सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (CPU)
vप्रोसेसर या सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट (सीपीयू) कंप्यूटर
हार्डवेयर का घटक है जो सिस्टम को दिए गए इंस्ट्रक्शन को एक्जीक्युट
करता है, डेटा को प्रोसेस करता है और सिस्टम के अन्य सभी हार्डवेयर कम्पोनेंट्स को
कंट्रोल करने के लिए सिग्नल भेजता है, जिससे
पूरा सिस्टम एक साथ काम कर सके.
सीपीयू कैसे बनता है तथा एक सीपीयू
में कितने ट्रांजिस्टर होते हैं
vसीपीयू बनाने के लिए शुद्ध सिलिकोन से निर्मित वेफर का उपयोग
किया जाता है. जिसका आकार लगभग माचिस के जैसा होता है. इस चिप में लाखों से लेकर
अरबों ट्रांजिस्टर होते हैं. इनकी संख्या सीपीयू के मॉडल और निर्माण के आधार पर
बहुत भिन्न होती है.
vडिवाइस से दर्जनों मेटल पिन निकलते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक
सिग्नल के लिए इनपुट और आउटपुट पोर्ट का कार्य करते हैं.
vसीपीयू को कंप्यूटर
का दिमाग माना जाता है.
प्रोसेसर की स्पीड
vप्रोसेसर की स्पीड को क्लोक स्पीड कहते हैं. इसे गीगाहर्ट्ज़
(GHz)
में मापा जाता है. यदि किसी प्रोसेसर की स्पीड 3 गीगाहर्ट्ज़
(GHz) है
तो इसका अर्थ यह है कि प्रोसेसर प्रति सेकेण्ड 3 अरब इंस्ट्रक्शन को रिसीव करके
उनको एक्जिक्यूट कर सकता है. वर्तमान में क्वालकॉम X85,
5G
दुनिया की सबसे अधिक स्पीड से कार्य करने वाला प्रोसेसर है.
इसकी स्पीड 12.5 गीगा हर्ट्ज़ है.
मानव मस्तिष्क और सीपीयू की तुलना
|
तुलना |
ब्रेन |
सीपीयू |
|
यूनिट |
न्यूरॉन्स
|
सिलिकॉन
ट्रांजिस्टर |
|
पावर |
बायो-केमिकल |
इलेक्ट्रिक |
|
कोशिकाओं
की संख्या |
200 अरब न्यूरॉन्स |
डिस्क
के लिए कुछ अरब बाइट्स और ट्रिलियन बाइट्स |
|
साइज
|
न्यूरॉन
साइज 10-6 मीटर |
सिंगल
ट्रांजिस्टर साइज 10-9 मीटर |
|
ऊर्जा
की खपत |
10-10 जूल प्रति ऑपरेशन
प्रति सेकंड |
10-16 जूल प्रति ऑपरेशन
प्रति सेकंड |
|
क्षमता
|
सीखना, विश्लेषण करना, एक समय में एक
कार्य और समस्या समाधान |
एक
समय में मल्टीटास्क प्रोग्रामिंग और समस्या समाधान |
|
याददाश्त |
कम
और ज्यादातर अस्थिर |
दीर्घकालिक
याददाश्त ज्यादातर स्थायी होती है |
|
भाषा |
मानव |
बाइनरी |
सी पी यू के कम्पोनेंट्स
vसी पी यू के 3 कम्पोनेंट्स – ए एल यू, कंट्रोल यूनिट और
मेमोरी यूनिट होते हैं -
ए एल यू (अर्थमेटिकल एण्ड लॉजिकल
यूनिट)
vए एल यू एक डिजिटल सर्किट है जो कंप्यूटर में अर्थमेटिक और
लॉजिक से संबंधित कार्यो को एक्जिक्यूट करता है. अर्थमेटिक एंड लॉजिक यूनिट (ALU) कंप्यूटर
के सी पी यू का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है जो अंकगणितीय (जोड़, घटाव, गुणा, भाग)
और तार्किक (AND, OR, NOT) गणनाएँ करता है. यह बाइनरी
डेटा पर काम करता है और कंट्रोल यूनिट (CU) से
निर्देश लेता है
कंट्रोल यूनिट
vकंट्रोल यूनिट सी पी यू का पार्ट होता है, यह प्रोसेसर और
कम्प्यूटर के अन्य फंक्शनल पार्टस के बीच गतिविधियों का समन्वय करती है. यह CPU और
कंप्यूटर सिस्टम के अन्य भागों के बीच डेटा और निर्देशों के प्रवाह को भी
नियंत्रित करता है.
vयह प्रोसेसर में अन्य कम्पोनेंट्स को मैनेज करने के साथ-साथ
इंस्ट्रक्शन्स के एक्जीक्यूशन को भी सिस्टेमैटिक करता है. कंट्रोल यूनिट
निम्नलिखित कार्यों के लिए जिम्मेदार है-
vइंस्ट्रक्शन्स को राईट सिक्वेंस में एक्जीक्यूट करना
vएक्जीक्यूट किए जाने वाले प्रत्येक इंस्ट्रक्शन्स को डिकोड
करना
vअन्य कम्पोनेंट्स को कंट्रोल सिगनल भेजना और रिसीव करना
vडेटा सही समय पर सही जगह पर पहुचाना
vकंट्रोल यूनिट में एक क्लॉक भी होता है, जो प्रोसेसर में
इंस्ट्रक्शन्स एक्जीक्यूट करने के रेट को कंट्रोल करता है.
मेमोरी यूनिट (रजिस्टर मेमोरी)
vसीपीयू चिप में सबसे छोटी लेकिन सबसे तेज मेमोरी पायी जाती
है, इसे रजिस्टर मेमोरी कहा जाता है. यह सीपीयू के सबसे करीब होती है, इसलिए
इसमें डेटा तक पहुँचने में सबसे कम समय लगता है.
vयह कंप्यूटर की सबसे छोटी मेमोरी इकाई है, जिसमें
एक शब्द (जैसे 32 या 64 बिट) डेटा संग्रहीत होता है. सीपीयू की प्रोसेसिंग गति
सीधे उसमें मौजूद रजिस्टरों की संख्या और आकार (बिट्स की संख्या) पर निर्भर करती
है. सभी डेटा को प्रोसेस होने से पहले रजिस्टरों से गुजरना पड़ता है, जो
सीपीयू के लिए डेटा की तत्काल पहुँच सुनिश्चित करता है.
कैश मेमरी
vकैश मेमोरी एक हाई-स्पीड मेमोरी है, जो
रजिस्टर मेमोरी यानी सी पी यू की मेमोरी और रैम यानी कम्प्यूटर की मेन मेमोरी के
बीच ब्रिज का कार्य करती है.
vसी पी यू को जब किसी डेटा की आवश्यकता होती है, तो
वह पहले कैश मेमोरी में उसे ढूंढता है. यदि डेटा कैश में मिल जाता है (जिसे 'कैश
हिट' कहते हैं), तो सी
पी यू उसे तुरंत प्राप्त कर लेता है, इससे प्रोसेसिंग तेज़ हो जाती है.
vअगर डेटा कैश में नहीं मिलता है ('कैश
मिस'), तो उसे मुख्य मेमोरी (RAM) से
लाया जाता है और भविष्य में तेज़ी से उपयोग के लिए कैश मेमोरी में भी कॉपी कर लिया
जाता है. इस प्रक्रिया से सी पी यू को धीमी मुख्य मेमोरी से बार-बार डेटा लाने से
बचाया जाता है, जिससे समग्र प्रदर्शन में वृद्धि होती है.
vआकार में छोटा होता है जो आम तौर पर 2 GB से
लेकर कुछ MB तक होता है.
कैश मेमोरी और रजिस्टर मेमोरी में
अंतर
|
कैश |
रजिस्टर |
|
कैश
मेमोरी कंप्यूटर की एक छोटी और तेज मेमोरी यूनिट है |
रजिस्टर
कंप्यूटर की सबसे छोटी और सबसे तेज मेमोरी यूनिट है |
|
एक्सेस
का समय तुलनात्मक रूप से अधिक है |
एक्सेस
का समय कैश यूनिट से कम है |
|
यह
एक अलग मेमोरी यूनिट है. |
यह
सी पी यू में स्थित एक मेमोरी यूनिट है. |
|
2 केबी से कुछ एमबी
डेटा का |
एक
शब्द यानी 64 बिट तक |
|
यह
हाल ही में उपयोग किए गए डेटा को स्टोर करता है |
यह
उस डेटा को स्टोर करता है जिसे सीपीयू वर्तमान में प्रोसेस कर रहा है |
|
जब
भी प्रोसेसर मुख्य मेमोरी से कुछ डेटा पढ़ता है तो यह कैश में इसकी एक कॉपी
सुरक्षित रखता है |
जब
भी प्रोसेसर स्मृति से ऑपरेंड की पहचान करता है तो यह उन्हें रजिस्टरों में रखता
है |
प्रोसेसर कैसे काम करता है? (फेचिंग -डिकोड-एक्जीक्यूशन साइकल)
vसीपीयू एक निश्चित प्रक्रिया का उपयोग करके कोई भी कार्य कर
सकता है, इस प्रक्रिया को फ़ेच-डिकोड-एक्जीक्यूशन साइकल के
रूप में जाना जाता है.
फेचिंग (रैम से निर्देशों तक
पहुँचना)
vकंप्यूटर सिस्टम का एक प्राथमिक घटक होने के नाते, सीपीयू
रैम (रैंडम एक्सेस मेमोरी) से डेटा, प्रोग्राम और अन्य कंप्यूटिंग कार्यों को करने
के लिए इंस्ट्रक्शन प्राप्त करता है. ये इंस्ट्रक्शन ऑपरेटिंग सिस्टम में स्टोर
होते हैं. रैम से डेटा लाने में कैश मेमोरी मदद करता है. यह एक्सेस करने के समय को
कम करता है.
डिकोडिंग
vइंस्ट्रक्शन डिकोडर इंस्ट्रक्शन्स को पढ़ता है और उस
इंस्ट्रक्शन के टुकड़ों को आवश्यक स्थानो पर भेजता है. इंस्ट्रक्शन मशीन लैग्वेज
में लिखे जाते हैं. प्रत्येक इंस्ट्रक्शन के लिए, कंट्रोल
यूनिट उस इंस्ट्रक्शन को एक्जीक्यूट करने के लिए आवश्यक पल्सों का क्रम उत्पन्न
करती है (प्रत्येक इंस्ट्रक्शन और उससे अगले इंस्ट्रक्शन लाने के लिए).
एक्जीक्यूशन
vफ़ेच और डीकोड के बाद, एक्जीक्यूशन
का नम्बर आता है. सीपीयू की संरचना के आधार पर, इसमें
एक ही क्रिया या क्रियाओं का एक क्रम शामिल हो सकता है. प्रत्येक क्रिया के दौरान, सीपीयू
के विभिन्न भाग इलेक्ट्रिकली आपस में जुड़ते हैं ताकि वे वांछित संचालन को पूरा या
आंशिक रूप से एक्जीक्यूशन कर सकें और फिर क्रिया पूरी हो जाती है. एक्जीक्यूशन रैम
द्वारा किया जाता है.
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