وحدة المعالجة المركزية (CPU): الجزء المسؤول عن معالجة البيانات في الحاسوب (Central Processing Unit (CPU))

تعريف وحدة المعالجة المركزية

وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي الدائرة الإلكترونية المسؤولة عن تفسير التعليمات الخاصة ببرامج الكمبيوتر وتنفيذ العمليات الأساسية بناءً على تلك التعليمات. تتضمن هذه العمليات الأساسية العمليات الحسابية، المنطقية، التحكم، والإدخال/الإخراج (I/O). تم استخدام مصطلح وحدة المعالجة المركزية (CPU) بشكل واسع في صناعة الحاسوب منذ أوائل الستينيات.

مكونات وحدة المعالجة المركزية (CPU)

تتكون وحدة المعالجة المركزية في الأساس من أربع وحدات وظيفية:

• وحدة التحكم: مسؤولة عن التحكم في تدفق التعليمات والبيانات داخل وحدة المعالجة المركزية.
• وحدة الحساب والمنطق (ALU): تقوم بتنفيذ جميع العمليات الحسابية والمنطقية لوحدة المعالجة المركزية.
• المسجلات: هي خلايا ذاكرة داخلية يمكن الوصول إليها بسرعة كبيرة. تستخدم لتخزين المتغيرات (البيانات، العناوين) أو النتائج المؤقتة للعمليات الحسابية/المنطقية.
• الذاكرة المخبأة (Cache): هي ذاكرة أصغر وأسرع تقلل من الحاجة للوصول إلى الذاكرة الرئيسية، وبالتالي تحسن أداء وحدة المعالجة المركزية.

أنواع الحافلات في وحدة المعالجة المركزية

يتم تزامن هذه الوحدات بواسطة معدل الساعة وتتصل بثلاثة أنواع من الحافلات (Buses):

• حافلة البيانات: مسؤولة عن نقل البيانات.
• حافلة العناوين: تنقل عناوين الذاكرة للقراءة أو الكتابة.
• حافلة التحكم: تسمح بإدارة المكونات الأخرى وأجهزة الإدخال/الإخراج (I/O).

أنواع معمارية التعليمات في وحدة المعالجة المركزية

تتميز معمارية وحدة المعالجة المركزية أيضًا بمجموعات التعليمات التي يمكنها تنفيذها. عمومًا، هناك نوعان من معمارية مجموعة التعليمات:

• الحوسبة ذات مجموعة التعليمات المعقدة (CISC): تحتوي على مجموعة واسعة من التعليمات المعقدة التي يمكنها تنفيذ عدة عمليات منخفضة المستوى مثل العمليات الحسابية، الوصول إلى الذاكرة أو حساب العناوين في عدة دورات ساعة.
• الحوسبة ذات مجموعة التعليمات المختزلة (RISC): تحتوي على مجموعة مختزلة من التعليمات التي تنفذ عملية منخفضة المستوى واحدة في دورة ساعة واحدة.