سی‌پی‌یو (به انگلیسی: Central Processing Unit یا CPU) یا پردازنده (به انگلیسی: Processor)، یکی از اجزاء رایانه می‌باشد که فرامین و اطلاعات را مورد پردازش قرار می‌دهد. واحدهای پردازش مرکزی ویژگی پایه‌ای قابل برنامه‌ریزی شدن را در رایانه‌های دیجیتال فراهم می‌کنند، و یکی از مهم‌ترین اجزاء رایانه‌ها هستند. یک پردازندهٔ مرکزی، مداری یکپارچه می‌باشد که معمولاً به عنوان ریزپردازنده شناخته می‌شود. امروزه عبارت CPU معمولاً برای ریزپردازنده‌ها به کار می‌رود.

عبارت «Central Processor Unit» (واحد پردازندهٔ مرکزی) یک ردهٔ خاص از ماشین را معرفی می‌کند که می‌تواند برنامه‌های رایانه را اجرا کند. این عبارت گسترده را می‌توان به راحتی به بسیاری از رایانه‌هایی که بسیار قبل‌تر از عبارت “CPU” بوجود آمده بودند نیز تعمیم داد. به هر حال این عبارت و شروع استفاده از آن در صنعت رایانه، از اوایل سال ۱۹۶۰ رایج شد. شکل، طراحی و پیاده‌سازی پردازنده‌ها نسبت به طراحی اولیه آنها تغییر کرده‌است ولی عملگرهای بنیادی آنها همچنان به همان شکل باقی‌مانده‌است. 
پردازنده‌های اولیه به عنوان یک بخش از سامانه‌ای بزرگ‌تر که معمولاً یک نوع رایانه‌است، دارای طراحی سفارشی بودند. این روش گران‌قیمت طراحی سفارشی پردازنده‌ها برای یک بخش خاص، به شکل قابل توجهی، مسیر تولید انبوه آنرا که برای اهداف زیادی قابل استفاده بود فراهم نمود. این استانداردسازی روند قابل ملاحظه‌ای را در عصر مجزای ابر رایانه‌های ترانزیستوری و ریز کامپیوترها آغاز نمود و راه عمومی نمودن مدارات مجتمع(IC یا Integrated Circuit) را سرعت فراوانی بخشید. یک مدار مجتمع، امکان افزایش پیچیدگی‌ها برای طراحی پردازنده‌ها و ساختن آنها در مقیاس کوچک را (در حد میلیمتر) امکان‌پذیر می‌سازد. هر دو فرایند (کوچک سازی و استانداردسازی پردازنده‌ها)، حضور این تجهیزات رقمی را در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند رایانه تبدیل کرد. ریزپردازنده‌های جدید را در هر چیزی از خودروها گرفته تا تلفن‌های همراه و حتی اسباب بازی‌های کودکان می‌توان یافت.

مدت زمان انجام یک کار به‌وسیله رایانه، به عوامل متعددی بستگی دارد که اولین آنها، سرعت پردازشگر رایانه‌است. پردازشگر یک تراشه الکترونیکی کوچک در قلب کامپیوتر است و سرعت آن بر حسب مگاهرتز یا گیگاهرتز سنجیده می‌شود. هر چه مقدار این پارامتر بیشتر باشد، پردازشگر سریعتر خواهد بود و در نتیجه قادر خواهد بود، محاسبات بیشتری را در هر ثانیه انجام دهد. سرعت پردازشگر به عنوان یکی از مشخصه‌های یک کامپیوتر به قدری در تعیین کارایی آن اهمیت دارد که معمولاً به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده نام کامپیوتر از آن یاد می‌شود. تراشه پردازشگر و اجزای الکترونیکی که آن را پشتیبانی می‌کنند، مجموعاً به عنوان واحد پردازش مرکزی یا CPU شناخته شده هست

واحد پردازش مرکزی واحد محاسباتی (ALU) و کنترلی (CU) رایانه‌است که دستورالعمل‌ها را تفسیر و اجرا می‌کند. رایانه‌های بزرگ و ریزرایانه‌های قدیمی بردهایی پر از مدارهای مجتمع داشته‌اند که عمل پردازش را انجام می‌داده‌اند. تراشه‌هایی که ریز پردازنده نامیده می‌شوند، امکان ساخت رایانه‌های شخصی و ایستگاه‌های کاری (Work Station) را میسر ساخته‌اند.

در اصطلاح عامیانه CPU به عنوان مغز رایانه شناخته می‌شود.

میپس (به انگلیسی: MIPS) یک نوع معماری پردازنده از نوع معماری ریسک است که توسط شرکت میپس تکنولوژی طراحی شده است. نسخه‌های اولیه میپس ۳۲ بیتی بودند که بعدها نسخه‌های ۶۴ بیتی هم عرضه شدند. چندین نسخه از معماری میپس وجود دارد که عبارتند از مپیس ۱، میپس ۲، میپس ۳، میپس ۴، میپس ۵، میپس۳۲ و میپس۶۴. نسخه‌های فعلی میپس۳۲ (برای ۳۲بیتی) و میپس۶۴ (برای ۶۴بیتی) هستند. در میپس۳۲ و میپس۶۴ علاوه بر مجموعه دستورالعمل‌ها، یک مجموعه ثبات کنترلی هم وجود دارد. پردازنده‌های میپس عمدتاً درسامانه‌های توکار از جمله دستگاه‌های ویندوز سی‌ای، مسیریاب‌ها، کنسول‌های بازی‌های ویدیویی همانند پلی استیشن، پلی‌استیشن ۲ وپلی‌استیشن پرتابل استفاده شده‌اند. این پردازنده‌ها تا اواخر سال ۲۰۰۶ در بسیاری از محصولات رایانه‌ای شرکت اس‌جی‌آی هم استفاده می‌شدند.

 

فهرست مطالب:

مقدمه

ویژگیها

رجیسترها

رجیستر فایل

نامگذاری رجیسترها برای سهولت استفاده در نرم افزار

انواع داده

حافظه MIPS

سازمان حافظه

Alignment

آرایه ای از کلمات

ترتیب بایت های یک کلمه در حافظه

انواع اصلی دستورالعملهای MIPS

دستورات محاسباتی

نوشتن توضیحات در برنامه نویسی به زبان اسمبلی MIPS

دستورات منطقی

دستورات دسترسی به حافظه

خواندن از حافظه

انتقال بلادرنگ مقادیر 32 بیتی به رجیسترها

دستورات کنترلی

دستورات انشعاب

نحوه محاسبه آدرس در دستورات کنترلی

صدا زدن توابع و بازگشت از آن

ذخیره رجیسترها در هنگام صدا زدن توابع تودرتو

دستورات شیفت

فرمت دستورات

فیلدهای مختلف دستورالعمل ها

دستورات R-Type

فرمت دستور ADD

اندکنیگ دستور

دستورات I-Type

فرمت دستور SW/ LW

فرمت دستورات با آدرس دهی بلادرنگ

دستورات J-Type

مدهای آدرس دهی MIPS

پشته یا Stack

پشته و برنامه های برگشت پذیر

استفاده از stack برای صدا زدن تابع فرعی

نمایش لهستانی معکوس

استفاده از پشته برای پیاده سازی RPN

مراحل طراحی یک پردازنده

بلوک دیاگرام کلی

اجزای اصلی پردازنده

مسیر داده و مسیر کنترل

مراحل لازم برای اجرای دستور

تفاوت در اجرای دستورات

مراحل مورد نیاز دستورات مختلف

معماری چند مرحله ای

اجزای مسیر داده

رجیستر فایل

مدارات ترکیبی

سایر مدارات

اجزای ترتیبی

روش اعمال کلاک

ورودی خروجی اجزا

واکشی دستورات

دیکد دستورات

ساخت یک Data Path واحد با اجزای فوق

افزودن واحد کنترل

مزایا و معایب معماری Single Cycle 

محاسبه طولانی ترین دستورالعمل

نگرش Multicycle Datapath

واحد کنترل Multicycle

اجزای اصلی واحد کنترل

بخش مشترک

دسترسی به حافظه

و…