ماهي وحدة المعالجة المركزية

وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي الجزء الأساسي في الكمبيوتر والمسؤول عن تفسير ومعالجة وتنفيذ معظم الأوامر من الأجهزة والبرامج الأخرى في جهاز الكمبيوتر.

إن جميع أنواع الأجهزة الإلكترونية تستخدم وتعمل على CPU، من أجهزة الكمبيوتر المكتبية والكمبيوترات المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية والأجهزة الطبية والسيارات الحديثة، تقريبًا معظم الأجهزة الإلكترونية والكهربائية التي نستخدمها في حياتنا اليومية.

تعتبر شركتي Intel و AMD من الشركات الأكثر شهرةً والتي تقوم بتصنيع وحدات المعالجة المركزية لأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وخوادم الإنترنت، بينما تعتبر شركات Apple و NVIDIA و Qualcomm من أكبر وأشهر الشركات في تصنيع أجهزة الكمبيوتر والمعالجات المركزية الخاصة بالهواتف الذكية والكمبيوترات اللوحية.

هنالك العديد من الأسماء لوحدة المعالجة المركزية مثل المعالج، المعالج المكروي، المعالج المركزي، دماغ الكمبيوتر. وتتم الإشارة أحيانًا إلى أجهزة الكمبيوتر ومحركات الأقراص الثابتة على أنها وحدة معالجة مركزية، وهذا غير صحيحٍ طبعًا لأن هذه الأجزاء تقوم بعملٍ مختلفٍ تمامًا وليست كوحدة المعالجة المركزية.

تأخذ CPU تعليماتٍ من برنامج أو تطبيق وتنفذ عمليةً حسابيةً ما،  حيث يمكن تقسيم هذه العملية إلى ثلاث مراحلٍ رئيسية: الجلب والتفكيك والتنفيذ. تجلب وحدة المعالجة المركزية التعليمية من ذاكرة الوصول العشوائي للنظام، ثم تقوم بفك ترميز التعليمات قبل أن يتم تنفيذها بواسطة الأجزاء ذات الصلة من وحدة المعالجة المركزية.

يمكن أن تتضمن التعليمات المنفذة الحساب، أو مقارنة أرقامٍ معينةٍ معًا، أو نقلها في الذاكرة. وبما أن كل شيء في الكمبيوتر يتم تمثيله بالأرقام، فإن هذه الأنواع من المهام البسيطة تساوي ما تقوم به وحدة المعالجة المركزية. مما يسهل كل شيءٍ من بدء تشغيل Windows، إلى مشاهدة فيديو YouTube.

في الأنظمة الحديثة، لا تقوم CPU بعمل كل شيءٍ، ولكن لا يزال عليها أن تقوم بتغذية الأجهزة المتخصصة بالأرقام التي تحتاجها للقيام بعملها.

على الرغم من أن وحدة المعالجة المركزية ليست مهمةً لأداء النظام ككلٍ كما كانت في السابق، فإنها لا تزال تلعب دورًا رئيسيًا في تشغيل الجهاز بسرعةٍ نظرًا لأنها المسؤول الوحيد عن تنفيذ الأوامر داخل البرامج؛ فكلما كانت وحدة المعالجة المركزية أسرع، سيتم تشغيل العديد من التطبيقات بشكلٍ أسرع.

ومع ذلك، فإن CPU السريعة ليست كل شيء. لا يستطيع المعالج، بصرف النظر عن قوته، تقديم أحدث الألعاب ثلاثية الأبعاد بسهولةٍ، كما لا يمكنه تخزين المعلومات. هذا هو المكان الذي تلعب فيه المكونات الأخرى، مثل بطاقات الرسومات والذاكرة، الدور الأساسي.

باختصار، وحدة المعالجة المركزية ليست كل شيءٍ، ولكنها مهمةٌ بشكلٍ عامٍ.

إن وحدات المعالجة المركزية حديثة الطراز هي عادةً مربعة وصغيرة الحجم وتحتوي على العديد من الأقطاب المعدنية القصيرة والمستديرة التي تكون على الجانب السفلي من وحدة المعالجة المركزية؟ بينما تحتوي معظم وحدات المعالجة المركزية القديمة على دبابيسٍ معدنيةٍ بدلًا من الأقطاب المعدنية.

توضع CPU مباشرةً على مقبسٍ خاصٍ بها على اللوحة الأم حيث يتم تثبيتها على الجانب الأسفل من اللوحة.

بعد تشغيل وحدة المعالجة المركزية ترتفع حرارتها بشكلٍ سريعٍ مما يسبب تلفها، ومن أجل تخفيض هذه الحرارة وتبديدها يجب إرفاق الوحدة بمبردٍ خاصٍ ومروحةٍ مباشرةً. عادةً تأتي هذه القطع مع وحدة المعالجة المركزية عند شرائها، كما أصبح الآن هنالك خيارات تبريدٍ أكثر تطورًا مثل وحدات التبريد بالمياه.

تقاس سرعة المعالج بوحدة الهرتز، وهي عدد التعليمات التي يمكنه معالجتها في الثانية الواحدة. كمثالٍ، لدينا وحدة معالجة مركزية سرعتها 1 هرتز أي يمكنها معالجة جزء واحد من التعليمات بالثانية. كمثالٍ آخر في الحياة العملية، يمكن لمعالج ذو سرعه 3 غيغا هرتز أن يعالج 3 مليارات تعليمة في الثانية.

في بداية تصنيع وحدات المعالجة المركزية كانت تحتوي على نواةٍ واحدةٍ، أما اليوم أصبحت وحدات المعالجات المركزية تحتوي على أنويةٍ متعددةٍ تسمح لها بإجراء تعليماتٍ متعددةٍ في وقتٍ واحدٍ؛ مثل ثنائية الأنوية ورباعية الأنوية وسداسية الأنوية وثمانية الأنوية. وتستخدم بعض المعالجات تقنية تعرف باسم multi-threading التي تقوم بإنشاء نواةٍ إضافيةٍ افتراضيةٍ للمعالج تساعد في تحسين أدائه.

كمثالٍ عن كيفية كون بعض وحدات المعالجة المركزية أسرع من غيرها، دعونا نلقي نظرةً على كيفية تطوير شركة إنتل لمعالجاتها.

معالجات Intel Core i7 تعمل بشكلٍ أفضل من معالجات i5، التي تقدم أداء أفضل من معالجات i3 لكن لماذا؟

لان معالجات Intel Core i3 هي معالجاتٌ ثنائية الأنوية، في حين أن معالجات i5 و i7 رباعية الأنوية.

لا تُعتبر سرعة المعالج ولا أعداد أنوية CPU ببساطةٍ العامل الوحيد الذي يحدد ما إذا كانت وحدة المعالجة المركزية “أفضل” من الأخرى. يعتمد ذلك غالبًا على نوع البرامج التي يتم تشغيلها على الكمبيوتر، وبعبارةٍ أخرى، التطبيقات التي ستستخدم وحدة المعالجة المركزية.

قد يكون لدى وحدة المعالجة المركزية (CPU) سرعةً منخفضةً، ولكنها معالج رباعي الأنوية، في حين أن الآخر لديه سرعة عالية وليس سوى معالج ثنائي الأنوية. إن تحديد وحدة المعالجة المركزية التي ستتفوق على الأخرى، يعتمد مرةً أخرى بشكلٍ كاملٍ على ما تستخدمه وحدة المعالجة المركزية.

على سبيل المثال، يعمل برنامج تحرير الفيديو بشكلٍ أفضل على عدة وحدات معالجة مركزية (CPU) متعددة الأنوية بسرعاتٍ منخفضةٍ مقارنةً مع وحدة المعالجة المركزية أحادية النواة بسرعاتٍ عاليةٍ.

مكون آخر من وحدة المعالجة المركزية هو ذاكرة التخزين المؤقت، حيث تشبه ذاكرة التخزين المؤقت لوحدة المعالجة المركزية مكانًا مؤقتًا للبيانات المستخدمة بشكلٍ متكررٍ. بدلًا من استدعاء ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لهذه العناصر، تحدد وحدة المعالجة المركزية البيانات التي يبدو أنك تستخدمها، وتفترض أنك تريد الاستمرار في استخدامها، وتخزينها في ذاكرة التخزين المؤقت. استخدام ذاكرة التخزين المؤقت أسرع من استخدام ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لأنها جزءٌ فعليٌّ من المعالج؛ ومزيد من ذاكرة التخزين المؤقت يعني مساحة أكبر للاحتفاظ بمثل هذه المعلومات.