ما هو جوهر المعالج؟ [MakeUseOf يوضح]

الإعلانات

يحتوي كل جهاز كمبيوتر على معالج ، سواء كان معالجًا ذا كفاءة صغيرة أو قوة أداء كبيرة ، وإلا فلن يكون قادرًا على العمل. بالطبع ، المعالج ، الذي يطلق عليه أيضًا وحدة المعالجة المركزية أو وحدة المعالجة المركزية ، هو جزء مهم من نظام يعمل ، ولكنه ليس الوحيد.

تتكون المعالجات اليوم تقريبًا على الأقل ثنائي النواة ، مما يعني أن المعالج بأكمله يحتوي على نواتين منفصلتين يمكنهما معالجة المعلومات بهما. ولكن ما هي نوى المعالج ، وماذا تفعل بالضبط؟

ما هي النوى؟

قلب المعالج هو وحدة معالجة تقرأ في التعليمات لأداء إجراءات محددة. يتم ربط التعليمات معًا بحيث تشكل تجربة استخدام جهاز الكمبيوتر الخاص بك عند تشغيلها في الوقت الفعلي. حرفيا كل شيء تفعله على جهاز الكمبيوتر الخاص بك يجب أن تتم معالجته بواسطة المعالج الخاص بك. عندما تفتح مجلدًا ، يتطلب ذلك معالجك. عندما تكتب في مستند Word ، يتطلب ذلك أيضًا المعالج الخاص بك. أشياء مثل رسم بيئة سطح المكتب ، والنوافذ ، ورسومات اللعبة هي مهمة بطاقة الرسومات الخاصة بك - أي يحتوي على مئات المعالجات للعمل بسرعة على البيانات في وقت واحد - ولكن إلى حد ما لا تزال تتطلب معالجك كذلك.

كيف هؤلاء يعملون

تصميمات المعالجات معقدة للغاية وتتنوع بشكل كبير بين الشركات وحتى النماذج. بنيتها - حاليا "جسر اللبلاب" ل شركة انتل و "Piledriver" ل AMD - يتم تحسينها باستمرار لتتوافق مع أكبر قدر من الأداء في أقل قدر من المساحة واستهلاك الطاقة. ولكن على الرغم من جميع الاختلافات المعمارية ، تمر المعالجات بأربع خطوات رئيسية كلما عالجت التعليمات: الجلب ، وفك الشفرة ، والتنفيذ ، وإعادة الكتابة.

جلب

خطوة الجلب هي ما تتوقعه. هنا ، يستعيد قلب المعالج الإرشادات التي تنتظرها ، عادةً من نوع من الذاكرة. قد يتضمن هذا ذاكرة الوصول العشوائي ، ولكن في نوى المعالج الحديثة ، عادة ما تكون التعليمات تنتظر بالفعل النواة داخل ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج. يحتوي المعالج على منطقة تسمى عداد البرنامج الذي يعمل بشكل أساسي كإشارة مرجعية ، مما يتيح للمعالج معرفة مكان انتهاء آخر تعليمات والبدء التالي.

فك تشفير

بمجرد جلب التعليمات الفورية ، تستمر في فك تشفيرها. غالبًا ما تتضمن التعليمات مناطق متعددة من قلب المعالج - مثل الحساب - ويحتاج قلب المعالج إلى معرفة ذلك. يحتوي كل جزء على شيء يسمى شفرة تشغيل تخبر جوهر المعالج بما يجب القيام به بالمعلومات التي تليها. بمجرد أن يكتشف قلب المعالج هذا كله ، يمكن أن تبدأ المناطق المختلفة للنواة نفسها في العمل.

نفذ - اعدم

خطوة التنفيذ هي المكان الذي يعرف فيه المعالج ما يحتاج إلى القيام به ، ويمضي قدمًا بالفعل ويفعله. يختلف ما يحدث بالضبط هنا اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على مناطق قلب المعالج المستخدمة والمعلومات التي يتم إدخالها. على سبيل المثال ، يمكن للمعالج القيام بالعمليات الحسابية داخل ALU ، أو وحدة المنطق الحسابي. يمكن لهذه الوحدة الاتصال بمدخلات ومخرجات مختلفة لتحطيم الأرقام والحصول على النتيجة المرجوة. تقوم الدوائر الموجودة داخل ALU بكل السحر ، وهو أمر معقد تمامًا للشرح ، لذلك سأترك ذلك لبحثك الخاص إذا كنت مهتمًا.

رد على الرسالة

الخطوة الأخيرة ، تسمى إعادة الكتابة ، تضع ببساطة نتيجة ما تم العمل عليه في الذاكرة. يعتمد المكان الذي يذهب إليه الإخراج بالضبط على احتياجات التطبيق قيد التشغيل ، ولكنه غالبًا ما يبقى في سجلات المعالج للوصول السريع حيث تستخدمه الإرشادات التالية غالبًا. من هناك ، سيتم الاعتناء بها حتى تتم معالجة أجزاء من هذا الإخراج مرة أخرى ، مما يعني أنه ينتقل إلى ذاكرة الوصول العشوائي.

إنها دورة واحدة فقط

هذه العملية برمتها تسمى دورة التعليمات. تحدث دورات التعليمات هذه بسرعة تبعث على السخرية ، خاصة بعد أن أصبح لدينا معالجات قوية بترددات عالية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وحدة المعالجة المركزية الخاصة بنا بالكامل مع نوىها المتعددة تقوم بذلك على كل نواة ، بحيث يمكن معالجة البيانات تقريبًا أسرع عدة مرات من أن وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك تحتوي على نوى مما لو كانت عالقة بقلب واحد من نفس الشيء أداء. تحتوي وحدات المعالجة المركزية أيضًا على مجموعات تعليمات محسنة يتم توصيلها بالأسلاك في الدائرة والتي يمكنها تسريع التعليمات المألوفة المرسلة إليها. مثال شائع هو SSE.

خاتمة

لا تنس أن هذا وصف بسيط جدًا لما يجب على المعالجات فعله - في الواقع فهي أكثر تعقيدًا بكثير وتقوم بعمل أكثر مما ندركه. الاتجاه الحالي هو أن مصنعي المعالجات يحاولون جعل رقائقهم فعالة قدر الإمكان ، وهذا يشمل تقليص الترانزستورات. جسر اللبلاب ما تحتاج لمعرفته حول Intel Ivy Bridge [MakeUseOf يشرح]أصدرت Intel للتو معالجها الجديد الذي تم تحديثه ، والذي يحمل الرمز Ivy Bridge ، لكل من أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمحمولة. ستجد هذه المنتجات الجديدة مدرجة في سلسلة 3000 ويمكنك شراء بعضها على الأقل ... اقرأ أكثر إن الترانزستورات هي 22 نانومتر فقط ، ولا يزال هناك القليل قبل أن يواجه الباحثون حدًا ماديًا. تخيل كل هذه المعالجة التي تحدث في مثل هذه المساحة الصغيرة. سنرى كيف تتحسن المعالجات بمجرد أن نصل إلى هذا الحد.

إلى أين تعتقد أن المعالجات ستذهب بعد ذلك؟ متى تتوقع رؤية معالجات الكم ، خاصة في الأسواق الشخصية؟ اسمحوا لنا أن نعرف في التعليقات!

ائتمانات الصورة: اوليفاندر, بيرنات جاليمي, دومينيك بارتش, ايوان صميلي, إدارة الأمن النووي الوطني