ماذا تعني وحدة المعالجة المركزية في دائرة الباور (CPU)
وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو المعالج في دائرة الباور، هي
الوحدة
التي تقوم بمعظم المعالجة داخل الكمبيوت، ويقوم بمعالجة جميع التعليمات التي تتلقاها البرامج التي يتم تشغيلها على جهاز
الكمبيوتر
ومكونات الأجهزة الأخرى ويعمل كآلة حاسبة قوية.
يتم وضع وحدة المعالجة المركزية في مقبس مربع الشكل موجود في جميع اللوحات الأم عن طريق إدخال موصلاتها المعدنية أو المسامير الموجودة في الجانب السفلي، تم تصميم كل مقبس بتصميم دبوس محدد لدعم نوع معين فقط من المعالج.
نظرًا لأن وحدات المعالجة المركزية الحديثة تنتج قدرًا كبيرًا من الحرارة وعرضة لارتفاع درجة الحرارة فيجب أن تظل باردة باستخدام مراوح أو أنظمة تهوية مناسبة ومغطاة بأحواض حرارة ومعجون حراري.
للتحكم في التعليمات وتدفق البيانات من وإلى أجزاء أخرى من الكمبيوتر تعتمد وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير على مجموعة شرائح، وهي مجموعة من الرقائق الدقيقة الموجودة على اللوحة الأم.[1]
تاريخ موجز لوحدة المعالجة المركزية
اخترع ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتين
الترانزستور
في عام 1947 وكان الاكتشاف معلمًا هامًا لدرجة أنهم حصلوا على
جائزة نوبل
معًا، وكان جهاز أشباه الموصلات الذي يوصل الإشارات الكهربائية الترانزستورات هي أساسًا لبنة بناء وحدة المعالجة المركزية.
كانت الترانزستورات الأولى بحجم اليد، أدى هذا الاكتشاف إلى تغيير تصنيع وحدة المعالجة المركزية حيث أتاحت الترانزستورات تخزين بيانات أكبر على أجهزة أصغر.
اختراع آخر رائد في تاريخ وحدات المعالجة المركزية كان أول دائرة متكاملة صنعها روبرت نويس وجاك كيلبي.
وكانت
الدائرة
المتكاملة عبارة عن دائرة إلكترونية مدمجة في مادة شبه موصلة، وهي السيليكون عمومًا، كانت الدائرة المتكاملة اختراعًا مهمًا لأنها أدت إلى إنتاج الرقائق الدقيقة، وتحتوي هذه الرقائق الصغيرة على مليارات الترانزستورات، وتخزن كميات كبيرة من المعلومات وتنفذ عمليات رياضية ضخمة بقوة، أدى إدخال هذه التقنية إلى تضخيم قوة الحوسبة التي نعرفها الآن.
تستخدم وحدات المعالجة المركزية (CPU) لاستهلاك قدر كبير من المساحة، مع التقدم المستمر لهذه
التكنولوجيا
نحن الآن قادرون على جعلها أصغر بكثير، نحن قادرون على تحويل وحدات المعالجة المركزية إلى شريحة صغيرة تسمى المعالج الدقيق، ويمكن أن تكون صغيرة بشكل لا يصدق حتى 45 نانومتر فقط، إنهم مستمرون في أن يصبحوا أصغر حجمًا لكنهم يزدادون أيضًا في القوة والكفاءة.[3]
مكونات وحدة المعالجة المركزية
فيما يلي المكونات الأساسية الثلاثة في وحدة المعالجة المركزية:
-
وحدة المنطق الحسابي (ALU)
-
وحدة التحكم
-
السجلات
مع القليل من المكونات الإضافية مثل وحدات إنشاء العناوين ووحدة إدارة الذاكرة وذاكرة التخزين المؤقت.
-وحدة المنطق الحسابي
وهي مسؤولة عن العمليات الحسابية والمنطقية.
فيما يلي مدخلات لهذه العمليات:
البيانات (العمليات):
يتم توفيرها بواسطة السجلات التي تخزن نتيجة العمليات السابقة أو حديثة من الذاكرة الخارجية أو قيمة ثابتة تدار داخليًا
الكود (العمليات):
يتم تغذيته بواسطة وحدة التحكم كتعليمات.
في نهاية العملية ، يتم تخزين النتائج في السجل الداخلي للعملية التالية أو في الذاكرة الخارجية من خلال وحدة التحكم إذا اكتملت الخطوات وتم تحديث سجلات الحالة وفقًا لذلك، تسمى السرعة التي يتم بها تنفيذ هذه العمليات بمعدل الساعة ويتم تصنيف وحدات المعالجة المركزية بناءً على معدل الساعة.
-وحدة التحكم
المكونات هي كما يلي:
يتحكم في تشغيل وحدة المعالجة المركزية.
يصدر
إشارات
إلى ALU والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج في
الوقت
المناسب لجميع الوحدات في وحدة المعالجة المركزية في تنفيذ التعليمات.
ينقل البيانات من الذاكرة الخارجية إلى ALU.
يخزن إخراج المعالجة في الذاكرة الخارجية.
-السجلات
توفر السجلات مساحة تخزين للاحتفاظ بنتيجة وسيطة، بنقل البيانات قبل معالجتها بواسطة ALU، وبيانات الإخراج قبل نقلها إلى الذاكرة الخارجية د التعليمات، وعنوان الذاكرة الإلكتروني، وهناك بعض السجلات المستخدمة للأغراض الداخلية والتي لا يمكن الوصول إليها من الخارج وهناك بعضها يمكن الوصول إليه من قبل المستخدمين.
فيما يلي العديد من السجلات:
-
يقوم سجل التعليمات بإحضار التعليمات من عداد البرنامج لكي يقوم المعالج بتنفيذها.
-
سجل ذاكرة التخزين المؤقت.
-
سجل بيانات الذاكرة.
-
سجل عنوان الذاكرة.
-وحدة توليد العناوين
تحسب هذه الوحدة عنوان الذاكرة من حيث يجب جلب البيانات، وتعمل هذه الوحدة بالتوازي مع الوحدات الأخرى وتوفر الوقت للتنفيذ وتحسين الأداء.
-وحدة إدارة الذاكرة
تتعامل هذه الوحدة مع تحويل العنوان المنطقي إلى عنوان فعلي، وإدارة ترحيل الذاكرة والذاكرة الافتراضية.
-مخبأ
يتم تخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر في ذاكرة التخزين المؤقت الموجودة بالقرب من المعالج كجزء من وحدة المعالجة المركزية لتجنب عمليات الإدخال / الإخراج غير المرغوب فيها وتقليل وقت المعالجة.
المركزية لتجنب عمليات الإدخال / الإخراج غير المرغوب فيها وتقليل وقت المعالجة.
كيفية عمل وحدة المعالجة المركزية
أي وحدة معالجة مركزية بغض
النظر
عن حجمها وشكلها ودرجة تعقيدها تقوم بتنفيذ برنامج يحتوي على مجموعة من التعليمات في تسلسل منطقي.
تعالج وحدة المعالجة المركزية التعليمات الأولى وابحث عن التعليمات التالية في عداد البرنامج، إذا كانت التعليمة التالية عبارة عن عبارة قفزة، فسيتم تخزين عنوان التعليمات المقابلة إلى حيث يجب نقل عنصر التحكم في عداد البرنامج ويقفز البرنامج إلى هذا الموقع ويستمر التنفيذ من هناك، في بعض أجهزة الكمبيوتر ذات المعالجات المتعددة يُسمح بالتنفيذ المتوازي في حالة وجود تعليمات متعددة في وقت واحد.
وتعد الخطوات المختلفة في التنفيذ شائعة في معظم أجهزة الكمبيوتر ويتم جلبها وفك تشفيرها وتنفيذها وهي:
-
ال
جلب
تحصل هذه الخطوة على التعليمات من الذاكرة حيث يتم تخزين البرنامج، ويتم تخزين عنوان التعليمات في عداد البرنامج وبمجرد معالجة العنوان يتم فهرسته إلى التعليمات التالية في التسلسل المنطقي، وقد يستغرق جلب التعليمات بعض الوقت بسبب بطء الذاكرة ويتم حلها عن طريق تخزينها في ذاكرة التخزين المؤقت.
-
الفك
يتم فك التعليمات ونوع العملية التي سيتم إجراؤها والمعامل الذي سيتم تنفيذ العملية التي سيتم إجراؤها.
-
تنفيذ
يتم تنفيذ خطوة التنفيذ باستخدام كود العملية والمعامل ويتم تخزين النتائج في السجلات، وبعد الانتهاء من ذلك نكون تعرفنا
كيف يعمل المعالج وحدة المعالجة المركزية CPU بالتفصيل
.
مزايا وحدة المعالجة المركزية
فيما يلي المزايا المذكورة:
-
وحدة المعالجة المركزية هي قلب وعقل الكمبيوتر وهي الوحدة الأساسية في الكمبيوتر.
-
إنه صغير الحجم ويتناسب جيدًا مع الفتحة الموجودة في اللوحة الأم. يسهل تصميم أجهزة الكمبيوتر الصغيرة مثل الهاتف المحمول و Tab وأجهزة الكمبيوتر المدمجة وما إلى ذلك.
-
يمكن تعزيز قوة العمليات الحسابية والمنطقية من خلال وجود معالجات متعددة في الكمبيوتر.
-
يقوم بطحن البيانات الرياضية والتجارية بشكل أسرع.[2]
أنواع معالجات وحدة المعالجة المركزية
Advanced Micro Devices (AMD) و Intel هما الشركتان الرئيسيتان اللتان تنتجان المعالجات الدقيقة، رقائق Ryzen هي أحدث جيل من معالجات AMD.
من جانب
إنتل
تعد Atom و Pentium و Celeron هي الأساسيات في حين أن i-core و xenon هما أحدث المعالجات التي تعتمد على الأداء.
وظيفة المعالج
يُطلق على وحدة المعالجة المركزية اسم قلب وعقل الكمبيوتر، يلعبون دورًا مهمًا في معالجة وحساب جميع البيانات الموجودة في جهاز الكمبيوتر، وعندما تذهب لتنفيذ إجراء ما على جهاز الكمبيوتريتم تقسيمه إلى مجموعة من الوظائف الرياضية.
ويمكن أن يكون هذا بسيطًا مثل تحريك الماوس عبر الشاشة أو تشغيل جهاز الكمبيوتر، وتقوم وحدة المعالجة المركزية بعد ذلك بمعالجة كل هذه المدخلات لتعطيك النتيجة المرجوة، يعتمد أداء الكمبيوتر بشكل كبير على وحدة المعالجة المركزية ومدى اتصالها بالأجزاء الأخرى.[3]