مغز متفکر کامپیوتر چیه ؟ ( آشنایی با پردازنده های کامپیوتر )

پردازنده چیه ؟ چه کاربردی داره ؟

احتمالا شما هم با اصطلاح “مغز متفکر ” که به cpu کامپیوتر گفته می شود برخورد کرده اید. اما چرا به پردازنده مغز متفکر می گویند؟ چرا در هنگام خرید لپ تاپ یا کامپیوتر مهمترین آیتم پردازنده است ؟ کار cpu در کامپیوتر چیست ؟ انواع cpu ها چه تفاوتی با هم دارند ؟ شرکت های سازنده آن کدام هستند ؟ اصلا cpu به چه معناست ؟ اینها بخشی از سوالاتی هستند که در این مقاله می خواهیم به آنها پاسخ دهیم و به توضیح و بررسی مهمترین بخش یک کامپیوتر بپردازیم.

عبارتCPU مخفف Central Processing Unit (به معنی واحد پردازش مرکزی) است که در فارسی معمولا پردازنده نامیده می شود. پردازنده، یک مدار الکترونیکی است که دستورالعمل‌هایی را اجرا می‌کند که یک برنامه کامپیوتری را تشکیل می‌دهند. به این ترتیب پردازنده به نوعی مغز کامپیوتر محسوب می شود. در این مقاله پس از بررسی مشخصه های اصلی پردازنده های کامپیوتر به معرفی دو شرکت اصلی تولیدکننده پردازنده (AMD و Intel ) و محصولاتشان می پردازیم.

مشخصه ها و اصطلاحات رایج پردازنده

احتمالا اصطلاحاتی که برای پردازنده ها به کار برده می شود را شنیده اید. اصطلاحاتی مانند فرکانس, هسته، حافظه کش و… برای انتخاب پردازنده مناسب بهتر است که معنی هر کدام از این اصطلاحات را بدانیم.

فرکانس پردازنده

کلاک ریت یا سرعت ساعت یا همان فرکانس پردازنده، به تعداد سیکل های کاری اشاره دارد که پردازنده در هر ثانیه طی می کند. به عبارتی فرکانس معیاری است برای سنجش سرعت محاسبات هر پردازنده. واحد اصلی فرکانس هرتز (Hz) است که با توجه به سرعت پردازنده های امروزی، بیشتر از واحد بزرگتر گیگاهرتز استفاده می شود.

معماری اولیه پردازنده ها به صورتی بود که از تمام قدرت پردازنده به صورت مداوم استفاده می شد که این کار باعث استفاده بیشتر از برق می شد؛ اما در معماری جدید، فرکانس پردازنده ها در یک بازه کار می کند و بسته به نیاز نرم افزار ها این فرکانس تغییر می کند و به همین علت مصرف برق آن ها هم کمتر است.

هسته پردازنده

هسته مجموعه ای از ترانزیستور ها, مدار های منطقی و اجزای پردازنده است. وظیفه هر هسته پردازنده، پردازش یک یا دو رشته پردازش می باشد. به مسیری که داده برای پردازش در پردازنده طی می کند رشته می گویند.

معماری پردازنده

ترانزیستور ها مانند گذرگاه های الکترونیکی هستند که با روشن و خاموش شدن، محاسبات را انجام می دهند. هر چه ابعاد ترانزیستور های به کار رفته در پردازنده کوچک تر باشند، مصرف برق کاهش و سرعت پردازش افزایش پیدا می کند.

با پیشرفت تکنولوژی، معماری پردازنده ها نیز تغییر می کند و ترانزیستورهایی با ابعاد کوچکتر در پردازنده به کار می رود. به عنوان مثال در آخرین نسل از پردازنده های AMD از معماری پردازنده 7 نانومتری استفاده شده است در حالی که intel هنوز در پردازنده های پرفروش خود از معماری 10 نانومتری استفاده می کند.

حافظه کش

حافظه کش (Cache) یا حافظه نهان یا حافظه پنهان پردازنده به حافظه ای بسیار پرسرعت گفته می شود که جزئی از پردازنده است و پر سرعت تر و گران قیمت تر از حافظه رم می باشد. این حافظه با ذخیره کردن دستورالعمل هایی که در پردازنده زیاد استفاده می شود سرعت انجام محاسبات را افزایش می دهد. در پردازنده ها سه سطح حافظه کش وجود دارد.

حافظه کش سطح 1 یا L1 پر سرعت ترین و کم حجم ترین حافظه است و مخصوص هر هسته است. حافظه کش سطح 2 (L2) که مانند L1 مخصوص هر هسته می باشد، به نسبت L1 سرعت کمتر و حجم بیشتری دارد. آخرین سطح یعنی L3 در بین تمام هسته ها مشترک بوده و سرعت آن کم تر از دو سطح دیگر است و حافظه بیشتری دارد. معمولا وقتی در پردازنده حجم حافظه کش اعلام می شود، منظور حافظه کش سطح 3 است.

اورکلاک چیه ؟

اورکلاک به این معنی است که فرکانس پردازش بالاتر از حد معمول برود. برای انجام این کار هم مادربرد و هم پردازنده باید این قابلیت را داشته باشند و همینطور باید از یک خنک کننده قوی مثل کولر استفاده شود چون این کار باعث گرمای زیاد پردازنده می شود. اورکلاک کردن باعث می شود که عمر پردازنده کم شود. به همین علت این موضوع را توصیه نمی کنیم.

گرافیک یکپارچه پردازنده

گرافیک های یکپارچه به گرافیک هایی که داخل پردازنده هستند می گویند. معمولا پردازنده های لپ تاپ به دلیل این که نیاز بیشتری به صرفه جویی در مصرف برق دارند، حتی اگر چیپست گرافیک مجزا، داشته باشند این گرافیک را در پردازنده خود دارند. زمانی که سیستم در حال اجرای یک برنامه‌ی گرافیکی یا بازی نباشد برای کاهش مصرف برق از گرافیک یکپارچه استفاده می کند و به محض این که برنامه ی گرافیکی یا بازی اجرا شود، روی چیپست گرافیک شیفت می کند.

تولید کننده های پردازنده

شرکت اینتل (Intel) و شرکت ای ام دی (AMD) معروفترین شرکت های تولید کننده پردازنده کامپیوتر در جهان هستند؛ و بیشتر پردازنده های کامپیوتر که در جهان تولید می شوند محصول یکی از این دو شرکت می باشند. در ادامه هر یک از این دو شرکت را بررسی خواهیم کرد و درباره ویژگی های محصولاتشان به شکل مفصل صحبت می کنیم.

اینتل (Intel)

شرکت اینتل در سال 1968 توسط رابرت نویس و گوردون مور راه اندازی شد. در حال حاضر دفتر اصلی این شرکت در کالیفرنیا واقع است. شرکت اینتل هر ساله مدل های بسیار متنوعی از پردازنده ارائه می کند؛ پردازنده هایی از زیر برندهای مختلف (مثل Intel Celeron, Intel Pentium, Intel Core و …) که هر برند نیز شامل مدل های مختلفی ست که با نام های متفاوت عرضه می شوند. می توان گفت این شرکت تقریبا برای هر نوع کاربری, یک مدل پردازنده تولید کرده است. در ادامه ابتدا برندهای پردازنده اینتل را معرفی کرده، سپس نسل های پردازنده را بررسی می کنم و در نهایت به جزئیات نام گذاری مدل ها می پردازیم.

برندهای زیر مجموعه اینتل

برندهای زیر مجموعه اینتل به ترتیب توان پردازش Intel Atom, Intel Celeron,, Intel Pentium, Intel Core و Intel Xeon می باشند. برند اتم بسیار کم مصرف بوده اما توانایی بالایی ندارد و به همین دلیل بسیار کم کاربرد است. در مقابل برند Core (شامل Core i3, Core i5 و …) معروفترین و کاربردی ترین برند اینتل محسوب می شود. برند Xeon پردازنده های بسیار قدرتمندی ارائه می دهد که در سرور ها و … استفاده می شود.

Celeron

برند Celeron از ارزان قیمت ترین برندهای اینتل محسوب می شود. این سری پردازنده ها معمولا تنها توان پردازش یک رشته را دارند. در نام گذاری های این سری هر چه عدد مدل، بزرگتر باشد، آن پردازنده قابلیت های بیشتری دارد.

مهمترین تفاوت میان Pentium و Celeron این است که معمولا پردازنده های Celeron از حافظه کش کمتری برخوردارند. علاوه بر این بیشتر پردازنده های Celeron دو هسته ای هستند (به جز برخی مدل های جدید) در حالی که پردازنده های Pentium چهار هسته ای می باشند.

Pentium

برند پنتیوم از برند سلرون قدرتمندتر است اما همچنان از برندهای نسبتا کم قدرت محسوب می شود. پردازنده های پنتیوم شامل دو سری مختلف گلد و سیلور می شوند. سری سیلور صرفا با سوکت BGA ارائه می شود. سوکت BGA به این معناست که پردازنده مستقیم به مادربرد لحیم می شود و به همین علت بیشتر در لپ تاپ به کار می رود. در واقع سری سیلور با پک مخصوص در فروشگاه ها فروخته نمی شود.

می توان گفت مصرف برق در سری سیلور به نسبت سری گلد کمی پایین تر است. سری گلد علاوه بر سوکت BGA با سوکت معمولی نیز ارائه می شود. آن دسته از مدل های سری پنتیوم که در ابتدای نام مدل آن ها حرف وجود دارد، جزء سری سیلور و سایر مدل ها از سری گلد به حساب می آیند. ضمنا در سری پنتیوم نیز همانند سری سلرون، هر چه عددی که در نام مدل پردازنده وجود دارد بزرگتر باشد ویژگیهای پردازنده بالاتر است.

Intel Core

برند Intel Core معروفترین برند زیر مجموعه اینتل است احتمالا نام های Core i3, Core i5, Core i7,Core i9 را شنیده اید. این نام ها، نام سری های مختلف برند Intel Core هستند و همانطور که مشخص است اعداد بزرگتر نشان دهنده توان پردازش بیشتر است.

Core i3 برای کارهای روزمره و سبک کاربرد دارد، سری i5 تا حدی حرفه ای تر است و برای استفاده هایی مانند کار با فتوشاپ یا اجرای بازی های نرمال مناسب است. سری i7 قوی تر و حرفه ای تر از i5 است و برای بازی ها یا نرم افزار های سنگین عملکرد بهتری دارد. سری i9 قدرتمند ترین و گران ترین سری در مجموعه Core است و بسیار کمتر از سایر سری ها استفاده می شود.

در نام پردازنده های Intel Core، عدد بعد از سری پردازنده, نسل آن پردازنده را نشان می دهد. 3 عدد بعدی ( یا در بعضی مدل های جدید دو عدد بعدی) هر چه بزرگ تر باشد قابلیت های پردازنده بیشتر است.

نسل پردازنده

شرکت اینتل از سال 2008 تا به امروز 12 نسل از پردازنده های خود را ارائه کرده است (تقریبا هر سال یک نسل). در مقایسه بین دو پردازنده مختلف اولین نکته نسل پردازنده است. به عنوان مثال پردازنده Core i5 نسل 10 از Core i3 نسل 10 قوی تر است اما ممکن است از Core i3 نسل 11 ضعیف تر باشد. در ادامه به معرفی نسل های مختلف پردازنده های اینتل می پردازیم.

نام	سال	معماری	پیشرفت	توضیحات
نسل اول Nehalem	2008	45 نانومتری	جانشین پردازنده های Core	حافظه کش 4 تا 12 مگابایتی پشتیبانی از رم DDR3
نسل دوم Sandy Bridge	2011	32 نانومتری	11.3 درصد بهبود نسبت به نسل اول	حافظه کش 10 تا 15 مگابایتی
نسل سوم Ivy Bridge	2012	22 نانومتری	25تا 68 درصد بهبود عملکرد	50 درصد کاهش مصرف انرژی
نسل چهارم Haswell	2013	22 نانومتری	3 تا 7 درصد بهبود عملکرد	پشتیبانی از DDR4 در برخی مدل ها
نسل پنجم Broadwell	2015	14 نانومتری	5 تا 10 درصد بهبود عملکرد	کاهش مصرف انرژی
نسل ششم Skylake	2015	14 نانومتری	10 تا 20 درصد بهبود عملکرد
نسل هفتم Kaby Lake	2016	14 نانومتری	19 درصد بهبود عملکرد	اولین نسلی که با درایور رسمی, سیستم عامل های قبل از ویندوز 10 را پشتیبانی نمی کند.
نسل هشتم Kaby Lake R	2017	14 نانومتری	تا 40 درصد بهبود عملکرد	فقط از رم های DDR4 پشتیبانی می کند
نسل نهم Coffee Lake	2017	14 نانومتری	شکستن سقف 4 هسته و معرفی مدل های 8 هسته ای	معرفی پردازنده های سری i9
نسل دهم Comet Lake / Ice Lake	2018	14 و 10 نانومتری	18 درصد بهبود عملکرد پشتیبانی از LPDDR4، Wifi-6 و Thunderbolt 3	این نسل در دو سری متفاوت Comet Lake (14نانومتری) و Ice Lake (10 نانومتری) عرضه شد.
نسل یازدهم Tiger Lake	2020	10 نانومتری	پشتیبانی از صفحه نمایش 8K, Thunderbolt 4 / USB4 و Wifi 6E
نسل دوازدهم Alder Lake	2021	10 نانومتری	12 تا 17 درصد عملکرد بهتر نسبت به نسل قبل

راهنمای حروف بعد از نام پردازنده

در نام پردازنده های اینتل حروفی استفاده شده که هر کدام نشان دهنده یک ویژگی مشخص است. در ادامه معنای بعضی از حروف رایج این مجموعه را توضیح می دهیم.

E: این حرف که معمولا اول مدل نوشته می شود (مثل Intel® Xeon® E-2378) برای پردازنده های مخصوص سرور استفاده می شود. چنین پردازنده هایی معمولا برای پردازش های سنگین استفاده می شوند و مصرف برق نسبتا زیادی دارند. سوکت این نوع پردازنده کاملا با پردازنده های دسکتاپ متفاوت است.

F: این حرف برای پردازنده هایی به کار می رود که نیاز به گرافیک مجزا دارند (مثل Intel Core i3 7100F). چنین پردازنده هایی معمولا برای سیستم های دسکتاپ استفاده می شوند.

G: استفاده از حرفی G در نام پردازنده (مانند Intel Core i5 8305G) به این معناست که پردازنده یک چیپست گرافیکی درون خود دارد. این چیپست در واقع یک گرافیک یکپارچه نبوده و حافظه گرافیکی خود را در اختیار پردازنده قرار نمی دهد.

G1, G4, G7: این حرف که فقط برای پردازنده های نسل 10 به بعد استفاده می شود و همواره با یک عدد همراه است، نشان می دهد که پردازنده دارای یک گرافیک یکپارچه (Integrated Graphics) با تکنولوژی جدید است. مثلا Intel Core i5 1140G7 یک پردازنده نسل یازده با گرافیک یکپارچه است.

H: حرف H که مخفف High performance (عملکرد بالا) است در پردازنده های قدرتمندی استفاده می شود که فقط برای لپ تاپ عرضه می شوند (مثل Intel Core i5 11260H).

HK: پردازنده های این سری (مانند Intel® Core™ i7-7820HK) مشابه پردازنده های سری H هستند، با این تفاوت که آنلاک شده‌اند و می توان آن ها را اورکلاک کرد.

HQ: پردازنده های این سری نیز مشابه پردازنده های سری H هستند. حرف Q در اینجا مخفف Quad Core و به این معناست که پردازنده دارای 4 هسته است (مانند Intel® Core™ i7-7820HQ)

K: حرف K در نام پردازنده به این معناست که پردازنده قابلیت اورکلاک شدن دارد (مثل Intel® Core™ i7-11700K )

U: حرف U در نام پردازنده هایی به کار می رود که مصرف برق کمتری دارند (مانند Intel® Core™ i7-10510U ). بیشتر پردازنده های لپ تاپ موجود در بازار، از این نوع هستند.

Y: حرف Y برای پردازنده های بسیار کم مصرف استفاده می شود (کم مصرف تر از سری U). این پردازنده ها به دلیل مصرف انرژی کمتر گرمای کمتری هم تولید می کند و به همین علت نیاز به سیستم خنک کننده قوی ندارند (مانند Intel® Core™ Core i5-7Y54 ).

X یا XE: این حروف برای قوی ترین و گران ترین پردازنده های Intel به کار می روند ( مانند Intel® Core™ i9-10900X). این پردازنده ها آنلاک بوده و معمولا برای چندین پروژه سنگین در کنار هم یا اجرای بازی با بهترین کیفیت ممکن و استریم کردن همزمان آن استفاده می شوند.

ای ام دی (AMD)

شرکت AMD که کار خود را با ساخت چیپست برای اینتل شروع کرد؛ در حال حاضر یکی از بزرگترین سازندگان پردازنده در دنیاست. زمانی که AMD پردازنده های Ryzen خود را روانه بازار کرد، به تهدید جدی برای جایگاه دست نیافتنی اینتل تبدیل شد.

AMD در آخرین نسل از پردازنده های خود از معماری 7 نانومتری استفاده می کند که در این زمینه از اینتل با پردازنده های 10 نانومتری پیشی گرفته است. به همین خاطر پردازنده های AMD نسبت به هم رده های خود در اینتل با قیمت یکسان عملکرد بهتری دارند. در مقام مقایسه می توان گفت پردازنده های intel در بازی ها عملکرد بهتری نسبت به پردازنده های AMD دارند و عملکرد پردازنده های AMD در فعالیت های رندرینگ بهتر است.

پردازنده های سری Ryzen از سال 2017 وارد بازار شدند. AMD در این سری بر روی کاهش ابعاد معماری تمرکز کرد؛ و در نتیجه از معماری 14 نانومتر در نسل اول، به معماری 7 نانومتری در نسل 5 (آخرین نسل عرضه شده در زمان نوشتن این مقاله – انتهای 2021) رسیده است.

نام گذاری مدل های AMD

پردازنده های رایزن نیز مانند پردازنده های Intel Core در هر نسل با چند سری مختلف ارائه می شوند. سری Ryzen 3 اقتصادی ترین سری این مجموعه، سری های Ryzen 5 و Ryzen 7 سری های نیمه حرفه ای و حرفه ای این مجموعه و سری Ryzen 9 حرفه ای ترین و گران قیمت ترین سری این مجموعه هستند.

عدد های استفاده شده در نام مدل پردازنده های AMD نیز مانند Intel معنی دارند. عدد اول نسل پردازنده را نشان می دهد و هر چه عدد بعدی در مدل بزرگتر باشد، پردازنده قابلیت های بیشتری دارد. در نام مدل پردازنده ها علاوه بر اعداد، از حروف نیز استفاده می شود . معنای بعضی از این حروف را در ادامه توضیح می دهیم.

G: برای پردازنده های دارای گرافیک یکپارچه مخصوص استفاده می شود.

GE: این حرف نشان می دهد پردازنده کم مصرف و دارای گرافیک یکپارچه مخصوص است.

X: حرف X برای پردازنده هایی استفاده می شود مخصوص دسکتاپ بوده فرکانس پایه ی بالا (و در نتیجه قدرت زیادی) دارند.

XT: پردازنده هایی که از این حروف در نامشان استفاده شده نیز ویژه ی دسکتاپ بوده و نسبت به سری X عملکرد بهتری دارند.

S: حرف S در پردازنده های کم مصرف، مخصوص دسکتاپ و دارای گرافیک یکپارچه استفاده می شود.

H: این حرف در نام پردازنده های قدرتمند, مخصوص لپ تاپ و دارای گرافیک یکپارچه به کار می رود.

HS: مدل های دارای HS مانند مدل های دارای H هستند با این تفاوت که توان مصرفی کمتری دارند.

U: این حرف در نام پردازنده های مخصوص لپ تاپ با فرکانس پایه ای کم و توان مصرفی کم استفاده می شود.

نکته پایانی

نکته پایانی: همان طور که در مقاله راهنمای کلی خرید لپ تاپ اشاره شده است؛ در صورتی که نیاز به مقایسه‌ی دو مدل متفاوت پردازنده داشته باشید، می توانید پردازنده های دلخواه خود را به کمک سایت UserBenchmark مقایسه کنید. این سایت امکان بررسی دقیق مشخصات و مقایسه عملکرد انواع قطعات (پردازنده، حافظه، گرافیک و …) را به کاربر می دهد.

نویسنده :

حامد صفری

حامد از بچگی عاشق مهندسی کامپیوتر بود. اما برخلاف خیلیا که فقط از طریق دانشگاه به این شغل می رسند،در کنار تحصیل از نوجوونی رفت تو بازار کامپیوتر، کار هم کرد تا بتونه خانواده علم و تجربه رو با هم پیوند بده. عاشق برند شیائومیه ، از آیفون هم دل خوشی نداره.عشق دومش هم گیمه و براش هم فرقی نداره چه پلتفرمی باشه ولی ترجیحش ایکس باکس 😊