اقرأ في هذا المقال
- ما هو المعالج الدقيق Microprocessor؟
- تطور المعالجات الدقيقة
- جدول معالجات إنتل الدقيقة الهامة Important Intel Microprocessors
ما هو المعالج الدقيق Microprocessor؟
تسمى وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر (CPU) المبنية على دائرة متكاملة واحدة (IC) “بالمعالج الدقيق (microprocessor)، يسمّى الكمبيوتر الرقمي بمعالج دقيق واحد يعمل كوحدة (CPU) بالحاسوب الصغير، إنّه جهاز إلكتروني قابل للبرمجة ومتعدد الأغراض وقائم على مدار الساعة وقائم على التسجيل ويقرأ التعليمات الثنائية من جهاز تخزين يسمّى الذاكرة، ويقبل البيانات الثنائية كمدخلات ويعالج البيانات وفقًا لتلك التعليمات ويوفر النتائج كمخرجات، يحتوي المعالج الدقيق على ملايين المكونات الصغيرة مثل الترانزستورات والسجلات والصمامات الثنائية “الدايود” التي تعمل معًا.
عمل المعالجات الدقيقة:
يتبع المعالج الدقيق تسلسلاً لتنفيذ التعليمات: الجلب (Fetch)، وفك التشفير (Decode)، ثمّ التنفيذ (Execute)، في البداية، يتم تخزين التعليمات في ذاكرة تخزين الكمبيوتر بترتيب تسلسلي، يقوم المعالج الدقيق بجلب هذه التعليمات من المنطقة المخزنة “الذاكرة”، ثمّ يقوم بفك تشفيرها وتنفيذ هذه التعليمات حتى يتم استيفاء تعليمات الإيقاف، بعد ذلك، يرسل النتيجة في شكل ثنائي إلى منفذ الإخراج، بين هذه العمليات، يقوم السجل بتخزين البيانات المؤقتة وتقوم وحدة الحساب والمنطق (ALU) بوظائف الحوسبة.
شرح الرسم التخطيطي لحاسوب دقيق Microcomputer:
يتكون المعالج الدقيق من وحدة (ALU) ووحدة تحكم ومجموعة سجلات (register)، حيث تقوم (ALU) بعمليات حسابية ومنطقية على البيانات المستلمة من جهاز الإدخال أو الذاكرة، تتحكم وحدة التحكم في التعليمات وتدفق البيانات داخل الكمبيوتر، وتتكون مصفوفة السجل من السجلات المحددة بأحرف مثل (B وC وD وE وH وL) والمراكم (accumulator).
المصطلحات الأساسية المستخدمة في المعالجات الدقيقة:
فيما يلي قائمة ببعض المصطلحات الأساسية المستخدمة في المعالجات الدقيقة:
- مجموعة التعليمات (Instruction Set): تسمّى مجموعة الأوامر التي يستطيع المعالج الدقيق فهمها مجموعة التعليمات، إنّها واجهة بين الأجهزة والبرمجيات (hardware and software).
- الناقل (Bus): مجموعة من الموصلات تهدف إلى نقل البيانات أو العنوان أو معلومات التحكم إلى عناصر مختلفة في المعالج الدقيق، سيكون للمعالج الدقيق ثلاثة أنواع من النواقل، وهي: ناقل البيانات (data bus) وناقل العنوان (address bus) وناقل التحكم (control bus).
- (IPC) تعليمات لكل دورة، (Instructions Per Cycle): هو مقياس لعدد التعليمات التي تستطيع وحدة المعالجة المركزية تنفيذها في ساعة واحدة.
- سرعة الساعة (Clock Speed): هو عدد العمليات التي يمكن للمعالج إجراؤها في الثانية، يمكن التعبير عنها بالميجاهرتز (MHz) أو الجيجاهرتز (GHz)، ويسمّى أيضًا “معدل الساعة” (Clock Rate).
- النطاق الترددي (Bandwidth): يسمّى عدد البتات التي تمت معالجتها في تعليمة واحدة عرض النطاق الترددي.
- طول الكلمة (Word Length): عدد وحدات البت التي يمكن للمعالج معالجتها في المرة الواحدة يسمّى طول كلمة المعالج، قد يقوم المعالج الدقيق (8) بت بمعالجة بيانات (8) بت في المرة الواحدة، يتراوح مدى طول الكلمة من (4) بت إلى (64) بت حسب نوع الكمبيوتر المصغر (microcomputer).
- أنواع البيانات (Data Types): يدعم المعالج الدقيق تنسيقات متعددة لأنواع البيانات مثل الأرقام الثنائية (binary) و(ASCII) والأرقام التي لها إشارة والتي ليس لها إشارة (signed and unsigned numbers).
تطور المعالجات الدقيقة:
يمكننا تصنيف المعالج الدقيق حسب الأجيال أو حسب حجم المعالج الدقيق إلى:
الجيل الأول First Generation:
الجيل الأول “معالجات دقيقة (4) بت”، تمّ تقديم الجيل الأول من المعالجات الدقيقة في العام (1971-1972) بواسطة شركة (Intel Corporation)، تمّ تسميته (Intel 4004) لأنّه كان معالج (4) بت، لقد كان معالجًا على شريحة واحدة، يمكنه إجراء عمليات حسابية ومنطقية بسيطة مثل الجمع والطرح و(Boolean OR) و(Boolean AND)، لقد كان لديه وحدة تحكم قادرة على أداء وظائف التحكم مثل جلب تعليمات من ذاكرة التخزين، وفك تشفيرها، ثمّ توليد نبضات تحكم لتنفيذها.
الجيل الثاني Second Generation:
الجيل الثاني “معالجات دقيقة (8) بت”، تمّ تقديم الجيل الثاني من المعالجات الدقيقة في عام (1973) مرة أخرى بواسطة (Intel)، لقد كان أول معالج دقيق (8) بت يمكنه إجراء عمليات حسابية ومنطقية على كلمات طولها (8) بت، كان (Intel 8008)، وإصدار محسن آخر ل (Intel 8088).
الجيل الثالث Third Generation:
الجيل الثالث “معالجات دقيقة (16) بت”، تمّ تمثيل الجيل الثالث من المعالجات الدقيقة، الذي تمّ تقديمه في عام (1978)، من خلال المعالجات (8086) و(Zilog Z800) و(80286) من (Intel)، والتي كانت عبارة عن معالجات (16) بت بأداء يشبه أجهزة الكمبيوتر الصغيرة.
الجيل الرابع Fourth Generation:
الجيل الرابع “معالجات دقيقة (32) بت”، قدمت العديد من الشركات المختلفة المعالجات الدقيقة (32) بت، ولكن الأكثر شعبية هو (Intel 80386).
الجيل الخامس Fifth Generation:
الجيل الخامس “معالجات دقيقة (64) بت”، من عام (1995) إلى الآن نحن في الجيل الخامس، بعد المعالج الدقيق (80856)، خرجت “إنتل” بمعالج جديد هو معالج (Pentium) يليه (Pentium Pro CPU)، والذي يسمح للعديد من وحدات المعالجة المركزية في نظام واحد لتحقيق معالجة متعددة، معالجات (64) بت المحسّنة الأخرى هي معالجات (Celeron) و(Dual) و(Quad) و(Octa Core).
جدول معالجات إنتل الدقيقة الهامة Important Intel Microprocessors:
| المعالج الدقيق | سنة الاختراع | طول الكلمة | سعة معالجة الذاكرة | Pins | Clock | ملاحظات |
| 4004 | 1971 | 4-bit | 1 كيلو بايت | 16 | 750 KHz | أول معالج دقيق |
| 8085 | 1976 | 8-bit | 64 كيلو بايت | 40 | 3-6 MHz | معالج دقيق (8) بت الشائع. |
| 8086 | 1978 | 16-bit | 1 ميجا بايت | 40 | 5-8 MHz | تستخدم على نطاق واسع في (PC/XT). |
| 80286 | 1982 | 16-bit | 16MB real, 4 GB virtual | 68 | 6-12.5 MHz | تستخدم على نطاق واسع في (PC/AT). |
| 80386 | 1985 | 32-bit | 4GB real, 64TB virtual | 132 14X14 PGA | 20-33 MHz | يحتوي على (MMU) على الرقاقة. |
| 80486 | 1989 | 32-bit | 4GB real, 64TB virtual | 168 17X17 PGA | 25-100 MHz | يحتوي على (MMU) وذاكرة التخزين المؤقت و(FPU)، (1.2) مليون ترانزستور |
| Pentium | 1993 | 32-bit | 4GB real,32-bit address,64-bit data bus | 237 PGA | 60-200 | يحتوي على (2ALUs)، (2 Caches)، (FPU)، (3.3 Million transistors)، (3.3) فولت، (7.5) مليون ترانزستور. |
| Pentium Pro | 1995 | 32-bit | 64GB real, 36-bit address bus | 387 PGA | 150-200 MHz | إنّه معالج تدفق البيانات، يحتوي أيضًا على ذاكرة تخزين مؤقت من المستوى الثاني، (3.3) فولت. |
| Pentium II | 1997 | 32-bit | – | – | 233-400 MHz | تتميز جميعها بتقنية (Pentium pro plus MMX)، (3.3) فولت، (7.5) مليون ترانزستور. |
| Pentium III | 1999 | 32-bit | 64 جيجا بايت | 370 PGA | 600-1.3 MHz | النسخة المحسنة من بنتيوم الثاني (Pentium II)؛ (70 new SIMD instructions). |
| Pentium 4 | 2000 | 32-bit | 64 جيجا بايت | 423 PGA | 600-1.3 GHz | نسخة محسنة من بنتيوم الثالث (Pentium III). |
| Itanium | 2001 | 64-bit | 64 address lines | 423 PGA | 733 MHz-1.3 GHz | معالج (64-bit EPIC Processor). |
حيث:
- (PGA): (Pin Grid Array)، مصفوفة الشبكة الدبوسية.
- (MMX): (MultiMedia eXtensions)، تمديدات الوسائط المتعددة.
- (EPIC): (Explicitly Parallel Instruction Computing)، حوسبة التعليمات المتوازية.
- (SIMD): (Single Instruction Multiple Data)، تعليمة وحيدة بيانات متعددة.
- (ALU): (Arithmetic and Logic Unit)، وحدة الحساب والمنطق.
- (MMU): (Memory Management Unit)، وحدة إدارة الذاكرة.
- (FPU): (Floating Point Unit)، وحدة النقطة العائمة.
