پردازنده چیست؟ | هر آنچه باید در مورد CPU بدانید

در دنیای فناوری اطلاعات، پردازنده (CPU) یکی از اجزای اساسی و مهم ترین قطعات یک سیستم کامپیوتری است. پردازنده به‌عنوان قلب و مغز کامپیوتر عمل می‌کند و تمامی عملیات محاسباتی و پردازشی را انجام می‌دهد. در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، به بررسی عملکرد و ویژگی‌های پردازنده، تاریخچه تکامل آن و نقش آن در سیستم‌های کامپیوتری خواهیم پرداخت.

پردازنده چیست؟

پردازنده یا واحد پردازش مرکزی (Central Processing Unit) که با نام CPU نیز شناخته می شود، یکی از اصلی ترین قطعات سخت افزاری در یک کامپیوتر است. پردازنده مسئول اجرای دستورات برنامه های کامپیوتری است.

پردازنده از طریق مجموعه ای از دستورالعمل های ساده، محاسبات و عملیات پیچیده را انجام می دهد. این دستورالعمل ها توسط برنامه های کامپیوتری نوشته می شوند و به زبان ماشین ترجمه می شوند.

تاریخچه پردازنده یا CPU

اولین پردازنده ها بسیار ساده بودند و از ترانزیستورهای تکی یا چندگانه ساخته می شدند. این پردازنده ها عملکرد بسیار پایینی داشتند و فقط می توانستند دستورالعمل های ساده را اجرا کنند.

در دهه ۱۹۶۰، پردازنده های ترانزیستوری به پردازنده های مدار مجتمع (IC) تبدیل شدند. پردازنده های IC کوچکتر و ارزان تر بودند و عملکرد بهتری داشتند.

در دهه ۱۹۷۰، پردازنده های ریزپردازنده (MPU) اختراع شدند. MPU ها از ترانزیستورهای MOSFET ساخته می شدند و عملکرد بسیار بالاتری نسبت به پردازنده های ترانزیستوری داشتند.

در دهه ۱۹۸۰، پردازنده های x86 توسط شرکت اینتل معرفی شدند. پردازنده های x86 به سرعت محبوب شدند و در اکثر کامپیوترهای شخصی استفاده می شوند.

در دهه ۱۹۹۰، پردازنده های چند هسته ای معرفی شدند. پردازنده های چند هسته ای دارای دو یا چند واحد پردازشی هستند و عملکرد بهتری نسبت به پردازنده های تک هسته ای دارند.

در دهه ۲۰۰۰، پردازنده های با فرایند ساخت کوچکتر معرفی شدند. پردازنده های با فرایند ساخت کوچکتر عملکرد بهتری دارند و مصرف انرژی کمتری دارند.

در دهه ۲۰۱۰، پردازنده های با معماری RISC معرفی شدند. پردازنده های RISC از مجموعه ای از دستورالعمل های ساده استفاده می کنند و معمولاً سریع تر از پردازنده های CISC هستند.

در دهه ۲۰۲۰، پردازنده های با فناوری هسته متحرک معرفی شدند. پردازنده های هسته متحرک دارای هسته های کوچک و سریع هستند که برای کارهای سبک و هسته های بزرگ و کند هستند که برای کارهای سنگین استفاده می شوند.

بخش های مختلف پردازنده

پردازنده از بخش های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند. از جمله مهم ترین بخش های پردازنده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

پردازنده یا CPU از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است، که هر کدام وظایف خاصی را بر عهده دارند و به طور کلی بهبود عملکرد و قدرت پردازشی پردازنده را تضمین می‌کنند. در زیر به مهم ترین بخش های پردازنده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱. واحد کنترل (Control Unit): این واحد مسئول مدیریت و کنترل عملیات پردازنده است. آن دستورات برنامه را دریافت می‌کند، آن‌ها را تفسیر و اجرا می‌کند و برخی از وظایف اصلی مانند مدیریت جریان داده و تخصیص منابع را بر عهده دارد.

۲. واحد محاسبات و منطق (Arithmetic Logic Unit – ALU): این واحد برای انجام عملیات حسابی و منطقی استفاده می‌شود. آن شامل انواع عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم است، همچنین قادر است به عملیات‌های منطقی مانند AND، OR و NOT نیز بپردازد.

۳. حافظه‌ی کش (Cache Memory): این حافظه سریع برای ذخیره‌سازی داده‌ها و دستورالعمل‌هایی است که پردازنده به طور مکرر استفاده می‌کند. حافظه کش به پردازنده امکان دسترسی سریعتر به اطلاعات فراهم می‌کند و عملکرد پردازشی را بهبود می‌بخشد.

۴. حافظه اصلی (Main Memory): این حافظه برای ذخیره‌سازی داده‌ها و برنامه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. حافظه اصلی بزرگتر و اصلی‌ترین حافظه در سیستم است و داده‌ها و دستورالعمل‌ها در آن ذخیره می‌شوند، به طوری که پردازنده به آنها دسترسی دارد.

این بخش‌ها با همکاری و هماهنگی تمامی وظایف مختلف، پردازش داده‌ها و اجرای دستورات برنامه‌ها را در پردازنده فراهم می‌کنند.

انواع پردازنده

پردازنده ها بر اساس معماری، تعداد هسته ها، سرعت کلاک و فرایند ساخت به انواع مختلفی تقسیم می شوند.

معماری پردازنده

معماری پردازنده به نحوه طراحی و پیاده سازی پردازنده اشاره دارد. دو نوع اصلی معماری پردازنده عبارتند از:

• معماری x86
• معماری ARM

انواع پردازنده بر اساس معماری

• پردازنده های x86: این پردازنده ها رایج ترین نوع پردازنده در کامپیوترهای شخصی هستند. پردازنده های x86 توسط شرکت اینتل توسعه یافته اند و در طیف گسترده ای از محصولات از جمله کامپیوترهای شخصی، سرورها، لپ تاپ ها و تبلت ها استفاده می شوند.
• پردازنده های ARM: این پردازنده ها در دستگاه های کوچک مانند تلفن های هوشمند، تبلت ها و تلویزیون های هوشمند استفاده می شوند. پردازنده های ARM کارآمدتر از پردازنده های x86 هستند و مصرف انرژی کمتری دارند.
• پردازنده های RISC: این پردازنده ها از مجموعه ای از دستورالعمل های ساده استفاده می کنند. پردازنده های RISC معمولاً سریع تر از پردازنده های CISC هستند اما انعطاف پذیری کمتری دارند.
• پردازنده های CISC: این پردازنده ها از مجموعه ای از دستورالعمل های پیچیده استفاده می کنند. پردازنده های CISC انعطاف پذیرتر از پردازنده های RISC هستند اما معمولاً کندتر هستند.

تعداد هسته ها

تعداد هسته ها به تعداد واحد های پردازشی در پردازنده اشاره دارد. پردازنده های تک هسته ای دارای یک واحد پردازشی هستند. پردازنده های دو هسته ای، چهار هسته ای و هشت هسته ای دارای دو، چهار و هشت واحد پردازشی هستند.

انواع پردازنده بر اساس تعداد هسته ها

• پردازنده های تک هسته ای: این پردازنده ها دارای یک واحد پردازشی هستند. پردازنده های تک هسته ای معمولاً ارزان تر و کم مصرف تر از پردازنده های چند هسته ای هستند اما عملکرد کمتری دارند.
• پردازنده های دو هسته ای: این پردازنده ها دارای دو واحد پردازشی هستند. پردازنده های دو هسته ای عملکرد بهتری نسبت به پردازنده های تک هسته ای دارند اما معمولاً گران تر و پر مصرف تر هستند.
• پردازنده های چهار هسته ای: این پردازنده ها دارای چهار واحد پردازشی هستند. پردازنده های چهار هسته ای عملکرد بسیار بهتری نسبت به پردازنده های تک هسته ای و دو هسته ای دارند و برای کارهایی مانند ویرایش ویدیو و بازی های کامپیوتری بسیار مناسب هستند.
• پردازنده های هشت هسته ای: این پردازنده ها دارای هشت واحد پردازشی هستند. پردازنده های هشت هسته ای عملکرد بسیار عالی دارند و برای کارهای بسیار سنگین مانند پردازش داده های علمی و هوش مصنوعی بسیار مناسب هستند.

سرعت کلاک

سرعت کلاک به تعداد سیکل های پردازنده در هر ثانیه اشاره دارد. سرعت کلاک با واحد هرتز اندازه گیری می شود. پردازنده های با سرعت کلاک بالاتر می توانند دستورالعمل ها را سریع تر اجرا کنند.

فرایند ساخت

فرایند ساخت به اندازه ترانزیستورها در پردازنده اشاره دارد. فرایند ساخت کوچکتر باعث افزایش عملکرد و کاهش مصرف انرژی پردازنده می شود.

عوامل موثر بر عملکرد پردازنده

علاوه بر معماری، تعداد هسته ها، سرعت کلاک و فرکانس، عوامل دیگری نیز بر عملکرد پردازنده تاثیر می گذارند. از جمله این عوامل می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• اندازه حافظه cache: حافظه cache حافظه سریعی است که در پردازنده قرار دارد و داده ها و دستورالعمل های مورد نیاز پردازنده را در خود ذخیره می کند. حافظه cache بزرگتر باعث می شود پردازنده دسترسی سریعتری به داده ها و دستورالعمل ها داشته باشد و در نتیجه عملکرد پردازنده افزایش می یابد.
• اندازه حافظه اصلی: حافظه اصلی حافظه ای است که برنامه ها و داده ها در آن ذخیره می شوند. حافظه اصلی بزرگتر باعث می شود پردازنده بتواند برنامه ها و داده های بیشتری را در خود ذخیره کند و در نتیجه عملکرد پردازنده افزایش می یابد.
• نوع سیستم عامل: سیستم عامل نرم افزاری است که کنترل کامپیوتر را بر عهده دارد. سیستم عامل های مختلف از پردازنده ها به روش های مختلفی استفاده می کنند. برخی از سیستم عامل ها از پردازنده ها به طور کارآمدتری استفاده می کنند و در نتیجه باعث افزایش عملکرد پردازنده می شوند.

بهترین برندهای پردازنده یا CPU در بازار

برند	توضیحات
اینتل (Intel)	اینتل یکی از پیشروترین تولیدکنندگان پردازنده در جهان است. پردازنده های اینتل در طیف گسترده ای از محصولات از جمله کامپیوترهای شخصی، سرورها، لپ تاپ ها و تبلت ها استفاده می شوند. پردازنده های اینتل به طور کلی عملکرد بالاتری نسبت به پردازنده های AMD دارند اما معمولاً گران تر هستند.
AMD	AMD یکی دیگر از تولیدکنندگان پیشرو پردازنده در جهان است. پردازنده های AMD در طیف گسترده ای از محصولات از جمله کامپیوترهای شخصی، سرورها، لپ تاپ ها و تبلت ها استفاده می شوند. پردازنده های AMD معمولاً ارزان تر از پردازنده های اینتل هستند اما عملکرد کمتری دارند.
MediaTek	MediaTek یک شرکت تایوانی است که در زمینه تولید پردازنده برای دستگاه های تلفن همراه فعالیت می کند. پردازنده های MediaTek در گوشی های هوشمند، تبلت ها و تلویزیون های هوشمند استفاده می شوند. پردازنده های MediaTek معمولاً کم مصرف تر از پردازنده های اینتل و AMD هستند.
Qualcomm	Qualcomm یک شرکت آمریکایی است که در زمینه تولید پردازنده برای دستگاه های تلفن همراه فعالیت می کند. پردازنده های Qualcomm در گوشی های هوشمند، تبلت ها و تلویزیون های هوشمند استفاده می شوند. پردازنده های Qualcomm معمولاً عملکرد بالاتری نسبت به پردازنده های MediaTek دارند.
Apple	Apple یک شرکت آمریکایی است که در زمینه تولید پردازنده برای محصولات خود فعالیت می کند. پردازنده های Apple در گوشی های هوشمند، تبلت ها، لپ تاپ ها و کامپیوترهای شخصی استفاده می شوند. پردازنده های Apple معمولاً عملکرد بسیار بالایی دارند اما در دسترس عموم قرار ندارند.

نحوه انتخاب پردازنده مناسب

برای انتخاب پردازنده مناسب باید نیازهای خود را در نظر بگیرید. اگر از کامپیوتر خود برای انجام کارهای ساده مانند وب گردی، پردازش متن و تماشای فیلم استفاده می کنید، پردازنده ای با معماری x86 و تعداد هسته های دو یا چهار هسته ای کافی است. اگر از کامپیوتر خود برای انجام کارهای سنگین تر مانند بازی، ویرایش ویدئو و طراحی گرافیک استفاده می کنید، پردازنده ای با معماری x86 و تعداد هسته های شش یا هشت هسته ای مناسب تر است. همچنین، باید به سرعت کلاک و فرکانس پردازنده نیز توجه کنید. پردازنده هایی با سرعت کلاک و فرکانس بالاتر عملکرد بهتری دارند.

در نهایت، می توانید از نرم افزارهای Benchmark برای مقایسه عملکرد پردازنده های مختلف استفاده کنید. این نرم افزارها با اجرای مجموعه ای از تست ها، عملکرد پردازنده را در زمینه های مختلف اندازه گیری می کنند.

پرفروش ترین مدل های CPU در ایران

بر اساس نتایج جستجوهای انجام شده در اینترنت، پرفروش ترین مدل های پردازنده یا CPU در ایران در سال ۲۰۲۳ عبارتند از:

برند	مدل	توضیحات
اینتل	Core i9-12900K	یک پردازنده ۱۶ هسته ای و ۲۴ رشته ای با فرکانس پایه ۳.۲ گیگاهرتز و فرکانس توربو ۵.۲ گیگاهرتز است. این پردازنده برای کارهای سنگین مانند بازی های کامپیوتری و پردازش داده های علمی بسیار مناسب است.
اینتل	Core i7-12700K	یک پردازنده ۱۲ هسته ای و ۲۰ رشته ای با فرکانس پایه ۳.۶ گیگاهرتز و فرکانس توربو ۵.۰ گیگاهرتز است. این پردازنده عملکرد مناسبی برای کارهای معمولی و سنگین دارد.
اینتل	Core i5-12600K	یک پردازنده ۱۰ هسته ای و ۱۶ رشته ای با فرکانس پایه ۳.۷ گیگاهرتز و فرکانس توربو ۴.۹ گیگاهرتز است. این پردازنده عملکرد خوبی برای کارهای معمولی و نیمه سنگین دارد.
AMD	Ryzen 9 5950X	یک پردازنده ۱۶ هسته ای و ۳۲ رشته ای با فرکانس پایه ۳.۴ گیگاهرتز و فرکانس توربو ۴.۹ گیگاهرتز است. این پردازنده برای کارهای سنگین مانند بازی های کامپیوتری و پردازش داده های علمی بسیار مناسب است.
AMD	Ryzen 7 5800X	یک پردازنده ۸ هسته ای و ۱۶ رشته ای با فرکانس پایه ۳.۸ گیگاهرتز و فرکانس توربو ۴.۷ گیگاهرتز است. این پردازنده عملکرد مناسبی برای کارهای معمولی و سنگین دارد.
AMD	Ryzen 5 5600X	یک پردازنده ۶ هسته ای و ۱۲ رشته ای با فرکانس پایه ۳.۷ گیگاهرتز و فرکانس توربو ۴.۶ گیگاهرتز است. این پردازنده عملکرد خوبی برای کارهای معمولی و نیمه سنگین دارد.

این پردازنده ها از برندهای اینتل و AMD هستند و از معماری x86 استفاده می کنند. این پردازنده ها در انواع مختلفی از جمله پردازنده های دسکتاپ، پردازنده های موبایل، پردازنده های سرور و پردازنده های گرافیکی ارائه می شوند.

البته، پرفروش ترین مدل های پردازنده در ایران ممکن است با توجه به عوامل مختلفی مانند قیمت، عملکرد و تقاضای بازار متفاوت باشد.