وحدة المعالجة المركزية CPU تعريفها وأجزائها وطريقة عملها

0 23

وحدة المعالجة المركزية أو ما يعرف باسم المعالج إحدى أهم أجزاء أجهزة الكمبيوتر المسؤولة عن كافة المهام التي يقوم بها الجهاز. لذلك أول ما يسأل عنها من يرغب بشراء جهاز جديد لتحديد الأداء والسرعة بشكل عام.

من أشهر الأنواع المتداولة بما يخص وحدات المعالجة المركزية ما يعرف باسم Intel، وحتى تعلم ما الذي تشير إليه مواصفات هذه المعالجات لا بد في البداية من تقديم كل ما يتعلق بها من معلومات تفصيلية.

بالنسبة لي تبقى سرعة المعالج أول ما يلفت انتباهي عند رؤية جهاز كمبيوتر جديد. حيث على أساسها يمكنني تقدير إن كان هذا الجهاز ملائما أم لا.

ستجد في هذه السطور تعريفًا بتلك المعالجات ومكانها مع وصف خارجي بسيط. كما ستتعرف على أهميتها ودورها الأساسي في عمل الكمبيوتر. ولا تنسى تفصيل طريقة عملها ومكوناتها أيضا.

ما هي وحدة المعالجة المركزية

  • وحدة المعالجة المركزية يرمز لها CPU اختصارا لعبارة Central Processing unit وهي الجزء الرئيسي من الكمبيوتر المسؤول عن تنفيذ كافة التعليمات فيه. حيث تتكفل بتنفيذ كافة العمليات الحسابية والمنطقية والعمليات الأساسية الخاصة بالإدخال/الإخراج.
  • تبلغ أهمية وحدة المعالجة المركزية لدرجة كبيرة يراها الخبراء كالدماغ بالنسبة للكمبيوتر؛ فكل تعليمة كبيرة كانت أم صغيرة يجب أن تتم عن طريقها. على سبيل المثال عند النقر على أحد زري الماوس أو الضغط على أحد مفاتيح لوحة المفاتيح Keyboard يجب أن يظهر الحرف عن طريق ال CPU.
  • عند شراء جهاز كمبيوتر أول ما ستنظر إليه هو وحدة المعالجة هذه والتي يقال لها اختصارًا بالمعالج والذي يدل على سرعة عمل الجهاز ككل.
    لكن ذلك لا يعني أن الكمبيوتر هو فقط من يحتوي على وحدة معالجة مركزية CPU؛ بل تتواجد في الهواتف الذكية، والساعات الرقمية الذكية، جهاز ألعاب الفيديو بل وحتى في السيارات الحديثة المزودة بلوحة تحكم بالقيادة.
  • باختصار كل جهاز الكتروني حديث يتضمن وحدة معالجة مركزية أو ما يعرف اختصارًا بـ CPU.
  • أخيرًا بقي أن أدلك على مكان وحدة المعالجة هذه في الكمبيوتر، حيث ستجدها في اللوحة الأم motherboard. تتصل معها بواصة مقبس خاص بها إلى جانب جهاز تبريد خاص مهمته منع ارتفاع حرارتها أثناء العمل.

مكان تواجد وحدة المعالجة المركزية

  • بمجرد أن تنظر إلى مكونات جهاز الكمبيوتر أو اللابتوب الداخلية وتحديدًا إلى اللوحة الأم ستشاهد وحدة المعالجة CPU موجودة في مكان مخصص لها ومتصلة باللوحة الأم بواسطة مقبس خاص بها.
  • أما شكل وحدة المعالجة مربعة وصغيرة مع العديد من الموصلات المعدنية القصيرة والمستديرة على جانبها السفلي. لكن إن كانت قديمة نوعا ما فستجد بدلا من الموصلات مجموعة من الدبابيس.
  • تصنع وحدة المعالجة من مادة السيراميك بطول 2 بوصة وتتخللها صفيحة سيليكون بداخلها. يغطيها جهاز مشتت للحرارة مهمته امتصاص الحرارة منها لتبريدها؛ فكما هو معروف يتأثر عمل وحدة المعالجة بالحرارة.
  • يمكن إزالة كل من وحدة المعالجة والمبرد لاستبدالهما في حال العطب مع ضرورة مراعاة توافقها مع اللوحة الأم. بمعنى آخر قد تضطر عند استبدال المعالج CPU بآخر أحد إلى استبدال اللوحة الأم أيضا.
  • بقي الإشارة إلى استحالة نزع وحدة المعالجة في اللاب توب وبالتالي لن تتمكن من تغييرها أو تغيير اللوحة الأم أيضا.

اقرأ أيضا: برنامج لاصلاح الفلاش ميموري واستعادتها لحالة المصنع – تحميل من رابط مباشر

أهمية وحدة المعالجة المركزية

  • تكمن أهمية وحدة المعالجة المركزية في أنها تقوم بتنفيذ كافة عمليات المعالجة الخاصة بالنظام بأكمله. بالتالي بدونها لن يتمكن جهاز الكمبيوتر من تنفيذ أي عملية مهما كانت.
  • فكل إجراء يتخذ وكل عملية ضغط على أحد المفاتيح لا بد أن تنفذها وحدة المعالجهة هذه. وهنا يذكر أن أداءها يختلف باختلاف عدد المعالجات الموجودة فيها والتي تعرف بالنوى.

وظيفة الـ CPU

  • كما ذكرت لك سابقًا يمكن القول أن وحدة المعالجة CPU بمثابة الدماغ للكمبيوتر كونها تتحكم بتسغيله وعمل كل أجزائه.
  • بشكل مفصل أكثر تعمل وحدة المعالجة المركزية على استلام التعليمات وفك تشفيرها ثم تنفيذها بالاعتماد على مجموعة من التعليمات المبرمجة مسبقًا وهذا ما يدعى بدورة التعليمات.
  • علاوة على ذلك يقع على عاتق المعالج عمليات إحضار البيانات والكتابة عليها.

اقرأ أيضا: حل مشكلة الفلاش ميموري لا تقبل الفورمات – التهيئة

مكونات وحدة المعالجة المركزية

من الطبيعي لا بل من المحتم إذا ما أردنا الحديث عن أي شيء خاصة في مجال التكنولوجيا أن نسأل عن مكوناته لنفهم أكثر ماهيته وطريقة عمله واستخداماته.
تعرف وحدة المعالجة المركزية CPU أنها مكونة من تلاثة أقسام رئيسية هي:

  • وحدة المنطق الحسابي.
  • وحدة التحكم.
  • ذاكرة التخزين المؤقت.

في بداية صناعة وحدات المعالجة المركزية كانت تتكون من عدة أجزاء منفصلة؛ لتتطور صناعتها لاحقا وتصبح قطعة واحدة متكاملة تدعى المعالج الدقيق microprocessor. بالتالي أصبح من الصعب رؤية مكوناتها من الخارج.

وحدة المنطق الحسابي ALU

  • يرمز لها ALU اختصارا لعبارة Arithmetic logic unit. وهي جزء من وحدة المعالجة المركزية مسؤول عن تنفيذ جميع العمليات الحسابية والمنطقية أيضا المتعلقة بكافة المهام التي يتلقاها الكمبيوتر.
  • بدورها تنقسم هذه الوحدة إلى الوحدة المنطقية ويرمز لها LU وإلى الوحدة الحسابية ويرمز لها AU. لكن في بعض المعالجات (CPU) يتم وضع أكثر من وحدة حسابية لكل منها مهمتها الخاصة.
  • يذكر أنه يوجد معالج ثانوي رقمي عبارة عن شريحة منفصلة مهمتها إجراء حسابات الفاصلة العائمة.

وحدة التحكم CU

  • يرمز لها CU اختصارا لمصطلح Control Unit عبارة عن دارة خاصة مهمتها توجيه وإدارة العمليات التي تتم ضمن وحدة المعالجة المركزية.
  • بمعنى آخر تتمثل مهمة وحدة التحكم هذه بتوجيه كل من الوحدة المنطقية LU والذاكرة وأجهزة الإدخال والإخراج لتتمكن من تلقي المعلومات القادمة من البرنامج والتعامل معها بالشكل الصحيح.

يمكن اختصار دور وآلية عمل وحدة التحكم

  • تلقي المعلومات القادمة من وحدات الإدخال.
  • معالجة تلك المعلومات وتحويلها إلى إشارات تحكم.
  • إرسال الإشارات إلى المعالج المركزي الذي تقع على عاتقه مهمة توجيه الأجهزة لتنفيذ التعليمات المطلوبة.

ذاكرة التخزين المؤقت Cache

  • هي المكون الثالث من مكونات وحدة المعالجة المركزية حيث تحتوي ال CPU على طبقة واحدة أو أكثر من ذاكرة التخزين المؤقت. وتعتمد عليها في الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي RAM كونها أسرع منها.
  • يمكن تلخيص عملها بتخزين البيانات والإرشادات، وبالتالي لن تحتاج وحدة المعالجة المركزية للانتظار لاسترداد البيانات المطلوبة من ذاكرة الوصول العشوائي RAM.
  • بمعنى آخر عندما تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى البيانات (بما فيها تعليمات البرنامج) تعمل ذاكرة التخزين المؤقت على تحديد مكان هذه البيانات وإرسالها لها.
  • تعتمد في نقل البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي RAM على خوارزميات تنبؤية حيث تحلل البيانات المطلوبة منها وتخزنها فيها بحيث تقدمها بشكل أسرع لوحدة المعالجة المركزية.

اقرأ أيضا: ترتيب ألوان سلك النت – وكيفية تجعيد كابلات إيثرنت المخصصة الخاصة بك بأي طول

كيفية عمل وحدة المعالجة المركزية

بالرغم من التقدم المستمر في صناعتها، بقي مبدأ عمل وحدة المعالجة المركزية كما هو يقوم على ثلاث مراحل:

  • إحضار البيانات.
  • فك التشفير.
  • التنفيذ.

إحضار البيانات

  • حتى تقوم وحدة المعالجة المركزية بجلب البيانات المطلوبة، لا بد لها أن تتلقى تعليمات محددة. تتمثل تلك التعليمات على هيئة سلسلة من الأرقام ترسلها ذاكرة الوصول العشوائي إلى المعالج.
  • تتكون العملية الواحدة من عدد من التعليمات المرتبطة ببعضها؛ لذلك يجب على وحدة المعالجة أن تتعرف على جميع التعليمات.
  • يحفظ عداد البرنامج عنوان التعليمات الحالي، ويوضعا ضمن سجل التعليمات IR.
  • يزداد بعد ذلك طول العداد للإشارة لعنوان التعليمات المتتالية.

فك التشفير

  • في هذه المرحلة تمرر وحدة المعالجة التعليمات المخزنة إلى دائرة تدعة وحدة فك ترميز التعليمات.
  • فيتم تحويل التعليمات إلى إشارات ثم تمرر إلى أجزاء أخرى من وحدة المعالجة.

التنفيذ

  • هي الخطوة الأخيرة التي ترسل خلالها التعليمات إلى الأجزاء المتعلقة بها ضمن وحدة المعالجة ليتم إكمالها.
  • تسجل النتائج ضمن سجل وحدة المعالجة المركزية، ليتاح الرجوع لها لاحقًا عن طريق تعليمات أخرى.

اقرأ أيضا: تركيب فيشة النت وترتيب الألواب بها بالطريقة الصحيحة

العمليات التي تقوم بها وحدة المعالجة المركزية

تعمل وحدة المعالجة (المعالج) على تنفيذ التعليمات الخاصة بمجموعة من العمليات الأساسية. من بينها العمليات الحسابية مثل الجمع والطرح والضرب والقسمة.

يتم نقل البيانات من مكان إلى آخر، وتختبر العمليات المنطقية ثم يتخذ القرار بناء على النتيجة. كل هذه العمليات هي المسؤولة عن أداء الكمبيوتر للعديد من الوظائف؛ بالتالي تتحكم وحدة المعالجة المركزية بكفاءة الكمبيوتر.

استخدام المعالج للذاكرة

  • لا تعتبر الذاكرة جزءا من وحدة المعالجة المركزية، لكنها ضرورية جدا بالنسبة لها. حيث يتواجد في الكمبيوتر نوعين من الذاكرة: رئيسية وثانوية لكل منها دور محدد.
  • ما يهمنا الآن الإشارة إلى اعتماد المعالج على الذاكرة الرئيسية في تخزين تعليمات البرنامج والبيانات الضرورية للتعليمات. أما الذاكرة الثانوية فهي وحدة التخزين الدائمة متمثلة بمحركات الأقراص الثابتة والمحمولة.
  • تعمل وحدة التحكم CU ضمن المعالج على نقل التعليمات والبيانات من التخزين الثانوي إلى الذاكرة الرئيسية قبل تنفيذ التعليمات. بعد ذلك تعيد نقل نتائج التعليمات إلى الذاكرة الثانوية.

المعالجات الدقيقة لوحدة المعالجة المركزية

  • يطلق عليه Microprocessor عبارة عن شريحة تتضمن عددا من الدوائر المسؤولة عن التحكم بجميع عمايات الكمبيوتر. يتم تنفيذ كل وظيفة من وظائف وحدة المعالجة CPU بشريحة واحدة فقط وهو ما يعتبر أقل من ناحية التكاليف وأكثر موثوقية نتيجة لاستخدام الدوائر المتكاملة.
  • سابقًا كانت توضع وحدة المعالجة على دائرة تتضمن شرائح متعددة؛ أما الآن فتتضمن الشريحة الواحدة عددا من وحدات المعالجة التي يشار إليها باسم النوى.

اقرأ أيضا: حل مشكلة الصوت في ويندوز 7 بشكل نهائي.

شراء وحدة المعالجة المركزية CPU

عند شراء اللاب توب أو جهاز الكمبيوتر المكتبي يجب حسن اختيار العديد من الأمور من بينها المعالج (وحدة المعالجة) حتى وإن كنت تعمل على استبدالها فقط.
أكثر نوعين مشهورين من المعالجات هما: Intel Core و AMD Ryzen. ويعتمد نوع المعالج على الأعمال التي ستقوم بها لاحقا مثلًا:

  • بالنسبة للأعمال المكتبية وتصفح الإنترنت يعتبر معالج Intel Core i3 أو AMD Ryzen3 خيارًا جيدًا.
  • أما بالنسبة للألعاب يفضل استخدام معالج core i5 أو corei7 أو Ryzen 5/7.
  • بينما ينصح من يرغب بالقيام بأعمال برمجية معقدة مثل تحرير الصور 4k وإنشاء الرسوم المتحركة بالاعتماد على معالج Intel core i9 أو AMD Ryzen 9.
  • ناحية أخرى يجب أخذها بعين الاعتبار هي الجيل الخاص بالمعالج حيث ينصح أن يكون حديثًا مثلًا في معالجات AMD وصلت الشركة المصنعة إلى معالجات من الجيل 5000، بينما وصلت شركة انتل كور إلى الجيل الحادي عشر. لذلك احرص على اختيار جيل متقدم قادر على تلبية المهام التي تريدها.
  • اقرأ أيضا: حل مشكلة توقف منافذ اليو أس بي عن العمل في الكمبيوتر

أشهر الشركات المصنعة لوحدة المعالجة المركزية

سأبد لك بما يخص عالم الهواتف المحمولة التي لا بد وأنك قد سمعت بأنواع وحدات المعالجة المركزية الأربعة الشهيرة وهي:

شركة إنتل Intel

وحدة المعالجة المركزية

 

تطور هذه الشركة الرائدة في مجال الصناعات الإلكترونية مجموعة كبيرة ومتنوعة من المعالجات الخاصة بالأجهزة المحمولة. مثل وحدات المعالجة المركزية m3 ذات الأداء المنخفض والمستخدمة في أجهزة chromebook إضافة لمعالجات Intel core i9 الجبارة القادرة على تشغيل أضخم الألعاب وأعقد المهام.
كما كان للأجهزة الخفيفة والمضغوطة نصيب من إنتاج الشركة من خلال معالجات Intel Lakefield المستخدم في أجهزة Galaxy Book S.

شركة AMD

وحدة المعالجة المركزية

من أكبر المنافسين لشركة انتل حيث تقدم مجموعة متنزعة من المعالجات (وحدة المعالجة المركزية) الخاصة بالهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر. تتضمن معالجات نوع C-Series ونوع Athlon الخاصة بأجهزة Chromebook.

كما بدأت معالجات من نوع Ryzen بالاستخدام بشكل أكبر خاصة في أجهزة اللاب توب المصممة للألعاب الضخمة. بالرغم من قلة انتشار معالجات AMD مقارنة بمعالجات Intel إلا أن ذلك لا يسمح لأحد بإنكار أداة هذه المعالجات المميز.

شركة Qualcomm Snapdragon

هي شركة مختصة بانتاج وحدة معالجة مركزية خاصة للهواتف العاملة بنظام التشغيل اندرويد، مع أنها انتقلت حديثا إلى عالم الكمبيوتر.
بالرغم من أدائها المنخفض الناتج عن استخدام تقنية Arm تعتبر رقائق Snapdragon مميزة بطول عمر البطارية.

شركة Apple Silicon

شركة حديثة العهد في مجال صناعة وحدة المعالجة المركزية الخاصة بأجهزة الهواتف المحمولة؛ حيث قررت الاستغناء عن خدمات شركة انتل وتطوير معالجات خاصة بها لأجهزة MacBooks. بالنسبة لما طورته الشركة حتى الآن يمكن القول أنه اقتصر على شريحة M1 الخاصة بجهاز MacBook ذات الأداء الرائع مقارنة مع ما تقدمه شركتي AMD و Intel.

هذا بالنسبة لأجهزة الهاتف المحمول؛ أما بما يخص أجهزة الكمبيوتر واللاب توب يمكن القول أن ما من منافس لشركتي Intel و AMD نهائيًا في مجال صناعة وحدة المعالجة المركزية (بانتظار ما ستقدمه شركة ابل مستقبلًا). لا يمكن الجزم بأن إحدى الشركتين هي الأفضل، فعلى الرغم من الاختلاف في التصميم بين المعالجات إلا أنها تتشابه من حيث الأداء بنفس السعر.

أما بما يخص أحدث إصدارات انتل هي معالجات Rocket Lake؛ بينما Ryzen 5000 هي الأحدث من شركة AMD.

وعن أوجه الفرق بينهما فيمكن القول أن معالجات Intel تهتم بسرعات التردد مما يجعلها الخيار الأفضل للألعاب. بينما تهتم معالجات AMD وخاصة نوع Ryzen بزيادة عدد النوى والخيوط بالتالي أداء متعدد الخيوط منقطع النظير.

اقرأ أيضا:

سعر جهاز core i7 ومواصفاته

حل مشكلة بطئ الكمبيزتر ويندوز 7 وتسريع نظام التشغيل بطرق سهلة وبسيطة.

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.