أجهزة المعالجة: التطور والأنواع والأمثلة - تقنية - 2026

و أجهزة معالجة الكمبيوتر وحدات والتي تلعب دورا هاما في عمليات كمبيوتر المعالجة. يتم استخدامها لمعالجة البيانات ، باتباع تعليمات البرنامج.

المعالجة هي أهم وظيفة للكمبيوتر ، لأنه في هذه المرحلة يتم تحويل البيانات إلى معلومات مفيدة باستخدام العديد من أجهزة معالجة الكمبيوتر.

المصدر: pixabay.com

تتمثل الوظيفة الرئيسية لأجهزة المعالجة في تحمل مسؤولية الحصول على معلومات بليغة من البيانات التي يتم تحويلها بمساعدة العديد من هذه الأجهزة.

تتكون معالجة الصوت والفيديو من تنظيف البيانات بطريقة تجعلها أكثر متعة للأذن والعين ، مما يجعلها تبدو أكثر واقعية.

هذا هو السبب في أنه يمكن رؤيتها بشكل أفضل مع بعض بطاقات الفيديو أكثر من غيرها ، لأن بطاقة الفيديو تعالج البيانات لتحسين الواقعية. يحدث الشيء نفسه مع بطاقات الصوت وجودة الصوت.

المعالج

عندما تصل معلومات إلى جهاز كمبيوتر من جهاز إدخال ، مثل لوحة المفاتيح ، يجب أن تنتقل هذه المعلومات في مسار وسيط قبل أن يمكن استخدامها لجهاز إخراج ، مثل جهاز العرض.

يأتي جهاز المعالجة ليكون أي جهاز أو أداة في الكمبيوتر تكون مسؤولة عن إدارة هذا المسار الوسيط. إنهم يشغلون وظائف ويؤدون حسابات مختلفة ويتحكمون أيضًا في الأجهزة الأخرى.

تقوم أجهزة المعالجة بالتحويل بين أنواع مختلفة من البيانات ، بالإضافة إلى معالجة وتنفيذ المهام باستخدام البيانات.

عادةً ما يتوافق مصطلح وحدة المعالجة المركزية مع المعالج ، وبشكل أكثر تحديدًا وحدة الحساب ووحدة التحكم الخاصة به ، وبالتالي تمييز هذه العناصر عن المكونات الخارجية للكمبيوتر ، مثل الذاكرة الرئيسية ودوائر الإدخال / الإخراج.

يعمل المعالج بتنسيق وثيق مع الذاكرة الرئيسية وأجهزة التخزين الطرفية.

قد تكون هناك أنظمة وأجهزة طرفية أخرى تعمل على المساعدة في جمع البيانات وتخزينها ونشرها ، لكن مهام المعالجة فريدة للمعالج.

التطور من الأول إلى الحاضر

المرحلة الأولية

كان لابد من توصيل أجهزة الكمبيوتر القديمة ، مثل ENIAC ، ماديًا في كل مرة يتم فيها تنفيذ مهمة مختلفة.

في عام 1945 ، وزع عالم الرياضيات فون نيومان رسمًا تخطيطيًا لجهاز كمبيوتر برنامج مخزن يسمى EDVAC ، والذي سيكتمل أخيرًا في عام 1949.

جاءت الأجهزة الأولى التي يمكن تسميتها بشكل صحيح بوحدات المعالجة المركزية مع وصول هذا الكمبيوتر ببرنامج مخزن.

تم تخزين البرامج التي تم إنشاؤها لـ EDVAC في الذاكرة الرئيسية للكمبيوتر ، بدلاً من الاضطرار إلى إنشائها من خلال أسلاك الكمبيوتر.

لذلك ، يمكن تبديل البرنامج الذي كان يعمل عليه EDVAC بتغيير بسيط في محتوى الذاكرة.

كانت وحدات المعالجة المركزية الأولى عبارة عن تصميمات فريدة تم استخدامها داخل جهاز كمبيوتر معين. بعد ذلك ، مكنت هذه الطريقة في تصميم وحدات المعالجة المركزية بشكل فردي لتطبيق معين من تطوير المعالجات متعددة المهام بأعداد كبيرة.

المرحلات والأنابيب المفرغة

كانت تستخدم عادة كأجهزة تبديل. يحتاج الكمبيوتر إلى آلاف من هذه الأجهزة. كانت أجهزة الكمبيوتر الأنبوبية مثل EDVAC تتعطل كل ثماني ساعات في المتوسط.

في النهاية ، أصبحت وحدات المعالجة المركزية (CPU) القائمة على الأنبوب لا غنى عنها لأن مزايا وجود سرعة ملحوظة تفوق مشكلة الموثوقية.

تعمل وحدات المعالجة المركزية المتزامنة المبكرة هذه بسرعة منخفضة على مدار الساعة مقارنة بالتصاميم الإلكترونية الدقيقة الحالية ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى السرعة البطيئة لعناصر التحويل المستخدمة في تصنيعها.

الترانزستورات

خلال الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، لم يعد من الضروري بناء وحدات المعالجة المركزية على أساس تبديل الأجهزة الكبيرة والفاشلة والهشة ، مثل المرحلات والأنابيب المفرغة.

نظرًا لأن التقنيات المختلفة جعلت من الممكن صنع أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا وأكثر موثوقية ، فقد زاد أيضًا التعقيد في تصميم وحدة المعالجة المركزية. تم تحقيق أول تحسن من نوعه مع ظهور الترانزستور.

مع هذا التقدم ، كان من الممكن جعل وحدات المعالجة المركزية ذات تعقيد أكبر والتي فشلت أقل بكثير في واحد أو أكثر من لوحات الدوائر. قدمت أجهزة الكمبيوتر التي كانت تعتمد على الترانزستورات عددًا من التحسينات على تلك السابقة.

بالإضافة إلى توفير استهلاك أقل للطاقة وكونها أكثر موثوقية ، فإن الترانزستورات جعلت من الممكن للمعالجات أن تعمل بشكل أسرع ، وذلك بفضل وقت التحويل المنخفض الذي يقارن الترانزستور بالأنبوب المفرغ.

دوائر متكاملة

اخترع Bell Labs ترانزستور MOS في عام 1959. وله قابلية عالية للتوسع ، بالإضافة إلى أنه يستخدم قدرًا أقل من الكهرباء وكونه مكثفًا بدرجة أكبر بكثير من ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب. هذا جعل من الممكن بناء دوائر متكاملة عالية الكثافة.

وهكذا تم تطوير طريقة لتصنيع العديد من الترانزستورات المترابطة في منطقة مدمجة. سمحت الدائرة المتكاملة بتصنيع عدد كبير من الترانزستورات في قالب واحد أو "رقاقة" تعتمد على أشباه الموصلات.

بدأ التوحيد القياسي في مرحلة الحواسيب الكبيرة الترانزستور والحواسيب الصغيرة وتسارع بشكل كبير مع الانتشار الواسع للدائرة المتكاملة ، مما سمح بتصميم وتصنيع وحدات المعالجة المركزية المعقدة بشكل متزايد.

مع تقدم التكنولوجيا الإلكترونية الدقيقة ، يمكن وضع المزيد من الترانزستورات في دوائر متكاملة ، وبالتالي تقليل عدد الدوائر المتكاملة المطلوبة لإكمال وحدة المعالجة المركزية.

زادت الدوائر المتكاملة من عدد الترانزستورات إلى مئات ثم إلى آلاف. بحلول عام 1968 ، تم تقليل عدد الدوائر المتكاملة اللازمة لبناء وحدة معالجة مركزية كاملة إلى 24 ، تحتوي كل منها على حوالي 1000 ترانزستور MOS.

معالج دقيق

قبل ظهور المعالجات الدقيقة اليوم ، استخدمت أجهزة الكمبيوتر عدة دوائر متكاملة أصغر بشكل متزايد كانت مبعثرة في جميع أنحاء لوحة الدائرة.

تم تطوير وحدة المعالجة المركزية كما هي معروفة اليوم لأول مرة في عام 1971 من قبل شركة إنتل لتعمل في إطار أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

كان هذا المعالج الدقيق الأول هو المعالج 4 بت المسمى Intel 4004. وقد تم استبداله لاحقًا بتصميمات أحدث ذات معماريات 8 بت و 16 بت و 32 بت و 64 بت.

المعالج الدقيق عبارة عن شريحة دائرة متكاملة مصنوعة من مادة السيليكون أشباه الموصلات ، مع وجود ملايين المكونات الكهربائية في مساحتها.

أصبح في النهاية المعالج المركزي لأجهزة الكمبيوتر من الجيل الرابع في الثمانينيات والعقود اللاحقة.

تظهر المعالجات الدقيقة الحديثة في الأجهزة الإلكترونية التي تتراوح من السيارات إلى الهواتف المحمولة وحتى الألعاب.

أنواع

في السابق ، كانت معالجات الكمبيوتر تستخدم الأرقام لتعريفها ، مما يساعد على تحديد أسرع المعالجات. على سبيل المثال ، كان المعالج Intel 80386 (386) أسرع من المعالج 80286 (286).

بعد دخول معالج Intel Pentium إلى السوق ، والذي كان من المنطقي أن يطلق عليه 80586 ، بدأت المعالجات الأخرى تحمل أسماء مثل Celeron و Athlon.

حاليًا ، بصرف النظر عن أسماء المعالجات المختلفة ، هناك سعات وسرعات وبنيات مختلفة (32 بت و 64 بت).

أجهزة معالجة متعددة النواة

على الرغم من القيود المتزايدة في حجم الرقائق ، تستمر الرغبة في إنتاج المزيد من الطاقة من المعالجات الجديدة في تحفيز الشركات المصنعة.

كان أحد هذه الابتكارات هو إدخال المعالج متعدد النواة ، وهو شريحة معالج دقيق واحد قادر على الحصول على معالج متعدد النواة. في عام 2005 ، أصدرت Intel و AMD رقاقات نماذج أولية بتصميمات متعددة النواة.

كان Intel's Pentium D معالجًا ثنائي النواة تم مقارنته بمعالج AMD Athlon X2 المزدوج ، وهو شريحة مخصصة للخوادم المتطورة.

ومع ذلك ، كانت هذه فقط بداية الاتجاهات الثورية في رقائق المعالجات الدقيقة. في السنوات التالية ، تطورت المعالجات متعددة النواة من رقائق ثنائية النواة ، مثل Intel Core 2 Duo ، إلى رقائق ذات عشرة نوى ، مثل Intel Xion E7-2850.

بشكل عام ، تقدم المعالجات متعددة النواة أكثر من أساسيات المعالج أحادي النواة وهي قادرة على تعدد المهام والمعالجات المتعددة ، حتى ضمن التطبيقات الفردية.

أجهزة المعالجة المحمولة

في حين أن المعالجات الدقيقة التقليدية في كل من أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر العملاقة قد خضعت لتطور هائل ، فإن صناعة الحوسبة المتنقلة تتوسع بسرعة وتواجه تحدياتها الخاصة.

يقوم مصنعو المعالجات الدقيقة بدمج جميع أنواع الميزات لتحسين التجربة الفردية.

تظل المفاضلة بين الحصول على سرعة أعلى وإدارة الحرارة مشكلة ، ناهيك عن التأثير على البطاريات المحمولة لهذه المعالجات الأسرع.

وحدة معالجة الرسومات (GPU)

ينتج معالج الرسومات أيضًا حسابات رياضية ، هذه المرة فقط ، مع تفضيل الصور ومقاطع الفيديو وأنواع الرسومات الأخرى.

تمت معالجة هذه المهام سابقًا بواسطة المعالج الدقيق ، ولكن مع انتشار تطبيقات CAD كثيفة الرسومات ، نشأت الحاجة إلى أجهزة معالجة مخصصة قادرة على التعامل مع مثل هذه المهام دون التأثير على الأداء العام للكمبيوتر.

تأتي وحدة معالجة الرسومات النموذجية في ثلاثة أشكال مختلفة. عادة ما يتم توصيله بشكل منفصل باللوحة الأم. تم دمجها مع وحدة المعالجة المركزية أو أنها تأتي كشريحة إضافية منفصلة على اللوحة الأم. تتوفر وحدة معالجة الرسومات (GPU) لسطح المكتب والكمبيوتر المحمول وكذلك لأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

تعد Intel و Nvidia من شرائح الرسومات الرائدة في السوق ، مع كون الأخير هو الخيار المفضل لمعالجة الرسومات الرئيسية.

أمثلة

- وحدة المعالجة المركزية (CPU)

أهم جهاز معالجة في نظام الحاسب الآلي. ويسمى أيضًا المعالج الدقيق.

هي شريحة داخلية للكمبيوتر تقوم بمعالجة جميع العمليات التي يستقبلها من الأجهزة والتطبيقات التي تعمل على الكمبيوتر.

انتل 8080

تم طرحه في عام 1974 ، وكان يحتوي على بنية 8 بت ، و 6000 ترانزستور ، وسرعة 2 ميجاهرتز ، والوصول إلى 64 كيلو بايت من الذاكرة ، و 10 أضعاف أداء 8008.

إنتل 8086

تم تقديمه في عام 1978. استخدم بنية 16 بت. كان لديها 29000 ترانزستور ، تعمل بسرعات تتراوح بين 5MHz إلى 10MHz. يمكنه الوصول إلى 1 ميغا بايت من الذاكرة.

انتل 80286

تم إطلاقه في عام 1982. كان يحتوي على 134000 ترانزستور ، يعمل بسرعات ساعة من 4 ميجا هرتز إلى 12 ميجا هرتز. أول معالج متوافق مع المعالجات السابقة.

بنتيوم

قدمتها إنتل عام 1993. يمكن استخدامها بسرعات من 60 ميجا هرتز إلى 300 ميجا هرتز. عندما تم إصداره ، كان يحتوي على ما يقرب من مليوني ترانزستور أكثر من معالج 80486DX ، مع ناقل بيانات 64 بت.

ثنائي النواة

تم تطوير أول معالج ثنائي النواة من Intel لأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وتم طرحه في عام 2006. كما كان أول معالج Intel يستخدم في أجهزة كمبيوتر Apple.

انتل كور i7

إنها سلسلة من وحدات المعالجة المركزية التي تغطي 8 أجيال من رقائق إنتل. يحتوي على 4 أو 6 نوى ، مع سرعات تتراوح بين 2.6 و 3.7 جيجاهرتز ، تم طرحه في عام 2008.

- اللوحة الأم

اللوحة الأم المعينة أيضا. إنها أكبر لوحة داخل الكمبيوتر. يضم وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والحافلات وجميع العناصر الأخرى.

يخصص الطاقة ويوفر شكلاً من أشكال الاتصال لجميع عناصر الأجهزة للتواصل مع بعضها البعض.

- تشيب

مجموعة الدوائر المتكاملة التي تعمل معًا وتحافظ على نظام الكمبيوتر بالكامل وتتحكم فيه. وبالتالي فإنه يدير تدفق البيانات في جميع أنحاء النظام.

- ساعة حائط

يتم استخدامه لمواكبة جميع حسابات الكمبيوتر. إنه يعزز أن جميع الدوائر داخل الكمبيوتر يمكن أن تعمل معًا في وقت واحد.

- فتحة التوسعة

يوجد مقبس على اللوحة الأم. يتم استخدامه لتوصيل بطاقة توسيع ، وبالتالي توفير وظائف تكميلية لجهاز الكمبيوتر ، مثل الفيديو والصوت والتخزين وما إلى ذلك.

- مركبة البيانات

مجموعة من الكابلات التي تستخدمها وحدة المعالجة المركزية لنقل المعلومات بين جميع عناصر نظام الكمبيوتر.

- عنوان الحافلة

مجموعة من الكابلات الموصلة التي تحمل العناوين فقط تتدفق المعلومات من المعالج الدقيق إلى الذاكرة أو إلى أجهزة الإدخال / الإخراج.

- التحكم في الحافلة

يحمل الإشارات التي تبلغ عن حالة الأجهزة المختلفة. عادةً ما يكون لحافلة التحكم عنوان واحد فقط.

- بطاقة مصورات

بطاقة التوسع التي تدخل اللوحة الأم لجهاز الكمبيوتر. يتعامل مع معالجة الصور والفيديو. يتم استخدامه لإنشاء صورة على الشاشة.

- وحدة معالجة الرسومات (GPU)

دائرة إلكترونية مخصصة لإدارة الذاكرة لتسريع إنشاء الصور المعدة للبث على جهاز العرض.

يشبه الاختلاف بين وحدة معالجة الرسومات وبطاقة الرسومات الاختلاف بين وحدة المعالجة المركزية واللوحة الأم.

- بطاقة واجهة الشبكة (NIC)

بطاقة التوسعة التي تستخدم للاتصال بأي شبكة ، أو حتى الإنترنت ، باستخدام كبل بموصل RJ-45.

يمكن لهذه البطاقات الاتصال ببعضها البعض من خلال مفتاح الشبكة ، أو إذا كانت متصلة بشكل مباشر.

- بطاقة لاسلكية

تحتوي جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تقريبًا على واجهة للاتصال بشبكة لاسلكية (Wi-Fi) مدمجة في اللوحة الأم.

- كارت الصوت

بطاقة التوسيع تستخدم لإعادة إنتاج أي نوع من الصوت على جهاز الكمبيوتر ، والذي يمكن سماعه من خلال مكبرات الصوت.

مدرج في الكمبيوتر ، إما في فتحة توسعة أو مدمجة في اللوحة الأم.

- وحدة تحكم في التخزين كبير السعة

إنه يتعامل مع تخزين واسترجاع البيانات المخزنة بشكل دائم على القرص الصلب أو جهاز مشابه. لديها وحدة المعالجة المركزية المتخصصة الخاصة بها لأداء هذه العمليات.

المراجع

1. أمل الكمبيوتر (2018). جهاز المعالجة. مأخوذة من: computerhope.com.
2. Am7s (2019). ما هي أجهزة معالجة الكمبيوتر؟ مأخوذة من: am7s.com.
3. سليمان (2018). أنواع أجهزة الكمبيوتر - أجهزة المعالجة. Zig Link IT. مأخوذة من: ziglinkit.com.
4. الصفحات المحورية (2019). أجهزة معالجة البيانات. مأخوذة من: hubpages.com.
5. ويكيبيديا ، الموسوعة المجانية (2019). وحدة معالجة مركزية. مأخوذة من: en.wikipedia.org.
6. أمل الكمبيوتر (2019). وحدة المعالجة المركزية. مأخوذة من: computerhope.com.
7. مارغريت روس (2019) ، معالج (CPU). تك تارجيت. مأخوذة من: whatis.techtarget.com.