ما هي وحدة المعالجة المركزية (CPU)؟ وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزيةهي دماغ رقم الكمبيوتر. يتم تقسيم كل شيء يقوم به الكمبيوتر ، من تشغيل العاب الكترونية إلى مساعدتك في كتابة مقال ، إلى مجموعة من الإرشادات الرياضية. تأخذ وحدة المعالجة المركزية هذه التعليمات وتنفذها.
إن تفاصيل كيفية القيام بذلك ، بالطبع ، أكثرأكثر تعقيدًا من هذا التفسير البسيط. أهم شيء تحتاج إلى معرفته هو أن وحدة المعالجة المركزية هي المحرك الرياضي الرئيسي للكمبيوتر.
The Short (Short) Short History of CPUs
إن تاريخ الحوسبة طويل ومعقد. كما أنه يعود إلى التاريخ أكثر من التكنولوجيا الرقمية والإلكترونيات أو حتى الكهرباء. المعداد نوع من المعالج. وكذلك الآلات الحاسبة الميكانيكية. الاختلاف الكبير هو أن هذه الآلات يمكنها القيام بمهمة رياضية واحدة أو بضع مهام. إنها ليست معالجات للأغراض العامة، والتي تعتبر وحدة المعالجة المركزية الحديثة مثالاً عليها.
ما يجعل وحدة المعالجة المركزية أداة حساب للأغراض العامة هو استخدام المنطق. في عام 1903 ، حصل نيكولا تيسلا على براءة اختراع للدوائر الكهربائية المعروفة باسم البوابات والمفاتيح. باستخدام هذه الدوائر ، يمكنك بناء أجهزة تؤدي عمليات منطقية ، حيث يمكنك تشغيل الجهاز وفقًا لظروف معينة.
في منتصف وأواخر الأربعينيات من القرن العشرين ، اخترع ويليام شوكلي وجون باردين ووالتر براتين براءة اختراع جهاز يسمى الترانزستور أثناء العمل في مختبرات بيل. الترانزستور هو لبنة البناء الأساسية لوحدة المعالجة المركزية. الترانزستورات هي مكونات كمبيوتر صغيرة نسبيًا. يعتبر الترانزستور اختراعًا مهمًا لدرجة أن المخترعين الثلاثة حصلوا على جائزة نوبل لذلك.
في أواخر الخمسينيات ، ذهب روبرت نويس وجاك كيلبي إلى أبعد من ذلك وابتدعا أول دائرة متكاملة للعمل. الدائرة المتكاملة عبارة عن مجموعة من الدوائر الإلكترونية مدمجة في قطعة واحدة من مادة أشباه الموصلات. في معظم الحالات ، تكون هذه المادة السيليكون. هذا ما يعنيه الناس عندما يقولون "رقاقة".
In_content_1 all: [300x250] / dfp: [640x360]->تتكون وحدة المعالجة المركزية من شريحة واحدة أو أكثر. هذا اختراع مهم لأنه يمكن تعبئة مليارات الترانزستورات في وحدة معالجة مركزية واحدة. هذا يخلق محركات رياضية قوية بشكل لا يصدق.
باستخدام اختراعات البوابات المنطقية والترانزستورات والدوائر المتكاملة ، تم تغيير العالم كله. الرقائق الدقيقة موجودة في كل شيء هذه الأيام ، وليس فقط جهاز الكمبيوتر الخاص بك. ووحدات المعالجة المركزية هي أكثر الرقائق الدقيقة تقدمًا للأغراض العامة.
كيف تعمل وحدات المعالجة المركزية؟
يعتمد مبدأ وحدة المعالجة المركزية بالكامل على الرمز الثنائي. يميل البشر إلى تمثيل الأرقام باستخدام نظام يسمى الأساس 10أو النظام العشري. ترتفع قيم المكان لكل رقم في الرقم بمعامل عشرة. لذا فإن "111" يحتوي على مائة وعشرة وواحد.
لا تستطيع أجهزة الكمبيوتر ووحدات المعالجة المركزية فهم الأساس 10 على الإطلاق. تعمل الترانزستورات على مبدأ إما تشغيلها أو إيقاف تشغيلها. مما يعني أن البوابات المنطقية التي تبنيها منها يمكن أن تعمل فقط مع هاتين الحالتين. هذا هو السبب في أن وحدات المعالجة المركزية تعمل أساسًا على كود ثنائي. نظام الأرقام هذا له قيم مكان مختلفة. بدلاً من ذلك ، إذا كانت 1 ، 10 ، 100 ، 1000 وما إلى ذلك ، فإن قيم المكان هي 1،2،4،8،16،32،64،128 وما إلى ذلك.
إذاً في ثنائي "111" سيكون 7 بالأرقام العشرية نظرًا لأنك تضيف 1،2 و 4 معًا. إذا كان أي من الأرقام صفرًا ، فما عليك سوى تخطيها وإضافة القيمة المكانية للرقم التالي. وبهذه الطريقة يمكنك التعبير عن أي قيمة عشرية. فقط لاحظ أن الأرقام الثنائية غالبًا ما تتم قراءتها من اليمين إلى اليسار ، لذلك ستكون قيمة المكان "1" في أقصى اليمين.
لنضعها في جدول لجعلها واضحة تمامًا:
هل يمكنك معرفة سبب إضافته إلى الرقم 7 في العلامة العشرية؟ لنقم بالرقم 23:
لذا فإن 111 هي "7" ولكن "11101" هي 23 لأن القيمة الخامسة في المرتبة الثنائية هي 16. رائع جدًا ، أليس كذلك؟ يمكنك التعبير عن أي رقم ممكن يمكن كتابته عشريًا بهذه الطريقة. مما يعني أن أجهزة الكمبيوتر التي تم إنشاؤها من الترانزستورات يمكن أن تعمل مع أي أرقام أيضًا.
كيف يتم تصنيع وحدات المعالجة المركزية؟
عملية إنتاج وحدات المعالجة المركزية الحديثة هي أيضًا ، كما تتوقع ، معقدة جدًا . تتضمن العملية الأساسية زراعة أسطوانات كبيرة من بلورات السيليكون. خصائصه شبه الموصلة تجعله مثاليًا لبناء دائرة متكاملة ثنائية.
تقسم هذه البلورات الكبيرة إلى رقائق رقيقة. ثم يتم "غمس" الرقائق بمادة كيميائية أخرى لضبط خصائصها. يتم بعد ذلك حفر الدوائر ذات المقاييس النانوية في سطح الرقاقة باستخدام الضوء باستخدام عملية تعرف باسم الطباعة الحجرية الضوئية.
تصميم وأداء وحدة المعالجة المركزية
وحدات المعالجة المركزية ليست كلها متساوين. أول سلف مناسب لوحدة المعالجة المركزية الحديثة ، Intel 8086 ، كان لديه حوالي 29000 ترانزستور في دائرته المتكاملة. اليوم ، يحتوي معالج مثل Intel i99900K على ما يزيد قليلاً عن 1.7 مليارترانزستورات. كلما كانت الدوائر المنطقية لوحدة المعالجة المركزية أكثر كثافة ، كلما زاد عدد التعليمات التي يمكن أن تؤديها في كل دورة ساعة.
تشبث ، "دورة الساعة"؟ نعم ، هذا هو المكون الرئيسي الآخر لأداء وحدة المعالجة المركزية. تعمل وحدة المعالجة المركزية بتردد معين ، مع كل نبضة من ساعة وحدة المعالجة المركزية تتم دورة من الحسابات. إذا كنت تأخذ نفس وحدة المعالجة المركزية ومضاعفة سرعة الساعة ، فيجب أن تعمل (نظريًا) مرتين بسرعة.
تم تشغيل معالج Intel 8086 عام 1978 بسرعة 5 ميجا هرتز عند إطلاقه. أي خمسة ملايين دورة في الثانية. إنتل i9-9900K؟ يبدأ بسرعة 3.6 غيغاهرتز ، أي 3600 ميجاهرتز ، مع خيار زيادة الأشياء حتى 5000 ميجاهرتز عندما يكون ذلك ممكنًا.
لإضافة تجعد آخر إلى أداء وحدة المعالجة المركزية ، تحتوي وحدات المعالجة المركزية الحديثة بالفعل على "نوى" متعددة. كل نواة هو في الواقع وحدة معالجة مركزية مستقلة. من المعتاد أن يكون لديك أربعة نوى على الأقل هذه الأيام ، ولكن في الآونة الأخيرة كان المعيار هو أن تحتوي أجهزة الكمبيوتر العادية على ستة أو ثمانية نوى. قد تكون أجهزة الكمبيوتر الاحترافية المتطورة في مساحة 100 وحدة معالجة مركزية.
إن امتلاك نوى متعددة يعني أن وحدة المعالجة المركزية يمكنها تنفيذ مجموعات متعددة من التعليمات بالتوازي. مما يعني أن أجهزة الكمبيوتر الخاصة بنا يمكنها القيام بأشياء كثيرة في وقت واحد دون مشكلة. تحتوي بعض وحدات المعالجة المركزية على نوى "متعددة مؤشرات الترابط". يمكن لهذه النوى نفسها التعامل مع مهمتين منفصلتين لكل منهما. في وحدات المعالجة المركزية Intel ، يُطلق على هذا اسم "فرط نشر ".
لذا فإن الأداء الكلي لوحدة المعالجة المركزية يرجع إلى مجموعة من:
بالطبع هناك أكثر من هذه النقاط الأربع الرئيسية. ومع ذلك ، هذه هي الاعتبارات الرئيسية الأربعة لجعل أداء وحدة المعالجة المركزية يعمل بشكل جيد.
دور وحدة المعالجة المركزية في جهاز الكمبيوتر الخاص بك
آخر ما يتعين علينا تغطيته هو ما وظيفة تلعب وحدة المعالجة المركزية في جهاز الكمبيوتر الخاص بك. فهي ، في نهاية المطاف ، ليست الشريحة الدقيقة الوحيدة للدائرة المتكاملة في جهاز الكمبيوتر الخاص بك. على سبيل المثال ، غالبًا ما تكون وحدات معالجة الرسومات (وحدات معالجة الرسومات) أكثر كثافة من الترانزستور من وحدة المعالجة المركزية.
إنهم بحاجة إلى التبريد وإمدادات الطاقة الخاصة بهم ، بالإضافة إلى الذاكرة. إنه مثل جهاز كمبيوتر إضافي صغير! ويمكن قول الشيء نفسه عن الرقائق التي تتحكم في الصوت و USB وحركة المرور على القرص الصلب. فلماذا وحدة المعالجة المركزية الخاصة؟ هذه هي الأسباب الرئيسية:
باختصار ، وحدة المعالجة المركزية هي أهم الأغراض العامة مكون الأداء في جهاز الكمبيوتر الخاص بك. لا تعتبره أمرًا مسلمًا به!