"الحاسوب

تعدَُ أجهزة الحاسوب أحد أعظم الاختراعات التّاريخيّة والتي حقّقت ثورةً على مستوى تكنولوجيا المعلومات، حيث يقوم مبدأ عمل الحاسوب على معالجة المعلومات وتخزينها وعرضها للمستخدم بطرقٍ مختلفةٍ، ولقد تم استخدام الكمبيوتر في بداياته لإجراء العمليّات الحسابيّة قبل أن يتحوّل استخدامه للتّعامل مع البيانات والتنبّؤ بالطقس وغيرها من التطبيقات المستخدمة في الحياة اليومية، وتنقسم العناصر الماديّة للحاسوب بشكلٍ عام إلى وحدة المعالجة المركزيّة CPU أو ما يعرف بالمعالج والذّاكرة الرئيسية والأجهزة الطرفيّة كلوحة المفاتيح والشّاشة والطّابعة وغيرها، أمّا بخصوص أنظمة التّشغيل فهي تقوم على إدارة جميع العناصر الماديّة ومن الأمثلة عليها نظام UNIX ونظام التشغيل Windows ونظام OS X الخاص بأجهزة أبل وفيما يأتي بحث عن المعالج يبين تعريفه وطريقة عمله.

بحث عن المعالج

تعمل أجهزة الكمبيوتر كوحدةٍ واحدةٍ مترابطةٍ تحت سيطرة وحدة المعالجة المركزية CPU والتي تعتبر مسؤولة عن عمليّة معالجة البيانات وتنسيق الأنشطة الخاصة بالمكونات الماديّة للكمبيوتر بما فيها الذّاكرة والأجهزة الطرفية حيث يتم تنفيذ مجموعة التعليمات المدخلة في وحدة المعالجة المركزيّة واستلام النتائج من خلال واجهات الإخراج وبذلك تقوم وحدة المعالجة المركزية كعمل القلب بالنّسبة للكمبيوتر.

ومن خلال البحث عن المعالج لا بد من فهم مكوناته وطريقة عمله، حيث يتكوّن المعالج من عدّة أجزاءٍ تعمل على استرداد وجمع وتخزين وحساب البيانات؛ فيتم إدخال التّعليمات إلى وحدة المعالجة المركزيّة من خلال ذاكرة الوصول العشوائيِّ RAM عبر الناقل الذي يقوم بنقل البيانات بين المكوّنات ليعمل المعالج بعدها على فكِّ تشفير التّعليمات وإرسال إشاراتٍ للمكوّنات الأخرى حسب الحاجة فتنتقل التّعليمات إلى وحدة المنطق الحسابيِّ ALU لإجراء العمليّات الحسابيّة والمنطقيّة، إذ تعتمد هذه الوحدة على سجلّات الذّاكرة للتخزين المؤقّت للبيانات والتّعليمات الداخليّة، وتقوم وحدة المنطق الحسابي ALU بتنفيذ العمليّات الحسابيّة الأساسيّة كالجّمع والطّرح إضافةً للعمليّات المنطقيّة مثل AND وOR ومقارنة البيانات لإعطاء نتيجةٍ منطقيّةٍ.

وتستخدم بعض أجهزة الحاسوب اثنين أو أكثر من المعالجات، فعند البحث عن المعالج فإنّك تجد وحدات المعالجة المركزيّة منفصلةً تقع جنبًا إلى جنبٍ على نفس اللّوحة أو على لوحاتٍ منفصلةٍ، بحيث يحتوي كلُّ معالجٍ على واجهةٍ مستقلّةٍ وذاكرة تخزينٍ مؤقّتٍ منفصلة ومساراتٍ فرديّةٍ إلى ناقل النّظام الأمامي، ويعدُّ هذا النّوع من المعالجات المتعدّدة مثاليًا للقيام بالمهام المتوازية والمكثّفة التي تتطلّب مجموعةً من الأعمال في ذات الوقت.

يتم زيادة أداء وحدة المعالجة لأجهزة الكمبيوتر باستخدام المعالجاتٍ المتعدّدة النّواة التي تعمل على توصيل اثنين أو أكثر من المعالجات الفرديّة في دائرةٍ واحدةٍ متكاملة ليكون المعالج ثنائي النّواة قويًا وبضعف قوة المعالج الأساسي إلّا أنّ الأداء عادةً ما يكون أقل بكثير ويشكّل ما نسبته 50% فقط من السّرعة الكليّة بسبب خوارزميات البرامج، وتؤدّي زيادة عدد النّوى في المعالجات إلى زيادة عبء العمل الذي يمكن معالجته والتي قد يؤثر بدوره على وحدة المعالجة المركزية، ونظرًا للقدرات المحدّدة لوحدات المعالجة المركزية الحديثة وتقوم بعض وحدات المعالجة المركزية بتطبيق منطق الأجهزة الإضافية لمراقبة الاستخدام الفعلي للأجزاء المختلفة من وحدة المعالجة المركزية.

ويعتمد أخصائيّو الحاسوب من خلال البحث عن المعالج على وحدة المعالجة المركزية لتحديد سرعة الأجهزة المستخدمة والتي تقاس بسعة المعالج بوحدة ميغاهيرتز MHz أو جيجاهيرتز GHz، فبعد البحث عن المعالج استخدم المحترفون مصطلح سرعة الساعة للتعبير عن القدرة القياسيّة لوحدة المعالجة المركزية للتنقّل خلال عملياتها بمرور الوقت؛ أي أن سرعات الساعة هي فقط تقديرات لحالة سعة المعالج في وضعه المثالي ودون الأخذ بعين الاعتبار بالمشاكل الأخرى التي من الممكن أن تقلّل أو تغيّر من سعة المعالج.


 

بالتوسّع في موضوع البحث عن المعالج ولتوضيح أجزاءه الأساسيّة بشكلٍ تفصيلي أكثر يجدر توضيح الأجزاء الداخليّة، وبدايةً بوحدة التّحكم CU وهي الوحدة المسؤولة عن تشغيل المعالج بإخطار ذاكرة الكمبيوتر ووحدة الحساب والمنطق وأجهزة الإدخال والإخراج بالاستجابة للإرشادات التي تمّ إرسالها إلى المعالج، كما تعمل على تشغيل الوحدات الأخرى وإدارة معظم موارد الكمبيوتر بواسطتها، وعادةً ما تكون وحدة التحكم جزءًا داخليًا من وحدة المعالجة المركزية.

أمّا الجزء الثاني المهم ضمن وحدة المعالجة المركزية فهي وحدة المنطق الحسابي ALU والتي تشكّل دائرةً رقميّةً داخل المعالج تقوم بإجراء العمليّات الحسابيّة بشكلٍ صحيح إضافةً للعمليّات المنطقيّة الصّحيحة، فتكون المدخلات فيها هي كلمات البيانات التي سيتم تشغيلها، ومعلومات العمليات السّابقة المشابهة، ورمز من وحدة التّحكم يشير إلى العمليّة التي يجب تنفيذها، واعتمادًا على التّعليمات التي يتم تنفيذها تأتي المعاملات من سجلات وحدة المعالجة المركزيّة الداخليّة أو الذّاكرة الخارجيّة أو من خلال ثوابت يتم إنشاؤها بواسطة ALU نفسها.

ووحدة إنشاء العنوان AGU أو وحدة حساب العنوان هي الوحدة المسؤولة عن عمليّات التّنفيذ داخل وحدة المعالجة المركزية من خلال حساب العناوين المستخدمة من قبل وحدة المعالجة المركزية للوصول إلى الذّاكرة الرئيسيّة بواسطة دوائر منفصلةٍ تعمل بالتوازي مع بقية أجزاء وحدة المعالجة المركزيّة، يعمل تقليل عدد دورات وحدة المعالجة المركزية المطلوبة لتنفيذ تعليمات الجّهاز المختلفة وتحسينات في الأداء بشكلٍ عام.

ووحدة إدارة الذاكرة MMU هي التي تقوم بترجمة العناوين المنطقيّة إلى عناوين ذاكرة الوصول العشوائي الفعليّة، ممّا يوفّر حمايةً للذاكرة وقدراتٍ على الترحيل، إضافةً لكونها مفيدةً للذاكرة الافتراضيّة، ولا تتضمّن المعالجات الأكثر بساطةً خاصةً المتحكّمات الدّقيقة وحدة إدارة الذاكرة MMU لعدم حاجتها إليها أثناء عملها.

أما ذاكرة التّخزين المؤقّت Cache لوحدة المعالجة المركزية تستخدم للكمبيوتر لتقليل متوسّط ??التّكلفة للوصول إلى البيانات من الذاكرة الرئيسة فهي ذاكرةٌ أصغر وأسرع تقوم بتخزين نسخٍ من البيانات من مواقع الذّاكرة الرئيسة التي يكثر استخدامها، فتحتوي جميع وحدات المعالجة المركزيّة الحديثة على مستوياتٍ متعدّدةٍ من ذاكرات التّخزين المؤقّت بعضها مقسم داخليًا والبعض الآخر غير مقسّم.

وآخر الأجزاء المهمة في موضوع البحث عن المعالج هو معدّل الساعة والذي يستخدم في وحدات المعالجة من خلال إنتاج إشارةٍ بواسطة دائرةٍ خارجيّةٍ تولِّد عددًا ثابتًا من النّبضات في كل ثانيةٍ في شكل موجةٍ مربّعةٍ دوريّةٍ ليشكّل تواتر نبضات السّاعة معدّل تنفيذ وحدة المعالجة المركزيّة للتعليمات، وبالتالي كلّما كانت السّاعة أسرع زادت التعليمات التي ستنفذها وحدة المعالجة المركزية كلَّ ثانيةٍ، ولضمان التّشغيل السّليم لوحدة المعالجة المركزية تكون فترة الساعة أطول من الحدِّ الأقصى للوقت اللّازم لجميع الإشارات لنشرها عبر وحدة المعالجة المركزية.
"