این بار می‌خواهیم یک کامپیوتر جدید ببندیم و در این راه با اولین مرحله یعنی آشنایی با CPU یاهمان پردازنده یا پردازنده‌ی اصلی، انواع آن و روش انتخاب یک مدل خوب در خدمت شما هستیم.

علاقه‌مندان به فناوری: اینتوتک به جهت حذف تبلیغات، نیازمند حمایت مالی خوانندگان است. وجه دلخواه خود را به شماره کارت زیر واریز نمایید.

6219-8610-2728-0188

با تشکر از حمایت‌های گرم شما

برای شروع بستن یک سیستم کامپیوتر، قبل از اینکه سراغ انتخاب مادربورد، پردازنده، رم و کارت گرافیک برویم و به SSDهای فوق سریع فکر کنیم، باید درک درستی از کارکرد تک‌تک قطعات داشته باشیم و بدانیم کدام قطعه در کدام نوع کاربرد، مهم‌تر است و باید روی آن بیشتر هزینه کرد.

به علاوه شناخت وظایف تک‌تک بخش‌های یک کامپیوتر به ما کمک می‌کند که در صورت بروز مشکل، زودتر علت را تشخیص دهیم و نسبت به رفع مشکل اقدام کنیم.

در این راستا اولین بخش مقاله در مورد پردازنده است. قلب سیستم که تقریباً بیشتر کارهای پردازشی که با یک کامپیوتر صورت می‌گیرد، در گرو عملکرد صحیح و پرسرعت پردازنده است.

پردازنده و تاریخچه‌ی کوتاهی از آن

پردازنده یا CPU مخفف Central Processing Unit و به معنی واحد پردازش مرکزی است. تمام دستورات ساده و پیچیده‌ای که به کامپیوتر داده می‌شود، از کلیک کردن و حرکت موس گرفته تا اجرای چند خط کد برای یافتن اعداد اول یا حل یک معادله‌ی دیفرانسیل پیچیده، به رشته‌ای از اعداد صفر و یک تبدیل می‌شود. دنیای دیجیتال دو حالت خاموش و روشن یا صفر و یک دارد و از این رو همه چیز به صورت باینری یا دودویی است. پردازنده اعمال پردازشی را با تغییر یا بررسی همین صفر و یک‌ها انجام می‌دهد.

ایده‌ی پردازنده شاید به اعصار قبل برگردد اما در سال 1978 بود که برای اولین بار یک چیپ 16 بیتی به صورت تجاری معرفی شد. اینتل 8086 اولین مایکروپراسزور یا ریزپردازنده‌ی تجاری بود. در ادامه IBM از تراشه‌ی 8088 اینتل برای ساخت اولین پی‌سی خود استفاده کرد. از آن پس اساس کار تمام پردازنده‌ها یکسان باقی مانده و دستوراتی که این روزها توسط پردازنده‌های پیشرفته اجرا می‌شوند را می‌توان روی 8086 اینتل هم اجرا کرد. البته اگر حجم دستور بیش از توان 8086 کوچک نباشد!

اولین پردازنده‌ی اینتل، 8086 تراشه‌ای 16 بیتی

اولین پردازنده‌ی اینتل، 8086 تراشه‌ای 16 بیتی

این روزها روی یک پردازنده‌ی معمولی هم چند صد میلیون و بلکه بیش از یک میلیارد تزانزیستور وجود دارد. قبلاً در دانش‌نامه در مورد لیتوگرافی و تراکم ترانزیستور مقالات جالبی نوشته‌ام. ترانزیستورها واحدهای بسیار ریزی هستند که سیگنال را تقویت می‌کنند یا مسیر آن را مشخص می‌نمایند و از طریق همین واحدهای میکروسکوپیک است که پردازنده به اجرای یک سیستم عامل پیچیده مثل ویندوز می‌پردازد. در هر ثانیه میلیون‌ها عمل مختلف در پردازنده صورت می‌گیرد.

در سال 1970 بود که یکی از پایه‌گذاران اینتل یعنی آقای گوردن ای مور یک قاعده‌ی جالب را در مورد تعداد ترانزیستورها و در واقع تراکم ترانزیستور بیان کرد:

با گذشت هر دو سال، تراکم ترانزیستورها دو برابر می‌شود. به عبارت دیگر تعداد ترانزیستورها در یک اینچ مربع، دو برابر می‌شود.

 اگر طبق قانون مور نتیجه‌گیری کنیم، هر دو سال قدرت پردازنده‌ها هم دو برابر می‌شود. بنابراین حالا که در سال 2014 هستیم و 44 سال گذشته، قدرت پردازنده‌ها 2 به توان 22 برابر شده است، چیزی در حدود 4 میلیون برابر!!

اینتل بعدها خانواده‌هایی مثل سلرون، پنتیوم و Core iها را معرفی کرد و نسل به نسل معماری داخلی تراشه‌ها را بهینه‌سازی کرد. ای‌ام‌دی هم به عنوان بزرگ‌ترین رقیب اینتل همین روند را دنبال کرده است.

پردازنده و اعداد روی کاغذ

در دنیای پی‌سی و لپ‌تاپ هم مثل دنیای گوشی و تبلت و اصولاً هر وسیله‌ی دیگری، بازار تبلیغات داغ است و در این بازار داغ از پدیده‌های عجیب و غریبی مثل تعداد هسته، سرعت کلاک، سرعت توربو بوست ، توان مصرفی، مقدار کش و خلاصه اعداد بی‌معنی زیادی صحبت می‌شود.

برای اینکه بفهمیم کدام پردازنده بهتر است و برای کاربرد ما تناسب بیشتری دارد، باید به چندین پارامتر بی‌معنی توجه کنیم و از مجموعه‌ی آنها به یک کمیت معنی‌دار برسیم.

سرعت کلاک

اولین پارامتر سرعت کلاک است که هر چه بیشتر باشد، بهتر است. سرعت بیشتر یعنی تعداد اعمال محاسباتی بیشتر. اما اشتباه نکنید! سرعت کلاک به تنهایی معنای خاصی ندارد. در واقع ممکن است یک تراشه در هر سیکل کلاک تعداد اعمال بیشتری را تکمیل کند و به اختصار IPC بالاتری داشته باشد. از طرفی ممکن است یک پردازنده با تعداد کمتری محاسبه و عمل پردازشی یک دستور را به سرانجام برساند.

می‌بینید که موضوع به سادگی مقایسه‌ی اعداد کاغذی نیست!

کش و معماری آن

دومین پارامتر مقدار و صد البته معماری کش است که قبلاً مقاله‌ی مفصلی در رابطه با آن در بخش دانش‌نامه منتشر کرده‌ام. کار کش به صورت خلاصه این است که داده‌ها و دستورات پردازشی را سریع‌تر در اختیار واحدهای پردازشی قرار می‌دهد و از این طریق سرعت کار را بسیار بالا می‌برد.

 سرعت کلاک بسیار بالا و کش پایین به عملکردی ضعیف می‌انجامد. کش بزرگ با معماری ابتدایی هم بی‌فایده‌ است.

معمولاً مدل‌های رده اول اینتل و ای‌ام‌دی کش بالاتری دارند و سرعت کلاک و تعداد هسته‌هایشان مشابه مدل‌های میان‌رده است. البته تفاوت‌های کوچک‌تری هم بین رده‌اول‌ها و میان‌رده‌ها وجود دارد.

پردازنده‌های چند هسته‌ای

سومین پارامتر تعداد هسته‌های پردازنده است. پردازنده‌های چندهسته‌ای مهم‌ترین رویداد دنیای پردازش در دهه‌ی اخیر هستند چرا که قدرت پردازشی پردازنده‌های تک‌هسته‌ای را چند برابر کرده‌اند. Dual Core و Quad Core یعنی دو و چهار هسته‌ای. در میان ای‌ام‌دی‌ها هم استفاده از واژه‌هایی مثل X2 و X4 مرسوم است. در مدل‌های جدیدتر اینتل و ای‌ام‌دی صرفاً با نگاه کردن به مدل نمی‌توان متوجه تعداد هسته‌ها شد و باید سراغ جدول مشخصات رفت ولیکن باز هم پسوندهایی مثل M و QM نشانگر دو یا چهار هسته‌ای بودن مدل‌های خاص هستند.

دقت کنید باز هم مثل سایر اعداد کاغذی باید دقت کرد که هسته‌ها یکسان نیستند. بزرگ و کوچک، سریع و کند و خلاصه انواع مختلف دارند.

 چند‌هسته‌ای بودن به شرطی خوب است که نرم‌‎افزارها از همه‌ی هسته‌ها استفاده کنند و یا چند نرم‎‌افزار هم‌زمان اجرا شود.

از طرفی ممکن است در برخی اپلیکیشن‌ها بتوان از تمام هسته‌ها استفاده کرد و در برخی دیگر فقط یکی از هسته‌ها استفاده شود. پردازشی مثل تبدیل ویدیو را به راحتی می‌توان به صورت موازی طراحی کرد اما اگر چند خط کد ساده برای یافتن اعداد اول بنویسیم، این عمل فقط به کمک یکی از چند هسته صورت می‌گیرد.

از این است که گاهی یک 300 دلاری سریع‌تر از یک 500 دلاری عمل می‌کند.

توربو بوست و توربو کور

توربو بوست در زمان لازم سرعت کلاک و توان مصرفی را بالا می‌برد و نه همیشه.

اینتل از توربو بوست و ای‌ام‌دی از Turbo Core برای اورکلاک کردن خودکار سرعت هسته‌ها استفاده می‌کند که قبلاً در مقاله‌ای به آن پرداختم. البته اثر توربو بوست در لپ‌تاپ‌ها که مسلماً به بهینه‌سازی بیشتر توان مصرفی و توان پردازشی نیاز دارند، زیاد است اما در تراشه‌های رده اول، توربو بوست فقط چند درصد بر کارایی کلی تراشه می‌افزاید.

 

هایپرتردینگ اینتل

هایپرتردینگ اینتل یکی از ویژگی‌های پردازنده‌های خاص رده اول و بیشتر در Core i7هاست که باعث می‌شود هسته‌های واقعی تراشه در کنار هسته‌های Logical یا به اصطلاح مجازی در سیستم عامل‌های پشتیبانی‌کننده ظاهر شود. این ظاهر شدن هم صرفاً صوری نیست بلکه سرعت پردازش با استفاده از هسته‌های منطقی بیشتر می‌شود.

خوشبختانه ویندوز تفاوت هسته‌ی واقعی و منطقی را تشخیص می‌دهد و در ابتدا بار پردازشی را به هسته‌های واقعی می‌سپارد و سپس سراغ مجازی‌ها می‌رود.

هایپرترد یعنی استفاده‌ی بهینه از منابع پردازشی.

اگر بخواهم خلاصه‌وار عملکرد Hyper-Threading را توضیح دهم، باید اینگونه گفت که مطابق با تصویر زیر وقتی هایپرتردینگ فعال می‌شود، هر هسته در آن واحد دو ترد پردازشی را اجرا می‌کند. نتیجه این است که منابع پردازشی یعنی Resource 1 تا 3 در تصویر اول که به صورت نیمه کامل استفاده شده‌اند (بلوک‌های آبی رنگ)، کامل‌تر استفاده می‌شوند و در نتیجه سرعت پردازشی بیشتر می‌شود.

هایپرترد از منابع پردازشی به شکل بهینه‌تری استفاده می‌کند

هایپرترد از منابع پردازشی به شکل بهینه‌تری استفاده می‌کند

به شخصه در نرم‌افزارهای مختلفی که بررسی کرده‌ام با افزایش 15 الی 50 درصدی روبرو شده‌ام. اپلیکیشنی مثل سون-زیپ که فایل‌ها را فشرده می‌کند، با اضافه شدن هسته‌های مجازی فقط 20 درصد سریع‌تر می‌شود.

توان مصرفی و قدرت پردازشی مدل‌های کم‌مصرف

توان مصرفی پردازنده‌های ویژه‌ی اولترابوک‌ها با توجه به اینکه باتری کوچک‌تری دارند، پایین‌تر است. اما ممکن است اسامی مشابه شما را به اشتباه بیاندازند. مثلاً Core i5-4200M یک تراشه‌ی موبایل و در واقع مخصوص لپ‌تاپ‌های معمولی است. Core i5-4200U که پسوند U دارد، مخصوص Ultra Book است و توان پردازشی کمتری دارد. به سرعت کلاک دو مدل مورد بحث توجه کنید:

تفاوت سرعت کلاک یک پردازنده‌ی مدل اولترابوکی و معمولی

تفاوت سرعت کلاک یک پردازنده‌ی مدل اولترابوکی و معمولی

روشن است که پسوند M به معنی تراشه‌ی قوی‌تر و پرمصرف است و پسوند U تراشه‌ای کم‌مصرف را مشخص می‌کند.

پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع در پردازنده‌های اینتل و APUهای ای‌ام‌دی

گرافیک مجتمع اینتل فقط کار را راه می‌اندازد و قوی نیست.

اینتل در تراشه‌های خود که همچنان گذشته به آنها CPU می‌گوید، معمولاً از بخشی به اسم پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع استفاده می‌کند. مدل‌های مختلف پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع اینتل مثل HD 2500 و HD 4000 در سری آیوی بریج و HD 4200، HD 4400 و HD 4600 در هسول و همچنین Iris و Iris Pro در تراشه‌های قدرتمند لپ‌تاپی، شما را از خرید یک کارت گرافیک مجزا بی‌نیاز می‌کنند. اما یادتان باشد که حتی آیریس پرو هم قدرت پردازشی کمتر از 1 ترافلاپس دارد حال آنکه کارت گرافیک‌های 1 میلیون تومانی انویدیا و ای‌ام‌دی قدرت پردازشی بالاتر از 2.5 ترافلاپس دارد.

تصویر زیر قدرت پردازنده‌های گرافیکی اینتل در گذر زمان را نشان می‌دهد. دقت کنید که نسل 4 و 3 همان هسول و آیوی بریج هستند.

قدرت HD Graphics های اینتل در گذر زمان.

قدرت HD Graphics های اینتل در گذر زمان.

ای‌ام‌دی نام پردازنده را برای CPUهایی مثل سری FX حفظ کرده و در کنار آن APUها را معرفی کرده که دارای پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع هستند. در حقیقت APU مخفف Accelerated Processing Unit است که یک واحد پردازشی شتاب‌یافته محسوب می‌شود. هم کار پردازنده‌ی اصلی را انجام می‌دهد و هم کار پردازنده‌ی گرافیکی مجزا را.

ای‌ام‌دی خود سازنده‌ی کارت گرافیک‌های رده اولی مثل R9 290X است و در حقیقت پس از خرید کمپانی ATI یک سازنده‌ی برتر کارت گرافیک شده است. طبیعی است که APUهای ای‌ام‌دی مثل خانواده‌ی کاوری که قبلاً به بررسی آن پرداختم، از نظر گرافیک بهتر از اینتل باشند و در عین حال از نظر قدرت پردازش پردازنده‌ی اصلی، در جایگاه پایین‌تری هستند.

یک APU هم دارای CPU است و هم دارای GPU

یک APU هم دارای CPU است و هم دارای GPU

استفاده‌ی هم‌زمان از پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع و کارت گرافیک

دقت کنید که می‌توان قدرت پردازشی APUهای ای‌ام‌دی را با برخی کارت گرافیک‌ها که توسط سازنده مشخص می‌شود، ترکیب کرد و به سرعت بالاتری رسید. در مورد اینتل هم می‌توان از تکنولوژی Lucid Virtu استفاده کرد اما نتیجه در آن حدی که در ابتدا تصور می‌کنید، خوب نیست. درست است که Lucid Virtu از سال 2010 در مراحل آلفا قرار گرفته و در حال حاضر دیگر آزمایشی نیست، اما در بیشتر مادربوردهای خوب، به صورت پیش‌فرض غیرفعال است!

اولین نسخه‌های تکنولوژی Lucid Virtu

اولین نسخه‌های تکنولوژی Lucid Virtu

مشکل بروز استاترینگ یا وقفه‌ی بیش از حد است که اجرای روان بازی‌ها و نرم‌افزارهای سنگین گرافیکی را با مشکل روبرو می‌کند. اگر دقت کرده باشید در بررسی کارت گرافیک‌ها همیشه از فاکتوری به اسم یکنواختی سرعت اجرا صحبت می‌کنم که اشاره‌ای به همین پدیده‌ی نامطلوب است. حتی تکنولوژی انحصاری انویدیا G-Sync هم به نوعی برای مقابله با وقفه معرفی شده است.

تکنولوژی Lucid Virtu قدرت پردازنده‌های گرافیکی را ترکیب می‌‎کند.

تکنولوژی Lucid Virtu قدرت پردازنده‌های گرافیکی را ترکیب می‌‎کند.

اینتل و AMD و کمپانی‌های کوچک دیگر

اینتل و AMD دو تولیدکننده‌ی اصلی پردازنده‌هایی با معماری مجموعه دستورات x86 هستند. کمپانی‌های بسیار کوچک‌تر مثل VIA هم چنین تراشه‌هایی تولید می‌کنند اما در برابر اینتل بزرگ و AMD حرفی برای گفتن ندارند.