افزایش سرعت با CPU

پردازنده مانند قلب رایانه است و از طریق كابلهای موجود با واحدهای دیگر مرتبط می شوند. اولین نوع ریزپردازنده كه بر روی كامپیوتر خانگی نصب شد 8080 بود. پردازنده ها هر روزه جدیدتر می شوند اما باید به این نكته نیز دقت داشت كه با سریعتر شدن آن ها گران تر هم می شوند.

CPU مخفف Central Processing Unit به معنای واحد پردازش مرکزی می‌باشد و به اختصار به آن پردازنده اصلی و یا پردازنده هم می‌گویند. كارآیی رایانه ها بوسیله پردازنده آن مشخص می شود. به این معنی كه پردازنده تنها كیفیت را نشان می دهد نه كارآیی كل رایانه.

مهمترین تولید كنندگان CPU عبارتند از AMD و Intel. AMD پردازنده های خود را به گونه ای ساخته است كه اجرای عملیات در 9 مرحله انجام می شود در حالی که Intel فقط 6 عمل را می تواند انجام دهد.

پردازنده ها بر روی مادربرد قرار می گیرند به همین علت می بایست هماهنگی بین این دو برقرار باشد چرا كه در صورتی عدم وجود این هماهنگی سرعت رایانه شما به صورت چشمگیری پایین می آید.

از جمله وظایف پردازنده ها می توان به موارد زیر شاره كرد:

*دریافت داده ها از دستگاه های ورودی

*انجام عملیات و محاسبات و كنترل و نظارت بر آن ها

*ارسال نتایج عملیات با دستگاه های خروجی

CPU نیز مانند تمامی ابزارهای دیگر برای خود مراحل كاری خاصی را دنبال می كند تا بتواند كار خود را به درستی انجام دهد.

*زمانی كه شما بر روی یک برنامه كلیك می کنید و می خواهید آن را اجرا كنید، CPU اقدام به كار می كند و برنامه مورد نظر را از هارد و در بعضی مواقع از RAM فراخوانی شده و به CPU فرستاده می شود. هر برنامه هنگام اجرا میلیونها دستور برای CPU حاضر می کند که هر یک در آدرسی ذخیره شده‌اند CPU واحدی به نام program counter یا شمارنده‌ برنامه دارد که وضعیت پردازنده را در اجرای دستورات نرم‌افزار پیگیری می کند.

* وقتی که CPU اطلاعات را دریافت می کند، شروع به انجام كار می كند. در CPU قسمتی به نام كامپایلر وجود دارد چرا كه برنامه ها علاوه بر این كه به زبان های مختلف نوشته شده اند می بایست قبل از اجرا شدن رمزگشایی شوند این كار به کمک کامپایلر انجام می‌گیرد و در نهایت كار، کدهایی به زبان اسمبلی ظاهر می شود. به عبارتی كد اسمبلی زبان ماشین است و پردازنده می تواند آن را بفهمد. سپس یک اسمبل ‌کننده وارد عمل می شود و زبان اسمبلی را به کدهای باینری تبدیل می کند چرا كه پردازنده قادر به استفاده از کدهای باینری است.

*پردازنده با توجه به اینکه چه دستوری دریافت کرده است یا محاسبات ریاضی را با استفاده از واحد محاسبه و منطق خود (ALU) انجام می دهد یا این كه داده را از مکانی به مکان دیگر در حافظه منتقل می كند و در نهایت این كه با توجه به تصمیماتی كه خود پردازنده گرفته است به آدرس های مختلف مراجعه می كند. زمانی كه كار پردازنده تمام می شود می بایست یك خروجی را كه مورد نظر است را انتخاب كند به عنوان مثال اگر خروجی نمایش یك عدد باشد خروجی مرتبط با آن را انتخاب می كند.

اما باید به این نكته توجه داشت كه با ارتقاء CPU نمی توان به تنهایی سرعت و کارآیی رایانه رو افزایش داد و برای بالا بردن سرعت رایانه در حد ماكزیمم خود باید مواردی مانند سرعت فراخوانی اطلاعات و یا سرعت رسیدن به اطلاعات از هارد و RAM و ... را نیز زیاد كرد.

برخی از عوامل تاثیرگذار وجود دارد كه می توانند بر كارایی CPU  و افزایش آن تاثیر بگذارند.

* زمانی كه CPU كاری انجام داده و آن را پردازش می كند نیاز به یك زمان مشخص دارد و یا این كه زمانی طول می كشد تا كار مورد نظر را انجام دهد این زمان را در اصطلاح سرعت ساعت CPU یا سرعت كلاك می نامند. این سرعت معمولا به صورت مگاهرز یا گیگاهرتز بیان می شود. منظور از مگاهرتز و گیگاهرتز به ترتیب بدین معناست كه CPU می تواند 1 میلیون دستور را در ثانیه پردازش کند و گیگاهرتز یعنی CPU می تواند 1میلیارد دستور را در یک ثانیه پردازش کند. البته امروزه همهCPU ها براساس گیگاهرتز پردازش انجام می دهند.

*در قسمت بالا به این نكته اشاره داشتیم كه برای بالا بردن سرعت رایانه و اجرای كارها باید سرعت رسیدن به اطلاعات را نیز افزایش داد. این كار با یك مشكل مواجه است و آن فاصله زیاد سرعت عملکرد CPU نسبت به سرعت RAM  است به همین علت CPU مدت زمان زیادی را باید منتظر بماند تا اطلاعات از RAM به قسمت پردازش برود. برای کاهش این مدت انتظار و افزایش سرعت سیستم، حافظه ای به نام حافظه كش را درCPU تعبیه كرده اند. وظیفه حافظه کش ذخیره آخرین دستورات و فرمانهای کاربر در خودش است و از آنجایی که سرعت کش برابر با سرعت CPU است، اطلاعات سریعا به CPU می رسد و نیازی به فراخوانی دوباره اطلاعات از RAM نیست.  به همین علت با افزایش حافظه كش اطلاعات آماده بیشتری در كش قرار می گیرد و CPU می تواند سریعا به اطلاعات مورد نظر خودش دسترسی داشته باشد.

*اگر اطلاعات توسط CPU سریع تر پردازش شود موجب می شود تا چندین كار به صورت موازی و هم زمان انجام شود. به همین خاطر شرکت های سازنده ی CPU چند هسته را با هم در یك CPU قرار داده اند که می تواند باعث افزایش سرعت شود.

منابع:

sisoftware

Computational Efficiency for CPU" by David Kanter"

Sandy Bridge vs. Intel and AMD CPUs