پردازنده یا CPU چیه و چطوری کار میکنه؟

فرض کن CPU مغز کامپیوتره. همه‌ی دستورالعمل‌ها رو می‌خونه و می‌فهمه که باید چه کارهایی انجام بده. یه جورایی مثل یه مدیر میمونه که به بقیه قطعات کامپیوتر میگه چیکار باید بکنن.

CPU از چند تا بخش اصلی تشکیل شده

واحد کنترل: مثل یه رهبر ارکستره که به همه میگه کی و چیکار باید انجام بشه. دستورالعمل‌ها رو از حافظه می‌خونه، رمزگشایی می‌کنه و به بقیه بخش‌ها می‌فرسته.
واحد هوش و ریاضی (ALU): اینجا حساب و کتاب‌ها انجام میشه. هر چی که مربوط به جمع، تفریق، ضرب، تقسیم، مقایسه و اینجور چیزا باشه رو ALU انجام میده.
ثبات‌ها: مثل کشوی کوچیکی که اطلاعات رو برای یه مدت کوتاه نگه می‌داره تا CPU بتونه سریع‌تر بهشون دسترسی پیدا کنه.

CPU چجوری کار می‌کنه؟

واحد کنترل یه دستورالعمل رو از حافظه می‌خونه.
دستورالعمل رمزگشایی میشه و مشخص میشه که چه نوع عملیاتی باید انجام بشه و روی چه داده‌هایی.
داده‌ها از حافظه یا ثبات‌ها به ALU فرستاده میشن.
ALU عملیات رو انجام میده و نتیجه رو به دست میاره.
نتیجه ممکنه تو یه ثبات ذخیره بشه یا به حافظه فرستاده بشه.
واحد کنترل به سراغ دستورالعمل بعدی میره و همین مراحل رو تکرار می‌کنه.

یه کم بیشتر توضیح بدیم:

هسته‌ها: هر هسته یه واحد پردازش جداگانه است. CPUهای مدرن چند هسته‌ای هستن، یعنی چند تا هسته دارن که می‌تونن به طور همزمان کار کنن. این باعث میشه که کامپیوتر بتونه چند تا کار رو با هم انجام بده و سرعتش بیشتر بشه.
ریشه‌ها: رشته‌ها یه جور تقسیمی از یه فرآیند هستن. یه فرآیند می‌تونه چند تا رشته داشته باشه که به طور همزمان روی یه هسته اجرا میشن. این باعث میشه که از CPU به طور کارآمدتر استفاده بشه.
Hyper-Threading: این یه تکنولوزی خاصه که شرکت اینتل ازش استفاده می‌کنه. به هر هسته اجازه میده که دو تا رشته رو به طور همزمان اجرا کنه.
معماری RISC در مقابل CISC: هر دو نوعی معماری CPU هستن که در تعداد و پیچیدگی دستورالعمل‌هاشون با هم فرق دارن. CPUهای RISC معمولا دستورالعمل‌های ساده‌تر و سریع‌تری دارن، در حالی که CPUهای CISC دستورالعمل‌های پیچیده‌تر و قدرتمندتری دارن.
خطوط لوله: خطوط لوله یه روش برای افزایش سرعت CPU هست. مراحل اجرای دستورالعمل رو به قسمت‌های کوچیک‌تر تقسیم می‌کنه و به طور همزمان روی چند تا مرحله کار می‌کنه.

کش و خط کش چطور سرعت کامپیوتر رو بالا میبرن؟

تصور کن داری توی یه فروشگاه بزرگ خرید میکنی. اگه هر بار که یه چیز نیاز داری مجبور بودی بری تا ته فروشگاه و برگردی، خیلی وقت تلف میشد. به خاطر همین، فروشگاه ها یه چیزایی دارن به اسم “قفسه های حراج” که توش پر از چیزای پرطرفداره و دم دسته. اینجوری میتونی سریعتر چیزایی که نیاز داری رو پیدا کنی.

حالا، کش و خط کش توی کامپیوتر هم همین کارو میکنن. CPU کامپیوتر مثل یه مغازه میمونه که باید اطلاعات رو سریع پردازش کنه. کش یه حافظه کوچیک و پرسرعه که درست کنار CPU قرار گرفته. CPU اول توی کش دنبال اطلاعاتی که میخواد میگرده، و اگه پیداش کرد، خیلی سریع میتونه کارشو انجام بده.

اما اگه اطلاعات توی کش نباشه، CPU باید بره توی حافظه اصلی که خیلی کندتره. خط کش هم یه بلوک کوچیک از اطلاعاته که از حافظه اصلی به کش منتقل میشه. هر بار که CPU به یه اطلاعاتی نیاز داره، به جای اینکه کل اطلاعات رو از حافظه اصلی برداره، فقط یه خط کش رو برمیداره که خیلی سریعتره.

چند پردازشی چیه و چطور به کامپیوترت سرعت میده؟

تا حالا شده با چند نفر دیگه همزمان کار کنی؟ مثلا با یکی چت کنی، با یه نفر دیگه فیلم ببینی و همزمان یه آهنگ هم گوش بدی؟ کامپیوتر هم میتونه این کارو انجام بده، به این میگن “چند پردازشی”.

تو کامپیوترهای چند پردازنده، چند تا CPU با هم کار میکنن و وظایف رو بین خودشون تقسیم میکنن. اینجوری هر CPU میتونه یه کار رو انجام بده و همه چی خیلی سریعتر پیش میره. مثلا اگه داری یه بازی سنگین انجام میدی، CPU ها میتونن با هم کار کنن تا بازی رو روانتر اجرا کنن.

CPU چیه و چطوری کار میکنه؟

معماری سوپراسکالر چیه؟

معماری سوپراسکالر مثل یه مغازه با چند تا صندوقه. به جای اینکه فقط یه نفر پشت صندوق باشه و به مشتری ها رسیدگی کنه، چند تا صندوق داره که همزمان میتونن به مشتری ها جنس بفروشن. اینجوری صف ها زودتر خالی میشن و همه چی سریعتر پیش میره.

تو کامپیوترهای با معماری سوپراسکالر، CPU میتونه چند تا دستورالعمل رو به طور همزمان اجرا کنه. اینجوری خیلی سریعتر میتونه کارها رو انجام بده و سرعت کامپیوتر رو بالا میبره.

ریزپردازنده ها چی هستن؟

ریزپردازنده‌ها مثل CPU های کوچولو هستن که تو دستگاه های کوچیک مثل گوشی های موبایل و تبلت ها استفاده میشن. چون این دستگاه ها جا و قدرت زیادی ندارن، CPU هاشون هم باید کوچیکتر و کم مصرف تر باشن.

ریزپردازنده ها معمولا به اندازه CPU های معمولی قدرتمند نیستن، اما برای کارهای معمولی مثل وبگردی و چک کردن ایمیل کافین.

مجازی سازی چطور کار میکنه؟

مجازی سازی مثل اینه که یه کامپیوتر رو به چند تا کامپیوتر مجزا تقسیم کنی. هر کدوم از این کامپیوترهای مجازی میتونن سیستم عامل خودشون رو داشته باشن و به طور مستقل کار کنن. اینجوری میتونی چند تا کار رو به طور همزمان روی یه کامپیوتر انجام بدی بدون اینکه هیچ مشکلی پیش بیاد.

مجازی سازی برای کارهایی مثل تست نرم افزار و شبیه سازی سیستم ها خیلی مفیده.

امیدوارم این توضیحات یه جور دیگه بهت فهمونده باشه که کش، خط کش، چند پردازشی، معماری سوپراسکالر، ریزپردازنده ها و مجازی سازی چی هستن و چطور به کامپیوترت سرعت میدن.