يحتوي كل جهاز كمبيوتر على وحدة المعالجة المركزية. ربما سمعت عن هذا المصطلح التقني من قبل، ولكن ما هو بالضبط؟ ما هي وحدة المعالجة المركزية وكيف تعمل؟ في هذه المقالة، ستتعلم الأساسيات حول ماهيتها في الواقع، وسنقدم لك نظرة عامة على كيفية عملها.
ما هي وحدة المعالجة المركزية وأين تجدها في الكمبيوتر؟
CPU هي اختصار لوحدة المعالجة المركزية (Central Processing Unit). يُعرف أيضًا باسم المعالج أو المعالج الدقيق. إنها واحدة من أهم أجزاء الأجهزة في أي نظام حوسبة رقمية، إن لم تكن أهمها.
يوجد داخلها الآلاف من الترانزستورات المجهرية ، وهي عبارة عن مفاتيح صغيرة تتحكم في تدفق الكهرباء عبر الدوائر المتكاملة. ستجدها موجودة على اللوحة الأم للكمبيوتر.
اللوحة الأم للكمبيوتر هي لوحة الدائرة الرئيسية داخل الكمبيوتر. وتتمثل مهمتها في توصيل جميع مكونات الأجهزة معًا. غالبًا ما يشار إليه على أنه العقل والقلب لجميع الأنظمة الرقمية، فإن (CPU) هي المسؤولة عن القيام بكل العمل. فهي تقوم بتنفيذ كل إجراء منفرد يقوم به الكمبيوتر وتقوم بتنفيذ البرامج.
ما هي برامج الكمبيوتر وأين يتم تخزينها؟
يوجد برنامج لكل ما تفعله وحدة المعالجة المركزية. لديك برنامج يتيح لك استخدام متصفح الويب الخاص بك أو معالج النصوص. لديك واحد يقوم بعمليات حسابية على الآلة الحاسبة أو يتيح لك كتابة الحروف والأحرف على لوحة المفاتيح.
وهناك برامج تدير النقر واختيار العناصر باستخدام فأرة الكمبيوتر والضغط لأسفل على لوحة اللمس في الكمبيوتر المحمول. مهما كان، هناك برنامج لجميع أنشطة الكمبيوتر.
البرامج عبارة عن مجموعات من التعليمات التي يجب تنفيذها بترتيب تسلسلي ومنطقي واتباعها بدقة خطوة بخطوة. لقد تمت كتابتها بلغة يمكن للبشر قراءتها – لغة برمجة – بواسطة مبرمج.
لا تفهم أجهزة الكمبيوتر لغات البرمجة بشكل مباشر، لذا يجب ترجمتها إلى صيغة يسهل فهمها. هذا النموذج يسمى لغة الآلة أو ثنائي. النظام الثنائي هو نظام عددي ذو أساس اثنين. إنه يتألف من رقمين فقط: 0 و 1.
هذا يعكس ويرتبط بشكل جيد مع الحالتين الوحيدتين المحتملتين اللتين يجب على الترانزستورات التحكم في انحسار وتدفق الكهرباء، إما أن يكونا في وضع التشغيل (1) أو إيقاف التشغيل (0). لذلك، تحت الغطاء، يتم تخزين البرامج كتسلسلات من البتات.
البتات هي اسم آخر للأرقام الثنائية (متواليات من 1 و 0). يتم تخزين البرامج بشكل دائم وطويل الأجل في جهاز تخزين، سواء كان محرك أقراص ثابتة (HDD) أو محرك أقراص الحالة الصلبة (SSD). هذه أنواع من الذاكرة غير متطايرة، مما يعني أنها تخزن البيانات حتى عند انقطاع التيار الكهربائي.
أثناء تشغيل البرنامج وتشغيله حاليًا، يتم تخزين جميع بياناته في الذاكرة الرئيسية أو الأساسية أو الذاكرة أو ذاكرة الوصول العشوائي (ذاكرة الرام). هذا النوع من الذاكرة متقلب، ويتم فقد جميع البيانات عند انقطاع التيار الكهربائي.
ما هي وظيفة وحدة المعالجة المركزية؟
باختصار، وحدة المعالجة المركزية (CPU) مسؤولة عن معالجة العمليات المنطقية والرياضية وتنفيذ التعليمات التي يتم تقديمها. يمكنها تنفيذ ملايين التعليمات في الثانية، ولكن يمكنها تنفيذ تعليم واحد فقط في كل مرة.
يتلقى أولاً نوعًا من الإدخال، عادةً من جهاز إدخال (مثل شاشة عرض الشاشة أو لوحة المفاتيح أو الماوس أو الميكروفون) أو من برنامج تطبيق / نظام (مثل متصفح الويب أو نظام التشغيل).
وحدة المعالجة المركزية هي المسؤولة عن أربع مهام:
- إحضار التعليمات من الذاكرة، لمعرفة كيفية التعامل مع الإدخال ومعرفة التعليمات المقابلة لبيانات الإدخال المحددة التي تلقاها. على وجه التحديد، يبحث عن عنوان التعليمات المقابلة ويعيد توجيه الطلب إلى ذاكرة الوصول العشوائي. تعمل وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي معًا باستمرار. وهذا ما يسمى أيضًا بالقراءة من الذاكرة.
- فك أو ترجمة التعليمات إلى نموذج يمكن أن تفهمه وحدة المعالجة المركزية، وهو لغة الآلة (ثنائي).
- تنفيذ وتنفيذ التعليمات المعطاة.
- تخزين نتيجة التنفيذ في الذاكرة لاسترجاعها لاحقًا عند الطلب. وهذا ما يسمى أيضًا الكتابة إلى الذاكرة.
أخيرًا، هناك إخراج من نوع ما، مثل طباعة شيء ما على الشاشة. تسمى العملية الموضحة أعلاه دورة الجلب والتنفيذ، وتحدث ملايين المرات في الثانية.
إقرأ أيضاً… كيف يمكنني تسريع أداء جهاز الحاسوب الخاص بي؟
الأجزاء الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية.
الآن أنت تعرف المهام الأساسية التي تقوم بها وحدة المعالجة المركزية لكل عملية تحدث على جهاز الكمبيوتر، ما هي أجزائها التي تساعد في إنجاز هذا العمل؟ فيما يلي بعض المكونات المهمة فيه:
- CU (اختصار لوحدة التحكم Control Unit). ينظم تدفق المدخلات والمخرجات. إنه الجزء الذي يجلب ويسترد التعليمات من الذاكرة الرئيسية ويفك تشفيرها لاحقًا.
- ALU (اختصار لوحدة المنطق الحسابي Arithmetic Logic Unit). الجزء الذي تحدث فيه كل المعالجة. هنا يتم إجراء جميع الحسابات الرياضية، مثل الجمع والطرح والضرب والقسمة، وكذلك جميع العمليات المنطقية لاتخاذ القرار، مثل مقارنة البيانات.
- السجلات Registers. موقع ذاكرة سريع للغاية. يتم تخزين البيانات والتعليمات التي تتم معالجتها خلال دورة الجلب والتنفيذ هناك، للوصول السريع من قبل المعالج.
ما هي نواة وحدة المعالجة المركزية؟
لقد تعلمت سابقًا أن وحدة المعالجة المركزية يمكنها عادةً تنفيذ إجراء واحد فقط في كل مرة. حيث تقوم بتنفيذ تعليمات واحدة في كل مرة وتقوم بذلك بمساعدة النوى المادية.
بشكل أساسي، النواة هي وحدة المعالجة المركزية نفسها، وهي جهاز منفصل داخل الشريحة الرئيسية. هذا يعني أن لديها القدرة على فعل شيء واحد فقط في كل مرة. ومع ذلك، فإن أجهزة الكمبيوتر الحديثة لديها القدرة على دعم أكثر من نواة واحدة داخل الشريحة الرئيسية.
كلما زاد عدد النوى، زادت القوة الحسابية والمزيد من المهام التي يمكن تشغيلها وإكمالها في وقت واحد، مما يجعلها متعددة المهام التسلسلية.
على سبيل المثال، هناك وحدات معالجة مركزية ثنائية النواة، مما يعني وجود وحدتي CPU على نفس الشريحة ويمكنهما تشغيل تعليماتين في نفس الوقت.
تعني وحدات المعالجة المركزية رباعية النوى وجود أربع وحدات معالجة مركزية على نفس الشريحة، بينما تعني وحدات المعالجة المركزية سداسية النواة أن هناك ستة أنوية، وما إلى ذلك.
إقرأ أيضاً… أسباب ارتفاع حرارة الكمبيوتر وطرق علاجها.
ما هي تقنية الترابط hyperthreading؟
تدعم وحدات المعالجة المركزية الحديثة أيضًا تقنية تسمى تقنية الترابط (Hyperthreading). الطريقة التي يعمل بها هذا هي أن نواة مادية واحدة تظهر على شكل نوى مادية متعددة، مما يجعل نظام التشغيل يعتقد أن هناك عددًا أكبر من النوى أكثر مما هو موجود بالفعل.
وهذا بدوره يجعل الكمبيوتر يعتقد أنه يتمتع بقوة أكبر مما يمتلكه بالفعل. لذلك، بالإضافة إلى النوى المادية المذكورة في القسم أعلاه، هناك أيضًا هذه النوى الافتراضية.
إنها ليست نوى مادية فعلية، لكن يبدو أنها كذلك. إن الجمع بين كل من النوى المادية والافتراضية يجعل وقت تنفيذ البرامج أسرع ويمنح وحدة المعالجة المركزية المزيد من القوة الحسابية.
