المعالجات -

الحاسب الشخصي أو كما يطلق عليه الكمبيوتر مكون من العديد القطع ومن المؤكد أن تلك القطع لها اساس مبني عليها، وهو المعالج وهذا موضوع اليوم في تاريخ المعالجات.

نقدم اليوم تاريخ المعالجات وكل ما يتعلق بالمعالج من بداية نشأته حتى الوضع الذي أصبح عليه الآن.

محتوى المقالة ينقسم إلى:-

التعريف.
أهم خواص المعالجات.
تاريخ المعالجات وأنواعها.

1) تعريف ومعلومات عن المعالج:

ما هي المعالجات:

هي الجزء المسؤول عن معالجة البيانات أي مخ الكمبيوتر وبالتالي حسن اختيارك للمعالج يؤدي بالضرورة إلى أداء أفضل.

التعريف الداخلي: يتكون المعالج من وحدة معالجة التي تحتوي من ملايين الترانزستورات التي طبعت بتقنية (Photo-lithography) على رقاقة من السيليكون، هذه الترانزستورات تختزن البيانات
على هيئة اللغة الثنائية 0|1 وتسمى binary language، وهذه اللغة التي يفهمها باقي مكونات الحاسب، مما يمكن المعالج من إجراء عمليات الحساب والمنطق.

المعالج يتكون من عدة أساسيات:
هم الأنوية وسرعة التردد الأساسي ونواقل البيانات.

تعريف ومعلومات عن المعالجات — شكل مقطعي للمعالج من الداخل

ماهي معمارية المعالج (دقة التصنيع):

هي المسافة التي تكون بين كل ترانزستور وأخر وتقاس بالنانوميتر.

الأنوية:

هي قلب المعالج وهي الذي يقوم بمهام المعالج.

ما هي سرعة المعالج:

هو معدل دورة معالجة البيانات وهو أهم عامل في أداء المعالج وتقاس بالهرتز.

من أجل زيادة التردد في صناعة المعالجات لابد من الزيادة في استهلاك الطاقة ولا تستطيع زيادة في استهلاك الطاقة أكثر لأنه يؤدي إلى زيادة الحرارة التي إذ زادت عن حد معين ستكون السبب في تلف المعالج.

الحل: يمكنك الاستعانة بتبريد ممتاز حتى تستطيع زيادة التردد والحفاظ على درجة الحرارة.

ماهي نواقل البيانات (Bus or Bandwidth):

توضح الصورة شكل Bandwidth

هي السعة التي يسمح بها النظام ما لكي ينقل البيانات عبر اتصال، وتقاس بالبايت.

تستخدم نواقل البيانات: لقياس معدل نقل البيانات في الشبكات وأجهزة المودم، كذلك بين أجهزة الحاسب الداخلية مثل معدل نقل البيانات بين المعالج والذاكرة الرئيسية وبينه والقرص الصلب.

كيف يعمل المعالج:

عند الفرض إننا في عام 1971م سوف نستخدم أول معالج مركزي، ونستخدمه في عملية حسابية ثم نطلب تشغيل أمر أو برنامج فيقوم المعالج باستدعاء البيانات من الهارد إلى الذاكرة المؤقتة وهي الرام .

الكيفية: يقوم المعالج باستخدام ناقل FSB ويبدأ بالمعالجة ثم يقوم بإرجاعها ثانيا للرام، وهي توصلها للمخرجات وتخزينها للهارد مرة أخرى.

ما هو ناقل FSB (northbridge)‏:

شكل FSP

يرمز اختصار FSB إلى كلمة Front Side Bus والتي كانت تستخدم مع معالجات INTEL من عام 1990 إلى 2000.

هو الناقل الذي ينقل البيانات بين وحدة المعالجة المركزية والمتحكم المركزي بالذاكرة.

وحدة قياس سرعته بالهرتز بسبب طول العملية الحسابية التي يقوم بها المعالج، ولذلك تم تحديث النواقل والسرعة والتي أصبحت الذاكرة المؤقتة (Cash Memory) مدمجة في المعالج بعد النواة وقبل ال FSB.

معلومات هامة:

بعد مرور أعوام من البحث وتطور المعمارية استطاع المهندسين العمل على تقليل المسافة بين الترانزستورات في المعمارية وهذا يؤدي إلى زيادة عدد الترانزستورات فهذا يؤدي إلى زيادة التردد والسرعة.

ومع التطور والحاجة إلى زيادة المهام وزيادة الطلب في العمل، هذا يتطلب زيادة في الإمكانيات الداخلية للمعالج ولذلك كانت الحاجة لمعالج بعدد أنوية أكبر.

وللعلم ليس من الضروري أن زيادة عدد الأنوية يصاحبه زيادة في السرعة لأن البرنامج المستخدم لايحتاج إلى هذا ولذلك تم صنع معالجات ذات أنوية كبرى بسرعة متوسطة للعمل البسيط، وفي حالة تطوير
البرنامج تتواجد الأنوية الكبرى من أجل الاستخدام.

ومع متطلبات سوق العمل والتطور أصبح هناك المزيد من الاعتماد على أجهزة الحاسوب، ولهذا أصبح من المهم تواجد معالجات تعمل بسرعات عالية مع زيادة الأنوية ولهذا تم عمل الذاكرة المؤقتة.

ما هي الذاكرة المؤقتة (Cache Memory):

دورها استدعاء أهم المعلومات التي يحتاجها المعالج بسرعة كبيرة لمعالجة أمر ما ويتم الاحتفاظ بها حتى الانتهاء من العملية.

الميزة: كونها أسرع من الرام لإنها تقوم بدور محدد عكس الرام التي تقوم باستدعاء ونقل بيانات متعددة وتوصلها لكل مكون في الجهاز.

الذاكرة المؤقتة: هي عبارة عن مستويات LEVEL 1, 2,3 يعبر كل منها سرعة مختلفة للمعالج مع الاختلاف في تقنية ودقة التصنيع الخاصة بالمعالج.

شرح مستويات الذاكرة المؤقتة:

أولا: L1 CACHE

مستوى موجود مع كل نواة وتكون أسرع ميموري في المعالج لكن تعالج بيانات قليلة وتقوم باستدعاء البيانات الأكثر أهمية.

ثانيا: L2 cache

مستوى موجود لكل نواة وتكون سرعته أقل وتقوم بتخزين بيانات أكثر لمساعدة المستوى الأول في حالة أن المعالج يحتاج بيانات أكثر، وهذا يكون الفرق في البرامج الكبيرة مثل برامج الصور وصناعة المحتوى والألعاب.

ثالثا: L3 cache

مستوى مجمع لكل الأنوية ويكون الأقل في السرعة وأعلى في البيانات ومجمع للبيانات التي تأتي من FSB ولا تقل أهمية عن المستوى الثاني.

2) أهم خواص المعالجات:

مع زيادة العمل والمشروعات والتقدم كان لابد من التفكير في حلول أخرى من أجل تعدد المهام أكثر وجعل المعالج يقوم بأكثر من مهام في وقت واحد.

ولذلك كان لابد من التفكير في زيادة عدد مسارات المعالج بدلا من كل نواة التي تستخدم مسار منطقي واحد للمعالجة سنجعله يستخدم مسارين.
فائدة زيادة عدد المسارات القيام بمساعده النواة في العمل القائم عليها وذلك لإنجاز العملية أسرع، ومع التطور ظهر مصطلح Hyperthreading.

تعريف تعدد المسارات:

خاصية في المعالج تمكنه من امتلاك عدد مسارات ضعف عدد الأنوية.

الفائدة: من أجل استخدام تلك الخاصية لابد من استخدام رامات أعلى في الحجم مع تركيبها بخاصية Dual Channel وذلك من أجل مواكبة سرعة المعالج.

تطورت دقة التصنيع أكتر من دقة تصنيع 14 ثم 12 ثم 7 نانومتر وهذا يعني أن زيادة عدد الأنوية واستهلاك طاقة أعلى مع عدد المسارات أعلى وبالتالي ترددات أعلى.

يمكن للمستخدم زيادة سرعة المعالج عن طريق زيادة التردد مع الفولتية الخاصة به عن طريق كسر السرعة.

يحتوي المعالج على سرعتين الأولى وهي السرعة الأساسية والثانية وهي السرعة المعززة.

تعريف السرعة المعززة:

هي أقصى تردد يمكن أن يصل له المعالج تلقائيا، ويعتبر هذا كسر سرعة تلقائي من المصنع.

3) تاريخ المعالجات وأنواعها:

تاريخ المعالجات:

INTEL: أول معالج كان عام 1971 حيث كان أول معالج Intel 4004، هذا المعالج يحتوي على نواة واحدة بدقة تصنيع 10 ميكرو أي ما يعادل 10000 نانو بسرعة أساسية 740KHz بقيمة الناقل 4bit.

AMD: ظهرت عام 1975 بإنتاج معالج إنتل 8080 باستخدام الهندسة العكسية، وفي منتصف الثمانينات بدأت AMD بانتاجAMD7910-7911.

أنواع المعالجات:

معالجات INTEL:

شركة إنتل لديها عدة أنواع من المعالجات، ولابد من العلم انها كل عامين تقوم بتحديث المقبس الخاص بها وتقوم بإطلاق الجيل والمطور له.

معالجات Xeon: هي معالجات مركزية رئيسية في أجهزة السيرفرات وكانت مسيطرة لفترة وتقوم إنتل بإطلاق تحديثات كل فترة.
معالجات Pentium: هي أول معالجات أصبحت في الأسواق للاستخدام من قبل المستخدمين وداعمه لأنظمة الويندوز المتنوعة.
معالجات Celeron: هي معالجات أيضا متاحة للاستخدام من قبل المستخدمين.
معالجات Core: اختصار لكلمة نواة والتي بدأت بالتسمية ب Dual Core ثم Core-Due بانواعة ثم Core-Quad أي رباعي النواة.

مع التطور أصبح سوق معالجات إنتل موسع إلى (Core (I3-I5-I7-I9.

معالجات AMD:

شركة AMD في البداية تميزت في صناعة أشباه الموصلات ثم في منتصف الثمانينات أطلقت أول معالج AMD7910-7911.

المنافسة بدأت عام 2017 عند اطلاق AMD معمارية Zen ثم Zen Plus ثم Zen 2 ثم Zen 3 ثم Zen 4.
المنافسة الحقيقة بين الشركتين في ثبات AMD على المقبس الخاص بها بداية من Zen وحتى انتهاء Zen 3 و تم التغيير في Zen 4 عند إطلاق المقبس الجديد AM5.

المعالجات