص چند خطه شدن آنها انجام میپذیرد.یا به عبارتی دیگر دو ریز پردازنده که در ترد های جداگانه قرار گرفته اند با هم دست به پردازش چندین عمل میزنند که نتیجه این عمل پردازش بیشتر در همان واحد ثابت زمانی است.این امر اکنون به یکی از ارکان صنعت نیمه هادی بدل شده و تقریبا تمام پردازنده ها از این فناروی ها استفاده میکنند.

برای مثال چیپ تگرا ایکس وان از چهار هسته عملیاتی در حین پردازش های سنگین بهره میبرد.مثلا هسته اول و سوم درگیر پردازش هستند و هسته چهار و دو در حال اتمام بار پردازشی هستند.برای مثال زمانی که درحال استفاده از ماشین حساب هستید و تصمیم به تماشای فیلم در حین کار با ماشین حساب میکنید در این لحظه فرمانی مبنی بر جمع یک عدد و در همان زمان یک فرمان دیگر مبنی بر دیکد به CU میرسد .CU دستور اجرای این دو فرمان را به صورت مالتی تسک میدهد و هسته های چهار و دو عملیات پردازشی این دو فرمان را همزمان شروع کرده،به اتمام میرسانند.

پردازش موازی و هایپر تردینگ(Hyper Threading):


پردازش موازی عملی است که یک دستور روی دو قسمت اطلاعاتی در یک واحد زمان پردازش شود.

هایپرتردینگ را میتوان به نوعی پردازش موازی خواند که این ویژگی میتواند یک پردازنده دو هسته ای دو تردی را به یک پردازنده چهار هسته ای چهار تردی با دو هسته مجازی تبدیل کند.این نوع هسته های مجازی در واقع سیستم عامل را گمراه میکند و سیستم عامل عمل پردازش را با دو هسته حقیقی و دو هسته مجازی پیگیری میکند که باعث میشود قدرت پردازش کلی یک پردازنده در سیستم عامل به سطحی بالا برسد و سیستم عامل از آن چیپ با مشخصاتی برابر یک چیپ 4 هسته ای یاد میکند.

نوعی دیگر از این مهندسی ترد وجود دارد که به مالتی تردینگ همزمان یا SM مشهور است.در این مهندسی میتوان در یک سیکل کلاک چیپ چندین دستور مختلف را در چند ترد در زمان واحد پردازش شود.

انواع مهندسی پردازنده:

پردازنده ها در معماری متعددی تولید میشوند که دو نوع از برترین معماری ها در این زمینه X86 و ARM هستند.معماری اول بیشتر برای سیستم های دسکتاپ و سیستم های مبتنی بر ویندوز و لینوکس بهینه است و معماری دوم برای موبایل ها و تبلت ها و سیستم عامل های مثل اندروید و آی او اس ساخته شده است.

دسته اول پردازنده ها یعنی X86 توسط شرکت هایی متعدد تولید میشود که مشهور ترین آنها Intel و AMDاست .

اینتل:

این شرکت پر آوازه که از بزرگان صنعت هادی و نیمه هادی است محصولات خود را با اسم ها و امکاناتی مختلف روانه بازار میکند.سری اتم سری پایین رده اینتل محصوب میشود و دارای دو نوع است:Atom3وAtom5 که در برخی از این سری از پردازنده ها شاهد پردازنده 4 هسته ای هستیم.ولی معماری ضعیفشان باعث شد محبویت دیگر سری های اینتل را نداشته باشند. اما بهینه سازی ماکروسافت این چیپ را به گزینه ای ایده آل برای تبلت های هیبریدی بدل کرده است.

سری پردازنده های قوی اینتل با پیشوند Core شناخته میشوند که این رسته از پردازنده های اینتل از چهار نوع زیر شاخه تشکیل شده است.Core M Core i3 Core i5 Core i7 سریi7 اینتل از قدرتمند ترین چیپ های موجود است. اینتل هرسال این سری از پردازنده های خویش را با فناوری های جدید و قدرت بیشتر بروز میکند که آخرین نسل از چیپ های اینتل اسکای لیک است.

این سری از پزدازده ها با لیتوگرافی 14nm ساخته شده است که نوید بازده خوب در کنار مصرف انرژی بهینه تر دارد. نوع پردازش در واحد عددی در پردازنده های اینتل 64-Bite است.در پردازنده های اسنل از سری i5 به بعد با پردازنده هایی دارای هایپر تردینگ روبرو هستیم.

حال با زیر شاخه ای دیگر در کمپانی اینتل طرف هستیم.اینتل هرکدام از پردازنده های سری I را با پسوند هایی مختلف و با قدرت ها و رسته های کاری مختلفی روانه بازار میکند برای مثال :

Intel core i3 U3500

Intel Core i7 K4790

هرکدام از حروف بالا نشانه ی خاصی هستند و اینتل پردازنده هایی با پسوند های X ،M،H،HQ، Yنیز عرضه می کند که هرکدام قدرت و کاربردی مخصوص خود را دارد.

همانطور که گفتیم اینتل نسل های مختلفی برای پردازنده های خود هرسال تدارک می بیند که نسل های اینتل به ترتیب عبارت است از:

Arrandale 2009

Sandy Bridge 2011

Ivly Bridge 2012

Haswel 2013

Bardwell 2014

Sky lake 2015

اینتل به غیر از ویژگی هایپرتردینگ از ویژگی دیگر با نام توربو بوست در عمل پردازش خود استفاده میکند که این ویژگی باعث میشود یک هسته از دیگر هسته ها توان پردازشی گرفته و به اصطلاح موقتا اورکلاک میشود.این ویژگی برای برنامه هایی که برای استفاده از چند هسته بهینه نیستند ویژگی بسیار خوبی به شمار می آید.همچنین اینتل از گرافیکی آنبورد روی پردازنده خود استفاده میکند که در مدل HD 500 قدرتی تقریبا برابر با Gt 710 Mدارد.

AMD:

این شرکت سایه سنگین رقیب دیرینه خود یعنی اینتل را بر خویش حس می کند.اما برگه برنده این شرکت چیپ هایی با قیمت رقابتی و گرافیکبه نسبت خوب است که میتواند خریداران اقتصادی را به سمت خویش جذب کند.

ای ام دی نیز مانند اینتل از مدل هایی مختلف در پردازشگر های خود استفاده که میکند که این مدل ها با نام A4 A6 A8 A10 عرضه میشود. A4 وA6 از دو هسته پردازشی بهره میبرند و دو سری دیگر با نام A8و A10 ازچهار هسته پردازشی بهره میبرند که این این دو سری از چیپ های رده بالا محسوی میشوند ولی هیچکدام قدرت و بهینگی سری کور اینتل را ندارند.

این شرکت بزرگ بیشتر با کارت گرفیک های خود و هماهنگی کارت گرافیک هایش با پردهزنده اش شهره است و لیستی از بهینه سازی های که ای ام دی روی چیپ های خود اعمال میکند را در زیر میبینید:

AvivoHD: این ویژگی باعث میشود نویز تصاویر و فیلم های اینکد شده توسط پردازنده به کمترین مقدار خود برسد همچنین فیلم های استریم شده کیفت خود را از دست ندهند و در نتیجه کنتراست تصاویر خروجی بهترین شکل ممکن باشد.

AMD Radeon Dual Graphics: این تکنولوزش دقیقا به همانند پلی ارتباط دهنده بین کارت گرفیک و پردازنده است.این تکنولوژی که صرفا با وجود کارت گرافیک و پردازنده شرکت ای ام دی فعال میشود میتواند هماهنگی پردازنده و کارت گرافیک را به حداکثر رسانده و باعث میشود بازده کلی سیستم به طور محسوسی افزایش یابد.

AMD Turbo Core Tech: این ویژگی دقیقا مانند ویژگی توربو بوست در اینتل است و باعث میشود هر هسته برای مدتی موقت اور کلاک شود.

High DPI: این بهینه سازی باعث میشود تا عکس ها و متن ها خوانا تر شود و عکس هایی شارپ تر و شفاف تر در اختیار داشته باشیم.

ARM:

همان طور که ذکر کردیم پردازنده هایی بر مبنای آرم، بیشتر با سیستم های موبایلی هماهنگی دارند. از معروف ترین شرکت های صنعت نیمه هادی در ضمینه آرم میتوان از انویدیا با سری تگرا، سامسونگ با سری اگزینوس ، شرکت کوآلکام با سری اسنپدراگون یاد کرد.

این پردازنده ها همگی بر اساس لیتو گرافی زیر 28 نانومتر ساخته شده اند و معمولا کمتر از ده هسته دارند و برخی از شرکت ها دست به سفارشی سازی هسته ها برای خویش میزنند و برخی دیگر مثل سامسونگ به طراحی شرکت آرم یقین داشته،مستقیما از آن استفاده میکند.این شرکت ها هر کدام از معماری های پیچیده وسخت افزاری استفاده کرده اند تا بتوانیم قدرتی نزدیک به کامپوتر ها را در تلفن ها و تبلت هایمان داشته باشیم.

جمع بندی و نتیجه گیری:

دنیای علوم دیجیتال نیز مانند تمام علوم دیگر هر روز در حال پیشرفت است.پیشرفتی که حاصلش میوه قدرت و و مصرف انرژی پایین تر است و کمپانی های زیادی هر روز در این صنعت پای میگذارند و کمپانی های صاحب نام همیشه پی آن هستند که طراحی های خود را به روز کنند تا بتوانند یکه تازی خود را در صنعت چیپ سازی حفظ کنند.

نظر شما درباره پردازنده ها چیست؟آینده برای کدام پلتفرم ها است؟ ما را در بخش نظرات همراهی کنید.

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

آی تی آموزی/ CPU چگونه کار می کند؟

[ منبع این خبر سایت ماچو می باشد، برای مشاهده متن اصلی خبر می توانید روی این قسمت کلیک کنید ]

برای نمایش تمام اخبار مرتبط با عنوان «آی تی آموزی CPU چگونه کار می کند؟» اینجا کلیک کنید. شفاف سازی:
خبر فوق در سایت ماچو منتشر شده و صرفا در این سایت بازنشر شده است. چنانچه به خبر فوق اعتراض دارید برای حذف آن روی این قسمت کلیک کنید.

نکته: با توجه به جمع آوری خودکار مطالب از سطح وب در صورت مشاهده هرگونه تخلف و یا اخبار غیر مجاز و یا اعتراض به انتشار مطالب سایت ها با ایمیل khabargroup.info@gmail.com در تماس باشید

تبلیغات





جدیدترین اخبار منتشر شده

تبلیغات