ماذا تعني وحدة المعالجة المركزية (CPU) في دائرة الطاقة
تقوم وحدة المعالجة المركزية (CPU)، أو المعالج في دائرة الطاقة، بمعظم المعالجة داخل الكمبيوتر، وتعالج جميع التعليمات التي تتلقاها البرامج التي تعمل على جهاز ومكونات الأجهزة الأخرى وتعمل كآلة حاسبة قوية.
توجد وحدة المعالجة المركزية في مقبس مربع موجود في جميع اللوحات الأم عن طريق إدخال موصلاتها المعدنية أو مساميرها في الجانب السفلي. تم تصميم كل مقبس بتصميم دبوس محدد لدعم نوع معين فقط من المعالجات.
نظرًا لأن وحدات المعالجة المركزية الحديثة تنتج الكثير 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 على اللوحة الأم.
تاريخ موجز لوحدة المعالجة المركزية
تم اختراع ويليام شوكلي، وجون باردين، ووالتر براتين في عام 1947 وكان الاكتشاف معلماً هاماً لدرجة أنهم اجتمعوا معًا، جهاز أشباه الموصلات الذي ينقل الإشارات الكهربائية، الترانزستورات هي أساسًا اللبنات الأساسية لوحدة المعالجة المركزية.
كانت أول ترانزستورات بحجم اليد. أدى هذا الاكتشاف إلى تغيير تصنيع وحدة المعالجة المركزية حيث أتاحت الترانزستورات تخزين المزيد من البيانات على أجهزة أصغر.
اختراع رائد آخر في تاريخ وحدات المعالجة المركزية كان أول دائرة متكاملة صنعها روبرت نويس وجاك كيلبي.
كانت الدارة المتكاملة عبارة عن دائرة إلكترونية مدمجة في مادة شبه موصلة، وهي السيليكون بشكل عام، كانت الدائرة المتكاملة اختراعًا مهمًا لأنها أدت إلى إنتاج الرقائق الدقيقة، وهذه الشرائح الصغيرة تحتوي على مليارات الترانزستورات وتخزن كميات كبيرة من المعلومات وتؤدي العمليات الحسابية الضخمة بقوة، أدى إدخال هذه الرقائق الدقيقة إلى التكنولوجيا لتضخيم قوة الحوسبة التي نعرفها الآن.
تُستخدم وحدات المعالجة المركزية (CPU) في شغل مساحة كبيرة، مع التقدم المستمر لهذه الوحدات، أصبحنا الآن قادرين على جعلها أصغر بكثير. تستمر في التقلص لكنها تزداد قوة وفعالية.
مكونات وحدة المعالجة المركزية
فيما يلي المكونات الثلاثة الأساسية لوحدة المعالجة المركزية
- وحدة المنطق الحسابي (ALU)
- وحدة التحكم
- السجلات
مع عدد قليل من المكونات الإضافية مثل وحدات إنشاء العناوين ووحدة إدارة الذاكرة وذاكرة التخزين المؤقت.
وحدة المنطق الحسابية
وهي مسؤولة عن العمليات الحسابية والمنطقية.
فيما يلي مدخلات هذه العمليات
البيانات (العمليات) يتم توفيرها من خلال السجلات التي تخزن نتيجة العمليات السابقة أو الحديثة من الذاكرة الخارجية أو قيمة ثابتة تُدار داخليًا
الرمز (الرموز) تغذيه وحدة التحكم كتعليمات.
في نهاية العملية، يتم تخزين النتائج في السجل الداخلي للعملية التالية أو في الذاكرة الخارجية بواسطة وحدة التحكم في حالة اكتمال الخطوات وتحديث سجلات الحالة وفقًا لذلك.
-وحدة التحكم
المكونات كالتالي
يتحكم في تشغيل وحدة المعالجة المركزية.
يتم التصدير إلى ALU والذاكرة وأجهزة الإدخال / الإخراج بما يتناسب مع جميع الوحدات في وحدة المعالجة المركزية في تنفيذ التعليمات.
ينقل البيانات من الذاكرة الخارجية إلى ALU.
يتم تخزين إخراج المعالجة في الذاكرة الخارجية.
-السجلات
توفر السجلات مساحة تخزين للاحتفاظ بنتيجة وسيطة، ونقل البيانات قبل معالجتها بواسطة ALU، وإخراج البيانات قبل النقل إلى تعليمات الذاكرة الخارجية d، وعنوان الذاكرة الإلكترونية، وهناك بعض السجلات المستخدمة للأغراض الداخلية التي لا يمكن الوصول إليها من الخارج وهناك بعض التي يمكن الوصول إليها 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 العنوان
تحسب هذه الوحدة عنوان الذاكرة من حيث يجب جلب البيانات، وتعمل هذه الوحدة بالتوازي مع الوحدات النمطية الأخرى وتوفر وقت التنفيذ وتحسن الأداء.
وحدة إدارة الذاكرة
تتعامل هذه الوحدة مع العنوان المنطقي لتحويل العنوان الفعلي وإدارة ترحيل الذاكرة والذاكرة الافتراضية.
-مخبأ
يتم تخزين البيانات التي يتم الوصول إليها بشكل متكرر في ذاكرة تخزين مؤقت موجودة 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.
كيف تعمل 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 وتجد التعليمات التالية في عداد البرنامج، إذا كانت التعليمات التالية عبارة عن عبارة قفزة، فسيتم تخزين عنوان التعليمات المقابل إلى حيث يجب نقل التحكم في عداد البرنامج ويقفز البرنامج إلى هذا الموقع ويستمر التنفيذ من خلال الموقع الرسميك، في بعض الأجهزة، يُسمح بالتنفيذ المتوازي للكمبيوتر متعدد المعالجات في حالة وجود تعليمات متعددة في وقت واحد.
الخطوات المختلفة في التنفيذ شائعة في معظم أجهزة الكمبيوتر ويتم جلبها وفك تشفيرها وتنفيذها
- أحضر
تحصل هذه الخطوة على التعليمات من الذاكرة حيث يتم تخزين البرنامج، ويتم تخزين عنوان التعليمات في عداد البرنامج وبمجرد معالجة العنوان يتم فهرسته إلى الإرشادات التالية في التسلسل المنطقي، قد يستغرق جلب التعليمات بعض الوقت بسبب بطء الذاكرة ويتم حلها عن طريق تخزينها في ذاكرة التخزين المؤقت.
- فك
يتم فك التعليمات، ونوع العملية التي سيتم تنفيذها والمعامل الذي سيتم تنفيذ العملية من خلاله.
- بداية شئ
يتم تنفيذ خطوة التنفيذ باستخدام كود العملية ويتم تخزين المعلمة والنتائج في السجلات، وبعد ذلك نعلم.
مزايا وحدة المعالجة المركزية
فيما يلي المزايا المذكورة
- وحدة المعالجة المركزية هي قلب وعقل الكمبيوتر وهي الوحدة الأساسية للكمبيوتر.
- إنه صغير الحجم ويتناسب بشكل جيد مع الفتحة الموجودة في اللوحة الأم. من السهل تصميمه لأجهزة الكمبيوتر الصغيرة مثل الهاتف المحمول وجهاز الكمبيوتر اللوحي والكمبيوتر المضغوط وما إلى ذلك.
- يمكن تعزيز قوة العمليات الحسابية والمنطقية من خلال وجود معالجات متعددة في الكمبيوتر.
- يطحن البيانات الرياضية والتجارية بشكل أسرع.
أنواع معالجات وحدة المعالجة المركزية
Advanced Micro Devices (AMD) و Intel هما المصنعان الرئيسيان للمعالجات الدقيقة، رقائق Ryzen هي أحدث جيل من معالجات AMD.
من ناحية أخرى، تعد Atom و Pentium و Celeron هي الأساسيات بينما تعد i-core و xenon من أحدث المعالجات القائمة على الأداء.
وظيفة المعالج
تسمى وحدة المعالجة المركزية قلب وعقل الكمبيوتر، فهي تلعب دورًا مهمًا في معالجة وحساب جميع البيانات الموجودة في الكمبيوتر، وعندما تذهب لأداء إجراء على الكمبيوتر، يتم تقسيمها إلى مجموعة من الوظائف الرياضية .
يمكن أن يكون هذا بسيطًا مثل تحريك الماوس عبر الشاشة أو تشغيل الكمبيوتر، ومن ثم تقوم وحدة المعالجة المركزية بمعالجة كل هذه المدخلات لتعطيك النتيجة المرجوة.