مفهوم – السي بي يو CPU أو وحدة المعالجة المركزية بالتأكيد سمعت عنها من قبل طالما تستخدم كمبيوتر أو حتى هاتف ذكي، هناك العديد من التفاصيل والأمور الهامة عن الـ CPU سنتعرف عليها خلال هذه المقالة.

الـ CPU يعد العنصر الرئيسي الذي يجب مراعاته أثناء شراء كمبيوتر أو هاتف، نظرًا لأهميته الكبيرة في تحديد العديد من الأمور أهمها الأداء.

الـ CPU هو اختصار لكلمة Central Processing Unit، أو باللغة العربية وحدة المعالجة المركزية، وتعد المكون الأساسي للكمبيوتر.

ولكنها ليست المكون الوحيد، إنها تمثل العقل الخاص بالحاسب الآلى سواء كان حاسب آلي مكتبي أو محمول أو جوال، كما أنه موجود في عدة أجهزة منزلية خاصة تلك التي تتعامل مع إنترنت الأشياء مثل التلفاز الذكي Smart TV.

وحدة المعالجة المركزية عبارة عن شريحة توضع في مقبس موجود على لوحة الدائرة الرئيسية (اللوحة الأم MotherBoard) داخل الحاسب الألى، الـ CPU منفصل تمامًا عن ذاكرة الوصول العشوائية أو RAM حيث يتم تخزين المعلومات مؤقتًا.

كما أنها منفصلة عن بطاقة الرسومات أو شريحة الرسوميات (Graphics Processing Unit (GPU، والتي وظيفتها هي معالجة وتشغيل جميع مقاطع الفيديو والرسومات ثلاثية الأبعاد (مثل الموجودة في الألعاب) المعروضة على شاشتك.

كيف يتم بناء الـ CPU؟
يتم بناء وحدات المعالجة المركزية CPU عن طريق وضع مليارات من وحدات الترانزستور التي لا ترى بالعين المجردة على شريحة حاسب آلي واحدة، ويطلق عليها أيضاً دائرة متكاملة.

تسمح تلك الترانزستورات بإجراء الحسابات المطلوبة لتشغيل البرامج المخزنة على ذاكرة النظام لديك، فهي عبارة عن بوابات دقيقة يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها.

والايقاف أو التشغيل يتم تحديده بناء على رقمين هما واحد وصفر، أنه في حالة أن القيمة المرسلة واحد هذا معناه تشغيل، أما إن كانت القيمة صفر فهذا معناه إيقاف.

إذا كنت تجد صعوبة في فهم الجملة السابقة لا تقلق، لأننا سوف نقوم بتوضيحها في فقرة قادمة، كما أن فهمها بشكل كامل أمر يحتاجه الأشخاص الذين سوف يتخصصون في مجال IT أو تكنولوجيا المعلومات.

أما كمستخدم عادى تحتاج فقط أن تعرف الآحاد والأصفار يتم تحويلها إلى كل ما تفعله بالجهاز، سواء كان ذلك مشاهدة مقاطع الفيديو أو كتابة بريد إلكتروني، والذى يقوم بعمل هذا التحويل هو وحدة المعالجة المركزية الموجودة في جهازك.

أحد أكثر التطورات شيوعاً في تقنية تصنيع وحدات المعالجة المركزية هو جعل تلك الترانزستورات أصغر وأصغر، وبالتالي زيادة عدها مما أدى إلى تحسين سرعة وحدة المعالجة المركزية على مدى عقود، وغالباً ما يشار إلى ذلك باسم قانون مور.

وظيفة وحدة المعالجة المركزية CPU

ببساطة تقوم وحدة المعالجة المركزية بتلقي التعليمات من برنامج أو تطبيق وتقوم بعملية حسابية، و تنقسم هذه العملية إلى ثلاث مراحل رئيسية:

الجلب
فك التشفير
التنفيذ

تقوم وحدة المعالجة المركزية بجلب التعليمات من ذاكرة الوصول العشوائي RAM، وفك تشفير التعليمات، ثم تنفيذ هذه التعليمات باستخدام الأجزاء الأخرى الموجودة في وحدة المعالجة المركزية.

يمكن أن تتضمن التعليمات المنفذة عمليات حسابية بسيطة، أو مقارنة أرقام معينة معاً، نظراً لأن كل شيء في جهاز الحاسب الألى يتم تمثيله بالأرقام، فإن هذه المهام البسيطة تعادل ما تفعله وحدة المعالجة المركزية.

هذه العمليات هي ما يسهل كل شيء من بدء تشغيل نظام التشغيل الأساسي للحاسب الآلي مثل Windows إلى مشاهدة فيديو على YouTube.

في الأنظمة الحديثة لا تقوم وحدة المعالجة المركزية بعمل كل شيء، ولكن لا يزال عليها تزويد الأجزاء الأخرى الموجودة في الحاسب الآلى (والخاصة بالمهام الأخرى) بالأرقام التي تحتاجها لتعمل.

فمثلاً تحتاج إلى إخبار بطاقة الرسومات GPU بإظهار أجساد خصومك في لعبة ما، أو تطلب من وحدة التخزين الخاصة بك Hard Drive نقل مستند إلى ذاكرة الوصول العشوائي RAM حتى يتمكن النظام من الوصول إليها بشكل أسرع.

اقرأ ايضًا:

• حلول مشاكل لوحة مفاتيح اللابتوب keyboard
• أفضل لغات البرمجة لتعلمها في 2021
• كل ماتحتاج أن تعرفه عن الإنترنت المظلم Dark web
• فضل وفوائد وأنواع الاستغفار
• دليلك لتصبح مصمم جرافيك Graphic designer محترف
• حل مشكلة شاشة هاتف أندرويد سوداء ولا تعمل

مصطلحات هامة خاصة بوحدة المعالجة المركزية CPU

في هذا القسم نوضح لك معاني بعض المصطلحات الهامة التي دائماً يتم ذكرها عندما نتحدث عن وحدات المعالجة المركزية، والتي لا غنى عن معرفتها لفهم آلية عمل وحدات المعالجة المركزية، وكما سوف نشرح لك كيف تستطيع التفريق بين اصدارتها المختلفة بناء على قوتها واسمها ومعلومات أخرى.

1. تعدد الأنوية Multicore

في البداية كانت تتكون وحدات المعالجة المركزية من نواة معالجة واحدة (يطلق عليها Core)، لكن الآن تتكون معظم وحدات المعالجة المركزية الحديثة من أكثر من نواة تسمح لها بتنفيذ تعليمات متعددة في وقت واحد، مما يؤدي إلى إضافة العديد من وحدات المعالجة المركزية بشكل فعال على شريحة واحدة.

تقريبًا جميع وحدات المعالجة المركزية التي يتم بيعها اليوم هي على الأقل ثنائية النواة، ولكن في فئة أجهزة الحاسب الآلى العليا سترى أربع وحدات معالجة مركزية (رباعية)، وحتى ستة، وثمانية لتصل إلى 16 نواة وأكثر في بعض الحالات.

2. تعدد المسارات Multithreading

تستخدم بعض المعالجات أيضًا تقنية تسمى multithreading أو تعدد الخيوط. تخيل نواة وحدة معالجة مركزية فعلية واحدة يمكنها تنفيذ سطرين من الأوامر في وقت واحد من خلال خطين، وبالتالي تظهر على أنها نواتان بالفعل في نظام التشغيل.

هذه النوى الافتراضية ليست قوية مثل النوى المادية أو الموجودة فعلاً، لكنها تشترك في نفس الموارد، كما أنها تساعد في تحسين أداء المهام المتعددة لوحدة المعالجة المركزية عند تشغيل البرامج المتوافقة مع هذه التقنية.

3. التردد (Frequency (Clock Speed

التردد (يطلق عليه أحياناً سرعة الساعة هو رقم غالباً ما يتم التركيز عليه عندما نتحدث عن قوة وحدة المعالجة المركزية ويقاس بالجيجا هيرتز، ويتم اختصارها بهذا الشكل (GHz)، وتكتب بجوار سرعة المعالج في قوائم المنتجات.

ويسير التردد إلى عدد التعليمات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها في الثانية الواحدة بشكل فعال، ولكن هذه ليست الصورة الكاملة فيما يتعلق بالأداء، حيث غالباً ما تلعب سرعة الساعة دوراً عند مقارنة وحدات المعالجة المركزية من نفس عائلة المنتج أو الجيل.

عندما تتشابه أسماء واصدارات المعالجات المركزية، فإن التردد الأعلى يعنى معالجًا أسرع، لكن بالطبع هذا لا يعني أن معالج تردده 3 جيجا هرتز من عام 2010 سوف يكون بنفس سرعة معالج تردده 3 جيجا هرتز مصنع عام 2018.

هذا يرجع لأن كل جيل أو اصدار من المعالجات يكون أقوى من الجيل السابق له، لأنه يعتمد على تقنيات جديدة مضافة، وغالباً ما تكون دقة تصنيعه أصغر (والتي تقاس بالنانومتر nm)، مما يؤدى إلى مميزات ترجح الكفة للمعالج الجديد مثل؛ استهلاك طاقة أقل، ودرجات حرارة أقل، وتعامل أفضل وأسرع مع بقية مكونات الحاسب الآلى.

طريقة قراءة اسماء المعالجات وفهم رموزها

بالنسبة لوحدات المعالجة المركزية التي تصنعها شركة Intel، فكل اصدار من المعالجات يسمى بالجيل مثل الجيل الثامن أو التاسع أو العاشر وهكذا، والجيل هو الرقم بعد علامة الشرطة (-).

يمكنك تحديد جيل المعالج من خلال اسمه على سبيل المثال يعد Core i7-6820HK شريحة قديمة نسبياً من الجيل السادس، لأن رقمه يبدأ ب 6، بينما يعد Core i5-10210U شريحة أحدث من الجيل العاشر لأن رقمه يبدأ ب 10.

والجدير بالذكر أن إنتل تقوم بتقسيم معالجاتها لفئات؛ أضعفها وأقلها عدد في الأنوية هو I3، والأقوى والأكثر عدداً في الأنوية هو I9.

هناك معالجات أقل في القوة من I3 مثل Pentium و Celeron، لكنها تصدر بكميات قليلة، وغالباً ما تكون مخصصة لأجهزة معينة، ولم تعد موجهة للمستخدم العادي الذى ينوى شراء حاسب آلى مكتبي.

فيكون ترتيب فئات المعالجات من حيث القوة من الأضعف للأقوى بالشكل التالي:

Core I3
Core I5
Core I7
Core I9

هذا مثال (Core i5–10210U) لشكل الاصدار وإليك تشريح وشرح لكل جزء به.

(Core) يشير لاسم العلامة التجارية للمعالج.

(i5) هو اسم فئة وحدة المعالجة المركزية، ويشير لعدد الأنوية (وكلما كان الرقم أكبر كلما كان أفضل).

(10) هو اسم الجيل (وكلما كان الرقم أكبر كلما كان أفضل).

الأرقام التالية لرقم الجيل (210) تدل غالباً على قوة المعالج، وكلما ارتفعت كلما زادت قوته، لكن الفروقات في تردد الأنوية بين المعالجات التي تنتمى إلى نفس الجيل والفئة وغالباً ما يكون بسيطة.

فمثلا Intel® Core™ i7-6650U سرعته الأساسية 2.20GHZ بينما Intel® Core™ i7-6660U Processor سرعته 2.40 GHZ هناك اختلافات أخرى بالطبع، لكنها طفيفة.

أما بالنسبة للحرف (U)، أو أي حرف يكون في نهاية الاصدار تكون دلالته مختلفة من حرف لآخر، حرف U مثلاً يدل على أن هذا المعالج مصمم لتقديم أفضل أداء للحواسب المحمولة.

أما اذا استبدل هذا الحرف وأصبح مكانه حرف F مثلاً، فهذا معناه أن هذا المعالج لا يحتوي على وحدة معالجة رسوميات GPU، وبالتالي لكي يعمل الحاسب الآلي الخاص بك يجب شراء واحدة رسوميات منفصلة.

هناك دليل توفره شركة Intel لمعاني الحروف الموجودة في نهاية الاصدار يمكنك الاطلاع عليه من خلال هذا الرابط.

تقوم AMD بعمل شيء مشابه مع وحدات المعالجة المركزية Ryzen الخاصة بها فمثلاً: Ryzen 5 2500X عبارة عن شريحة من الجيل الثاني تعتمد على تصميمها الأساسي الجديد “Zen” بينما Ryzen 9 3950X عبارة عن وحدة معالجة مركزية من الجيل الثالث.

حيث يرمز رقم 2 الموجود في اسم المعالج الأول إلى الجيل الثاني، ويرمز رقم 3 في المعالج الثاني إلى الجيل الثالث،

بينما يرمز الحرف X إلى قابلية كسر سرعة المعالج، أو زيادة تردده عن طريق القيام بتغيير بعض الإعدادات في اللوحة الأم.

وعلى الرغم من أن تقريباً جميع المعالجات التي تصنعها شركة AMD تدعم كسر السرعة، إلا أن تلك التي تحتوى على الحرف X في اسمها تكون لديها قابلية أكبر في كسر السرعة وتحقق فروق ملحوظة في الأداء عند كسر سرعتها.

اقرأ ايضًا:

• مقارنة بين هواتف أندرويد وآيفون
• تطبيق Your Phone لتشغيل تطبيقات أندرويد على ويندوز 10
• نصائح تنظيم الوقت للمذاكرة
• ملايين المواقع الإلكترونية لن تعمل على هواتف أندرويد القديمة
• مراحل تعلم البرمجة

أنواع وحدات المعالجة المركزية CPU وأهم الشركات التي تصنعها

يحتوي جهاز الحاسب الآلي المكتبي على وحدة معالجة مركزية مخصصة تؤدي العديد من وظائف المعالجة للنظام، بينما تستخدم الحواسب المحمولة وبعض الأجهزة اللوحية نظام آخر يطلق عليه System on Chip أو النظام الموجود على شريحة واختصاراً (SoC).

ويتكون من شريحة تحتوي على وحدة المعالجة المركزية الخاصة بها جنباً إلى جنب مع المكونات الأخرى.

شركات تصنيع وحدات المعالجة المركزية الخاصة بالحاسب الآلى
كما تبين لك في فقرة اسماء المعالجات أن معظم وحدات المعالجة المركزية CPU تصنعها شركتي Intel و AMD، وهما الشركتين الأساسيين في مجال تصنيع وحدات المعالجة المركزية الخاصة بأجهزة الحاسب الآلي المكتبي ومعظم الوحدات الخاصة بالحواسيب المحمولة.

كما توفران وحدات معالجة مركزية مع شرائح رسومات، والتي يمكنها القيام بأكثر من مجرد وظائف وحدة المعالجة المركزية العادية.

ويطلق على هذه الوحدات APU من قبل شركة AMD وهو اختصار لمصطلح Accelerated Processing Unit.

بينما تطلق عليها Intel وحدة معالجة مركزية هجينه أو Hybrid Processors.

إلا أن المعالجات الرسومية المدمجة مع وحدات المعالجة المركزية غالباً ما تكون متواضعة القوة، مخصصة لمهام بسيطة مثل مشاهدة الأفلام، ولا يمكن الاعتماد عليها بشكل أساسي كبديل لوحدة معالجة الرسوميات المنفصلة GPU.

شركات تصنيع وحدات المعالجة المركزية الخاصة CPU بالهواتف

عدد الشركات التي تصنع وحدات المعالجة المركزية للهواتف الذكية والجوال أكبر من عدد مثيلاتها في عالم الحاسب الألى، لكن نستطيع أن نختصرها في القائمة التالية، والتي تحتوى على أهم عمالقه هذا المجال:

Apple: وتقوم بتصنيع شرائح تسمى Bionic.
Qualcomm: وتسمى شرائحها Snapdragon.
MediaTek: وتقوم بتصنيع شرائح باسم Helio.
HiSilicon: وتصنع شرائح اسمها Kirin.
Samsung: وتطلق على شرائحها اسم Exynos.

تختلف آلية عمل وحدات المعالجة المركزية الخاصة بالهواتف الذكية بعض الشيء عن تلك الموجودة في الحاسب الآلى.

فمثلاً تقوم معظم الشركات السابقة بتصنيع وحدة المعالجة المركزية بشكل يحتوى على عدة أنوية مصممة للعمليات التي تتطلب قوة معالجه بسيطة، ومجموعة أخرى مصممة للمهام التي تحتاج قوة معالجة أكبر.

هناك فروق أخرى بالطبع لكنها تتناسب مع وظيفة كل وحدة، فالمعروف أن وحدة المعالجة المركزية الخاصة بالهواتف لا تتعرض لعمليات تتطلب سرعة معالج ضخمة مثل تحرير مقاطع الفيديو و تصميم رسومات ثلاثية الابعاد.

لذلك ميزات مثل تعدد الأنوية والسرعة العالية التي قد تصل إلى 5ghz في وحدات المعالجة المركزية لا يحتاجها المعالج الخاص بالهاتف، لأنه نادراً ما يتعرض لهذه المهام، وأن تعرض لها لن تتطلب قوة المعالجة التي تحتاجها مثيلاتها الموجودة على أجهزة الحاسب الآلي.