بسم الله الرحمن الرحيم
والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته
اعزائي ضيوف المنتدى والاعضاء الكرام
اقدم لكم اليوم موضوع
عن
المعالجات
ما هي
من ماذا تتكون
وطرق عملها
وسوف نشرح بوابتها
بسم الله نبدا
1: وحدة المعالجه المركزيه
:هي الخلية الأساسية في الحاسب الآلي وتتكون من الآلاف من الدوائر الإلكترونية المصنوعة من مادة السيلكون وتقوم وحدة المعالجة المركزية بتنفيذ ملايين العمليات الحسابية في كل ثانية وتتيح وحدة المعالجة المركزية للمستخدم بتوجيه من البرامج والأوامر التي توجهها للحاسب أداء العديد من المهام و تعتبر أيضا وحدة المعالجة المركزية في الحاسب من أهم الأجزاء بل أهمها على الإطلاق لأنها بمثابة العقل لجهاز الكمبيوتر وكما أنها تعمل على إنجاز كافة العمليات الحسابية في سرعات مذهلة بالإضافة إلى معالجة مختلف أنواع البيانات والتنسيق بين جميع أجزاء الحاسب واختصارات CPU هي Control Processing وأيضا تسمى أو تدعى بالعقل الالكتروني، والمعالج المركزي، وتارة بالمعالج ويرجع الفضل في معالجة المعلومات في الحاسب إلى المعالج وكلما كان المعالج أسرع وأكثر قوة كلما كان الكمبيوتر نفسه أفضل وأكثر تكلفة
التقنيات الحديثة في تصنيع المعالجات
أدى التنافس الشديد بين الشركات المنتجة للكمبيوتر إلى تطوير المعالجات وزيادة سرعتها بطريقة مطردة أدت إلى إن الحد الأدنى لعدد الترانزستورات الممكن تجميعها على الشرائح يقترب من الحد النظري التصويري وتستخدم الأشعة تحت الحمراء لتجميع الترانزستورات على شريحة المعالج حيث أنها تتمتع بموجات قصيرة من الأشعة ومن الممكن تجميع عدد أكبر من الترانزستور على الشريحة ومن هنا بدا استخدام الأشعة السينية x-Rays بدلا من الأشعة تحت الحمراء حيث أنها تتمتع بموجات أقصر بما تتيح زيادة كثافة عدد الترانزستورات على نفس الشريحة حتى وصل عدد الترانزستورات في معالجات بنتيوم الحديثة إلى أكثر من 30مليون من الترانزستورات وتصل الى 167 مليون ترانزستورت في core 2 due وتزداد القيمه كلما ارتفعنا في المعالجات
مكونات المعالج:
قد تفكر في المعالج على أنه قطعة مربعة أو مستطيلة، ذات إبر عديدة تدخل ضمن مقبس موجود على اللوحة-الأم لكن هذا في واقع الأمر ليس سوى الغلاف الذي يحيط بالمعالج. يتألف المعالج بحد ذاته من رقاقة من كريستال السيلكون تقل مساحتها عادة عن نصف بوصة مربعة ويقوم الغلاف بحماية المعالج من الملوثات (مثل الهواء) ويمكّنه من خلال الإبر من التلاحم مع دارات اللوحة الأم، وبالتالي مع النظام ككل وتحتاج ملايين المفاتيح الإلكترونية (الترانزستورات) الموجودة ضمن المعالج إلى بيئة محكمة العناية لكي تعمل بشكل الصحيح. وعلى الرغم من أن معظم المعالجات مصنوعة من السيلكون إلا أنه من الممكن استخدام أي مادة أخرى شبه موصلة إذا أمكن تصنيعها على شكل أجزاء عالية الجودة بالقياس المطلوب والسيلكون متوفر ورخيص نسبياً ولهذا يعتبر أكثر المواد شعبية في مجال الحواسيب وهو مناسب جداً بسبب إمكانية تشكيل كريستالات كبيرة منه بجودة عالية ومنتظمة
عمل المعالج:
تقوم جميع المعالجات بالعمل ذاته من حيث المبدأ فهيا تأخذ الإشارات على شكل أصفار وواحدات وتعالجها اعتماداً على مجموعة من التعليمات وتنتج مخرجا على شكل أصفار وواحدات أيضاً ويحدد التوتر المطبق على الخط عند إرسال الإشارة فيما إذا كانت الإشارة تمثل قيمة صفر أو قيمة واحد ففي نظام 3.3 فولت يعني تطبيق توتر 3.3 فولت أن الإشارة المرسلة هي الواحد بينما يعني تطبيق توتر 0 فولت أن الإشارة هي الصفر. وتعمل المعالجات عن طريق الاستجابة إلى داخل مجموعة مؤلفة من الأصفار والواحدات مرتبة بطريقة معينة ويتم اتخاذ قرارات مخرجاتها في دارة إلكترونية تسمى البوابة المنطقية (logic gate) تتطلب ترانزستوراً واحداً على الأقل، وبحيث يتم ترتيب المداخل والمخارج بشكل مختلف من أجل العمليات المختلفة ونظراً لأن معالجات اليوم تحتوي على ملايين الترانزستورات فإنها تقدّم فكرة عن مدى تعقيد النظام وتعمل البوابات المنطقية للمعالج مع بعضها البعض لصنع القرارات باستخدام المنطق البولي (Boolean logic) الذي يعتمد على نظام جبري أسسه عالم الرياضيات جورج بول وتتألف العمليات الأساسية في جبر بول من العمليات: AND, NOR, EX-OR and EX-NOR، OR، NOT، NAND ويمكن استخدام العديد من تشكيلات هذه العمليات مع بعضها البعض وان هذه الدوائر هي عبارة عن دوائر كهربائية تستقبل مدخل واحد أو أكثر وتخرج مخرج واحد فقط. وهي تتعامل مع درجتين من الفولت (أحدها (High) والأخر (Low) أو (1) والأخر (0)
بوابة AND:
وتعطي مخرجاً مساوياً للواحد إذا كانت إشارتي الدخل تساوي الواحد وهذا يعني وجود شرطين لا بد من تحقيقهما حيث انه إذا كان لدينا 0)) فانه يسمى" false" والرقم(1) يعطي "true" ويكون المخرج "true" أي 1 عندما يكون كلا المدخلين 1 وغير ذلك فانه صفر.
بوابة OR
وتعطي مخرجا مساوياً للواحد إذا كانت إشارة واحدة على الأقل من إشارتي الدخل تساوي الواحد وهذا يعني وجود شرطين يكفى لتحقق شرط منهما مثلا إذا كان المخرج 1)) "true" فانه يكون إما أحد المداخل أو كلاهما1)) إي "true" أما إذا كان كلا المدخلين "false"(0) فانه في هذه الحالة يكون المخرج هو 0 "false
بوابة NOT:
وهي عبارة عن دخل وحيد وتعكس قيمته فتعطي واحد إذا كان الدخل صفراً والعكس بالعكس
بوابة NAND:
هي عبارة عن تجميع للبوابتين المنطقيتين (AND & NOT) وهي منتشرة بكثرة نظراً لأنها تستخدم ترانزستورين فقط بدلاً من ثلاثة ترانزستورات المستخدمة في بوابة AND وتقوم بوظيفة مماثلة وبذلك إذا كان المخرج0)) "false" فانه في هذه الحالة يجب أن يكون كلا المدخلين1)) "true" وإلا فان المخرج سيكون1)) "true"
بوابة NOR)):
وهي عبارة عن تجميع للبوابات المنطقية (NOT ,OR) أي أننا ندخل الداخل علي البوابة المنطقية (OR) ثم ندخل الخارج منها علي (NOT) المخرج يكون 1)) "true" إذا كان كلا المدخلين0)) " false" وإلا فانه غير ذلك يكون المخرج0)) " false"
بوابة XOR (exclusive-OR):
وتعمل هذه البوابة على مبدأ "either/or." فالمخرج يكون1)) "true" إذا كان فقط أحد المداخل1)) "true" وليس كلا المدخلين ويكون المخرج0)) "false" إذا كان كلا المدخلين "false" أو كلاهما1)) "true"
وبذلك يظهر لنا أن المعالج يستخدم البوابات المنطقية مع بعضها البعض ضمن ترتيبات معينة لتنفيذ الوظائف الحسابية كما يمكن أن يستخدمها للبدء بتخزين البيانات في الذاكرة. وتعمل البوابات المنطقية عبر جهاز يعرف بالمفتاح (switch) وبالتحديد المفتاح الرقمي (digital switch)و كانت قديما المفاتيح عبارة عن مفاتيح فيزيائية أما اليوم فلا شيء يتحرك سوى التيار نفسه وأكثر أنواع المفاتيح انتشاراً في كمبيوترات اليوم ترانزستور يعرف باسم موسفيت ويقوم هذا النوع من الترانزستورات بأداء وظيفة بسيطة لكنها هامة جدا وعند تطبيق التوتر عليه يستجيب إلى هذا التوتر بالسماح أو عدم السماح للتيار بالمرور وعلى الرغم من أن معظم المعالجات تعمل اليوم على توتر 3.3 فولت إلا أن المعالجات السابقة ومنها الإصدارات الأولى من معالجات بينتيوم تعمل على توتر 5 فولت وفي أحد أنواع ترانزستورات موسفيت فإن التيار القادم بتوتر قريب أو يساوي القيمة العليا للتوترو يفتح الدارة الإلكترونية بينما التيار القادم بتوتر قريب من الصفر، يغلقها. وتعمل الملايين من الترانزستورات موسفيت مع بعضها البعض بناء على التعليمات الصادرة عن البرامج للتحكم بمرور التيار في البوابات المنطقية وإعطاء النتيجة المطلوبة ونذكّر أن كل بوابة منطقية تحتوي على ترانزستور واحد أو أكثر وكل ترانزستور يجب أن يتحكم بالتيار بحيث تنتقل الدارة ذاتها من وضعية التشغيل (on) إلى وضعية عدم التشغيل (off) أو من وضعية off إلى وضعية on أو تبقى على وضعها الحالي وكذلك يتم التحكم بمرور التيار في كل بوابة من خلال الترانزستورات الموجودة فيها ولا تشكّل هذه الترانزستورات وحدات مستقلة ومنفصلة عن بعضها البعض بل إن عدداً كبيراً منها مصنوع من قطعة واحدة من السيلكون (أو من مادة أخرى من أشباه الموصلات)، وترتبط مع بعضها البعض بدون أسلاك، أو أية مواد خارجية وأدى تطور هذه الوحدات المسماة بالدارات المتكاملة (integrated circuits, IC) إلى ظهور المايكرو معالجات ولم يتوقف دمج الدارات الكهربائية عند ظهور أول دارة IC. ومثلما كانت دارة IC الأولى مؤلفة من العديد من الترانزستورات، فقد تم ربط العديد من دارات IC مع بعضها البعض في عملية تسمّى التكامل واسع النطاق كما تم ربط هذه المجموعات الأخيرة من دارات IC مع بعضها البعض، في عملية سمّيت بالتكامل واسع النطاق جداً. وكان أول معالج اعتمد هذه الطريقة هو معالج Intel 4004، الذي يعتبر الجد الأكبر لجميع المعالجات التي تقدّمها شركة إنتل اليوم
ومن أجزاء المعالج الرئيسية
1-وحدة الحساب والمنطقALU)).
وهي الوحده التي تقوم بتنفيذ العمليات الحسابيه وعمليات الازاحه الموجوده في التعليمات
2-وحدة التحكم cu)). وهي المسؤولة عن جلب التعليمة من الذاكرة الرئيسية وفك شفرتها وتنفيذها.
3-المسجلات Registers
وهي عبارة عن وسائط تخزين للبيانات بكافة أنواعها ومن أنواع المسجلات
AX وتسخدم للعمليات الحسابيه وتخزين البيانات
BX وستمى بالقاعده وتستخدم مرتبطه مع المسجل AX
CX وهو عبارة عن عداد. DX مسجل للبيانات
DI وتستخدم لتخزين البيانات او للمكان الذي سوف تخزن فيه الحروف
SI فهرس المصدر المكان الذي تنسخ منه الحروف
4-ساعة النظام. بداخل كل حاسب ساعة خاصة تسمى بساعة النظام ولكن لا تستخدم هذه الساعة لمعرفة الوقت وإنما لإرسال نبضات كهربائية صغيرة إلى وحدة المعالجة والتي بدورها تقوم باستخدام هذه النبضات للتحكم في العمليات التي تنجزها ولوجود هذه الساعة علاقة وثيقة بسرعة تردد المعالج
وان أهم عنصرين في المعالج هما المسجّلات (registers) وساعة النظام (system clock) والمسجل هو عبارة عن منطقة تخزين داخلية تشكل وحدة الذاكرة ونظراً لأنه جزء من المعالج فهو يستخدم أسرع نوع من أنواع الذاكرة في النظام ووظيفته الاحتفاظ بالبيانات المستخدمة من قبل التعليمات على شكل مجموعات من البتّات (bit pattern) أي سلسلة متتابعة من الأصفار والواحدات وكلما كبر عدد البتات التي يمكن أن يحملها المسجّل كلما ازداد حجم البيانات التي يمكن أن يعمل عليها المعالج في المرة الواحدة.
ومن أهمية ساعة النظام يُمضي المعالج وقته مستجيباً للإشارات إلا أنه لا يستطيع الاستجابة إلى جميع الإشارات في الوقت ذاته وإلا فإنها ستختلط مع بعضها البعض بشكل غير منتظم وتجنباً لهذه المشكلة ينتظر المعالج حتى يتلقى أمر البدء باستقبال الإشارات ويتحدد زمن انتظار المعالج عن طريق ساعة النظام (system clock). فعلى فترات زمنية دقيقة، تقوم ساعة النظام بإرسال نبضات كهربائية كوسيلة للاستفهام من النظام عن التعليمات المنتظرة فإذا كانت هناك تعليمة تنتظر التنفيذ ولم يكن المعالج مشغولاً بالتعليمات السابقة يجلب المعالج هذه التعليمة إلى داخله ويعمل على تنفيذها. ويعتمد عدد التعليمات التي يمكن للمعالج أن يقوم بتنفيذها، في دورة ساعة الواحدة على تصميم المعالج بحد ذاته وقد كانت المعالجات الأولى تعمل على تعليمة واحدة فقط في كل دورة ساعة ولكن معالجات اليوم تسرّع هذه العملية من خلال طريقتين:
تدعى الاولى التنفيذ ضمن خطوط المعالجه
والثاانيه التنفيذ فائق التدرجوهي تسمح لخطوط المعالجه بقرائة تعليمه جديده من الذاكره قبل ان تنتهي من معالجه التعليمه الحاليه
سرعة المعالج Processor Speed:
قاس سرعة المعالجات بعدد التعليمات الممكن تنفيذها في الثانية الواحدة وقد كانت سرعة المعالجات القديمة تقاس بمقياس يطلق عليه Mega Hertz وهو يوازي مليون ذبذبة في الثانية واختصاره عبارة عن MHZ)) ففي الأجهزة الشخصية القديمة من طراز XT، ATكانت سرعة المعالج لا تتجاوز 8mhzأو 10mhz ثم زادت سرعة المعالجات حتى وصلت إلى سرعات عالية جدا ويستخدم فيها المقياس Giga Hertz وهو مقياس قسمته مليار ذبذبة في الثانية ويرمز إليه بالحروف GHZوالمعالجات من نوع بنتيوم الحديثة تصل سرعتها إلى أكثر من 3GHZوهي في تطور وزيادة مستمرة مع الإصدارات الجديدة وتصل الى 7 و 8 غيغا هرتز مع الكسر بالنتروجين السائل
اشكال المعالجات
أنتجت شركات تصنيع المعالجات أشكالا وموديلات مختلفة من المعالجات وكل شكل يخصص له فتحه خاصة لتركيبه على اللوحة الأم يتناسب مع شكل المعالج وقد أنتجت IBM معالج يستخدم نظام تغليف يطلق عليه اسم DIP ثم أنتجت بعد ذلك شريحة يطلق عليها اسم pga وتحتوي على أسنان ويتم تركيب هذا المعالج في فتحة مخصصة له على اللوحة الأم على الكمبيوتر وZIF اختصارها للكلمات Zero Insertion Force ومعناها قوة الإدخال الصفرية حيث يتم تركيب المعالج على تلك الفتحة بدون دفع وبسهولة ويتم إغلاق فتحة المعالج بذراع تحكم لإحكام إغلاق فتحة أسنان المعالج
المعالجة المتعددة :
وتعني تشغيل الجهاز بأكثر من معالج والهدف من ذلك هو مضاعفة سرعة أداء الجهاز وباستخدام معالجين بدلا من معالج واحد ويجب أن يتوفر في جهاز الكمبيوتر المواصفات التالية حتى يمكننا الاستفادة من المعالجة
وتنقسم المعالجة المتعددة إلى نوعين :
1-المعالجة المتعددة المتسقة : فتسمح لمهام النظام أو المستخدم بان يتم معالجتها باستخدام أي معالج متاح
2-المعالجة المتعددة الغير متسقة : فيتم فيها تخصيص المعالجات لتنفيذ مهام النظام فقط بينما باقي المعالجات تقوم بمهام معالجة التطبيقات وهذا التصميم الجامد الغير مرن يعد إهدار للوقت وانخفاض في الأداء العام للنظام في الأوقات التي يحتاج فيها الكمبيوتر إلى تنفيذ مهام تطبيقات ومستخدمين. وبذلك تكون المعالجة المتسقة أو المتناسقة هي الأفضل بالنسبة لتحسين الأداء العام للنظام في مجال المعالجة المتعددة. ويسمح للمعالج دعم المعالجة المتعددة فيجب أن يكون قادرا على دعم بروتوكول المعالجة المتعددة الذي يطلق عليه اسم APLC وهذا البروتوكول يحدد للمعالجات CPU ومجموعة الشرائح الأساسية وكيفية تخاطب كل منهما الأخرى.
تقسيم وحدة المعالجة المركزية :
1-وحدة الحساب والمنطق : وتقوم هذه الوحدة بجميع العمليات الحسابية والمنطقية مثل عمليات الجمع والطرح والضرب والقسمة وكذلك يتم فيها إجراء عمليات المقارنة مثل ط 2, <، <>، = 2-وحدة التحكم : وهي الوحدة التي تتحكم في سير العمليات بحيث تنقل نتائج معالجة البيانات إلى وحدة التخزين أو إخراج هذه النتائج إلى وحدات الإخراج مثل الشاشة أو الطابعة وهي المنظم لسير العمليات بين وحدات الحاسب الآلي.
3-الذاكرة: وتنقسم إلى قسمين :
الذاكرة الوسيطية الداخليةL1)) :
وتقوم الخلايا بتخزين كمية صغيرة من احدث البيانات التي استخدمتها وحدة المعالجة المركزية.
الذاكرة الوسيطية الخارجية L2)):
وتقوم هذه الخلايا بتخزين احدث البيانات التي استخدمتها وحدة المعالجة المركزية.
سرعة الناقل:وتقاس بالميجا هرتز
بيئة تصنيع وحدة المعالجة المركزية :
تصنع المعالجات المركزية في غرف خاصة جدا تمتاز بالنظافة الفائقة، حيث تعتبر هذه الغرف أنظف بـ 10000 مرة من غرف العمليات الخاصة بالمستشفيات!! وذلك لتحاشي تعرض الترانزستورات لأي جزء من الغبار ولو كان صغيرا والذي بإمكانه إتلاف آلاف منها ويقوم الأشخاص العاملون على تصنيع وحدات المعالجة بارتداء زي خاص يسمى (bunny suits) والذي يحمي من وقوع أي أجزاء متساقطة من قشرة أو شعر العاملين والجدير بالذكر هنا انه على مدى العشرون سنه الماضية كانت معظم المعالجات المركزية لأجهزة الحاسب الشخصية تصنع من قبل شركة Intel الشهيرة ولكنها تتنافس مع شركة AMD
لكن للاسف مع غلاء اسعارها فهي تسحق AMD
ننتظر البلدوزر
وشكرا لكم
المصدر
ارجو التثبيت للاهميه
جزاكم الله كل خير
المعالجات! كيف تصنع ومكوناتها وطريقة عملها والمزيد في الداخل
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة Aws Shehab
ضوابط المشاركة
المفضلات