एक सीपीयू क्या है? सीपीयू या सेंट्रल प्रोसेसिंग यूनिट^{(Central Processing Unit)} कंप्यूटर का नंबर-क्रंचिंग ब्रेन है। एक कंप्यूटर जो कुछ भी करता है, वीडियो गेम^{(video games)} खेलने से लेकर निबंध लिखने में आपकी मदद करने तक, गणितीय निर्देशों के एक सेट में टूट जाता है। CPU उन निर्देशों को लेता है और उन्हें क्रियान्वित करता है  ।

यह कैसे करता है इसका विवरण, निश्चित रूप से, उस सरल स्पष्टीकरण से कहीं अधिक जटिल है । ^{(much )}सबसे महत्वपूर्ण बात जो आपको जानना आवश्यक है वह यह है कि सीपीयू^(CPU) कंप्यूटर का मुख्य गणितीय इंजन है।

सीपीयू का (अत्यंत) संक्षिप्त इतिहास^{(The (Extremely) Short History Of CPUs)}

कंप्यूटिंग का इतिहास लंबा और जटिल है। यह डिजिटल तकनीक, इलेक्ट्रॉनिक्स या यहां तक ​​कि बिजली की तुलना में इतिहास में और भी पीछे चला जाता है। अबेकस एक प्रकार का प्रोसेसर है। तो यांत्रिक कैलकुलेटर हैं। बड़ा अंतर यह है कि ये मशीनें केवल एक या कुछ गणितीय कार्य ही कर सकती हैं। वे सामान्य प्रयोजन^{(general purpose)} के प्रोसेसर नहीं हैं, जिसका आधुनिक सीपीयू^(CPU) एक उदाहरण है।

सीपीयू^(CPU) को एक सामान्य प्रयोजन गणना उपकरण बनाता है जो तर्क का उपयोग करता है। 1903 में निकोला टेस्ला^{(Nikola Tesla)} ने गेट और स्विच के नाम से जाने जाने वाले इलेक्ट्रिकल सर्किट का पेटेंट कराया। इन सर्किटों का उपयोग करके, आप ऐसे उपकरण बना सकते हैं जो तार्किक संचालन करते हैं, जहाँ आप कुछ शर्तों पर मशीन कार्य कर सकते हैं। 

1940 के दशक के मध्य में बेल ^(Bell)लेबोरेटरीज में काम करते हुए ^{(Laboratories)}विलियम शॉक्ले^{(William Shockley)} , जॉन बार्डीन^{(John Bardeen)} और वाल्टर ब्रैटन^{(Walter Brattain)} ने ट्रांजिस्टर नामक एक उपकरण का आविष्कार और पेटेंट कराया । ट्रांजिस्टर एक सीपीयू^(CPU) का बुनियादी निर्माण खंड है । ट्रांजिस्टर अपेक्षाकृत छोटे कंप्यूटर घटक होते हैं। ट्रांजिस्टर इतना महत्वपूर्ण आविष्कार है कि इसके लिए तीनों आविष्कारकों को नोबेल पुरस्कार^{(Nobel Prize)} से सम्मानित किया गया था।

1950 के दशक के उत्तरार्ध में, रॉबर्ट नॉयस^{(Robert Noyce)} और जैक किल्बी^{(Jack Kilby)} ने एक बड़ा कदम आगे बढ़ाया और पहला काम करने वाला एकीकृत सर्किट^{(integrated circuit)} बनाया । एक एकीकृत सर्किट अर्धचालक सामग्री के एक टुकड़े में एकीकृत इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का एक सेट है। ज्यादातर मामलों में, वह सामग्री सिलिकॉन है। जब लोग "माइक्रोचिप" कहते हैं तो इसका यही मतलब होता है। 

एक सीपीयू^(CPU) में एक या एक से अधिक माइक्रोचिप होते हैं। यह एक महत्वपूर्ण आविष्कार है क्योंकि अरबों ट्रांजिस्टर को एक सीपीयू^(CPU) में पैक किया जा सकता है । यह अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली गणितीय इंजन बनाता है।

लॉजिक गेट्स, ट्रांजिस्टर और इंटीग्रेटेड सर्किट के आविष्कारों का उपयोग करके पूरी दुनिया को बदल दिया गया है। माइक्रोचिप्स इन दिनों हर चीज में हैं, सिर्फ आपके कंप्यूटर में नहीं। और सीपीयू^(CPUs) सबसे उन्नत सामान्य-उद्देश्य वाले माइक्रोचिप हैं जो हम बना सकते हैं।

सीपीयू कैसे काम करते हैं?^{(How Do CPUs Work?)}

सीपीयू^(CPU) का पूरा सिद्धांत बाइनरी कोड^{(binary code)} पर आधारित होता है । मनुष्य आधार 10^{(base 10)} या दशमलव प्रणाली नामक प्रणाली का उपयोग करके संख्याओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। किसी संख्या के प्रत्येक अंक का स्थानीय मान दस के गुणनखंड से बढ़ जाता है। तो "111" में एक सौ, दस और एक है।

कंप्यूटर और उनके सीपीयू^(CPUs) बेस 10 को बिल्कुल भी नहीं समझ सकते हैं। ट्रांजिस्टर या तो चालू या बंद होने के सिद्धांत पर काम करते हैं। जिसका मतलब है कि आप उनसे जो लॉजिक गेट बनाते हैं, वह भी केवल इन दो राज्यों के साथ ही काम कर सकता है। यही कारण है कि, मूल रूप से, CPU ^(CPUs)बाइनरी कोड^{(binary code)} पर चलते हैं । इस संख्या प्रणाली के अलग-अलग स्थान मान हैं। इसके बजाय यदि 1, 10, 100, 1000 और इसी तरह, स्थानीय मान 1,2,4,8,16,32,64,128 और इसी तरह हैं। 

तो बाइनरी में "111" दशमलव संख्या में 7 होगा क्योंकि आप 1,2, और 4 को एक साथ जोड़ते हैं। यदि कोई संख्या शून्य है, तो आप बस इसे छोड़ दें और अगले 1 का स्थानीय मान जोड़ें। इस तरह आप किसी भी दशमलव मान को व्यक्त कर सकते हैं। बस^(Just) ध्यान दें कि बाइनरी नंबर अक्सर दाएं से बाएं पढ़े जाते हैं, इसलिए "1" का स्थान मान सबसे दाईं ओर होगा।

आइए इसे क्रिस्टल स्पष्ट करने के लिए इसे एक तालिका में रखें:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

क्या आप देख सकते हैं कि दशमलव में यह संख्या 7 तक क्यों जुड़ती है? आइए 23 नंबर करें:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

तो 111 "7" है, लेकिन "11101" 23 है क्योंकि बाइनरी में पांचवां स्थान मान 16 है । बहुत^(Pretty) अच्छा, है ना? आप दशमलव में लिखी जा सकने वाली किसी भी संभावित संख्या को इस प्रकार व्यक्त कर सकते हैं। यानी ट्रांजिस्टर से बने कंप्यूटर किसी भी नंबर के साथ भी काम कर सकते हैं।

सीपीयू कैसे बनते हैं?

जैसा कि आप अपेक्षा करते हैं, आधुनिक सीपीयू^(CPUs) की उत्पादन प्रक्रिया भी काफी जटिल है। मूल प्रक्रिया में सिलिकॉन क्रिस्टल के बड़े सिलेंडर बढ़ाना शामिल है। इसके अर्धचालक गुण इसे बाइनरी इंटीग्रेटेड सर्किट के निर्माण के लिए आदर्श बनाते हैं।

इन बड़े क्रिस्टल को पतले वेफर्स में काटा जाता है। इसके गुणों को ठीक करने के लिए वेफर्स को एक अन्य रसायन के साथ "डोप" किया जाता है। नैनो-स्केल सर्किटरी को तब प्रकाश का उपयोग करके वेफर सतह में उकेरा जाता है जिसे फोटोलिथोग्राफी^{(photolithography)} के रूप में जाना जाता है ।

सीपीयू डिजाइन और प्रदर्शन

सीपीयू^(CPUs) सभी को समान नहीं बनाया जाता है। आधुनिक सीपीयू^(CPU) के पहले उचित पूर्वज , इंटेल 8086^{(Intel 8086)} , के एकीकृत परिपथ में लगभग 29 000 ट्रांजिस्टर थे। आज, Intel i99900K जैसे प्रोसेसर में 1.7 बिलियन^(billion) से अधिक ट्रांजिस्टर हैं। सीपीयू^(CPU) का लॉजिक सर्किट जितना सघन होगा , वह प्रति घड़ी चक्र में उतने ही अधिक जटिल और निर्देशों की संख्या को बढ़ा सकता है। 

रुको^(Hang) , "घड़ी चक्र"? हाँ, यह CPU^(CPU) प्रदर्शन का अन्य प्रमुख घटक है । एक सीपीयू एक विशेष आवृत्ति पर चलता है, ^(CPU)सीपीयू^(CPU) घड़ी की प्रत्येक पल्स के साथ गणना का एक चक्र किया जाता है। यदि आप एक ही सीपीयू^(CPU) लेते हैं और इसकी घड़ी की गति को दोगुना करते हैं तो (सिद्धांत रूप में) इसे दोगुना तेज प्रदर्शन करना चाहिए। 

वह 1978 इंटेल 8086^{(Intel 8086)} लॉन्च होने पर 5Mhz पर चला। यानी प्रति सेकंड पांच मिलियन घड़ी चक्र। इंटेल^(Intel) i9-9900K ? यह 3.6 गीगाहर्ट्ज़ से शुरू होता है। ^{(starts )}वह 3600 ^{(Ghz.That 3600)} मेगाहर्ट्ज^(Mhz) , जब संभव हो तो 5000 मेगाहर्ट्ज तक चीजों को रैंप करने के विकल्प के साथ।^(Mhz)

सीपीयू^(CPU) के प्रदर्शन में एक और शिकन जोड़ने के लिए , आधुनिक सीपीयू^(CPUs) में वास्तव में कई "कोर" होते हैं। प्रत्येक कोर वास्तव में एक स्वतंत्र सीपीयू^(CPU) ही है। इन दिनों कम से कम ऐसे चार कोर होना आम बात है, लेकिन हाल ही में मुख्यधारा के कंप्यूटरों में छह या आठ कोर होने का मानदंड रहा है। उच्च अंत पेशेवर कंप्यूटरों में 100 सीपीयू^(CPU) कोर के क्षेत्र में हो सकता है। 

कई कोर होने का मतलब है कि सीपीयू^(CPU) समानांतर में निर्देशों के कई सेट कर सकता है। यानी हमारे कंप्यूटर बिना किसी समस्या के एक साथ कई काम कर सकते हैं। कुछ सीपीयू^(CPUs) में "मल्टीथ्रेडेड" कोर होते हैं। ये कोर स्वयं दो अलग-अलग कार्यों को संभाल सकते हैं। इंटेल सीपीयू^{(Intel CPUs)} में इसे " हाइपरथ्रेडिंग^{(hyperthreading)} " के रूप में ब्रांडेड किया जाता है ।

तो एक सीपीयू^(CPU) का कुल प्रदर्शन निम्न के संयोजन के लिए आता है:

• यह कुल ट्रांजिस्टर संख्या है और इसके लॉजिक सर्किट का डिज़ाइन कितना उन्नत है
• घड़ी की आवृत्ति^{(clock frequency)}
• कोर^{(number of cores)} की संख्या
• धागे की संख्या

निःसंदेह, इसमें इन चार मुख्य बिंदुओं से कहीं अधिक है। हालाँकि, CPU^(CPU) को अच्छा प्रदर्शन करने के लिए वे चार मुख्य विचार हैं।

आपके^{(Your Computer)} कंप्यूटर में सीपीयू^(CPU) की भूमिका^(Role)

आखिरी चीज जो हमें कवर करनी है वह यह है कि सीपीयू^(CPU) आपके कंप्यूटर में कौन सा काम करता है। आखिरकार, यह आपके कंप्यूटर में एकमात्र एकीकृत सर्किट माइक्रोचिप नहीं है। उदाहरण के लिए, GPU (ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट) अक्सर ^(GPUs)CPU की तुलना में अधिक ट्रांजिस्टर-घने होते हैं ।

उन्हें अपने स्वयं के शीतलन और बिजली की आपूर्ति, साथ ही साथ स्मृति की आवश्यकता होती है। यह एक छोटे से अतिरिक्त कंप्यूटर की तरह है! वही चिप्स के लिए कहा जा सकता है जो आपकी ध्वनि, USB और हार्ड ड्राइव ट्रैफ़िक को नियंत्रित करते हैं। तो सीपीयू^(CPU) खास क्यों है? ये हैं मुख्य कारण:

• यह किसी भी^(ANY) निर्देश को संसाधित कर सकता है, GPU केवल कुछ प्रकार के प्रसंस्करण करता है
• यह अन्य सभी घटकों को एक साथ जोड़ता है, आपके कंप्यूटर को काम करने के लिए डेटा को धक्का और खींचता है
• CPU उन सभी कार्यों में शामिल होता है जिन्हें कंप्यूटर को कुछ हद तक करने के लिए कहा जाता है

संक्षेप में, CPU आपके कंप्यूटर में सबसे महत्वपूर्ण सामान्य-उद्देश्य प्रदर्शन घटक है। इसे^(Don) हल्के में न लें!

What Is a CPU & What Does It Do?

What is a CPU? The CPU or Central Processing Unit is the number-crunching brain of a computer. Everything a computer does, from playing video games to helping you write an essay, is broken down into a set of mathematical instructions. The CPU takes those instructions and executes them. 

The details of how it does this is, of course, much more complicated than that simple explanation. The most important thing you need to know is that the CPU is the main mathematical engine of a computer.

The (Extremely) Short History Of CPUs

The history of computing is long and complex. It also goes further back into history than digital technology, electronics or even electricity. An abacus is a sort of processor. So are mechanical calculators. The big difference is that these machines can only do one or a few mathematical tasks. They aren’t general purpose processors, which the modern CPU is an example of.

What makes a CPU a general purpose calculation device is the use of logic. In 1903 Nikola Tesla patented electrical circuits known as gates and switches. Using these circuits, you could build devices that perform logical operations, where you could have the machine act on certain conditions. 

In the mid- to late- 1940s William Shockley, John Bardeen and Walter Brattain invented and patented a device called a transistor, while working at Bell Laboratories. The transistor is the basic building block of a CPU. Transistors are relatively tiny computer components. The transistor is such an important invention that the three inventors were awarded a Nobel Prize for it.

In the late 1950s, Robert Noyce and Jack Kilby went one massive step further and created the first working integrated circuit. An integrated circuit is a set of electronic circuits integrated into a single piece of semiconductor material. In most cases, that material is silicon. This is what people mean when they say “microchip”. 

A CPU consists of one or more microchips. This is an important invention because billions of transistors can be packed into a single CPU. This creates incredibly powerful mathematical engines.

Using the inventions of logic gates, transistors and integrated circuits, the entire world has been changed. Microchips are in everything these days, not just your computer. And CPUs are the most advanced general-purpose microchips we can make.

How Do CPUs Work?

The entire principle of a CPU is based on binary code. Human beings tend to represent numbers using a system called base 10 or the decimal system. The place values of each digit in a number go up by a factor of ten. So “111” contains one hundred, ten and one.

Computers and their CPUs can’t understand base 10 at all. Transistors work on the principle of either being on or off. Which means the logic gates you build from them can also only work with these two states. This is why, fundamentally, CPUs run on binary code. This number system has different place values. Instead if 1, 10, 100, 1000 and so on, the place values are 1,2,4,8,16,32,64,128 and so on. 

So in binary “111” would be 7 in decimal numbers Since you add 1,2, and 4 together. If any of the numbers are a zero, you simply skip it and add the place value of the next 1. This way you can express any decimal value. Just note that binary numbers are often read from right to left, so the “1” place value would be at the far right.

Let’s put it in a table to make it crystal clear:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	0	0	0	0	0

Can you see why it adds up to the number 7 in decimal? Let’s do the number 23:

Binary Place Values	1	2	4	8	16	32	64	128	256
The decimal number 7 in binary	1	1	1	0	1	0	0	0	0

So 111 is “7”, but “11101” is 23 because the fifth place value in binary is 16. Pretty cool, right? You can express any possible number that can be written in decimal this way. Which means computers built from transistors can work with any numbers as well.

How Are CPUs Made?

The production process of modern CPUs is also, as you’d expect, pretty complex. The basic process involves growing large cylinders of silicon crystal. Its semiconductor properties make it ideal for building a binary integrated circuit.

These large crystals are sliced into thin wafers. The wafers are then “doped” with another chemical to fine tune its properties. The nano-scale circuitry is then etched into the wafer surface using light using a process known as photolithography.

CPU Design and Performance

CPUs are not all made equal. The first proper ancestor of the modern CPU, the Intel 8086, had about 29 000 transistors in its integrated circuit. Today, a processor like the Intel i99900K has just over 1.7 billion transistors. The denser the logic circuits of a CPU, the more complex and higher the number of instructions it can perform per clock cycle. 

Hang on, “clock cycle”? Yes, that’s the other major component of CPU performance. A CPU runs at a particular frequency, with each pulse of the CPU clock a cycle of calculations are done. If you take the same CPU and double it’s clock speed then (in theory) it should perform twice as fast. 

That 1978 Intel 8086 ran at 5Mhz when it was launched. That’s five million clock cycles per second. The Intel i9-9900K? It starts at 3.6 Ghz.That 3600 Mhz, with the option to ramp things up to 5000 Mhz when possible.

To add yet another wrinkle to CPU performance, modern CPUs actually contain multiple “cores”. Each core is actually an independent CPU itself. It’s typical to have at least four such cores these days, but lately the norm has been for mainstream computers to have six or eight cores. High end professional computers may have in the region of a 100 CPU cores. 

Having multiple cores means that the CPU can perform multiple sets of instructions in parallel. Which means our computers can do many things at once without issue. Some CPUs have “multithreaded” cores. These cores can themselves handle two separate tasks each. In Intel CPUs this is branded as “hyperthreading”.

So the total performance of a CPU comes down to a combination of:

• It’s total transistor count and how advanced the design of its logic circuits are
• The clock frequency
• The number of cores
• The number of threads

There is, of course, more to it than these four main points. However, those are the four main considerations for making a CPU perform well.

The Role of the CPU in Your Computer

The last thing we have to cover is what job the CPU plays in your computer. It is, after all, not the only integrated circuit microchip in your computer. For example, GPUs (graphics processing units) are often even more transistor-dense than a CPU.

They need their own cooling and power supply, as well as memory. It’s like a small extra computer! The same can be said for the chips that control your sound, USB and hard drive traffic. So why is the CPU special? These are the main reasons:

• It can process ANY instruction, a GPU only does certain types of processing
• It ties all the other components together, pushing and pulling data to make your computer work
• The CPU is involved with all work the computer is asked to do to some extent

In short, the CPU is the most important general-purpose performance component in your computer. Don’t take it for granted!

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