رسیدیم به قسمت سوم مجموعه مقالات «سخت افزار رایانه را بهتر بشناسیم». در قسمت اول مقدمه و طرح کلی مباحث و در قسمت دوم مادربرد را با هم بررسی کردیم و حالا نوبت پردازنده مرکزی یا سیپییو رسیده. ابتدا کمی پیشینه و چیستی قطعه را بررسی میکنیم و خیلی سریع میرویم سراغ عملکردها و وظایف آن. در قدم بعد کمی از اجزای سیپییو میخوانیم و در نهایت مقداری درباره اهمیت این قطعه برای گیمرها خواهیم گفت و پیش از نتیجهگیری به معرفی تعدادی از محصولات به روز و خوب بازار خواهیم پرداخت.
سیپییو چیست؟
پردازنده مرکزی که به اختصار CPU خوانده میشود مغز یک کامپیوتر به حساب میآید. به زبان خیلی ساده، این قطعه یک مدار بسته الکترونیکی است که دستورات ورودی را دریافت، تفسیر، اجرا، و در نهایت به شکل خروجی تحویل مجموعه میدهد. بر اساس دستور ورودی کار پردازنده فرق میکند و در نهایت به نتیجه متفاوتی میرسد اما پایه تمام این فرآیندها چند رفتار ثابت و محدود است. سابقه این قطعه به سالهای ۱۹۶۰ برمیگردد؛ با اینکه تا الان خیلی چیزهای آن تغییر کرده و متحول شده اما هنوز اساس کار پردازنده مرکزی همان محاسبههای منطقی و ریاضی است. قطعهای که من و شما از آن به عنوان CPU یاد میکنیم حاوی اجزایی است که یکی از آنها واحد پردازش یا همان هسته (core) است که نوعی آیسی به حساب میآید. رایانههای خانگی امروزی همه چند هستهای یا بعضاً دو پردازندهای هستند. سیستمهای سِرور میتوانند بیش از ۱۰۰ هسته پردازشی مجزا داشته باشند.
وظیفه سیپییو چیست؟
دریافت ورودی و ارائه خروجی! به همین سادگی! البته این کار ساده طی چهار مرحله زیر اتفاق میافتد:
دریافت دستور
هنگامی که سیستم عامل از طریق یک کدِ زمینهای یا یک نرمافزار دستوری صادر میکند این دادهها در فضای RAM قرار گرفته و از آنجا برای پردازش به سمت پردازنده مرکزی هدایت میشوند. این فرآیند «هدایت» توسط خود CPU انجام میگیرد. هر دستور ورودی به شکل کد عدددار وارد RAM میشود که نشانگر جایگاه و ترتیب دستورهاست. این عدد به نوعی آدرس دستور بعدی را تعیین میکند و به این شکل توالی کدها شکل میگیرد. (خودمان هم نفهمیدیم چی شد!). این رفت و برگشت دستورات در زمانی بسیار کوتاه رخ میدهند. آنچه روی سرعت این تبادلات موثر است معیار cache (حافظه پنهان) و معماری خطوط رسانای مدار هستند.
تفسیر دستور
پس از وارد شدن دستور، سیپییو باید تفسیر کند قرار است طی این فرآیند چه کاری اتفاق بیافتد. نتایج این تفسیر به شکل دادههایی درآمده و به هسته پردازشی یا سایر نقاط واحد پردازش مرکزی منتقل میشوند. الگوهای تفسیر و تاویل کدهای ورودی الگوریتمی دارند که به اختصار ISA خوانده میشود؛ قوانین Instruction Set Architecture تعیین کننده معنی هر سری دستور هستند. دستور ورودی علاوه بر اینکه مشخص میکند چه کاری باید توسط پردازنده انجام شود، تعیین میکند کدام قسمتهای دیگر در این پروسه با او همکاری کنند.
اجرای دستور
اجرای دستور توسط سیپییو ممکن است تکمرحلهای یا فرآیندی باشد که نوع آن را معماری قطعه تعیین میکند. توجه داشته باشید که این مرحله درون خود CPU رخ میدهد. اینجا همان مرحلهای است که محاسبهها و پردازشها رخ میدهند و نتیجه به شکل دستور خروجی روی قسمتی به نام register سیپییو ذخیره میشود تا به سرعت قابل بازیابی باشد.
ذخیره دستور
حالا کار تمام شده و نتیجه به شکل کامل آماده ذخیره است. در این مرحله CPU دستور نهایی یا خروجی را به همان محلی که از آن آمده بود (RAM) برمیگرداند. در واقع، پردازنده گزارش یا نتیجه اجرای دستور را برای حافظه موقت صادر میکند تا جزء بعدی (سیستم عامل یا کارت گرافیک یا صدا یا . . . ) آن را دریافت کرده و ادامه مسیر. این دستورات از register برداشته میشوند.
این فرآیند هر بار برای هر تک دستور اتفاق میافتد و مجموعه دستورهای متوالی را یک برنامه یا computer program مینامند. حالا یک لحظه به مجموعه دستورات ورودی رایانه هنگام بازی کردن فکر کنید (فقط همانهایی که آشکار هستند!)؛ حرکت موس روی میز-تبدیل حرکت به پیام نوری-دریافت پیام نوری توسط سیستم عامل-انتقال آن به درون نرم افزار (در این مورد یک گیم)-انتقال پیام از نرمافزار (گیم) به سیستم عامل-انتقال به RAM-انتقال به سپییو- و همه آنچه بالاتر خواندید! اینها فقط برای یک دستور بود! در هر ثانیه، میلیاردها دستور به شکل همزمان با طی این فرآیند با همکاری CPU و RAM پردازش میشوند! سرعت پردازش سیپییو را با واحد هرتز و اصطلاح سرعت ساعت یا clock speed میسنجند. در نمونههای امروزی از گیگ + هرتز استفاده میشود. جالب است بدانید که هر یک گیگاهرتز برابر است با ۱،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ دور در ثانیه! بسیاری از دستورها در یک دور انجام میشوند!
اجزای سیپییو
قطعه CPU چند جزء دارد:
واحد محاسبات منطقی یا Arithmetic Logic Unit
واحد ALU مسئول انجام محاسبات مورد نیاز برای کارهای یک پردازنده است. تمام صفر و یکها و کدها و تفسیرها اینجا به هم تبدیل میشوند. فعالیتهای ALU همه در حوزه منطق ریاضی قرار میگیرند. نام دادههایی که وارد این بخش میشوند را operand گذاشتهاند که همان دستور اصلی است. واحد محاسبات منطقی مصرف برق بالایی دارد (نسبت به سایر اجزاء سیپییو) و میتواند منبع اصلی ایجاد حرارت به حساب بیاید. قدرت این جزء تعیین کننده قدرت کلی قطعه است و برای همین در مدلهای بالاتر و گرانتر و قویتر سیپییوها مصرف برق و تولید حرارت بیشتر است. ALU از لحاظ فنی سه فعالیت میکند:
- فرآیندهای منطقی
- فرآیندهای جابجایی بیت
- فرآیندهای محاسباتی
واحد محاسبات اعشاری یا Floating Point Unit
پردازشهایی که با اعداد غیر صحیح سر و کار دارند مختص این واحد هستند. در حال حاضر، بین این جزء و سایر قسمتهای پردازندههای مدرن تمایزی وجود ندارد اما هنوز هم الگوهایی برای کار کردن با این سیستم به کار میروند. جالب است بدانید که قدرت پردازش این بخش را با واحد FLOPS اندازهگیری میکنند.
واحد کنترل یا Control Unit
وظیفه این واحد از نامش مشخص است: کنترل فعالیتهای سیپییو. رعایت ترتیب و نوبت و ایجاد اتصال کاربردی بین واحد پردازشی و حافظه خود پردازنده کار این جزء است. همچنین این قسمت به RAM و سایر اجزاء میفهماند به ورودیهای صادر شده از CPU واکنش نشان بدهد (چیزی شبیه به روابط عمومی یا منشیگری!). جریان کدهای رفت و برگشتی بین سیپییو و سایر قطعات هم توسط این واحد تنظیم میشود.
حافظه یا Register
فضایی سریع و در دسترس داخل سیپییو که سریعترین شکل از یک حافظه است و برای پردازشهای میلیثانیهای CPU کارآیی دارد. در حقیقت به خاطر زمانی که برای رفت و برگشت دادهها بین پردازنده مرکزی و RAM تلف میشود نیاز به این فضا برای ذخیره و استفاده از اطلاعات برای سیپییو وجود دارد. رجیسترها انواع مختلفی دارند و برخی از آنها فقط حاوی اطلاعات از پیش نوشته غیرقابل تغییر هستند. از رجیستر با عنوان cache هم یاد میشود. حافظه نهان یا کش در قالبهای کناری هسته پردازشی قرار میگیرند؛ به ترتیب از نزدیکترین تا دورترین با لفظ L1 و L2 و در نمونههای مدرن L3 شناخته میشوند.
رابطه گیم و CPU
همانطور که تا به حال گفته شده، تصور بسیاری از ما گیمرها در مورد سیستم گیمینگ این است که کارت گرافیک مهمترین قطعه آن حساب میشود. ما معمولاً هنگام تهیه سیپییو بیشتر به مدل و نسل آن کار داریم تا مختصات فنی و قدرت عملکرد. حقیقت این است که خیلی بیشتر از ۵۰ درصد محاسبات و عملیاتهای مرتبط با اجرای یک گیم بر عهده پردازنده مرکزی است. حتی چیزهایی که نتایج بصری دارند هم کار همین قطعه هستند. مثلاً: پردازشهای منطقی که موتور بازی برای جلوگیری از وارد شدن اشیاء درون هم یا دوربین درون اشیاء دارد؛ فرآیندهایی مثل ذخیره و بارگذاری، محاسبه خط سلامتی و نیرو، کولهپشتی و تمام کارهایی از این قبیل در کنار اعمالی بسیار سنگینتر و پیچیدهتر:
پردازش هوش مصنوعی
دستورات مرتبط با هوش مصنوعی از انواع پردازش چند خطی (در مقابل تک خطی) هستند که این یعنی به طور همزمان و موازی دستوراتی پردازش میشوند. میزان فشاری که AI روی پردازنده مرکزی وارد میکند به ژانر اثر بستگی دارد. برای مثال، عناوین استراتژی میتوانند کمر سیپییو را بشکنند! اما کار هوش مصنوعی فقط به این محدود نمیشود. جالب است بدانید اعمالی مثل شبیهسازی حرکت موشک، الگوهای متفاوت خسارت سلاحهای مختلف روی زرههای مختلف، تخریب محیط، و آب و هوای پویا هم از وظایف آن هستند که مستقیم توسط پردازنده اعمال و اجرا میشوند.
دستورات گرافیکی
سیپییو تعیین میکند کارت گرافیک چه چیزی را در چه زمانی روی صفحه نمایش بدهد و طبق نظر متخصصین این سنگینترین کاری است که انجام میدهد. نهتنها تعیین میکند چه چیزی روی صفحه نقش ببندد، بلکه چگونگی تصویر کردن آن را هم مشخص میکند. البته با پیشرفت پردازندههای گرافیکی خیلی از این اعمال به طور مستقیم توسط GPU انجام میشوند (مثل فیزیک یا نور).
بهینگی در اجرا
پیسی گیمرها اکثراً تا به حال با این تجربه رو به رو شدهاند: گاهی یک بازی با گرافیکهای سنگین و فضاهای بزرگ خیلی خوب اجرا میشود و روی همان سیستم گیم دیگری با گرافیکهای سادهتر و فضاهای جمع و جورتر (یا حتی قدیمیتر) با لگ و افت و گیر و هنگ اجرا میشود. این مشکل مربوط به بهینگی میشود و در حقیقت باید رد آن را در نحوه تخصیص منابع سیپییو در موتور بازی پیدا کرد. بازیهایی که توسط سازندگان با تجربه و حرفهای ساخته میشوند طوری طراحی و کدگذاری شدهاند که به CPU امکان جابجایی و اولویتبندی منابعِ در اختیار سیستم را بدهد و به بهترین شکل بین آنها بالانس ایجاد کند (وجود تنظیمات پیشفرض یا خودکار در بخش Setting). اما در نهایت وقتی میشود از این محصولات لذت برد که هسته پردازشی قوی و مناسبی داشته باشیم. برای تهیه سیستم گیمینگ حواسمان به سیپییو باشد تا تجارب بهینهتری داشته باشیم.
راهنمای خرید بهترین پردازندههای گیمینگ
برای تهیه پردازنده تعصب و علاقه نسبت به برند و مارک را بگذارید کنار و با جست و جو و تعیین اهداف گیمینگ خود به سراغ خرید این قطعه بروید. پیش از در نظر گرفتن مارک و نسل، مختصات فنی و عملکردها را ببینید و حواستان باشد سرعت ساعت از تعداد هستهها اهمیت بیشتری دارد. همچنین، به خاطر داشته باشید که بین این قطعه و RAM ارتباط تنگاتنگی برقرار است پس بودجه را بین آنها متناسب کنید (یک پردازنده میلیونی در کنار چند رم ارزان قیمت کاری پیش نمیبرد). نکته مهمی که در مورد CPU باید به آن اشاره کرد سیاست جدید ایامدی در مورد تراشههای رایزن جدید است. سریهای ۵۰۰۰ و بالاتر این مجموعه یک هسته پردازش گرافیک هم دارند و به این ترتیب علاوه بر حرکت به سمت کوچکتر کردن قطعات، میتوانند کمی از بار پردازشی کارت گرافیک را کاسته و در نهایت روی کاهش قیمت کلی سیستم مورد نظر تاثیر به سزایی داشته باشند. طبق اطلاعات بنچمارک موجود در سایتها، این تراشهها تقریبا دو برابر هستههای گرافیکی اینتل قدرت دارند.
برای کسانی که به دنبال راههای ارزانتری برای تجربه عناوین جدیدتر هستند هیچ گزینهای بهتر از این تراشهها وجود ندارد. بهترین گزینه در این کلاس Ryzen 5 5600G است که با قیمت زیر ۳۰۰ دلار، شش هسته با سرعت ساعت ۳.۹ گیگاهرتز را در کنار تراشه گرافیکی RX Vega 7 و ۱۶ مگ کش L3 در اختیار شما میگذارد. اما در آن طرف میدان، بهترین گزینه برای رقابت با این قطعه را در میان تراشههای Rocket Lake اینتل پیدا میکنیم. پیشنهاد ما Corei5-11600 است که با قیمتی زیر ۳۰۰ دلار میتواند شش هسته با سرعت ساعت ۳.۹ گیگاهرتز و تراشه گرافیک 750 Xe 32EU را به کاربر ارائه دهد. این دو کارت میانرده حساب میشوند.
نتیجه
سیپییو مهمترین قطعهای است که روی مادربرد قرار میگیرد و کیفیت ارتباط همه بردهای دختری در گرو کیفیت عملکرد آن است پس با تخصیص بودجه مناسب بهترین و بهروزترین مدل آن را تهیه کنیم تا برای مدت طولانی نیاز به ارتقاء نداشته باشد. معمولاً تولیدکنندگان مادربرد و CPU خودشان به عنوان پیشنهاد محصولاتی را معرفی میکنند که در کنار هم بهترین کارایی را دارند؛ توصیه میکنیم اگر میخواهید سیستم گیمینگ را قطعه به قطعه تهیه کنید از این راهنماها غافل نباشید. یادتان باشد: در تنظیمات بازی میتوانید آپشنهای گرافیکی را کم یا خاموش کنید اما نمیتوانید پردازشهای اصلی و فرآیندهای حیاتی یک گیم را غیر فعال کنید؛ پس روی پردازنده مرکزی ریسک نکنید!
این متن با کمک مقالات What Is A CPU?، The importance of CPU in gaming، Best CPU for Gaming in 2021 به نگارش درآمده است.