مكونات واجزاء المعالج

البنية التحتية للمعالج:

تتألف المعالجات من عدد كبير جدا من الترانزسترات , فما هو عمل هذه الترانزسترات ؟ ومما تتكون؟

إنالمعالج يقوم مبدا عمله على التعامل مع البيانات على شكل بتات وبايتات فالمعالج لا يفهم إلا لغة البتات على شكل (1/0) بالنسبة للمستخدم فإن البتات فى النهاية قد تعنى صورة او رسالة .... إلخ اما بالنسبة للمعالج فهى واحد او صفر .. كل بت يعتبره شحنة ويتعامل معه على انه شحنه ينقلها ويخزنها وهكذا.

وإذا نظرنا نظرة متعمقة فى داخل المعالج ونظرنا لما يعمله المعالج نجد انه إما يقوم بالعمليات الحسابية كالجمع والطرح ..إلخ أو يقوم بالعمليات المنطقية كالمقارنة بين الأعداد ,وفى كل الاحوال على المعالج ان يتخذ –بمساعدة التعليمات- القرارات الصحيحة ويقود دقة العمل على هذا الاساس,فكيف يتخذ الحاسب القرارات؟

إن هذا هو عمل الترانزستورات , ولا تحسب ان ترنزستر واحد يستطيع ان يقوم بإتخاذ القرارات بل إن هذه الترانزسترات موزعة فى شكل مجموعات داخل المعالج لتقوم كل مجموعة منها بنوعية معينة من الأعمال , فمثلا احد المجموعات مخصصة للمقارنة بين الارقام وأخرى لاتخاذ القرارات وفى حالة معينة وهكذا , وفى كل مجموعة تختلف عدد وطريقة تجمع الترانزسترات مما يؤثر على وظيفتها , ويستطيع الحاسب باستخدام هذه المجموعات المختلفة بشكل مدروس ومنظم ان يقوم بكل العمل الذى يطلب منه.

إن كل مجموعة من هذه المجموعات تسمى "بوابة منطقية" وتختلف البوابات المنطقية بحسب الوظيفة التى تؤديها وعدد الترانزسترات التى تحتويها.

وتصنيع المعالج ما هو إلا وضع هذه المجموعات وربطها ببعضها بالشكل المطلوب , إن المجموعات إذا تجمع عدد كبير منها لأداء وظيفة معينة تصبح ما نسميه بالـ"آى سى" أو "IC" والمعالج ما هو إلا مجموعة من الـ IC مترابطة مع بعضها البعض بشكل معقد وبكلمة اخرى فإن:

عدة ترانزسترات = مجموعة وظيفية (بوابة)

عدة مجموعات وظيفية (الآلاف منها) = IC

مجموعة من الـIC = معالج

والترانزستور بحد ذاته ھو وحدة صغیر جداً تسمح بمرور التیار الكھربائي من خلالھا بمقدار يختلف باختلاف التیار الداخل لھا أي أنھا تسمح بالتحكم بشدة تیار كھربائي حسب شدة تیار كھربائي آخر ، فھي كالمفتاح الكھربائي ، وباستخدام ھذه الوحدة الصغیرة (الترانزستور) يمكننا تنظیمھا لتكوين وحدات ذات وظیفة معینة تختلف باختلاف ترتیب وتنسیق ھذه الترانزسترات داخلھا ، وبذلك يمكننا تكوين أنواع لا نهائية من الوحدات , وكلما زاد عدد الترانزسترات التى تتكون منها IC كلما كان بإمكانھا تأدية وظائف أكثر تعقیداً .

معمارية المعالج

يوجد داخل المعالج ملايین الترانزسترات التي تؤدي بمجملھا للقیام بعمل المعالج ولا يخفى علیك أن ھذه الملايین من الترانزسترات موضوعة كلھا في مساحة صغیرة جداً أي أنھا محشورة وبین الواحدة والأخرى مساحة قلیلة ( الترانزسترات لا ترى بالعین المجردة ) وھذه الوحدات موصلة مع بعضھا البعض

بأسلاك صغیرة جداً تضمن تدفق البیانات بین الترانزسترات ، ويقاس سماكة ھذه الأسلاك بالمايكرون ، وسماكة ھذه الأسلاك ھو الذي يحدد معمارية المعالج ، وكلما كانت معمارية المعالج أصغر كلما كان استھلاك الطاقة أقل و كانت الحرارة الناتجة من المعالج أقل مما يخفف من مشاكل التبريد وكذلك يمكننا المعمارية الأصغر من استخدام فولتیة أقل للتیار المار في ھذه الأسلاك .

المكونات الرئیسیة للمعالج:

يتكون المعالج من الأجزاء الرئیسیة التالیة:

وحدة الإدخال والإخراج

وحدة التحكم .

- وحدة الحساب والمنطق : وتتقسم إلى:

 1- وحدة الفاصلة العائمة

2- وحدة الأعداد الصحیحة

3-المسجلات

4-الذاكرة المخبئیة .

 اولا:- وحدة الإدخال والإخراج:

تتحكم وحدة الإدخال والإخراج بتسییر المعلومات إلى ومن المعالج ، وھي الجزء الذي يقوم بطلب البیانات والتنسیق مع الذاكرة العشوائیة في تسییر البیانات ، لا يوجد أي شئ خاص في ھذه الوحدة ولیس لھا تأثیر في أداء المعالج لأن كل معالج مزود بوحدة الإدخال والإخراج التي تناسبه ولیس بإمكانك ترقیة أو تعديل ھذه الوحدة بل ھي جزء لا يتجزأ من وحدة المعالجة المركزية نفسھا .

إن أحد الأسباب التي تجعل وحد الإدخال والإخراج مھمة ھي احتوائھا على الذاكرة المخبئیة من المستوى الأول (L1)

ثانيا:- وحدة التحكم :-

وحدة التحكم ھي الوحدة التي تتحكم بمسیرة البیانات داخل المعالج وتنسق بین مختلف أجزاء المعالج للقیام بالعمل المطلوب وتتولى مسؤولیة التأكد من عدم وجود أخطاء في التنسیق ، لذا في العقل المدبر للمعالج . وأيضاً لیس بإمكانك ترقیة أو تعديل ھذه الوحدة بل ھي جزء لا يتجزأ من وحدة المعالجة المركزية . وتقوم ھذه الوحدة أيضاً بتنفیذ الوسائل المتطورة لتسريع تنفیذ البرامج مثل توقع التفرع وغیرھا.

تتحكم ھذه الوحدة بتردد المعالج ، فإذا كان لديك معالج تردده 700 میجاھیرتز مثلاً فإن ھذا معناه أن وحدة التحكم فیه تعمل على تردد 700 میجاھیرتز .

ثالثا:- وحدة الحساب والمنطق :-

1-وحدة الفاصلة العائمة:-

إنه من الصعوبة بمكان على المعالج أن يقوم بحساب أعداد الفاصلة العائمة ( وھي الأعداد التي بھا فاصلة عشرية ومن أمثلتھا 2.336 و 2.5565 و 8856.36532 و 0.220003 ) لأنه في ھذه الحالة سوف يستھلك الكثیر من قوة المعالجة في حساب عملیة واحدة .

ووحدة الفاصلة العائمة ھي وحدة موجودة داخل المعالج ومتخصصة في العملیات الحسابیة الخاصة بالفاصلة العائمة .وتلعب ھذه الوحدة دوراً رئیسیاً في سرعة تشغیل البرامج التي تعتمد بشكل كبیر على الأعداد العشرية وھي في الغالب الألعاب الثلاثیة الأبعاد وبرامج الرسم الھندسي.

يساعد قوة وحدة الفاصلة العائمة الكبیرة في تسريع الألعاب الثلاثیة الأبعاد ، مع أن دور المعالج قد قل خلال السنوات السابقة بفضل دخول البطاقات الرسومیة المسرعة بقوتھا الكبیرة مما قلل من الاعتماد على المعالج المركزي في ھذا المجال .

2-وحدة الأعداد الصحیحة:

و تختص ھذه الوحدة بالقیام بحسابات الأعداد الصحیحة ، وتستعمل الأرقام الصحیحة في التطبیقات الثنائیة الأبعاد كوورد وإكسل وبرامج الرسم الثنائیة الأبعاد كما تستعمل في معالجة النصوص . يعتبر قوة وحدة الأعداد الصحیحة مھمة جداً لأن أغلب المستخدمین يستعملون التطبیقات التقلیدية أغلب الوقت.

3-المسجلات:-

المسجلات ھي عبارة عن نوع من الذاكرة السريعة جداً جداً (بالمناسبة ھي أسرع أنواع الذاكرات فى الحاسب الشخصى ) تستعمل لكي يخزن فیھا المعالج الأرقام التى يريد أن يجرى علیھا حساباته ، فالمعالج لا يمكنه عمل أي عملیة حسابیة إلا بعد أن يجلب الأرقام المراد إجراء العملیات علیھا إلى المسجلات . توجد المسجلات فیزيائیاً داخل وحدة الحساب والمنطق المذكورة سابقاً .

إن حجم المسجلات مھم حیث أنه يحدد حجم البیانات التي يستطیع الحاسب إجراء الحسابات علیھا ، ويقاس حجم المسجلات بالبت بدلاً من البايت بسبب صغر حجمھا ، خطأ شائع بین الناس أن يقیسوا قدرة المعالج بأنه 32 بت استنادا إلى عرض ناقل النظام بل الصحیح أن يقیسوا المعالج بحجم مسجلاته.

4-الذاكرة المخبئیة:-

ماھي الذاكرة المخبئیة؟

الذاكرة المخبئیة ھي ذاكرة صغیرة تشبه الذاكرة العشوائیة إلا أنھا أسرع منھا وأصغر وتوضع على ناقل النظام بین المعالج والذاكرة العشوائیة.

في أثناء عمل المعالج يقوم ھذا الأخیر بقراءة وكتابة البیانات والتعلیمات من وإلى الذاكرة العشوائیة بصفة متكرره , المشكلة أن الذاكرة العشوائیة تعتبر بطیئة بالنسبة للمعالج و التعامل معھا مباشرة يبطئ الأداء .فلتحسین الأداء لجأ مصممو الحاسب إلى وضع ھذه الذاكرة الصغیرة ولكن السريعة بین المعالج والذاكرة العشوائیة مستغلین أن المعالج يطلب نفس المعلومات أكثر من مرة في أوقات متقاربة فتقوم الذاكرة المخبئیة بتخزين المعالومات الأكثر طلباً من المعالج مما يجعلھا في متناول المعالج بسرعة حين طلبها.