موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الثلاثاء، 30 يوليو 2019

المعالجات الدقيقة Microprocessors


 شرح المعالجات الدقيقة وتطورها

مقدمة في المعالجات الدقيقة

عند مقارنة جهاز الحاسوب المكتبي desktop والذي انتشر قبل سنوات عديدة مع جهاز الحاسوب المحمول Laptop أو الهاتف الذكي من ناحية الحجم والوزن والسرعة والسعر ستلاحظ التطور المتسارع الحاصل في مجال الأجهزة الإلكترونية المحوسبة كل يوم والتي باتت تدخل في كل تطبيقات حياتنا اليومية.
إنّ هذا التقدم النشط في صناعة الأجهزة الإلكترونية المحوسبة يعود لظهور وتطور المعالجات الدقيقة microprocessors، إذ أصبح بالإمكان زيادة كثافة المكونات على نفس الشريحة الإلكترونية لتكون قادرة على تنفيذ عمليات حسابية أكثر تعقيدا وبسرعات هائلة، مما أدى لصغر حجم الحواسيب وانخفاض ثمنها وزيادة إمكانياتها كدخول شاشات اللمس على الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.
سنتعرف إلى المعالجات الدقيقة مع لمحة تاريخية عن تطورها، كما سنتعرف إلى أهم مواصفاتها وتطبيقاتها المختلفة في حياتنا، بالإضافة لمدخل إلى عالم البرمجة وتطبيقات الهاتف الذكي.

المعالجات الدقيقة في حياتنا

من الممكن أن تكون قد صادفت وتعرفت في وقت ما على وحدة المعالجة المركزية ودورها في إجراء العمليات الحسابية والمنطقية داخل الحاسوب، وهي تشكل حلقة الوصل بين جميع أجزاء الجهاز، حيث تتضمن وحدة المعالجة المركزية مكوناً أساسياً يسمى المعالج الدقيق. فما هو المعالج الدقيق وما هي مهامه واصداراته؟

ما هو المعالج الدقيق Microprocessor؟

هو الجزء الأساسي من وحدة المعالجة المركزية في الحاسبات الرقمية، ويقوم بوظيفتين رئيسيتين هما وظائف التحكم والتزامن.

مما يتكون ويتركب المعالج الدقيق؟

يتكون المعالج الدقيق من ثلاثة أجزاء رئيسية:
1- مجموعة المسجلات والعدادات والتي تستخدم في التخزين المؤقت للمعلومات داخل المعالج الدقيق لحين الحاجة إليها.
2- وحدة الحساب والمنطق (Arithmetic Logic Unit) ALU  والتي تقوم بجميع العمليات الحسابية والمنطقية وتعدّ أهم مكونات المعالج الدقيق.
3- وحدة التحكم والتزامن التي تقوم بالتحكم في عمل الدارات المختلفة، وتحافظ على التزامن في عمل الدارات داخل المعالج وتقوم بإرسال إشارات التحكم الضرورية لتنفيذ الأمر إلى الدارات أو الأجزاء الأخرى.

أنواع المعالجات الدقيقة وطرازها Types of Microprocessors

لكل معالج دقيق طراز خاص به حسب الشركة المصنعة وأهم مواصفاته السرعة ، التي تقاس بوحدة التردد (الهيرتز) بسبب وجود مذبذب في المعالجات وهي دارة كهربائية مسؤولة عن توليد نبضات تنظم عمل المعالج في دورات Cycles يتم من خلالها تنفيذ الأوامر بالتالي فإن سرعة المعالج تقاس بعدد الدورات التي يمكنه تنفيذها في الثانية، وهذا يعبر عنه بالتردد والذي يقاس بالهيرتز فعند شراء جهاز حاسب رقمي أو هاتف ذكي تجد أن سرعته مثلا 2.4 جيجا هيرتز، وهذا يعني أنه، بقدرته معالجة 2.4 مليار عملية حسابية في الثانية الواحدة وهي سرعة عالية جدا.

الوظائف الأساسية للمعالج الدقيق

1- استدعاء بيانات من الذاكرة.
2- حفظ البيانات في ذاكرته الداخلية بشكل مؤقت لحين الحاجة إليها، أو تنفيذها إذا كانت أوامر خاصة ببرنامج معين.
3- القيام بعمليات حسابية ومنطقية بسيطة ومعقدة لمعالجة البيانات.
4- إرسال البيانات التي تمت معالجتها ونتائج العمليات وتسجيلها في الذاكرة حسب نظام خاص.
5- القراءة من وحدات الإدخال المختلفة مثل لوحة المفاتيح أو شاشة اللمس في الهاتف الذكي.
6- إرسال المعلومات إلى وحدات الإخراج مثل شاشة الحاسوب أو سماعة الهاتف الذكي.

تطوّر المعالجات الدقيقة

تصنف المعالجات الدقيقة تاريخياً حسب عدد البتات Bits، التي صممت أجزاؤها الداخلية من مسجلات وعدادات لاستيعابها وبالتالي تحدد سرعة المعالج في معالجة تلك البيانات كل مرة.
فالمعالجات المصنفة 16 بت ظهرت في سنة 1978م ومنها عدة أجيال، مثل الجيل الأول لمسمى 8088 -8086 وسرعتها لا تتجاوز 10 ميجاهيرتز.
ظهر لاحقا أجيال أخرى من المعالجات المصنفة 16 بت والتي تميزت بسرعة أعلى وصلت 20 ميجا هيرتز وطريقة اتصال بالذاكرة باستعمال ذاكرة وهمية Virtual Memory.
ان التطور التكنولوجي الجديد سمح باستعمال المعالجات المصنفة 32 بت وذلك بفضل تطور تقنية الذاكرة الوهمية المرقمة Paging Virtual Memory.

تطور الجيل الأول والثاني من المعالجات الدقيقة

الجيل الأول من معالجات 32 بت ظهرت مع المعالج 80386 وهو قادر على استعمال (2 أس 32) = 4294967296 موقعاً في الذاكرة.
الجيل الثاني من معالجات 32 بت تطورت مع زيادة في سرعة تنفيذ العمليات وصلت الى 50 ميجا هيرتز وفي الفترة بين عام 1989 و1994 قامت شركة إنتل Intel بإنجاز معالجات أسرع من نفس الجيل مثل 486S X2.
لكن باكورة تطور المعالجات الدقيقة أي "بدايته الأولى" كان في عام 1993 حين قامت شركة إنتل بصنع نوع جديد من المعالجات كانت تطويرا لجيل X68 سميت بنتيوم Pentium ومن أهم مواصفات هذه المعالجات قدرتها على إنجاز أوامر لمعالجة الصورة والصوت والحركة مع سرعات أعلى في الأداء.
وفي عام 1995 ظهرت معالجات الجيل الرابع من المعالجات المصنفة 32 بت بهدف تطوير تقنيات الشبكات Networks وسميت هذه المعالجات بنتيوم برو Pentium Pro.

زيادة على كل المواصفات التي ملكها المعالج بنتيوم برو فإن سرعته وصلت 200 ميجاهيرتز وفي عام 2007م طُوِّر هذا الجيل ليصل إلى سرعة 1 جيجاهيرتز وعدّ بداية ثورة السرعات العالية في الحاسبات.

تطور المعالجات الدقيقة Dual Core

ظهرت لاحقا المعالجات المصنفة 64 بت، والتي تميزت بأنها ثنائية الأنوية Dual Core وهذا الوصف ينطبق على أية شريحة معالج تحمل في داخلها أكثر من نواة لمعالجة البيانات بحيث تعمل كل نواة على معالجة بيانات مختلفة في نفس الوقت ضمن تزامن وتنسيق عال بين الأنوية المختلفة. فأحدثت تطورا ملحوظا في سرعة وقدرات الحواسيب وبخاصة الحواسيب المحمولة Laptops. وتسابقت شركتي إنتل Intel وشركة AMD في تطوير هذا النوع من المعالجات ومن الأمثلة عليه Core Duo وCore2 Duo وصولاً إلى معالجات Core Corei3 وcore i5 وCore i7 وحتى Core i9.

معالجات دقيقة خاصة بأجهزة الهواتف المحمولة

وما زال تطور المعالجات الدقيقة مستمرا حتى يومنا هذا حيث نجد إصدارات جديدة من المعالجات كل عام بسرعات فائقة وقدرات أعلى كما ويتم تصنيع معالجات دقيقة خاصة بأجهزة الهواتف المحمولة تختلف عن معالجات الحواسيب لتتناسب مع المواصفات الخاصة بالهواتف الذكية كصغر الحجم والعمل دون الحاجة لتبريد بسبب عدم توفر مرواح للتبريد كما في الحواسيب. والآن سنقوم بعرض شرح علمي مبسط عن مفهوم المعالجات الدقيقة.

كيف يعمل المعالج الدقيق داخل أجهزتنا الإلكترونية؟

تعدّ كل الأجهزة الإلكترونية في حياتنا حاسبات رقمية، حيث تقوم بإجراء سلسلة من العمليات الحسابية على بيانات باستخدام برامج مخزنة بحيث يتكون كل برنامج من مجموعة أوامر يتحكم كل أمر منها في إحدى خطوات سلسلة العمليات.
فالمعلومات المسجلة تقرأ بواسطة جهاز إدخال، ويتم تخزينها داخل الحاسب لتقوم وحدة المعالجة المركزية CPU بتنفيذ البرامج المخزنة، وبعد الانتهاء من كل برنامج ومعالجة المعلومات الخاصة به يتم نقل النتائج إلى وحدات الإخراج.
إن وحدة المعالجة المركزية تتكون بشكل أساسي من المعالج الدقيق Microprocessor بالإضافة إلى عدد من الأجهزة المحيطة التي تسمى الأجهزة المساعدة.

المعالج الدقيق داخل الهاتف المحمول الذكي

يعدّ الهاتف المحمول الذكي حاسباً رقمياً يحتوي على وحدة معالجة مركزية ويكون في داخلها معالج دقيق واحد أو أكثر، تتحكم بكل مكونات الهاتف الذكي واستعمالاته فمثلا عند لمس إصبعك شاشة اللمس في الهاتف الذكي والتي تعد أداة إدخال وبديلا عن لوحة المفاتيح، يقوم المعالج الدقيق بتشغيل برنامج خاص للتعرف على الأمر الذي أخترته بإصبعك على الشاشة، ويقوم بمعالجة الأوامر والمعلومات الخاصة بها ويقوم بتخزين النتائج أو عرضها على إحدى أدوات الإخراج في الهاتف، مثل السماعة أو يعرضها على الشاشة أمامك وفي هذه الحالة تكون الشاشة تعمل كأداة إخراج.

علاقة سرعة المعالج الدقيق ببطء تجاوب الجهاز المحمول وتعليقه

الآن وبعد فهمك لدور المعالجات الدقيقة في تطور الحاسبات الرقمية ودورها في تطور الهواتف الخليوية لتكون أجهزة ذكية، قد أصبح بالإمكان أن تتعرف وتلاحظ علاقة سرعة المعالج الدقيق ببطء تجاوب الجهاز المحمول وتعليقه في بعض الأحيان عند تشغيل عدة برامج عليه في نفس الوقت، خاصة إذا كان الجهاز المحمول من طراز قديم بعض الشيء.

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????