ماهو المعالج في الكمبيوتر وكيف يعمل؟
ماهو المعالج في الكمبيوتر وكيف يعمل؟ يحتوي كل جهاز كمبيوتر من الألعاب البسيطة إلى أنظمة الأعمال الكبيرة على مكون أساسي يسمى وحدة المعالجة المركزية”CPU” او كما يسمي ايضاً البروسيسور. تقوم وحدة المعالجة المركزية بإجراء العمليات الحسابية وإجراء مقارنات منطقية ونقل البيانات حتى مليارات المرات في الثانية. إنه يعمل عن طريق تنفيذ تعليمات بسيطة واحدة تلو الأخرى ، يتم تشغيلها بواسطة إشارة توقيت رئيسية تقوم بتشغيل الكمبيوتر بالكامل.
حسناً إذاً وصف المعالج بشكل أوضح هو شريحة كمبيوتر بحجم دفتر الثقاب. يوجد داخل العبوة مستطيل من السيليكون يحتوي على ملايين الدوائر الترانزستور. تبرز من الجهاز عشرات الدبابيس المعدنية ، يحمل كل منها إشارات إلكترونية من وإلى الشريحة. يتم توصيل الشريحة بمقبس على لوحة دوائر الكمبيوتر وتتصل بالذاكرة ومحركات الأقراص الثابتة وشاشات العرض والأجهزة الأخرى الخارجية لوحدة المعالجة المركزية.
Clock
ترسل دائرة توقيت تسمى ساعة نبضات كهربائية إلى وحدة المعالجة المركزية. اعتمادًا على المعالج ، قد تعمل الساعة بسرعات تتراوح من مئات الآلاف إلى مليارات الدورات في الثانية. تحرك النبضات النشاط داخل وحدة المعالجة المركزية ؛ نظرًا لأن الدوائر الأخرى تعتمد على نفس الساعة ، فإنها تحافظ على مزامنة الأحداث المعقدة في الكمبيوتر.
تعليمات
تحتوي جميع وحدات المعالجة المركزية على مجموعة تعليمات – قائمة بالإجراءات التي يقوم بها المعالج ، بما في ذلك إضافة الأرقام ومقارنة قطعتين من البيانات ونقل البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية. يتكون البرنامج الذي تقوم بتشغيله على جهاز الكمبيوتر الخاص بك من ملايين تعليمات وحدة المعالجة المركزية الموضوعة في تسلسل ؛ التعليمات هي عمليات بسيطة للغاية ، لذلك تقوم وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ العديد منها لإنجاز مهام ذات مغزى. تستخدم بعض عائلات وحدات المعالجة المركزية ، مثل تلك المستخدمة في أجهزة كمبيوتر سطح المكتب ، مجموعة التعليمات نفسها ، مما يسمح لها بتشغيل نفس البرنامج. قد تستخدم وحدات المعالجة المركزية خارج عائلة المنتج تعليمات مختلفة ؛ وحدة المعالجة المركزية لجهاز iPad ، على سبيل المثال ، لديها تعليمات مختلفة عن تلك التي تستخدم جهاز كمبيوتر محمول يعمل بنظام Windows.
ALU
تحتوي المعالجات على دائرة تسمى الوحدة الحسابية والمنطقية التي تقوم بإجراء العمليات الحسابية والمقارنات. العمليات الحسابية التي تقوم بها معظم وحدات المعالجة المركزية هي الضرب الأساسي والجمع والقسمة والطرح. الرياضيات المعقدة مثل الوظائف الإحصائية عبارة عن مجموعات من العديد من العمليات البسيطة التي يتم إجراؤها بسرعة عالية. تقوم وحدة ALU أيضًا بإجراء مقارنات منطقية بين عنصري بيانات لتحديد ما إذا كانا متساويين أو إذا كان أحدهما ذا قيمة أكبر من الآخر.
Control Unit / وحدة التحكم
تحتوي وحدة المعالجة المركزية على وحدة تحكم تنسق الأنشطة بين أجزاء عمل المعالج الأخرى. تقوم وحدة التحكم بتقسيم كل تعليمات إلى مجموعة من الإجراءات وتوجيه الأنظمة الفرعية المختلفة لوحدة المعالجة المركزية لتنفيذ الإجراءات. على سبيل المثال ، يمكن لوحدة التحكم توجيه ALU لمضاعفة رقمين معًا ثم إضافة رقم ثالث إلى النتيجة.
Memory / الذاكرة
تحتوي شريحة وحدة المعالجة المركزية على كمية محدودة من الذاكرة السريعة جدًا. لديها مجموعة من مناطق التخزين تسمى السجلات التي تعمل ALU بشكل مباشر. على سبيل المثال ، يمكن لـ ALU إضافة الرقم الموجود في السجل 2 إلى محتويات السجل 1 بسرعة. تحتفظ وحدة المعالجة المركزية أيضًا بالتعليمات والبيانات المستخدمة مؤخرًا في منطقة تسمى ذاكرة التخزين المؤقت التي تعمل على تحسين كفاءة الكمبيوتر. في برنامج يضرب السعر بكمية ، على سبيل المثال ، تبحث وحدة المعالجة المركزية عن هذه الأرقام في ذاكرتها المؤقتة. إذا عثر عليها ، فهذا يوفر على المعالج العمل الإضافي لاسترداد الأرقام من شرائح الذاكرة خارج وحدة المعالجة المركزية.
ماذا يعني GHz في معالج الكمبيوتر؟
واحدة من أكثر مقاييس أداء المعالج التي يتم الترويج لها بشكل متكرر هي سرعة شريحة معينة في الجيجاهيرتز. يمكن للمعالجات ذات تصنيفات GHz الأعلى ، من الناحية النظرية ، أن تفعل المزيد في وحدة زمنية معينة أكثر من المعالجات ذات التصنيفات الأقل جيجاهرتز. ومع ذلك ، فإن تصنيف سرعة المعالج هو مجرد واحد من العديد من العوامل التي تؤثر على سرعة معالجة البيانات بالفعل. نظرًا لأن بعض التطبيقات المتخصصة يمكن أن تكون متطلبة للغاية من الناحية الحسابية ، فإن اختيار أسرع كمبيوتر هو أكثر أهمية من شراء جهاز بأعلى سرعة للساعة.
System Clocks / ساعات النظام
تعمل المعالجات وفقًا لساعة تدق عددًا محددًا من المرات في الثانية ، وتُقاس عادةً بالجيجاهيرتز. على سبيل المثال ، يحتوي المعالج 3.1 جيجاهرتز على ساعة تدق 3.1 مليار مرة في الثانية. تمثل كل نبضة على مدار الساعة فرصة للمعالج للتعامل مع عدد من البتات المكافئة لسعته – يمكن أن تعمل المعالجات 64 بت على 64 بت في المرة الواحدة ، بينما تعمل المعالجات 32 بت على 32 بت في المرة الواحدة.
داخلي مقابل خارجي / Internal vs. External
الساعة التي يتم تضمينها عادةً في المواد التسويقية هي الساعة الداخلية ، ولكن لدى المعالج أيضًا ساعة خارجية تحدد مدى سرعة اتصال المعالج بالعالم الخارجي. تمثل الساعة الداخلية مدى سرعة المعالج في معالجة البيانات الموجودة لديه بالفعل ، بينما تحدد الساعة الخارجية مدى سرعة قراءة المعلومات التي يحتاجها لمعالجتها أو مدى سرعة إخراج البيانات التي تم التلاعب بها. اعتبارًا من تاريخ النشر ، غالبًا ما تكون الساعات الخارجية أبطأ بكثير من الساعات الداخلية. على سبيل المثال ، بينما قد يعمل المعالج بسرعة 3 جيجاهرتز ، يمكن أن تتراوح ساعته الخارجية في أي مكان من بضع مئات من ميجاهرتز إلى 1 جيجاهرتز. نظرًا لأن الساعة الخارجية تحدد مدى سرعة اتصال المعالج بذاكرة النظام ، فإن لها تأثيرًا كبيرًا على سرعة المعالج في العالم الحقيقي.
الساعات والتعليمات / Clocks and Instructions
يعد الاختلاف بين سرعات المعالج الداخلية والخارجية أحد القيود على أدائه. آخر هو عدد دقات الساعة التي يستغرقها تنفيذ التعليمات. بينما يمكن إكمال بعض التعليمات بعلامة ساعة واحدة ، فقد تستغرق ، على سبيل المثال ، أربع تكات لإكمال عملية الضرب. سيؤدي هذا إلى تحويل معالج يمكنه ، على سبيل المثال ، إضافة 4 جيجاهرتز إلى معالج يتكاثر بسرعة فعالة تبلغ 1 جيجاهرتز.
ضع كل شيء معا
تعمل العوامل الثلاثة المحددة هنا معًا لتحديد مدى سرعة تشغيل معالج معين. تعمل رقائق 64 بت على ضعف كمية البيانات في آن واحد مثل رقائق 32 بت ، مما يمنحها دفعة كبيرة في الأداء. يمكن للمعالجات ذات الساعات الخارجية الأسرع أيضًا تبادل البيانات مع الكمبيوتر بشكل أسرع من تلك التي تعمل بساعات خارجية أبطأ. أخيرًا ، تعمل المعالجات ذات مجموعات التعليمات الأكثر كفاءة والتي يمكنها القيام بمزيد من العمل في عدد أقل من دورات الساعة بسرعة أكبر من المعالجات التي تحتاج إلى المزيد من الدورات لإنهاء التعليمات. بمجرد أن تجعل كل هذه العوامل متساوية ، قارن المعالجات لمعرفة أيها أسرع من خلال النظر إلى تصنيف سرعة الساعة الداخلية غيغا هرتز.
الغرض من معالجات الكمبيوتر
وصلت أجهزة الكمبيوتر إلى نقطة كونها سلعة ، مع انخفاض الأسعار والعديد من العلامات التجارية للاختيار من بينها. هذا التقدم التكنولوجي جعل الحوسبة الشخصية في متناول الجميع تقريبًا ، والمهام التي يؤدونها تجعل حياتنا أسهل بكثير مما قد تكون عليه في غير ذلك. ومع ذلك ، فإن أجهزة الكمبيوتر ليست ذكية ، فهي سريعة فقط ، ويقوم المعالج بمهمة التحكم في جميع أجزاء الكمبيوتر الأخرى.
معالجات الكمبيوتر
يحتوي الكمبيوتر على عدد من المكونات ، بما في ذلك المعالج والذاكرة والتخزين وذاكرة القراءة فقط والموصلات التي توفر مسارات اتصال بين كل هذه المكونات. المعالج هو المخ أو مدير المرور لجميع المكونات الأخرى ، ويخبر أي منها يمكنه فعل ماذا ومتى. المعالج ، أو وحدة المعالجة المركزية ، هو المكان الذي يستمر فيه التفكير الحقيقي بينما تقوم جميع المكونات الأخرى بتقديم عروضها بناءً على الأمر.
هيكل المعالج
يتكون المعالج من طبقات من السيليكون مدمجة مع ترانزستورات مصنوعة من أشباه موصلات تتعامل مع الشحنات الكهربائية بناءً على قوة الشحنة. تحتوي معالجات الكمبيوتر الحديثة على ملايين أو حتى مليارات الترانزستورات المدمجة التي تعمل بسرعة عالية لأداء عمليات مختلفة. تحتوي العديد من المعالجات الآن على أنوية معالجة متعددة ، مما يجعل المعالج يعمل بشكل أسرع من وحدة المعالجة المركزية أحادية النواة.
وحدة التحكم
وحدة التحكم في المعالج هي الجزء الذي يعطي التوجيه لبيانات الإدخال والإخراج. تحصل وحدة التحكم على التعليمات وتقوم بفك شفرتها وتمرير التعليمات إلى وحدة المنطق الحسابي أو مكونات الكمبيوتر الأخرى لإكمال وحدة العمل. غالبًا ما تسمى وحدة التحكم جزء مدير المرور في المعالج.
وحدة المنطق الحسابية
تعد وحدة المنطق الحسابي مكونًا رئيسيًا آخر لمعالج الكمبيوتر ، حيث تقوم بتنفيذ التعليمات التي تم تمريرها إليها من وحدة التحكم. وتتمثل مهمتها في إجراء العمليات الحسابية واتخاذ قرارات بشأن ما يجب القيام به بعد ذلك. بمجرد أن يقوم ALU بمعالجة المعلومات وتنفيذ التعليمات التي تم تمريرها إليها ، فإنه يمرر المعلومات إلى الذاكرة للتخزين ثم الوصول إليها لاحقًا بواسطة المعالج.
أرجو أن نكون قد وفقنا بهذا العمل و اتمنى ان تكونوا قد استفدتم منه.
مع تحيات فريق عمل تريند بى سى | Trend PC
يمكنك التعرف ايضاً علي أكثر 10 مشاكل مشهورة في الكمبيوتر وطريقة حلها
تابعونا علي فيس بوك Trend PC
