ما هي وحدة المعالجة المركزية
وحدة المعالجة المركزية هي جهاز كمبيوتر ينفذ التعليمات ويتحكم في جميع العمليات الحسابية والمنطقية وعمليات الإدخال / الإخراج لنظام الكمبيوتر. باختصار، يتم التحكم في جميع عمليات معالجة البيانات داخل الكمبيوتر بواسطة وحدة المعالجة المركزية.
تسمى وحدة المعالجة المركزية أيضًا بالمعالج المركزي أو المعالج الدقيق، وتتلقى جميع التعليمات سواء كانت من تطبيقات البرامج أو مكونات الأجهزة، لذلك فهي جزء رئيسي جدًا من الكمبيوتر.
تعد وحدة المعالجة المركزية أهم جزء في نظام الكمبيوتر من حيث قوة الحوسبة. مكونات المعالجة لها مساهمة كبيرة في تشغيل الكمبيوتر. تعتمد سرعة وقوة الكمبيوتر بشكل كبير على وحدة المعالجة المركزية (المعالج)
أين تقع وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر
يتم وضع وحدة المعالجة المركزية هذه في وسط مقبس وحدة المعالجة المركزية حول قسم VRM باللوحة الأم والذي يتصل بعناصر الأجهزة الأخرى داخل خزانة الكمبيوتر. وحدة المعالجة المركزية عبارة عن شريحة مربعة تتكون من طبقة رقيقة من آلاف الترانزستورات.
يتم تصنيع وحدات المعالجة المركزية (CPU) بحيث يمكنها وضع ترانزستورات مجهرية على شريحة حاسوب دقيق واحدة بالمليارات.
بمساعدة هذه الترانزستورات، تتم جميع العمليات الحسابية ويتلقى المعالج مدخلات من الأجهزة الطرفية (لوحة المفاتيح والماوس والميكروفون وما إلى ذلك)، وبعد معالجتها ترسل النتيجة إلى جهاز الإخراج.
كيف تعمل وحدة المعالجة المركزية (CPU)
نظرًا لأن الإنشاء والتطوير وتحسين وحدة المعالجة المركزية والجلب وفك التشفير والتنفيذ هي الوظائف الأساسية لوحدة المعالجة المركزية، فلنتعرف على وظيفة كل منها بالتفصيل
- أحضر
كما تشير كلمة تلقي التعليمات، فهذا يعني سلسلة ثنائية يتم تمريرها من ذاكرة الوصول العشوائي إلى وحدة المعالجة المركزية.
لا تتلقى وحدة المعالجة المركزية تعليمات واحدة مباشرة، ولكن التعليمات مقسمة إلى عدة مجموعات في الذاكرة. هذا يعني أنه تم صنع العديد من اللبنات الصغيرة لعملية طويلة. بعد ذلك، تتلقى وحدة المعالجة المركزية هذه الأجزاء من التعليمات واحدة تلو الأخرى.
نظرًا لأن البيانات مضطربة، فعند تقسيم التعليمات إلى عدة مجموعات أصغر، يحتفظ عداد البرنامج (PC) بعناوين التعليمات لتوفير تعليمات متسلسلة لأداءها حسب الحاجة.
بهذه الشرح طريقة تتعلم وحدة المعالجة المركزية الترتيب الذي يتم استلام التعليمات به، ويتم تخزين هذه التعليمات في IR (سجل التعليمات)، بمجرد اكتمال ذلك، سيستمر عداد البرنامج في العودة إلى عنوان التعليمات التالي.
- فك
بمجرد تنزيل التعليمات في وحدة المعالجة المركزية، يحتاجون إلى معرفة ما تعنيه التعليمات، وبعد ذلك تبدأ عملية فك التشفير بمساعدة ALU (وحدة المنطق الحسابي).
ينفذ العمليات المنطقية والحسابية والحسابية الضرورية لإدارة المكونات المختلفة للكمبيوتر. يقرأ ويفسر التعليمات من الذاكرة ويحولها إلى سلسلة من أشكال الإشارات التي يتم تمريرها بعد ذلك إلى أجزاء مختلفة من وحدة المعالجة المركزية بحيث يمكن اتخاذ المزيد من الإجراءات.
- تنفيذ
أخيرًا، يتم تنفيذ التعليمات التي تم فك تشفيرها، وأخيرًا يتعين على الكمبيوتر تنفيذ التعليمات أثناء خطوة التنفيذ، وقد تكون هذه أشياء كثيرة بما في ذلك تنزيل البيانات من الذاكرة أو تخزين البيانات في الذاكرة أو إجراء عملية حسابية، وبعد ذلك يتم تخزينها في سجل وحدة المعالجة المركزية كإخراج بحيث يمكن للإرشادات اللاحقة الرجوع إليه.
ثم وفقًا لتعليمات المستخدم، يتم إعطاؤه لجهاز الإخراج، أو المخزن على نظام الكمبيوتر أو حتى تخزينه على أجهزة التخزين الثانوية.
سيقوم المعالج بتنفيذ هذه الدورة على مدى ملايين المرات في الثانية، وهذه هي الشرح طريقة التي تعمل بها وحدة المعالجة المركزية.
وظيفة وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر
تتمثل الوظيفة الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر في التخزين والمعالجة عن طريق إجراء جميع الحسابات الرياضية والمنطقية مع بيانات الإدخال لتوفير بيانات الإخراج للمستخدمين، وبالتالي العمل على الكمبيوتر، فيما يلي وظيفة وحدة المعالجة المركزية في 4 خطوات
- تتلقى وحدة المعالجة المركزية البيانات عندما يقوم الكمبيوتر بإدخال البيانات من خلال أجهزة الإدخال مثل لوحة المفاتيح أو الماوس.
- بعد ذلك، تعالج وحدة المعالجة المركزية بيانات الإدخال هذه عن طريق إجراء عمليات حسابية وتقنية.
- ثم توفر وحدة المعالجة المركزية البيانات المعالجة من خلال أجهزة الإخراج مثل شاشة العرض.
- تقوم وحدة المعالجة المركزية أيضًا بتخزين بيانات المعالجة في شكل ذاكرة تخزين مؤقت لاستخدامها في المستقبل.
على سبيل المثال
عند الضغط على أي مفتاح على لوحة المفاتيح، يكون إما أبجديًا رقميًا أو حرفًا خاصًا، تقوم لوحة المفاتيح بتحويله إلى لغة الكمبيوتر (ثنائي، أي 10100)، ثم تحسب وحدة المعالجة المركزية كيفية عرض إدخال الحرف بكسل ببكسل على شاشة الكمبيوتر .
تطلب وحدة المعالجة المركزية إرشادات خطوة بخطوة من الذاكرة لرسم الحرف أو أي شيء قمت بالضغط عليه على لوحة المفاتيح، وتشغيل تلك التعليمات وتخزين النتائج على شكل وحدات بكسل في الذاكرة، وأخيرًا يتم إرسال معلومات البكسل هذه بشكل ثنائي إلى الشاشة.
الشاشة عبارة عن جهاز إخراج، يقوم بتحويل الإشارات الثنائية إلى أضواء وألوان صغيرة تشكل ما تراه، لا تقتصر وظيفة وحدة المعالجة المركزية على شاشة الكمبيوتر فحسب، بل تقتصر أيضًا على أجهزة الإخراج الأخرى للكمبيوتر مثل مكبر الصوت، طابعة وجهاز عرض وما إلى ذلك.
لماذا تعتبر وحدة المعالجة المركزية مهمة
المعالج أو وحدة المعالجة المركزية هو المسؤول عن معالجة جميع تعليمات وبيانات البرامج والأجهزة، لذلك فهو مكون مهم من مكونات الكمبيوتر، واتساقها مع الهدف النهائي الذي يعرف بأنه عقل الكمبيوتر.
لماذا تسمى وحدة المعالجة المركزية دماغ الكمبيوتر
تمامًا مثل دماغنا يدير جميع الوظائف مثل الدورة الدموية والهضم، وبالمثل في الكمبيوتر، تتحكم وحدة المعالجة المركزية في جميع الوظائف المهمة مثل الإدخال والمعالجة وتخزين البيانات والإخراج، وهذا هو السبب في أن وحدة المعالجة المركزية تسمى دماغ الكمبيوتر.
مكونات المعالج
مكونات وحدة المعالجة المركزية هي وحدة المنطق الحسابي (ALU)، ووحدة التحكم (CU)، والسجلات، وذاكرة التخزين المؤقت، والحافلات، والساعة، وتستخدم مكونات وحدة المعالجة المركزية هذه في عمل المعالج الدقيق.
أنواع المعالجات
يتم تصنيف الأنواع الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية على أنها أحادية النواة، وثنائية النواة، ورباعية النواة، وسداسية النواة، وثمانية النواة، وعشارية النواة، بالإضافة إلى أن هذه المعالجات الأساسية مصنفة بشكل أكبر إلى 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 والمعالج يستخدم كشريحة العمل الرئيسية للكمبيوتر، ولهذا 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، وهذا هو سبب وجود وحدة المعالجة المركزية أسفل قطعة معدنية كبيرة تسمى المشتت الحراري لإبعاد الحرارة عن المعالج قبل أن تتلفه.