أحسنت! وصلت إلى ختام الفصل السادس: أجيال المعالج الدقيق

وزاري: ٢٠٢٢ تمهيدي

في بداية التسعينيات، 1993م ظهرت سلسلة المعالجات بنتيوم Pentium، وهذه المعالجات تعتمد طريقة القوائم المخفضة RISC لزيادة سرعة تنفيذ الأوامر فيه إلى 330 MIPS للمعالج الذي يعمل بنبضات ساعة مقدارها 200 MHz بدلاً من 54 MIPS للمعالجات التي سبقته والتي تعمل بنبضات ساعة مقدارها 66 MHz. ومن أهم مواصفاته:

١- اثنان من الأنسيابيات Pipelines، إحداهما: لتنفيذ الأوامر التي تتعامل مع البيانات الصحيحة Integer Pipelines، والأخرى: لتنفيذ الأوامر التي تتعامل مع البيانات الحقيقية Floating Point Instructions.

٢- خاصية توقع أوامر التفريع مثل القفز والنداءات على البرامج الفرعية، التي يكون لها دخل كبير في إسراع التعامل مع الذاكرة المخبأة.

٣- ذاكرة مخبأة خاصة بالتعامل مع البيانات، وأخرى خاصة بالتعامل مع الأوامر.

٤- مسار البيانات الخارجي يكون 64 bit.

٥- حالة تشغيل جديدة وهي حالة توفير القدرة Power Saving Mode.

وزاري: ٢٠١٩ د١

أنتج هذا النوع من المعالجات الدقيقة في العام 1997م، وأتى بعدد من التغيرات عن المعالج السابق ومنها:

١- زادت الذاكرة المخبأة مستوى أول L1 إلى 32 kB، وإستخدمت ذاكرة Cache مستوى ثاني L2 بسعة 512 kB.

٢- سرعة الساعة الداخلية له وصلت إلى 450 MHz مع ناقل بسرعة 100 MHz.

٣- تم وضع المعالج والمستوى الثاني من الكاش ومبرد الحرارة معاً على لوحة واحدة موصلة بفتحة Slot على اللوحة الأم.

٤- إن المعالج بنتيوم الثاني يعمل على V 2.8.

وزاري: ٢٠٢٢ تمهيدي

يقصد بتعدد المعالجات هو إستخدام أكثر من معالج دقيق ضمن منظومة الحاسوب الواحد ونظام تشغيلي قادراً على دعم أكثر من معالج دقيق وتوزيع المهام بيسر وإنتظام فيما بينهم، وتشترك المعالجات في هذه الأنظمة في الذاكرة الرئيسية ووحدات الإدخال والإخراج.

من أهم خصائص هذه التقنية هي:

١- انجاز الوظائف المتعددة في وقت قصير وبسرعة عالية.

٢- استخدام نمط المعالجة المتوازية بالنسبة لمنظومة الحاسوب.

٣- المرونة العالية في تنفيذ وانجاز المهام والوظائف بسبب التكرار في المعالجة.

٤- ارتفاع نسبة الفولتية المستهلكة بسبب استخدام أكثر من معالج ضمن نفس المنظومة.

أما أهم المشاكل التي تواجهها هذه التقنية هي:

١- الحاجة الى وجود أكثر من نظام تبريد بسبب استخدام أكثر من معالج ضمن منظومة الحاسوب الواحدة.

٢- توقف منظومة الحاسوب عن العمل في حالة حصول خلل في أحد المعالجات.

تكبير

وزاري: ٢٠١٨ د١

يقصد بتعدد الأنوية هو استخدام أكثر من معالج دقيق (نواة) ضمن شريحة معالج واحدة، والنواة هي المعالج نفسه بجميع مكوناته ووحداته ووظائفه، أي وحدة الحساب والمنطق ووحدة السيطرة المنطقية ومجموعة السجلات.

الذاكرة المخبأة بالمستوى الأول L1 والمستوى الثاني L2 تكون معزولة لكل نواة، أما الذاكرة المخبأة في المستوى الثالث L3 فغالباً ما تكون مشتركة بين أنوية المعالج.

من أهم خصائص هذه التقنية هي:

١- تمتاز بالتعقيد من حيث التصميم والتصنيع.

٢- تستهلك فولتية عالية نسبياً تصل الى الضعف أحياناً بسبب طبيعة عملها.

٣- كفاءة عالية وسرعة كبيرة في تنفيذ البرامج والتطبيقات.

٤- نظراً لإرتفاع حرارة المعالج الدقيق بسبب إرتفاع الفولتية المستهلكة يفضل إستخدام نظام تبريد خاص ذو كفاءة عالية لتقليل الحرارة المتولدة ضمن الشريحة الواحدة.

تكبير

وزاري: ٢٠٢٦ تمهيدي

هي ذاكرة صغيرة الحجم وسريعة جداً توجد داخل المعالج الدقيق أو خارجه بين المعالج الدقيق والذاكرة الرئيسية والهدف الرئيسي من استخدامها هو خزن البيانات الأكثر طلباً من المعالج.

توجد ثلاث مستويات لها:

١- المستوى الأول (Level 1): وهو المستوى الذي يكون أقرب الى المعالج من بين المستويات ويرمز له بالرمز L1 ويكون داخل المعالج نفسه.

٢- المستوى الثاني (Level 2): وهو المستوى الذي يكون بعد المستوى الأول بين المستويات ويرمز له بالرمز L2 ويكون داخل المعالج نفسه.

٣- المستوى الثالث (Level 3): وهو المستوى الذي يكون بعد المستوى الأول والثاني من بين المستويات ويرمز له بالرمز L3 وغالباً ما يكون خارج المعالج الدقيق.

وزاري: ٢٠٢٠ تمهيدي

توجد ثلاث مستويات للذاكرة المخبأة:

١- المستوى الأول (Level 1): وهو المستوى الذي يكون أقرب الى المعالج من بين المستويات ويرمز له بالرمز L1 ويكون داخل المعالج نفسه.

٢- المستوى الثاني (Level 2): وهو المستوى الذي يكون بعد المستوى الأول بين المستويات ويرمز له بالرمز L2 ويكون داخل المعالج نفسه.

٣- المستوى الثالث (Level 3): وهو المستوى الذي يكون بعد المستوى الأول والثاني من بين المستويات ويرمز له بالرمز L3 وغالباً ما يكون خارج المعالج الدقيق.

تكبير

وزاري: ٢٠١٩ تمهيدي

عندما يطلب المعالج بعض البيانات من إحدى أجزاء الحاسوب الأخرى مثلاً من الذاكرة العشوائية (RAM) والتي هي أبطأ من المعالج بالطبع، فإن المعالج عليه الانتظار حتى تنتهي الذاكرة العشوائية من عملها وترسل إليه البيانات التي طلبها، وعلى هذا الأساس فإن المعالج يهدر الكثير من الوقت في انتظار وحدة الذاكرة حتى تنتهي من عملها وترسل له البيانات المطلوبة.

هنا يأتي دور الذاكرة المخبأة، فعندما يحتاج المعالج إلى بيانات فإنه يقوم أولاً بالبحث عنها داخل الذاكرة المخبأة فإذا وجدها فيأخذها من الذاكرة المخبأة وهذا أسرع بكثير طبعاً، وتسمى هذه العملية بإصابة الهدف، وإذا لم يجد البيانات المطلوبة فتسمى فقدان الهدف وفي هذه الحالة يجب على المعالج طلب البيانات من الذاكرة الرئيسية والانتظار حتى يتم إرسال البيانات له.

وزاري: ٢٠١٨ د٢

لغرض توضيح هذه التقنية نفرض وجود برنامجين A و B يتم تنفيذهما بالطريقة الأولى بدون استخدام تقنية تعدد البرامج حيث يتم تحميل البرنامج الأول A من الذاكرة الرئيسية الى المعالج الدقيق ومن ثم معالجته وبعد ذلك يتم تحميل البرنامج الثاني B من الذاكرة الرئيسية الى المعالج الدقيق ومن ثم معالجته وهذا يستغرق وقت طويل.

أما في الطريقة الثانية باستخدام تقنية تعدد البرمجة فسيتم تحميل كلا البرنامجين من الذاكرة الرئيسية الى المعالج الدقيق ليتم تنفيذهما سوياً كما في الشكل (٦-٩).

تكبير

وزاري: ٢٠٢٢ تمهيدي

يقصد بها إشتراك أكثر من جهاز في إستخدام بيانات الحاسوب وبرمجياته بشكل متزامن عن طريق تقسيم وقت المعالج الدقيق بين الاجهزة.

ومن أهم مميزاتها إنه لا يوجد حاجة الى ذاكرة ذات حجم كبير لأن البرامج يتم تحميلها بشكل متعاقب الى الذاكرة الرئيسية حيث تبقى البرامج الأخرى موجودة في الذاكرة الثانوية لحين إستدعائها وإنتقالها الى الذاكرة الرئيسية عند حصول عملية مبادلة وانتقال من برنامج لآخر.

وزاري: ٢٠١٨ د٣

تعدد البرامج: تحتاج منظومة الحاسوب الى ذاكرة رئيسية ذات حجم كبير لأن كل البرامج يتم تحميلها في الذاكرة الرئيسية تمهيداً لمعالجتها، ولا تحصل عملية مبادلة وانتقال من برنامج الى آخر، ويفضل استخدامها في البرامج التي تكثر فيها عمليات الإدخال والإخراج كبرامج الحجز المصرفي.

المشاركة الزمنية: لا يوجد حاجة الى ذاكرة ذات حجم كبير لأن البرامج يتم تحميلها بشكل متعاقب الى الذاكرة الرئيسية حيث تبقى البرامج الأخرى موجودة في الذاكرة الثانوية، ويفضل إستخدامها في البرامج التي تكثر فيها العمليات الحسابية والجبرية كما هو الحال في برامج البطاقات المصرفية وشبكات الانترنت.