ما هي مواصفات وحدة المعالجة المركزية

السؤال هو ما هي مواصفات وحدة المعالجة المركزية

وحدة المعالجة المركزية (المعالج ـ CPU)

تتصرّف مثل "دماغ" الحاسب بأداء كلّ العمليات المنطقيّة والحسابية.
العديد منْ المستعملون يشيرون خطأ إلى كامل الحاسب كوحدة المعالجة المركزية.
إن وحدة المعالجة المركزية في الحقيقة هي فقط حوالي 1.5 بوصة مربع.
وهو يقْرأ البيانات منْ الذاكرة الرئيسية، ويعالجها طبقاً للأوامر وبعد ذلك يكْتب النتيجة في ذاكرته.


وحدة المعالجة المركزية (المعالج ـ CPU)
فوحدة المعالجة المركزية ليست مجرد دماغ الحاسب، إنها قلبه أيضاً. فهناك نبضة كهربائية دورية تولّدهـا وحدة المعالجة المركزية ـ تسمى نبضة الساعة (clock pulse)، أو فقط الساعة ـ تحدّد السرعة التي تجري بها معظم عمليات معالجة البيانات داخل الحاسب.


الوقت الذي يمرّ من بداية نبضة الساعة إلى بداية النبضة التالية يسمى دورة الساعة (clock cycle). حتى العام 2000، كانت دورات الساعة تُقاس بالميغاهرتز (MHz)، وهي ملايين الدورات كل ثانية. لذا فإن المعالج إنتل بنتيوم ІІІ سرعة 800 ميغاهرتز يُنتج 800 مليون نبضة ساعة كل ثانية. في العام 2000، قدّمت إنتل أول معالج صُغري بالغيغاهرتز (GHz – مليارات الدورات كل ثانية)، وهو أيضاً طراز للبنتيوم ІІІ.

كانت الساعة هي القياس التقليدي لسرعة وحدة المعالجة المركزية لأن وحدة المعالجة المركزية لم تكن تستطيع تنفيذ العمليات الحسابية بأسرع من تكّة واحدة من ساعتها. في الواقع، الحاسب الأول نفّذ عملية حسابية أساسية واحدة في 15 دورة ساعة. لكن تم رمي التقاليد من النافذة عـندما تم تطوير أسلوب يسمى الأنبوبية (pipelining).
والأنبوبية تتيح لوحدة المعالجة المركزية تنفيذ مهمتين أو أكثر دفعة واحدة. بالمعدل الوسطي، فيمكن تنفيذ عدة عمليات خلال كل دورة للساعة.


والآن، أصـبح عالم المقارنات الخاص بوحدة المعالجة المركزية فوضوياً. كل صانع له طريقته الخاصة في تحقيق الأنبوبية، وكل واحد يدّعي أنه الأفضل. بالإضافة إلى ذلك، بعض المهام تستعمل الأنبوبية المتوفرة بشكل أفضل من المهام الأخرى. لذا فإن سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية والسرعة التي تنفّذ بها المهام فعلياً لا تتطابق عادة.


مثلاً، معالج سرعته 2 غيغاهرتز لإحدى الشركات قد يكون أفضل بشكل كبير في تنفيذ بعض المهام، من الطراز 2 غيغاهرتز لشركة منافستها. وقد أظهرت بعض الاختبارات أن أنبوباً مستعملاً بشكل جيد يمكّن وحدة المعالجة المركزية من إكمال مهام الحياة الحقيقية أسرع من وحدة معالجة مركزية منافسة لها ذات سرعة ساعة أكبر. لذا، لم يعد بإمكانك الاتكال على سرعة المعالج كقياس واضح لتقرير أي وحدة معالجة مركزية هي الأسرع.
وحدة المعالجة المركزية (المعالج ـ CPU)


يجب أن تنتبه إلى مجموعة متنوعة من اختبارات الحياة الحقيقية إذا كنت تُجري تصميماً ثلاثي الأبعاد أو هندسة معقّدة، ويجب أن تكون متأكداً من حصولك على أفضل النتائج للمال الذي ستدفعه.


وحدة المعالجة المركزية هي أقرب شيء يملكه الحاسب لتشبيهه بالدماغ؛ لحسن الحظ، ليس من الصعب فهم طريقة عمل وحدة المعالجة المركزية. المعالجات الصُغرية العصرية معقَّدة أكثر بكثير مما ستقرأه هنا، لكن الأساسيات لا تزال تنطبق.



وحدة المعالجة المركزية هي مبدئياً مجموعة من الترانزستورات، الكثير من الترانزستورات. يحتوي المعالج الصُغري إنتل بنتيوم 4 على ما يزيد عن 55 مليون ترانزيستور، وهذا العدد الهائل من الترانزستورات يُسرع عمليات المعالجة إلا أنه يؤدي إلى تولد حرارة عالية جداً نتيجة الشحن والتفريغ، لذا لابد من وجود تبريد مناسب وذلك من خلال وجود مبردة معدنية مناسبة ملتصقة بالمعالج مباشرة مع مروحة خاصة مُثبتة على تلك المبردة. ويمكنك تخيل كل واحد منها كمفتاح تبديل بالغ الصغر يكون إما نشطاً (أي أن الكهرباء تنساب من خلال الترانزيستور) أو معطلاً (لا تنساب الكهرباء).


إن حالات التنشيط والتعطيل هذه تتناسب مع القيم 1 و 0، التي تؤلف نظام الأرقام الثنائية واللغة الثنائية الـتي يفهمها الحاسب. ـ وهذا ما تحدثنا عنه سابقاً ـ وبتجميع كميات من تلك الترانزستورات سوية، يمكن استعمالها لتمثيل أرقام أكبر ومفيدة أكثر. تستطيع وحدة معالجتك المركزية نقل تلك الأرقام، وتنفيذ عمليات رياضية عليها، والإجابة على أسئلة نعم ـ لا عنها. مثلاً، "هل الرقم الموجود في مجموعة الترانزستورات A أكبر من الرقم الموجود في مجموعة الترانزستورات B؟". عند المستوى الأدنى، هذا النقل للأرقام والإجابة على الأسئلة المنطقية يؤلف كل قطعة برنامج استعملتها في يوم من الأيام.



رغم أن البرامج تُكتب عادة بلغات برمجة سهل علينا نحن البشر التلاعب بها، إلا أن الحاسب يفهم فقط لغة الآلة (machine language)، وهي مجموعة أساسية من التعليمات تبلّغ وحدة المعالجة المركزية بأن تتلاعب بـ وتخزّن القيم وتجيب على أسئلة منطقية عنها. عندما يُكتب برنامج، سيتم اختزاله من الشيفرة المقروءة بشرياً التي استعملها منشئه إلى شيفرة لغة الآلة التي يفهمها الحاسب. عندما تشغّل برنامجاً، تُنسَخ شيفرته من وحدة التخزين الطويل الأجل (قرصك الصلب، مثلاً) إلى ذاكرة الحاسب الرئيسية، ويقوم جزء في وحدة المعالجة المركزية يسمى مؤشر (pointer) بإبلاغ وحدة المعالجة المركزية أين ستجد أول تعليمه من تعليمات لغة الآلة.



عادة، ستُنسَخ تلك التعليمات وبضع التعليمات التي تليها من الذاكرة الرئيسية إلى جزء من وحدة المعالجة المركزية والذي يسمى مخبأ (cache) : وهو كمية صغيرة من الذاكرة السريعة يمكنها نقل التعليمات إلى بقية وحدة المعالجة المركزية بشكل أسرع بكثير مما تستطيع نقلها ذاكرة الحاسب الرئيسية. عن استعمال المخبأ لتجهيز التعليمات مسبقاً يمكنه أن يخفّض بشكل كبير الوقت غير الإنتاجي في وحدة المعالجة المركزية ويمنعها من مجرد انتظار قدوم التعليمات أو القيم من الذاكرة الرئيسية. معظم وحدات المعالجة المركزية العصرية تتضمن مخبأ ثانياً، يسمى مخبأ المستوى 2، يزيد من مجموع حجم المخبأ، وبالتالي يحسّن أداء وحدة المعالجة المركزية.