السلام عليكم ورحمة الله و بركاتهحديثنا اليوم عن المعالجات و أنواعها و استخداماتها
لنتحدث عن ماهية المعالج من الناحية الوظيفية:
المعالج : هو اداة تستطيع تنفيذ مجموعة معينة ومحددة من التعليمات على مجموعة من البيانات وطبعا يجب أن يمتلك المعالج القدرة على قراءة و كتابة هذه البيانات و أن يستطيع المعالج التعامل مع الأجهزة المحيطية بطريقة ما
أما التعليمات : فهي أوامر محددة ينفذها المعالج على مختلف أنواع البيانات من العمليات الحسابية "جمع طرح ضرب قسمة" أو العمليات المنطقية "AND OR NOT" وعمليات الإزاحة shift بالإضافة للعمليات الخاصة بالقراءة و الكتابة من الذاكرة و من المداخل و المخارج "كلوحة المفاتيح على سبيل المثال"
أنواع البيانات التي يتعامل معها المعالج نوعين فقط وهما الأعداد الصحيحة و أعداد الفاصلة العائمة "سميت بذلك لأن الفاصلة في هذه الأعداد يمكن أن يتغير موقعها لتعطي إمكانية توصيف عدد كبير من القيم الصغيرة جدا و الكبيرة جدا" ومن خلال هذه القيم يمكن أن نمثل مختلف أنواع المعطيات من المحارف "الأحرف و الرموز و الأرقام" و الصور و الصوت و الفيديو أي أن أي نوع من المعطيات التي يعالجها المعالج تكون موصوفة في منظمومة المعالجة "الحاسب هو احد اشكال منظمات المعالجة"
والمقصود بكلمة موصوفة أي أنها تخزن أو تشفر باستخدام احدى هذين النوعين فعلى سبيل المثال جميع الأحرف التي يتعامل معها الحاسب يعتبرها أعداد صحيحة و يوجد لكل حرف رقم خاص به "يمكن الحصول على الرقم المخصص لأي حرف من جدول الASCII"
هناك نقطة مهمة يجب الوقوف عندها ألا وهي أن هناك بعض المعالجات لا تستطيع أن تتعامل مع أعداد الفاصلة العائمة بشكل مباشر أي أن هذه المعالجات ولكن يمكن محاكاة برمجية لأعداد الفاصلة العائمة "تطبيق الحسابات الخاصة بالفاصلة العائمة باستخدام حسابات الأعداد الصحيحة" ولكن طبعا هذه الطرق ابطئ من بكثير من الطريقة المباشرة.
الأن سنقوم بتقسيم المعالجات إلى عدد من المجموعات بطرق تصنيف مختلفة :
أولا حسب نوع البيانات التي يستطيع المعالج التعامل معها :
1-معالجات الأعداد الصحيحة : وهذه المعالجات كما هو واضح من اسمها تستطيع التعامل مع الأعداد الصحيحة فقط و غالبا ما نجدها في المتحكمات Microcontrollers أو المعالجات القديمة كالIntel 8086
2-معالجات الفاصلة العائمة : ونادرا ما نشاهدها حاليا وقد كانت منتشرة في أوائل التسعينات باسم Co-Prossecers و كانت تضاف إلى النوع السابق من المعالجات و هناك بعض أنواع معالجات الإشارة الرقمية DSP التي تعتمد عليها
3-المعالجات المختلطة: وهذه المعالجات تستطيع التعامل مع النوعين و جميع معالجات الحاسب الحالية تندرج تحت هذا النوع
ثانيا حسب الوظيفية:
1-معالجات الأغراض العامة: وهذه المعالجات لا تكون مخصصة لتوجه معين بل يمكن أن تستخدم في جميع المجالات ولكنها بحاجة إلى تأمين الطرفيات المناسبة لها لتساعدها في اداء مهامها و غالبا ما يكون هذا النوع من المعالجات هو النواة التي تبنى عليها بقية الأنواع
2-المتحكمات Microcontroller : و يستخدم هذا النوع من المعالجات في أغراض التحكم ويمكن أن نجده في أفران المايكروايف و الغسالات و في معظم الأجهزة الالكترونية الحديثة و تتكون من معالج للأغراض العامة بالإضافة إلى طرفيات الإدخال و الإخراج و أدوات الInterface كالADC و الDAC و وسائل التخاطب كبروتوكولات الاتصالات مجتمعة على شريحة واحدة و أيضا تحوي الشريحة على ذواكر flash لحفظ البرنامج الخاص بعملية التحكم عليها و ذواكر SRAM كي يستطيع المعالج العمل بشكل سلس من أشهر الشركات المصنعة لهذه المتحكمات Microchip , Atmel , TI , Motorella
3-معالجات الإشارة الرقمية DSP: وهي معالجات متخصصة بتحليل الاشارات التشابهية "كالصوت" و تستخدم في أجهزة التشفير "الReciveres الخاصة بالأقمار الصناعية" و نجدها بكثرة في معدات الصوتيات كالMixers و المعدلات Equalizeres وهذه المعالجات تملك بنية خاصة بها تعتمد على حسابات الفاصلة العائمة بشكل أساسي.
4-النظام على شريحة System On Chip (SoC) : في هذا النوع من الأنظمة "حقيقة لا يمكننا ان نعتبر هذا النوع معالج فهو أقرب ما يكون إلى حاسب كامل ولكن بشكل مصغر" يتوضع المعالج بالإضافة إلى وحدات الدخل و الخرج "كمنافذ الPCI-E و المنافذ الشبكة و برتوكولات الاتصال الWireless و حتى إنها قد تحوي على منافذ Sata" و معالج رسومي على شريحة واحدة و كل مانحتاج إليه للحصول على نظام حاسب من هذه الشريحة هو وجود ذاكرة للبرنامج و ذاكرة RAM و غالبا ما تستخدم هذه الشرائح في أجهزة الSmart Phone و تتميز أننا ممكن ان نجد منتجات داخل هذه الشريحة من عدة مصنعين مختلفين كما في الTegra 2 على سبيل المثال التي تحوي على معالج رسومي من Nvidia بالإضافة إلى معالج للاستخدامات العامة من ARM.
5-معالجات ذات المهام المحددة Fixed Function : وهذا النوع من المعالجات يتخصص في القيام بنوع محدد من المهام على سبيل المثال شرائح معالجة الصوت الموجودة في الحاسب Audio Codecs تكون متخصصة في فك تشفير و تشفير الملفات الصوتية بمختلف أنواعها و هناك أيضا ال UVD "Universal vidoe Decoder" الموجود في بطاقات AMD الرسومية المسؤول عن فك تشفير عدد معين من لواحق الفيديو المعروفة و يعتبر الIntel Quick Sync من ضمن هذه الفئة.
ثالثا حسب طريقة تواجد نوى المعالج
1- مستقلة : في هذا النوع تكون أنوية المعالج موجودة على الشريحة Waffer لوحدها "بغض النظر عن الأجزاء المساعدة كدارات الPLL" و غالبا ما نرى هذا النوع في معالجات الأغراض العامة "كمعالجات الحاسب"
2-مختلطة: حيث تحوي شريحة الWaffer الخاصة بالمعالج على عدد من وحدات الinterface كما في الSoc و الMicrocontrollers.
مفهوم الIP-Core:في الحقيقة هذا المفهوم يكثر ذكره في مجال تصميم المعالجات و نستطيع تلخيصه بالطريقة التالية:
هو حق شركة ما استخدام تصميم شركة أخرى دون التعديل عليه أو الاطلاع على تكوينه الداخلي فعلى سبيل المثال عندما قامت TI بشراء تصميم نواة معالج ARM A15 لل OMAP5430 فما حصلت عليه هو الحق باستخدام المعالج فقط بكامل ميزاته و خصائصه ولكنها تراه كما نرى نحن معالجات Intel أو AMD "عبارة عن مجموعة من التعليمات و المسجلات"
الشرائح القابلة للبرمجة FPGA/CPLD: هذه الشرائح عبارة عن مجموعة من البوابات المنطقية التي يمكن أن نحدد طريقة ترابطها مع بعضها البعض لتشكيل ما نريده من الدارات المنطقية فمن الممكن تمثيل على سبيل المثال بوابات AND بعدد كبير من المداخل او تصميم معالج بالكامل وحتى يمكن تطبيق فكرة الIP-Core هنا فمن الممكن ان يشتري المصمم على سبيل المثال الIP-Core الخاص بمنفذ الPCI و يضيفه بشكل مباشر إلى تصميمه و غالبا ما تكون هذه الشرائح قابلة لإعادة البرمجة و تتم برمجتها بلغات تدعى Hardware Discription Languge HDL كال VHDL أو VerLog و غالبا ما تستخدمها الشركات في تصميم ما يسمى النسخ الاولية Prototype لمنتجاتها فقبل أن ترسل المعالج مثلا إلى مرحلة السبك تقوم برمجته و تجربته على هذه الشرائح و هناك نوع أخر مشابه لهذه الشرائح تسمى ASIC وهذه الشرائح تقدم من قبل مجموعة من الشركات فتستطيع من خلالها كمصمم أن تنتج عدد كبير من الشرائح التي ستستخدمها في منتجاتك دون الحاجة إلى أن يكون لديك أي خبرة في كيفية تحويل المخططات المنطقية "التي تمثل اساس عملية التصميم" إلى دارات ترانزستورية على الشرائح السيليكونية "و خصوصا في حال كانت الكمية المطلوبة من هذه الشرائح قليلة"
اتمنى أن يكون هذا الموضوع قد اعجبكم و أي استفسار انا جاهز
"هناك بعض المصطلحات لم أقم بترجمتها عمدا كي تقوموا ببعض البحث عنها "
المفضلات