ماهي وحدة المعالجة المركزية في دائرة الباور

ماذا تعني وحدة المعالجة المركزية في دائرة الباور (CPU)

تعد وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو المعالج في دائرة الباور، الوحدة التي تقوم بمعظم المعالجة داخل الكمبيوتر، وتعالج جميع التعليمات التي ترسل إليها البرامج المشغلة على جهاز الكمبيوتر ومكونات الأجهزة الأخرى، وتعمل كآلة حاسبة قوية

توضع وحدة المعالجة المركزية في مقبس مربع الشكل الموجود في جميع لوحات الأم عن طريق إدخال موصلاتها المعدنية أو المسامير الموجودة في الجانب السفلي، وتم تصميم كل مقبس بدبوس محدد لدعم نوع معين من المعالجات فقط.

نظراً لأن وحدات المعالجة المركزية الحديثة تُنتج كمية كبيرة من الحرارة وتتعرض لارتفاع درجة الحرارة، يجب الحرص على تبريدها باستخدام المراوح أو نظم التهوية المناسبة، وتغطيتها بأحواض حرارية واستخدام معجون حراري.

تعتمد وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير على مجموعة شرائح، وهي مجموعة من الرقائق الدقيقة الموجودة على اللوحة الأم، للتحكم في التعليمات وتدفق البيانات من وإلى أجزاء أخرى من الكمبيوتر.

تاريخ موجز لوحدة المعالجة المركزية

اخترع ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتين الترانزستور في عام 1947، وكان هذا الاكتشاف معلما هاما لدرجة أنهم حصلوا على جائزة نوبل معا، وكانت الترانزستورات، وهي أجهزة أشباه الموصلات التي توصل الإشارات الكهربائية، هي الأساس الذي بني عليه وحدة المعالجة المركزية

في البداية، كانت الترانزستورات بحجم اليد، وهذا الاكتشاف أدى إلى تحول في تصنيع وحدات المعالجة المركزية، حيث أتاحت الترانزستورات تخزين كميات أكبر من البيانات على أجهزة أصغر.

كان اختراع روبرت نويس وجاك كيلبي لأول دائرة متكاملة في تاريخ وحدات المعالجة المركزية رائدًا.

كانت الدائرة المتكاملة تشكل دائرة إلكترونية مدمجة في مادة شبه موصلة، وعادة ما تكون السيليكون، وهي اختراع هام لأنه أدى إلى إنتاج الرقائق الدقيقة، والتي تحتوي على مليارات الترانزيستورات، وتخزن كميات كبيرة من المعلومات وتنفذ عمليات رياضية ضخمة بقوة، وأدى إدخال هذه التقنية إلى زيادة قوة الحوسبة التي نعرفها الآن

تستخدم وحدات المعالجة المركزية (CPU) في استهلاك مساحة كبيرة، ومع التطور المستمر لتلك التكنولوجيا، أصبحنا قادرين الآن على جعلها أصغر بكثير، ويمكننا تحويل وحدات المعالجة المركزية إلى شرائح صغيرة تسمى المعالج الدقيق، ويمكن أن يكون حجمها صغيرا جدا حتى 45 نانومتر فقط، وهي مستمرة في الانخفاض في الحجم وزيادة القوة والكفاءة

مكونات وحدة المعالجة المركزية

فيما يلي المكونات الأساسية الثلاثة في وحدة المعالجة المركزية:

• وحدة المنطق الحسابي (ALU)
• وحدة التحكم
• السجلات

يمكن إضافة بعض 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 من خلال استخدام السجلات التي تحتوي على نتائج العمليات السابقة أو الحديثة من خارج الذاكرة أو بقيمة ثابتة يتم تشغيلها 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.

تصدر إشارات إلى أجهزة الحساب والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج في الوقت المناسب لجميع وحدات وحدة المعالجة المركزية لتنفيذ التعليمات

يتم نقل 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:

• يستخدم سجل التعليمات لاستدعاء التعليمات من عداد البرنامج لتنفيذها بواسطة المعالج.
• سجل ذاكرة التخزين المؤقت.
• سجل بيانات الذاكرة.
• سجل عنوان الذاكرة.

-وحدة توليد العناوين

تقوم هذه الوحدة بحساب عنوان الذاكرة الذي يجب جلب البيانات منه، وتعمل بالتوازي مع الوحدات الأخرى لتوفير الوقت وتحسين الأداء.

-وحدة إدارة الذاكرة

تتعامل هذه الوحدة مع تحويل العنوان المنطقي إلى عنوان فعلي، وإدارة ترحيل الذاكرة والذاكرة الافتراضية.

-مخبأ

تتم حفظ البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر في ذاكرة التخزين المؤقت الموجودة بالقرب من المعالج كجزء من وحدة المعالجة المركزية، وذلك لتجنب العمليات غير المرغوب فيها لعمليات الإدخال / الإخراج وتقليل وقت المعالجة.

يتم التركيز على المركزية لتجنب عمليات الإدخال/الإخراج غير المرغوب فيها وتقليل وقت المعالجة.

كيفية عمل وحدة المعالجة المركزية

يقوم أي معالجة مركزية، بغض النظر عن حجمها وشكلها ودرجة تعقيدها، بتنفيذ برنامج يتضمن مجموعة من التعليمات بتسلسل منطقي

تقوم وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ الأوامر الأولى وتبحث عن الأوامر التالية في عداد البرنامج. إذا كانت الأمر التالي هو قفزة، فسيتم تخزين عنوان الأمر التالي الذي يجب الانتقال إليه في عداد البرنامج، وسيقوم البرنامج بالقفز إلى هذا الموقع والاستمرار في التنفيذ من هناك. في بعض أجهزة الكمبيوتر ذات المعالجات المتعددة، يسمح بالتنفيذ المتوازي في حالة وجود أوامر متعددة في نفس الوقت.

تعد الخطوات المختلفة في التنفيذ شائعة في معظم أنظمة الكمبيوتر، وتتمثل في جلب البيانات وفك تشفيرها وتنفيذها

• الجلب

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 التي سيتم تنفيذ العملية فيها.

• تنفيذ

يتم تنفيذ الخطوة التنفيذ باستخدام رمز العملية والمعامل، ويتم تخزين النتائج في السجلات، ثم بعد ذلك، نكون قد تعرفنا على كيفية عمل وحدة المعالجة المركزية CPU بالتفصيل

مزايا وحدة المعالجة المركزية

فيما يلي المزايا المذكورة:

• تعد وحدة المعالجة المركزية قلب وعقل الكمبيوتر وتعد الوحدة الأساسية في الكمبيوتر.
• يتناسب الحاسوب الصغير الحجم جيدًا مع الفتحة الموجودة في اللوحة الأم، مما يسهل تصميم أجهزة الكمبيوتر الصغيرة مثل الهاتف المحمول والتابلت والأجهزة المدمجة وغيرها.
• يمكن تعزيز أداء العمليات الحسابية والمنطقية عن طريق وجود معالجات متعددة داخل الكمبيوتر.
• يتميز هذا الجهاز بطحن البيانات الرياضية والتجارية بشكل أسرع.

أنواع معالجات وحدة المعالجة المركزية

كل من Advanced Micro Devices (AMD) و Intel هما الشركتان الرئيسيتان التي تنتجان المعالجات الدقيقة، ورقائق Ryzen هي أحدث جيل من معالجات AM.

من قبل إنتل، تعد Atom و Pentium و Celeron الأساسيات، في حين أن i-core و xenon هما أحدث المعالجات التي تعتمد على الأداء

وظيفة المعالج

يُطلق على وحدة المعالجة المركزية “قلب وعقل الكمبيوتر”، وتلعب دورًا مهمًا في معالجة وحساب جميع البيانات الموجودة في جهاز الكمبيوتر. وعندما تذهب لتنفيذ إجراء ما على جهاز الكمبيوتر، يتم تقسيمه إلى مجموعة من الوظائف الرياضية.

يمكن أن يكون ذلك بسيطًا مثل تحريك الماوس عبر الشاشة أو تشغيل جهاز الكمبيوتر، حيث تقوم وحدة المعالجة المركزية بمعالجة كل هذه المدخلات لتقديم النتيجة المطلوبة. ويعتمد أداء الكمبيوتر بشكل كبير على وحدة المعالجة المركزية واتصالها بالأجزاء الأخرى.