أنواع المعالج : تعرف على أفضل انواع المعالجات

 قد تعتبر وحدة المعالجة المركزية الحلقة الأولى في تنفيذ الحساب والمنطق , وخاصة أنها تسيطر على دوائر التحكم التي تتبع اي برنامج يعمل على جهاز الكمبيوتر.

 في هذه المقالة سوف نقدم موجز عن انواع المعالج مع ذكر أهم الفروقات التي تميز فيما بينها.

أنواع المعالج ومكوناته

على الرغم من أن وحدة المعالجة المركزية هي قلب لاي حاسوب مع اختلاف أنواع المعالج , إلا أنها تشترك بتقنية واحدة فريدة تجمعها مع مثيلاتها من المعالجات.

نضع بالحسبان عملية ALU التي تتضمن تنفيذ العمليات المنطقية والحسابية , إذ تتكون من مجموعة من السجلات. بالتالي يتم من خلالها تخزين البيانات والتعليمات المتكررة من المستخدم.

وهناك أيضًا وحده التحكم التي تقوم بعمليات جلب التعليمات مثل فك التشفير والتنفيذ والسيطرة على تدفق البيانات داخل بنية المعالج ذاته.

بالإضافة إلى ما يسمى بالسجلات وهي كمية هائلة من عمليات تخزين البيانات والتعليمات ومثال عليها سجل التحكم والحالة والاغراض الفاصلة العائمة.

مع ذلك يمكن أن تحتوي هذه السجلات في جميع أنواع المعالج على إشارات تسير في أجزاء أخرى من النظام , وهي تشخص الحالة الآنية لوحدة المعالجة .

ذاكرة Cache

ذاكرة كاش وتسمى ايضًا ذاكرة التخزين المؤقت , وهي عبارة عن مركز صغير من تدفق البيانات المؤقتة يقع داخل رقاقات المعالج. من مهامه انه يقوم بجلب البيانات من الذاكرة الرئيسية أو من ذاكرة الوصول العشوائي للحاسوب.

 على سبيل المثال فهي عملية من عمليات معالجة البيانات أو من الوصول الى الذاكرة الأكثر سرعة في أداء الحاسب.

نأخذ بالاعتبار بأن كل حاسوب مكون من قرص تخزين , و بالتالي فإن كل قرص صلب يحتوي على بيانات. لكي يتم الوصول الى هذه البيانات يستعين المعالج بالرام من اجل تقريب وصول البيانات اليه.

بعد وصول هذه البيانات الى الرام او ذاكرة الوصول العشوائي يستعين المعالج بهذه البيانات على وجه السرعة , ثم يقوم بتخزينها بثلاث أنواع من الذاكره الداخليه الموجوده به.

 تسمى الذاكرة الأولى L1 الطبقه الاولى وهي أقرب طبقة من المعالج , بينما تدل الطبقه الثانيه بالرمز L2  والطبقه الثالثه بالرمز L3.

 جميع هذه الطبقات تعمل من أجل عملية التخزين المؤقت ولكن أولوية الوصول لهذه الطبقات تختلف بين كافة أنواع المعالج . كما ان سعتها أيضًا لها دور كبير في سرعة  أداء المهام.

أنواع المعالج من حيث النواة 

إذا كنت قد سمعت في هذه الأيام عن وجود معالجات ذات أنوية متعددة , فهذا ما نقوم بشرحه في هذه المقالة أيضا.  حيث قد تأخذ بالاعتبار كل من شركة انتل و AMD  لإضفاء مزيدًا من النواة على معالجات تعتبر فخر الصناعات بحد ذاته.

على سبيل المثال فقد وصلت شركة إنتل إلى إنتاج معالجات ذات 24 نواة لعام 2023 وهي Core I9. يمكن الإشارة بقدرة أداء العمليات وفقا لــ أنواع المعالج عن طريق أعداد النواة المدمجة فيه.

ومع ذلك فإن معالج Core I5  من إنتل الجيل الثاني عشر يتكون من 6 انويه , ولكل نواة خيطين من مسار المعالجة . ليصبح قادر على استقبال 12 عملية في وقت واحد.

تتولى نواة المعالج استقبال العديد من مهام المعالجة المتزامنة , على سبيل المثال عند استخدام متصفح جوجل كروم لتشغيل برنامج أدوبي. والاستماع الى اغنية ما مخزنة على القرص الصلب فإن أداء جميع المعالجات يختلف في  تشغيل البرامج السابقه.
 

السرعة 

يتم قياس السرعة بوحدة الجيجا هيرتز او ميجا هيرتز. إذ تتميز المعالجات فيما بينها وخاصه تلك ذات الترددات المرتفعة بأداء المهام. فهي تعمل على نحو أسرع من مثيلاتها التي تمتلك ترددات أقل .

ليس هذا فحسب , بل ان المعالجات التي تحتوي على نواتين بتردد منخفض قادرة على تنفيذ مهام أكثر من معالج احادي النواة ذات تردد مرتفع.

 لذلك تعتبر سرعة المعالج هامة لكنها ليست كل ما يمكن من خلاله تقييم انواع المعالج. 
 

الخيوط المتعددة

ويشار إليها أيضا بــ خيوط المعالجة , حيث أن كل نواة مكونة من خيطين يعملان بشكل موازي.  تعتبر العمليه معقده للغايه ولكن باختصار , فإن النواة تقوم باستقبال ترددات سرعة المعالج المتفاوته من الساعة ووحدة القياس.

 على سبيل المثال فقد تم استلام سرعة مقدارها 2.7  لنواة ما في المعالج تعمل على تشغيل أداة Virtual Machine  من نظام ويندوز.  في هذه المرحلة فقد تم توزيع الأحمال على جميع نوايا المعالج بشكل مخصص.

 بينما تقوم الخيوط لكل نواه بالعمل على نفس السرعة التي تم استلامها من قبل النواة على وجه الخصوص.  بالتالي فقد  نجحت خيوط المعالجة ومزامنة العمليات الحسابية في بيئات العمل الافتراضية ولكافة أنواع المعالج التي تعمل بهذه التقنية.
 

التوافقية العامة

لو قمنا بالتدقيق في جميع تقنيات الحاسب سوف نجد بأن كل حاسوب تم تصنيفه على أنه يمثل جيل لحقبة ما.  على سبيل المثال فإن أنواع المعالج متعددة النواة ليست كما هي الحال في معالجات أحادية النواة مثل معالج سيليرون القديم أو Pentium.

 لكن هذا ليس مقياس عام على مدى توافقية اللوحات الأم , حيث أن كثير من المعالجات التي لا زالت تعمل بتقنية سيليرون يمكنها العمل على Socket LGA 1700  من لوحات الأم.

والتي في نفس الوقت قادرة على تشغيل معالجات الجيل الثاني عشر من إنتل Core  I7.

هذه فقط من اجل توضيح مسألة مفادها أن التوافقية بين أجيال أجهزة الحاسوب هي ركيزة ثابتة لمساعدة المستهلك على تطوير وتغيير بل حتى إصلاح القطع التالفة من حاسوبه.

كل ذلك يأتي من خلال الإلتزام بمعايير التوافقية بين شركات عتاد الكمبيوتر.
 

سعة النطاق

وبالانجليزيه Bandwidth , وهي تدل على مقدار السرعة القصوى التي تعمل عندما يتم التواصل بين المعالج والذاكرة الرئيسية وبقية وحدات التحكم الأخرى.

مفهوم Bandwidth لا يتعلق بأنواع المعالج فحسب.

 تقوم بهذا الدور على أكمل وجه اللوحة الأم و ذاكرة الوصول العشوائي.  ما يعني ان كلمة Bandwidth  هي اصطلاح عام على الأرجح ويقصد بها النطاق الترددي التي تسمح بها قطعه ما وعلى رأسها اللوحه الام.

 يمكن قياس سعة النطاق الخاصة بكافة أنواع المعالج عن طريق عوامل عديدة مثل السرعة وذاكرة كاش او ذاكرة التخزين المؤقت وطبقاتها الثلاث او الاربعه ببعض معالجات أخرى مثل معالجات شركة AMD.

 ما يعني أن سعة النطاق مرتبطة بأكثر من عامل في المعالج وعلى رأسها سرعة المعالج بوحدة القياس ميجا هرتز.
 

أنواع المعالج من حيث المعمارية

على الرغم من أن هنالك الكثير من أنواع المعالج في عالم الحاسوب. الا ان وحدة المعالجة المركزية ككل هي عنصر  في غاية الأهمية بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر.

 فهي تعمل على نقل الأوامر القادمة إلى مكونات أخرى في نفس العتاد وإلى الأجهزة الطرفية. بالتالي يتم الخضوع الى سرعات ترددية وفقًا لمدى قدرة كل معالج من المعالجات المتاحة .

المعالج هو اهم  قطعه الكترونيه في أجهزة الكمبيوتر وكما اعتاد الكثير من المستخدمين على أن هناك نوعين من  المعالجات.
  بل حتى ان خيارات شراء معالج محصورة بين شركتي إنتل و AMD فقط.

معالجات أحادية النواة 

وهي واحدة من أقدم أنواع المعالج المتعارف عليها , حيث أنها لا زالت متوفرة حتى الآن في الأسواق. تستخدم في غالبية أجهزة الكمبيوتر الصغيرة والمحمولة  او الاجهزه اللوحيه.

 على سبيل المثال فقد تجد الكثير من الأجهزة اللوحية لا زالت تعمل بنواة واحدة أو نواتين أو ربما نواه واحده وخيطين لسير البيانات. وسميت أحادية بسبب انها لا تستطيع تنفيذ اكثر من امر واحد في كل طلب اي انها لا تدعم تعددية المهام.

 تتميز بسعرها الرخيص  وهي مناسبة لجميع فئات  المستخدمين من حيث التكلفة. 

انواع المعالج هذه لا تزال تعمل بنظامي FIFO LIFO.  ما يعني ان هناك طوابير في أنظمة التشغيل تستدعي الانتظار ريثما يتم التخلص من المهام واحدة تلو الأخرى.

 لا ينصح أبداً بهذا النوع من المعالجات وخاصة لأصحاب الاستخدامات المتعددة والمعقدة. على سبيل المثال هذا المعالج غير مناسب على الإطلاق لهواة التصميم.

 يصل البعض منها الى ترددات مرتفعة وبعضها الآخر يعمل بطبقه افتراضية وهمية تقوم بأداء عملية أخرى ولكن بترددات اقل من المهام الرئيسيه.

  وأبرز مثال على هذا المعالج هو البعض من بنتيوم القديمة أو قطع سيليرون  من إنتل.

معالج ثنائي النواة

وهي واحدة من أنواع المعالج الأكثر شهرة على الإطلاق. إذ تعتبر نمطا سائدا لغالبية المستخدمين , فهي تحتوي على معالج واحد مكون من نواتين قويتين للغاية.

 على سبيل المثال تقوم كل نواة بعملية كما لو أنها معالج أحادي النواة. وبالتالي يصبح الأداء مضاعفا وخاصة مع تبديل تدفق البيانات ذهابا وايابا.

 المعالجات الثنائية قادرة على تنفيذ المزيد من سلاسل العمليات وقادره ايضا على تنفيذ المهام بشكل فعال أفضل من المعالجات الأحادية.

وهي اول فكره معالج تحتوي على خيوط متعددة في أداء المهام  وادائها متوسط مقارنة بالمعالجات الرباعية.

 لا بأس بهذا النوع من المعالجات وخاصة في أداء مهام متوسطه ولكن يعيبها  ارتفاع درجة  حرارتها وخاصة في مراحل الضغط Benchmark.

لا تزال هذه الفئة من أنواع المعالج مطروحة في الأسواق حتى أنها خضعت للكثير من التحسينات مع تعاقب الأجيال السابقة من إنتل.

 البعض من هذه المعالجات يعمل على هيئة بنتيوم  حتى هذه اللحظة.
 

رباعية النواة

تقع في منطقة المعالجات المتوسطة الى قوية الأداء من أنواع المعالج , حيث أنها اتخذت من تقنيتها نموذجا محسنا عن سابقتها من المعالجات الثنائية.

 بالتالي قد تضم أربعة مراكز من وحدات المعالجة  الأكثر دقة في أداء المهام , لكن البعض من هذه المعالجات تم تطويره بـ ثنائية النواة وخيطين لكل نواة.

 اما البعض الاخر منها فقد تم تصميمه بالفعل باربع نواة لكل نوى منها خيط لتدفق البيانات.

 تمكنت هذه المعالجات من القيام بأكثر المهام تعقيدا وعلى النحو المطلوب , حتى أن البعض منها تم  ارفاقه مع خوادم  شبكات الانترنت.

 خضعت الى العديد من التحسينات في سلسلة Supreme Commander لأداء المهام.  كما أن البعض منها صمم خصيصا ليصل إلى ترددات مرتفعة من وحدة القياس ميجا هرتز.
من أبرز الأمثلة عليها معالج Core i5 من إنتل و معالج AMD FX 4300.

معالج سداسي النواة

معالج آخر خضع لعجلة التطوير عن المعالجات السابقة , وهو بدوره يحتوي على ستة مراكز من تدفق البيانات قادرة على تنفيذ مهام متعددة للغاية.

 قد تدل التسمية على  أنه بالفعل  يقدم اداء افضل من المعالجات الرباعية والثنائية ويسمى أيضا بــ Hexa Core.

 إن أبرز الأمثلة على وجود هذا النوع من المعالجات هو نسخة انتل Core I7  والذي كان أول ظهور لها في عام 2010. 

لا باس بان هناك أنواع اخرى من معالجات إنتل Core I7  ظهرت قبل عام 2010 لكنها لم تكن من فئه Hexa Core. ما يعني أنها لم تتضمن أكثر من نوعيتين في ذلك الوقت.

لم يقف تطوير هذا النوع من المعالجات لأجهزة الحاسوب فحسب , ليشمل بذلك ايضا اجهزة الهاتف المحمول من الهواتف الذكية ذات السرعة الفائقة. 

يشكل هذا النوع اهميه كبيره من انواع المعالج بالنسبة للمطورين والمصممين ومهندسين الصوت  وبرامج الميديا.

 لذلك قد يقع هذا النوع على لائحة الأولويات لكل من يرغب بحاسوب قوي للغاية وطويل الأمد.

على الرغم من أن معالجات Hexa Core  تحظى باهتمام كبير من هواة الكمبيوتر. إلا أنها كانت لا تخلو من مشاكل مثل ارتفاع درجات الحرارة وخاصة في الاجيال الاولى من عائلة Intel Core.
 

ثمانية النواة 

عند الحديث عن هذا النوع من المعالجات فإن الامور تأخذ منحى من التعقيد. على سبيل المثال تقسم هذه المعالجات إلى مجموعة مزدوجة من معالجات اخرى بداخلها رباعيه النواه.

 بالتالي فهي قادرة على اداء اكثر من 10 مهام ثقيلة في آن واحد, مع الاخذ بالاعتبار مكانه اللوحة الأم وبطاقات الذاكرة العشوائية.

 تتكون معالجات Octa-Core من ثمانية مراكز مستقلة لتنفيذ العمليات. بالتالي فهي قادرة على العمل بسرعة أكبر من كافة المعالجات السابقة من أنواع المعالج.

 يعيب هذا النوع من المعالجات الحاجة الى طاقة كبيرة من Power Supply.  حيث انها لن تعمل كما هو الحال بدون مزود طاقة لا يقل عن 600 وات.

عند العمل مع هذا النوع من  أنواع المعالج سوف تصادف المستخدم ما يسمى عنق الزجاجة. وهي بدورها الحاجة إلى توليف وضبط موارد الحاسوب لــ تقديم أداء مثالي.
 

معالج ذي 10 أنوية

 نم وهو نوع من المعالجات الأكثر فخرا من الشركات المصنعة. حيث انه يتكون من نواتين كبيرتين تحتوي كل نوى منهم على أربع نواة ولكل نواة منهن اربع انويه أخرى.

 هذه المعالجات صممت خصيصا للخوادم وأجهزة الحاسوب المعقدة والسريعه. فهي اكثر كفاءه من كافة المعالجات الاخرى بل حتى ان البعض من الخوادم يتضمن معالجين مدمجين من عائلة Deca Core على اللوحة الأم الخاصة به.

ما يثير الدهشة بالنسبة لهذا النوع من أنواع المعالج هو تضمينها في بعض الهواتف الذكية وبأسعار معقولة للغاية.

 وهي معالجات المستقبل التي تقوى على تنفيذ كافة التحديثات على انظمة التشغيل دون تأثر أداء بقية العتاد والمهام الإضافية القادمة اليه.