پردازنده

پردازنده

پردازنده  یا واحد پردازش مرکزی (به انگلیسی: Central Processing Unit) یا پردازنده مرکزی (به انگلیسی: Central Processor)، که با نام CPU شناخته می‌شود، یک مدار الکترونیکی در رایانه‌ها است که وظیفه اجرای مجموعه دستورالعمل‌های (Instructions Set) یک برنامه رایانه‌ی را از طریق محاسبات پایه ای، منطق و عمل ورودی/خروجی بر عهده دارد.

یکی از اجزای اصلی CPU، واحد محاسبه و منطق (ALU) است که وظیفه اجرای اعمال محاسباتی و اعمال منطقی را بر عهده دارد. واحد ALU همچنین شامل ثبّات‌ها (Registers) است که وظیفه تغذیه عملوندها به ALU و ذخیره نتایج عملکرد آن را بر عهده دارند. واحد ALU همچنین شامل یک واحد کنترلی است که وظیفه تنظیم واکشی (Fetching) و اجرای دستورالعمل‌ها (از داخل مموری) را از طریق هدایت هماهنگ به ALU، رجیسترها و سایر اجزا بر عهده دارد.

اکثر CPU های جدید ریزپردازنده ای هستند، که در آن CPU بر روی یک مدار مجتمع (IC) تنهای ساخته شده از نیمه رسانای-فلز-اکسید قرار داده می‌شود. یک IC علاوه بر CPU ممکن است شامل حافظه، رابط‌های جانبی و دیگر اجزای رایانه باشد؛ این چنین تجهیزات مجتمعی را معمولاً میکروکنترلر یا SoC (سیستم روی یک تراشه) می‌خوانند. در بعضی رایانه‌ها از پردازنده‌های چندهسته‌ای استفاده می‌شود. این پردازنده‌ها شامل یک مدارمجتمع هستند که شامل دو یا چند "هسته" یا "core" می‌باشند.

آرایه‌پردازها یا پردازنده‌های برداری دارای پردازنده‌های چندگانه هستند که به صورت موازی با هم کار می‌کنند، و در آن هیچ واحدی مرکزی در نظر گرفته نمی‌شود.

شکل ظاهری، طراحی و نحوه به‌کارگیری پردازنده‌ها در طول دوره تاریخ شکل‌گیری آن‌ها تغییر کرده‌است ولی عملکرد پایه ای آن‌ها بدون تغییر باقی مانده‌است.
مدت زمان انجام یک کار به‌وسیله رایانه، به عوامل متعددی بستگی دارد که مهمترین آنها، سرعت پردازنده است. سرعت پردازنده معمولاً بر حسب مگاهرتز یا گیگاهرتز سنجیده می‌شود. هر چه مقدار این پارامتر بیشتر باشد، پردازنده سریعتر خواهد بود و در نتیجه قادر خواهد بود، محاسبات بیشتری را در هر ثانیه انجام دهد.

تاریخچه

EDVAC یکی از اولین رایانه‌هایی بود که قابلیت ذخیره برنامه داشت.

در رایانه‌های اولیه مانند انیاک برای تغییر وظایف رایانه نیاز بود که سیم کشی تغییر داده شود، به همین دلیل به آنها «رایانه‌های برنامه-ثابت» می‌گفتند. از آنجایی که "CPU" معمولاً به عنوان وسیله ای که وظیفه اجرای برنامه‌ها را دارد، شناخته می‌شود، اولین وسایلی را که بتوان واقعاً "CPU" خواند با اختراع رایانه‌های دارای قابلیت ذخیره برنامه ساخته شدند.

پردازنده‌های اولیه به عنوان یک بخش از سامانه‌ای بزرگ‌تر که معمولاً یک نوع رایانه‌است، دارای طراحی سفارشی بودند. این روش گران‌قیمت طراحی سفارشی پردازنده‌ها برای یک بخش خاص، به شکل قابل توجهی، مسیر تولید انبوه آن را که برای اهداف زیادی قابل استفاده بود فراهم نمود. این استانداردسازی روند قابل ملاحظه‌ای را در عصر مجزای ابر رایانه‌های ترانزیستوری و ریز رایانه‌ها آغاز نمود و راه عمومی نمودن مدارات مجتمع(IC یا Integrated Circuit) را سرعت فراوانی بخشید.

یک مدار مجتمع، امکان افزایش پیچیدگی‌ها برای طراحی پردازنده‌ها و ساختن آن‌ها در مقیاس کوچک را (در حد میلیمتر) امکان‌پذیر می‌سازد. هر دو فرایند (کوچک‌سازی و استانداردسازی پردازنده‌ها)، حضور این تجهیزات رقمی را در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند رایانه تبدیل کرد. ریزپردازنده‌های جدید را در هر چیزی از خودروها گرفته تا تلفن‌های همراه و حتی اسباب بازی‌های کودکان می‌توان یافت.