This post is also available in: English (الإنجليزية) हिन्दी (الهندية)
في الوقت الحاضر يتم استخدام أجهزة الكمبيوتر في كل مكان تقريبًا. تُستخدم أجهزة الكمبيوتر لأغراض مختلفة ، ومع ذلك ، تظل الوظيفة الأساسية كما هي – معالجة البيانات وإعطاء المعلومات. يسمى الجزء المسؤول عن تحويل البيانات إلى معلومات وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية). وهذا هو سبب تسميته أيضًا بـ “دماغ الكمبيوتر”. دعنا نستكشف الأجزاء الثلاثة الأساسية لوحدة المعالجة المركزية.
ما هي وحدة المعالجة المركزية؟
تسمى وحدة المعالجة المركزية (CPU) أيضًا بالمعالجالمركزي أو المعالج الرئيسي أو المعالجفقط. إنه جهاز إلكتروني يتكون من دوائر تنفذ التعليمات التي تتكون من برنامج كمبيوتر.
وحدة المعالجة المركزية قادرة على تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقيةوالتحكمية والإدخال / الإخراج (I / O) المحددة بواسطة تعليمات البرنامج.
لقد تغير شكل وتصميم وتنفيذ وحدات المعالجة المركزية على مر السنين ، لكن تشغيلها الأساسي لم يتغير تقريبًا.
أين تقع وحدة المعالجة المركزية في الكمبيوتر؟
توجد وحدة المعالجة المركزية على اللوحة الأم للكمبيوتر. يتم اختيار موضع وحدة المعالجة المركزية على اللوحة الأم اعتمادًا على عوامل مختلفة. من بين تبريد وحدة المعالجة المركزية والجهاز الداخلي ، يتم أخذ درجات الحرارة في الاعتبار عند تحديد وضع وحدة المعالجة المركزية على اللوحة الأم.
أكبر شركات تصنيع وحدات المعالجة المركزية هي Intel و Advanced Micro Devices (AMD) ، على الرغم من وجود العديد من الشركات التي يتم تصنيع وحدة المعالجة المركزية فيها.
مكونات وحدة المعالجة المركزية
المكونات الرئيسية لوحدة المعالجة المركزية هي
- وحدة المنطق الحسابي (ALU)
- وحدة التحكم (CU)
- الذاكرة (التسجيلات)
وحدة المنطق الحسابية
وحدة المنطق الحسابي هي ذلك الجزء من وحدة المعالجة المركزية الذي يعالج جميع العمليات الحسابية التي قد تحتاجها وحدة المعالجة المركزية. معظم هذه العمليات منطقية بطبيعتها. اعتمادًا على كيفية تصميم وحدة ALU ، يمكن أن تجعل وحدة المعالجة المركزية أكثر قوة ، ولكنها أيضًا تستهلك المزيد من الطاقة وتولد مزيدًا من الحرارة. لذلك ، يجب أن يكون هناك توازن بين مدى قوة وحدة ALU وتعقيدها ومدى تكلفة الوحدة بأكملها. هذا هو السبب في أن وحدات المعالجة المركزية الأسرع تكون أكثر تكلفة وتستهلك المزيد من الطاقة وتبدد المزيد من الحرارة.
تتمثل الوظائف الرئيسية لوحدة الحساب المنطقية في القيام بعمليات حسابية ومنطقية ، بما في ذلك عمليات تحويل البتات. هذه عمليات أساسية يجب إجراؤها على أي بيانات تقريبًا تتم معالجتها بواسطة وحدة المعالجة المركزية.
تؤدي وحدات ALU بشكل روتيني العمليات التالية:
- العمليات المنطقية: تشمل AND و OR و NOT و XOR و NOR و NAND وما إلى ذلك.
- عمليات تحويل البتات: تشير إلى تحويل مواضع البتات بعدد معين من الأماكن إلى اليمين أو اليسار ، والتي تعتبر عملية ضرب.
- العمليات الحسابية: تشير إلى الجمع والطرح. يمكن استخدام الجمع للتعويض عن الضرب والطرح للقسمة. (على الرغم من استخدام الضرب والقسمة في بعض الأحيان ، إلا أن هذه العمليات تكون أكثر تكلفة.)
وحدة التحكم
تتمثل الوظيفة الرئيسية لوحدة التحكم في التحكم في عمليات وحدة المعالجة المركزية. كما أنه يساعد في تنسيق العمليات بين أجزاء أخرى من وحدة المعالجة المركزية.
وظائف وحدة التحكم هي كما يلي:
- يتحكم في تنفيذ التعليمات المتسلسلة
- يفسر التعليمات
- يوجه تدفق البيانات عبر مناطق الكمبيوتر المختلفة
- ينظم ويتحكم في توقيت المعالج
- يرسل ويستقبل إشارات التحكم من أجهزة الكمبيوتر الأخرى
- يتعامل مع مهام متعددة ، مثل الجلب وفك التشفير ومعالجة التنفيذ وتخزين النتائج
تم تصميم وحدات التحكم بطريقتين:
التحكم في الأسلاك الصلبة: يعتمد التصميم على بنية ثابتة. تتكون CU من flip-flops ، وبوابات منطقية ، ودوائر رقمية ، ودوائر تشفير وفك التشفير موصولة بطريقة محددة وثابتة. عندما تكون هناك حاجة لتغييرات مجموعة التعليمات ، يجب إجراء تغييرات في الأسلاك والدوائر. يُفضل هذا في بنية حوسبة مجموعة التعليمات المخفضة (RISC) ، والتي تحتوي فقط على عدد صغير من التعليمات.
التحكم في Microprograms: يتم تخزين Microprograms في ذاكرة تحكم خاصة وتعتمد على المخططات الانسيابية. يمكن استبدالها ومثالية بسبب بساطتها.
ذاكرة
الذاكرة الموجودة داخل وحدة المعالجة المركزية تسمى Register. السجلات هي ذاكرة كمبيوتر سريعة للغاية تستخدم لتنفيذ العمليات بكفاءة. لهذا الغرض ، هناك عدة فئات مختلفة من السجلات التي تعمل جميعها بالتنسيق مع ذاكرة الكمبيوتر لتشغيل العمليات بكفاءة. الغرض الوحيد من وجود سجل هو الاسترداد السريع للبيانات للمعالجة بواسطة وحدة المعالجة المركزية.
يتم تصنيف هذه السجلات على النحو التالي:
المجمع
يعمل المجمع كموقع تخزين مؤقت يحمل قيمة وسيطة في الحسابات الرياضية والمنطقية. تتم كتابة النتائج الوسيطة للعملية بشكل تدريجي إلى المجمع ، مع الكتابة فوق السابقة.
على سبيل المثال ، في العملية “2 4 1” ، سيحتفظ المركب بالقيمة 2 ، ثم 6 (2 4) ، ثم القيمة 7 (6 1).
سجل عنوان الذاكرة (MAR)
إما أنه يخزن عنوان الذاكرة من حيث سيتم جلب البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية أو العنوان الذي سيتم إرسال البيانات إليه وتخزينها.
هذا يعني أن هذا السجل يستخدم للوصول إلى البيانات والتعليمات من الذاكرة أثناء مرحلة تنفيذ التعليمات. يحتفظ MAR بموقع ذاكرة البيانات التي يجب الوصول إليها.
سجل بيانات الذاكرة (MDR)
يُعرف أيضًا باسم Memory Buffer Register (MBR) بتخزين البيانات التي يتم نقلها من وإلى مخزن الوصول الفوري. يحتوي على نسخة من مواقع الذاكرة المعينة والمحددة بواسطة سجل عناوين الذاكرة.
يعمل كمخزن مؤقت يسمح للمعالج ووحدات الذاكرة بالعمل بشكل مستقل دون أن تتأثر بالاختلافات الطفيفة في التشغيل. سيتم نسخ عنصر البيانات إلى MDR جاهزًا للاستخدام في دورة الساعة التالية عندما يمكن للمعالج استخدامه للقراءة أو الكتابة أو تخزينه في الذاكرة الرئيسية بعد كتابته.
عداد البرنامج (كمبيوتر)
يحتوي “عداد البرامج” على عنوان التعليمات التي يتم تنفيذها في الوقت الحالي. عندما يتم جلب كل تعليمات ، يزيد الكمبيوتر من قيمته المخزنة بمقدار 1. بعد جلب كل تعليمات ، يشير الكمبيوتر الشخصي إلى التعليمات التالية في التسلسل. عند إعادة تشغيل الكمبيوتر أو إعادة ضبطه ، يعود الكمبيوتر عادةً إلى 0.
سجل التعليمات (IR)
يُعرف أيضًا باسم سجل التعليمات الحالي (CIR) الذي يحتفظ بالتعليمات التي يتم تنفيذها أو فك تشفيرها حاليًا. في المعالجات البسيطة ، يتم تحميل كل تعليمة يتم تنفيذها في IR ، والتي تحتفظ بها أثناء فك تشفيرها وإعدادها وتنفيذها في النهاية ، والتي يمكن أن تتخذ عدة خطوات.
تستخدم بعض المعالجات المعقدة خط أنابيب من سجلات التعليمات حيث تقوم كل مرحلة من مراحل خط الأنابيب بجزء من فك التشفير أو التحضير أو التنفيذ ثم تمرره إلى المرحلة التالية.
سجل كود الشرط (CCR)
المعروف أيضًا باسم Status Register (SR) ، Flag Register (FR) هو مجموعة من بتات علم الحالة للمعالج. يحتوي CCR على معلومات حول حالة المعالج. تتم قراءة و / أو كتابة البتات الفردية بشكل ضمني أو صريح بواسطة تعليمات كود الجهاز التي يتم تنفيذها على المعالج. يسمح CCR للتعليمات باتخاذ إجراء مشروط بنتيجة التعليمات السابقة.
عادةً ما يتم تعديل العلامات في CCR كتأثيرات العمليات الحسابية وعمليات التلاعب بالبتات.
