المعالج 

**المعالج**

 & هو العقل المدبر للحاسوب  يستقبل الأوامر و يعالجها و يعطينا نتائجها على شكل معلومات نستفيد منها فهو الجزء الذي يقوم بالعمليات الحسابية في الحاسب .

من الناحية العتادية هو شريحة خفيفة الوزن ,موصولة باللوحة الأم بطريقة خاصة لتقوم باستقبال البيانات من أجزاء الحاسب الأخرى و معالجتها ثم إرسال النتائج إلى الأجزاء الأخرى لإخراجها أو تخزينها .

يتكون في الأصل من ملايين الترانزستورات المجموعة في شريحة صغيرة جداً من السيليكون , و المعالج لا يفكر و لا يفهم بل يطبق التعليمات الموجودة في البرنامج ,و هو دماغ الحاسب و كل العمليات التي تقوم بها باستخدام الحاسب يقوم به المعالج بشكل مباشر أو غير مباشر ,يمكن لجهاز الحاسب أن يحوي أكثر من معالج واحد .

كما أن المعالجات تتطور في السرعة بشكل كبير مع مرور الوقت ,ربما يكون أكثر أجزاء الحاسب سرعة في التطور هو المعالج .

عندما تشتري حاسباً فإن أول ما تسال عنه غالباً هو سرعة المعالج مثلاً 500 ميجاهرتز ,فتختلف بذلك قدرات المعالجات المختلفة بسرعتها في القيام بالعمليات الحسابية .

إن الميجاهرتز الواحد يساوي مليون دورة في الثانية الواحدة و معالج 500 ميجاهرتز يؤدي 500 مليون دورة في الثانية .

أثناء عمل المعالج فإنه يولد حرارة, و كلما زاد تطور المعالج و سرعته كلما ازدادت الحرارة التي يولدها إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري و مروحة التبريد :

• المبدد الحراري:

هو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج ( مربعة الشكل أو مستطيلة عادةً , إلا أن بعضها شبه دائري )

يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية ,و فائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة و كلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل .

و يصنع المبدد الحراري عادة من الألمنيوم لأنه موصل جيد للحرارة .

-مروحة التبريد :

و عملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة .

لدينا أيضاً الحواسيب المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة , التي  هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحواسيب ,لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات , فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً و يقلل من مشاكل التبريد .

كما أن للمعالجات أنواع عديدة و سنعرض كمثال الصورة التالية:

. &

**أنواع المعالجات**

& الأنواع  الأكثر شيوعاً هي :

• معالج 8 بت مثال عليه انتل 8085.
• معالج 16 بت مثال عليه انتل 80286.
• معالج 32بت مثال عليه AMD486 & INTEL 386.
• معالج 64بت و هي الأشهر و الأكثر استخداماً مثال عليها بينتيوم2 و بنتيوم 3 و بنتيوم 4  &

**كيفية تصنيف المعالجات **

&  المعالج التناظري أو التشابهي ,و هو المعالج الذي يحول الإشارة التشابهية إلى رقمية مثال معالجات الكاميرات الفيديوية و معدات تسجيل الصوت .

أما المعالج الرقمي فهو بشكل معاكس لما سبق يقوم بتحويل الإشارة الرقمية إلى تشابهية ,مثل مشغل الأقراص الممغنطة ,و هناك أيضاً معالج المنطق الضبابي ,الذي يسمح بالعمل مع البيانات المدخلة ,و التي تتغير بشكل دائم مع الزمن . &

**خصائص المعالج **

& 

1. كلما زاد عمله يكون أفضل.
2. من الخواص الهامة هو  معدل نقل و معالجة  البيانات التي يقوم بها  في الثانية الواحدة.
3.  عدد الخطوط المعطاة عبر أقسام المعالج و يرمز لها بطول السجل الداخلي.
4. كلما كانت سعة ذواكر الرام أكبر عمل المعالج بشكل أفضل.
5. زيادة خطوط العناوين تجعل المعالج يعمل بشكل أكفأ.
6. الذاكرة المخبأية حجمها و نوعها و قربها من شريحة المعالجة.   &

**أجزاء المعالج الداخلية**

& تتألف المعالجات من عدد كبير من الترانزستورات , فما هو عمل هذه الترانزستورات و مم تتكون ؟

المعالج لا يفهم إلا لغة البتات على شكل واحدات و أصفار , كل بت يعتبره شحنه و يتعامل معه على أنه شحنة ينقلها و يخزنها وهكذا . و إذا نظرنا نظرة متعمقة في داخل المعالج و نظرنا لما يعمله المعالج نجد أنه إما يقوم بالعمليات الحسابية كالجمع و الطرح .. الخ .

أو يقوم بالعمليات المنطقية كالمقارنة بين الأعداد ,و في كل الأحوال على المعالج أن يتخذ – بمساعدة التعليمات – القرارات الصحية و يقود دفة العمل على هذا الأساس فكيف يتخذ الحاسب القرارات ؟

إن هذا هو عمل الترانزستورات و لا تحسب أن ترانزستر واحد يستطيع أن يقوم باتخاذ القرارات , بل إن هذه الترانزستورات موزعة في شكل مجموعات داخل المعالج لتقوم كل مجموعة منها بنوعية معينة من الأعمال .

فمثلاً أحد المجموعات مخصصة للمقارنة بين الأرقام , و أخرى لاتخاذ القرارات في حالة معينة و هكذا , و في كل مجموعة يختلف عدد و طريقة تجمع الترانزستورات مما يؤثر على وظيفتها .

و يستطيع الحاسب باستخدام هذه المجموعات المختلفة بشكل مدروس و منظم أن يقوم بكل العمل الذي يطلب منه.

إن كل  مجموعة  من هذه المجموعات تسمى " بوابة منطقية " ,و تختلف البوابات المنطقية بحسب الوظيفة التي تؤديها و عدد الترانزستورات التي تحتويها .

و تصنيع المعالج ما هو إلا وضع هذه المجموعات و ربطها ببعضها بالشكل المطلوب, إن " المجموعات " إذاً تجمع عدد كبير منها لأداء وظيفة معينة , و تصبح ما نسميه دارة متكاملة أو IC  . و المعالج ما هو إلا مجموعة من ال IC  مترابطة مع بعضها البعض بشكل معقد .

و بكلمات أخرى فإن :

عدد ترانزستورات = مجموعة وظيفية (بوابة منطقية)

عدة مجموعات وظيفية (الآلاف منها ) = IC

عدة IC  = معالج

و الترانزستور بحد ذاته هو وحدة صغيرة جداً تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها بمقدار يختلف باختلاف التيار الداخل لها , أي أنها تسمح بالتحكم بشدة تيار كهربائي حسب شدة تيار كهربائي آخر .

فهي كالمفتاح الكهربائي , و باستخدام هذه الوحدة الصغيرة ( الترانزستور ) يمكننا تنظيمها لتكوين وحدات ذات وظيفة معينة تختلف باختلاف ترتيب و تنسيق هذه الترانزستورات داخلها .

و بذلك يمكننا تكوين أنواع لا نهائية من الوحدات المجموعة أو ال IC  , و كلما زاد عدد الترانزستورات التي تتكون منها ال IC  كلما كان بإمكانها تأدية وظائف أكثر تعقيداً . &

**يتكون المعالج من عدد من الوحدات الأساسية و هي**

& 1- وحدة التحكم :

و هي الوحدة المسؤولة عن التحكم بمسير البيانات داخل المعالج ,و تنسيق تبادلها بين أجزاء المعالج الداخلية , طبعاً هذه الوحدة هي المتحكمة في عمل المعالج , لذلك فهي ضرورية الوجود في كل معالج كما أنها جزء لا يتجزأ من المعالج و لا يمكن تطويرها .

2- وحدات الاتصال بالناقل :أي وحدة الإدخال و الإخراج :

و هي الوحدة التي تتحكم في نقل البيانات بين المعالج و الأعضاء الأخرى المكونة للحاسوب , و خاصة الذاكرة العشوائية أي أنها تنظم مسير البيانات بين المعالج و الأجزاء الأخرى للحاسب .

3- وحدة الحساب و المنطق :

و تقسم إلى قسمين :

1. وحدة الأعداد الصحيحة :

تقوم بمعالجة العمليات الحسابية التي تتكون من أعداد صحيحة لا تحتوي على فاصلة عشرية,

 تستخدم هذه العمليات في التطبيقات الثنائية الأبعاد, مثل معالج النصوص و برنامج العروض التقديمية من مايكروسوفت , و معظم البرامج التي نستخدمها  أي أن هذه الوحدة تستخدم من قبل التطبيقات الثنائية الأبعاد .

2. وحدة الفاصلة العائمة :

تقوم بمعالجة العمليات الحسابية التي تحوي فاصلة عشرية , تستخدم هذه الوحدة من قبل البرامج التي تعتمد على هذا النوع من العمليات الحسابية مثل الألعاب الثلاثية الأبعاد و برامج التصميم الهندسي مثل الأوتوكاد.

4-المسجلات:

ذواكر صغيرة جداً و سريعة جداً توجد داخل المعالج , و ذلك لحفظ الأرقام المراد معالجتها من قبل وحدة الحساب و المنطق , حيث لا يتم تنفيذ أي عملية في المعالج إلا بحفظ معطياتها في المسجلات لحين تنفيذها .طبعا السجلات هي ذواكر مؤقتة و هي رام من النوع الستاتيكي SRAM  و هذا هو السر في كونها سريعة جداً. &

**الذاكرة المخبئة CACHE MEMORY  :

& الذاكرة المخبئة هي ذاكرة صغيرة تشبه الذاكرة العشوائية , إلا أنها أسرع منها و أصغر ,و توضع على ناقل النظام بين المعالج و الذاكرة العشوائية ,بحيث تساعد المعالج على توفير الوقت اللازم لجلب التعليمات من الذاكرة RAM  .

في أثناء عمل المعالج يقوم بقراءة و كتابة البيانات و التعليمات من و إلى الذاكرة العشوائية بصفة متكررة, المشكلة أن الذاكرة العشوائية تعتبر بطيئة بالنسبة للمعالج و التعامل معها مباشرةً يبطئ الأداء .

فلتحسين الأداء لجأ مصممو الحاسب إلى وضع هذه الذاكرة الصغيرة و لكن السريعة بين المعالج و الذاكرة العشوائية , مستغلين أن المعالج يطلب نفس المعلومات أكثر من مرة في أوقات متقاربة فتقوم الذاكرة المخبئة بتخزين المعلومات الأكثر طلباً من المعالج مما يجعلها في متناول المعالج بسرعة حين يطلبها .