مَهما كان الجهاز الذي تستخدمه من أجل قراءة هذا المقال ، فإنه يَتضمن بداخله وحدةً أساسية تعتبر النواة والدماغ المُحرك لكل أجزائه ووحداته

وهذه الوحدة هي المعالج الدقيق Microprocessor فسواء كنت تَستخدم حاسوب مكتبي أو حاسوب محمول أو حتى هاتفاً ذكياً أو جهازاً لوحياً فإن المُعالجات الدقيقة المتواجد داخل أحد هذه الأجهزة هو القطعة الأساسية التي تكونه وتقود فعالياته.

مَاهـي المُعالجات الدقيقة ؟

المُعالجات الدقيقة هي دوائر متكاملة IC تَتضمن الوظائف الأساسية لوحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر (CPU)

وهي شَريحة سيليكون مُتعددة الأغراض قابلة للبرمجة تقبل البيانات الثنائية كمدخلات وتوفر الإخراج بعد مُعالجتها وفقًا للتعليمات المخزنة في الذاكرة.

Block Diagram of a Computer

لماذا نَحتاج المُعالجات الدقيقة ؟

المعالج الدقيق يَشبه الدماغ البشري ويُمكن تدريبه على فعل أي شيء ، يمكن برمجتها للقيام بأي شيء نريده

مِن خلال مَجموعة التعليمات والقدرات الخاصة به ، في بعض الأحيان تكون الحلول مُعقدة للغاية يصعب على البشر العثور على حل لها

لذلك أن الحاجة لاستخدام معالجات دقيقة لحل المسائل المعقدة والمشاكل في حياتنا هو امرٌ مهم في الحقيقة.

تَخيل أنك تريد بناء مبنى كبير سيجعل استخدام الطوب عملية البناء بسيطة وفعالة من حيث التكلفة وسيمنحك أيضًا الحرية في جعل المبنى بالشكل والحجم الذي تريده

كذلك التعليمات الموضوعة في المعالج الدقيق هي اللبنات التي يمكنك استخدامها لحل مشكلتك باستخدام هذه التعليمات يمكنك بسهولة حل برنامج معقد.

كيف تَعمل المُعالجات الدقيقة ؟

المُعالج هو دماغ الكمبيوتر الذي يتكون أساسًا من الوحدة الحسابية والمنطقية (ALU)

ووحدة التحكم ومصفوفة التسجيل (Register). كما يَشير الاسم تقوم ALU بتنفيذ جميع العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المستلمة من أجهزة الإدخال أو الذاكرة .

تَتكون مصفوفة السجل (Register) من سلسلة من السجلات وما إلى ذلك

التي تَعمل كمواقع ذاكرة وصول سريع مؤقتة لمعالجة البيانات تتحكم وحدة التحكم في تدفق التعليمات والبيانات في جميع أنحاء النظام.

مُميزات المُعالجات الدقيقة ؟

  • منخفض الكلفة.
  • سرعة عالية.
  • حجم صغير.
  • متنوع القدرات.
  • استهلاك منخفض للطاقة.
  • توليد حرارة أقل.
  • موثوق.

المصطلحات الشائعة المستخدمة في المعالجات الدقيقة

⦁ نظـام المواصلات (BUS)

نظام المواصلات عبارة عن مَجموعة من الموصلات التي تهدف إلى نقل البيانات أو العنوان أو التحكم في المعلومات إلى عناصر مختلفة في المعالج الدقيق.

عادةً ما يحتوي المعالج الدقيق على 3 أنواع من نظام المواصلات : ناقل البيانات وناقل التحكم وناقل العنوان.

⦁ مجموعة التعليمات (Instruction Set)

مجموعة التعليمات هي مَجموعة الأوامر التي يُمكن للمعالج الدقيق فهمها لذا فإن مجموعة التعليمات هي واجهة بين الأجهزة والبرامج.

⦁ طول كلمة (Word Length)

طول الكلمة هو عدد البتات في ناقل البيانات الداخلي للمعالج أو بمعنى اخر هو عدد البتات التي يمكن للمعالج معالجتها في المرة الواحدة.

على سبيل المثال: سيحتوي المعالج 8 بت على ناقل بيانات 8 بت وسجلات ريجستر 8 بت وسيعمل معالجة 8 بت في المرة الواحدة.

⦁ الذاكرة المؤقتة (Cache Memory)

ذاكرة التخزين المؤقت هي ذاكرة وصول عشوائي مدمجة في المعالج

لذلك يمكن للمعالج الوصول إلى البيانات الموجودة في ذاكرة التخزين المؤقت بسرعة أكبر من ذاكرة الوصول العشوائي العادية

تُعرف أيضًا باسم ذاكرة وحدة المعالجة المركزية تُستخدم ذاكرة التخزين المؤقت لتخزين البيانات.

⦁ سرعة النبضة (Clock Speed)

تستخدم المعالجات الدقيقة إشارة النبضة للتحكم في معدل تنفيذ التعليمات ومزامنة المكونات الداخلية الأخرى والتحكم في نقل البيانات بينها.

لذا تشير سرعة النبضة إلى السرعة التي ينفذ بها المعالج الدقيق التعليمات عادة ما يتم قياسه بالهرتز

ويتم التعبير عنه بالميغاهيرتز (MHz) او جيجا هيرتز (GHz) إلخ.

تَصنيف المُعالجات الدقيقة

⦁ كمبيوترات ذات مجموعة تعليمات مخفضة (RISC )

هو نوع من هندسة المعالجات الدقيقة التي تستخدم مجموعة تعليمات صغيرة وعامة الغرض ومحسّنة للغاية بدلاً من مجموعة تعليمات الأكثر تخصصًا

تقدم RISC أداءً عاليًا في المعالج ، يتطلب تنفيذ كل تعليمات دائرة خاصة لتحميل البيانات ومعالجتها لذلك من خلال تقليل التعليمات

وسيستخدم المعالج دوائر بسيطة وأسرع في التشغيل.

مواصـفات هذا النوع من المعالجات :

  • مجموعة تعليمات بسيطة.
  • برنامج أكبر.
  • يتكون من عدد كبير من السجلات.
  • دوائر بسيطة للمعالج (عدد صغير من الترانزستورات).
  • المزيد من استخدام ذاكرة الوصول العشوائي.
  • تعليمات الطول الثابت.
  • أوضاع عنونة بسيطة.
  • عادةً ما يكون عدد دورات الساعة ثابتًا لتنفيذ أمر واحد.

⦁ كمبيوترات ذات مجموعة تعليمات معقدة (CISC)

CISC هي بنية المعالجات الدقيقة المعاكسة لـ RISC ، تم تصميمه لتقليل عدد التعليمات لكل برنامج مع تجاهل عدد الدورات لكل التعليمات

لذا فإن التعليمات المعقدة يتم وضعها مباشرة في الأجهزة من اجل حلها مما يجعل المعالج معقدًا وأبطأ في التشغيل

وتم تصميم هذه البنية بالفعل لتقليل تكلفة الذاكرة عن طريق تقليل طول البرنامج.

مواصـفات هذا النوع من المعالجات :

  • مجموعة تعليمات معقدة.
  • برنامج أصغر.
  • عدد أقل من السجلات.
  • دوائر المعالج المعقدة (عدد أكبر من الترانزستورات).
  • القليل من استخدام ذاكرة الوصول العشوائي.
  • تعليمات متغيرة الطول.
  • مجموعة متنوعة من طرق العنونة.
  • عدد متغير من دورات الساعة لكل تعليمات.

مُعالجات دقيقة لأغراض الخاصة (Special Purpose)

هناك بعض المعالجات المصممة بشكل خاص للتعامل مع بعض الوظائف المحددة منها :

  • DSP – معالجات الإشارات الرقمية.
  • المعالجات المشتركة – المعالجات المستخدمة مع المعالج الرئيسي (8087 معالج رياضي مشترك مع 8086).
  • معالجات الإدخال / الإخراج.
  • معالج دقيق بذاكرة محلية خاصة به.

بَـعض الامثلة على المُعالجات الدقيقة

  • Intel 4004
  • Intel 8085
  • Intel 8086
  • Intel Pentium 4
  • Intel Core i7
  • AMD Athlon

مصدر المقالة: اضغط هنا

  • إعداد: المهندس عبدالرحمن الحمادي
  • تدقيق : المهندس بشار الحجي