آموزشگاه فناوری یاری

دستگاه مرکزی پردازش یا همان (CPU) به طور خاصی طراحی شده است تا عملیات مختلف را اجرا کند. ساختار آن شامل موارد زیر است:

1. واحد محاسبه و منطق (ALU) : این واحد عملیات محاسباتی و منطقی را انجام می‌دهد.
2. **واحد کنترل (CU)**: این بخش مسئولیت هماهنگی و کنترل تمامی واحدهای دیگر را بر عهده دارد.
3. **واحد رجیستر**: حافظه کوچکی در داخل CPU که برای ذخیره موقت داده‌ها و دستورالعمل‌ها استفاده می‌شود.
4. **کَش**: حافظه‌ی سریعی که برای ذخیره‌سازی موقت داده‌ها و دستورالعمل‌های مکرر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

هر دستورالعمل به طور پیوسته از حافظه به CPU منتقل شده، در رجیسترها ذخیره و در نهایت توسط ALU پردازش می‌شود. واحد کنترل نیز تمام این مراحل را هماهنگ می‌کند تا عملیات به درستی اجرا شود.

راهنمای جامع cpu یا پردازنده

بیایید نگاهی دقیق‌تر به کش و باس بیندازیم:

حافظه کش (Cache)
حافظه کش یک نوع حافظه با سرعت بالا است که بین CPU و حافظه اصلی (RAM) قرار دارد. هدف اصلی آن افزایش سرعت دسترسی به داده‌ها و دستورالعمل‌ها است که پردازنده مکرراً به آنها نیاز دارد. کش معمولاً به سطوح مختلف تقسیم می‌شود:
1. L1 Cache: نزدیکترین و سریع‌ترین، اما با ظرفیت کم.
2. L2 Cache : کمی کندتر، اما با ظرفیت بیشتر.
3. * L3 Cache : کندتر از L1 و L2، اما بسیار بزرگ‌تر.

منظور از L1 Cache جیست ؟

عبارت "L1" مخفف "Level 1" به معنای "سطح 1" است. این نشان می‌دهد که L1 Cache، اولین و نزدیک‌ترین سطح حافظه کش به پردازنده است. به طور مشابه، L2 به معنای "سطح 2" و L3 به معنای "سطح 3" هستند. این سطوح بر اساس فاصله و سرعت دسترسی به پردازنده تقسیم‌بندی می‌شوند. L1 سریع‌ترین و کوچک‌ترین، و L3 بزرگ‌ترین و کندترین است.

منظور از L1 Cache (کش سطح ۱)، سریع‌ترین و نزدیک‌ترین حافظه کش به پردازنده است. این کش کوچک و با ظرفیت محدود است، اما بسیار سریع‌تر از حافظه RAM اصلی عمل می‌کند.

ویژگی‌های L1 Cache

1. سرعت بالا : L1 Cache به دلیل نزدیکی به هسته‌های پردازنده، دارای زمان دسترسی بسیار کوتاهی است.
2. ظرفیت محدود : معمولاً ظرفیت این کش بین 16 تا 64 کیلوبایت است.
3. تقسیم‌بندی : L1 Cache به دو بخش تقسیم می‌شود:

• کش داده (Data Cache) : برای ذخیره داده‌های مورد نیاز پردازنده.
• کش دستورالعمل (Instruction Cache) : برای ذخیره دستورالعمل‌های مورد نیاز پردازنده.

L1 Cache برای پردازنده‌ها بسیار حیاتی است، زیرا امکان دسترسی سریع به داده‌ها و دستورالعمل‌هایی که بیشترین استفاده را دارند، فراهم می‌کند و به طور کلی عملکرد سیستم را بهبود می‌بخشد.

باس (Bus)

باس مجموعه‌ای از مسیرهای ارتباطی است که داده‌ها و سیگنال‌ها را بین اجزای مختلف کامپیوتر منتقل می‌کند. باس‌ها به چند دسته تقسیم می‌شوند:
1. Data Bus : مسیرهایی که داده‌ها را بین CPU و حافظه/دستگاه‌ها منتقل می‌کنند.
2. Address Bus : مسیرهایی که آدرس‌های حافظه را منتقل می‌کنند.
3. Control Bus : مسیرهایی که سیگنال‌های کنترلی را ارسال و دریافت می‌کنند.

به طور خلاصه، کش برای بهبود سرعت پردازش داده‌های مکرر و باس برای ارتباط بین اجزای مختلف کامپیوتر استفاده می‌شود.

تکنولوژی‌ها و روش‌هایی که برای افزایش توانایی CPU

MMX (MultiMedia Extensions)

این مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها است که توسط اینتل معرفی شده‌اند تا پردازش‌های چندرسانه‌ای مثل ویدیو، صدا و تصاویر گرافیکی را سریع‌تر انجام دهند. MMX با استفاده از رجیسترهای خاصی عملیات SIMD (Single Instruction, Multiple Data) را اجرا می‌کند که اجازه می‌دهد یک دستورالعمل به طور همزمان روی چندین داده اعمال شود.

Pipelining

این تکنیکی است که به CPU اجازه می‌دهد چندین دستورالعمل را به طور همزمان پردازش کند. هر دستورالعمل به مراحل مختلفی تقسیم می‌شود (مثل Fetch، Decode و Execute) و هر مرحله در یک پیکربندی جداگانه به طور همزمان اجرا می‌شود. این روش عملکرد کلی پردازنده را افزایش می‌دهد.

SSE (Streaming SIMD Extensions)

مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها که توسط اینتل معرفی شده است تا پردازش‌های چندرسانه‌ای و علمی را بهبود بخشد. SSE از رجیسترهای 128 بیتی استفاده می‌کند که اجازه می‌دهد چندین عملیات بر روی داده‌ها به طور همزمان اجرا شوند.

SIMD (Single Instruction, Multiple Data)

این روشی است که اجازه می‌دهد یک دستورالعمل به طور همزمان روی چندین داده اعمال شود. SIMD در پردازش‌های چندرسانه‌ای، علمی و گرافیکی بسیار مفید است زیرا می‌تواند داده‌های بزرگ را به طور موازی پردازش کند.

Multi-Core Processors

پردازنده‌های چند هسته‌ای دارای چندین هسته پردازشی هستند که به طور مستقل عمل می‌کنند. این به CPU اجازه می‌دهد چندین وظیفه را به طور همزمان اجرا کند و عملکرد سیستم را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد. هر هسته می‌تواند یک وظیفه جداگانه را پردازش کند، که باعث می‌شود سیستم بتواند بار کاری بیشتری را مدیریت کند.

نسلهای جدید پردازنده intel و amd

در حال حاضر، هر دو شرکت اینتل و (AMD) نسل‌های جدیدی از پردازنده‌های خود را معرفی کرده‌اند که مشخصات و عملکرد آن‌ها بسیار پیشرفته‌ای دارند.

پردازنده‌های جدید اینتل:

نسل ۱۲: Alder Lake :

این نسل از پردازنده‌های اینتل با ترکیبی از هسته‌های بزرگ و کوچک (big.LITTLE)، عملکرد چشمگیری دارد.
پشتیبانی از رَم DDR5 و PCIe 5.0.
واحد گرافیکی قوی‌تر و لیتوگرافی ۱۰ نانومتری سوپرفین.

پردازنده‌های جدید AMD :

نسل ۳: Zen 3 :

- این نسل از پردازنده‌های AMD با افزایش عملکرد و کاهش مصرف انرژی شناخته می‌شود.
- پشتیبانی از رَم DDR4 و PCIe 4.0.

نسل ۴: Zen 4 :

- پیشرفت‌های بیشتری در عملکرد و کاهش مصرف انرژی.
- پشتیبانی از رَم DDR5 و PCIe 5.0.