ما هي مكونات cpu

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٦:٠٠ ، ١ ديسمبر ٢٠١٩
ما هي مكونات cpu

cpu

تعد وحدة المعالجة المركزية cpu أو كما يطلق عليها المعالج أحد أهم مكونات الكمبيوتر المسؤولة عن تنفيذ التعليمات التي تحويها البرامج الحاسوبية؛ كالعمليات الحسابية الأساسية والعمليات المنطقية وعمليات الإدخال والإخراج، هذا وتعد الـ cpu بمثابة الدماغ للكمبيوتر حيث إنّ جميع العمليات وبغض النظر عن بساطتها؛ لا بدّ وأن تمر عبرها[١]، حيث تحتوي على جميع الدوائر اللازمة لمعالجة المدخلات وتخزين البيانات وإخراج النتائج، وتتبع الـ cpu التعليمات الموجودة في برامج الكمبيوتر التي تخبرها ما هي البيانات الواجب معالجتها وكيف ذلك، فبدونها لا يمكن تشغيل البرامج على جهاز الكمبيوتر، فعلى سبيل المثال؛ سيقوم برنامج الحاسبة البسيط فرضًا بإخطار ال cpu بأخذ الرقمين 2 و 2 وجمعهما وإعادة النتيجة[٢]، وفي هذا المقال سيتم الإجابة عن سؤال "ما هي مكونات cpu".

ما هي مكونات cpu

بعد أن تم تعريف المقصود بالـ cpu وأهميتها في الكمبيوتر، أصبح من الضروري الإجابة عن تساؤل "ما هي مكونات cpu"، حيث تتكون وحدة المعالجة المركزية cpu من ثلاثة مكونات رئيسة وهي وحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكّم وذاكرة التخزين المؤقت، والآتية توضّح "ما هي مكونات cpu" ووظيفتها وأهميتها في الكمبيوتر:

وحدة الحساب والمنطق

تُمثّل وحدة الحساب والمنطق لبنة البناء الأساسية لوحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر، وهي مسؤولة عن تنفيذ العمليات الحسابية كالجمع والطرح والضرب والقسمة والعمليات المنطقية كالمقارنات، ويتم تنفيذ معظم العمليات داخل ال cpu عبر واحدة أو أكثر من وحدات الحساب والمنطق التي تقوم بتحميل البيانات من ذاكرة الإدخال الصغيرة الملحقة في ال cpu لتستخدمها في إتمام التعليمات المطلوبة وتخزين النتائج في ذاكرة المخرجات الخاصة بال cpu[٣].

وحدة التحكم

تدير هذه الوحدة مختلف أجزاء الكمبيوتر، حيث تقرأ التعليمات من الذاكرة وتترجمها إلى سلسلة من الإشارات التي تشغّل أجزاء أخرى من الكمبيوتر، كما تقوم وحدة التحكّم باستدعاء وحدة الحساب والمنطق لإجراء الحسابات اللازمة في حال اقتضى الأمر ذلك، ووحدة التحكّم مسؤولة عن مجموعة من المهام تختلف تبعًا لاختلاف نوع الـ cpu منها[٤]:

  • إرسال واستقبال إشارات التحكّم من أجهزة الكمبيوتر الأخرى حيث يعمل كجسر وصل بينها وبين المعالج المسؤول عن تنفيذ العمليات المختلفة.
  • ترجمة التعليمات التي تصلها وتحويلها إلى شكل مفهوم من قبل المعالج المسؤول عن تنفيذها.
  • تنفيذ التعليمات بشكل متسلسل للتأكد من أنّ المعالج ينفذ الأوامر بالترتيب المطلوب.
  • توجيه البيانات المتدفقة من وإلى المعالج ومن وإلى الذاكرة العشوائية.
  • تنظيم ومراقبة إشارات الوقت الخاصة بالكمبيوتر لضمان إرسال حزم البيانات بشكل منتظم.
  • التأكد من أن الأوامر الصادرة عن وحدة المعالجة المركزية تُنفّذ بالشكل الصحيح وتصحيحها في حال لم تكن كذلك.

ذاكرة التخزين المؤقت

تعمل كذاكرة عالية السرعة يمكن نسخ التعليمات إليها ومن ثم استردادها، ويتم تخزين البيانات كثيرة الاستخدام فيها حيث تحدد ال cpu البيانات التي ستستخدمها وتفترض أنها ستستمر في استخدامها وتقوم بتخزينها في هذه الذاكرة لتستدعيها في كل مره تحتاجها بدلًا من استدعاء الذاكرة العشوائية، هذا وتعد ذاكرة التخزين المؤقت أسرع من الذاكرة العشوائية كونها جزء مادي من المعالج حيث يمثّل المزيد من هذه الذاكرة مساحةً أكبر للتخزين[٥].

مكونات cpu الداخلية

بعد أن تمّت الإجابة عن سؤال: "ما هي مكونات cpu" وتوضيح أهميتها ودورها، يطرح سؤال "ما هي مكونات cpu الداخلية" نفسه، كيف تبدو من الداخل وما هو شكلها الخارجي؛ تُعد وحدة المعالجة المركزية cpu دائرة متكاملة حيث تُعرف بالشريحة وتحتوي على الملايين أو البلايين من القطع الكهربائية الصغيرة المدموجة والمرتّبة في دوائر داخل صندوق مضغوط، وتتكون شريحة الـ cpu من العديد من الدوائر المنطقية المكوّنة من البوابات المنطقية والتي بدورها تتكون من الترانزستورات[٢]، وأنواع الـ cpu الحديثة تكون صغيرة ومربّعة ولها العديد من الوصلات المعدنية القصيرة والمستديرة على جانبها السفلي، بخلاف الأنواع القديمة التي كانت تحوي دبابيس بدلًا من الوصلات المعدنية، ويتم تثبيت ال cpu على اللوحة الأم من خلال وصلها بالمقبس أو الفتحة المخصصة لها من جانبها السفلي ومن ثم تأمينها عبر مقبض صغير، ويمكن أن تصبح وحدات المعالجة المركزية ساخنةً جدًا بعد تشغيلها بفترة قصيرة؛ ولهذا يتم وصلها بمشتت للحرارة أو مروحة في أعلاها للمساعدة في التخلّص من الحرارة الزائدة[٥].

تاريخ تطور cpu

تطوّرت صناعة المعالجات عبر الزمن وتفاوتت من حيث التعقيد والسرعة والقدرة على تنفيذ العمليات المختلفة، حيث تم إصدار أول معالج وهو إنتل 4004 في عام 1971، ولم يكن هذا المعالج قويًا؛ حيث اقتصر عمله على الجمع والطرح ولفقط 4 بت في كل مرة، ولكنه كان من المذهل أن يكون كل شيء على شريحة واحدة، وقبل إنتل 4004؛ بنى المهندسون الكمبيوتر من مجموعة من الشرائح أو المكونات المنفصلة كالترانزستورات، هذا ولقد ساهم معالج إنتل 4004 في تشغيل أول آلة الكترونية حاسبة محمولة، والآتية هي الإصدارات المتلاحقة من المعالجات[٦]:

  • في عام 1974؛ تم إصدار إنتل 8080 وهو أول معالج مستخدم في الكمبيوترات المنزلية بقدرة معالجة تساوي 8 بت في المرة الواحدة.
  • في عام 1979؛ تم إصدار أول معالج تسبب في عمل ضجّة حقيقية في السوق وهو إنتل 8088 الذي استخدم في كمبيوتر IBM الذي ظهر لأول مره في عام 1982 تقريبًا.
  • تطوّرت صناعة المعالجات؛ حيث تبع معالج إنتل 8088 المزيد من الإصدارات وهي 80286 والذي تبعه 80386 ثم 80486 ثم Pentium ثم Pentium II تليه Pentium III انتهاءً ب Pentium 4، وجميع هذه المعالجات تم تطويرها من قبل شركة إنتل وجميعها تم تطويرها بإجراء التحسينات على التصميم الرئيسي ل إنتل 8088، حيث يستطيع معالج Pentium 4 تنفيذ أي برنامج يمكن تنفيذه على إنتل 8088 ولكن بسرعة تفوقه بـ 5000 مرة.
  • منذ العام 2004؛ بدأت إنتل في تطوير سلسلة من المعالجات الدقيقة متعددة النوى والتي تحتوي المزيد من ملايين الترانزستورات.

سرعة cpu

تطرّق هذا المقال إلى تعريف ال cpu وأجاب عن تساؤل "ما هي مكونات cpu"، وأتى على توضيح شكلها ومكوناتها الداخلية وتاريخ تطوّرها، ولكي تكتمل الصورة لا بدّ من توضيح كيف تقاس سرعة الـ cpu، حيث تُعرّف سرعة ال cpu على أنها عدد التعليمات التي يمكن للمعالج تنفيذها أو التعامل معها في أي ثانية وتقاس بالجيجاهيرتز، وعلى سبيل المثال؛ يمكن لمعالج بسرعة 1 هيرتز أن يُنفّذ جزءًا واحدًا من التعليمات في كل ثانية، بينما يمكن للمعالج ذو السرعة 3 جيجاهيرتز أن يُنفّذ 3 بليون من التعليمات في الثانية، ولا تعتمد المفاضلة بين أنواع ال cpu المختلفة على سرعتها فحسب بل على عدد الأنوية التي تملكها بالإضافة إلى نوعية التطبيقات التي ستشغّلها[٥].

المراجع[+]

  1. "Central Processing Unit (CPU): Parts, Definition & Function", www.study.com, Retrieved 26-11-2019. Edited.
  2. ^ أ ب "Central Processing Unit (CPU)", www.khanacademy.org, Retrieved 26-11-2019. Edited.
  3. "Arithmetic Logic Unit (ALU): Definition, Design & Function", www.study.com, Retrieved 27-11-2019. Edited.
  4. "Control Unit: Definition & Design", www.study.com, Retrieved 27-11-2019. Edited.
  5. ^ أ ب ت "Central Processing Unit (CPU)", www.lifewire.com, Retrieved 27-11-2019. Edited.
  6. "How Microprocessors Work", www.computer.howstuffworks.com, Retrieved 27-11-2019. Edited.