از مهمتری اجزای کامپیوتر که مخفف کلمه Central Processing Unit میباشد پردازنده میباشد چون عمل پردازش اطلاعات را انجام میدهد . مرکزی هست چراکه بخش مرکزی سیستم را بر عهده دارد unit هست چون چیپستی مباشد که حاوی میلیون ها ترانزیستور است .
بدون CPU چیزی به نام PC نخواهیم داشت این قطعه نیز مانند دیگر قطعات کامپیوتری دارای پیشرفت چشمگیری شده است که روز به روز بر سرعت این پردازشگر ها اضافه میشود به طور معمول بر طبق قانونی که قانون مور نام دارد هر 18 ماه حداقل این پردازشگر ها سرعتشان افزایش پیدا میکند . تقریبا میتوان تاریخچه پردازنده مرکزی را از شرکت ها یی چون IBM مخصوصا شرکت Intel دانست . تقریبا میتوانید هشت یا هفت نسل برای پردازنده های مرکزی در نظر بگیریم .
CPU از سال 1971 تولید شد وقتی که یک شرکت کوچک به نام intel چندین ترانزیستور را به هم وصل کرد و ان را central processing unit نامید که این چیپ را با Intel 4004 قابل شناسایی هست . البته این محصول هشت سال قبل از تولید اولین PC ساخته شد . البته اینتل تنها تولید کننده این قطعه نیست اما خوب از نسل پنج به بعد شرکت های دیگری نیز به بازار امدند در زیر کمی در مورد ویژگیهای این نسل ها میگویم :
نسل اول : نام CPU بود 8088 یا 8086 در سال 1978 تا 1981 تعداد ترانزیستور 29000
نسل دوم : نام CPU هست 80286 سال تولید 1984 تعداد ترانزیستور 134000
نسل سوم : نام CPU هست 80386DX و 80386SX سال تولید 1987 تا 1988 تعداد ترانزیستور 275000
نسل چهارم : نام CPU هست 80486DX , 80486SX , 80486DX2 , 80486DX4 سال تولید بین 1990 –1992 بوده است تعداد ترانزیستور این پردازشگر ها 1200000 میباشد
نسل پنجم : در این نسل Pentium در سال 1993-1995 دارای 3100000 ترانزیستور . و همچنین Cyrix 6X86 در سال 1996 و همچنین AMD K5 در همان سال 1996 تولید شدند . IDT WinChip C6 در سال 1997 با 3500000 ترانزیستور تولید شد .
پیشرفته نسل پنجم : Pentium MMX سال 1997 با 4500000 ترانزیستور . IBM/Cyrix 6x86MX سال 1997 دارای 6000000 ترانزیستور . IDT WinChip2 3D سال 1998 دارای 6000000 ترانزیستور .
نسل ششم : Pentium Pro سال 1995 دارای 5500000 ترانزیستور . AMD K6 سال 1997 دارای 8800000 ترانزیستور . Pentium II سال 1997 با 7500000 ترانزیستور . AMD K6-2 سال 1998 با 9300000 ترانزیستور .
پیشرفته نسل شش : تمامی تولیدات این نسل را سال 1999 تولید شدند که : Mobile Pentium II با 27400000 ترانزیستور . Mobile Celeron با 18900000 ترانزیستور . Pentium III با 9300000 ترانزیستور و AMD K6-3 . Pentium III CuMine با 28000000 ترانزیستور .
نسل هفتم : AMD original Athlon در سال 1999 با 22000000 ترانزیستور . AMD Athlom ThunderBird سال 2000 با 37000000 ترانزیستور و بالاخره Pentium 4 در سال 2001 با 42000000 ترانزیستور .
در مورد CPU های بالا نوع گونه هایی بودند با پسوند و پیشوند Mobile یا CuMine که اینها دارای طول عمر بالا و همچنین Cache L2 بهره میبرند که درون اینها هم ترانزیستور های زیادی جای میگیرد .
CPU چگونه کار میکند ؟
مانند دیگر اجزای کامپیوتر بر روی مادربرد وصل میشود . از پرکارترین اجزای کامپیوتر است که اطلاعات و دیتاها را از طریق رم و دیگر ورودی های کامپیوتر دریافت میکند . این اطلاعات را فرضا خام بدانیم بعد از خروج از CPU پخته شده و اماده میشوند . یا باصطلاح دیتاهایی که باید پردازش شوند پردازش میشوند . این دیتاها همانطور که قبلا هم در مبحث باس ذکر کردیم از طریق سیستم باس به CPU منتقل میشوند . یک واحد پردازنده مرکزی دونوع دیتا دریافت میکند :
اول اینکه دستورالعمل هایی که باید دیتا ها را بر طبق انها پردازش کند .
دو اینکه دیتاهایی که باید بر طبق دستورالعمل ها پردازش شوند.
این دستورالعمل ها را میتوانید کدهای برنامه هایی در نظر بگیرید که شما به PC میفرستید مانند حرکت ماوس و یا عمل کپی برداری و ...
8086 Compatible instructions
یکی از مهمترین کارهایی که CPU باید انجام دهد اینستکه دستورالعمل ها را دیکود و دیتاها را متمرکز localize کند . دیکود کردن شامل فهمیدن دستورالعمل هایی میشود که کاربر به PC منتقل میکند . تمامی پردازشگر های PC ها اصطلاحا 8086 compatible هستند این به ان معناست که تقریبا تمامی برنامه ها با CPU سازگاری دارند . اما خوب میدانیم نسل های بعدی پردازشگر هم امدند بنابراین برای انکه برنامه های قبلی که با 8086 سازگاری داشتند با نسل های جدید هم سازگاری داشته باشند نسل های جدید با کمی تغییر سعی کرده اند که تمامی دستورالعمل های ویژه ان دوره از پردازشگر را حمایت کنند .
CISC, RISC, and VLIW instructionsپردازشگر های اولیه را به CISC Complex Instruction Set Computer میخوانند این به این معناست که این کامپیوتر ها میتوانند تعداد زیادی دستورالعمل پیچیده را بفهمند . دستورالعمل های X86 که گوناگونی انها از 8 تا 120 بیت تغییر میافت برای 8086 درست شده بود که دارای 29000 ترانزیستور بود . تعداد دیگری دستورالعمل هم برای نسل های بعدی به روز شد که مثلا 80386 دارای 26 دستورالعمل اضافه تر از قبلی بود . برای 486 تعداد 6 دستورالعمل اضافی تر و برای پنتیوم هم 8 دستورالعمل اضافه تر شد . بنابراین برنامه ها باید برای پردازشگر های جدید دوباره نوشته میشدند برای مثال برنامه ای تنها قادر است تحت پردازشگر 386 اجرا شود .
دستورالعمل های RISC یا Reduced Instruction Set Computer کوتاهتر و برای مثلا 32 بیتی ها نوشته شده اند که برای نسل Pentium pro میباشد که نسبت به CISC خیلی سریعتر عمل میکنند .
VLIW یا very long instruction word processor برای انستکه تعدادی از دستورالعمل ها را به یک دستورالعمل تبدیل کند . Word مجموعه دیتاهایی است که به صورت یک بسته به CPU منتقل میشود که این دستورالعمل ها به حداقل مثلا یک رسیده است تا کار پردازش اسان تر شود یک پردازشگر VLIW چندین دستورالعمل را در یک word دریافت میکند . به هر حال طراحی در حالت VLIW بسیار پیچیده میشود که اینتل هم برای پردازنده 64 بیتی ایتانیوم خود سر همین موضوع با مشکلات زیادی روبرو شده است