تسجيل الدخول

و الآن سندخل جديا في صلب الموضوع

حيث أننا سنقوم بدراسة أكثر عمقا ( دراسة داخلية للمعالج )

تعريف أعمق للمعالج : هو وحدة المعالجة المركزية و هي عبارة عن دائرة متكاملة مصممة على شريحة صغيرة من مادة السليكون وتتكون هذه الوحدة من ملايين الترانزستورات الصغيرة الحجم وتتصل فيما بينها بأسلاك دقيقة للغاية من الألمونيوم هذه الوحدة هي عقل الكمبيوتر ، وهي المكان الذي يتم فيه كافة العمليات الحسابية.

و يمكن تقسيم هذه الوحدة إلى وحدتين أساسيتين :

1- وحدة الحساب المنطقي: وتقوم بأداء عمليات حسابيةومنطقية ( فصلنا فيها تحت عنوان وحدة الحساب والمنطق (alu=arithmetic and logic unit) )
2- وحدة التحكم: وهي تقوم بأخذ التعليمات من الذاكرة وتفسيرها وتنفيذهابمساعدة وحدة الحساب المنطقي إن تطلب الأمر ( فصلنا فيها عبر تقسيمها إلى قسمين : وحدة التحكم والسيطرة (cu=control unit) +وحدة الاتصال بالناقل (bus interface unit) )

ما يجب أن تستذكره قبل أن نبدأ : المعالج عبارة عن شريحة من السليكون مغلفة وموصلة باللوحة الأم بطريقة خاصة لتقوم باستقبال البيانات من أجزاء الحاسب الأخرى ومعالجتها ثم إرسال النتائج إلى الأجزاء الأخرى لإخراجها أو تخزينها وجميع العمليات الحسابية تقوم بها هذه الوحدة ، وكل ما تفعله أثناء عملك على الحاسب يقوم به المعالج جزئياً أو كلياً بشكل أو آخر .
والمعالج لا يفكر ولا يفهم بل يطبق التعليمات الموجودة في البرنامج وهو " دماغ الحاسب " وكل العمليات التي تقوم بها باستخدام الحاسب يقوم بها المعالج بشكل مباشر أو غير مباشر.
عندما تشتري حاسباً فإن أول ما تسأل عنهغالباً هو سرعة المعالج ( مثلاً 500ميجاهرتز ) ، فتختلف بذلك قدرات المعالجات المختلفة بسرعتها في القيام بالعمليات الحسابية ، إن الميجاهرتز الواحد يساوي مليون دورة في الثانية الواحدة ومعالج 500ميجاهرتز يؤدي 500 مليون دورة في الثانية.

نبدأ الآن في جديد درسنا

كيف يصنع المعالج:

تمر صناعة المعالج بالكثير من الخطوات فصناعة معالج حديث قد تستغرق 90 يوماً من العمل باستخدام تقنيات عالية جداً . ويتكون الترانزستور من مادة شبه موصلة غالباً ما تكون السيلكون .

إن أول خطوة لصناعة المعالج هي جلب السيلكون ومعالجته ليصبح في النهاية على شكل كريستال حجم الواحدة منها يقارب العشرين سنتيمتراً ، وتقطع بواسطة أدوات خاصة إلى شرائح كل شريحة منها سمكها أقل من 1 مليمتر وقطرها 20 سم وتستعمل كل واحدة من هذه الرقاقات بعد المعالجة في صنع ما يقرب من 140 معالج يعطب منها حوالي 20 . تأتي بعد ذلك مرحلة تصميم المعالج (على الورق) وهذه عملية تأخذ الكثير من الوقت ثم بعد ذلك تبدأ عملية التصنيع باستخدام أدوات دقيقة جداً وأجهزة حاسب آلي ضخمة جداً ً ويتم تصنيع الترانزستورات باستخدام الضوء ومواد حساسة للضوء على شكل طبقات تختلف باختلاف المعالج وحسب تعقيده لتنتج لنا من كل رقاقة كما قلت المئات من المعالجات ، فتقطع هذه الرقاقة إلى مئات القطع لتكون كل قطعة معالج قائم بذاته ونحيط بأن المعالج يصنع في بيئة معزولة تماما.

ثم تأتي بعد ذلك عملية وضع كل رقاقة من هذه الرقاقات داخل غلاف لها حتى تحميها من العوامل الخارجية وحتى يسهل حملها والتعامل معها ، طبعاً بعض القطع من هذه الرقاقات قد لا تعمل نتيجة كون بعض أجزاء السيلكون معطوب ، أيضاًَ قد يعمل بعضها أسرع من الأخرى لذا نجد الاختلاف في سرعات الساعة للمعالجات.

ماهو الترانزستور وما علاقته بالمعالج

يجب أن نعلم أن المعالج في تركيبه الداخلي يحتوي على ترانزستورات وسأتناول في السطور التالية هذا الموضوع بشيء من التفصيل وكلما زادت عدد الترانزستورات زادت قدرة المعالج على المعالجة لذلك تحوي المعالجات الحديثة عدد من الترانزستورات يصل إلى 200 مليون ترانزستور ولكن كيف لهذا المعالج الصغير في حجمه الكبير في فعله أن يحوي هذا العدد المهول !!

هنا نأتي لشيء اسمه ((دقة الصنع)) وحينما نذكر أن المعالج AMD Athlon 3500+ بدقة صنع 13 نانومتر نعني أن الترانزستور الواحد حجمه يعادل 13 نانومتر أي 13 جزء من مليار جزء من المتر !!!!!
ويوجد دقة صنع أقل من 13 نانومتر وهي 9 نانومتر !!!! وكلما قلت دقة الصنع استطعنا أن نصل إلى سرعات أكبر لأن المسافة بين الترانزستورات تصبح أقل وهذا يعني سرعة أكبر في النقل مع حرارة أقل لأن الترانزيستور يقل حجمه فيصدر حرارة

ما هو الترانزستور:

الترانزستور عبارة عن مفتاح كهربائي متناهي الدقة يشبه مفتاح الضوء التقليدي الذي يحتوي على وضعين (تشغيل و توقيف) ولهذا فإنه يعمل على التحكم في سريان الإلكترونات في البلورات الصلبة وقد كانت الصمامات المفرغة تستخدم لهذه المهمة مما أدى إلى استبدالها في معظم الأجهزة الإلكترونية بالترانزستورات وهذا بدوره أدى إلى تصغير تلك الأجهزة وتقليل تكاليفها إلى مستوى قياسي.

يتكون الترانزستور من ثلاث طبقات بدلا من طبقتين بالنسبة للصمام الثنائي , يشبه الترانزستور صمامين ثنائيين موضوعين بجانب بعضهما البعض ظهرا لظهر .
تصنع الترانزستورات الأكثر شيوعا في العالم من شرائح رقيقة من السيلكون أو الجرمانيوم مخلوط بشوائب قليلة من معدن أخر مثل الأنتيمون أو الزرنيخ ثم توصلتلك الشرائح بأسلاك ثم يوضع الترانزستور الجاهز في وعاء صغير لحمايته.

أنواع الترانزستورات:

هناك نوعان رئيسيان من الترانزستورات يعمل كل منهما بطريقة مختلفة عن الآخر ولكن الاستفادة من أي منهما تعود إلى قدرته على التحكم في التيار الكهربائي بالجهد الضعيف وهذان النوعان هما :

الترانزستور الوصلي :
ويتكون من قطعة من نوع واحد من مادة شبه موصلة بين طبقتين سميكتين من مادة شبه موصلة ويمكن تصنيفه إلى نوعين :
1- ترانزستور القاعدة السالبة
2- ترانزستور القاعدةالموجبة

ترانزستور التأثير المجالي:
يتكون هذا النوع من طبقتين فقط من المادة شبه الموصلة ، إحداهما فوق الأخرى

طرق توصيل الترانزستور :
يتم توصيل الترانزستور بثلاث طرق لكل منها خواصها ، هي:
1-دارة القاعدة المشتركة
2-دارة الباعث المشترك
3-دارة المجمع المشترك

مميزات وعيوب الترانزستور:
يعد الترانزستور من أهم اكتشاف القرن العشرين ومع ذلك فإنه كغيره من الأجهزة يوجد له مميزات كما يوجد له عيوب من اهمها تعرضه الدائم للتلف إذا تم توصيله بالبطارية بطريقة خاطئة أي بطريقة عكسية .
أما مميزاته فهي كالتالي :
1-حجمه صغير جدا حيث لايتجاوز رأس عود الكبريت مما جعل إمكانية تصغير الأجهزة الإلكترونية ممكنة بعد أن كانت مستحيلة قبل سنوات قليلة.
2-لا يحتوي بداخله على فتيلة، ولذلك فإنه لا يحتاج إلى تيار كبير، فبينما يحتاج صمام الرادير النموذجي إلى فرق جهد عال بين المهبط و المصعد يقدر بعدة مئات الفولتات ، فإن الترانزيستور لا يحتاج لأكثر من عدة فولتات.
3-أكثر نشاطاو فعالية
4- لا يؤدي إلى هدر الطاقة
5- يعيش لفترة أطول

- يوجد العديد من الشركات المصنعة للمعالجات ومن أهم هذه الشركات:
1- شركة إنتل.
2- شركة AMD.

الفروق بين معالج وآخر:
1. المعالج السريع يقوم بنفس العمل و لكن أسرع من المعالج البطيء ، المعالج لا يحدد أداء حاسبك بمفرده ولكنه يحدد أقصى أداء يمكن أن يصل إليه حاسبك وعلى المكونات الأخرى في الحاسب أن تكون سريعة أيضاً لكي يكون الحاسب بكامله سريع.

2. الاعتمادية : إن المعالج المنخفض الجودة قد يجعل حاسبك غير مستقر .

3. إن المعالج السريع قد يشغل برنامج معين بينما المعالج الأبطأ لا يتمكن من تشغيله .

4. بعض المعالجات تستهلك الكثير من الطاقة ممايزيد من مشاكل الحرارة ويؤثر بالتالي على الأداء والاستقرار .

5. اختيار اللوحة الأم : حيث أن اللوحة الأم التي تختارها لا بد أن تدعم المعالج الذي تود تركيبه والعكس .

الدرس القادم سيكون أكثر تفصيلا لمكونات المعالج التي لم تذكر لحد الآن ، كالFPU و L Cache من 1 إلى 3 و BSB و FSB و غيرها و قد ذكر أخي محمد 14104359 L3 Cache و لكننا سنفصل فيه أكثر