فراخوانی ...
CPU نسخه چاپی RSS
  • سه‌شنبه 28 شهریور 1391 ساعت 10:56

    امروزه کامپیوترها از لوازم لاینفک زندگی بشر شده‌اند و گستره استفاده از آنها بسیار وسیع است. از پیچیده‌ترین محاسبات علمی و آماری که توسط ابرکامپیوترها انجام می‌گیرد گرفته تا دیدن یک فیلم و شنیدن یک موسیقی در PCها. اما آنچه زمینه‌ی اجرای این طیف گسترده‌ی امور را فراهم می‌کند همان مغز متفکر کامپیوتر یا پردازنده‌ی آن است. پردازنده‌هایی که امروزه تحت عنوان CPU (یا Central Processing Unit) شناخته می‌شوند و در واقع مدارات مجتمع ترانزیستوری هستند که منجر به تولد نسل سوم کامپیوترها شدند. در این مقاله می‌خواهیم به مشخصات و اصطلاحاتی درباره ی CPU بپردازیم که بعضاً در هنگام خرید نیز به آنها برخورد می کنیم.
    Cache: یکی از مشخصات اصلی CPU، میزان حافظه‌ی cache آن می‌باشد Cache حافظه کوچکی است که در داخل CPU یا در نزدیکی آن قرار داده شده و بسیار سریعتر از حافظه ی اصلی می‌باشد. بیشتر CPUها از دهه‌ی 1980 تاکنون از یک یا چند حافظه‌ی کش در ساختار خود بهره برده‌اند. امروزه پردازنده‌های مدرن ممکن است بیشتر از دو جین(!) حافظه‌ی کش داشته باشند که هر کدام در قسمتی خاص از CPU مسوول بخشی از برنامه‌های اجرایی خواهند بود. به طور کلی در اصطلاح علوم کامپیوتر، cache به مجموعه‌ای از داده‌ها گفته می‌شود که از روی داده‌های اصلی تکثیر و هر جایی که نیاز به بالا بردن سرعت و کاهش زمان دسترسی به اطلاعات باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر cache یک فضای ذخیره‌سازی موقتی است تا داده‌هایی که مکرراً توسط سیستم استفاده می‌شوند برای دسترسی سریعتر در آنجا ذخیره گردند و در هنگام نیاز سیستم به آنها دیگر نیازی به بازواکشی یا بازپردازش اطلاعات نباشد. داده‌های ذخیره شده در cache دارای تگ‌هایی هستند که بیانگر شناسه‌ی آنها در حافظه‌ی اصلی می‌باشد و CPU هنگام نیاز به داده‌ای خاص ابتدا آن را در cache جستجو می‌کند و چنانچه داده‌ی مورد نظر را یافت (cache hit) از آن استفاده می‌کند. در غیر اینصورت (cache miss) به حافظه ی اصلی رجوع کرده، کپی داده‌ای را که از حافظه‌ی اصلی واکشی می‌کند را در cache برای استفاده‌های بعدی قرار می‌دهد. در واقع پس از cache miss معمولاً CPU تلاش می‌کند تا داده‌های موجود در حافظه‌ی کش را طبق الگوریتمهایی (مانند LRU یا Least Recently Used) کنار گذاشته تا جا برای داده‌های جدید باز شود.به نرخ رجوع‌های به cache که داده‌ی مورد نظر یافت می‌شود، hit ratio یا hit rate می‌گویند که هر چه حافظه cache بیشتر باشد و مهمتر از آن الگوریتم مورد استفاده CPU بهتر باشد این نرخ افزایش می‌باشد. البته لازم به ذکر است که یک CPU با cache بهتر لزوماً کارایی بهتری را نخواهد داشت و برای cache نیز مانند بسیاری از پارامترهای یک کامپیوتر، مقدار بهینه‌ای وجود دارد. ساده‌ترین مشکلی که برای یک CPU با کش بیش از حد بالا پیش می‌آید این است که در هر cache miss باید اطلاعات زیادی را از RAM به cache منتقل کند و علاوه بر این مشکل آدرس‌دهی و مدیریت داده‌های cache نیز وجود دارد. Multi-core: امروزه برای بالا بردن قابلیت پردازنده‌ها از تکنیک‌های مختلفی استفاده می‌شود. از آن جمله این تکنیک‌ها طراحی پردازنده‌های چندهسته‌ای یا multi-core است که با توجه به قابلیت‌هایشان امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. یک ریزپردازنده‌ی چندهسته‌ای در واقع ترکیبی از 2 یا چندهسته (معمولا CPU) مستقل می‌باشند که در داخل یک بسته (die) قرار می‌گیرند. مثلاً یک پردازنده‌ی dual-core پردازنده‌ای شامل 2 هسته و quad-core پردازنده‌ای شامل 4 هسته است. در پردازنده‌های چندهسته‌ای، هسته‌ها ممکن است از یک cache یکپارچه بصورت اشتراکی استفاده کنند و یا ممکن است هر کدام یک cache جدا و مستقل داشته باشند. هر هسته مستقلاً رویکردهای بهینه‌سازی مانند عملیات موازی سازی،superscalar execution ، pipelining و multi-threading را اعمال می‌کند. با این حساب مثلاً یک سیستم با n هسته وقتی کارآمد خواهد بود که تعداد n را در حالت اجرا (running) داشته باشد. بهره‌ی عملکرد پردازنده‌های چندهسته‌ای در مقایسه با پردازنده‌های تک‌هسته‌ای به نوع مسایل حل شده توسط آنها و الگوریتمهای مورد استفاده و نحوه‌ی پیاده‌سازی نرم‌افزارهای مربوطه می‌باشد و طبیعتاً هر چه توان بهره‌مندی از موازی سازی عملکرد هسته‌ها بیشتر باشد، نتیجه بهتر خواهد بود. یک سیستم با پردازنده چند هسته‌ای مزایای متعددی نسبت به یک سیستم چندپردازنده‌ای دارد. قرار داشتن چندین هسته (CPU) در داخل یک بسته (die) می‌تواند باعث شود که سیستم مدیریت وابستگی کش (cache coherency) در مقایسه با وقتی که سیگنالها باید به خارج از CPU بروند در نرخ کلاک بالاتری عمل کند. همچنین در پردازنده‌های چند هسته‌ای سیگنالها برای جابجایی بین CPUها فاصله‌ی کمتری را طی خواهند کردند که این خود به معنای بالا رفتن میزان داده‌های قابل پردازش در واحد زمان و نیز کاهش خطاهای خط عبور سیگنال است. به عبارتی از بهترین مزایای پردازنده‌های چند هسته‌ای کاهش زمان پاسخ است. از طرفی با قرار گرفتن چندین هسته در داخل یک بسته، از لحاظ سخت‌افزاری نیاز به سطح کمتری از برد مدارهای چاپی (PCB) در مقایسه با سیستم‌های چندتراشه‌ای، هست. همچنین یک پردازنده‌ی 2 هسته‌ای در مقایسه با 2 پردازنده‌ی تک‌هسته‌ای توان بسیار کمتری مصرف می‌کند. علاوه بر اینها، هسته‌ها می‌توانند برخی از بخش‌های مداری را به صورت اشتراکی استفاده کنند، مانند cacheها و نیز واسط FSB که همه اینها موجب کاهش شدید قیمت تمام شده سیستم می‌شود. در عین حال با وجود اینکه پردازنده‌های چندهسته‌ای قابلیت افزایش عملکرد برنامه‌ها و کاربردها را دارا می‌باشند، اما این امر منوط به استفاده از عملکرد چند نخی (multi-threading) در برنامه‌هاست که البته با گذشت زمان برنامه‌ها و سیستم‌ها از این لحاظ در حال پیشرفت می‌باشند. برای مثال شرکت Valve اولین پیشگام این امر است که رسماً اعلام نموده که در نسخه‌های بعدی بازی Half-Life از این امکانات تکنیک‌ها استفاده خواهد کرد. از طرفی با توجه به اینکه در پردازنده‌های چند‌هسته‌ای اجتماع مدارات پردازنده افزایش یافته است، مدیریت گرمایی سیستم مشکلتر شده است و بدین ترتیب از لحاظ معماری نیز به طبع دارای طراحی سخت‌تری می‌باشند. Front Side Bus: از دیگر پارامترهای CPU، FSB یا Front Side Bus است. در واقع FSB در کامپیوترهای شخصی به گذرگاهی گفته می‌شود که داده‌ها را بین CPU و واحد کنترل‌کننده حافظه (که به آن Northbridge یا MCH یا IMC گفته می‌شود) جابجا می‌کند. بسته به پردازنده مورد استفاده ممکن است کامپیوتر BSB (یا Back Side Bus) نیز داشته باشد که CPU را به cache متصل کرده و بسیار سریعتر از FSB است. از لحاظ تئوری حداکثر بازده یا به اصطلاح پهنای باند FSB نتیجه حاصلضرب 3 پارامتر «پهنای مسیر داده» ، «فرکانس کلاک FSB» و «تعداد داده‌هایی که در هر سیکل ساعت انتقال می‌یابند» است. مثلاً یک FSB 32 بیتی (4 بایتی) که در فرکانس 100 مگاهرتز کار می‌کند و در هر سیکل ساعت 4 انتقال داده انجام می‌دهد دارای پهنای باند 4*4*100=1600MB/s می‌باشد. البته امروزه FSB بیشتر بر اساس تعداد انتقال در واحد زمان (MT/s یا MegaTransfer/second) بیان می‌شود. با توجه به مزایای ذکر شده برای پردازنده‌های چندهسته‌ای، در سالهای اخیر شرکت‌های بزرگ سازنده‌ی پردازنده به ساخت این پردازنده‌ها روی آورده و مدلهای مختلفی از آن را ارائه کرده‌اند. از نمونه‌های این پردازنده‌ها، پردازنده‌ی Intel Core 2 Due از سری پردازنده‌های اینتل با برند تجاری Core 2 بود. اینتل پردازنده‌های 64 بیتی با برند Core 2 را بعد از شرکت AMD و در 27 جولای 2007 ارائه کرد که شامل نمونه هایی چون solo (single-core)، due(dual-core)، quad(quad-core) و extreme(due or quad-core) بود. در مورد پردازنده‌های Core 2 Due و Dual Core اشتباه رایجی وجود دارد و افراد از تفاوت بین این دو خانواده اطلاع ندارند. سیستم‌هایی که با این دو CPU در بازار عرضه می‌شود هم در ظاهر تفاوت مختصری با هم دارند اما در قیمت تفاوت آنها چشمگیر می‌شود. علت چیست؟ یکی از پردازنده‌هایی که شرکت اینتل ارائه کرد پردازنده‌ی Intel Pentium D بود شامل دو هسته (CPU) جدا از هم بود که در کنار هم در داخل یک بسته (package) قرار داشتند و از مشکلات اساسی آن توان مصرفی بالای آن بود. پس از آن اینتل پردازنده‌ی Intel Dual Core را ارائه کرد که در واقع اولین پردازنده‌ی دو هسته‌ای (dual-core) اینتل بود و شامل دو هسته در داخل یک بسته (die) بود و مشکل توان مصرفی بالای Pentium D را بدون کاهش بازده‌ی عملکرد حل کرد. پردازنده‌ی Intel Core 2 Due نسل بعدی پردازنده‌های چند هسته‌ای اینتل بود که با معماری جدیدی توسعه داده شد و میزان توان مصرفی آن باز هم بهبود پیدا کرد.



    مقاله| اجتماعی
    نام منبع: مجله علمی و دانشجویی فرامتن
    شماره مطلب: 452
    دفعات دیده شده: 2613 | آخرین مشاهده: 22 ساعت پیش
مرتبط
  • Crack این یکى را پیدا نکردم!!!


    در جای جای این نوشتار به دفعات از کتاب «مقدمه ای بر نرم افزار های آزاد/متن باز» تألیف دکتر محمد خوانساری و دکتر حمیدرضا ربیعی استفاده شده است. کِرَک این یکی را پیدا نکردم!!! بررسی ضرورت رویکرد به نرم افزار های آزاد/ متن باز در کشور بیشتر ما با نرم‌افزارهای آزاد/متن‌باز1 …
    مقاله | اجتماعی | سه‌شنبه 28 شهریور 1391
  • الگوریتم هاى رمزنگارى


    معرفی و اصطلاحات رمزنگاری علم کدها و رمزهاست. یک هنر قدیمی است و برای قرنها به منظور محافظت از پیغامهایی که بین فرماندهان، جاسوسان،‌ عشاق و دیگران ردوبدل می‌شده استفاده شده است، تا پیغامهای آنها محرمانه بماند. هنگامی که با امنیت اطلاعات سروکار داریم، نیاز به اثبات هویت …
    مقاله | اجتماعی | سه‌شنبه 28 شهریور 1391
  • معرفی رشته مهندسی نفت


    حیات در کره زمین که مدام در جنب و جوش و حرکت است، بیشترین انرژی جنبشی، گرمایی و شیمیایی خود را از نفت می گیرد. در واقع به یاری این ماده حیاتی است که کوچکترین موتور ماشین تا غول آساترین ناوگان های سنگین به حرکت در می آید و هزاران نوع تولیدات و مصنوعات صنایع سنگین و جدید پتروشیمی، …
    صفحات داخلی | اجتماعی | چهارشنبه 30 مرداد 1392
  • معرفی رشته مهندسی عمران دانشکده صنعت آب و برق (شهید عباسپور)


    دیباچه:آب، راز ماندگاری جهان و از عناصر اصلی بقا و دوام زندگی در کره زمین است.در عصر حاضر، این ماده حیاتی در مصارف کشاورزی، خانگی و صنعتی نقش اساسی دارد و کمبود آن، مشکلاتی را در اکثر کشورها، بویژه کشورهای خشک و نیمه خشک به وجود آورده است.گفته می شود که در سال های آینده، جهان با …
    صفحات داخلی | اجتماعی | چهارشنبه 30 مرداد 1392
  • در سراسر کشور؛ واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی در مقطع کارشناسی و کاردانی بدون کنکور دانشجو می پذیرند

    در سراسر کشور؛
 واحدهای دانشگاه آزاد اسلامی در مقطع کارشناسی و کاردانی بدون کنکور دانشجو می پذیرند
    دانشگاه آزاد اسلامی در واحدهای سراسر کشور در رشته های مختلف مقاطع کارشناسی پیوسته و ناپیوسته و کاردانی پیوسته و ناپیوسته، بدون کنکور دانشجو می پذیرد.
    خبر | اجتماعی | دوشنبه 28 مرداد 1392