ما هو البروسيسور أو المعالج؟

البروسيسور

يعتبر المعالج هو من أهم القطع التي يجب الأهتمام بها عند شراء الكمبيوتر او الاب توب وذلك من حيث أجودها وأفضلها ، وعندما نسأل أي شخص عن نوعية حاسبه فأنه سوف يلجأ الى ذكر نوع المعالج ، لكن ما هو المعالج ؟ ومن ماذا يتكون ؟ ما هي وظيفته ؟

المفهوم الأساسي للمعالج أو البروسيسور

هو عقل الحاسوب ،  يعالج الأوامر ويعطينا نتائجها  ، من الناحية الشكلية هو قطعة مربعة الشكل وصغيرة الحجم تضم إبر أو معادن نحاسية وما يسمى (pins) التي تسمح للمعالج بالاتصال مع  اللوحة الام وذلك لتبادل البيانات بينه وبين اللوحة الأم ، يتكون في الاصل من ملايين الترانزستورات المجموعة في شريحة صغيرة جدا من السليكون ، وهذه الشريحة تثبت من قبل المصنّع للمعالج على غلاف المعالج او داخلها وذلك لايصالها بالابر التي تكون أسفل غلاف المعالج.

مكونات المعالج أو البروسيسور

1- وحدة التحكم والسيطرة (cu=control unit) :وهي الوحدة المسؤولة عن التحكم بمسير البيانات داخل المعالج وتنسيق تبادلها بين أجزاء المعالج الداخلية ، طبعا هذه الوحدة هي المتحكمة في عمل المعالج.

2- وحدة الاتصال بالناقل (bus interface unit) : وهي الوحدة التي تتحكم في نقل البيانات بين المعالج والاعضاء الاخرى المكونة للحاسوب ، وخاصة الذاكرة العشوائية.

3- وحدة الحساب والمنطق (alu=arithmetic and logic unit) :

وتنقسم إلى وحدة الأعداد الصحيحة والتي تقوم بمعالجة العمليات الحسابية التي تتكون من أعداد صحيحة لا تحتوي على فاصلة عشرية ، تستخدم هذه العمليات في التطبيقات الثنائية الابعاد مثل word ,powerpoint ومعظم البرامج التي نستخدمها ، أي أن هذه الوحدة تستخدم من قبل التطبيقات الثنائية الابعاد، وكذا الوحدة الفاصلة العائمة (fpu=floating point unit) والتي تقوم بمعالجة العمليات الحسابية التي تحوي فاصلة عشرية ، تستخدم هذه الوحدة من قبل البرامج التي تعتمد على هذا النوع من العمليات الحسابية مثل الالعاب الثلاثية الابعاد وبرامج التصميم الهندسي، غير أن بطاقات الشاشة الحديثة (كروت الشاشة) تحتوي على مسرع يقوم بتخفيف الاعتماد على وحدة الفاصلة العائمة من قبل الالعاب الحديثة.

4- المسجلات : ذواكر صغيرة جدا وسريعة جدا ، توجد داخل المعالج وذلك لحفظ الارقام المراد معالجتها. من قبل وحدة الحساب و المنطق.

طريقة عمل البروسيسور 

المعالج حتى ينفذ الاوامر فانه يتبع خطوات لتنفيذ الاوامر ، هذه الخطوات هي. 

 يقوم المعالج بجلب الاوامر المراد تنفيذها والمخزنة في الذاكرة العشوائية ، تسمى هذه العملية fetch.2- بعد أن جلب المعالج الاوامر فانه يقوم بتحديد البيانات اللازمة لتنفيذ هذه الاوامر وتسمى هذه العملية decode ، ثم يقوم المعالج بجلب البيانات المطلوبة.3- يقوم المعالج بتنفيذ الاوامر execute ومن ثم ارسال نتائجها الى الذاكرة العشوائية.

طبعا سرعة المعالج لها أثر كبير في سرعة الحصول على نتائج التعليمات ، وتقاس سرعة المعالج بالميجاهيرتز (mhz=mega hertz) ، والمعالج له سرعتين :

أ - السرعة الداخلية (internal clock) :  

ونقصد هنا سرعة تبادل البيانات الداخلية في المعالج في عد ذاته، أي بين دوائر الذواكر الداخلية dram ، ووحدة المعالجة الخاصة 

ب - السرعة الخارجية (external clock) :

 والتي تسمى system bus وهي سرعة تبادل البيانات بين المعالج وبين الساوث بردج.

طبعا سرعة المعالج الداخلية والخارجية ليست كل شىء ، لأنه كلما تقدم الزمن يضاف على المعالج بعض الميزات التي تزيد من سرعة المعالج دون الحاجة الى زيادة السرعة للمعالج ، بعض هذه الميزات :

1- التدرج الفائق (superscalar) : 

وهي كون المعالج يحوي أكثر من خط لتنفيذ العمليات ، فمثلا اذا وصل الى معالج يحتوي على خط معالجة واحد عمليتين في نفس الوقت سوف يقوم خط المعالجة بتنفيذ الاولى ثم بعد الانتهاء منها يقوم بتنفيذ الثانية ، لكن اذا وصلت هاتان العمليتان الى معالج يحوي خطي معالجة فاءن كل تعليمة يتم تنفيذها في خط معالجة في نفس الوقت وبذلك نحصل على النتائج بشكل أسرع.

2- تقسيم خطوط المعالجة الى مراحل (pipelining) : 

أي أن خط المعالجة يتم تقسيمه الى مراحل ، كل مرحلة تقوم بتفيذ جزء من العملية الى اتمام التنفيذ ، اليك المثال التالي للتوضيح : لنفرض أن هنالك معمل لصناعة الطاولات الخشبية ، وأن الطاولة تحتاج ال 4 خطوات لاتمامها ، وأن كل خطوة تتطلب 10 دقائق ، فلو أن هناك هناك عامل واحد في المعمل فانه سوف يستغرق 40 دقيقة لاتمام الطاولة ، ثم يبدأ بصنع طاولة أخرى ، أي أننا نحصل على طاولة واحدة من المعمل كل 40 دقيقة ، ولو افترضنا أن معمل اخر يقوم بصنع الطاولات نفسها لكن هذا المعمل يحتوي عل 4 عمال ، كل عامل يقوم بتنفيذ خطوة واحدة في صنع الطاولة ثم يعطيها للعامل الذي يليه ثم يستلم طاولة أخرى وبعد تنفيذ خطوة واحدة فيها بعد 10 دقائق يمررها الى زميله وهكذا ، ذلك يعني أنه كل 10 دقائق سوف نحصل على طاولة جديدة أي 4 طاولات كل 40 دقيقة بخلاف طاولة واحدة كل 40 دقيقة في المعمل الأول. يمكن تشبيه ذلك بما يحصل في المعالج ، حيث أن العامل هو المرحلة في خط المعالجة والطاولة هي التعليمة المراد تنفيذها .

طبعا هناك الكثير من الميزات التي أضيفت للمعالجات لكن تلك أهمها.

 طرق اتصال المعالج باللوحة الام 

المعالج في الاصل شريحة صغيرة جدا "مساحتها بضعة مليمترات مربعة" من السليكون هذه الشريحة يتم تثبيتها على أحد نوعين من الاغلفة. 

1- يتم تثبيتها على غلاف بلاستيكي مربع الشكل "وأحيانا تثبت داخله" ، يحوي هذا الغلاف في أسفله على ابر pins ، طبعا يتم وصل شريحة السليكون بهذه الابر التي تتصل من الاسفل بمقبس المعالج ، يسمى هذا النوع من المعالجات socket processor.

2- يتم تثبيت هذه الشريحة على لوح الكتروني طويل يشبه الكروت المختلفة ويتصل هذا اللوح بشق مخصص على اللوحة الام ويسمى هذا النوع من المعالجات slot processor.

حديثا المعالجات جميعا من النوع socket ولا يوجد slot 

كما أن للمعالج ذاكرة  تسمى الكاش ميموري cache memory ، هذه الذاكرة وظيفتها تقليل اعتماد المعالج على الذاكرة العشوائية لانها بطيئة ولا تناسب سرعة المعالج ، لذلك فان الكاش ميموري تخزن البيانات المستخدمة بشكل متكرر من قبل المعالج وهي التي تزود المعالج بها عندما يطلبها لانها سريعة جدا تناسب سرعة المعالج (sram) .

وفي النهاية أذكر أن كل معالج يختلف في بنائه الداخلي عن الاخر ، وكلما صدر معالج جديد فانه سوف يحتوي على بعض الوحدات الثانوية التي تزيد من أداؤه.