أنواع وسرعات المعالجات

المعالج الدقيق هو مكون الكمبيوتر الشخصي الذي يقوم بمعالجة البيانات الفعلية. إنها وحدة معالجة مركزية (CPU) تتناسب مع الرقاقة الدقيقة ، ولديها دائرة تحويل معقدة للغاية تنفذ تعليمات بسيطة بسرعة كبيرة.

تحتوي حزمة الدائرة المتكاملة للمعالج الدقيق على شريحة من السيليكون تحتوي على ملايين الترانزستورات والمكونات الأخرى المصنوعة من هذه المادة. لأن الترانزستورات في الرقاقة صغيرة جدًا ، حتى كمية صغيرة من التيار عالي الجهد (مثل الكهرباء الساكنة) يمكن أن تدمر الرقاقة.

لهذا السبب ، يجب التعامل مع جميع الدوائر المتكاملة واسعة النطاق بطريقة تقلل من احتمال حدوث صدمة كهربائية ثابتة.

مع وجود الكثير من الدوائر المخزنة في هذه المنطقة الصغيرة ، تنتج الرقائق الدقيقة الكثير من الحرارة وتتطلب أنظمة تبريد لمنع ارتفاع درجة حرارة الشريحة. على اللوحات الأم للكمبيوتر ، يتم تغطية رقاقة وحدة المعالجة المركزية بواسطة بالوعة حرارية معدنية ذات زعانف كبيرة للسماح بتدفق الهواء من مراوح التبريد لنقل الحرارة.

بشكل عام ، يمكننا القول أن المعالج الدقيق هو وحدة معالجة مركزية مدمجة في شريحة صغيرة من السيليكون تتكون من آلاف المكونات الصغيرة مثل الثنائيات والترانزستورات والمقاومات ، والتي تعمل معًا.

أنواع المعالجات

تقوم كل من معالجات Intel و AMD بتصنيع مجموعة متنوعة من الأنظمة. تقوم Intel بتصنيع معالجات Core و Pentium و Atom و Celeron لأجهزة الكمبيوتر المكتبية ، بينما نجد على الجانب الآخر معالجات AMD's Athlon و Sempron و Ryzen وغيرها.

يحتوي كل معالج تم تصنيعه بواسطة Intel أو AMD على وظائف محددة ويوفر أنظمة محددة ، مثل أجهزة الكمبيوتر أو محطات العمل في المكتب. يتكيف كل معالج مع كمبيوتر معين ، سواء تم تجميعه أو إنشائه من الصفر أو تحديثه.

يتم استخدام وحدة المعالجة المركزية الأكثر استخدامًا في أجهزة الكمبيوتر بواسطة Intel. منذ أن اختارت IBM شريحة Intel 8088 للكمبيوتر الشخصي الأصلي من IBM ، استخدمت معظم نسخ أجهزة الكمبيوتر أي من وحدات المعالجة المركزية من سلسلة Intel.

استخدمت سلسلة أجهزة كمبيوتر Macintosh من Apple في الأصل سلسلة Motorola 68000 من المعالجات الدقيقة. لكن وحدات Motorola CPU تستخدم مجموعة مختلفة من الإرشادات عن Intel CPU ، لذلك ليس من السهل تشغيل برامج الكمبيوتر على جهاز Mac والعكس صحيح (لكن نقل ملفات البيانات ليس مشكلة.)

يتم شرح أنواع مختلفة من المعالجات الدقيقة أدناه.

8085 معالج دقيق

صورة عبر ويكيبيديا

تم تصميم المعالج 8085 بواسطة Intel في عام 1977 بمساعدة تقنية NMOS.

تكوينات هذا المعالج الدقيق هي ناقل البيانات 8 بت ، ناقل العنوان 16 بت ، والذي يمكنه معالجة ما يصل إلى 64 كيلو بايت ، عداد 16 بت ومؤشر مكدس (SP). يتم ترتيب السجلات المكونة من ستة بتات في زوج BC و DE و HL. يتطلب المعالج 8085 تزويد طاقة 5 فولت.

8086 معالج دقيق

صورة عبر ويكيبيديا

تم تصميم هذا المعالج الدقيق أيضًا بواسطة Intel. إنه معالج 16 بت مع 20 خط ناقل للبيانات و 16 خط بيانات مع مساحة تخزين 1 ميجابايت. يتكون المعالج 8086 من مجموعة قوية من التعليمات ، مما يسمح بإجراء عمليات مثل الضرب والقسمة بسهولة.

يحتوي المعالج 8086 على وضعين للتشغيل ، وهما الوضع الأقصى والحد الأدنى للتشغيل. يتم استخدام وضع التشغيل الأقصى للنظام الذي يحتوي على معالجات متعددة. يتم استخدام الحد الأدنى من وضع التشغيل للنظام الذي يحتوي على معالج واحد. يتم شرح خصائص هذا المعالج الدقيق أدناه.

ميزات المعالج الصغري 8086

أهم خصائص المعالج الدقيق هي التالية:

لتحسين أداء هذا المعالج الدقيق ، هناك عمليتان في الأنابيب ، وهما في مرحلة الحصول على التعليمات وتنفيذها. يمكن لدورة الجلب نقل البيانات في 6 بايت من التعليمات وتخزينها في سطر واحد. مرحلة التنفيذ هي المسؤولة لإطلاق التعليمات يتكون المعالج 8086 من 2900 ترانزستور ولديه 256 مقاطعة متجه.

سرعة الساعة في المعالج

يتم قياس سرعة الساعة بوحدات من الدورات في الثانية ، والتي تسمى Hertz (Hz). تعمل لوحات الكمبيوتر ووحدات المعالجة المركزية بسرعات تصل إلى ملايين ومليارات هيرتز ، ميجاهيرتز (ميجاهرتز) وجيجاهرتز (جيجاهرتز).

تستخدم معالجات Intel و AMD تصميمات داخلية مختلفة ، لذا فإن مقارنة معالج AMD بسرعة 2.4 جيجا هرتز مع معالج AMD 3.0 جيجا هرتز يشير على سبيل المثال إلى أن معالج AMD 3.0 جيجا هرتز يعمل بشكل أسرع ؛ لكن مقارنة معالجين بتردد 2.4GHz من AMD و Intel لا يحدد أيهما يعمل بشكل أسرع.

من أجل العمل ، يقسم المعالج المهمة إلى عدة مراحل. عادة ، تعمل معالجات Intel مراحل أكثر ، وبالتالي تقوم بعمل أكثر وتستغرق وقتًا أطول من معالجات AMD لإكمال المهام.

يتم الاحتفاظ بالرقائق الرقمية على اللوحة الأم متزامنة مع بعضها البعض بواسطة إشارة الساعة (سلسلة من النبضات) على اللوحة الأم.

يمكنك التفكير في الأمر على أنه "ضربات قلب" للكمبيوتر. كلما كانت عقارب الساعة أسرع ، كان الكمبيوتر يعمل بشكل أسرع ؛ لكن الساعة لا يمكنها العمل بشكل أسرع من سرعة الرقائق ، لأنها في هذه الحالة ستفشل.

مع تحسن تقنية الرقائق ، تسارعت سرعة تشغيل الرقائق. تعمل وحدة المعالجة المركزية بشكل أسرع من بقية اللوحة الأم (التي تتم مزامنتها بجزء من سرعة وحدة المعالجة المركزية).

زيادة السرعة

ومع ذلك ، عندما تبحث في السوق عن معالج ، هناك قائمة بالأشياء التي يجب مراعاتها. تقليديا ، الشيء الوحيد الذي يراه معظم المستهلكين هو قوته الكاملة Gigahertz.

ربما لا يعرف الكثير من هؤلاء الأشخاص حتى ما يعنيه (إنه عدد دورات الساعة التي يكملها المعالج في الثانية ، بالمليارات) ، ولكن من السهل المقارنة.

جلبت السنوات القليلة الماضية ميزة إضافية: سرعة التعزيز. تتمتع معظم وحدات الرسوميات والمعالجات الآن بسرعة ساعة و "سرعة تعزيز". تسمي إنتل هذا Turbo Boost ؛ AMD تسميها Boost Clock.

تعمل تقنية المعالجات الدقيقة الجديدة هذه على تحسين الأداء تلقائيًا ، وزيادة سرعة النوى ، وبالتالي تحقيق كفاءة أفضل.

تصنيف المعالجات الدقيقة

يتم قبول 5 تصنيفات للمعالجات الدقيقة:

CISC

يمكن تنفيذ الأوامر بالاقتران مع الأنشطة الأخرى ذات المستوى المنخفض. يقوم بشكل رئيسي بمهمة تحميل وتنزيل واستعادة البيانات من وإلى بطاقة الذاكرة. بخلاف ذلك ، فإنه يقوم أيضًا بإجراء حسابات رياضية معقدة داخل أمر واحد.

تم تصميم هذا المعالج لتقليل عدد الإرشادات لكل برنامج وتجاهل عدد الدورات لكل تعليمات. يستخدم المترجم لترجمة لغة عالية المستوى إلى لغة مستوى التجميع ، لأن طول الكود قصير نسبيًا ويتم استخدام ذاكرة وصول عشوائي إضافية لتخزين التعليمات.

بنية معالج CISC

تم تصميمه لخفض تكلفة الذاكرة ، لأن المزيد من التخزين مطلوب في البرامج الكبيرة ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة الذاكرة. لتجاوز هذا العدد من التعليمات لكل برنامج ، يمكنك تقليل عدد التعليمات من خلال دمج العمليات في تعليمات واحدة.

ميزات معالج CISC

يتكون هذا المعالج من أوضاع عنونة مختلفة:

يحتوي على عدد كبير من التعليمات يستغرق الأمر عدة دورات لتنفيذ تعليمة منطق ترميز التعليمات معقد أوضاع عنونة متعددة عند طلب تعليمة

RISC

اختصار RISC اختصار لـ "كمبيوتر مجموعة التعليمات المخفّضة" وهو مصمم لتقليل وقت التنفيذ من خلال تبسيط مجموعة تعليمات الكمبيوتر.

يتم تصنيع هذه الأنواع من الرقائق بناءً على الوظيفة التي يمكن للمعالج الدقيق من خلالها أداء مهام صغيرة ضمن أمر معين. بهذه الطريقة ، أكمل المزيد من الأوامر بمعدل أسرع.

في المعالج الدقيق ، تتطلب كل مجموعة من التعليمات دورة ساعة واحدة فقط لتنفيذ النتيجة في وقت تشغيل منتظم. لذلك ، فإنه يقلل من الكفاءة لمزيد من أسطر التعليمات البرمجية ، لذلك يتطلب ذاكرة وصول عشوائي إضافية لتخزين التعليمات. يتم استخدام المحول البرمجي لتحويل مجموعة تعليمات اللغة عالية المستوى إلى لغة كمبيوتر.

بنية معالج RISC

يتم استخدام هذا النوع من المعالجات لمجموعة التعليمات المحسنة للغاية ، وتطبيقات معالج RISC للأجهزة المحمولة بسبب كفاءة الطاقة الخاصة بها. يتم شرح خصائص هذا المعالج أدناه.

ميزات معالج RISC

فيما يلي بعض الميزات الرئيسية والمهمة لمعالج RISC:

في معالج RISC هناك تعليمات بسيطة تتكون من عدد التسجيلات وعدد أقل من الترانزستورات للوصول إلى موقع الذاكرة استخدم تعليمات التحميل والتخزين يحتوي هذا المعالج على وقت تشغيل دورة

سوبرسكالر

هذا هو المعالج الذي ينسخ الجهاز إلى المعالج الدقيق لأداء مهام متعددة في وقت واحد. يمكن استخدامها في الحساب ومضاعفات. لديهم وحدات تشغيل متعددة وبالتالي يقومون بتنفيذ أكثر من أمر واحد ، ويصدرون باستمرار العديد من التعليمات لوحدات التشغيل الزائدة داخل المعالج.

ASIC

يتم استخدامه لأغراض محددة بدلاً من الأغراض العامة. في البداية ، استخدمت ASICs تقنية مصفوفة الباب. غالبًا ما تحتوي ASICs الحديثة على معالجات 32 بت و Flash وكتل RAM و ROM و EEPROM بالإضافة إلى أنواع أخرى من الوحدات.

DSP (معالج الإشارة الرقمية)

يتم استخدامها لتشفير وفك تشفير مقاطع الفيديو أو لتحويل مقاطع الفيديو الرقمية إلى تمثيلية وتناظرية إلى رقمية. إنهم بحاجة إلى معالج دقيق ممتاز في الحسابات الرياضية. يتم استخدام الرقائق الموجودة في هذا المعالج في السونار ، والرادارات ، وأجهزة صوت المسرح المنزلي ، والهواتف المحمولة ، وأجهزة التلفزيون.

نوصي بقراءة كيفية اختيار المعالج بسرعة وسهولة

المكونات المطلوبة لهذا المعالج هي ذاكرة مبرمجة وذاكرة بيانات وإدخال / إخراج ومحرك كمبيوتر. تم تصميم هذا المعالج لمعالجة الإشارة التناظرية رقميا. تتم هذه العملية على فترات منتظمة وتحول الجهد إلى شكل رقمي.

تطبيقات هذا المعالج هي إنتاج الصوت والموسيقى ومعالجة إشارات الفيديو وتسريع الرسومات ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد. مثال هذا المعالج هو TMS320C40.

معالجات خاصة

تم تصميم المعالجات الخاصة لبعض المعالجات الخاصة وبعضها موضح أدناه.

المعالج

يمكنه التعامل مع الوظيفة العملية أسرع عدة مرات من المعالجات الدقيقة العادية. مثال المعالج المشترك هو المعالج الرياضي ، وبعضها 8087 ، والذي يستخدم مع 8086 ؛ 80287 ، التي تستخدم مع 80286 ؛ و 80387 ، الذي يستخدم مع 80386.

معالج الإدخال / الإخراج

سيكون لهذا المعالج ذاكرة محلية خاصة به. يتم استخدامه للتحكم في أجهزة الإدخال / الإخراج بمشاركة وحدة المعالجة المركزية. ومن أمثلة معالج الإدخال / الإخراج التحكم في DMA ولوحة المفاتيح والماوس والتحكم في عرض الرسومات والتحكم في منفذ SCSI.

المتحول

يحتوي هذا المعالج أيضًا على ذاكرة محلية خاصة به ولديه أيضًا روابط لتوصيل جهاز تحويل إلى آخر للاتصال بين المعالجات.

يتم استخدام جهاز التحويل في نظام المعالج الواحد أو يمكن توصيله بوصلات خارجية لتقليل تكاليف البناء وزيادة الأداء. بعض الأمثلة على هذا المعالج هي معالجات النقطة العائمة مثل T800 و T805 و T9000.

هل السرعة مهمة؟

كل عامل مهم وسرعة لن تفعل أقل. ولكن لا يمكننا مقارنة السرعة (GHz أو MHz) بين الهياكل المختلفة. من الخطأ مساواة بنتيوم 4 بسرعة 2.8 جيجا هرتز مع بنتيوم السنوات الأخيرة بنفس التردد. القفزة التطورية في IPC (تعليمات لكل دورة) هي السحيقة.

الشيء الأكثر صحة هو تصنيف كل معالج حسب فئته. أيضًا ، يمكننا العثور على الحالات التي نظرًا لوجود "ميزانية ضيقة" لتجهيز جهاز الكمبيوتر الخاص بك بمعالج منخفض النهاية والاستمرار في السحب معه حتى تقوم بالترقية إلى معالج أعلى.

Intel Pentium & Celeron / AMD Ryzen 3 / APU

تعتبر المعالجات بهذه السرعة مثالية للأنشطة اليومية الأساسية ، على سبيل المثال: البريد الإلكتروني ، وتصفح الويب ، ومجموعة المكتب ، وحتى الأداء الرائع كمراكز وسائط / HTPC. في حالة Pentiums ، يمكن لـ Ryzen 3 و APU تقديم أداء رائع في التشغيل بدقة 720 بكسل أو 1080 إذا كانت مزودة ببطاقة رسومات لائقة.

Intel Core i3 / AMD Ryzen 5 Quad Core

هذا النطاق من السرعات مناسب تمامًا لتصفح الويب ، والعمل مع رسائل البريد الإلكتروني ، وتشغيل برامج الأعمال مثل أنظمة إدارة المرضى ، وتعدد المهام بشكل عام. تعمل هذه الفئة بشكل جيد مع أجهزة الكمبيوتر المكتبية العادية أو المستخدمين الذين لا يرغبون في إنفاق الكثير من المال على أجهزة الكمبيوتر الشخصية الخاصة بهم للألعاب ولكنهم يريدون ترقية أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم في المستقبل.

حاليًا ، يحتوي الجيل الثامن من Intel Core i3 على 4 أنوية تعطينا زيادة في الأداء (مقارنة بالجيل السابع) ويمكن أن تعطينا الكثير من المرح مع Nvidia GTX 1050 Ti أو GTX 1060. من المثير للاهتمام أيضًا هو AMD Ryzen 5 1400 رباعي النواة الذي يعمل بشكل جيد للغاية مع معالج 4 × 4. في حين أن AMD Ryzen 5 1600 / 1600X مثالية للألعاب والبث ، نظرًا لأنه ليس من الصعب جدًا رفع تردد تشغيلها عند 3.9 أو 4 جيجا هرتز.

Intel Core i5 / Intel Core i7 و AMD Ryzen 7

ضمن النظام الأساسي السائد يوجد الجزء العلوي من النطاق. إذا كنت بحاجة إلى جهاز كمبيوتر فائق القوة ، ومثالي للعب بأعلى المتطلبات ، والعمل مع قواعد بيانات فائقة القوة وتحرير الوسائط المتعددة ، فستحتاج إلى جهاز كمبيوتر عالي الأداء. شخصيًا ، يقدم الجيل الثامن من معالجات Intel Core i7 و AMD Ryzen 7 (مع زيادة تردد التشغيل 3.8 أو 4 جيجاهرتز) أداءً وحشيًا للألعاب والعمل.

بدون شك ، فهي خيار رائع لمنصة متحمسة مثل Intel Core i9 أو AMD Threadripper بكمية أعلى بكثير. بهذا ننهي مقالنا حول جميع التفاصيل التي يجب أن تعرفها عن المعالجات. من بينها الأنواع الموجودة والسرعات؟