المعالج... ما هو؟ وكيف يعمل؟

المعالج... ما هو؟ وكيف يعمل؟
المعالج هو القلب النابض لجهاز الحاسب الآلي جهاز بلا معالج كأنسان من غير قلب فالأنسان من غير قلب يعتبر ميت لان القلب هو المسؤل عن ضخ الدم الى باقي اجزاء الجسم .

والمعالج هو قلب الحاسب المسؤل عن ضخ البيانات والمعلومات الى باقي اجزاء الحاسب .

خصائص المعالج :
1. سرعة المعالج ( CPU Speed ) : وهي مقياس لعدد العمليات التي يمكن للمعالج أن يؤديها في الثانية الواحدة . وتقاس بــ MHZ او GHZ وهو معدل نبضات الساعة التي تعطى للمعالج .

2. حجم الكلمة ( Word Size ) : وهو أكبر عدد من البت (( bit الذي يمكن للمعالج عملها في المرة الواحدة . والأن في وقتنا الحاظر اغلب المعالجات هي معالجات ذات 64 بت أي انها تستطيع ان تتعامل مع 64 بت في المرة الواحدة .

حجم الكلمة هي عبارة عن عدد خطوط البيانات الموضحة في الرسم الأعلى .

3. مسار البيانات ( Data Path ) : وهو أكبر عدد من البت يمكن نقلها من والى المعالج في المرة الواحدة .

ويتم نقل البيانات في نفس خطوط البيانات وتقريباً الأن تم الربط بين مسار البيانات وحجم الكلمة فأصبحوا واحد ولاكن ذكرتهم اثنيناتهم تجاوزاً .

4. أكبر سعة للذاكرة ( Maximum amount of memory ) : وهي أكبر سعة ذاكرة يمكن توصيلها بالمعالج .

وهي مربوطة بخطوط العناوين الموجودة بالرسم في الاعلى فخطوط العناوين هي المسؤلة عن عنونة الذاكرة ( RAM ) . وتأخذ وتقاس بهذه العلاقة

أكبر سعة ذاكرة (RAM) يمكن توصيلها بمعالج ما = 2 أس عدد الخطوط الناقلة للعناوين

مثال : معالج يملك 29 خط عناوين . ما هي اكبر سعة ذاكرة (RAM) يمكن وضعها بهذا الجهاز ؟

جـ : اكبر سعة ذاكرة يمكن وضعها بهذا الجهاز = 2 ^ 29 = 536870912 Bayt

536870912 بايت = 524288 كيلو بايت = 512 ميجا بايت = 0.5 جيجا بايت

(( ملاحظة :: العلامة ^ = الأس ))

الناتج من العلاقة يعطينا الحجم بالبايت ويجب عليك التحويل من وحدة الى وحدة بالعلاقة التالية :

الحجم بالبايت / 1024 = الحجم بالكيلو بايت ......... وهكذا

سؤال مربتط بالسؤال السابق :: لو وضعنا ذاكرة حجمها 1024 MB هل يعمل الجهاز بشكل اقوى من ان نضع بها ذاكرة حجمها 512 MB ؟؟

الجواب :: طبعاً لا ولن يفرق الأداء بأي شكل من الاشكال لأن المعالج لايمكنة عنونة سوى 512 MB فيضيع علينا ذاكرة حجمها 512 MB بلا أي فائدة لأن المعالج لايمكنه التعامل سوى مع 512 MB .


مثال آخر : ذاكرة حجمها 2 GB موصولة بالجهاز . كم عدد خطوط العناوين اللازمة لعنونة هذه الذاكرة ؟

جـ : أولاً يجب علينا ان نحول القيمة من GB الى Bayt

2 * 1024 * 1024 * 1024 = 2147483648 بايت

نحظر الآلة الحاسبة ونفعل الآتي :

Log 2147483648 / Log 2

= 31 خط
أي نحتاج لعنونة هذه الذاكرة الى 31 خط عنواين .


وأغلب المعالجات في الوقت الحاظر تحتوي على 32 خط عناوين أي تستطيع ان تعنون ذاكرة بحجم 4 GB .

5. ذاكرة الكاش المثبته بالمعالج ( Internal cache memory ) : وهي أكبر كمية

كاش مموري ( Cache memory ) موجودة داخل المعالج وغالباً ما يكون حجمها 512 KB او 256 KB . ( لاحظ ان الحجم بالكيلو فقط نظراً لأرتفاع سعر هذا النوع من الذاكرة )

وتتلخص الفائدة من ذاكرة الكاش هي بما ان سرعتها كبيرة جداً جداً تفوق سرعة ذاكرة الـ RAM العادية بحوالي 20 مرة فتستخدم كوسيط بين المعالج وذاكرة الـ RAM تجد شرح أكثر في الموضوع بعد قليل .
وسأتطرق للحديث عن الفرق بينها وبين الـ RAM في موضوع سابق انشاء الله .

أنواع المعالجات
يمكن تقسيمها الى أنواع من حيث عدد البتات للأرقام التي يتعاملون معها (( حجم الكلمة التي ذكرناها في الاعلى أو عدد خطوط البيانات )) ::

1 – معالجات 4 بت : وهذه تستخدم في الألات الحاسبة وبعض الاحتياجات الخاصة ولا تستخدم في الحاسب الآلي

2 – معالجات 8 بت : وهذا النوع من المعالجات ايضاً ظهر قديماً وكان يستخدم في بعض الاجهزة ولعلنا نذكر اتاري سيجا واتاري ننتندو وكانت تلك الاجهزة تستخدم هذا النوع من المعالج ولايستخدمة الحاسب الالي .

3 – معالجات 16 بت : ظهرت معالجات شهيرة وقوية مع هذا المعالج في ذالك الوقت ولاكنها الأن تعتبر منقرضة واصبحت من التاريخ ومن بعض الامثلة على هذا النوع من المعالج
( Intel 8088 وكان بسرعة MHZ 4.77
Intel 80286 وكان بسرعة 12 MHZ )

4 – معالجات 32 بت : ظهرت في أوائل التسعينات وتعتبر الأن منقرضة ايضاً ومن الامثلة على هذا النوع من المعالجات
( Intel 80386 وكان بسرعة MHZ 25 - Intel 80486 وكان بسرعتين الأولى 33 MHZ والثانية 66 MHZ ( اول جهاز اشتريته كان يحمل هذا النوع من المعالج ) )

5 – معالجات 64 بت : وهي المعالجات التي في العصر الحالي ومن الأمثلة على هذا النوع من المعالجات :
( ملاحظة : البنتيوم P = Pentium )
( Intel P – Intel P2 – Intel P3 – Intel P4 )


ميكانيكية عمل المعالج
عندما يريد المعالج مثلاً معالجة بيانات موجودة على القرص الصلب ( Hard Disk ) فهو لايأخذ البيانات مباشرة من القرص الصلب . لماذا ؟

لأن المعالج سريع جداً والقرص الصلب يعتبر بطيء نوعاً ماء فلتفادي هذه المشكلة عملوا المصممون الآتي

يطلب المعالج البيانات التي يريدها من القرص الصلب وتكون عن طريق خطوط التحكم .
يقوم القرص الصلب بأفراز البيانات التي طلبها المعالج ويقوم بوضعها في الذاكرة RAM .
بما أن الذاكرة RAM بطيئة بعض الشي على المعالج فأن الكاش مموري ( Cache memory ) يقوم بدور الوسيط بين المعالج والذاكرة RAM نظراً لسرعته الفائقة .
يأخذ المعالج البيانات من الكاش مموري ويقوم بمعالجتها