کابل فیبر نوری و هرآنچه در رابطه با آن باید بدانید

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری یا optical-fiber رشته باریک و بلندی از یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است که می تواند نوری را که از یک سمت وارد شده از سمت دیگر خارج کند. این کابل ها در یک لوله محافظ مناسب در محیطی که کابل نصب شده است، قرار می گیرند.

پهنای باند کابل های فیبر نوری بسیار بیشتر از کابل های معمولی می باشد، با فیبر نوری می توانید تلوزیون، تلفن، ویدئو کنفرانس و سایر داده ها را به آسانی با پهنای باند بالا تا حداکثر 10 گیگابیت منتقل کنید.

استفاده از کابل های فیبر نوری تقریباً روش جدیدی است که خانه و محل کار را به اینترنت متصل می نماید. وقتی اسمی از کابل های فیبر نوری به میان می آید، اولین چیزی که به ذهن هر کسی خطور می کند سرعت بالای انتقال می باشد. در واقع ، کابلهای فیبر نوری که برای اینترنت استفاده می شود دارای سرعت بالایی به خصوص در مسافت های طولانی هستند.

در واقع فیبر نوری اطلاعات را بصورت سیگنال های الکتریکی یا الکترومغناطیسی ارسال نکرده بلکه اطلاعات را بصورت نور با طول موج لیزر ارسال می کند. بنابراین، شما از یک طرف سیگنال دیتای خود را به پالس های نوری تبدیل و بصورت ۰ و ۱ نوری ارسال کرده و از طرف دیگر این صفر و یک ها را تشخیص داده و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند.

 

تاریخچه کابل فیبر نوری:

از طرفی دیگر ایده استفاده از شکست برای هدایت نور برای اولین بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques  Babinet در پاریس پیشنهاد شد. شاید بتوان گفت که اولین سیر تکامیلی سیستم ارتباط نوری توسط الکساندر گراهام بل در سال 1880 صورت گرفت. گراهام بل اختراع تلفن نوری یا فوتون یا سیستمی که صدا را تا فاصله چند صد متری منتقل می کند به ثبت رساند.

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح کردند. آن‌ها مبنای کار خود را دستیابی به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه قرار دادند. که البته این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از 20 دسی بل نباشد.

اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکائی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال 1966 میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل فیبر نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته ‌است.

همچنین در اوایل دهه شصت فعالیت های پژوهشی در زمینه فیبر نوری صورت گرفت که منجر به برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران شد و در سال 1367 کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. از این رو، استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به یکدیگر بپیوندند. در همان سال نیز نخستین خط مخابراتی نوری بین تهران و کرج به کار افتاد و تا به امروز ادامه دارد.

 

آشنایی با ساختار کابل فیبر نوری :

ساختار کابل فیبر نوری با توجه به نوع و کاربرد دارای اجزاء مختلفی هستند که این اجزا شامل موارد زیر است:

1. فیبر نوری
2. تیوب (محل قرار گیری فیبر نوری)
3. لایه های حفاظتی
4. روکش

 

1.فیبر نوری:

فیبر نوری به دو بخش اصلی تقسیم می شود:

 

• هسته (core): فیبر نوری از جنس شیشه (یا پلاستیک) است که سیگنال های نوری در آن حرکت می کنند.
• Cladding: که از جنس شیشه یا پلاستیک می باشد و دارای ضریب شکست متفاوتی است که باعث برگشت نور منعکس شده به داخل هسته می شود. فیبر نوری معمولا توسط Coting که یک لایه ی محافظتی در برابر شرایط محیطی است، پوشیده شده است.

2. تیوب (Tube):

تیوب ها اولین لایه مرکزی کابل هستند که تارهای فیبر طبق رنگ بندی های استاندارد درون آن قرار می گیرند. تعداد تیوب ها حداکثر تعداد رشته های فیبر درون کابل را نشان می دهد.

برای مثال هر تیوب می تواند حداکثر تا 6 تار فیبر را درون خود جای دهد پس اگر کابلی با 6 تیوب که هر تیوب 6 فیبر در خود جای می دهد داشته باشیم ،این کابل از حداکثر 36 تا هسته فیبر نوری پشتیبانی می کند. همچنین اگر تعداد تیوب ها از یک میزانی بیشتر شود، از یک محوری که معمولاً از جنس پلاستیکی (FRP) یا آهنی (Steel) است، برای جلوگیری از به هم تابیدگی آن ها استفاده می شود.

 

3ـ لایه های حفاظتی:

لایه های حفاظتی متنوعی وجود دارد که هر کدام از آنها وظیفه ی خاصی بر عهده دارند که عبارتند از:

• مواد ژله ای: این لایه خاصیت ضد آب و ضدخورندگی توسط جانوران را داشته و از فیبر نوری در برابر آب و جویدگی جانوران موذی محافظت می کند.
• لایه ها و یا نوارهای جاذب رطوبت: الیافی است از جنس پلی استر شبیه به پارچه که مهمترین وظیفه آن جذب رطوبت و جلوگیری از نفوذ آن به لایه های بعدی می باشد.
• آرمورد: پوشش فلزی از جنس آهن یا آلومینیوم است که از فیبر در برابر ضربات و صدمات محافظت می کند.

 

4ـ روکش ها:

روکش ها بیرونی ترین لایه های کابل هستند که عموماً از جنس پلی اتیلن که مقاومت و انعطاف پذیری بالایی دارند و PVC که خصوصیت بارز آن انعطاف بالای آن ها می باشد، ساخته می شوند. PE ها خود از چهار نوع High Density، Middle Density، Low Density، LSZH تشکیل می شوند که هر یک دارای ویژگی های خاصی هستند:

• High Density مقاومت بالایی دارد اما انعطاف پذیری آن ها پایین است.
• Middle Density که مقاومت و انعطاف پذیری آن ها در یک سطح می باشد.
• Low Density که دارای مقاومت پایین و انعطاف پذیری بالایی هستند.
• LSZH ضد اشتعال می باشد.

انواع کابل فیبر نوری:

کابل های فیبر نوری به طور کلی به دو دسته Single mode و Multi mode دسته بندی می شوند:

• Single mode:

کابل های فیبر نوری Single mode یا تک حالته نور را به طور مستقیم و بدون شکست عبور می دهند. قطر کابل های فیبر نوری تک حالته نسبتا باریک و تقریبا برابر 8.3 تا 10 میکرون است، که اجازه انتقال تنها یک حالت یا اشعه ی نور در فاصله ی 1310nm یا 1550nm می دهد.

به همین دلیل هنگامی که نور در هسته ی فیبر نوری single mode جا به جا می شود، یک انعکاس کوتاه تولید می شود. این امر باعث می شود که ضریب استهلاک فیبر کاهش یابد و این توانایی را ایجاد می کند که سیگنال بتواند جلوتر برود.

در نتیجه کابل فیبر نوری تک حالته در مسافت های طولانی و اپلیکیشن هایی که دارای پهنای باند بالایی هستند، مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این کابل ها پهنای باند بالاتری نسبت به کابل های چند حالته دارند و به یک منبع نوری با عرض طیفی باریک نیاز دارند. فیبرنوری تک حالته سرعت انتقال بالاتری را در اختیار شما قرار می دهد و تا 50 برابر فاصله بیشتر از کابل های فیبر نوری چند حالته ارائه می دهند، در نتیجه قیمت این کابل ها بیشتر می باشد.

 

• Multimode:

کابل های فیبر نوری چند حالته یا Multimode ازالیاف شیشه ای ساخته شده اند که  قطر هسته آن ها تقریبا برابر 50 تا 100 میکرون است و سایز معمول آن ها تقریبا برابر 62.5 است. این نوع کابل ها، چند حالت را به صورت همزمان انتقال می دهند در نتیجه، داده های بیشتری می توانند از هسته ی کابل فیبر نوری Multimode در یک زمان عبور کنند. منبع نوری این کابل‌ها LED ها هستند و نور را در پرتوهای متفاوت با طول موج‌های متنوعی منتشر می‌کنند که این پرتوها بسته به نوع کابل، شکل انتشارهای مختلفی را در طول کابل دارند.

 کابل‌هایSingle mode  به دو دسته OS1 و OS2 تقسیم می‌شوند. که تفاوت این دو دسته در طول موج و نحوه انتشار نور در هسته آن ها می‌باشد.

کابل‌های Multi mode به پنج  دسته OM1، OM2، OM3، OM4 و OM5 تقسیم می‌شوند. در کابل‌های نوع OM1,OM2 نور با برخورد به دیواره clad شکسته می‌شود و طول کابل را طی می‌کند که تکنولوژی ساخت هسته این نوع کابل‌ها step-index نامیده می شود.
اما، در کابل‌های نوع OM3,OM4 هسته کابل با تکنولوژی Graded-index تولید می‌شود که در این نوع کابل ها نور پس از چندین بار شکست، زمانی که به پوشش clad کابل برخورد می کند، با ضریب شکست و انحراف بسیار کمی در طی طول کابل منتشر می شود. همچنین به تکنولوژی ساخت کابل‌های OM3,OM4، تکنولوژی فیبرهای متحد المرکز نیز گفته می‌شود.

انواع فیبر نوری Single Mode:

کابل Single Mode دارای هسته بسیار کوچکتر (8-9um) نسبت به کابل Multimode است و از یک مسیر (حالت) برای حمل نور استفاده می کند. تفاوت اصلی بین OS1 و OS2، ساختار کابل است نه مشخصات نوری.

 

-OS1 Single Mode :

هر فیبر دارای پوشش دو لایه محافظ خاص خود (کدگذاری شده برای شناسایی) است. یک لایه پلاستیکی و دیگری آکریلات ضد آب است. بافر محکم اجازه می دهد تا کابل سبک تر و انعطاف پذیرتر باشد و نسبت به خرد شدن مقاوم باشد. کاربرد این کابل های فیبر نوری در داخل ساختمان حلقه های محلی از راه دور، LAN ها و پیوندهای نقطه به نقطه در شهرها ، ساختمان ها ، کارخانه ها ، پارک های اداری یا پردیس ها می باشد

 

-OS2 Single Mode:

 

همه فیبرها به غیر از پوشش بیرونی آنها لخت هستند. هر فیبر دارای یک پوشش رنگی برای شناسایی است. به غیر از این پوشش، فیبر درون یک لوله ناهموار و مقاوم در برابر سایش ، که معمولاً با ژل نوری پر شده است و الیاف را از رطوبت محافظت می کند ، شناور می باشد. OS2 می تواند از سرعت بیش از 100G و مسافت بیش از 200 کیلومتر (124 مایل) پشتیبانی کند. کابرد این کابل های فیبر نوری در خطوط راه آهن و راه های باریک راه دور telco ، استفاده در خیابان ها و غیره می باشد.

 

انواع فیبر نوری Multimode:

مشخصات الیاف چند حالته توسط استاندارد ISO / IEC 11801 مشخص شده است. در کابل های نوری Multimode سیگنال های نوری هنگام حرکت به سمت هسته، نور را در چندین مسیر پراکنده می کند. این امر باعث پهنای باند بالاتر در مسافت های کوتاه تا متوسط می شود.

با این حال، در کابل های طولانی تر، چندین مسیر از نور می تواند باعث انحراف در انتهای مسیر شده و در نتیجه انتقال داده ها نامشخص و ناقص صورت گیرد. به همین دلیل، Multimode ها تنها برای مسافت های کوتاه استفاده می شود.

ـ OM1:

رنگ کاور: نارنجی

اندازه هسته: 62.5میکرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

کاربرد: شبکه های مسافت کوتاه ، شبکه های محلی (LAN) و شبکه های خصوصی

 

ـ OM2:

رنگ کاور: نارنجی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 600 متر

کاربرد: شبکه های مسافت کوتاه ، شبکه های محلی (LAN) و شبکه های خصوصی

عموماً برای مسافت های کوتاهتر مورد استفاده قرار می گیرد. و فاصله ای که می تواند طی کند دو برابر OM1 می باشد.

 

ـ OM3:

رنگ کاور: آبی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

از نور کمتری استفاده می کند و باعث افزایش سرعت می شود.

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجرای 40 گیگابایت یا 100 گیگابایت تا 100 متر است.

کاربرد: شبکه های خصوصی بزرگتر

 

ـ OM4:

رنگ کاور: آبی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 550 متر

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجرای 100 گیگابایت تا 150 متر هستید

کاربرد: شبکه های پر سرعت ، مراکز داده ، مراکز مالی و شرکت های بزرگ

 

ـ OM5:

رنگ کاور: سبز لیمویی

کاملاً با کابل کشی OM3 و OM4 سازگار است.

از طیف وسیع تری از طول موج بین 850nm و 953nm استفاده می کند.

طراحی شده برای پشتیبانی از چند طول موج کوتاه (SWDM).

می تواند 40 گیگابایت بر ثانیه و 100 گیگابایت بر ثانیه را انتقال دهد.

کاربرد: شبکه ها و مراکز داده با سرعت بالا که نیاز به مسافت بیشتر و سرعت بالاتری دارند.

نحوه انتخاب صحیح کابل فیبر نوری Single mode و Multimode:

این امر به فاصله انتقال تحت پوشش و همچنین بودجه کلی بستگی دارد. اگر فاصله از چند مایل کمتر باشد، کابل  فیبر نوری چند حالته انتخاب مناسبی است و هزینه های سیستم انتقال (فرستنده و گیرنده) پایین خواهد بود. اگر مسافت تحت پوشش بیش از 3 تا 5 مایل باشد، کابل فیبر نوری تک حالته گزینه ی مناسبی خواهد بود. سیستم های انتقال که برای استفاده با این فیبر طراحی شده اند ، معمولاً هزینه ی بالاتری به دلیل افزایش هزینه دیود لیزر خواهند داشت.

کابل های فیبر نوری از نظر شیوه قرار گرفتن تارها، خصوصیات کابل و پوشش به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

• (Indoor (Tight Buffer
• (Outdoor ( Loose tube
• Indoor & Outdoor

ـ کابل های (Indoor (Tight Buffer :

این دسته کابل‌هایی هستند که در درون ساختمان (Indoor) مورد استفاده قرار می گیرند. پوشش داخلی این کابل‌ها، Buffer Tight است که رشته نخ‌هایی هستند که به دور کابل پیچیده شده‌اند و قطر این روکش ها 900 میکرومتر است. هسته این کابل ها توسط پوشش دو لایه محافظت می شود، لایه اول از جنس پلاستیک است و لایه دوم از جنس اکلیریک ضد آب می باشد که به صورت مستقیم روی فیبر قرار می‌گیرند و از ضربه‌های کوچک به فیبر جلوگیری می‌کنند.

این پوشش ها باعث افزایش انعطاف پذیری کابل می‌شوند، در نتیجه استفاده از آن را برای کاربردهای مختلف آسان تر خواهد بود. همچنین این کابل ها بسیار مقاوم تر از کابل های loose-tube می باشند. کابل های Tight Buffer مناسب برای اتصالات WAN یا LAN با طول متوسط، مسافت های داخلی طولانی و برای استفاده در زیر آب مناسب می باشند.

 

ـ کابل های (Outdoor (Loose tube :

پوشش این دسته از کابل‌ها Loose tube است و برای استفاده در محیط های بیرونی و فضاهای باز طراحی شده اند. در روش Loose-Tube تارهای فیبر نوری در یک تیوب پلاستیکی نسبتا سفت و سخت به‌ نحوی قرار می‌گیرند که آزادانه امکان حرکت داشته باشند.

بسیاری از کابل های Loose tube دارای ژل مقاوم در برابر آب در اطراف فیبرها می باشند. این ژل از فیبرها در برابر رطوبت محافظت می کند، در نتیجه این کابل ها برای محیط هایی با رطوبت بالا ایده آل می باشند. لوله های پر شده با ژل نیز می توانند با تغییرات دما گسترش یابد یا منقبض شوند. دو نوع کابل Loose Tube وجود دارد که عبارتند از:

• Central-Tube :

این کابل ها، برای Backbone خارجی کاربرد دارد و نصب و راه اندازی این نوع کابل ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان می باشد. کابل های Central-Tube  دارای یک لوله تو خالی هستند که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارد و اطراف آن ها با ژل پر شده است.

• Stranded-Tube :

این کابل ها، برای Backbone خارجی کاربرد دارد و نصب و راه اندازی این نوع از کابل ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان می باشد و دارای چندین لوله تو خالی هستند که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارند که اطراف آن ها با ژل پر شده است. این کابل‌ها همچنین دارای عایق مقاوم مرکزی هستند که از Kink یا خم شدن زیاد جلوگیری می کند.

ـ کابل های Indoor & Outdoor:

این دسته کابل‌هایی هستند که هم در داخل و هم در خارج ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و برخی از ویژگی‌های هر دو نوع کابل‌های Indoor و Outdoor را دارند.

 

رنگ بندی کابل های فیبر نوری:

کد رنگ کابل فیبر نوری سیستمی است که به ما کمک می کند تا نوع فیبر را به صورت بصری از رنگ روکش فیبر، کانکتور فیبر، بوت فیبر و غیره تشخیص دهیم. رمزگذاری رنگ فیبر نوری برای مهندسین فیبر نوری در حین اتصال کاربردی می باشد، زیرا فیبرهای رنگی به اطمینان از تداوم کدهای رنگی در طی اجرای کابل کمک می کنند. بنابراین، کدگذاری رنگ کابل های فیبر در ارتباطات فیبر نوری مانند کدگذاری رنگ جفت های پیچ خورده در سیستم های سیم کشی مسی ضروری و مهم می باشد. این رنگبندی شامل دو بخش بیرونی و داخلی:

 

ـ کد رنگ روکش خارجی:

رنگ روکش بیرونی فیبر و همچنین چاپ روی کابل فیبر نوری در انواع کابل های نوری از جمله توزیع شده، کابل های به هم پیوسته و کابل های Breakout معیار مهمی جهت شناسایی نوع فیبر، اندازه قطر تارهای نوری و تعداد فیبر می باشد.

با توجه به استاندارد EIA/TIA-598 کد رنگ فیبر، کد های رنگ روکش را برای انواع فیبر تعریف می کند. بنابراین شما می توانید کابل های فیبر نوری ای را که تنها شامل یک نوع فیبر هستند به راحتی از روی رنگ روکش آن ها تشخیص دهید.

منبع : همه چیزهایی که شما باید در مورد کابل های فیبر نوری بدانید

کابل فیبر نوری و هرآنچه در رابطه با آن باید بدانید

فیبر نوری چیست؟

فیبر نوری یا optical-fiber رشته باریک و بلندی از یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک است که می تواند نوری را که از یک سمت وارد شده از سمت دیگر خارج کند. این کابل ها در یک لوله محافظ مناسب در محیطی که کابل نصب شده است، قرار می گیرند.

پهنای باند کابل های فیبر نوری بسیار بیشتر از کابل های معمولی می باشد، با فیبر نوری می توانید تلوزیون، تلفن، ویدئو کنفرانس و سایر داده ها را به آسانی با پهنای باند بالا تا حداکثر 10 گیگابیت منتقل کنید.

استفاده از کابل های فیبر نوری تقریباً روش جدیدی است که خانه و محل کار را به اینترنت متصل می نماید. وقتی اسمی از کابل های فیبر نوری به میان می آید، اولین چیزی که به ذهن هر کسی خطور می کند سرعت بالای انتقال می باشد. در واقع ، کابلهای فیبر نوری که برای اینترنت استفاده می شود دارای سرعت بالایی به خصوص در مسافت های طولانی هستند.

در واقع فیبر نوری اطلاعات را بصورت سیگنال های الکتریکی یا الکترومغناطیسی ارسال نکرده بلکه اطلاعات را بصورت نور با طول موج لیزر ارسال می کند. بنابراین، شما از یک طرف سیگنال دیتای خود را به پالس های نوری تبدیل و بصورت ۰ و ۱ نوری ارسال کرده و از طرف دیگر این صفر و یک ها را تشخیص داده و به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند.

 

تاریخچه کابل فیبر نوری:

از طرفی دیگر ایده استفاده از شکست برای هدایت نور برای اولین بار در سال 1840 توسط Daniel Colladon و Jacques  Babinet در پاریس پیشنهاد شد. شاید بتوان گفت که اولین سیر تکامیلی سیستم ارتباط نوری توسط الکساندر گراهام بل در سال 1880 صورت گرفت. گراهام بل اختراع تلفن نوری یا فوتون یا سیستمی که صدا را تا فاصله چند صد متری منتقل می کند به ثبت رساند.

کاکو و کوکهام انگلیسی برای اولین بار استفاده از شیشه را بعنوان محیط انتشار مطرح کردند. آن‌ها مبنای کار خود را دستیابی به سرعتی حدود 100 مگابیت بر ثانیه و بیشتر بر روی محیط‌های انتشار شیشه قرار دادند. که البته این سرعت انتقال با تضعیف زیاد انرژی همراه بود. این دو محقق انگلیسی، کاهش انرژی را تا آنجا می‌پذیرفتند که کمتر از 20 دسی بل نباشد.

اگر چه آنان در رسیدن به هدف خود ناکام ماندند، اما شرکت آمریکائی (کورنینگ گلس) به این هدف دست یافت. در اوایل سال 1960 میلادی با اختراع اشعه لیزر ارتباطات فیبرنوری ممکن گردید. در سال 1966 میلادی، دانشمندان در این نظریه که نور در الیاف شیشه‌ای هدایت می‌شود پیشرفت کردند که حاصل آن از کابلهای معمولی بسیار سودمندتر بود. چرا که فیبرنوری بسیار سبکتر و ارزانتر از کابل مسی است و در عین حال ظرفیت انتقالی تا چندین هزار برابر کابل مسی دارد.

توسعه فناوری فیبرنوری از سال 1980 میلادی به بعد باعث شد که همواره مخابرات نوری بعنوان یک انتخاب مناسب مطرح باشد. تا سال 1985 میلادی در دنیا نزدیک به 2 میلیون کیلومتر کابل فیبر نوری نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته ‌است.

همچنین در اوایل دهه شصت فعالیت های پژوهشی در زمینه فیبر نوری صورت گرفت که منجر به برپایی مجتمع تولید فیبر نوری در پونک تهران شد و در سال 1367 کارخانه تولید فیبر نوری در یزد به بهره برداری رسید. از این رو، استفاده از کابل‌های نوری در دیگر شهرهای بزرگ ایران آغاز شد تا در آینده نزدیک از طریق یک شبکه ملی مخابرات نوری به یکدیگر بپیوندند. در همان سال نیز نخستین خط مخابراتی نوری بین تهران و کرج به کار افتاد و تا به امروز ادامه دارد.

 

آشنایی با ساختار کابل فیبر نوری :

ساختار کابل فیبر نوری با توجه به نوع و کاربرد دارای اجزاء مختلفی هستند که این اجزا شامل موارد زیر است:

1. فیبر نوری
2. تیوب (محل قرار گیری فیبر نوری)
3. لایه های حفاظتی
4. روکش

 

1.فیبر نوری:

فیبر نوری به دو بخش اصلی تقسیم می شود:

 

• هسته (core): فیبر نوری از جنس شیشه (یا پلاستیک) است که سیگنال های نوری در آن حرکت می کنند.
• Cladding: که از جنس شیشه یا پلاستیک می باشد و دارای ضریب شکست متفاوتی است که باعث برگشت نور منعکس شده به داخل هسته می شود. فیبر نوری معمولا توسط Coting که یک لایه ی محافظتی در برابر شرایط محیطی است، پوشیده شده است.

2. تیوب (Tube):

تیوب ها اولین لایه مرکزی کابل هستند که تارهای فیبر طبق رنگ بندی های استاندارد درون آن قرار می گیرند. تعداد تیوب ها حداکثر تعداد رشته های فیبر درون کابل را نشان می دهد.

برای مثال هر تیوب می تواند حداکثر تا 6 تار فیبر را درون خود جای دهد پس اگر کابلی با 6 تیوب که هر تیوب 6 فیبر در خود جای می دهد داشته باشیم ،این کابل از حداکثر 36 تا هسته فیبر نوری پشتیبانی می کند. همچنین اگر تعداد تیوب ها از یک میزانی بیشتر شود، از یک محوری که معمولاً از جنس پلاستیکی (FRP) یا آهنی (Steel) است، برای جلوگیری از به هم تابیدگی آن ها استفاده می شود.

 

3ـ لایه های حفاظتی:

لایه های حفاظتی متنوعی وجود دارد که هر کدام از آنها وظیفه ی خاصی بر عهده دارند که عبارتند از:

• مواد ژله ای: این لایه خاصیت ضد آب و ضدخورندگی توسط جانوران را داشته و از فیبر نوری در برابر آب و جویدگی جانوران موذی محافظت می کند.
• لایه ها و یا نوارهای جاذب رطوبت: الیافی است از جنس پلی استر شبیه به پارچه که مهمترین وظیفه آن جذب رطوبت و جلوگیری از نفوذ آن به لایه های بعدی می باشد.
• آرمورد: پوشش فلزی از جنس آهن یا آلومینیوم است که از فیبر در برابر ضربات و صدمات محافظت می کند.

 

4ـ روکش ها:

روکش ها بیرونی ترین لایه های کابل هستند که عموماً از جنس پلی اتیلن که مقاومت و انعطاف پذیری بالایی دارند و PVC که خصوصیت بارز آن انعطاف بالای آن ها می باشد، ساخته می شوند. PE ها خود از چهار نوع High Density، Middle Density، Low Density، LSZH تشکیل می شوند که هر یک دارای ویژگی های خاصی هستند:

• High Density مقاومت بالایی دارد اما انعطاف پذیری آن ها پایین است.
• Middle Density که مقاومت و انعطاف پذیری آن ها در یک سطح می باشد.
• Low Density که دارای مقاومت پایین و انعطاف پذیری بالایی هستند.
• LSZH ضد اشتعال می باشد.

انواع کابل فیبر نوری:

کابل های فیبر نوری به طور کلی به دو دسته Single mode و Multi mode دسته بندی می شوند:

• Single mode:

کابل های فیبر نوری Single mode یا تک حالته نور را به طور مستقیم و بدون شکست عبور می دهند. قطر کابل های فیبر نوری تک حالته نسبتا باریک و تقریبا برابر 8.3 تا 10 میکرون است، که اجازه انتقال تنها یک حالت یا اشعه ی نور در فاصله ی 1310nm یا 1550nm می دهد.

به همین دلیل هنگامی که نور در هسته ی فیبر نوری single mode جا به جا می شود، یک انعکاس کوتاه تولید می شود. این امر باعث می شود که ضریب استهلاک فیبر کاهش یابد و این توانایی را ایجاد می کند که سیگنال بتواند جلوتر برود.

در نتیجه کابل فیبر نوری تک حالته در مسافت های طولانی و اپلیکیشن هایی که دارای پهنای باند بالایی هستند، مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این کابل ها پهنای باند بالاتری نسبت به کابل های چند حالته دارند و به یک منبع نوری با عرض طیفی باریک نیاز دارند. فیبرنوری تک حالته سرعت انتقال بالاتری را در اختیار شما قرار می دهد و تا 50 برابر فاصله بیشتر از کابل های فیبر نوری چند حالته ارائه می دهند، در نتیجه قیمت این کابل ها بیشتر می باشد.

 

• Multimode:

کابل های فیبر نوری چند حالته یا Multimode ازالیاف شیشه ای ساخته شده اند که  قطر هسته آن ها تقریبا برابر 50 تا 100 میکرون است و سایز معمول آن ها تقریبا برابر 62.5 است. این نوع کابل ها، چند حالت را به صورت همزمان انتقال می دهند در نتیجه، داده های بیشتری می توانند از هسته ی کابل فیبر نوری Multimode در یک زمان عبور کنند. منبع نوری این کابل‌ها LED ها هستند و نور را در پرتوهای متفاوت با طول موج‌های متنوعی منتشر می‌کنند که این پرتوها بسته به نوع کابل، شکل انتشارهای مختلفی را در طول کابل دارند.

 کابل‌هایSingle mode  به دو دسته OS1 و OS2 تقسیم می‌شوند. که تفاوت این دو دسته در طول موج و نحوه انتشار نور در هسته آن ها می‌باشد.

کابل‌های Multi mode به پنج  دسته OM1، OM2، OM3، OM4 و OM5 تقسیم می‌شوند. در کابل‌های نوع OM1,OM2 نور با برخورد به دیواره clad شکسته می‌شود و طول کابل را طی می‌کند که تکنولوژی ساخت هسته این نوع کابل‌ها step-index نامیده می شود.
اما، در کابل‌های نوع OM3,OM4 هسته کابل با تکنولوژی Graded-index تولید می‌شود که در این نوع کابل ها نور پس از چندین بار شکست، زمانی که به پوشش clad کابل برخورد می کند، با ضریب شکست و انحراف بسیار کمی در طی طول کابل منتشر می شود. همچنین به تکنولوژی ساخت کابل‌های OM3,OM4، تکنولوژی فیبرهای متحد المرکز نیز گفته می‌شود.

انواع فیبر نوری Single Mode:

کابل Single Mode دارای هسته بسیار کوچکتر (8-9um) نسبت به کابل Multimode است و از یک مسیر (حالت) برای حمل نور استفاده می کند. تفاوت اصلی بین OS1 و OS2، ساختار کابل است نه مشخصات نوری.

 

-OS1 Single Mode :

هر فیبر دارای پوشش دو لایه محافظ خاص خود (کدگذاری شده برای شناسایی) است. یک لایه پلاستیکی و دیگری آکریلات ضد آب است. بافر محکم اجازه می دهد تا کابل سبک تر و انعطاف پذیرتر باشد و نسبت به خرد شدن مقاوم باشد. کاربرد این کابل های فیبر نوری در داخل ساختمان حلقه های محلی از راه دور، LAN ها و پیوندهای نقطه به نقطه در شهرها ، ساختمان ها ، کارخانه ها ، پارک های اداری یا پردیس ها می باشد

 

-OS2 Single Mode:

 

همه فیبرها به غیر از پوشش بیرونی آنها لخت هستند. هر فیبر دارای یک پوشش رنگی برای شناسایی است. به غیر از این پوشش، فیبر درون یک لوله ناهموار و مقاوم در برابر سایش ، که معمولاً با ژل نوری پر شده است و الیاف را از رطوبت محافظت می کند ، شناور می باشد. OS2 می تواند از سرعت بیش از 100G و مسافت بیش از 200 کیلومتر (124 مایل) پشتیبانی کند. کابرد این کابل های فیبر نوری در خطوط راه آهن و راه های باریک راه دور telco ، استفاده در خیابان ها و غیره می باشد.

 

انواع فیبر نوری Multimode:

مشخصات الیاف چند حالته توسط استاندارد ISO / IEC 11801 مشخص شده است. در کابل های نوری Multimode سیگنال های نوری هنگام حرکت به سمت هسته، نور را در چندین مسیر پراکنده می کند. این امر باعث پهنای باند بالاتر در مسافت های کوتاه تا متوسط می شود.

با این حال، در کابل های طولانی تر، چندین مسیر از نور می تواند باعث انحراف در انتهای مسیر شده و در نتیجه انتقال داده ها نامشخص و ناقص صورت گیرد. به همین دلیل، Multimode ها تنها برای مسافت های کوتاه استفاده می شود.

ـ OM1:

رنگ کاور: نارنجی

اندازه هسته: 62.5میکرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

کاربرد: شبکه های مسافت کوتاه ، شبکه های محلی (LAN) و شبکه های خصوصی

 

ـ OM2:

رنگ کاور: نارنجی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 1Gb  850nm

فاصله: تا 600 متر

کاربرد: شبکه های مسافت کوتاه ، شبکه های محلی (LAN) و شبکه های خصوصی

عموماً برای مسافت های کوتاهتر مورد استفاده قرار می گیرد. و فاصله ای که می تواند طی کند دو برابر OM1 می باشد.

 

ـ OM3:

رنگ کاور: آبی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 300 متر

از نور کمتری استفاده می کند و باعث افزایش سرعت می شود.

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجرای 40 گیگابایت یا 100 گیگابایت تا 100 متر است.

کاربرد: شبکه های خصوصی بزرگتر

 

ـ OM4:

رنگ کاور: آبی

اندازه هسته: 50میکرومتر

نرخ داده: طول موج 10Gb  850nm

فاصله: تا 550 متر

با استفاده از اتصال MPO قادر به اجرای 100 گیگابایت تا 150 متر هستید

کاربرد: شبکه های پر سرعت ، مراکز داده ، مراکز مالی و شرکت های بزرگ

 

ـ OM5:

رنگ کاور: سبز لیمویی

کاملاً با کابل کشی OM3 و OM4 سازگار است.

از طیف وسیع تری از طول موج بین 850nm و 953nm استفاده می کند.

طراحی شده برای پشتیبانی از چند طول موج کوتاه (SWDM).

می تواند 40 گیگابایت بر ثانیه و 100 گیگابایت بر ثانیه را انتقال دهد.

کاربرد: شبکه ها و مراکز داده با سرعت بالا که نیاز به مسافت بیشتر و سرعت بالاتری دارند.

نحوه انتخاب صحیح کابل فیبر نوری Single mode و Multimode:

این امر به فاصله انتقال تحت پوشش و همچنین بودجه کلی بستگی دارد. اگر فاصله از چند مایل کمتر باشد، کابل  فیبر نوری چند حالته انتخاب مناسبی است و هزینه های سیستم انتقال (فرستنده و گیرنده) پایین خواهد بود. اگر مسافت تحت پوشش بیش از 3 تا 5 مایل باشد، کابل فیبر نوری تک حالته گزینه ی مناسبی خواهد بود. سیستم های انتقال که برای استفاده با این فیبر طراحی شده اند ، معمولاً هزینه ی بالاتری به دلیل افزایش هزینه دیود لیزر خواهند داشت.

کابل های فیبر نوری از نظر شیوه قرار گرفتن تارها، خصوصیات کابل و پوشش به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

• (Indoor (Tight Buffer
• (Outdoor ( Loose tube
• Indoor & Outdoor

ـ کابل های (Indoor (Tight Buffer :

این دسته کابل‌هایی هستند که در درون ساختمان (Indoor) مورد استفاده قرار می گیرند. پوشش داخلی این کابل‌ها، Buffer Tight است که رشته نخ‌هایی هستند که به دور کابل پیچیده شده‌اند و قطر این روکش ها 900 میکرومتر است. هسته این کابل ها توسط پوشش دو لایه محافظت می شود، لایه اول از جنس پلاستیک است و لایه دوم از جنس اکلیریک ضد آب می باشد که به صورت مستقیم روی فیبر قرار می‌گیرند و از ضربه‌های کوچک به فیبر جلوگیری می‌کنند.

این پوشش ها باعث افزایش انعطاف پذیری کابل می‌شوند، در نتیجه استفاده از آن را برای کاربردهای مختلف آسان تر خواهد بود. همچنین این کابل ها بسیار مقاوم تر از کابل های loose-tube می باشند. کابل های Tight Buffer مناسب برای اتصالات WAN یا LAN با طول متوسط، مسافت های داخلی طولانی و برای استفاده در زیر آب مناسب می باشند.

 

ـ کابل های (Outdoor (Loose tube :

پوشش این دسته از کابل‌ها Loose tube است و برای استفاده در محیط های بیرونی و فضاهای باز طراحی شده اند. در روش Loose-Tube تارهای فیبر نوری در یک تیوب پلاستیکی نسبتا سفت و سخت به‌ نحوی قرار می‌گیرند که آزادانه امکان حرکت داشته باشند.

بسیاری از کابل های Loose tube دارای ژل مقاوم در برابر آب در اطراف فیبرها می باشند. این ژل از فیبرها در برابر رطوبت محافظت می کند، در نتیجه این کابل ها برای محیط هایی با رطوبت بالا ایده آل می باشند. لوله های پر شده با ژل نیز می توانند با تغییرات دما گسترش یابد یا منقبض شوند. دو نوع کابل Loose Tube وجود دارد که عبارتند از:

• Central-Tube :

این کابل ها، برای Backbone خارجی کاربرد دارد و نصب و راه اندازی این نوع کابل ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان می باشد. کابل های Central-Tube  دارای یک لوله تو خالی هستند که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارد و اطراف آن ها با ژل پر شده است.

• Stranded-Tube :

این کابل ها، برای Backbone خارجی کاربرد دارد و نصب و راه اندازی این نوع از کابل ها در داکت، تونل، تیوپ و شیارها آسان می باشد و دارای چندین لوله تو خالی هستند که فیبرهای نوری درون آن‌ها قرار دارند که اطراف آن ها با ژل پر شده است. این کابل‌ها همچنین دارای عایق مقاوم مرکزی هستند که از Kink یا خم شدن زیاد جلوگیری می کند.

ـ کابل های Indoor & Outdoor:

این دسته کابل‌هایی هستند که هم در داخل و هم در خارج ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و برخی از ویژگی‌های هر دو نوع کابل‌های Indoor و Outdoor را دارند.

 

رنگ بندی کابل های فیبر نوری:

کد رنگ کابل فیبر نوری سیستمی است که به ما کمک می کند تا نوع فیبر را به صورت بصری از رنگ روکش فیبر، کانکتور فیبر، بوت فیبر و غیره تشخیص دهیم. رمزگذاری رنگ فیبر نوری برای مهندسین فیبر نوری در حین اتصال کاربردی می باشد، زیرا فیبرهای رنگی به اطمینان از تداوم کدهای رنگی در طی اجرای کابل کمک می کنند. بنابراین، کدگذاری رنگ کابل های فیبر در ارتباطات فیبر نوری مانند کدگذاری رنگ جفت های پیچ خورده در سیستم های سیم کشی مسی ضروری و مهم می باشد. این رنگبندی شامل دو بخش بیرونی و داخلی:

 

ـ کد رنگ روکش خارجی:

رنگ روکش بیرونی فیبر و همچنین چاپ روی کابل فیبر نوری در انواع کابل های نوری از جمله توزیع شده، کابل های به هم پیوسته و کابل های Breakout معیار مهمی جهت شناسایی نوع فیبر، اندازه قطر تارهای نوری و تعداد فیبر می باشد.

با توجه به استاندارد EIA/TIA-598 کد رنگ فیبر، کد های رنگ روکش را برای انواع فیبر تعریف می کند. بنابراین شما می توانید کابل های فیبر نوری ای را که تنها شامل یک نوع فیبر هستند به راحتی از روی رنگ روکش آن ها تشخیص دهید.

منبع : همه چیزهایی که شما باید در مورد کابل های فیبر نوری بدانید

CPU چیست و هر آنچه در رابطه با آن باید بدانید

CPU یا پردازشگر چیست؟

هر کامپیوتر به مادربرد و هر مادربرد به CPU نیاز دارد. CPU مخفف کلمه Central Processing Unit به معنی واحد پردازش مرکزی می باشد، که تعیین می کند یک کامپیوتر چقدر می تواند همزمان پردازش کرده و با چه سرعتی می تواند آن داده ها را اداره کند. در واقع سی پی یو قلب سرور یا کامپیوتر شماست. در واقع هر آنچه که ما با رایانه ها و سرورها انجام می دهیم به خاطر وجود این پردازنده ها است.

حال پردازنده چگونه این کار را انجام می دهد؟سه عمل مهم که در تمامی کامپیوترهای رومیزی، لپ‌تاپ‌، سرور و حتی سوپرکامپیوترها بر عهده­ این واحد گذاشته شده است که به شرح زیر است:

• Fetch: واکشی
• Decode: رمز گشایی
• Execute: اجرا

تفاوتی ندارد پردازنده سرور باشد یا یک رایانه خانگی این سه عمل پیچیده، دقیقا به ترتیب عنوان شده صورت می گیرد. هنگامی که یک سرور و یا کامپیوتر کار می کند اطلاعات از سوی واحد حافظه (رم سرور و یا دیگر انواع حافظه ها) به صورت رمزنگاری شده به سمت پردازنده یا همان CPU سرور ارسال می شود. تا در آن عملیات پردازش انجام شود.حالا ما در اینجا به بررسی این سه عمل می پردازیم:

ـ مرحله اول واکشی (Fetch):

هنگامی که دستورالعمل ها از رم به سمت پردازنده ارسال می شوند، مرحله واکشی شروع می شود. در این مرحله پردازنده دستورالعمل وارد شده را توسط یک شمارشگر، نگه می دارد. سپس دستورات را در قسمت «رجیستری» ثبت می کند. فضای شمارشگر افزایش بیشتری پیدا کرده تا به دستورات بعدی برود.

ـ مرحله دوم رمزگشایی (Decode):

هنگامی که یک دستور در رجیستری پردازنده ثبت شد، رمزگشایی از آن آغاز می گردد. در این مرحله دستورات تبدیل به سیگنال هایی می شوند که برای انجام و اجرا به بخش های مختلف یک پردازنده ارسال می شود.

ـ مرحله سوم اجرا (Execute):

در نهایت سگینال هایی دریافتی در بخش های پردازشی پردازنده اجرا شده و بعد از آن نتیجه در رجیسترها مجدد ثبت می شود. تمام کار سه عملیات در ظرف مدت چند میکروثانیه (پالس ساعت) انجام می شود.

معرفی انواع CPU:

شاید برای شما پیش آمده باشد که هنگام خرید پردازنده با انواع مختلفی در بازار روبه رو شوید که شامل:

 

ـ پردازشگرهای دسکتاپ:

CPU های دسکتاپ برای کامپیوترها تولید شده اند. این پردازشگرها تا حدودی عملکرد شبیه پردازشگرهای مخصوص موبایل و سرور داشته و برای برطرف کردن نیازکاربران کامپیوتری استفاده می شوند. برای مثال یکی از ویژگی های این پردازنده ها، مقاومت بالا در برابر حرارت می باشد. این پردازنده ها با Overclocking ( افزایش سرعت) سازگاری بیشتری دارند.

 

ـ پردازشگرهای موبایل:

CPU های موبایل برای لپ تاپ و دستگاه های تلفنی مانند تلفن های همراه ساخته شده اند. این پردازشگرها دارای سرعت کمتری بوده و از طرفی برق مصرفی در آنان نیز بسیار کمتر است، به طوری که در مصرف شارژ گوشی صرفه جویی می شود.

با این حال این پردازنده ها دارای ویژگی هایی هستند که پردازنده های دستکتاپ آن را ارائه نمی دهند مانند مانند فناوری نمایش بی سیم (WiDi). به عنوان مثال این تکنولوژی سبب انتقال فایل های اطلاعاتی به تلوزیون می شود.

 

ـ پردازشگرهای سرور:

پردازنده های سرور برای قابلیت اطمینان بالا ساخته شده اند. این پردازنده ها در شرایط سخت از قبیل دمای و بارمحاسباتی بالا مورد آزمایش قرار می گیرند. اگر پردازنده دسکتاپ شما خراب شود ، کل کامپیوتر غیرفعال می شود. اما CPU های سرور هنگامی که خراب می شوند به دلیل قابلیت Failover سیستم بعدی سریعاً جایگزین می گردند. همچنین این پردازنده ها برای کار با فرکانسهای بسیار طراحی شده اند که به آنها امکان پردازش داده های بیشتر را ارائه می دهند.

ویژگی های مختلف پردازنده ها:

بعد از آشنایی با انواع مختلف پردازنده ها، حال مرحله بعدی شناخت ویژگی هایی است که هر کدام ارائه می دهند. همه CPU ها ویژگی های یکسانی را ارائه نمی دهند. در زیر به برخی از ویژگی های این پردازنده ها اشاره خواهیم کرد:

ـ هسته (Cores):

کمتر از یک دهه پیش، همه پردازنده ها با یک هسته واحد عرضه می شدند. امروزه پردازنده های تک هسته ای تنها یک استثناء هستند. این روزها پردازنده های چند هسته ای به دلیل دسترسی و نرم افزارهای بیشتر محبوب تر شده اند. پردازنده ها ممکن است از دو تا 8 هسته تشکیل شده باشند. هنگام تصمیم گیری در رابطه با تعداد هسته مورد نیاز ، ابتدا لازم است بدانید “چند هسته” به چه معناست.

هنگامی که پردازنده ها روی یک هسته در حال اجرا بودند، تنها آن یک هسته مسئول رسیدگی به کلیه داده های ارسال شده به پردازنده بود. اما هنگامی که تعداد هسته ها بیشتر می شوند، وظیفه‌ی ارسال داده ها به پردازنده بین هسته ها تقسیم می شوند که این عامل سبب سرعت بیشتر پردازش خواهد شد.

با این حال به یاد داشته باشید عملکرد پردازشگر به نرم افزار اجرا کننده آن بستگی دارد. برای مثال اگر یک نرم افزار تنها از 3 هسته از 8 هسته یک پردازشگر استفاده کند، 5 هسته آن بلا استفاده مانده است. برای آنکه هزینه ها را کاهش و میزان کارایی را افزایش دهیم بهتر است نیاز سیستم را با تعداد هسته ها یکسان نماییم.

ـ کش (Cache):

کش پردازنده شبیه حافظه کامپیوتر است. کش پردازنده یک حافظه کوچک و بسیار سریع است که برای حافظه موقت استفاده می شود. که سبب می شود کامپیوترها فایل هایی که در پردازنده قرار دارند را خیلی سریع بازیابی کنند. هر چه کش پردازنده بیشتر باشد، اطلاعات بیشتری در آن ذخیره می شوند.

ـ سازگاری سوکت (Socket Compatibility):

یکی از نگرانی ها، هنگام خرید یک پردازشگر سازگاری آن با سوکت می باشد. سازگاری سوکت رابط بین مادربرد و CPU را امکان پذیر می کند. اگر CPU از قبل بر روی مادربورد قرار گرفته باشد اطمینان حاصل نمایید که این کار به درستی انجام شده است.

ـ واحدهای پردازشگر گرافیکی (GPUs):

بسیاری از پردازنده های امروزی واحد پردازش گرافیکی یکپارچه دارند که برای انجام محاسبات مربوط به گرافیک طراحی شده اند. اگر CPU دارای GPU نباشد، کامپیوتر می تواند از یک پردازشگر گرافیکی مجزاء استفاده نماید. البته لازم به ذکر است اگر از یک کامپیوتر برای کارهای گرافیکی بالا استفاده می کنید یک CPU با GPU نمی تواند نیاز شما را برآورده سازد.

ـ فرکانس (Frequency):

فرکانس CPU، که با هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود، سرعتی است که در آن عمل می کند. در گذشته، فرکانس سریعتر با عملکرد بهتر رابطه مستقیمی داشت اما امروزه این چنین نیست. در بعضی موارد CPU با فرکانس بالاتر، متناسب با زیر ساخت عملکرد بهتری را ارائه می نماید. در حالی که فرکانس هنوز دلیلی بر سرعت پردازنده است، اما دیگر تنها عاملی نیست که بر سرعت واقعی یک پردازنده تأثیر بگذارد.

ـ قدرت طراحی حرارتی (Thermal Design Power):

پردازشگرها گرما تولید می نمایند. TDP بیانگر این است که این گرما تاچه حد قابل کنترل است. در واقع این عامل رابطه مستقیمی با سیستم خنک کننده CPU دارد به طوری اگر دارای یک سیستم خنک کننده نباشد باید به صورت جداگانه نصب گردد زیرا گرمای بیش از حد خطر اصلی برای قطعات کامپیوتری به حساب می آید.

بررسی کش CPU و انواع آن:

پردازنده و یا CPU دارای واحد حافظه سریع تری در درون خود است که به عنوان حافظه کش پردازنده و یا CPU Cashe Memory نیز شناخته می شود.حافظه کامپیوتر از اجرای مختلفی تشکیل شده است که دارای سلسله مراتب خاصی است. در بالاترین سطح، کش پردازنده قرار گرفته که در نزدیکترین حالت ممکن به CPU قرار دارد، زیرا خود بخشی از خود آن می باشد.

حال کش CPU به سه سطح تقسیم می شود که شامل : 

حافظه کش پردازنده به سه سطح L1، L2 و L3 تقسیم می شود. این سطوح حافظه بر اساس سرعت و اندازه حافظه کش تقسیم بندی می شوند. حال این سوال پیش می آید که آیا اندازه حافظه کش پردازنده تفاوتی در عملکرد دارد؟

 

ـ حافظه کش L1:

حافظه کش (سطح 1) سریعترین حافظه ای است که در سیستم های کامپیوتری وجود دارد. از نظر اولویت دسترسی، حافظه کش L1 دارای داده هایی است که پردازنده به احتمال زیاد هنگام انجام یک کار خاص به آن نیاز دارد.

کش سطح یک یا L1 بالاترین سطح در طبقه‌بندی کش های سی پی یو، بالاترین سرعت و کمترین ظرفیت را داراست اما دارای کم‌ترین زمان تاخیر و یا Delay که تقریبا صفر است، می باشد که به دلیل نزدیکی زیاد به پردازنده و یا قرارگیری در خود تراشه CPU است.

 

 L1 Cache به دو بخش تقسیم می‌شود:

ـ Instruction Cach حاوی اطلاعاتی درباره عملیاتی است که پردازنده باید انجام دهد.

ـ Data Cache حاوی اطلاعاتی است که برای اجرای عملیات لازم می باشد.

پردازنده‌های چند هسته‌ای، برای هر هسته، کش جداگانه L1 دارند.

 

ـ حافظه کش L2:

حافظه کش L2 (سطح 2) دارای سرعت کمتری نسبت به حافظه کش L1 است اما ظرفیت آن بزرگتر است. در مواردی که حافظه کش L1 بر حسب کیلوبایت اندازه گیری می شود، حافظه کش L2 بر حسب مگابایت اندازه گیری می شود.

حافظه کش L2 بسته به نوع CPU متفاوت است، اما اندازه آن معمولاً بین 256 کیلوبایت تا 8 مگابایت است. اکثر پردازنده ها بیش از 256KB حافظه کش L2 را در خود جای داده اند و اکنون این اندازه کوچک در نظر گرفته شده است. بعلاوه، برخی از پردازنده های قدرتمند دارای حافظه کش L2 بزرگتر یعنی بیش از 8 مگابایت هستند.

وقتی نوبت به سرعت می رسد، حافظه کش L2 از حافظه کش L1 عقب می ماند اما هنوز هم بسیار سریعتر از RAM سیستم شما است. حافظه کش L1 معمولاً 100 برابر سریعتر از رم بوده این در حالی است که حافظه کش L2 حدود 25 برابر سریعتر است.

 

ـ حافظه کش L3:

حالا می رویم به سراغ حافظه کش L3 که در گذشته، در مادربرد یافت می شد، زمانی که بیشتر پردازنده های مرکزی فقط پردازنده های تک هسته ای بودند. اکنون این حافظه کش دارای بیشترین ظرفیت و کمترین سرعت می باشد.

همانطور که تا الان متوجه شدید براساس این تقسیم بندی هر چه به لایه های پایین تر می رسیم سرعت کمتر اما ظرفیت افزایش می باشد. پس با این توضیح می توانیم بگوییم حافظه کش L3 از حافظه کش L2 دارای ظرفیت بیشتر اما سرعت کمتری می باشد.

انتخاب CPU مناسب:

هنگامی که بخواهید یک CPU را انتخاب یا خرید نمایید، ممکن است برخی مشخصات و ویژگی ها دارای اهمیت بیشتری در مقابل با سایر مشخصات داشته باشد که این مشخصات و ویژگی های مورد نظر نسبت به نیاز شما متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، کامپیوتری که برای بازی استفاده می شود ، به یک پردازنده متفاوت تر از یک کامپیوتری که تنها برای روزمره استفاده می شود نیاز دارد.

حال شاید این سوال برای شما پیش آید که کدام پردازنده برای من مناسب تر است؟

در زیر به گروه های مختلفی اشاره خواهیم کرد که نیازمند خرید CPU هستند که هر کدام به ویژگی های خاصی نیازمندند. این گروه ها شامل:

 

ـ کاربران خانگی:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ سازگاری سوکت
ـ GPU یکپارچه
ـ فرکانس

نیاز کاربران خانگی با نیاز کاربران تجاری و گیمرها (Gamer) بسیار متفاوت است. خوشبختانه از آنجا که نیازهای پردازشی یک کاربر خانگی به اندازه سایر گروه ها نیست، معمولاً CPU های معمولی و با قیمت مناسب می توانند به راحتی نیازهای آنان را برطرف نمایند.

تنها کاری که باید انجام شود بررسی تطابق پردازنده با مادربورد می باشد. این به معنای بررسی سازگاری سوکت است. همچنین در صورت انتخاب CPU ابتدا باید یک مادربرد سازگار انتخاب شود.
هنگام خرید CPU ، مدلی را در نظر بگیرید که دارای یک پردازنده گرافیکی یکپارچه است که شاید هیچ استفاده ای از آن نشود به همین دلیل خرید یک پردازنده ساده کفایت می کند. همچنین این امر خرید و نصب یک پردازنده گرافیکی جداگانه را از بین می برد.

عامل مهم دیگر فرکانس است که باید آن را در نظر گرفت. هرچه فرکانس بالاتر باشد، کامپیوتر سریعتر عمل می کند. اما کاربران خانگی نیاز به سرعت بالایی ندارند و برای آنان سرعت 1 گیگاهرتز یا بالاتر کافی خواهد بود.

 

ـ کاربران کسب و کارهای خانگی ( افراد دورکار):

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ حافظه
ـ فرکانس

اگر یک کسب و کار را از خانه خود اداره می کنید، نیازهای CPU شما با نیاز کاربران خانگی کمی متفاوت خواهد بود. در ابتدا باید نیازها و سپس بودجه خود را بررسی کرده تا بتوانید پردازشگر متناسب با آن را انتخاب نمایید.

تعداد هسته های مورد نیاز خود را در نظر بگیرید. بیشتر کاربران مشاغل خانگی با یک پردازنده چهار هسته ای عملکرد خوبی خواهند داشت. با این حال اگر نیازهای محاسباتی شما فشرده تر باشد، مانند برنامه نویسی و طراحی گرافیکی، باید در انتخاب نوع پردازشگر بیشتر دقت نمایید. اگر از یک نرم افزاری استفاده می کنید که هشت هسته از پردازشگر را استفاده می کند

حتما خرید یک CPU هشت هسته ای را مد نظر قرار دهید.
عامل دیگر میزان حافظه مورد نیاز است. مادربرد و نوع سیستم عامل در حال اجرا نیز می تواند بیانگر میزان پشتیبانی از رم باشد. فرکانس عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. در حالی که فرکانس تنها چیزی نیست که سرعت یک پردازنده را تعیین می کند ، اما تأثیر قابل توجهی دارد. نرم افزار مورد استفاده تاثیری مستقیمی بر میزان سرعت مورد نیاز دارد.

به عنوان مثال، هنگام استفاده از نرم افزار فتوشاپ بطور منظم ، یک CPU با سرعت حداقل 2GHz بهترین عملکرد را خواهد داشت.

 

ـ کاربران مشاغل کوچک:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ قیمت
ـ سازگاری
ـ BGA یا LGA

نیازهای CPU در یک تجارت کوچک از نیازهای یک کاربر خانگی متفاوت است. هنگام خرید یک CPU باید به قیمت، سازگاری و اینکه آیا CPU دارای سوکت BGA یا LGA است ، توجه کنید. برای اکثر کسب و کارهای کوچک هزینه کمتر در اولویت قرار دارد.

به همین دلیل، هزینه یکی از اصلی ترین فاکتورهایی است که هنگام خرید CPU باید در نظر گرفت. عامل دیگر سازگاری است که باید در نظر گرفت. اطمینان حاصل کنید که CPU انتخاب شده با دیگر اجزای کامپیوتر مانند مادربرد، سوکت و حافظه سیستم سازگار است.

علاوه بر این، در نظر بگیرید که آیا اتصالات سوکت BGA است یا LGA. در صورت تمایل به جایگزینی CPU در هر زمانی، باید از اتصالات LGA استفاده کرد. زیرا اتصالات BGA لحیم کاری شده اند و جایگزینی آنان کاری غیر ممکن است. از طرف دیگر اتصالات LGA اتصالات پین هستند که در صورت لزوم می توانند به برق متصل و یا از آن جدا شوند.

 

ـ کاربران شرکتی:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ فرکانس
ـ قدرت طراحی حرارتی

نیاز پردازشی کاربران شرکتی متفاوت است. برای این کاربران پردازشگری نیاز است که بتواند کلیه نیاز محاسباتی آنان را برطرف نماید و یا به عبارتی پردازشگری که برای حجم کاری سنگین طراحی شده اند. هنگام خرید یک پردازشگر به تعداد هسته آن توجه نمایید.

به خاطر داشته باشید که همواره تعداد هسته بیشتر بهتر نیست. برای مثال نرم افزاری که تنها از 4 هسته استفاده می کند نیاز به یک پردازنده هشت هسته ای ندارد.

علاوه بر این ، فرکانس CPU را در نظر بگیرید. فرکانس مورد نیاز به حجم کاری بستگی دارد. برخی از شرکت ها به فرکانس 2 گیگاهرتز یا کمتر و برخی دیگر به فرکانس 4 گیگاهرتز یا بیشتر نیاز دارند. در هنگام خرید CPU ، به نیازهای نرم افزاری که شرکت به طور روتین از آن استفاده می کند توجه کنید و حتماً مطابق با نیاز آنان فرکانس مورد نظر را انتخاب نمایید.

قدرت طراحی حرارتی (TDP) عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. در برخی مشاغل به دلیل حجم زیاد کاری ممکن است CPU گرمای زیادی را ایجاد نماید. حتما TDP را در CPU بررسی نمایید که سیستم خنک کننده بتواند آن را خنک نماید. این کار باعث جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کامپیوتر و آسیب رسیدن به سایر اجزاء می گردد.

 

ـ گیمرها:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ فرکانس
ـ قدرت طراحی حرارتی

نیاز گیمرها در مورد قدرت پردازش یک کامپیوتر بسیار متفاوت است. اگر نمی خواهید در هنگام بازی تاخیر را تجربه کنید، به CPU ای نیاز دارید که بتواند تمام داده هایی را که باید پردازش کند، مدیریت نماید.
اولین موردی که باید در نظر بگیرید این است که به پردازشگر چند هسته ای نیاز دارید. درست است که گیمرها به پردازنده های قدرتمندی احتیاج دارند، اما لزوماً تعداد هسته بیشتر نشان دهنده قدرت بیشتر نیست. تعداد هسته های مورد نیاز یک گیمر با توجه به تعداد هسته هایی که نرم افزار بازی می تواند از آن استفاده کند تعیین می شود.

علاوه بر تعداد هسته های یک پردازنده ، فرکانس نیز دارای اهمیت می باشد. اگر فرکانس یک پردازنده کند باشد، تأثیر مستقیمی بر روی عملکرد بازی خواهد داشت. برای برخی از گیمرها فرکانس 3.8 گیگاهرتز یا بیشتر مورد نیاز خواهد بود اما برخی دیگر ممکن است به یک فرکانس پایین تری نیاز داشته باشند.

عامل دیگری که باید به آن توجه کرد TDPمی باشد. این امر به این دلیل است که CPU به سرعت گرم می شود. شما باید مطمئن باشید که دارای سیستم خنک کننده ای هستید که می تواند از گرم شدن بیش از حد اجزاء جلوگیری نماید.

 

ـ سرورها:

نیازهای آنان شامل :
ـ هسته
ـ قدرت طراحی حرارتی
ـ قدرت پردازش

CPU های سرور یکی از پرکارترین پردازشگرها در جهان به شمار می روند. آنها باید پردازش اطلاعات زیادی در مدت زمان کوتاه انجام دهند. به همین دلیل، قبل از خرید CPU، باید نیازهای سرور خود را مورد توجه قرار دهید.

ابتدا باید تعداد هسته های مورد نیاز خود را بررسی کنید. با وجود هسته های بیشتر، سرور می تواند دستورات بیشتری را مدیریت کند. از طرفی دیگر باید TDP را در CPUها در نظر گرفت. بیشتر CPU های سرور دارای واحدهای خنک کننده نیستند. این بدان معنی است که باید یک واحد خنک کننده مجزا را خریداری کرد.

هنگام خرید یک CPU برای سرور، توانایی های مربوط به قدرت پردازش پردازشگر را نیز در نظر بگیرید. در حالی که هسته ها اطلاعات CPU را کنترل می کنند، قدرت پردازش دقیقاً مشخص می کند که CPU در هر زمان معینی چقدر داده را پردازش می کند.

 

ـ کاربران تلفن همراه:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ سازگاری سوکت
ـ فرکانس

در گذشته پردازنده های تلفن همراه تک هسته ای بودند. اما امروزه تلفن های همراه با پردازنده های چند هسته ای وجود دارند. هنگام خرید پردازنده برای دستگاه تلفن همراه ، تعداد هسته هایی که پردازنده به آن نیاز دارد را در نظر بگیرید.

سازگاری سوکت یکی دیگر از عواملی است که باید هنگام خرید CPU های موبایل در نظر بگیرید. بسیاری از پردازنده های موبایل از انواع BGA هستند. این بدان معنی است که آنها روی مادربرد لحیم می شوند. به همین دلیل پردازنده ای انتخاب نمایید که سوکت آن از نوع LGA باشد.

مانند سایر کاربران دیگر، کاربران تلفن همراه نیز باید فرکانس CPU مورد نظر خود را در نظر بگیرند. اگر CPU دارای فرکانس پایین باشد، به احتمال زیاد نمی تواند انتظارات را برطرف نماید. فرکانس بالاتر به معنای سرعت بالاتر است، به این معنی که کاربر منتظر بارگذاری و اجرای برنامه ها نخواهد ماند.

منبع : معرفی انواع cpu

CPU چیست و هر آنچه در رابطه با آن باید بدانید

CPU یا پردازشگر چیست؟

هر کامپیوتر به مادربرد و هر مادربرد به CPU نیاز دارد. CPU مخفف کلمه Central Processing Unit به معنی واحد پردازش مرکزی می باشد، که تعیین می کند یک کامپیوتر چقدر می تواند همزمان پردازش کرده و با چه سرعتی می تواند آن داده ها را اداره کند. در واقع سی پی یو قلب سرور یا کامپیوتر شماست. در واقع هر آنچه که ما با رایانه ها و سرورها انجام می دهیم به خاطر وجود این پردازنده ها است.

حال پردازنده چگونه این کار را انجام می دهد؟سه عمل مهم که در تمامی کامپیوترهای رومیزی، لپ‌تاپ‌، سرور و حتی سوپرکامپیوترها بر عهده­ این واحد گذاشته شده است که به شرح زیر است:

• Fetch: واکشی
• Decode: رمز گشایی
• Execute: اجرا

تفاوتی ندارد پردازنده سرور باشد یا یک رایانه خانگی این سه عمل پیچیده، دقیقا به ترتیب عنوان شده صورت می گیرد. هنگامی که یک سرور و یا کامپیوتر کار می کند اطلاعات از سوی واحد حافظه (رم سرور و یا دیگر انواع حافظه ها) به صورت رمزنگاری شده به سمت پردازنده یا همان CPU سرور ارسال می شود. تا در آن عملیات پردازش انجام شود.حالا ما در اینجا به بررسی این سه عمل می پردازیم:

ـ مرحله اول واکشی (Fetch):

هنگامی که دستورالعمل ها از رم به سمت پردازنده ارسال می شوند، مرحله واکشی شروع می شود. در این مرحله پردازنده دستورالعمل وارد شده را توسط یک شمارشگر، نگه می دارد. سپس دستورات را در قسمت «رجیستری» ثبت می کند. فضای شمارشگر افزایش بیشتری پیدا کرده تا به دستورات بعدی برود.

ـ مرحله دوم رمزگشایی (Decode):

هنگامی که یک دستور در رجیستری پردازنده ثبت شد، رمزگشایی از آن آغاز می گردد. در این مرحله دستورات تبدیل به سیگنال هایی می شوند که برای انجام و اجرا به بخش های مختلف یک پردازنده ارسال می شود.

ـ مرحله سوم اجرا (Execute):

در نهایت سگینال هایی دریافتی در بخش های پردازشی پردازنده اجرا شده و بعد از آن نتیجه در رجیسترها مجدد ثبت می شود. تمام کار سه عملیات در ظرف مدت چند میکروثانیه (پالس ساعت) انجام می شود.

معرفی انواع CPU:

شاید برای شما پیش آمده باشد که هنگام خرید پردازنده با انواع مختلفی در بازار روبه رو شوید که شامل:

 

ـ پردازشگرهای دسکتاپ:

CPU های دسکتاپ برای کامپیوترها تولید شده اند. این پردازشگرها تا حدودی عملکرد شبیه پردازشگرهای مخصوص موبایل و سرور داشته و برای برطرف کردن نیازکاربران کامپیوتری استفاده می شوند. برای مثال یکی از ویژگی های این پردازنده ها، مقاومت بالا در برابر حرارت می باشد. این پردازنده ها با Overclocking ( افزایش سرعت) سازگاری بیشتری دارند.

 

ـ پردازشگرهای موبایل:

CPU های موبایل برای لپ تاپ و دستگاه های تلفنی مانند تلفن های همراه ساخته شده اند. این پردازشگرها دارای سرعت کمتری بوده و از طرفی برق مصرفی در آنان نیز بسیار کمتر است، به طوری که در مصرف شارژ گوشی صرفه جویی می شود.

با این حال این پردازنده ها دارای ویژگی هایی هستند که پردازنده های دستکتاپ آن را ارائه نمی دهند مانند مانند فناوری نمایش بی سیم (WiDi). به عنوان مثال این تکنولوژی سبب انتقال فایل های اطلاعاتی به تلوزیون می شود.

 

ـ پردازشگرهای سرور:

پردازنده های سرور برای قابلیت اطمینان بالا ساخته شده اند. این پردازنده ها در شرایط سخت از قبیل دمای و بارمحاسباتی بالا مورد آزمایش قرار می گیرند. اگر پردازنده دسکتاپ شما خراب شود ، کل کامپیوتر غیرفعال می شود. اما CPU های سرور هنگامی که خراب می شوند به دلیل قابلیت Failover سیستم بعدی سریعاً جایگزین می گردند. همچنین این پردازنده ها برای کار با فرکانسهای بسیار طراحی شده اند که به آنها امکان پردازش داده های بیشتر را ارائه می دهند.

ویژگی های مختلف پردازنده ها:

بعد از آشنایی با انواع مختلف پردازنده ها، حال مرحله بعدی شناخت ویژگی هایی است که هر کدام ارائه می دهند. همه CPU ها ویژگی های یکسانی را ارائه نمی دهند. در زیر به برخی از ویژگی های این پردازنده ها اشاره خواهیم کرد:

ـ هسته (Cores):

کمتر از یک دهه پیش، همه پردازنده ها با یک هسته واحد عرضه می شدند. امروزه پردازنده های تک هسته ای تنها یک استثناء هستند. این روزها پردازنده های چند هسته ای به دلیل دسترسی و نرم افزارهای بیشتر محبوب تر شده اند. پردازنده ها ممکن است از دو تا 8 هسته تشکیل شده باشند. هنگام تصمیم گیری در رابطه با تعداد هسته مورد نیاز ، ابتدا لازم است بدانید “چند هسته” به چه معناست.

هنگامی که پردازنده ها روی یک هسته در حال اجرا بودند، تنها آن یک هسته مسئول رسیدگی به کلیه داده های ارسال شده به پردازنده بود. اما هنگامی که تعداد هسته ها بیشتر می شوند، وظیفه‌ی ارسال داده ها به پردازنده بین هسته ها تقسیم می شوند که این عامل سبب سرعت بیشتر پردازش خواهد شد.

با این حال به یاد داشته باشید عملکرد پردازشگر به نرم افزار اجرا کننده آن بستگی دارد. برای مثال اگر یک نرم افزار تنها از 3 هسته از 8 هسته یک پردازشگر استفاده کند، 5 هسته آن بلا استفاده مانده است. برای آنکه هزینه ها را کاهش و میزان کارایی را افزایش دهیم بهتر است نیاز سیستم را با تعداد هسته ها یکسان نماییم.

ـ کش (Cache):

کش پردازنده شبیه حافظه کامپیوتر است. کش پردازنده یک حافظه کوچک و بسیار سریع است که برای حافظه موقت استفاده می شود. که سبب می شود کامپیوترها فایل هایی که در پردازنده قرار دارند را خیلی سریع بازیابی کنند. هر چه کش پردازنده بیشتر باشد، اطلاعات بیشتری در آن ذخیره می شوند.

ـ سازگاری سوکت (Socket Compatibility):

یکی از نگرانی ها، هنگام خرید یک پردازشگر سازگاری آن با سوکت می باشد. سازگاری سوکت رابط بین مادربرد و CPU را امکان پذیر می کند. اگر CPU از قبل بر روی مادربورد قرار گرفته باشد اطمینان حاصل نمایید که این کار به درستی انجام شده است.

ـ واحدهای پردازشگر گرافیکی (GPUs):

بسیاری از پردازنده های امروزی واحد پردازش گرافیکی یکپارچه دارند که برای انجام محاسبات مربوط به گرافیک طراحی شده اند. اگر CPU دارای GPU نباشد، کامپیوتر می تواند از یک پردازشگر گرافیکی مجزاء استفاده نماید. البته لازم به ذکر است اگر از یک کامپیوتر برای کارهای گرافیکی بالا استفاده می کنید یک CPU با GPU نمی تواند نیاز شما را برآورده سازد.

ـ فرکانس (Frequency):

فرکانس CPU، که با هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود، سرعتی است که در آن عمل می کند. در گذشته، فرکانس سریعتر با عملکرد بهتر رابطه مستقیمی داشت اما امروزه این چنین نیست. در بعضی موارد CPU با فرکانس بالاتر، متناسب با زیر ساخت عملکرد بهتری را ارائه می نماید. در حالی که فرکانس هنوز دلیلی بر سرعت پردازنده است، اما دیگر تنها عاملی نیست که بر سرعت واقعی یک پردازنده تأثیر بگذارد.

ـ قدرت طراحی حرارتی (Thermal Design Power):

پردازشگرها گرما تولید می نمایند. TDP بیانگر این است که این گرما تاچه حد قابل کنترل است. در واقع این عامل رابطه مستقیمی با سیستم خنک کننده CPU دارد به طوری اگر دارای یک سیستم خنک کننده نباشد باید به صورت جداگانه نصب گردد زیرا گرمای بیش از حد خطر اصلی برای قطعات کامپیوتری به حساب می آید.

بررسی کش CPU و انواع آن:

پردازنده و یا CPU دارای واحد حافظه سریع تری در درون خود است که به عنوان حافظه کش پردازنده و یا CPU Cashe Memory نیز شناخته می شود.حافظه کامپیوتر از اجرای مختلفی تشکیل شده است که دارای سلسله مراتب خاصی است. در بالاترین سطح، کش پردازنده قرار گرفته که در نزدیکترین حالت ممکن به CPU قرار دارد، زیرا خود بخشی از خود آن می باشد.

حال کش CPU به سه سطح تقسیم می شود که شامل : 

حافظه کش پردازنده به سه سطح L1، L2 و L3 تقسیم می شود. این سطوح حافظه بر اساس سرعت و اندازه حافظه کش تقسیم بندی می شوند. حال این سوال پیش می آید که آیا اندازه حافظه کش پردازنده تفاوتی در عملکرد دارد؟

 

ـ حافظه کش L1:

حافظه کش (سطح 1) سریعترین حافظه ای است که در سیستم های کامپیوتری وجود دارد. از نظر اولویت دسترسی، حافظه کش L1 دارای داده هایی است که پردازنده به احتمال زیاد هنگام انجام یک کار خاص به آن نیاز دارد.

کش سطح یک یا L1 بالاترین سطح در طبقه‌بندی کش های سی پی یو، بالاترین سرعت و کمترین ظرفیت را داراست اما دارای کم‌ترین زمان تاخیر و یا Delay که تقریبا صفر است، می باشد که به دلیل نزدیکی زیاد به پردازنده و یا قرارگیری در خود تراشه CPU است.

 

 L1 Cache به دو بخش تقسیم می‌شود:

ـ Instruction Cach حاوی اطلاعاتی درباره عملیاتی است که پردازنده باید انجام دهد.

ـ Data Cache حاوی اطلاعاتی است که برای اجرای عملیات لازم می باشد.

پردازنده‌های چند هسته‌ای، برای هر هسته، کش جداگانه L1 دارند.

 

ـ حافظه کش L2:

حافظه کش L2 (سطح 2) دارای سرعت کمتری نسبت به حافظه کش L1 است اما ظرفیت آن بزرگتر است. در مواردی که حافظه کش L1 بر حسب کیلوبایت اندازه گیری می شود، حافظه کش L2 بر حسب مگابایت اندازه گیری می شود.

حافظه کش L2 بسته به نوع CPU متفاوت است، اما اندازه آن معمولاً بین 256 کیلوبایت تا 8 مگابایت است. اکثر پردازنده ها بیش از 256KB حافظه کش L2 را در خود جای داده اند و اکنون این اندازه کوچک در نظر گرفته شده است. بعلاوه، برخی از پردازنده های قدرتمند دارای حافظه کش L2 بزرگتر یعنی بیش از 8 مگابایت هستند.

وقتی نوبت به سرعت می رسد، حافظه کش L2 از حافظه کش L1 عقب می ماند اما هنوز هم بسیار سریعتر از RAM سیستم شما است. حافظه کش L1 معمولاً 100 برابر سریعتر از رم بوده این در حالی است که حافظه کش L2 حدود 25 برابر سریعتر است.

 

ـ حافظه کش L3:

حالا می رویم به سراغ حافظه کش L3 که در گذشته، در مادربرد یافت می شد، زمانی که بیشتر پردازنده های مرکزی فقط پردازنده های تک هسته ای بودند. اکنون این حافظه کش دارای بیشترین ظرفیت و کمترین سرعت می باشد.

همانطور که تا الان متوجه شدید براساس این تقسیم بندی هر چه به لایه های پایین تر می رسیم سرعت کمتر اما ظرفیت افزایش می باشد. پس با این توضیح می توانیم بگوییم حافظه کش L3 از حافظه کش L2 دارای ظرفیت بیشتر اما سرعت کمتری می باشد.

انتخاب CPU مناسب:

هنگامی که بخواهید یک CPU را انتخاب یا خرید نمایید، ممکن است برخی مشخصات و ویژگی ها دارای اهمیت بیشتری در مقابل با سایر مشخصات داشته باشد که این مشخصات و ویژگی های مورد نظر نسبت به نیاز شما متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، کامپیوتری که برای بازی استفاده می شود ، به یک پردازنده متفاوت تر از یک کامپیوتری که تنها برای روزمره استفاده می شود نیاز دارد.

حال شاید این سوال برای شما پیش آید که کدام پردازنده برای من مناسب تر است؟

در زیر به گروه های مختلفی اشاره خواهیم کرد که نیازمند خرید CPU هستند که هر کدام به ویژگی های خاصی نیازمندند. این گروه ها شامل:

 

ـ کاربران خانگی:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ سازگاری سوکت
ـ GPU یکپارچه
ـ فرکانس

نیاز کاربران خانگی با نیاز کاربران تجاری و گیمرها (Gamer) بسیار متفاوت است. خوشبختانه از آنجا که نیازهای پردازشی یک کاربر خانگی به اندازه سایر گروه ها نیست، معمولاً CPU های معمولی و با قیمت مناسب می توانند به راحتی نیازهای آنان را برطرف نمایند.

تنها کاری که باید انجام شود بررسی تطابق پردازنده با مادربورد می باشد. این به معنای بررسی سازگاری سوکت است. همچنین در صورت انتخاب CPU ابتدا باید یک مادربرد سازگار انتخاب شود.
هنگام خرید CPU ، مدلی را در نظر بگیرید که دارای یک پردازنده گرافیکی یکپارچه است که شاید هیچ استفاده ای از آن نشود به همین دلیل خرید یک پردازنده ساده کفایت می کند. همچنین این امر خرید و نصب یک پردازنده گرافیکی جداگانه را از بین می برد.

عامل مهم دیگر فرکانس است که باید آن را در نظر گرفت. هرچه فرکانس بالاتر باشد، کامپیوتر سریعتر عمل می کند. اما کاربران خانگی نیاز به سرعت بالایی ندارند و برای آنان سرعت 1 گیگاهرتز یا بالاتر کافی خواهد بود.

 

ـ کاربران کسب و کارهای خانگی ( افراد دورکار):

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ حافظه
ـ فرکانس

اگر یک کسب و کار را از خانه خود اداره می کنید، نیازهای CPU شما با نیاز کاربران خانگی کمی متفاوت خواهد بود. در ابتدا باید نیازها و سپس بودجه خود را بررسی کرده تا بتوانید پردازشگر متناسب با آن را انتخاب نمایید.

تعداد هسته های مورد نیاز خود را در نظر بگیرید. بیشتر کاربران مشاغل خانگی با یک پردازنده چهار هسته ای عملکرد خوبی خواهند داشت. با این حال اگر نیازهای محاسباتی شما فشرده تر باشد، مانند برنامه نویسی و طراحی گرافیکی، باید در انتخاب نوع پردازشگر بیشتر دقت نمایید. اگر از یک نرم افزاری استفاده می کنید که هشت هسته از پردازشگر را استفاده می کند

حتما خرید یک CPU هشت هسته ای را مد نظر قرار دهید.
عامل دیگر میزان حافظه مورد نیاز است. مادربرد و نوع سیستم عامل در حال اجرا نیز می تواند بیانگر میزان پشتیبانی از رم باشد. فرکانس عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. در حالی که فرکانس تنها چیزی نیست که سرعت یک پردازنده را تعیین می کند ، اما تأثیر قابل توجهی دارد. نرم افزار مورد استفاده تاثیری مستقیمی بر میزان سرعت مورد نیاز دارد.

به عنوان مثال، هنگام استفاده از نرم افزار فتوشاپ بطور منظم ، یک CPU با سرعت حداقل 2GHz بهترین عملکرد را خواهد داشت.

 

ـ کاربران مشاغل کوچک:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ قیمت
ـ سازگاری
ـ BGA یا LGA

نیازهای CPU در یک تجارت کوچک از نیازهای یک کاربر خانگی متفاوت است. هنگام خرید یک CPU باید به قیمت، سازگاری و اینکه آیا CPU دارای سوکت BGA یا LGA است ، توجه کنید. برای اکثر کسب و کارهای کوچک هزینه کمتر در اولویت قرار دارد.

به همین دلیل، هزینه یکی از اصلی ترین فاکتورهایی است که هنگام خرید CPU باید در نظر گرفت. عامل دیگر سازگاری است که باید در نظر گرفت. اطمینان حاصل کنید که CPU انتخاب شده با دیگر اجزای کامپیوتر مانند مادربرد، سوکت و حافظه سیستم سازگار است.

علاوه بر این، در نظر بگیرید که آیا اتصالات سوکت BGA است یا LGA. در صورت تمایل به جایگزینی CPU در هر زمانی، باید از اتصالات LGA استفاده کرد. زیرا اتصالات BGA لحیم کاری شده اند و جایگزینی آنان کاری غیر ممکن است. از طرف دیگر اتصالات LGA اتصالات پین هستند که در صورت لزوم می توانند به برق متصل و یا از آن جدا شوند.

 

ـ کاربران شرکتی:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ فرکانس
ـ قدرت طراحی حرارتی

نیاز پردازشی کاربران شرکتی متفاوت است. برای این کاربران پردازشگری نیاز است که بتواند کلیه نیاز محاسباتی آنان را برطرف نماید و یا به عبارتی پردازشگری که برای حجم کاری سنگین طراحی شده اند. هنگام خرید یک پردازشگر به تعداد هسته آن توجه نمایید.

به خاطر داشته باشید که همواره تعداد هسته بیشتر بهتر نیست. برای مثال نرم افزاری که تنها از 4 هسته استفاده می کند نیاز به یک پردازنده هشت هسته ای ندارد.

علاوه بر این ، فرکانس CPU را در نظر بگیرید. فرکانس مورد نیاز به حجم کاری بستگی دارد. برخی از شرکت ها به فرکانس 2 گیگاهرتز یا کمتر و برخی دیگر به فرکانس 4 گیگاهرتز یا بیشتر نیاز دارند. در هنگام خرید CPU ، به نیازهای نرم افزاری که شرکت به طور روتین از آن استفاده می کند توجه کنید و حتماً مطابق با نیاز آنان فرکانس مورد نظر را انتخاب نمایید.

قدرت طراحی حرارتی (TDP) عامل دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. در برخی مشاغل به دلیل حجم زیاد کاری ممکن است CPU گرمای زیادی را ایجاد نماید. حتما TDP را در CPU بررسی نمایید که سیستم خنک کننده بتواند آن را خنک نماید. این کار باعث جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کامپیوتر و آسیب رسیدن به سایر اجزاء می گردد.

 

ـ گیمرها:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ فرکانس
ـ قدرت طراحی حرارتی

نیاز گیمرها در مورد قدرت پردازش یک کامپیوتر بسیار متفاوت است. اگر نمی خواهید در هنگام بازی تاخیر را تجربه کنید، به CPU ای نیاز دارید که بتواند تمام داده هایی را که باید پردازش کند، مدیریت نماید.
اولین موردی که باید در نظر بگیرید این است که به پردازشگر چند هسته ای نیاز دارید. درست است که گیمرها به پردازنده های قدرتمندی احتیاج دارند، اما لزوماً تعداد هسته بیشتر نشان دهنده قدرت بیشتر نیست. تعداد هسته های مورد نیاز یک گیمر با توجه به تعداد هسته هایی که نرم افزار بازی می تواند از آن استفاده کند تعیین می شود.

علاوه بر تعداد هسته های یک پردازنده ، فرکانس نیز دارای اهمیت می باشد. اگر فرکانس یک پردازنده کند باشد، تأثیر مستقیمی بر روی عملکرد بازی خواهد داشت. برای برخی از گیمرها فرکانس 3.8 گیگاهرتز یا بیشتر مورد نیاز خواهد بود اما برخی دیگر ممکن است به یک فرکانس پایین تری نیاز داشته باشند.

عامل دیگری که باید به آن توجه کرد TDPمی باشد. این امر به این دلیل است که CPU به سرعت گرم می شود. شما باید مطمئن باشید که دارای سیستم خنک کننده ای هستید که می تواند از گرم شدن بیش از حد اجزاء جلوگیری نماید.

 

ـ سرورها:

نیازهای آنان شامل :
ـ هسته
ـ قدرت طراحی حرارتی
ـ قدرت پردازش

CPU های سرور یکی از پرکارترین پردازشگرها در جهان به شمار می روند. آنها باید پردازش اطلاعات زیادی در مدت زمان کوتاه انجام دهند. به همین دلیل، قبل از خرید CPU، باید نیازهای سرور خود را مورد توجه قرار دهید.

ابتدا باید تعداد هسته های مورد نیاز خود را بررسی کنید. با وجود هسته های بیشتر، سرور می تواند دستورات بیشتری را مدیریت کند. از طرفی دیگر باید TDP را در CPUها در نظر گرفت. بیشتر CPU های سرور دارای واحدهای خنک کننده نیستند. این بدان معنی است که باید یک واحد خنک کننده مجزا را خریداری کرد.

هنگام خرید یک CPU برای سرور، توانایی های مربوط به قدرت پردازش پردازشگر را نیز در نظر بگیرید. در حالی که هسته ها اطلاعات CPU را کنترل می کنند، قدرت پردازش دقیقاً مشخص می کند که CPU در هر زمان معینی چقدر داده را پردازش می کند.

 

ـ کاربران تلفن همراه:

نیازهای این کاربران شامل :
ـ هسته
ـ سازگاری سوکت
ـ فرکانس

در گذشته پردازنده های تلفن همراه تک هسته ای بودند. اما امروزه تلفن های همراه با پردازنده های چند هسته ای وجود دارند. هنگام خرید پردازنده برای دستگاه تلفن همراه ، تعداد هسته هایی که پردازنده به آن نیاز دارد را در نظر بگیرید.

سازگاری سوکت یکی دیگر از عواملی است که باید هنگام خرید CPU های موبایل در نظر بگیرید. بسیاری از پردازنده های موبایل از انواع BGA هستند. این بدان معنی است که آنها روی مادربرد لحیم می شوند. به همین دلیل پردازنده ای انتخاب نمایید که سوکت آن از نوع LGA باشد.

مانند سایر کاربران دیگر، کاربران تلفن همراه نیز باید فرکانس CPU مورد نظر خود را در نظر بگیرند. اگر CPU دارای فرکانس پایین باشد، به احتمال زیاد نمی تواند انتظارات را برطرف نماید. فرکانس بالاتر به معنای سرعت بالاتر است، به این معنی که کاربر منتظر بارگذاری و اجرای برنامه ها نخواهد ماند.

منبع : معرفی انواع cpu