البروسيسور ومراحل تطوره!

البروسيسور هو العقل المدبر للحاسب، يستقبل الأوامر ويعالجها ويعطينا نتائجها على شكل معلومات نستفيد منها، ويعتبر المعالج من الناحية العتادية هو قطعة مربعة الشكل وخفيفة الوزن يخرج من أسفلها عدد من الأبر (pins) التي تسمح للمعالج بالأتصال مع مقبس المعالج على اللوحة الأم؛ وذلك لتبادل البيانات بينه وبين اللوحة الأم، ويتكون في الأصل من ملايين الترانزستورات المجموعة في شريحة صغيرة جداً والمكونة من مادة السليكون، وهذه الشريحة تثبت من قبل المصنّع للمعالج على غلاف المعالج (القطعة المربعة) أو داخلها وذلك لأيصالها بالأبر التي تكون أسفل غلاف المعالج.

وتتألف المعالجات من عدد كبير جداً من الترانزسترات، اذاً فما هو عمل هذه الترانزسترات ؟ ومما تتكون ؟ إن المعالج يقوم مبدأ عمله على التعامل مع البيانات على شكل (bits & bytes)، فالمعالج لا يفهم إلا لغة البايتات على شكل(0 &1)، أما بالنسبة للأنسان فإن البايتات قد تعني في نهاية المطاف صورة أو رسالة...وهكذا، أما بالنسبة للمعالج فهي (0 &1)، وكل بت يعتبره شحنة ويتعامل معه على أنه شحنة ينقلها ويخزنها وهكذا.

وإذا نظرنا نظرة متعمقة داخل المعالج ونظرنا لما يعمله المعالج نجد أنه إما يقوم بالعمليات الحسابية كالجمع والطرح ...إلخ، أو يقوم بالعمليات المنطقية كالمقارنة بين الأعداد ، وفي كل الأحوال على المعالج أن يتخذ -بمساعدة التعليمات- القرارات الصحيحة ويقود دفة العمل على هذا الأساس، فكيف يتخذ الحاسب القرارات؟

إن هذا هو عمل الترانزسترات، ولا تحسب أن ترنزستر واحد يستطيع أن يقوم بإتخاذ القرارت بل إن هذه الترانزسترات موزعة في شكل مجموعات داخل المعالج لتقوم كل مجموعة منها بنوعية معينة من الأعمال، فمثلاً أحد المجموعات مخصصة للمقارنة بين الأرقام و أخرى لإتخاذ القرارات في حالة معينة وهكذا، وفي كل مجموعة تختلف عدد وطريقة تجمع الترانزسترات مما يؤثر على وظيفتها، ويستطيع الحاسب بأستخدام هذه المجموعات المختلفة بشكل مدروس ومنظم أن يقوم بكل العمل الذي يطلب منه.

و كل "مجموعة" من هذه المجموعات تسمى "بوابة منطقية" وتختلف البوابات المنطقية بحسب الوظيفة التي تؤديها وعدد الترانزسترات التي تحتويها، وتصنيع المعالج ماهو إلا وضع هذه المجموعات وربطها ببعضها بالشكل المطلوب، إن "المجموعات" إذا تجمع عدد كبير منها لأداء وظيفة معينة تصبح ما نسميه IC والمعالج ما هو إلا مجموعة من الـ sIC مترابطة مع بعضها البعض بشكل معقد . وبكلمة أخرى فإن :

عدة ترانزسترات = مجموعة وظيفية (بوابة).

عدة مجموعات وظيفية أو (الآلاف منها )= "IC"

عدة "sIC" = معالج

والترانزستور بحد ذاته هو وحدة صغيره جداً تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها بمقدار يختلف بأختلاف التيار الداخل لها، أي أنها تسمح بالتحكم بشدة تيار كهربائي حسب شدة تيار كهربائي آخر، فهي كالمفتاح الكهربائي، وبإستخدام هذه الوحدة الصغيرة (الترانزستور) يمكننا تنظيمها لتكوين وحدات ذات وظيفة معينة تختلف بإختلاف ترتيب وتنسيق هذه الترانزسترات داخلها؛ وبذلك يمكننا تكوين أنواع لا نهائية من الوحدات (المجموعات أو الـ IC ) ، وكلما زاد عدد الترانزسترات التي تتكون منها الـ IC كلما كان بإمكانها تأدية وظائف أكثر تعقيداً.

وهناك فرق مهم جداً بين المعالج وبين IC العادي وهو أن المعالج قابل للبرمجة بحيث يمكنه تأدية أية وظيفة تطلب منه؛ بينما الـ IC العادي لا يمكنه ذلك بل هو مخصص لعمل معين في جهاز معين. و إن المعالج قادر على فعل ذلك لأنه يقسم أي عمل يقوم به إلى أقسام صغيرة تسمى التعليمات، ويعتمد المعالج على البرنامج ليقول له متى وكيف؟ ينفذ كل تعليمه حتى ينجز العمل المطلوب؛ بينما الـ IC العادي لا يتطلب برنامج ولكن تركيبته تؤدي العمل المطلوب منها بحكم تركيبها.

والسؤال الذى يطرح نفسه ما هى مراحل تطور البروسيسور أو المعالج؟

وللأجابة على هذا السؤال سيتم التحدث عن أهم شركتين مصنعتين للمعالج فى العالم.

علماً بأنه يوجد عدد كبير من الشركات المصنعة، إلا أننا سنركز على منتجات شركة Intel الرائدة في هذا المجال، كما سنتطرق لمنتجات الشركات الأخرى خصوصاً الـ AMD العملاق المنافس للـ Intel.

1- شركة أنتل(INTEL).

معلومات إقتصادية عن الشركة

إنتل (Intel) هي من أكبر الشركات الأمريكية المتخصصة برقاقات ومعالجات الكمبيوتر، وهي التي أخترعت المعالج الدقيق x86، الذي يتواجد في معظم الحواسيب الشخصية. تأسست الشركة في عام1968 كشركة للإلكترونيات المتكاملة ومقرها في (سانتا كلارا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، تأسست هذ الشركة على يد روبرت نويس وغوردون مور.

تنتج إنتل العديد من قطع الحاسوب منها اللوحة الأم (Motherboard)، وقطع الشبكات (Network cards)، وذاكرة الفلاش (Flash memory)، وكارت الشاشة، والمعالجات (CPU)، وغيرها من الأجهزة والقطع التي تستخدم في الحاسوب. كان أول معالج (رقاقةَ المعالج الدقيقِ التجاريةِ) تم صنعه في عام 1971.

وأعلنت مؤسسة إنتل عن إيراداتها الكاملة للعام الماضى(2015)، والتى تقدر بـ 55.4 مليار دولار أمريكى، و14.0 مليار دولار أمريكى دخل تشغيلى، و11.4 مليار دولار أمريكى قيمة ربحية الأسهم. فقد حققت الشركة حوالى 19.0 مليار دولار أمريكى تدفقًا نقديًا من العمليات، وحوالى 4.6 مليار دولار أمريكى حصص الأرباح المدفوعة، وأستخدمت حوالى 3.0 مليار دولار أمريكى، لإعادة شراء 96 مليون سهم من أسهم الشركة وفقا لبيان صحفى. وفى الربع الرابع من العام 2015، نشرت إنتل إيراداتها والتى تقدر بـ14.9 مليار دولار أمريكى، وصافى ربح 3.6 مليار دولار أمريكى، و4.3 مليار دولار أمريكى دخل تشغيلى. وحققت الشركة حوالى 5.4 مليار دولار أمريكى تدفقًا نقديًا من العمليات، وحوالى 1.1 مليار دولار أمريكى حصص الأرباح المدفوعة، واستخدمت حوالى 525 مليون دولار أمريكى لإعادة شراء 17 مليون سهم من أسهم الشركة. وقال بريان كرزنيتش، الرئيس التنفيذى لشركة إنتل "لقد حققنا نتائج قوية فى الربع الأخير من عام 2015 تتماشى مع توقعاتنا". وتابع بالقول "تؤكد نتائجنا على مدار عام 2015 على نمو إنتل ونجاح إستراتيجياتنا، وخلال هذا العام، سنستمر فى السعى لتحقيق المزيد من النمو من خلال تعزيز البنية التحتية للوصول لعالم أكثر ذكاءً وأتصالاً بالإنترنت".

تاريخ الشركة فى مراحل تطوير المعالجات

مر تطوير المعالجات فى شركة إنتل بعدة مراحل نتج عنها هذه الأنواع المتعددة مثل:

1- معالج انتل سيليرون Intel Celeron processor:

نوع ضعيف و لا ننصح به حتى و إن كان السعر مغرياً؛ بسبب درجة الحرارة العالية و الأداء غير المرضي.

2- معالج إنتل بينتيوم دوال كور Intel Pentium Dual Core processor:

يعتبر خط الشركة الإقتصادي ولكنه أصبح قديماً بعض الشيء حاليا،ً و يندر وجوده في الأسواق للأجهزة المكتبية.

3- معالج إنتل كور Intel Core processor:

أفضل تصنيف في الشركة، وأداء ممتاز و أسعار و خيارات متنوعة، ودرجة حرارة منخفضة، ويوجد عدة فئات بداخل هذا التصنيف، وهناك أختلافات كبيرة في هذه الفئات مثل:

1- معالجات انتل كور 2 ديو Intel Core 2 Duo processor:

وهنا يكون المعالج مكون من نواتين مما يوزع الضغط و العمل على جهتين مما يحسن الأداء، ويوجد موديلات منخفضة التكلفة تكون مناسبة للمستخدم العادي و هناك موديلات متقدمة للمستخدم المتقدم.

ملاحظة لهذه الفئة أنها تعتبر مناسبة لأغلب المشترين و المستخدمين، وإن سمحت لك الميزانية فقد تهمك الفئة القادمة، ما عدا ذلك هذه الفئة تعتبر ممتازة لأغلب التطبيقات و الأستخدامات حتى الألعاب عالية الجودة إن أشتريت موديل متقدم.

2- معالجات انتل كور 2 كواد Intel Core 2 Quad processor:

وهنا يكون المعالج مكون من أربع نوايات مما يوزع الضغط و العمل على أربع جهات مما يحسن الأداء.

ملاحظة لهذه الفئة أنها تعتبر مناسبة للمستخدمين الذين يقومون بالعديد من المهام المتعددة الثقيلة في نفس الوقت، ومناسبة لمحرري الفيديو و الملتيميديا، ومناسبة أيضاً لأصحاب الألعاب عالية الجودة.

3- معالجات انتل كور 2 اكستريم Intel Core 2 Extreme processor:

كما يقال الأسم "أكستريم" هذه الفئة للأستخدامات القصوى، ونصيحتنا للمشتري أن يكتفي بـ الكور 2 كواد ما عدا ذلك إن كنت متأكد أنك ستحتاج لمعالج كور 2 أكستريم، ويتميز إصدارة الأكستريم بإن له مواصفات أعلى مع إعطاء إمكانية للمستخدمين بزيادة سرعة المعالج أو ما يعرف بالـ "Overclock" لدرجة أعلى من الإصدارة العادية.

ملاحظة لهذه الفئة أنها تعتبر مناسبة للخبراء والذين يعرفون أنهم بحاجة لهذه الفئة بالضبط.

4- معالج Intel® Core i3 ™ :

وتتوفر أيضاً معالجات الجيل الرابع من إنتل Core i3 وهي معالجات ثنائية النواة تأتي بتصميم مختلف عن تصميم معالجات Core 2 Duo التي أنتجتها إنتل عام 2006 ، حيث قامت الشركة بإضافة بعض التقنيات الغير المتوفرة في الجيل السابق Core 2 Duo مثل تقنية Hyper-Threading أو تعدد المهام التي تسمح لكل نواة بمعالجة عمليتين في نفس الوقت ، وتأتي هذه المعالجات بسرعة بين 2.90 GHz إلى 3.80 GHz ، وبـ Cache بين 3 إلى 4 ميجا.

5- معالج Intel® Core i5  ™ :

ويعتبر هذا المعالج جيدا جداً أنتج فى 8 سبتمبر 2009، ويمتلك هذا المعالج نوع من أنواع LGA Socket أو شبكة السطوح المصفوفة أو LGA 1156، ويستخدم فى الغالب فى أجهزة الكمبيوتر المحمول Microcomputers & Laptops))، و أيضاً فى الجهاز المكتبى أو الشخصىPersonal Computer or PC)).

6- معالجات انتل كور آي 7 Intel Core i7 processor :

ويعتبر فئة جديدة و حديثة نسبياً و هو أعلى و أفضل ما يوجد لدى إنتل في الوقت الحالي؛ ولكنه نوع مكلف و غير مناسب في الوقت الحالي للمستخدمين العاديين وهو يهم المستخدمين المتقدمين.

ملاحظة لهذه الفئة أنها تعتبر مناسبة لمن لديه ميزانية مفتوحة و يرغب بمعالج عالي الأداء للمهام المتعددة الثقيلة مثل تحرير الفيديو و الجرافيكس.

7- معالجات إنتل كور آي 7 اكستريم أيديشن Intel Core i7 processor Extreme Edition :

ويمتلك هذا المعالج قوة و مواصفات إضافية على الـ آي 7 هذه القوة يحتاجها القليل من المستخدمين و تستهدف عدد من الخبراء و المتطلبات المتخصصة و التي تحتاج أعلى أداء ممكن، وأضف إلى ذلك أن إصدارة الأكستريم تعطي إمكانية للمستخدمين بزيادة سرعة المعالج أو ما يعرف بالـ "Overclock" لدرجة أعلى من الإصدارة العادية.

2- شركة (AMD).

معلومات إقتصادية عن الشركة

تعتبر شركة أي.إم.دي (Advanced Micro Devices أو AMD) واحدة من أكبر مصنعى المعالجات فى العالم، حيث أنه في شهر فبراير من عام 2007 بلغ رأس المال السوقي حوالي 8.5 بليون دولار، وتعتبر الشركة هي السابعة من بين مصنعي أشباه الموصلات حيث وصلت إيراداتها عام 2006 إلى 7.4 بليون دولار تقريباً. ويقود الشركة في الوقت الحالي الدكتور هيكتور رويز كرئيس مجلس إدارة الشركة، ويدير الشركة الرئيس التنفيذي ديرك ماي.

تاريخ الشركة فى مراحل تطوير المعالجات

بدأت الشركة كمنتجة للدوائر المنطقية في عام 1969، ثم أتجهت إلى تصنيع ذاكرة الوصول العشوائي في عام 1975، وفي نفس العام أستطاعت الشركة إنتاج نسخة من معالج إنتل8080 الدقيق بأستخدام الهندسة العكسية، وفي هذه الأثناء حاولت الشركة تكوين تصور بخصوص إنتاج معالجات أكثر تطوراً ومحاولة تنويع بطاقات الرسوميات والصوتيات الخاصة بالحاسب الآلي، وأستطاعت تحقيق بعض النجاحات في منتصف الثمانينات من خلال إنتاج معالجات AMD7910 و AMD7911، وبعد ذلك قررت الشركة التركيز الكامل على معالجات إنتل الدقيقة والذاكرات الوميضية، وهذا يجعلهم في منافسة مباشرة مع شركة إنتل في إنتاج معالجات x86 والذاكرات الوميضية.

في فبراير 1982، أيه إم دي وقعت عقداً مع شركة إنتل، ليصبح مرخص ثاني لأنتاج معالجات 8086 و 8088، وسمي آي بي إم تريد وأن تستخدم إنتل 8088 في تقرير كمبيوتر آي بي إم ، ولكن سياسة آي بي إم في الوقت الذي تحتاج إلى أثنين على الأقل من المصادر من أجل رقائق البطاطس.
 وقامت أيه إم دي بأنتاج معالج Am286 في وقت لاحق بموجب الترتيب نفسه، ولكن إنتل قامت بإلغاء الأتفاق في عام 1986، ورفضت أن تنقل التفاصيل الفنية لـــ أجزاء i386؛ لذلك قامت شركة AMD بتحدى قرار إنتل لإلغاء الأتفاق وفازت في مجال التحكيم، ولكن إنتلَ عارضتْ هذا القرارِ، وبعد هذا النزاع القانوني الطويل، الذى أنتهي في عام 1994 عندما حكمت المحكمة العليا في ولاية كاليفورنيا وقوفها فى صف أيه إم دي، وبعد هذه النزاعات القانونية التي ركزت على ما إذا كان أيه إم دي لديها الحقوق القانونية لأستخدام مشتقات إنتل الصغيرة، و في مواجهة عدم اليقين القسري لتكملة الأتفاق، قامت شركة أيه إم دي  بتطوير " غرفة نظيفة " من إصدارات رموز إنتل، وفي عام 1991 ، أيه إم دي أطلقت سراح Am386 ، وهو إستنساخ من معالج إنتل 386، ولقد أستغرق الأمر أقل من عام من أجل بيع مليون وحدة من هذا المعالج.

وفي وقت لاحق ، كان معالج Am486 مستخدم من قبل عدد كبير من الشركات المصنعة للمعدات الأصلية، بما في ذلك شركة كومباك، وثبت شعبيتها، وكان هناك معالج آخر يستند إلى منتج Am486 ، و Am5x86 مما أدى لأستمرار نجاح أيه إم دي، بإعتبارها بديلاً منخفض السعر؛ ولكن تقصير دورات المنتج في صناعة الكمبيوتر، أصبحت عملية بشكل كبير؛ وذلك عكس منتجات إنتل الهندسية، وهذا ما حققته شركة أى أم دى في أقل من أي وقت مضى، وتعتبر هذه الأستراتيجية قابلة للتطبيق لأيه إم دي.

معالجات AMD حسب الأجيال:

مر تطوير المعالجات فى شركة AMD بعدة مراحل نتج عنها هذه الأنواع المتعددة مثل:

1-معالج AMD AM2900:

عبارة عن مجموعة من الدوائر المتكاملة مبنية من نوع خاص من الترانزستورات BIPOLAR . وأهم مشكلة واجهت هذه المعالجات هي أحتياجها لعدد كبير من الدوائر المتكاملة.

2- معالجات AMD 29K:

تحتوي على تقنية MMU وهي تقنية تتعامل مع الذاكرة المتوفرة التي يحتاجها المعالج.

3- معالجات x86:

وتميزت هذه السلسة من المعالجات بتردد 5 ميغاهرتز وكانت إنتاج مشترك بين شركتي INTEL وAMD ثم ظهرت جيل آخر من نفس العائلة سنة 1991 وكانت أدنى سرعة لها هي 25 ميغاهرتز. وكانت هذه المعالجات إقتصادية مع أداء متفوق وملائمة للعمل مع نظام ويندوز 3.1.

4- معالجات K5:

يعتبر هذا الجيل من (Socket 5 & Socket 7) أول إنتاج صرف من خلال شركة AMD ، وترددات هذه المعالجات كانت تتراوح مابين 75 و 90 ميغاهرتز و تدعم ويندوز 95.

5- معالجات K6:

هذه المعالجات(Socket 7&Super Socket 7) ظهرت سنة 1997 و أحتوت على الذاكرة المخبئة 64 كيلوبايت من المستوى الأول L1 ثم دعمت تقنية MMX . وتميزت هذه المعالجات بسرعاتها العالية مقارنة مع الجيل السابق K5.

6- معالجات  Duron Socket A:

ظهرت معالجات Duron في سنة 2000، وهو من الجيل السابع K7 من معالجات AMD الداعمة لمقبس(A) tSocke ، تميزت برخص ثمنها مقابل أداء جيد للأستخدامات المكتبية، ثم طورت بعد ذلك بزيادة سرعتها لتصل إلى سرعة 1300 ميغاهرتز مع أرتفاع ملحوظ في الفولتية. وفي سنة 2003 تم إصدار النوع الأخير من هذا المعالج حيث تم زيادة سرعة الناقل الأمامي من 100 إلى 133 ميغاهرتز لتدعم سرعات عالية وصلت إلى 1800 ميغاهرتز مع أنخفاض ملحوظ في الفولتية وأرتفاع في مقدار الواطية قياساً إلى النوعين الأولين. وتدعم هذه المعالجات تقنيات MMX ، 3DNow،SSE.

7- معالجات Slot A & Athlon Classic Socket A

وتسمى بمعالجات الاثلون التقليدية وهي من الجيل السابع أيضا من معالجات AMD الداعمة لمقبس Slot A و Socket A ، أنتجت سنة 1999 وتدعم هذه المعالجات التقنيات MMX و 3DNow، وتميزت هذه المعالجات بدعم سرعة ناقل إمامي تصل إلى 400 ميغاهرتز وذاكرة مخبئة عالية من المستوى الأولL1 . وهناك عدة أنواع منه مثل Argon و Pluto/Orion، و الأختلاف بين هذه الأنواع من المعالجات هي في الفولتية والواطية بالإضافة إلى كل من الذاكرة المخبئة ومدى تحملها للحرارة.

8- معالج Thunderbrid :

وهو من الجيل الثاني من معالجات الأثلون حيث تم فيه زيادة سرعة المعالج من 700 إلى 1000 ميغاهرتز مع خفض الذاكرة المخبئة L2 من 512 كيلوبايت إلى 256 كيلوبايت.

الخلاصة

أن المعالج أو البروسيسور (Processor) هو آلة أو دائرة كهربائية تقوم بتشغيل آلات أو دوائر إلكترونية أخرى بإعطائها أوامر للقيام بعمليات أو خوارزميات؛ أغلب تلك العمليات تكون عبارة عن معالجة بيانات.

وتشكل المعالجات الجزء الأساسي في الحاسوب، وتقوم بتنفيذ أوامر (سوفت وير). وهي تستخدم أيضا في آليات التنظيم في الغسالات الكهربائية وفي غسالات الصحون، وفي آلات التذاكر وفي أجهزة الدي في دي، والتحكم في آلات المصانع ، وغيرها.

وعندما نريد شراء جهاز حاسوب جديد فإن المعالج هو من أهم القطع التي نهتم بشراء أجودها وأفضلها، وعندما نسأل أي شخص عن نوعية حاسبه فأنه سوف يلجأ الى ذكر نوع المعالج الخاص به...وهكذا!.

وهناك أيضاً ملاحظات عامة : حيث أن المعالجات من القطع التي دائماً ما يبالغ فيها المشتري، وعندما نذكر أن هذا المعالج أقوى من هذا المعالج لا يعني أن جهازك الشخصي سيعمل بشكل أفضل؛ و السبب أنه من النادر أن يتطلب جهازك هذه القوة الهائلة؛ لذلك إذا تم شراء أقوى أو أفضل معالج لا يترجم فعلياً لأداء أفضل إنما الأداء سيكون متساوي بين معالج قوي و معالج أقل فى القوة في أغلب الأستخدامات ما عدا بعض الأستخدامات المعقدة و المحددة والتي تتطلب فعلياً معالج أقوى لتنفيذ المهمة بشكل أسرع، ونلاحظ أننا تحدثنا بشكل سريع، على أن المعالج القوى يعني أنه يقوم بتنفيذ المهمة بشكل أسرع وليس بشكل أفضل، وهذه السرعة قد تترجم لثواني ما بين بعض الموديلات من المعالجات.