یک (central processing unit (CPU که گاهی اوقات آن را پردازنده (Processor) نیز مینامند ؛ یکی از اجزاء رایانههای رقمی میباشند که فرامین را در رایانهها تفسیر مینماید و اطلاعات را مورد پردازش قرار میدهد . واحدهای مرکزی پردازش ویژگی پایهای قابل برنامه ریزی شدن را در رایانههای رقمی فراهم میکنند ؛ و یکی از مهمترین اجزاء رایانهها در حافظهٔ اولیه ؛امکانات ورودی/خروجی هستند .یک پردازندهٔ مرکزی مداری یکپارچه میباشد که معمولا به عنوان ریزپردازنده شناخته میشود . امروزه عبارت CPUها معمولا برای ریزپردازندها به کار میروند..
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) عبارت «central process unit»(واحد پردازندهٔ مرکزی) یک ردهٔ خاص از ماشین را معرفی میکند که میتواند برنامههای رایانه را اجرا کند .این عبارت گسترده میتواند به راحتی به بسیاری از رایانههایی که بسیار قبل تر از عبارت "CPU" بودند تعمیم داد . به هر حال ؛این عبارت و شروع استفاده از آن در صنعت رایانه حداقل از اوایل سال 1960 رایج شد. شکل ,طراحی و پیاده سازی پرازندهها نسبت به طراحی اولیه تغییر کردهاست ولی عملگرهای بنیادی آن همچنان به همان شکل باقی ماندهاست .
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) پردازندههای اولیه که به عنوان یک بخش از چیزی بزرگتر که معمولا یک نوع رایانه است ؛دارای طراحی سفارشی بودند . در هر صورت این روش طراحی سفارشی پردازندهها ،کاری گران قیمت برای یک بخش خاص، به مقدار زیادی راه تولید را به تعداد زیاد که برای اهداف زیادی قابل استفاده بود را فراهم کرد .این استانداردسازی روند عمومی را در عصر transistor mainframes و minicomputer گسسته و شتابدار کردن تعمیم مدارات مجتمع(IC)را شروع کرد . IC امکان افزایش پیچیدگی ها برای طراحی پردازندهها و ساختن آنها در مقیاس کوچک (در حد میلیمتر) امکان پذیر میسازد. هر دو فرآیند کوچک سازی و استاندارد سازی پردازندهها حضور این تجهیزات رقمی در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند رایانه برد .ریزپردازندههای جدید در هر چیزی چون خودروها تا تلفنهای همراه و حتی اسباب بازیهای کودکان وجود دارند.
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) تاریخچه: پیش از ظهور اولین ماشین که به پردازندههای امروزی شباهت داشت ؛ کامپیوترهایی مثل انیاک(eniac) مجبور بودند برای اینکه کارهای مختلفی را انجام دهند دوباره سیم کشی کنند . این ماشینها اغلب به رایانه هایی، با برنامهٔ ثابت اطلاق میشد تا زمانیکه توانایی اجرای چند برنامه را پیدا کردند. عبارت "cpu" از زمانی برای ابزار اجرا کنندهٔ نرم افزار(برنامهٔ رایانه) تعریف شد ؛ اولین ابزارهای که عبارت "cpu" به آنها اطلاق شد همراه ظهور اولین برنامهٔ ذخیره شدهٔ در رایانه بود.
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) ایدهٔ برنامهٔ ذخیره شده مربوط به بعد زمان طراحی ENIAC بود . در 30 ژوئن سال 1945 (9 تیر ماه 1324) قبل از اینکه انیاک کامل شود , دانشمند ریاضیدان جان فون نیومان در مقالهای به نام «First Draft of a Report on the EDVAC» آن را شرح داده بود .سرانجام شکل کلی ارائه داده شده برای برنامهٔ قابل ذخیره شدن در رایانه در آگوست سال 1949(تیر ماه 1328) کامل شد .EDVAC برای اجرا یک سری دستوالعملهای معین (یا عملگرهای خاص) برای گونههای متفاوت ،طراحی شده بود .این دستورالعملها میتوانستند ترکیب شوند تا برنامههای مفید را بر روی EDVAC اجرا کنند . از نکات قابل توجه این بود که برنامهای که برای EDVAC نوشته شده بود در یک حافظهٔ رایانهای سریع؛ ذخیره شده بود که سریعتر از ثبت سخت افزاری است این پیروزی یک محدودیت شدید را بر ENIAC ایجاد میکرد و آن عبارت بود از این که مقدار بسیار زیادی از زمان و تلاش آن صرف تنظیمات دوباره برای انجام یک کار(پردازشی) جدید بود .با طراحی فون نیومان ؛برنامه یا نرم افزار که EDVAC اجرا میکرد میتوانست تغییری ساده با محتوای حافظهٔ رایانه تغییر دهد .
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) دستگاههای رقمی حال حاضر ،همه با پردازندههایی توزیع شدهاند که به مدار گسسته و بنابراین به تعدادی تغییر المان برای متفاوت بودن و تغییر حالات احتیاج دارند . قبل از تجاری شدن ترانزیستور ؛ برای تغییر المانها از electrical relays و vacum tubes به صورت عمومی استفاده میشد . اگر چه اینها از مزایایی چون سرعت - به خاطر ساز و کار عمومی شان- برخوردار بودند ولی به خاطر بعضی مسایل غیرقابل اطمینان بودند . پیچیدگی طراحی پردازندهها هم زمان با افزایش سریع فن آوریهای متنوع که ساختارهای کوچکتر و قابل اطمینان تری را در وسایل الکترونیک باعث میشد، افزایش یافت . اولین موفقیت با ظهور اولین ترانزیستورها حاصل شد . پردازندههای ترانزیستوری در طول دهههای 50 و 60 میلادی زمان زیادی نبود که اختراع شده بود و این در حالی بود که آنها بسیار حجیم، غیر قابل اعتماد و دارای المانهای سوئیچینگ شکننده مانند لامپهای خلا و رلههای الکتریکی بودند. با چنین پیشرفتی پردازندههایی با پیچیدگی و قابلیت اعتماد بیشتری بر روی یک یا چندین برد مدار چاپی که شامل قسمتهای تفکیک شده بودند ساخته شدند.
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) در طول این مدت ، یک روش برای تولید تعداد زیادی ترانزیستور روی یک فضای فشرده نظر اکثریت را به خود جلب کرد. مدارات مجتمع (ic)ها ،این امکان را فراهم کردند که تعداد زیادی از ترانزیستورها روی یک پایه نیمه رسانا لایه لایه شده یا «چیپ»ساخته شوند. در ابتدا تنها مدارات غیر تخصصی پایه مانند گیتهای منطقی nor به صورت مدارات مجتمع ساخته شدند. پردازندههایی که بر اساس چنین واحد سیستم پایهای مدارات مجتمع ساخته شدند به طور کلی جزو مدارات مجتمع مقیاس کوچک (ssi) محسوب میشدند.مدارات مجتمع ssi مانند آنچه که در راهنمای کامپیوتر آپولو آورده شده ،معمولا شامل ترانزیستورها با تعداد ضرایبی از 10 میباشند. ساخت یک پردازنده یکپارچه و بی عیب و نقص بدون استفاده از مدارات مجتمع ssi نیازمند هزاران چیپ مجزا میباشد ، اما همچنان مقدار حجم و توان مصرفی بسیار کمتری نسبت به طراحی به وسیله مدارات ترانزیستوری گسسته نیازمند است.چنین تکنولوژی میکرو الکترونیک پیشرفتهای باعث افزایش تعداد ترانزیستورهای موجود در icها شد و بدین ترتیب کاهش تعداد icهای منفردی را در پی داشت که به یک پردازنده کامل نیاز داشتند.
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) در مدارات مجتمع سری msi و lsi (مدارات مجتمع مقیاس متوسط و بزرگ) میزان ترانزیستورها تا صدها و سپس تا هزاران ترانزیستور افزایش یافت.در سال 1964 شرکت ibm سیستم معماری 360 کامپیوتر را معرفی کرد که در یک سری از کامپیوترها که میتوانستند یک برنامه را با چندین سرعت و شکل مختلف اجرا کنند مورد استفاده قرار گرفت. این کار در زمانی که بیشتر کامپیوترهای الکترونیکی با یکدیگر نا سازگار بودند ، حتی آنهایی که توسط یک کارخانه ساخته میشدند ،بسیار حائز اهمیت بود. به منظور تسهیل در چنین پیشرفتی شرکت ibm از یک راهکار به نام ریز برنامه (ریز دستورالعمل)استفاده کرد ، که همچنان به صورت گستردهای در پردازندههای مدرن مورد استفاده قرار میگیرد. سیستم معماری 360 آنچنان به شهرت رسید که چندین دهه بر بازار سیستمهای کامپیوتری قدرتمند حکمفرما بود و چیزی از خود بر جای گذاشت که روند آن همچنان نیز به وسیله کامپیوترهای مدرن مشابه مانند کامپیوترهای سری z شرکت ibm ادامه دارد. در همان سال (1964) انجمن تجهیزات دیجیتالی (dec) یک کامپیوتر قدرتمند با هدف کاربرد علمی و تحقیقاتی به بازا عرضه کرد. بعدها یک سیستم با نام 11 pdp-عرضه کرد که به نهایت شهرت دست یافت و این سیستم در اصل با مدارات مجتمع ssi ساخته شده بود با این تفاوت که نهایتا با اجزاء lsi تکمیل شده بود و به یکباره به کاربرد عملی رسید. بر خلاف ssi و msi های قبلی ، اولین پیاده سازی lsi از 11pdp- شامل پردازندههای مرکب از چهار lsi مدار مجتمع میباشد.(انجمن تجهیزات دیجیتالی 1975)
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) کامپیوترهای با ترانزیستور پایه دارای چندین مزیت ممتاز بود. گذشته از تسهیل و ساده سازی ، قابلیت اعتماد بالا و توان مصرفی پایین تری داشتند. ترانزیستورها همچنین به پردازندهها اجازه میدادند تا با سرعت بالاتری مورد استفاده قرار گیرد و این به علت زمان سوئیچینگ کوتاه یک ترانزیستور در مقایسه با یک لامپ الکترونی یا رله میباشد. در نتیجه برای هر دو حالت افزایش اعتماد و متناسب با آن افزایش چشمگیر سرعت ، المانهای سوئیچینگ پالس ساعت پردازنده در دهگان مگاهرتز در طول این دوره بدست آمد. به علاوه زمانیکه ترانزیستورهای گسسته و icهای ریزپردازندهها مورد استفاده زیادی قرار گیرند ، طراحیهای جدید با کیفیت بالا مانند simd (دستورالعملهای منفرد با اطلاعات چندگانه) پردازندههای جهت دار آشکار میشود. این طراحی آزمایشگاهی اخیر بعدها باعث شکل گیری عصر تخصصی ابر کامپیوترها مانند نمونه ساخته شده توسط کری اینک گردید.
پاسخ : آشنایی با پردازنده (cpu) پیدایش ریز پردازندهها در سال 1970 به طور قابل توجهی در طراحی و پیاده سازی پردازندهها تاثیر گذار بود. از زمان ابداع اولین ریزپردازنده (اینتل4004)در سال 1970 و اولین بهره برداری گسترده از ریزپردازنده اینتل 8080 در سال 1974 ، این روند رو به رشد ریزپردازندهها از دیگر روشهای پیاده سازی واحدهای پردازش مرکزی (cpu) پیشی گرفت ،کارخانجات تولید ابر کامپیوترها و کامپیوترهای شخصی در آن زمان اقدام به تولید مدارات مجتمع با برنامه ریزی پیشرفته نمودند تا بتوانند معماری قدیمی کامپیوترهای خود را ارتقا دهند و در نهایت ریز پردازندهای سازگار با مجموعه دستورالعملهای خود تولید کردند که با سخت افزار و نرم افزارهای قدیمی نیز سازگار بودند. با دستیابی به چنین موفقیت بزرگی امروزه در تمامی کامپیوترهای شخصی cpuها منحصرا از ریز پردازندهها استفاده میکنند.
