وحدة المعالجة المركزية

وحدة المعالجة المركزية

 

وحدة المعالجة المركزية

ما هي وحدة المعالجة المركزية - المعالج - مكونات وحدة المعالجة المركزية (ALU ، CU) ، والتقنيات المستخدمة في تخطيط وحدة المعالجة المركزية ، وخطوات تنفيذ أوامر التعليمات البرمجية داخل وحدة المعالجة المركزية ، وأنواع السجلات - التسجيلات

ما هي وحدة المعالجة المركزية (CPU)؟

CPU

وحدة المعالجة المركزية هي أن ترجمة الكلمة الإنجليزية وحدة المعالجة المركزية ، وأحيانًا تسمى معالج - يكتب اختصارًا لوحدة المعالجة المركزية ، وهي دائرة دقيقة. بالمقارنة مع ما تبقى من أجهزة الكمبيوتر.

وحدة المعالجة المركزية مسؤولة عن تنفيذ أوامر البرامج (البرامج) ، من خلال إجراء بعض العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي.

ما هي مكونات وحدة المعالجة المركزية؟

غالبًا ما تنقسم مكونات وحدة المعالجة المركزية إلى قسمين رئيسيين ، وحدة التحكم ، وحدة الحساب والمنطق:

أولاً: وحدة الحساب والمنطق - الجامعة العربية

يحتوي على دوائر إلكترونية مخصصة لإجراء العمليات الحسابية والعمليات المنطقية ، وبالتالي فإن وحدة المنطق والمنطق تحتوي أيضًا على مجموعة من وحدات التخزين المؤقتة تسمى السجلات ، وتعتبر هذه السجلات واحدة من أسرع أنواع ذاكرة الوصول العشوائي ، و تصنف السجلات إلى نوعين:

سجلات الاستخدام العام - سجلات الأغراض العامة

في هذا النوع من السجلات ، يتم تخزين المعلومات التي تحتاجها وحدة الحساب والمنطق مؤقتًا لإجراء العمليات عليها. على سبيل المثال ، عند إضافة رقمين ، يتم تخزين الرقم الأساسي أثناء التسجيل وبالتالي يتم تخزين الرقم الثاني في سجل آخر ، ثم يتم التجميع على سجلين وبالتالي يتم حفظ النتيجة أثناء سجل آخر ، وبعد ذلك يتم نقل النتيجة من السجل المخصص لها إلى ذاكرة الوصول العشوائي ، وبالتالي يمكن لوحدة الحساب والمنطق إجراء عمليات أخرى باستخدام هذه السجلات.

سجلات الأغراض الخاصة

هناك العديد من السجلات لاستخدامات محددة ، ويفضل فهم أسمائها باللغة الإنجليزية ، لذلك سنذكر اسم كل سجل مع شرح سهل لاستخدامه ، وهنا عدد من أهم أنواع السجلات ذات محددة الاستخدامات:

• عداد البرامج (PC) - وظيفته هي تخزين عنوان الأمر البرمجي اللاحق الموجود في ذاكرة الوصول العشوائي (والتي سيتم تنفيذها بعد الانتهاء من تنفيذ الأمر الحالي) ، حتى تتمكن وحدة المعالجة المركزية من إكمال خطوات البرنامج.
• سجل التعليمات (IR) - يتم استخدام هذا السجل لحفظ الكثير من الأمر البرمجي الحالي خلال مرحلة فك الشفرة وبالتالي مرحلة التنفيذ ، وسيتم التعرف على هذه المراحل لاحقًا ، وبالتالي فإن استخدام هذا السجل سيعجل بتنفيذ البرنامج الوقت ، فإنه يوفر حركة وقت وحدة المعالجة المركزية تجد الأمر اللاحق في ذاكرة الوصول العشوائي.
• تسجيل العلم / إشارة الحالة - إنه سجل بتصميم مخصص (يختلف عن بقية السجلات) ، ويحتوي هذا السجل على قيمة 1 بت ، لذلك تتغير هذه القيمة كنتيجة للعمليات الحسابية والمنطقية ، على سبيل المثال ، عندما قسمة رقمين إذا كانت النتيجة رقم غير صحيح. تتغير قيمة هذا السجل للإشارة إلى أن النتيجة تحتوي على أرقام كسرية.

ثانياً: وحدة التحكم - CU

وحدة التحكم داخل وحدة المعالجة المركزية مسؤولة عن التحكم في تنفيذ العمليات التي تقوم بها وحدة المعالجة المركزية ، وهي مسؤولة عن تدفق المعرفة من وإلى ذاكرة الوصول العشوائي ، لأن وحدة التحكم تنقل أوامر البرنامج من الوصول العشوائي الذاكرة للسجلات المخصصة لها ، ثم تبدأ بترجمة الأمر لتحديد أسماء السجلات المستخدمة ، ثم تقوم بنقل البيانات إلى تلك السجلات ، ثم تنشيط الدائرة الإلكترونية للطريقة داخل وحدة الحساب والمنطق ، وبعد ذلك عند الانتهاء من الحساب أو العملية المنطقية ، تقوم وحدة التحكم بنقل النتيجة من السجل إلى منطقة Nha المخصصة في ذاكرة الوصول العشوائي أو وحدة I / O.

خطوات تنفيذ أوامر البرمجة داخل وحدة المعالجة المركزية

يمر تنفيذ الأوامر داخل وحدة المعالجة المركزية بثلاث مراحل رئيسية ، وتسمى هذه المراحل دورة الأوامر الآلية دورة التعليمات ، حيث بعد الانتهاء من الخطوة الثالثة ، يتم تكرار خطوات مكافئة في الأمر التالي حتى يتم الانتهاء من تشغيل البرنامج وهذه الخطوات هي:

الجلب - استدعاء - الجلب

إنها الخطوة الأساسية ، حيث يتم جلب الأمر البرمجي من ذاكرة الوصول العشوائي ، وبالتالي يتم تحديد عنوان الأمر البرمجي بما يتفق مع النسيج داخل سجل عداد البرنامج (سجل عداد البرنامج) ، وبعد جلب الأمر البرمجي ( وحدة التحكم) يغير العنوان داخل العنوان إلى العنوان التالي.

قد يكون الأمر البرمجي عبارة عن مجموعة أو سلسلة من الأرقام الثنائية ، والتي تحتوي على شعار لحساب أو تشغيل المنطق لجميع البيانات أو عنوان المعلومات داخل ذاكرة الوصول العشوائي ، والتي يمكن معالجتها.

الترجمة - فك الشفرة - فك الشفرة

بعد استدعاء أمر البرنامج من الخطوة الأساسية ، تقوم وحدة التحكم (وحدة التحكم) بترجمة فك الشفرة أمر البرنامج ، وتخزين البيانات داخل السجلات المخصصة لها ، ثم تنشيط الدائرة من أجل التكتيك داخل وحدة الحساب والمنطق.

العملية - التنفيذ - التنفيذ

بعد الانتهاء من الخطوتين السابقتين ، تقوم وحدة الحساب والمنطق بتنفيذ الأمر البرمجي الذي تم تنشيطه في الخطوة السابقة ، ثم تقوم وحدة التحكم بنقل نتيجة الطريقة إلى موقعها المحدد داخل الذاكرة أو وحدة الإدخال / الإخراج (الإدخال والإخراج) ، ثم يتم تكرار خطوات مكافئة حتى ينتهي تشغيل البرنامج.

تقنية لتنفيذ الأوامر داخل وحدة المعالجة المركزية

هناك العديد من التقنيات التي لن يتم تنفيذها أوامر البرنامج داخل وحدة المعالجة المركزية ، على النحو التالي:

تكنولوجيا التسلسل - المسلسل

في هذه الطريقة ، يتم تنفيذ أوامر البرنامج بعد العكس ، مما يعني أن وحدة المعالجة المركزية تبدأ في تنفيذ الأمر بعد إكمال خطوات الأمر السابق ، ولم تعد تستخدم هذه الطريقة مؤخرًا.

تكنولوجيا خطوط الأنابيب - خطوط الأنابيب

بهذه الطريقة ، تبدأ وحدة المعالجة المركزية في تنفيذ أمر البرنامج قبل أن تكمل خطوات تنفيذ أمر البرنامج السابق. يوفر استخدام هذه الطريقة الكثير من وقتك ، ويساعد على تمديد كمية الأوامر التي يتم تنفيذها في ثانية واحدة.

التكنولوجيا الموازية

باستخدام هذه التقنية ، يمكن لوحدة المعالجة المركزية تنفيذ أمر برنامج واحد تمامًا في مناسبة واحدة فقط ، ويتم تنفيذ هذا النظام من خلال تصميم وحدة المعالجة المركزية في واحدة أو كلتا الطريقتين التاليتين:

تصميم ثنائي النواة - ثنائي النواة

يوجد حاليًا تصميم متعدد النواة - متعدد النواة ، وهو أن دمج دائرة إلكترونية واحدة تمامًا لوحدة المعالجة المركزية في شريحة واحدة (رقاقة - رقاقة) ، وواحد من أهم العينات الشهيرة لهذا النوع من التكنولوجيا هو Intel Dual Core .

تصميم متعدد الخيوط - متعدد الخيوط

إنها دائرة إلكترونية أخرى تحاكي دائرة وحدة المعالجة المركزية ، وإلا يمكنك اعتبارها وحدة إضافية وهمية ، بل إنها في الواقع تزيد من سرعة المعالج ولكنها لا تصل إلى سرعة المعالج ثنائي النواة ، وغالبًا ما تكون هذه الدائرة الإلكترونية تم دمجها في شريحة لمعالج متعدد النواة وواحد من أهم الأمثلة الشهيرة على معالج Intel Core I7 وهي رقاقة تحتوي على نواة واحدة (حتى 10 نوى) وتتميز أيضًا بدائرة من خيوط المعالجة المتعددة.