ما هي وحدة المعالجة المركزية CPU؟
وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي عقل نظام الكمبيوتر - إنها في الأساس ما يوجه الكمبيوتر فيما يجب القيام به وكيفية القيام به. تتكون وحدة المعالجة المركزية من دوائر كهربائية، التي تتكون من ثلاثة مكونات رئيسية: وحدة التحكم، وحدة الحساب والمنطق (ALU)، ومجموعة السجلات. تقوم وحدة التحكم بجلب التعليمات من الذاكرة، وفك تشفيرها، وتحديد عنوان البيانات المخزنة في الذاكرة (إذا لزم الأمر)، ثم تمرر معلومات البيانات والتعليمات إلى ALU للمعالجة. تقوم ALU بإجراء الحسابات أو المنطق المطلوب من كل تعليمات، وتخزن النتائج المؤقتة في السجلات إذا لزم الأمر، ثم ترسل النتيجة إلى الذاكرة حيث يمكن الوصول إليها من قبل برامج أخرى أو كتابتها على القرص. تستخدم السجلات للاحتفاظ بالبيانات قصيرة المدى أثناء معالجتها بواسطة وحدة المعالجة المركزية.
كيف يعمل المعالج (CPU)؟
تعمل وحدة المعالجة المركزية عن طريق تنفيذ التعليمات التي تم قراءتها من الذاكرة - هذه التعليمات تخبر وحدة المعالجة المركزية بالعمليات التي يجب تنفيذها على عناصر البيانات المحددة التي تم تخزينها في الذاكرة أو السجلات. عندما يتم استرجاع التعليمات من الذاكرة، يتم إرسالها عبر وحدة التحكم حيث يتم فك تشفيرها، ويتم تحديد أي عناوين/عناصر بيانات ضرورية؛ ثم يتم تمرير هذه المعلومات إلى وحدة الحساب المنطقي حيث يتم تنفيذ العمليات وفقًا لما تم تحديده في التعليمات. بعد اكتمال العمليات، يتم تخزين أي قيم ناتجة مرة أخرى في الذاكرة إذا لزم الأمر قبل استرجاع تعليمات أخرى وتكرار هذه العملية حتى يتم تنفيذ جميع التعليمات في البرنامج.
ما هي النوى cores؟
النواة هي واحدة من وحدات التنفيذ داخل معالج متعدد النوى. كل نواة لديها ذاكرة مؤقتة خاصة بها، مما يسمح لها بتنفيذ المهام بشكل مستقل دون الحاجة للوصول إلى الذاكرة الرئيسية بشكل متكرر؛ ومع ذلك، يمكن أن تشترك النوى المتعددة في الموارد مثل ذاكرة التخزين المؤقت L2. تسمح النوى المتعددة بزيادة التوازي عند تنفيذ التعليمات، مما يعني أنه يمكن تنفيذ المزيد من التعليمات في وقت واحد وبالتالي يمكن إنجاز المزيد من العمل في وقت أقل مقارنةً بمعالج أحادي النواة. وهذا يجعل المعالجات متعددة النوى مثالية للمهام الحاسوبية المكثفة مثل تحرير الفيديو أو إنشاء الرسوم ثلاثية الأبعاد.
ما هي الخيوط threads؟
التخيات هي تسلسلات من التنفيذ يمكن أن تنفذ بالتزامن داخل عملية واحدة أو تطبيق واحد على نواة معالجة واحدة. تتيح التخيات للتطبيقات / البرامج أن تبدو كما لو كانت تعمل بشكل أسرع مما هي عليه حقًا لأنها قادرة على استخدام نوى متعددة في وقت واحد - مع تشغيل تخيات متعددة في وقت واحد على نوى مختلفة، يمكن إنجاز المزيد من العمل دون الانتظار لإنهاء أي تخية واحدة قبل أن تبدأ تخية أخرى في التنفيذ مرة أخرى على نواة أخرى. هذا يجعل التطبيقات متعددة التخيات أكثر كفاءة بكثير من نظيراتها ذات التخية الواحدة حيث لا حاجة لتبديل السياق بين التخيات عند تشغيل عمليات متعددة في وقت واحد على نوى منفصلة بدلاً من نواة واحدة فقط مع الكثير من التخيات بانتظار المعالجة بعد بعضها البعض بالتتابع كما يمكنك أن تجد في تطبيق أحادي التخية.
ما هو الهايبر ثريدينغ؟
تقنية هايبر-ثيردينغ (HT) هي تقنية حصرية من إنتل تمكّن من وجود معالجات منطقية متعددة داخل كل نواة معالج فعلية، مما يسمح بشكل أساسي بتدفقين متزامنين من التعليمات لكل نواة فعلية (يظهر هذا كأربعة "معالجات افتراضية" بدلاً من اثنين). إن إدخال HT في وحدات المعالجة المركزية قد سمح لوحدات المعالجة المركزية من إنتل بأداء multitasking أفضل بسبب زيادة قدراتها على المعالجة لكل دورة ساعة - مما يسمح لها بالتعامل مع أعباء العمل الكبيرة بشكل أسرع من الأجيال السابقة التي كانت محدودة فقط بسرعات الساعة (التي كانت تزيد في النطاق بشكل محدود فقط). بالإضافة إلى ذلك، يساعد HT أيضًا في زيادة الإنتاجية في بعض الحالات بالإضافة إلى تحقيق مكاسب في IPC بفضل كفاءة جدولة أفضل عند التعامل مع عدد أكبر من الغرز مقارنةً مع عدم تشغيل HT في تلك السيناريوهات نفسها.
ما هو ريسك RISC مقابل سيك معماري؟
RISC هو اختصار لـ جهاز الكمبيوتر ذو مجموعة التعليمات المخفضة - وعادة ما يشير ذلك إلى البنى التي تستخدم عددًا أقل بكثير من أنواع التعليمات المعقدة مقارنةً ببنى CISC (جهاز الكمبيوتر ذو مجموعة التعليمات المعقدة). عادةً ما تتكون بنى CISC من مجموعة تعليمات متنوعة للغاية تتراوح من العمليات الحسابية البسيطة إلى العمليات المعقدة التي تتضمن عدة خطوات مثل معالجة النصوص وما إلى ذلك، بينما يميل RISC نحو التعليمات البسيطة ولكن الأسرع (التي تشغل مساحة أقل لكل شريحة بسبب انخفاض التعقيد) وبالتالي تميل إلى خصائص أداء أعلى عند وجود سرعات ساعة مماثلة عبر كلا الهيكلين.
ما هي خطوط الأنابيب؟
تشير خطوط الأنابيب في وحدات المعالجة المركزية (CPUs) بشكل خاص إلى المعمارية التي تقوم بتقسيم المراحل المختلفة المشاركة في تنفيذ التعليمات إلى أجزاء متميزة، بحيث تصبح نتائج المراحل السابقة متاحة بسرعة أكبر في المراحل اللاحقة، مما يسمح بعمليات تحسين إضافية مثل الإرسال والتنفيذ غير المتسلسل - مما يسمح لبعض الأجزاء بالعمل بشكل أسرع أو أبطأ اعتمادًا على متطلباتها الفردية بدلاً من انتظار كل مرحلة الأخرى، مما يؤدي إلى تحسينات كبيرة في الأداء مقارنةً بالتصميمات غير المتسلسلة، وبالتالي جعل المعالجات الحديثة عالية السرعة ومتعددة الخيوط ممكنة.
ما هي الذاكرات المخبئية cache؟
الذاكرات المؤقتة هي كتل صغيرة من ذاكرة الوصول العشوائي السريعة نسبيًا تقع بالقرب من وحدة المعالجة المركزية، وتؤدي وظيفتين: أولاً، تخفيف الضغط عن القراءة والكتابة في الذاكرة الرئيسية، حيث تعمل الذاكرات المؤقتة بتأخير أقل، وثانيًا تسريع العمليات.
ما هو خط التخزين المؤقت؟
خط القاعدة هو أصغر كتلة بيانات يمكن نقلها من الذاكرة الرئيسية إلى ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج. يتكون خط القاعدة عادةً من 64 بايت على معالج يستخدم تعليمات بحجم 4 بايت، و128 بايت لتعليمات بحجم 8 بايت. كلما طلب المعالج البيانات من الذاكرة، فإنه يستخرج الخط بالكامل بدلاً من جزء واحد من البيانات أو التعليمات فقط؛ يساعد هذا على تقليل زمن الاستجابة من خلال ضمان وجود أي قطع مرتبطة من البيانات أيضًا في ذاكرة المعالج إذا كانت مطلوبة في العمليات المستقبلية.
ما هو المعالجة المتعددة؟
المعالجة المتعددة هي مصطلح شامل يُستخدم لوصف عمل عدة وحدات معالجة مركزية معًا، إما كجزء من نظام حاسوب واحد أو موزعة عبر أنظمة / أجهزة متعددة. في معظم الكمبيوترات / الخوادم / الشبكات الحديثة، يمكن أن تتخذ المعالجة المتعددة أشكالًا عدة بما في ذلك المعالجة المتعددة المتماثلة (SMP)، حيث تشارك وحدتان معالجة مركزية أو أكثر الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وغيرها من الموارد؛ المعالجة المتعددة غير المتماثلة (AMP)، حيث تعمل وحدة واحدة أو أكثر كقادة وتفوض المهام إلى وحدات معالجة تابعة؛ والمعالجة المتعددة بشكل مكثف (MPP)، حيث تتعاون وحدات معالجة متعددة لأداء مهام حسابية معقدة بسرعة عبر كميات ضخمة من البيانات.
ما هي بنية السوبر سكالر؟
تشير الهندسة الفائقة التفرع إلى وحدات المعالجة المركزية عالية الأداء القادرة على تنفيذ أكثر من تعليمة في نفس الوقت - وهذا يسمح لها بزيادة الأداء من خلال السماح بتنفيذ تعليمات متعددة في وقت واحد بدلاً من تنفيذها بالتتابع كما كان في الأجيال السابقة، مما يقلل من زمن الاستجابة ويزيد من الإنتاجية من خلال الاستفادة من وحدات التنفيذ غير المستخدمة عند الحاجة. من خلال القيام بذلك، تجعل الهندسات الفائقة التفرع استخدام المعالج المتاح أكثر كفاءة مما يؤدي إلى سرعات معالجة أسرع حتى مقارنة مع الأجيال السابقة ذات الترددات الأعلى.
ما هي المعالجات الدقيقة؟
وحدة المعالجة الدقيقة هي في الأساس نسخة مصغرة من معالج كامل الحجم مصممة للأجهزة الأصغر مثل الأنظمة المدمجة، وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي، والهواتف المحمولة، وما إلى ذلك، حيث تعتبر استهلاك الطاقة والحجم الفيزيائي عاملين رئيسيين. عادةً ما تستخدم وحدات المعالجة الدقيقة معماريات أبسط من نظيراتها الأكبر سعراً لتقليل التكاليف والتعقيد مع الاستمرار في تقديم أداءComparable للغرض المقصود منها.
كيف تعمل الافتراضية؟
تكنولوجيا الافتراضية تسمح بتقسيم موارد الأجهزة في نظام الكمبيوتر (مثل أنوية المعالج، الذاكرة، إلخ) إلى آلات "افتراضية" مختلفة، حيث تعمل كل منها بنظام تشغيل خاص بها بشكل مستقل عن الآلات الافتراضية الأخرى - وهذا يجعل من الممكن لمستخدمين أو تطبيقات متعددة داخل منظمة أو منزل واحد استخدام موارد جهاز مادي واحد دون التأثير على بعضهم البعض، حيث يعمل كل جهاز افتراضي بشكل منفصل تمامًا عن أي جهاز افتراضي آخر يعمل على نفس الجهاز مع مجموعة مخصصة من موارد الأجهزة المتاحة وفقًا لذلك. هذه التقنية تجعل الافتراضية مفيدة جدًا في توفير المساحة والطاقة، بينما تتيح أيضًا استخدامًا أكثر كفاءة للأجهزة الموجودة بسبب تقليل التكرار بين الآلات/الأجهزة.