Mərkəzi Prosessor (CPU) — kompüterin ən mühüm komponenti olub, bütün hesablama əmrlərini yerinə yetirən, məlumatları emal edən və sistemin bütün digər hissələrini idarə edən elektron mikroçipdir. CPU-nu kompüterin "beyni" kimi təsəvvür etmək olar, çünki o, proqram təminatından gələn bütün təlimatları şərh edir, icra edir və nəticələri qaytarır.

Mərkəzi Prosessor nədir?

Mərkəzi Prosessor (Central Processing Unit) kompüter sisteminin ürək-beyin mərkəzi hesab olunur. O, proqram kodlarını maşın dilinə çevirir, riyazi və məntiqi əməliyyatlar aparır, məlumat axınını idarə edir və sistemdəki bütün aparatların işini koordinasiya edir. CPU saniyədə milyardlarla əməliyyat icra edə bilir və bu da müasir kompüterlərin yüksək sürət və məhsuldarlığını təmin edir.

Prosessor mikroskopik ölçülü milyonlarla, bəzən milyardlarla tranzistordan ibarətdir ki, bunlar da silikon kristal üzərində yerləşdirilmişdir. Bu tranzistorlar elektrik siqnallarını işləyir və məlumatı ikilik (0 və 1) formatda emal edir. CPU-nun ölçüsü adətən bir neçə santimetr kvadrat sahəni əhatə edir, lakin içərisindəki mürəkkəblik heyrətamizdir.

Mərkəzi Prosessorun tarixi və inkişafı

CPU konsepsiyasının tarixi ilk mexaniki hesablama maşınlarına qədər uzanır, lakin müasir mənada elektronik prosessorun yaranması 20-ci əsrin ortalarına təsadüf edir.

Erkən dövr (1940-1950-ci illər): İlk elektronik kompüterlər olan ENIAC və UNIVAC-da prosessor funksiyasını minlərlə elektron lampadan ibarət böyük sistemlər yerinə yetirirdi. Bu maşınlar nəhəng ölçülü, çox enerji tələb edən və tez-tez nasaz olan qurğular idi.

Tranzistor dövrü (1950-1960-cı illər): 1947-ci ildə Bell Laboratories-də tranzistorun ixtirası prosessor texnologiyasında inqilab yaratdı. Tranzistorlar elektron lampalardan kiçik, etibarlı və enerjiyə qənaətcil idi. Bu dövrdə IBM və digər şirkətlər tranzistor əsaslı kompüterlər istehsal etməyə başladılar.

İnteqral sxemlər dövrü (1960-1970-ci illər): 1958-ci ildə Jack Kilby və Robert Noyce inteqral sxemləri (IC) ixtira etdilər. Bu texnologiya bir çip üzərində çoxlu tranzistorların yerləşdirilməsinə imkan verdi. IBM System/360 seriyası bu texnologiyanın kommersiya uğurunu nümayiş etdirdi.

Mikroprosessor inqilabı (1971-ci il): İntel şirkəti 1971-ci ildə dünyanın ilk kommersiya mikroprocessoru olan Intel 4004-ü təqdim etdi. Bu 4-bitlik çip cəmi 2,300 tranzistordan ibarət idi və 740 kHz tezlikdə işləyirdi. Bu tarixdə bir dönüş nöqtəsi oldu — artıq bütün CPU bir çip üzərində yerləşə bilirdi.

Şəxsi kompüter dövrü (1970-1980-ci illər): Intel 8080 (1974), Motorola 6800, Intel 8086 (1978) və Motorola 68000 prosessorları şəxsi kompüter inqilabını mümkün etdi. IBM PC (1981) Intel 8088 prosessoru ilə bazara çıxdı və x86 arxitekturasının dominantlığının əsasını qoydu.

RISC və CISC rəqabəti (1980-1990-cı illər): Bu dövrdə iki əsas prosessor arxitekturası — CISC (Complex Instruction Set Computing) və RISC (Reduced Instruction Set Computing) — bir-biri ilə rəqabət apardı. Intel x86 CISC arxitekturasını inkişaf etdirərkən, ARM və digərləri RISC yanaşmasını təkmilləşdirdilər.

Gigaherts yarışı və çoxnüvəli dövr (1990-2000-ci illər): Prosessor tezlikləri sürətlə artdı — megahertslərdən gigahertslərə qədər. 2000-ci illərin əvvəllərində Intel Pentium 4 prosessorları 3+ GHz tezliyə çatdı. Lakin istilik və enerji məhdudiyyətləri ucbatından sənaye çoxnüvəli (multi-core) prosessorlara keçid etdi. İlk ikili nüvəli prosessorlar 2005-ci ildə bazara çıxdı.

Müasir dövr (2010-cı ildən indiyədək): Bu gündə prosessorlar 5nm və ya daha kiçik texnoloji proseslərlə istehsal olunur, milyardlarla tranzistor ehtiva edir və 16, 32 və ya daha çox nüvəyə malikdir. AMD Ryzen, Intel Core seriyaları və Apple M seriyası çipləri nümunəvi müasir prosessorlardır. Süni intellekt və maşın öyrənməsi üçün xüsusi AI prosessorları da inkişaf edir.

CPU-nun əsas komponentləri və strukturu

Müasir mərkəzi prosessor bir neçə əsas hissədən ibarətdir:

1. Arifmetik-Məntiqi Blok (ALU - Arithmetic Logic Unit): Bütün riyazi əməliyyatları (toplama, çıxma, vurma, bölmə) və məntiqi əməliyyatları (VƏ, VƏ YA, DEYİL, müqayisə) yerinə yetirir. CPU-nun "kalkulyatoru" hesab olunur.

2. İdarəetmə Bloku (Control Unit): Prosessorun "rəhbəri" rolunu oynayır. Yaddaşdan gələn təlimatları deşifrə edir, lazımi siqnalları göndərir və bütün komponentlərin sinxron işləməsini təmin edir.

3. Registrlər (Registers): CPU daxilində yerləşən çox sürətli, kiçik həcmli yaddaş xanaları. Cari əməliyyatlar üçün məlumatları və ünvanları müvəqqəti saxlayır. Prosessorun ən sürətli yaddaş növüdür.

4. Keş Yaddaş (Cache Memory): CPU-ya inteqrasiya olunmuş çox sürətli yaddaş. Tez-tez istifadə olunan məlumatları saxlayır və operativ yaddaşa müraciət vaxtını azaldır. Adətən üç səviyyəli olur: L1 (ən sürətli, ən kiçik), L2 və L3 (daha böyük, bir qədər yavaş).

5. Saat Generatoru (Clock): Prosessorun bütün əməliyyatlarını sinxronlaşdıran elektron saat dövrəsi. Tezlik gigaherts (GHz) ilə ölçülür — məsələn, 3.5 GHz o deməkdir ki, prosessor saniyədə 3.5 milyard tsikl icra edir.

6. Nüvələr (Cores): Müasir prosessorlarda bir çip üzərində bir neçə müstəqil emal nüvəsi yerləşir. Hər nüvə ayrı-ayrı tapşırıqları paralel icra edə bilir ki, bu da çoxtapşırıqlı işləməni (multitasking) sürətləndirir.

7. Ötürmə Magistralları (Bus): CPU-nun daxili və xarici komponentlərlə əlaqə qurduğu elektron yollar. Məlumat magistralı, ünvan magistralı və idarəetmə magistralı mövcuddur.

CPU-nun işləmə prinsipi

Prosessor əməliyyatları tsiklik şəkildə yerinə yetirir. Klasik "instruction cycle" (təlimat tsikli) aşağıdakı mərhələlərdən ibarətdir:

1. Fetch (Götürmə): İdarəetmə bloku növbəti təlimatı yaddaşdan oxuyur.

2. Decode (Deşifrə etmə): Təlimat deşifrə olunur və hansı əməliyyatın icra ediləcəyi müəyyənləşdirilir.

3. Execute (İcra): ALU və ya digər bloklar tələb olunan əməliyyatı yerinə yetirir.

4. Store (Saxlama): Nəticə registrə və ya yaddaşa yazılır.

Bu tsikl saniyədə milyardlarla dəfə təkrarlanır və kompüterin işini təmin edir.

CPU növləri və arxitekturaları

x86/x64 arxitekturası: Intel və AMD tərəfindən istifadə olunan, şəxsi kompüter və server bazarında dominant olan arxitektura. CISC (Complex Instruction Set Computing) prinsipinə əsaslanır.

ARM arxitekturası: Mobil cihazlar, planşetlər və yeni nəsil noutbuklar üçün geniş istifadə olunan RISC (Reduced Instruction Set Computing) arxitekturası. Enerjiyə qənaətcilliyi ilə seçilir. Apple M seriyası çiplər ARM əsaslıdır.

RISC-V: Açıq mənbəli prosessor arxitekturası. Hər kəs pulsuz istifadə edə, tədqiq edə və inkişaf etdirə bilər.

Server və Workstation prosessorları: Intel Xeon, AMD EPYC kimi prosessorlar daha çox nüvə, daha böyük keş və ECC yaddaş dəstəyi təklif edir.

Mobil prosessorlar: Qualcomm Snapdragon, Apple A seriyası, MediaTek prosessorları smartfon və planşetlər üçün optimallaşdırılıb.

CPU-nun əsas xarakteristikaları

Takt tezliyi (Clock Speed): Gigaherts (GHz) ilə ölçülür. Yüksək tezlik daha sürətli əməliyyat deməkdir, lakin enerji istehlakı və istilik artır.

Nüvə sayı: Daha çox nüvə paralel tapşırıqların icrasını sürətləndirir. Gaming üçün 6-8, professional işlər üçün 16-32 nüvə ideal sayılır.

Keş yaddaş həcmi: Daha böyük keş yaddaşı tez-tez istifadə olunan məlumatların sürətli əldə edilməsini təmin edir.

TDP (Thermal Design Power): Prosessorun maksimum istilik ayrılması və enerji istehlakı göstəricisi. Vatt (W) ilə ölçülür.

İstehsal texnologiyası: Nanometr (nm) ilə ifadə olunur — 7nm, 5nm, 3nm. Kiçik rəqəm daha sıx tranzistor yerləşdirilməsi, daha az enerji istehlakı və daha yüksək performans deməkdir.

Hyper-Threading / SMT: Fiziki bir nüvənin iki virtual iş axınını (thread) eyni vaxtda idarə etməsi texnologiyası.

CPU istehsalçıları

Intel: Dünyanın ən böyük prosessor istehsalçısı. Core, Xeon, Pentium seriyalarını istehsal edir.

AMD (Advanced Micro Devices): Intel-in əsas rəqibi. Ryzen, EPYC, Threadripper seriyaları populyardır.

Apple: M1, M2, M3 seriyası ARM əsaslı prosessorlarla Mac kompüterlərində istifadə edir.

Qualcomm: Mobil cihazlar üçün Snapdragon prosessorları istehsal edir.

ARM Holdings: Prosessor dizaynlarını lisenziyalaşdırır, fiziki çip istehsal etmir.

IBM, Samsung, MediaTek: Digər mühüm oyunçular.

CPU-nun əhəmiyyəti və tətbiqi sahələri

Mərkəzi prosessor müasir texnologiyanın təməl daşıdır və onun əhəmiyyəti çox genişdir:

Kompüter performansı: CPU kompüterin ümumi sürətini və cavabdehlik qabiliyyətini birbaşa müəyyən edir. Güclü prosessor daha sürətli proqram işləməsi, oyun oynamaq, video montaj və render deməkdir.

İnnovasiya mühərriki: Süni intellekt, maşın öyrənməsi, məlumat təhlili, elmi modelləşdirmə kimi sahələr güclü prosessorlara ehtiyac duyur. Hətta xüsusi AI və GPU prosessorları da CPU ilə birlikdə işləyir.

Mobil texnologiya: Smartfon və planşetlərdəki ARM prosessorları milyardlarla insanın cibində güclü kompüter daşımasını mümkün etdi.

İnternet və bulud: Data mərkəzlərində minlərlə server prosessoru internet xidmətlərini, bulud hesablamalarını və onlayn platformaları işlətməyi təmin edir.

Avtomobil və IoT: Müasir avtomobillər onlarla prosessora malikdir — mühərrik idarəetməsindən avtonom sürüşə qədər. İnternetin Əşyaları (IoT) cihazları da kiçik, effektiv prosessorlarla işləyir.

Təhlükəsizlik və kriptoqrafiya: Prosessorlar şifrələmə, identifikasiya və təhlükəsizlik protokollarını icra edir.

Oyun sənayesi: E-idman və oyun dünyası yüksək performanslı prosessorlara ehtiyac duyur. 144+ FPS framerate üçün güclü CPU vacibdir.

CPU texnologiyasının gələcəyi

Prosessor texnologiyası daim inkişaf edir və gələcək istiqamətlər bunlardır:

Kvant hesablamaları: Kvant prosessorları ənənəvi bitlər əvəzinə kubitlərdən istifadə edərək nəhəng hesablama gücü vəd edir.

3D çip tərtibatı: Tranzistorları şaquli istiqamətdə yerləşdirərək daha çox güc kiçik sahəyə sığdırmaq.

Neyromorfiklik prosessorlar: İnsan beyninin işləmə prinsipini təqlid edən, AI üçün optimallaşdırılmış çiplər.

Fotona əsaslı hesablama: İşıq siqnallarından istifadə edən optik prosessorlar daha sürətli və enerjiyə qənaətcil ola bilər.

Heterogen arxitektura: CPU, GPU, AI accelerator və digər xüsusi prosessorların bir paketdə birləşməsi.

Nəticədə, mərkəzi prosessor informasiya texnologiyalarının ürəyi olaraq, rəqəmsal dünyamızın hər sahəsində kritik rol oynayır. Onun inkişafı Moore Qanununa uyğun olaraq davam edir və hər yeni nəsil prosessor insanlığa yeni texnoloji imkanlar açır.