CPU مخفف "Central Processing Unit" است و به عنوان "پردازنده" و "مغز" سیستم کامپیوتری نیز شناخته می شود.

CPU روی سوکت CPU سازگار خود که روی مادربرد تعبیه شده است، قرار می گیرد. CPU هنگام پردازش داده ها گرمای بیشتری تولید می کند، بنابراین با هیت سینک متصل می شود که به خنک نگه داشتن کمک می کند.

CPU نقش حیاتی برای عملکرد عالی در سیستم کامپیوتر ایفا می کند و به اجرای تمام دستگاه های سیستم کمک می کند. CPU تمامی دستورالعمل های دریافتی از سخت افزار و نرم افزار سیستم را کنترل می کند و آنها را پردازش می کند و در نهایت از طریق دستگاه های خروجی مانند مانیتور و چاپگر و غیره نتیجه را تولید می کند. از سیستم کامپیوتری

اجزای داخلی CPU (واحد پردازش مرکزی) و عملکرد آنها

واحد حافظه اجزای اصلی CPU است، زیرا هدف اصلی آن ذخیره کلیه دستورالعمل ها و ارسال آنها به سایر اجزای CPU (واحد کنترل) است.

در صنایع کامپیوتر، حافظه کامپیوتر به دو دسته اصلی مانند حافظه اولیه و ثانویه تقسیم می شود. عملکرد کامل، قدرت محاسباتی و سرعت اجرای حافظه کامپیوتر کاملاً به طرح طراحی آن و انواعی مانند (SRAM یا DRAM) بستگی دارد.

پس از پردازش تمام دستورالعمل ها توسط CPU، واحد حافظه به ذخیره خروجی تولید شده کمک می کند و در نهایت به دستگاه های خروجی منتقل می شود.

هدف اصلی واحد کنترل CPU کنترل کل عملیات واحدهای آن است و به جابجایی تمام داده ها یا دستورالعمل ها در بین تمام واحدهای سیستم کمک می کند. واحد حافظه تمام دستورالعمل ها و داده ها را از واحد کنترل دریافت می کند، آنها را تفسیر می کند و در نهایت کل عملیات را به واحدهای مختلف منتقل می کند.

واحد کنترل یک رسانه ارتباطی بین تمام دستگاه های ورودی و خروجی برای انتقال یا دریافت تمام دستورالعمل ها از واحدهای حافظه است.

ALU به دو بخش مانند واحد حسابی و منطقی تقسیم می شود. این شامل مدار دیجیتالی است که با رجیسترها ساخته شده است و به حل عملیات های مختلف حسابی و منطقی کمک می کند. واحد حساب برای حل عملیات مختلف مانند جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و غیره طراحی شده است.

توابع اصلی واحد منطق انجام انواع مختلفی از عملیات مانند مقایسه، انتخاب، تطبیق و ادغام مقادیر داده های متعدد است.

واحد ورودی به معنای تمام دستگاه های ورودی است که برای درج دستورالعمل ها از سمت کاربر مانند صفحه کلید، ماوس، تاچ پد و غیره استفاده می شود. هر دستگاه ورودی شامل کنترلر سخت افزاری مخصوص به خود است که به CPU وصل شده است و تمام دستورالعمل های CPU را در مورد نحوه استفاده از آنها ارائه می دهد.

واحد خروجی به معنای کلیه دستگاه های خروجی است که پس از پردازش کل داده های ارائه شده توسط کاربر، نتیجه به صورت متنی یا گرافیکی تولید می شود. برخی از دستگاه های خروجی مانیتور، چاپگر، بلندگو و غیره هستند. CPU کد باینری را مانند 0 یا 1 می گیرد و آن را به فرمت مناسبی که سخت افزار خروجی مورد نیاز است تبدیل می کند.

گذرگاه سیستم – هدف اصلی گذرگاه سیستم انتقال تمام داده‌ها و دستورالعمل‌ها است، و همچنین مکان‌های آدرسی را می‌فرستد که به CPU اطلاع می‌دهد که در حافظه اصلی همه داده‌ها و دستورالعمل‌ها از کجا دریافت می‌شوند و داده‌های پردازش شده باید در کجا ذخیره شوند.

گذرگاه خارجی - این وسیله ارتباطی بین گذرگاه اصلی داده و برد سیستم است.

گذرگاه داده داخلی – این نوع گذرگاه داده بین تمام اجزای داخلی پردازنده و مادربرد ارتباط برقرار می کند. اندازه گذرگاه های داخلی به این بستگی دارد که پردازنده چه مقدار اطلاعات را می تواند همزمان پردازش کند.

خطوط آدرس - خطوط آدرس برای شناسایی مکان مناسب در واحد حافظه که در آن داده ها ارائه می شود، طراحی شده اند.

رجیسترها - رجیستر به عنوان "انجمن کننده" نیز شناخته می شود و به عنوان محل ذخیره سازی موقتی عمل می کند که در آن داده ها از سمت حافظه اصلی برای اجرا می آیند و آنها را برای ذخیره منتقل می کنند.

پرچم‌ها - پرچم‌ها در CPU تعبیه شده‌اند، و به‌عنوان رجیستر کار می‌کنند، زیرا همه حالت‌های در حال اجرا کل توابع و سایر عملیات را نشان می‌دهند.

کش – کش نیز در تراشه ادغام شده است، اما سریعترین حافظه نسبت به حافظه اصلی است و به افزایش عملکرد پردازنده کمک می کند.

CPU برای دریافت داده ها از حافظه اصلی سیستم زمان بیشتری می گیرد، بنابراین رجیسترهای CPU داده های مهمی را که در پردازش استفاده می شوند ذخیره می کنند و بیشتر آنها را به حافظه کش مقدم می کنند.

حافظه کش قطعه کوچکی از حافظه است اما سریعترین حافظه به حافظه اصلی است که در هسته CPU تعبیه شده است. حافظه کش به سه سطح L1، L2 و L3 تقسیم می شود. اندازه L1 نسبت به L2 کوچک است اما در مقایسه با L2 سریعتر است و L3 بیشتر از L1 و L2 سریعتر است.

امروزه CPU مدرن همراه با چند هسته‌ای مانند دو هسته‌ای، چهار هسته‌ای، هسته i5، core i7 و i8 توسعه می‌یابد و این هسته‌ها به پردازش داده‌ها به صورت موازی برای افزایش عملکرد کل سیستم کامپیوتری کمک می‌کنند. حجم کار و سرعت خود را مدیریت کنند.

هر هسته حافظه کش مخصوص به خود را دارد و می توانند در صورت نیاز با کش خود ارتباط برقرار کنند. به عنوان مثال - پردازنده های AMD Phenom II با حافظه نهان سطح 3 طراحی شده اند و هسته GPU در واحد پردازش شتاب دهنده (APU) AMD تعبیه شده است تا از نظر ریاضی عملکرد عالی داشته باشد.

عملکرد CPU با پارامترهای مختلفی مانند گیگاهرتز (Gegahertz) و MHz (Migahertz) اندازه‌گیری می‌شود اما برای اندازه‌گیری فرکانس از واحد هرتز استفاده می‌شود. CPU قادر است چندین کار را با استفاده از فرکانس آنها در چند ثانیه انجام دهد. فرکانس با پارامترهای مختلفی مانند "چند بار ساعت داخلی یک پردازنده در چرخه در ثانیه تیک می زند" اندازه گیری می شود. به عنوان مثال - CPU 2.5 گیگاهرتز می تواند 2.5 میلیارد بار در هر ثانیه تیک بزند.

هر دستگاه ورودی/خروجی و واحد حافظه برای برقراری ارتباط با CPU به مدار داخلی نیاز دارد. اسلات های PCI برای ارتباط با کارت های PCI طراحی شده اند که روی مادربرد قرار می گیرند. کنترلرهای USB برای دستگاه های USB مانند ماوس، صفحه کلید، چاپگر و غیره و کنترل کننده حافظه برای حافظه اصلی استفاده می شود. سطح سرعت همه کنترل‌کننده‌ها که با آنها ارتباط برقرار می‌کنند، "پهنای باند" نامیده می‌شود، اما CPU به CPU متفاوت است. به عنوان مثال - پردازنده های چند هسته ای دارای پهنای باند بیشتری برای پردازنده های تک هسته ای هستند.

Hyper Threading همچنین HTT نامیده می شود زیرا دارای یک CPU است اما به عنوان پردازنده دوگانه عمل می کند. قادر به تعقیب سرعت دو برابر نیست، اما کل عملکرد به طور چشمگیری افزایش یافته است. شرکت اینتل فناوری HTT را برای افزایش عملکرد پردازنده ارائه می کند.

فناوری های مجازی سازی به اجرای همزمان چندین سیستم عامل بر روی سرور یا سیستم کامپیوتری کمک می کند و می توان سرعت و توانایی آن سیستم ها را افزایش داد. اینتل Intel VT را منتشر کرد و AMD مجازی سازی AMD را منتشر کرد.

سیستم عامل با فرم بیتی مانند 32 بیت و 64 بیت طراحی شده است. این بدان معنی است که مقداری از داده ها را می توان به طور همزمان پردازش کرد. بنابراین معماری CPU نیز به 32 بیت و 64 بیت بستگی دارد، زیرا اگر از O/S 32 بیتی استفاده کنید، سیستم شما می تواند واحد حافظه را در کنار معماری 32 بیتی مدیریت کند، CPU فقط می تواند به گذرگاه های داده 32 بیتی دسترسی داشته باشد.

GPU مخفف "واحد پردازش گرافیکی" است و هدف اصلی آن جمع آوری تمام اطلاعات و انتقال به صفحه نمایش برای نمایش خروجی است. بنابراین در CPU که روی مادربرد قرار می گیرد ادغام می شود.