Transcript الذاكرة الفورية

14/4/2013
‫املواضيع الرئيسية‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تعريف وحدة المعالج المركزية‬
‫خصائص وحدة المعالج المركزية‬
‫مكونات وحدة المعالج المركزية‬
‫أداء المعالج‬
‫تطور المعالج‬
‫تعريف املعاجل‬
‫المعالج هو شريحة الكترونية تحتوي على العديد من الدوائرالرقمية وظيفتها استقبال‬
‫البيانات الرقمية ومعالجتها ثم ارسال النتائج بشكل رقمي الى االجزاء المختلفة‬
‫من الحاسب‪.‬‬
‫‪ ‬وظائف وحدة املعاجلة ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫استقبال البيانات من وحدات اإلدخال ‪.‬‬
‫معاجلة هذه البيانات طبقاً للتعليمات املوجودة يف الربامج‪.‬‬
‫إرسال نتائج معاجلة البيانات إىل وحدات اإلخراج‪.‬‬
‫التحكم واإلشراف على مجيع الوحدات‪.‬‬
‫خصائص املعاجل‬
‫‪ ‬املعاجل اجلزء الذي يقوم بالعمليات الرئيسية واحلسابية يف أجهزة الكمبيوتر‬
‫‪ ‬وحدة املعاجلة املركزية (املعاجل) عبارة عن شرحية حتتوي على ماليني الرتانزيستورات‪.‬‬
‫‪ ‬ينفذ املعاجل مجيع العمليات املطلوبة مثل التحريك‪ ،‬والنسخ‪ ،‬واملقارنة‪ ،‬والعمليات احلسابية واملنطقية‬
‫على املعطيات‪ ،‬لذلك يوصف بأنه القلـب النابض للحاسب‪.‬‬
‫‪ ‬تعترب سرعة املعاجل هي السرعة القياسية ألجهزة احلاسب‬
‫‪ ‬كلما كان املعاجل أسرع وأكثر قوة كلما كان الكمبيوتر نفسه أفضل وأكثر تكلفة‬
‫‪ ‬من أشهر املعاجلات توفرا يف السوق هي معاجلات ‪Intel‬ومعاجلات ‪AMD‬‬
‫خصائص املعاجل‬
‫‪ ‬سرعتها يف تزايد مستمر‬
‫‪ ‬يستطيع املعاجل أن يقوم بتنفيذ ‪ ٣٠٠‬مليون أمر أو عمليه يف الثانية الواحدة‬
‫‪ ‬عندما تضغط على مفتاح يف لوحه مفاتيح الكمبيوتر ‪Keyboard‬فإنك يف احلقيقة تقوم‬
‫بإرسال تعليمات أو أوامر لتتم معاجلتها عن طريق وحدة املعاجلة املركزية‬
‫‪ ‬هل يكون جهاز احلاسب سريع دائما مبجرد وضع معاجل سريع؟‬
‫‪ ‬تستخدم أيضا الذاكرة الرئيسة (‪ )RAM‬اخلاصة باحلاسوب‬
‫‪ ‬وتقاس سرعات املعاجل بامليجا هريتز ‪Megahertz‬عدد الدورات يف الثانية‬
‫‪ ‬جهاز بسرعة ‪3 GHz‬تدل على أن املعاجل ينجز ‪ 3‬بليون دورة يف الثانية‬
‫مكونات املعاجل‬
‫‪ ‬تتكون وحدة املعاجلة املركزية من ثالث وحدات أساسية هي ‪:‬‬
‫‪ ‬وحدة التحكم ‪Control Unit‬‬
‫‪ ‬وحدة احلساب واملنطق ‪Arithmetic Logic Unit‬‬
‫‪ ‬املسجالت ‪Registers‬‬
‫وحدة التحكم‬
‫تقوم بالتحكم يف العمليات التالية‪:‬‬
‫‪ ‬أ ‪ -‬دخول البيانات من وحدات اإلدخال ووحدات التخزين الثانوي إىل الذاكرة‬
‫الرئيسية‪.‬‬
‫‪ ‬ب ‪ -‬انتقال البيانات ما بني الذاكرة الرئيسية ووحدة احلساب واملنطق‪.‬‬
‫‪ ‬ج ‪ -‬خروج املعلومات من الذاكرة الرئيسية إىل وحدات اإلخراج املختلفة ووحدات‬
‫التخزين الثانوية‪.‬‬
‫وحدة احلساب واملنطق‬
‫‪ ‬كما يشري امسها‪ ،‬تقوم هذه الوحدة بتنفيذ العمليات احلسابية واملنطقية‪.‬‬
‫العمليات احلسابية تضم العمليات احلسابية‪ :‬اجلمع‪ ،‬الطرح‪ ،‬الضرب و التقسيم‪.‬‬
‫العمليات املنطقية هي عمليات مقارنة‪ :‬حيث ميكن مقارنة قيمتني لتحديد اذا كانت القيمة‬
‫األوىل تساوي (=)‪ ،‬أصغر (>) أو أكرب (<) من القيمة الثانية‬
‫املسجالت‬
‫‪ ‬املسجالت هي عبارة عن نوع من الذاكرة السريعة جدا بل هي أسرع أنواع الذاكرات يف احلاسوب‬
‫وتستعمل لتخزين األرقام اليت يريد املعاجل أن جيري عليها حساباته‪.‬‬
‫‪ ‬توجد املسجالت داخل وحدة احلساب واملنطق املذكورة سابقا‪.‬‬
‫‪ ‬واملعاجل ال ميكنه عمل أي عملية حسابية إال بعد استدعاء األرقام املطلوب إجراء العمليات عليها إىل‬
‫املسجالت‪.‬‬
‫‪ ‬يعترب حجم املسجالت مهم حيث إنه حيدد حجم البيانات اليت يستطيع احلاسوب إجراء احلسابات‬
‫عليها‪ ،‬وكلما زاد حجم وسعة املسجالت زادت سرعة احلاسوب‪.‬‬
‫‪ ‬يقاس حجم السجالت بالبيت بدال من البايت بسبب صغر حجمها‪.‬‬
‫أداء املعاجل‬
‫‪ ‬تؤثر على أداء المعالج عدة عوامل منها‪:‬‬
‫–‬
‫سرعة الساعة (التردد)‪.‬‬
‫–‬
‫الذاكرة الفورية (‪.)Cache Memory‬‬
‫–‬
‫نواقل النظام‪.‬‬
‫سرعة الساعة‬
‫‪ ‬سرعة الساعة (الرتدد)‪ :‬الرتدد الذي يعمل املعاجل وفقه على تنفيذ التعليمات‪ ،‬ويقاس‬
‫الرتدد بوحدة ميجاهرتز‪ ،‬وحالياً جيجا هرتز‪ ،‬وكلما كانت قيمة الرتدد أعلى كانت سرعة‬
‫احلاسب أكرب‪.‬‬
‫‪ ‬ويتولد الرتدد عن طريق بلورة من الكوارتز هتتز عند مرور التيار الكهربائي عربها فيتولد‬
‫مكون متزامن مع اإلشارة‪ ،‬وكل نبضة من هذه‬
‫نتيجة ذلك نبضات ثابتة يف كل ّ‬
‫ترسل للمعاجل إشارة تطلب فيها أداء عملية‬
‫النبضات تعطي دورة واحدة للنظام وعندها َ‬
‫أخرى‪.‬‬
‫الذاكرة الفورية‬
‫خزن فيها البيانات والتعليمات كثيرة‬
‫‪ ‬الذاكرة الفورية (‪ :)Cache Memory‬هي مساحة تُ ّ‬
‫االستخدام‪ ،‬وتتواجد عادة ضمن المعالج وعندها تسمى بالذاكرة الفورية الداخلية أو ذاكرة‬
‫المستوى األول ‪ Level 1‬اختصارا (‪،)L1‬‬
‫‪ ‬وتعمل هذه الذاكرة على تخزين مواقع ذاكرة ‪ RAM‬كثيرة االستخدام وتسمح بتنفيذ البيانات‬
‫والتعليمات بسرعة‪.‬‬
‫‪ ‬يمكن أن تتواجد الذاكرة الفورية خارج المعالج أو خارج دارات المعالج وفي هذه الحالة‬
‫تسمى بالذاكرة الفورية الخارجية أو ذاكرة المستوى الثاني (‪ Level2‬اختصارا ‪ ،)L2‬وتقوم‬
‫ذاكرة ‪ L2‬بنفس وظائف ذاكرة ‪ L1‬لكنها أكبر حجما منها وبذلك تساعد على تحسين األداء‪.‬‬
‫الذاكرة الفورية‬
‫‪ ‬تابع‪ :‬الذاكرة الفورية (‪ :)Cache Memory‬يوجد مستوى ثالث من الذاكرة‬
‫الفورية يعرف باسم (‪ Level3‬واختصاراً ‪ )L3‬تقع فوق املستويني ‪L1‬و ‪ ،L2‬وتقع‬
‫خارج شرحية ووحدة املعاجل‪ ،‬وظهر هذه النوع أول مرة عام ‪1999‬م مع معاجلات‬
‫‪ K6-III‬من ‪ .AMD‬ميكن القول بأنه كلما كانت الذاكرة الفورية أكرب حجماً‬
‫كلما كانت سرعة احلاسب أكرب‪.‬‬
‫نواقل النظام‬
‫‪ ‬نواقل النظام‪ :‬تكمن قدرة املعاجل على التواصل مع بقية مكونات النظام يف دارات‬
‫الدعم على اللوحة األم وهذه الدارات هي ما يعرف بالناقل‪ .‬يقوم الناقل بنقل‬
‫املعلومات من وإىل املعاجل واألجهزة األخرى فيسمح لكافة أجهزة النظام بالتواصل‬
‫مع بعضها البعض‪ ،‬ويتألف الناقل من عدة مكونات منها‪:‬‬
‫‪ ‬الناقل اخلارجي‪ :‬مي ّكن املعاجل من التواصل مع األجهزة األخرى‪.‬‬
‫‪ ‬ناقل البيانات‪ :‬يستخدم إلرسال واستالم املعلومات‪.‬‬
‫‪ ‬ناقل العناوين‪ :‬نقل معلومات عناوين مواقع الذاكرة من وإىل املعاجل‪ ،‬وحتتوي هذه العناوين‬
‫على البيانات اليت يتم واستقباهلا‪.‬‬
‫تطور املعاجل‬
‫‪ ‬عدد النواة‬
‫‪ ‬تقنية الـ ‪Hyper-Threading‬واليت تسمح للمعاجل ثنائي النواة بالعمل بشكل مشابه‬
‫للمعاجل رباعي النواة‪ .‬يعين كل نواة تعاجل عمليتني يف وقت واحد ! وليس مثل القدمي كل نواة‬
‫تعاجل عمليه وحدة‪.‬‬
‫‪ ‬تقنية الـ ‪Turbo Boost‬وهي تسمح للمعاجل بالعمل بطاقة منخفضة واستخدام القوة‬
‫القصوى عند احلاجة فقط مما حيفظ الطاقة بدالً من استخدام طاقة املعاجل الكاملة بال حاجة‪.‬‬
‫‪ ‬كمية الذاكرة املخبئة ضمن شرحية املعاجل وتعترب ذاكرة وسيطة ما بني املعاجل والذاكرة‬
‫الرئيسية‪ ،‬وكلما زادت كلما كان املعاجل اسرع‪.‬‬
‫البت والبايت‬
‫سعة الذاكرة تقاس بالبت ‪ BIT‬أي القدرة على تخزين أحد الرقمين الثنائيين (‪ )0‬و(‪ )1‬في نظام‬
‫العد الثنائي‪.‬‬
‫‪‬‬
‫البايت ‪8 = Byte‬بت‪ ،‬وهي السعة العامة للبايت المش ّكلة من ثمانية أرقام ثنائية‪ ،‬وهو ما‬
‫يعادل حرفا واحدا‪.‬‬
‫‪‬‬
‫الكيلو بايت ‪ = KB‬ألف بايت‬
‫‪‬‬
‫الميغا بايت ‪ = MB‬مليون بايت‬
‫‪‬‬
‫الجيغا بايت ‪ = GB‬بليون بايت (ألف مليون بايت)‬
‫‪‬‬
‫تيرا بايت ‪ =TB‬ترليون بايت( مليون مليون بايت)‬
‫الرام والروم‬
‫وجه المقارنة‬
‫‪RAM‬‬
‫‪ROM‬‬
‫يمكن الكتابة عليها‬
‫نعم‬
‫ال‪ ،‬ألنه تم برمجتها‬
‫بواسطة المصنع لها‬
‫يمكن القراءة منها بواسطة المستخدم‬
‫نعم‬
‫نعم‬
‫السرعة‬
‫أسرع‬
‫أبطأ‬
‫االستعماالت الشائعة‬
‫مخزن مؤقت (وسريع) للبيانات التي‬
‫يتعامل معها المعالج أو يتوقع أن‬
‫يتعامل معها قريبا‬
‫تخزين برنامج نظام اإلدخال واإلخراج‬
‫األساسي ‪ BIOS‬البيوس للوحة األم‬
‫فقد البيانات‬
‫تمحى البيانات بمجرد فصل التيار‬
‫الكهربي عن الحاسوب‬
‫تبقى البيانات في الرقاقة لفترة طويلة‬
‫جدا (ال نهائية تقريبا) وال يمكن تغييرها‬
‫في أغلب األحيان‬