كيف يعمل المعالج وحدة المعالجة المركزية CPU بالتفصيل

ما هي وحدة المعالجة المركزية

تعد وحدة المعالجة المركزية جهاز كمبيوتر ينفذ تعليمات الكمبيوتر ويتحكم في جميع العمليات الحسابية والمنطقية وعمليات الإدخال والإخراج لنظام الكمبيوتر، وباختصار، يتم التحكم في جميع عمليات معالجة البيانات داخل الكمبيوتر عبر وحدة المعالجة المركزية

تُعرف وحدة المعالجة المركزية أيضًا باسم المعالج أو المعالج الدقيق المركزي، وتستقبل جميع التعليمات سواء كانت من تطبيقات البرامج أو مكونات الأجهزة، مما يجعلها جزءًا رئيسيًا للغاية من حاسوبك.

تعتبر وحدة المعالجة المركزية الجزء الأهم في نظام الكمبيوتر من حيث الأداء والقوة الحسابية، حيث تساهم مكونات المعالجة بشكل كبير في تشغيل الكمبيوتر، وتعتمد سرعة وقوة الكمبيوتر بشكل كبير على وحدة المعالجة المركزية (المعالج)

أين تقع وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر

توضع وحدة المعالجة المركزية داخل مقبس مركزي حول قسم VRM باللوحة الأم، وهذا القسم يرتبط بعناصر الأجهزة الأخرى داخل خزانة الكمبيوتر، وتتألف وحدة المعالجة المركزية من شريحة مربعة الشكل تحتوي على طبقة رقيقة من آلاف الترانزستورات.

تم تصميم وحدات المعالجة المركزية بحيث يمكن وضع ملايين الترانزستورات الصغيرة في شريحة حاسوب واحدة.

باستخدام هذه الترانزستورات، يتم القيام بجميع العمليات الحسابية وتلقي المعالج مدخلات من الأجهزة الطرفية مثل لوحة المفاتيح والماوس والميكروفون وما إلى ذلك، وبعد المعالجة يتم إرسال النتيجة إلى جهاز الإخراج.

كيف تعمل وحدة المعالجة المركزية (CPU)

منذ الإنشاء والتطوير، كان تحسين وحدة المعالجة المركزية وجلبها وفك تشفيرها وتنفيذها وظائف أساسية لوحدة المعالجة المركزية، ودعنا نتعرف على وظيفة كل منهما بالتفصيل:

• الجلب

تتلقى وحدة المعالجة المركزية في دائرة الباور الأولى التعليمات، وهذا يشير إلى السلسلة الثنائية المرسلة من الذاكرة العشوائية إلى وحدة المعالجة المركزية

لا تتلقى وحدة المعالجة المركزية تعليمات واحدة مباشرة، ومع ذلك يتم تقسيم التعليمات إلى عدة مجموعات في الذاكرة، وهذا يعني أن العديد من اللبنات الصغيرة للعملية الطويلة قد تم صنعها، ثم تتلقى وحدة المعالجة المركزية تلك الأجزاء من التعليمات واحدة تلو الأخرى.

نظرًا لاضطراب البيانات، يتم حفظ عناوين التعليمات من قِبَل عداد البرنامج (PC) عند تقسيم التعليمات إلى عدة مجموعات صغيرة لتوفير الإرشادات المتسلسلة اللازمة لتنفيذ العمليات بشكل صحيح.

بهذه الطريقة، يتم تعريف ترتيب تلقي التعليمات من قبل وحدة المعالجة المركزية، ويتم تخزين هذه التعليمات في سجل التعليمات IR. بمجرد اكتمال ذلك، سيستمر عداد البرنامج في الرجوع إلى عنوان التعليمات التالية.

• فك

بمجرد تحميل التعليمات في وحدة المعالجة المركزية، يجب فهم معناها قبل بدء عملية فك الشفرة، ويتم ذلك بمساعدة وحدة المنطق الحسابي (ALU).

يقوم المعالج المركزي بتنفيذ العمليات المنطقية والحسابية اللازمة لإدارة مكونات الكمبيوتر المختلفة، ويقرأ ويفسر التعليمات من الذاكرة ويحولها إلى سلسلة من إشارات مختلفة يتم تمريرها إلى أجزاء مختلفة من وحدة المعالجة المركزية لإتمام المزيد من الإجراءات.

• التنفيذ

أخيرًا يتم تنفيذ التعليمات التي تم فك شفرتها، أخيرًا يجب على الكمبيوتر تنفيذ التعليمات أثناء خطوة التنفيذ، قد تكون هذه أشياء كثيرة بما في ذلك تحميل البيانات من الذاكرة أو تخزين البيانات في الذاكرة أو إجراء عملية حسابية، بعد ذلك يتم تخزينها في سجل وحدة المعالجة المركزية كإخراج حتى يمكن للإرشادات اللاحقة الرجوع إليها.

ثم، وفقًا لتعليمات الاستخدام، يتم توصيله إلى جهاز الإخراج، أو يتم تخزينه على النظام الحاسوبي، أو حتى تخزينه على أجهزة التخزين الثانوية.

وسيقوم المعالج بتنفيذ هذه الدورة ملايين المرات في الثانية، وهذه هي الطريقة التي يعمل بها وحدة المعالجة المركزية.

وظيفة وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر

تتمثل الوظيفة الأساسية لوحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر في التخزين والمعالجة عن طريق إجراء جميع الحسابات الرياضية والمنطقية مع بيانات الإدخال لتوفير البيانات الناتجة للمستخدمين ويتم بذلك العمل على الكمبيوتر، وفيما يلي وظيفة وحدة المعالجة المركزية في 4 خطوات:

• تقوم وحدة المعالجة المركزية بتلقي البيانات عندما يتم إدخالها من الكمبيوتر من خلال أجهزة الإدخال مثل لوحة المفاتيح أو الماوس.
• ثم يتم معالجة بيانات الإدخال هذه من قبل وحدة المعالجة المركزية باستخدام العمليات الحسابية والخوارزميات التقنية.
• ثم توفر وحدة المعالجة المركزية بيانات المعالجة للبيانات من خلال أجهزة الإخراج مثل شاشات العرض .
• تقوم وحدة المعالجة المركزية أيضًا بتخزين بيانات العملية في ذاكرة تخزين مؤقت للاستخدام المستقبلي.

على سبيل المثال:

عند الضغط على أي زر في لوحة المفاتيح، يظهر إما رمزا أبجديا أو رقميا أو رمزا خاصا، وعندها تقوم لوحة المفاتيح بتحويل هذه الرموز إلى الرمز الثنائي (10100) الذي يستخدمه الكمبيوتر، ثم تحسب وحدة المعالجة المركزية (CPU) طريقة عرض الحرف بالبكسل على شاشة الكمبيوتر

تتطلب وحدة المعالجة المركزية تعليمات خطوة بخطوة من الذاكرة لرسم الحرف أو أي شيء آخر تم الضغط عليه على لوحة المفاتيح، وتقوم بتنفيذ هذه التعليمات وحفظ النتائج كوحدات بكسل في الذاكرة، ثم يتم إرسال هذه المعلومات الثنائية للبكسلات إلى الشاشة.

تعد الشاشة جهاز إخراج يقوم بتحويل الإشارات الثنائية إلى أضواء وألوان صغيرة تشكل الصورة المعروضة. وليست وحدة المعالجة المركزية مقتصرة فقط على شاشات الكمبيوتر فحسب، ولكنها تشمل أيضًا أجهزة الإخراج الأخرى للكمبيوتر مثل مكبرات الصوت والطابعات وأجهزة العرض وغيرها.

لماذا وحدة المعالجة المركزية مهمة

تقوم وحدة المعالجة المركزية أو المعالج بمعالجة جميع تعليمات البرامج والأجهزة والبيانات، وبالتالي فهي مكون مهم في الحاسوب، حيث تتماشى مع الهدف النهائي الذي تم تعريفه على أنه عقل الحاسوب.

لماذا تسمى وحدة المعالجة المركزية دماغ الكمبيوتر

تماما كما تدير دماغنا جميع وظائف الجسم، مثل الدورة الدموية والهضم، فإن وحدة المعالجة المركزية في جهاز الكمبيوتر تتحكم في جميع الوظائف المهمة، مثل الإدخال والمعالجة وتخزين البيانات والإخراج، وهذا هو السبب في تسمية وحدة المعالجة المركزية باسم دماغ الكمبيوتر

مكونات المعالج

تتكون وحدة المعالجة المركزية من وحدة المنطق الحسابي (ALU) ووحدة التحكم (CU) والسجلات وذاكرة التخزين المؤقت والحافلات والساعة، وتستخدم هذه المكونات في عمل المعالج الدقيق.

أنواع المعالج

يتم تصنيف الأنواع الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية على أنها نواة أحادية النواة وثنائية النواة ورباعية النواة وسداسية النواة وثماني النواة ومعالج عشاري النواة، بالإضافة إلى ذلك تم تصنيف هذه المعالجات الأساسية بشكل أكبر في بنى مختلفة مثل 64 بت و 32 بت بسرعات وقدرات مختلفة.

هل وحدة المعالجة المركزية والمعالج متماثلان

نعم، كل من وحدة المعالجة المركزية والمعالج متماثلان عند الإشارة إلى أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الحديثة، ومع ذلك تُستخدم وحدة المعالجة المركزية أيضًا كمصطلح واسع للجهاز ويتم استخدام المعالج كشريحة عمل رئيسية لجهاز الكمبيوتر، لهذا السبب يُعرف أيضًا باسم المعالج الدقيق والمعالج المركزي.

لماذا تقع وحدة المعالجة المركزية تحت المشتت الحراري

تصبح وحدة المعالجة المركزية ساخنة للغاية أثناء إجراء ملايين العمليات الحسابية، ولذلك توضع وحدة المعالجة المركزية أسفل قطعة معدنية كبيرة تسمى المشتت الحراري لإبعاد الحرارة عن المعالج قبل أن يتلف.