CPU چیست؟ CPU یا واحد پردازش مرکزی^{(Central Processing Unit)} مغز اعداد خرد کننده یک کامپیوتر است. هر کاری که کامپیوتر انجام می دهد، از بازی های ویدیویی^{(video games)} گرفته تا کمک به شما در نوشتن مقاله، به مجموعه ای از دستورالعمل های ریاضی تقسیم می شود. CPU این دستورالعمل ها را می گیرد و آنها را اجرا می کند. 

جزئیات نحوه انجام این کار، البته، بسیار^{(much )} پیچیده تر از آن توضیح ساده است. مهمترین چیزی که باید بدانید این است که CPU موتور اصلی ریاضی کامپیوتر است.

تاریخچه (به شدت) کوتاه CPU ها^{(The (Extremely) Short History Of CPUs)}

تاریخچه محاسبات طولانی و پیچیده است. همچنین از فناوری دیجیتال، الکترونیک یا حتی برق به تاریخ بازمی‌گردد. چرتکه نوعی پردازنده است. ماشین حساب های مکانیکی هم همینطور. تفاوت بزرگ این است که این ماشین ها فقط می توانند یک یا چند کار ریاضی را انجام دهند. آنها پردازنده های عمومی^{(general purpose)} نیستند ، که CPU مدرن نمونه ای از آنهاست.

چیزی که یک CPU را به یک دستگاه محاسباتی عمومی تبدیل می کند، استفاده از منطق است. در سال 1903 نیکولا تسلا^{(Nikola Tesla)} مدارهای الکتریکی معروف به گیت ها و سوئیچ ها را به ثبت رساند. با استفاده از این مدارها، می‌توانید دستگاه‌هایی بسازید که عملیات منطقی را انجام می‌دهند، جایی که می‌توانید ماشین را تحت شرایط خاص عمل کند. 

در اواسط تا اواخر دهه 1940 ، ویلیام شاکلی^{(William Shockley)} ، جان باردین^{(John Bardeen)} و والتر براتین ، در حین کار در ^{(Walter Brattain)}آزمایشگاه‌های ^{(Laboratories)}بل^(Bell) ، دستگاهی به نام ترانزیستور را اختراع و ثبت کردند. ترانزیستور بلوک اصلی یک CPU است. ترانزیستورها اجزای نسبتاً ریز کامپیوتر هستند. ترانزیستور آنقدر اختراع مهم است که سه مخترع برای آن جایزه نوبل دریافت^{(Nobel Prize)} کردند.

در اواخر دهه 1950، رابرت نویس^{(Robert Noyce)} و جک کیلبی^{(Jack Kilby)} یک قدم فراتر رفتند و اولین مدار یکپارچه^{(integrated circuit)} فعال را ایجاد کردند . مدار مجتمع مجموعه ای از مدارهای الکترونیکی است که در یک قطعه از مواد نیمه هادی یکپارچه شده اند. در بیشتر موارد، آن ماده سیلیکون است. این همان چیزی است که مردم وقتی می گویند "ریزتراشه" معنی می دهند. 

یک CPU از یک یا چند ریزتراشه تشکیل شده است. این یک اختراع مهم است زیرا میلیاردها ترانزیستور را می توان در یک CPU بسته بندی کرد . این باعث ایجاد موتورهای ریاضی فوق العاده قدرتمند می شود.

با استفاده از اختراعات گیت های منطقی، ترانزیستورها و مدارهای مجتمع، کل جهان تغییر کرده است. این روزها ریزتراشه ها در همه چیز هستند، نه فقط رایانه شما. و CPU^(CPUs) ها پیشرفته ترین ریزتراشه های همه منظوره ای هستند که می توانیم بسازیم.

CPU ها چگونه کار می کنند؟^{(How Do CPUs Work?)}

کل اصل یک CPU بر اساس کد باینری است^{(binary code)} . انسان ها تمایل دارند اعداد را با استفاده از سیستمی به نام پایه 10^{(base 10)} یا سیستم اعشاری نشان دهند. ارزش مکانی هر رقم در یک عدد ده برابر می شود. بنابراین "111" شامل صد، ده و یک است.

کامپیوترها و سی پی یوهایشان^(CPUs) اصلا نمی توانند پایه 10 را بفهمند. ترانزیستورها بر اساس اصل روشن یا خاموش بودن کار می کنند. یعنی گیت‌های منطقی که از آنها می‌سازید فقط با این دو حالت کار می‌کنند. به همین دلیل است که اساساً CPU ها^(CPUs) بر روی کد باینری^{(binary code)} اجرا می شوند . این سیستم اعداد دارای مقادیر مکانی متفاوت است. در عوض اگر 1، 10، 100، 1000 و غیره باشد، مقادیر مکانی 1،2،4،8،16،32،64،128 و غیره هستند. 

بنابراین در باینری "111" در اعداد اعشاری 7 خواهد بود زیرا 1،2 و 4 را با هم جمع می کنید. اگر هر یک از اعداد صفر هستند، به سادگی از آن رد می‌شوید و ارزش مکانی 1 بعدی را اضافه می‌کنید. به این ترتیب می‌توانید هر مقدار اعشاری را بیان کنید. فقط^(Just) توجه داشته باشید که اعداد باینری اغلب از راست به چپ خوانده می شوند، بنابراین مقدار مکانی "1" در سمت راست منتهی می شود.

بیایید آن را در یک جدول قرار دهیم تا شفاف شود:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

آیا می توانید ببینید که چرا در اعشار به عدد 7 می رسد؟ بیایید عدد 23 را انجام دهیم:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

بنابراین 111 "7" است، اما "11101" 23 است زیرا ارزش مکان پنجم در باینری 16 است. خیلی^(Pretty) جالب است، درست است؟ شما می توانید هر عدد ممکنی را که می توان به صورت اعشاری نوشت به این ترتیب بیان کنید. این بدان معناست که کامپیوترهای ساخته شده از ترانزیستور می توانند با هر عددی نیز کار کنند.

CPU ها چگونه ساخته می شوند؟

فرآیند تولید CPUهای^(CPUs) مدرن نیز همانطور که انتظار دارید بسیار پیچیده است. فرآیند اصلی شامل رشد سیلندرهای بزرگ کریستال سیلیکون است. خواص نیمه هادی آن، آن را برای ساخت یک مدار مجتمع باینری ایده آل می کند.

این کریستال های بزرگ به صورت ویفرهای نازک بریده می شوند. سپس ویفرها با یک ماده شیمیایی دیگر "دوپ" می شوند تا خواص آن را تنظیم کنند. سپس مدار در مقیاس نانو با استفاده از نور با استفاده از فرآیندی به نام فوتولیتوگرافی^{(photolithography)} در سطح ویفر حک می شود .

طراحی و عملکرد CPU

همه CPU^(CPUs) ها برابر نیستند. اولین جد مناسب CPU مدرن ، Intel 8086 ، حدود 29000 ترانزیستور در مدار مجتمع خود داشت. امروزه پردازنده ای مانند Intel i99900K کمی بیش از 1.7 میلیارد^(billion) ترانزیستور دارد. هر چه مدارهای منطقی یک CPU متراکم تر باشد، تعداد دستورالعمل هایی که می تواند در هر سیکل ساعت انجام دهد، پیچیده تر و بیشتر می شود. 

صبر کنید^(Hang) ، "چرخه ساعت"؟ بله، این جزء اصلی دیگر عملکرد CPU است. یک CPU در یک فرکانس خاص کار می کند، با هر پالس ساعت CPU چرخه ای از محاسبات انجام می شود. اگر همان CPU را بگیرید و سرعت کلاک آن را دو برابر کنید، (در تئوری) باید دو برابر سریع‌تر عمل کند. 

این 8086 اینتل^{(Intel 8086)} 1978 در زمان عرضه با فرکانس 5 مگاهرتز کار می کرد. این پنج میلیون چرخه ساعت در ثانیه است. Intel i9-9900K ؟ از 3.6 گیگاهرتز شروع می شود . ^{(starts )}یعنی 3600 ^{(Ghz.That 3600)} مگاهرتز^(Mhz) ، با گزینه ای برای افزایش سرعت تا 5000 مگاهرتز^(Mhz) در صورت امکان.

برای افزودن یک چروک دیگر به عملکرد CPU ، CPUهای^(CPUs) مدرن در واقع حاوی چندین "هسته" هستند. هر هسته در واقع خود یک CPU^(CPU) مستقل است. این روزها داشتن حداقل چهار هسته از این دست معمول است، اما اخیراً معمول این بوده که رایانه‌های اصلی شش یا هشت هسته داشته باشند. کامپیوترهای حرفه ای سطح بالا ممکن است دارای 100 هسته CPU باشند. 

داشتن چندین هسته به این معنی است که CPU می تواند چندین مجموعه دستورالعمل را به صورت موازی انجام دهد. این بدان معناست که رایانه‌های ما می‌توانند بسیاری از کارها را همزمان بدون مشکل انجام دهند. برخی از CPU ها^(CPUs) دارای هسته های "چند رشته ای" هستند. این هسته ها می توانند هر کدام دو وظیفه مجزا را انجام دهند. در CPUهای اینتل^{(Intel CPUs)} ، این به عنوان " hyperthreading " شناخته می شود.

بنابراین کل عملکرد یک CPU به ترکیبی از موارد زیر می رسد:

• این تعداد کل ترانزیستورها و طراحی مدارهای منطقی آن چقدر پیشرفته است
• فرکانس ساعت^{(clock frequency)}
• تعداد هسته ها^{(number of cores)}
• تعداد رشته ها

البته چیزهای بیشتری از این چهار نکته اصلی وجود دارد. با این حال، اینها چهار ملاحظه اصلی برای عملکرد خوب یک CPU هستند.

نقش ^(Role)CPU در کامپیوتر شما^{(Your Computer)} _

آخرین چیزی که باید به آن بپردازیم این است که CPU^(CPU) چه کاری را در رایانه شما انجام می دهد. به هر حال، این تنها ریزتراشه مدار مجتمع در رایانه شما نیست. به عنوان مثال، GPU^(GPUs) ها (واحدهای پردازش گرافیکی) اغلب حتی ترانزیستور تر از CPU هستند.

آنها به خنک کننده و منبع تغذیه خود و همچنین حافظه نیاز دارند. مثل یک کامپیوتر اضافی کوچک است! همین امر را می توان در مورد تراشه هایی که ترافیک صدا، USB و هارد دیسک شما را کنترل می کنند نیز گفت. پس چرا CPU خاص است؟ اینها دلایل اصلی هستند:

• می تواند هر^(ANY) دستوری را پردازش کند، یک GPU فقط انواع خاصی از پردازش را انجام می دهد
• تمام اجزای دیگر را به هم متصل می کند و داده ها را فشار می دهد و می کشد تا رایانه شما کار کند
• CPU با تمام کارهایی که از کامپیوتر خواسته می شود تا حدودی درگیر است

به طور خلاصه، CPU مهمترین جزء عملکرد همه منظوره در رایانه شما است. آن را بدیهی^(Don) نگیرید!

What Is a CPU & What Does It Do?

What is a CPU? The CPU or Central Processing Unit is the number-crunching brain of a computer. Everything a computer does, from playing video games to helping you write an essay, is broken down into a set of mathematical instructions. The CPU takes those instructions and executes them. 

The details of how it does this is, of course, much more complicated than that simple explanation. The most important thing you need to know is that the CPU is the main mathematical engine of a computer.

The (Extremely) Short History Of CPUs

The history of computing is long and complex. It also goes further back into history than digital technology, electronics or even electricity. An abacus is a sort of processor. So are mechanical calculators. The big difference is that these machines can only do one or a few mathematical tasks. They aren’t general purpose processors, which the modern CPU is an example of.

What makes a CPU a general purpose calculation device is the use of logic. In 1903 Nikola Tesla patented electrical circuits known as gates and switches. Using these circuits, you could build devices that perform logical operations, where you could have the machine act on certain conditions. 

In the mid- to late- 1940s William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain invented and patented a device called a transistor, while working at Bell Laboratories. The transistor is the basic building block of a CPU. Transistors are relatively tiny computer components. The transistor is such an important invention that the three inventors were awarded a Nobel Prize for it.

In the late 1950s, Robert Noyce and Jack Kilby went one massive step further and created the first working integrated circuit. An integrated circuit is a set of electronic circuits integrated into a single piece of semiconductor material. In most cases, that material is silicon. This is what people mean when they say “microchip”. 

A CPU consists of one or more microchips. This is an important invention because billions of transistors can be packed into a single CPU. This creates incredibly powerful mathematical engines.

Using the inventions of logic gates, transistors and integrated circuits, the entire world has been changed. Microchips are in everything these days, not just your computer. And CPUs are the most advanced general-purpose microchips we can make.

How Do CPUs Work?

The entire principle of a CPU is based on binary code. Human beings tend to represent numbers using a system called base 10 or the decimal system. The place values of each digit in a number go up by a factor of ten. So “111” contains one hundred, ten and one.

Computers and their CPUs can’t understand base 10 at all. Transistors work on the principle of either being on or off. Which means the logic gates you build from them can also only work with these two states. This is why, fundamentally, CPUs run on binary code. This number system has different place values. Instead if 1, 10, 100, 1000 and so on, the place values are 1,2,4,8,16,32,64,128 and so on. 

So in binary “111” would be 7 in decimal numbers Since you add 1,2, and 4 together. If any of the numbers are a zero, you simply skip it and add the place value of the next 1. This way you can express any decimal value. Just note that binary numbers are often read from right to left, so the “1” place value would be at the far right.

Let’s put it in a table to make it crystal clear:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

Can you see why it adds up to the number 7 in decimal? Let’s do the number 23:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

So 111 is “7”, but “11101” is 23 because the fifth place value in binary is 16. Pretty cool, right? You can express any possible number that can be written in decimal this way. Which means computers built from transistors can work with any numbers as well.

How Are CPUs Made?

The production process of modern CPUs is also, as you’d expect, pretty complex. The basic process involves growing large cylinders of silicon crystal. Its semiconductor properties make it ideal for building a binary integrated circuit.

These large crystals are sliced into thin wafers. The wafers are then “doped” with another chemical to fine tune its properties. The nano-scale circuitry is then etched into the wafer surface using light using a process known as photolithography.

CPU Design and Performance

CPUs are not all made equal. The first proper ancestor of the modern CPU, the Intel 8086, had about 29 000 transistors in its integrated circuit. Today, a processor like the Intel i99900K has just over 1.7 billion transistors. The denser the logic circuits of a CPU, the more complex and higher the number of instructions it can perform per clock cycle. 

Hang on, “clock cycle”? Yes, that’s the other major component of CPU performance. A CPU runs at a particular frequency, with each pulse of the CPU clock a cycle of calculations are done. If you take the same CPU and double it’s clock speed then (in theory) it should perform twice as fast. 

That 1978 Intel 8086 ran at 5Mhz when it was launched. That’s five million clock cycles per second. The Intel i9-9900K? It starts at 3.6 Ghz.That 3600 Mhz, with the option to ramp things up to 5000 Mhz when possible.

To add yet another wrinkle to CPU performance, modern CPUs actually contain multiple “cores”. Each core is actually an independent CPU itself. It’s typical to have at least four such cores these days, but lately the norm has been for mainstream computers to have six or eight cores. High end professional computers may have in the region of a 100 CPU cores. 

Having multiple cores means that the CPU can perform multiple sets of instructions in parallel. Which means our computers can do many things at once without issue. Some CPUs have “multithreaded” cores. These cores can themselves handle two separate tasks each. In Intel CPUs this is branded as “hyperthreading”.

So the total performance of a CPU comes down to a combination of:

• It’s total transistor count and how advanced the design of its logic circuits are
• The clock frequency
• The number of cores
• The number of threads

There is, of course, more to it than these four main points. However, those are the four main considerations for making a CPU perform well.

The Role of the CPU in Your Computer

The last thing we have to cover is what job the CPU plays in your computer. It is, after all, not the only integrated circuit microchip in your computer. For example, GPUs (graphics processing units) are often even more transistor-dense than a CPU.

They need their own cooling and power supply, as well as memory. It’s like a small extra computer! The same can be said for the chips that control your sound, USB and hard drive traffic. So why is the CPU special? These are the main reasons:

• It can process ANY instruction, a GPU only does certain types of processing
• It ties all the other components together, pushing and pulling data to make your computer work
• The CPU is involved with all work the computer is asked to do to some extent

In short, the CPU is the most important general-purpose performance component in your computer. Don’t take it for granted!

Related posts

• چرا Ntoskrnl.Exe باعث افزایش CPU می شود و چگونه آن را برطرف کنیم

• چرا Wsappx باعث استفاده زیاد از CPU می شود و چگونه آن را برطرف کنیم

• نحوه رفع استفاده زیاد از CPU audiodg.exe در ویندوز 11/10

• چرا Dwm.exe باعث استفاده زیاد از CPU می شود و چگونه آن را برطرف کنیم

• کارت SD قابل خواندن نیست؟ در اینجا نحوه رفع آن آمده است

• رفع مشکل: لپ تاپ به وای فای وصل نمی شود

• رفع: خطای دیسک غیر سیستمی یا دیسک در ویندوز

• آیا باید کامپیوتر شخصی بخرم یا بسازم؟ 10 چیز برای در نظر گرفتن

• رفع مشکل برنامه ریزی شده برای فایل .BAT اجرا نمی شود

• آیا باید یک SSD را Defrag کنید؟

• کار چاپ در ویندوز حذف نمی شود؟ 8+ راه برای رفع

• درایور گرافیک آداپتور صفحه نمایش پایه مایکروسافت را نشان می دهد؟ چطوری میشه اینو تعمیر کرد

• رفع مشکل: Adblock در Crunchyroll کار نمی کند

• 10 ایده عیب یابی برای زمانی که آمازون Fire Stick شما کار نمی کند

• وقتی درایو USB شما نمایش داده نمی شود چه کاری باید انجام دهید

• نحوه رفع کد خطای GeForce Experience 0x0003

• رفع: Verizon Message+ همچنان متوقف می شود یا کار نمی کند

• در هر راه‌اندازی مجدد، «راه‌اندازی رایانه شما را برای اولین استفاده آماده می‌کند» را برطرف کنید

• نحوه رفع خطای RPC Server is Unavailable در ویندوز

• برنامه Outlook همگام سازی نمی شود؟ 13 راه حل برای امتحان