أداء المعالج وسرعته

تمهيد: المعالجات

تُعد المعالجات الدقيقة من أهم القطع الإلكترونية المستعملة في بنية أجهزة الحاسوب، فهي تمثل الجزء المعالج والمسيطر على كافة فعاليات الجهاز؛ فلا تجرى أي عملية جمع أو طرح أو أي عملية رياضية أخرى إلا بموافقة وسيطرة المعالج الدقيق، وكذلك الحال بالنسبة لعمليات الرسم والطبع وإرسال الرسائل الإلكترونية وتشغيل الأقراص المدمجة.

وسنتعرف في هذا الفصل على أهم الأنواع المستخدمة حديثاً، وكيفية تجهيز المعالج بمنظومات التبريد الخاصة به للمحافظة عليه من التلف.

تعريف المعالج (CPU)

وحدة المعالجة المركزية (Central Processing Unit - CPU) أو ما يسمى بالمعالج، هي دائرة متكاملة مصممة على شريحة صغيرة الحجم من السيليكون تحتوي على عشرات بل مئات الملايين من الترانزستورات وتتصل فيما بينها بأسلاك دقيقة للغاية من الألمنيوم، مهمتها تنفيذ العمليات الرئيسة (الحسابية والمنطقية) مثل التحريك والنسخ والمقارنة بين المعطيات، والإشراف على كافة نشاطات الحاسوب ومتابعة تنفيذها باستخدام النواقل (Buses) الخارجية والداخلية.

وهي القلب النابض للحاسوب ودماغه والعقل المدبر فيه.

تكبير

المعالج والأداء العام

وتُعد وحدة المعالجة المركزية من أهم العناصر التي تؤثر على الأداء العام للحاسوب، فهي المعيار والمحدد الرئيسي لسرعته، ولذلك تأخذ معظم أجهزة الحاسوب أسماءها من سرعة الـ (CPU).

وتقاس سرعة المعالج بوحدة الهرتز (Hz): ميجا هرتز (MHz) وجيجا هرتز (GHz)، وهي عدد العمليات التي يمكن تنفيذها خلال وحدة الزمن، فكلما كانت سرعة المعالج أكبر زادت سرعة الجهاز وكان أفضل وأكثر تكلفة.

العوامل المؤثرة على أداء المعالج (٧)

١. سرعة الساعة (التردد)

هو التردد الذي يعمل وفقه المعالج على تنفيذ التعليمات، ويقاس بوحدة ميجاهرتز (MHz) ويقاس حالياً بوحدة جيجا هرتز (GHz)، وكلما كانت قيمة التردد أعلى كانت سرعة الحاسوب أكبر.

ويتولد التردد عن طريق بلورة من الكوارتز تهتز عند مرور التيار الكهربائي عبرها، فيتولد نتيجة ذلك نبضات ثابتة في كل مكوّن متزامن مع الساعة، وكل نبضة من هذه النبضات تعطي دورة واحدة للنظام وعندها ترسل للمعالج إشارة تطلب فيها أداء عملية أخرى.

تكبير

٢. تردد الناقل الأمامي (FSB)

كلما زاد تردد الناقل الأمامي (FSB) أدى ذلك إلى مزيد من البيانات التي تنتقل من المعالج إلى الذاكرة الرئيسة (العشوائية)، فناقل (133MHz) يحتاج نصف الوقت الذي يحتاجه ناقل (66MHz) مع نفس الكمية من المعلومات.

ولذلك لو أتينا بمعالجين من نفس الصنف ومتشابهين في المواصفات وبتردد (800MHz)، أحدهما بتردد ناقل (100MHz) والثاني بتردد ناقل (133MHz)، فإن المعالج الثاني يعطي أداءً أكبر.

٣. الذاكرة المخبئة (Cache Memory)

هي مساحة تُخزّن فيها البيانات والتعليمات كثيرة الاستخدام، وتعمل على تخزين مواقع ذاكرة (RAM) كثيرة الاستخدام وتسمح بتنفيذ البيانات والتعليمات بسرعة. ويمكن القول بأنه كلما كانت الذاكرة المخبئة أكبر حجماً كانت سرعة الحاسوب أكبر.

تكبير

مستويات الذاكرة المخبئة

٤. نواقل النظام

تكمن قدرة المعالج على التواصل مع بقية مكونات النظام في دوائر الدعم على اللوحة الأم، وهذه الدوائر هي ما يعرف بالناقل، إذ يقوم الناقل بنقل المعلومات من وإلى المعالج والأجهزة الأخرى فيسمح لكافة أجهزة النظام بالتواصل مع بعضها. ويتألف الناقل من ثلاثة مكونات:

١- الناقل الخارجي: يمكّن المعالج من التواصل مع الأجهزة الأخرى. ٢- ناقل البيانات: يستخدم لإرسال واستلام المعلومات. ٣- ناقل العناوين: ينقل معلومات عناوين مواقع الذاكرة من وإلى المعالج، وتحتوي هذه العناوين على البيانات التي يتم استقبالها.

تكبير

٥. الجهود الكهربائية

تعمل المعالجات في كثير من الأحيان على جهود كهربائية إضافة للجهود الأساسية (+5V, +12V, ±3.3V) لا توفرها وحدة التغذية الكهربائية القياسية، ولهذا نحتاج لوحدة صغيرة تسمى وحدة تنظيم الجهد (Voltage Regulator Module - VRM) والتي تعمل على تنظيم الجهود الكهربائية الواصلة للمعالج؛ فإذا احتاج المعالج لجهد (1.5V) مثلاً تقوم هذه الوحدة بتخفيض الجهد للوصول إلى الجهد المطلوب.

٦. عوامل الشكل ٧. تقنية التصنيع

عوامل الشكل: هي الطريقة التي يتم وفقها توزيع المكونات ضمن وحدة المعالج بما في ذلك عدد الأرجل وشكل وأبعاد المعالج، ومن أشهر عوامل الشكل لمعالجات (Intel): (Pin Grid Array) PGA ، (Single Edge Contact Cartridge) SECC ، (Flip Chip-Pin Grid Array) FC-PGA.

تقنية التصنيع: يقصد بها الحجم الذي تُصنع وفقه ملايين الترانزستورات الموجودة في المعالج، وتقاس بأجزاء الميكرون (µ)، وحالياً أشهر هذه الأحجام هي (0.18µ و 0.15µ و 0.13µ). وكلما صغر حجم هذه الترانزستورات ساهم ذلك في سرعة عملية الفتح والإغلاق لها، مما يعني أداءً أكبر واستهلاكاً أقل للطاقة وانبعاثاً حرارياً أقل.

سرعة المعالج الدقيق

سرعة المعالج لها أثر كبير في سرعة الحصول على نتائج التعليمات، وتقاس بالميجاهيرتز (MHz). وللمعالج سرعتان: السرعة الداخلية (Internal Clock) والسرعة الخارجية (External Clock).

السرعة الداخلية والسرعة الخارجية

ميزات تزيد السرعة دون زيادة التردد

اختبر نفسك