كيف تعمل وحدة المعالجة المركزية بالتفصيل؟
ستقوم وحدة المعالجة الإلكترونية المركزية بتنفيذ الأوامر المطلوبة وعمليات الحساب والمنطق والتحكم وهي الجزء المسؤول عن إدخال وإخراج المعلومات ، وهي عبارة عن شريحة مربعة صغيرة بطبقة رقيقة من آلاف الترانزستورات.
تدير عملية وحدة المعالجة المركزية تحويل تعليمات x86 إلى تعليمات RISC ، ثم تقوم بجدولتها من خلال وحدات التنفيذ وترمي الإخراج من هذه الوحدات للتأكد من أنها في المكان الصحيح.
تقوم وحدة المعالجة المركزية أيضًا بتقسيم بعض الوحدات أثناء هذه العملية حيث يمكن أن تكون عملية معقدة.
تتم هذه العملية مع بعض العمليات ، ولكن ليس كلها ، والتي من المعروف أنها معطلة ، مثل: وحدة تجاهل للتعامل مع النتائج من خلال خطوط المعالجة ، ووحدة الجدولة ، ويتم ذلك من خلال بعض الخطوات.
يتم شرح خطوات عمل المعالج بالتفصيل
سنعرض ونوضح الخطوات لفهم كيفية عمل المعالج ووحدة المعالجة المركزية بالتفصيل وسنعرض خطوات المعالج بطريقة سهلة ويسهل الوصول إليها من خلال ما يلي.
1- إحضار التعليمات وتجهيزها للعملية القادمة
تأخذ وحدة المعالجة المركزية التعليمات والمعلومات من ذاكرة الوصول العشوائي إلى وحدة المعالجة المركزية ، ويتم ذلك في دائرة الطاقة الأولى.
إذا كانت العملية معقدة وتحتوي على خطأ ، تقسم وحدة المعالجة المركزية العملية إلى عدة عمليات صغيرة ويتم تلقي التعليمات وفقًا لذلك.
يتساءل البعض ، هل إجراء تسليم التعليمات منظم؟ أم أنها تزيد من ارتباكها؟ ولكن عندما يقوم المعالج بتقسيم العملية ، يتم تخزين التعليمات المتسلسلة لتنفيذ العملية في جهاز الكمبيوتر ، وهو عداد البرنامج.
بعد تحميل التعليمات وتحويلها إلى عمليات صغيرة لتسهيل العملية ، يتم تسجيل التعليمات في سجل التعليمات وترميزها بالرمز IR ، وبعد ذلك يمكن للبرنامج تنفيذ العملية بالرجوع إلى عنوان التعليمات التي تتبعها.
2- فك رموز التعليمات المنطقية وحملها
في هذه الخطوة يظهر دور وحدة المنطق الحسابي ، التي يرمز لها بالرمز ALU ، والتي بدورها تساعد المعالج في فك تشفير العمليات الحسابية المنطقية وتحويلها إلى إشارات ، والتي يتم نقلها بعد ذلك إلى وحدة المعالجة المركزية.
3- إجراء العمليات المطلوبة
إضافة إلى إجابتنا عن كيفية عمل المعالج والمعالج بالتفصيل؟ تعد هذه الخطوة من أهم خطوات تشغيل المعالج حيث يتم نقل تعليمات فك الشفرة إلى المعالج كوحدات إخراج.
يتم ذلك بعد إجراء العمليات المطلوبة والتي قد تظهر على شكل إدخال بيانات أو تخزين بيانات أو إجراء بعض العمليات الحسابية ثم يقوم المعالج بإرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية.
سوف يكمل المعالج هذه العملية في أقل من ثانية ، وسوف يتعامل مع كل هذه الخطوات بملايين المرات في الثانية.
تصميم وحدة التحكم ودور الأجزاء الفردية في خطوات عمل المعالج
الجدير بالذكر أن كل جزء من وحدة المعالج له دوره الخاص في أداء خطوات عمل المعالج وسنذكر أسماء ورموز هذه الأجزاء لتوضيح الإجابة المثالية لكيفية المعالج ووحدة المعالجة المركزية (CPU) يعمل بالتفصيل؟ ومسؤولية كل جزء منهم في خطوات العمل ، وهذه الأجزاء هي:
1- سجل عناوين الذاكرة (MAR)
هذا الجزء المسؤول هو الأساس لأداء العمليات المطلوبة ، لأنه ينقلها عبر الكمبيوتر إلى مسار البيانات لنقلها إلى الذاكرة.
2- عداد البرامج (PC)
بناءً على معرفة التعليمات التالية ، أثناء تقسيم العملية إلى أجزاء صغيرة لسهولة الفهم ، فإنها تولد العنوان التالي من التعليمات التالية حتى يتم تنفيذها.
3- سجل ذاكرة التخزين المؤقت (MBR)
هو المكان الذي يتم فيه تخزين التعليمات الحالية التي تم استلامها بعد المعالجة وتنتظر تسليمها للتنفيذ في وحدة الحساب والمنطق.
4- الموقت
الجزء المسئول عن تحديد الفترات الزمنية التي يقوم خلالها المعالج بالخطوات السابقة والتي لا تتجاوز الثانية عند تنفيذها.
مثال على خطوات المعالج في الكمبيوتر
استكمال الإجابة عن كيفية عمل المعالج ووحدة المعالجة المركزية بالتفصيل؟ سنشرح الخطوات باستخدام مثال توضيحي يساعد على فهم الخطوات بشكل أسرع.
أيضًا ، سيكون هذا المثال مبسطًا وسلسًا ، وهي عملية حياتية تقوم بها كلما استخدمت جهاز كمبيوتر ؛ عند الضغط على أي حرف أو رقم أو مفتاح رمز على لوحة المفاتيح ، تقوم لوحة المفاتيح بتحويل العملية إلى لغة الكمبيوتر.
ثم تعرض وحدة المعالجة المركزية عملية الإدخال على شاشة الكمبيوتر ، وأثناء تنفيذ هذه العملية ، تطلب وحدة المعالجة المركزية تعليمات من المعالج بخطوات مرتبة ، بدءًا من الذاكرة المخزنة فيها العملية ، إلى شكل حرف أو أي عملية قمت بإدخالها على الجهاز.
بعد إرسال العمليات إلى وحدة المعالجة المركزية ، يقوم الجهاز بتخزين النتائج في الذاكرة وفي الخطوة الأخيرة يتم إرسال المعلومات إلى شاشة الكمبيوتر ليتم عرضها حسب الحاجة.
لا تعتمد أجزاء إخراج الكمبيوتر فقط على الشاشة التي تظهر عليها المعلومات النهائية الناتجة عن المعالجة ، ولكن وحدات الإخراج هي السماعات وجهاز العرض والذي يسمى (شاشة العرض) والطابعة أيضًا مرتبطة بهم.
مكونات وحدة التنفيذ
كجزء من إجابتنا عن كيفية عمل وحدة المعالجة المركزية بالتفصيل؟ سنعرض ما تتكون منه وحدة التنفيذ ، والتي من خلالها تتم الخطوة الأخيرة من عمل المعالج.
تحتوي وحدة التنفيذ على قلب المعالج وقلب المعالج أي الجزء المسؤول عن الوحدة الحسابية والمنطقية والتي تسمى (Arithamtic And Logic Unit) باللغة الإنجليزية ويرمز لها بالرمز (ALU).
وحدة التنفيذ مسؤولة عن تنفيذ العمليات والإشارات التي يتم توجيهها إلى الجهاز عبر لوحة المفاتيح ويتم الاعتماد عليها لأداء المهام.
يمكن لـ (الاتحاد الأوروبي) أداء مهامها دون انتظار إكمال المهمة (BIU) لأنها تؤدي المهام بشكل غير متزامن وتسمى هذه الطريقة في تنفيذ العمليات (Pipeline Architecture).
أجزاء من الوحدات الحسابية والمنطقية
تحتوي الوحدة الحسابية والمنطقية على أجزاء تُستخدم لإجراء جميع العمليات الحسابية مثل الجمع والطرح والقسمة والضرب ، ويجب أن تكون العملية الحسابية منطقية.
يتم أيضًا مقارنة النتائج للحصول على النتائج الصحيحة وسيتم ذكر الأجزاء ومهامها في السطور التالية:
- وحدة الفاصلة العائمة: هذه نقطة عشرية ، وفي حالة وجودها ، يصعب على المعالج إجراء عمليات حسابية والسبب هو الحاجة إلى قدر كبير من قوة الحوسبة.
- الوحدة الصحيحة: وهي أهم وحدة في معظم البرامج حيث تحتوي على أعداد صحيحة وهي المسؤولة عن إجراء العمليات الحسابية.
- المسجلات: تختلف هذه الوحدة من كمبيوتر إلى آخر ، بعضها يحتوي على عدد من المسجلات العامة والبعض الآخر يتضمن مسجلات خاصة ، ووظيفة أجهزة التسجيل العامة هي لأي غرض ولا تقتصر على غرض معين ، على عكس الوظيفة التي يقتصر على غرض معين.
مصطلح وحدة المعالجة المركزية (CPU) هو تقنية تشير إلى مجموعة من الآلات المنطقية التي تشغل برامج كمبيوتر معقدة ومعقدة.