أهم المعلومات حول وحدة المعالجة المركزية “CPU”

تعد وحدة المعالجة المركزية الـ “CPU” واحدة من أهم العناصر الرئيسية في أي نظام حاسوب؛ حيث أنها تمثل الوحدة الحسابية الأساسية للخوادم والأجهزة الذكية؛ كما أنها تُقدم أداءًا حاسوبيًا حيويًا، وذلك من خلال القيام بتحويل البيانات التي يتم إدخالها إلى إشارات رقمية، والقيام بإجراء العمليات الحسابية عليها.

أيضًا تُعد الـ CPU الدماغ الرئيسي للأجهزة الحاسوبية؛ حيث أنها تقوم بجلب التعليمات من الذاكرة وتنفيذ المهام المطلوبة، ثم تقوم بعد ذلك بإرسال النتائج المحسوبة مرة أخرى إلى الذاكرة.

بالإضافة إلى أنها تعد المسؤولة الوحيدة عن معالجة جميع المهام الحاسوبية اللازمة لتشغيل نظام التشغيل، وأيضًا تشغيل التطبيقات.

واستنادًا إلى ما سبق؛ يُمكننا وصف وحدة المعالجة هذه أنها المحرك الرئيسي للحوسبة؛ وذلك لأنها تلعب دورًا حيويًا في تنفيذ الأوامر والعمليات الحاسوبية الضرورية؛ للتشغيل الفعال للأنظمة والتطبيقات.

ونظرًا إلى أن هذا الموضوع هام جدًا، وكثير المعلومات، سوف نقدم لكم هذا المقال عبر موقع “بندل كمبيوتر” ليوضح لكم كافة المعلومات التي تدور حول وحدة المعالجة المركزية “CPU”.

مكونات وحدة المعالجة المركزية “CPU”

تُعرف الـ CPU أنها دائرة إلكترونية معقدة، تضم لنا العديد من المكونات الرئيسية التي تعمل على معالجة البيانات، وأيضًا إدارة التعليمات.

ومن هذه المكونات الهامة التي تحتوي عليها الـ “CPU” ما يلي:

1- وحدة إدارة الذاكرة: وفقًا إلى البنية الأساسية لوحدة المعالجة المركزية، فهناك نوعان من وحدة إدارة الذاكرة الخاصة بها؛ الأولى وحدة واجهة ناقل منفصلة، والثانية وحدة إدارة ذاكرة، وهي تتناول المهام المتعلقة بالذاكرة، مثل كل من:

• التعامل مع ذاكرة التخزين المؤقت.
• إدارة تفاعل ذاكرة الوصول العشوائي.
• إدارة تفاعل وحدة المعالجة المركزية.
• إدارة الذاكرة الافتراضية التي تتطلبها وحدة المعالجة المركزية لمعالجة البيانات.

2- وحدة التحكم: تقوم وحدة التحكم في الـ “CPU” بالعديد من المهام، مثل أنها تقوم بتنسيق تدفق مكونات الكمبيوتر الأخرى، وأيضًا داخل وحدة المعالجة المركزية، بالإضافة إلى أنها تقوم بإدارة معالجة التعليمات.

كما تحتوي وحدة التحكم هذه على مكون وحدة فك ترميز التعليمات؛ وهو الذي يفسر التعليمات التي يتم جلبها من الذاكرة، بل أنه يقوم أيضًا بتحويلها إلى عمليات مصغرة يمكن لوحدة المعالجة المركزية تشغيلها، كما أنه يقوم بتوجيه مكونات وحدة المعالجة المركزية الأخرى إلى تنفيذ العمليات المطلوبة منها.

3- الساعة: تقوم دورات الساعة بتنسيق عمليات وحدة المعالجة المركزية، كما تولد الساعة نبضًا ثابتًا بتردد معين؛ لذلك تعتمد الـ “CPU” على إشارة الساعة لمزامنة عملياتها الداخلية.

كما يتم قياس سرعة الساعة بالهرتز، بالإضافة إلى أنها تحدد عدد التعليمات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية أن تقوم بتنفيذها في الثانية الواحدة.

4- السجلات: تُعرف هذه السجلات بأنها مواقع تخزين ذات ذاكرة صغيرة وعالية السرعة، تقع داخل الـ “CPU”؛ حيث أنها تقوم بحفظ البيانات التي تعمل عليها وحدة المعالجة حاليًا، بالإضافة إلى أنها تسهل الوصول السريع إلى البيانات.

كما تشتمل وحدة المعالجة المركزية “CPU” على مجموعة متنوعة من هذه السجلات، مثل:

• عداد البرامج الذي يحتوي على عنوان الذاكرة الخاص بالتعليمات التالية التي سيتم جلبها.
• سجلات الأغراض العامة التي تحتوي على البيانات التشغيلية.
• سجلات التعليمات التي تحتوي على التعليمات الحالية التي تتم معالجتها.

وتتميز السجلات بأنها توفر أوقات وصول أسرع من مستويات الذاكرة الأخرى، مثل كل من ذاكرة الوصول العشوائي أو ذاكرة التخزين المؤقت.

5- وحدة المنطق الحسابي ALU: تقوم وحدة المنطق الحسابي التي تحتوي عليها وحدة المعالجة المركزية ببعض العمليات، منها:

• العمليات المنطقية “و – أو – ولا” على البيانات.
• العمليات الحسابية الأساسية “الجمع – الطرح – الضرب – القسمة”.

أيضًا تقوم وحدة المنطق الحسابي الـ “ALU” بتلقي البيانات التي تأتي من السجلات داخل وحدة المعالجة، ثم تقوم بمعالجتها بناءًا على تعليمات وحدة التحكم، ثم تقوم بإظهار النتيجة.

آلية عمل وحدة المعالجة المركزية “CPU”

من المتعارف عليه أن وحدة المعالجة المركزية “CPU” تعمل مع مكونات الأجهزة والبرامج الأخرى؛ وذلك لمعالجة البيانات، وأيضًا إدارة تدفق المعلومات داخل الأجهزة الإلكترونية.

لكن عادةً ما تعمل هذه الوحدة في دورات، بالإضافة إلى أن كل دورة منهم تمثل ثلاث خطوات رئيسية، وهم ما يلي:

1- جلب التعليمات: التعليمات هي عبارة عن رموز ثنائية تمثل مهام أو عمليات محددة لوحدة المعالجة الـ “CPU”، وفي هذه الخطوة تقوم بجلب التعليمات من الذاكرة، ثم تقوم بتفسير التعليمات، وأيضًا تحديد العملية التي سيتم تنفيذها، بالإضافة إلى أنها تقوم بتحديد مكونات وحدة المعالجة المركزية المحددة المطلوبة للمهمة.

2- معالجة التعليمات: في الخطوة الثانية تقوم الـ “CPU” بتنفيذ العملية المحددة على البيانات التي تم جلبها، ثم تقوم بإجراء أيٍ من هذه العمليات، وهي:

• العمليات الحسابية.
• المقارنات المنطقية.
• معالجة البيانات.
• نقل البيانات بين السجلات أو مواقع الذاكرة.

3- تخزين النتائج: بعد قيام الـ “CPU” بتنفيذ التعليمات، قد تحتاج إلى تخزين النتائج في الذاكرة أو تحديث سجلات محددة من خلال إدخال البيانات الجديدة؛ لذلك يتم تحديث عداد البرنامج “PC” للإشارة إلى عنوان التعليمات التالية التي سيتم جلبها.

ثم تقوم الـ “CPU” بتكرار الدورة، وهذا من خلال جلب التعليمات وفك تشفيرها، وتنفيذها بالتتابع.

ما هي ميزات وحدة المعالجة المركزية المتقدمة؟

1- مجموعات التعليمات المتقدمة: تتميز الـ “CPU” المتقدمة بتقنيات ومجموعات تعليمات متطورة، تعمل على تسريع عمليات محددة، مثل:

• التشفير، وأيضًا فك التشفير باستخدام بعض المعايير، مثل “AES وSHA”.
• دعم المحاكاة الافتراضية.
• معالجة الوسائط المتعددة، مثل “الفيديو والصوت”.
• دعمها لتقنية الـ “SIMD”؛ التي تعمل على معالجة البيانات بسرعة عالية.
• تحميلات الذكاء الاصطناعي، مثل “عمليات الشبكات العصبونية”.

2- الأنوية المتعددة: أيضًا تتميز وحدة المعالجة المركزية بأنها تحتوي على أنوية متعددة؛ وهذه الأنوية تمكّن الـ “CPU” من معالجة المهام المتعددة بفعالية من خلال التوازي.

3- تقنية خيوط المعالجة الفائقة “Hyperthreading” من Intel: تُتيح هذه التقنية لكل نواة القيام بتنفيذ عمليات متعددة في آن واحد؛ مما يزيد من كفاءة استخدام الموارد والأداء.

وختامًا، كانت هذه هي أهم المعلومات المتوفرة حول وحدة المعالجة المركزية، والتي لا بد من التعرف عليها بشكل تفصيلي هي وكافة أجزاء جهاز الكمبيوتر.