سخت افزار سیستم های کامپیوتری – قسمت اول بررسی CPU

در عصر حاضر سیستم های کامپیوتری به جزء جدایی ناپذیر زندگی ما انسان ها بدل شده اند. به هر طرف که می نگریم اثری از یک کامپیوتر می بینیم. آشنایی با سخت افزار سیستم های کامپیوتری یکی از دانش هایی است که هر کارشناس فعال در حوزه شبکه های کامپیوتری می بایست داشته باشد. تیم فنی شبکه ۲۴ قصد دارد در یک سلسله مقالات به بررسی اجمالی تک تک سخت افزارهای یک سیستم کامپیوتری بپردازد . در اولین قسمت برای شروع، پردازنده یا CPU را مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد.

CPU) Central Processing Unit) یا واحد پردازنده مرکزی به عنوان مغز کامپیوتر شناخته می شود و از لحاظ قابلیت ها و توانایی ها در طول سالیان تکامل یافته است. همان طور که می دانید با افزایش قدرت پردازندگی CPU میزان گرمای تولید شده توسط آن نیز افزایش می یابد. بنابراین خنک کردن CPU و استفاده از تکنولوژی های استاندارد CPU Cooling مسأله ای است که می بایست مورد توجه قرار گیرد.
تیم فنی شبکه ۲۴ قصد دارد در این مقاله به بررسی انواع Socket، مشخصات CPU و معرفی انواع معماری پردازنده بپردازد و در مقاله ای دیگر CPU Cooling را مورد بحث و بررسی قرار دهد.

انواع Socket :

Socket ها درگاه ارتباطی CPU و Motherboard هستند. یعنی جایی که CPU به Motherboard متصل می شود. در طی سالیان و با ایجاد تغییرات در معماری و طراحی CPU ها، Socket ها نیز مسیر پیشرفت را پیموده و تکامل یافته اند. در حال حاضر سه نوع form factor برای CPU Chip ها وجود دارد :
PGA) Pin Grid Array)
SECC) Single-Edge Contact Cartridge)
LGA) Land Grid Array)

در حالتPGA یک تراشه سرامیکی مربع یا مستطیل شکل داریم که مجموعه ای از پین ها در پایین آن قرار گرفته است. پردازنده، که در واقع یک ویفر سیلیکونی است، نیز در داخل آن تراشه قرار گرفته است. به زبان ساده باید بگوییم در این حالت پین ها بر روی خود پردازنده قرار گرفته که بر روی سوکت مادربورد فرو می روند. در حال حاضر برخی پردازنده های شرکت AMD از این نوع هستند.

SECC یک مدار مجتمع است که ویفر سیلیکون بر روی آن نصب گردیده است. برای محافظت از مدار مجتمع نیز یک کارتریج پلاستیکی آن را احاطه کرده است. این مدار در امتداد یک لبه خارج می گردد و به یک اسلات بر روی مادربورد متصل می شود.

امروزه سوکت اغلب CPU ها از نوع LGA هستند. یعنی هیچ پینی بر روی آنها قرار ندارد و دارای یک سطح مسی پوشیده از فلز طلا هستند. در عوض پین ها بر روی محل سوکت روی مادربورد قرار دارند که با این سطح صاف پردازنده مماس شده و اتصال CPU با مادربورد برقرار می شود.

بررسی مشخصات CPU :

CPU ها را می توان بر اساس مشخصات آنها با یکدیگر مقایسه کرد. این مشخصات در نهایت تعیین کننده میزان توانایی CPU در انجام اصلی ترین وظیفه آن یعنی پردازش اطلاعات است. این مشخصات نمایانگر قدرت پردازشی کامپیوتر شما هستند. در ادامه به بررسی این مشخصات به صورت اجمالی می پردازیم :
سرعت پردازنده (Speed) : در پردازنده های قدیمی با واحد Mhz (مگاهرتز) و در پردازنده های جدید بر اساس Ghz (گیگا هرتز) بیان می شود.
تعداد هسته (Core) : پردازنده های کامپیوترهای شخصی می توانند تک هسته ای، دو هسته ای، چهار هسته ای و حتی هشت هسته ای باشند. در CPU های چند هسته ای، هر هسته به عنوان یک پردازنده مستقل عمل می کند بنابراین پردازنده های چند هسته ای performance بالاتری خواهند داشت. بهبود عملکرد در پردازنده های چند هسته ای با ارتقا زمان پاسخ دهی (Response Time) در زمانی که چندین پردازش توسط CPU در حال انجام است تحقق می یابد. پردازنده چند هسته ای درواقع تجمیع چند پردازنده بر روی یک Chip است.
البته باید بدانید که تأثیر افزایش تعداد Core بر افزایش Performace پردازنده به صورت خطی نیست. به زبان ساده نباید انتظار داشته باشیم که هرچه تعداد هسته ها را بیشتر کردیم کارایی CPU نیز بیشتر شود. در واقع بهبود عملکرد پردازنده چند هسته ای وابسته به میزان حافظه Cache اختصاص یافته به آن نیز هست.
حافظه Cache : برای تعریف Cache باید بگوییم که یک حافظه (Memory) بسیار سریع برای ذخیره دیتاهایی است که منتظر ورود و یا خروج از CPU هستند.
Level 1 Cache یا Front-Side Cache که به اختصار L1 Cache نامیده می شود، مسئول نگهداری دیتاهایی است که در انتظار ورود به CPU هستند.
Level 2 Cache یا Back-Side Cache که به اختصار L2 Cache نامیده می شود، نگهداری دیتاهایی که در حال خروج از CPU و بازگشت به RAM هستند را بر عهده دارد. در سیستم های جدید، L2 Cache در پکیج خود CPU ولی بر روی یک Chip جدا قرار دارد. در سیستم های قدیمی تر L2 Cache بر روی یک مدار جداگانه و بر روی مادربورد قرار داشت که بعضاً Cache on a Stick (COAST) نامیده می شد. در برخی CPU ها L2 Cache با سرعتی معادل سرعت خود CPU کار می کند و در برخی دیگر با سرعتی معادل نصف سرعت CPU عمل می کند. پردازنده هایی که سرعت L2 Cache برابر با خود CPU دارند و یا اصطلاحاً full-speed L2 cache هستند، کارایی بسیار بهتری دارند.
در پردازنده های جدید نیز Level 3 Cache را داریم که حافظه ای است که میان CPU و RAM قرار می گیرد و وظیفه بهینه سازی انتقال دیتا بین این دو را بر عهده دارد. L3 Cache یکی از مهم ترین فاکتورها در سنجش میزان کارایی CPU است.

Hyperthreading : یکی از پیشرفت های مهم در ساختار پردازنده ها، اضافه شدن قابلیت Hyperthreading است. با استفاده از این قابلیت پردازنده می تواند چندین thread را در یک زمان پشتیبانی کند و نتیجه آن بهبود عملکرد پردازنده و Response Time است. در فناوری Hyperthreading که مختص شرکت اینتل است هر هسته پردازنده به دو پردازنده مجازی (Logical Processor) تقسیم می شود و هرکدام از این پردازنده های مجازی در هر لحظه می تواند یک Thread را پردازش کند. البته باید در نظر داشت سیستم عامل یا Operating System نیز می بایست قابلیت پشتیبانی از این فناوری را داشته باشد که اکثر سیستم عامل های امروزی این قابلیت را دارا هستند.
پشتیبانی از فناوری مجازی سازی (Virtualization Support) : برای نصب هر یک از Hypervisor های موجود نظیر محصولات شرکت VMWare و یا Microsoft Hyper-V بر روی سیستم کامپیوتری نیاز است که پردازنده آن سیستم قابلیت پشتیبانی از Virtualization را داشته باشد. امروزه اغلب CPU های شرکت های Intel و AMD از این قابلیت پشتیبانی می کنند. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که برای استفاده از این قابلیت می بایست آن را در BIOS سیستم فعال نماییم.
معماری (Architecture) : امروزه پردازنده ها برای سیستم های کامپیوتری شخصی در دو ساختار معماری ۶۴ بیت (X64) و ۳۲ بیت (X86) به بازار عرضه می شوند. در پردازنده های ۶۴ بیتی، دیتا در بسته های بزرگتری پردازش می شود بنابراین در یک زمان مشخص می تواند مقدار بیشتری از اطلاعات را بر روی RAM آدرس دهی کند و این به معنای سرعت و دقت بیشتر است. استفاده از نسخه های ۳۲ بیتی و یا ۶۴ بیتی سیستم عامل نیز ارتباط مستقیمی با معماری پردازنده سیستم کامپیوتری دارد که در زمان نصب سیستم عامل می بایست به آن دقت نمود.

پردازنده گرافیکی در CPU :

همه ما GPU) Garphics Processing Unit) را به عنوان یک پردازنده اختصاصی برای سرعت بخشیدن و شتابدهی به پردازش های تصویری و نمایش آنها در صفحه نمایش می شناسیم. زمانی که از یک کارت گرافیک اختصاصی استفاده نمی کنیم وجود یک پردازنده گرافیکی بر روی CPU می تواند کمک شایانی به انجام پردازش های تصویری کامپیوتر ما بکند. شرکت اینتل بر روی اکثر CPU های خود یک پردازنده گرافیکی نیز تعبیه کرده است که آن را به اسم Intel HD Graphics و در مدل های مختلفی بر روی پردازنده ها قرار می دهد.
استفاده از ویژگی امنیتی EDB) Execute Disable Bit) :
فناوری (NX bit (No-eXecute در پردازنده ها، فضای Memory را به چند ناحیه جداسازی می کند که این نواحی یا برای ذخیره سازی دستورات پردازنده و یا برای ذخیره سازی دیتا استفاده می شوند. EDB فناوری است که بر روی پردازنده های Intel پیاده سازی شده و بر کاهش نفوذپذیری سیستم در مقابل بد افزارها تأثیر به سزایی دارد. در پردازنده های AMD این ویژگی به نام Enhanced Virus Protection شناخته می شود.
زمانی که بدافزار سعی در وارد نمودن کدهای مخرب به بافر را دارد، پردازنده با غیر فعال کردن اجرای کد از آسیب رساندن و انتشار کرم (Worm) جلوگیری می کند. برای استفاده از این قابلیت می بایست آن را در بایوس سیستم فعال نموده و سیستم عامل نیز از آن پشتیبانی کند.
امیدوارم توانسته باشم در این مقاله اطلاعات اولیه راجع به مشخصات پردازندهای کامپیوترهای شخصی را به خوبی بیان کرده باشم. در پایان اگر قصد مقایسه مشخصات CPU ها با یکدیگر را دارید می توانید از سایت cpuboss.com کمک بگیرید.

در مقالات بعدی همراه شما خواهیم بود.

تهیه و تنظیم مقاله توسط مهندس پوریا یعقوبی