وحدة المعالجة المركزية ودورة جلب-تنفيذ
| English | العربية |
|---|---|
| CPU/ˌsiː piː ˈjuː/ | وحدة المعالجة المركزية |
| instructions/ɪnˈstrʌkʃnz/ | التعليمات |
| ALU/ˌeɪ el ˈjuː/ | وحدة الحساب والمنطق (ALU) |
| control unit/kənˈtrəʊl ˈjuːnɪt/ | وحدة التحكم |
| registers/ˈredʒɪstəz/ | مسجلات |
| buses/ˈbʌsɪz/ | حواجز بيانات |
| cache/kæʃ/ | cache |
| embedded system/emˈbedɪd ˈsɪstəm/ | نظام مدمج |
| clock speed/klɒk spiːd/ | سرعة الساعة |
وحدة المعالجة المركزية
- تعالج CPU البيانات وتنفذ التعليمات، مكررة دورة ملايين المرات في الثانية.
- داخلها توجد ALU، ووحدة التحكم، والمسجلات، مترابطة بـ الناقلات.
- تشغيل كل برنامج عبر دورة الاستخراج والتنفيذ.
أجزاء CPU
- ALU — يقوم بالعمليات الحسابية والمقاربات المنطقية.
- وحدة التحكم (CU) — ترسل إشارات تحكم لإدارة جميع الأجزاء.
- المسجلات — مخازن صغيرة وسريعة جداً تحمل قيمة واحدة لكل منها.
- ثلاثة ناقلات تربطهم بالذاكرة: العنوان (اتجاه واحد)، البيانات (كلا الاتجاهين)، التحكم.
CPU حديث هو شريحة واحدة تحتوي على وحدة التحكم وALU والمسجلات
وحدة الحساب والمنطق (ALU) في وحدة المعالجة المركزية:
وحدة الحساب والمنطق تقوم بالرياضيات والمنطق؛ ووحدة التحكم تدير الأجزاء.
المسجلات ودورة الاستخراج-التنفيذ
- مسجلات خاصة: PC (عنوان التعليمات التالية)، MAR (العنوان للوصول)، MDR (البيانات/التعليمات المستخرجة)، CIR (التعليمات قيد التنفيذ)، ACC (نتيجة ALU).
- تتكرر الدورة ثلاث مراحل: استخراج (نسخ التعليمات إلى CPU، ثم PC + 1) → ترجمة (تحديد CU لمعناها) → تنفيذ (إجرائه).
دورة الاستخراج-الترجمة-التنفيذ التي تكررها CPU لكل تعليمات
دورة جلب التنفيذ
مرر حول الحلقة التي تكررها وحدة المعالجة المركزية مليارات المرات في الثانية — اجلب التعليمات، فك رموزها لفهم معناها، نفذها، ثم أعد كل ذلك مرة أخرى.
صل كل جزء من وحدات المعالجة المركزية بما يقوم به.
تحسب وحدة الحساب والمنطق، وتوجه وحدة التحكم، ويتتبع عداد البرنامج التعليمات التالية، وتحافظ الذاكرة المؤقتة على البيانات الساخنة قريبة.
رتب مراحل الدورة تسلسلياً.
اجلب التعليمات، فك رموزها لفهم معناها، ثم نفذها — مكرراً باستمرار.
الذاكرة المؤقتة، الأداء، الأنظمة المدمجة
- Cache هي كمية صغيرة من الذاكرة سريعة جداً قريبة من CPU، تحتفظ بالبيانات المستخدمة بكثرة — لتقليل انتظار CPU.
- يعتمد الأداء على عدد النوى، وحجم الذاكرة المؤقتة، وسرعة الساعة (الدورات في الثانية).
- نظام مدمج هو حاسوب صغير مُبنى داخل جهاز لأداء مهمة ثابتة واحدة (غسالة، ميكروويف).
Cache والذاكرة الرئيسية (RAM) تقعان قريباً من CPU لتزويده بالبيانات بسرعة
أي تغيير سيحسن أداء وحدة المعالجة المركزية؟
زيادة عدد الأنوية، وكبر حجم الذاكرة المؤقتة، وارتفاع سرعة النابض جميعها تحسن الأداء.
الذاكرة المؤقتة صغيرة وسريعة جداً وقريبة من وحدة المعالجة المركزية تحتفظ بالبيانات المستخدمة غالباً، مما يجعل وحدة المعالجة المركزية تنتظر أقل مما لو كانت تقرأ من الذاكرة الرئيسية.
زيادة حجم الذاكرة المؤقتة، وزيادة عدد الأنوية، وارتفاع سرعة النابض جميعها ترفع الأداء — حيث تساعد الذاكرة المؤقتة في تقليل وقت انتظار البيانات.
لقد فهمت الأمر
- CPU = ALU (رياضيات/منطق) + CU (إشارات تحكم) + مسجلات، مترابطة عبر ناقلات العنوان/البيانات/التحكم
- المسجلات الرئيسية: PC (التعليمات التالية)، MAR/MDR (الذاكرة)، CIR (الحالية)، ACC (النتيجة)
- الدورة: جلب ← فك تشفير ← تنفيذ
- الأداء: النواة، حجم الذاكرة المخبأة، سرعة التردد; الذاكرة المخبأة = ذاكرة سريعة قريبة من وحدة المعالجة المركزية