إن سرعة المعالج ليست هي العامل الوحيد الذي يقرر سرعة الحاسب بل المهم أيضاً سرعة حركة البيانات بين الأجزاء المختلفة في الحاسب وبخاصة من وإلى المعالج .
هناك الكثير من الطرق التي تستخدم لقياس سرعة المعالجات كما إن المعالجات المختلفة تتفاوت فيما بينها في المجالات المختلفة ، فقد يتفوق بعضها على الآخر في حسابات الفاصلة العائمة فيما يتفوق الآخر في أشياء أخرى وهكذا . وهناك عاملين أساسيين يتحكمان في أداء معالج ما :
تردد الساعة معمارية المعالج إن مقارنة معالجين بسرعة تردد الساعة لهما فقط يعتبر مقارنة خاطئة إذا كان المعالجين مختلفين في المعمارية ، يمكننا مثلاً أن نقول أن معالج بنتيوم 233 ميجاهيرتز أسرع من معالج بنتيوم 200 ولكن لا يمكنك أن تقول أنه أسرع من بنتيوم 200 ميجاهيرتزMMX لأن جزء من معمارية المعالج تختلف .
وفيما يلي نستعرض أهم الأشياء التي تجعل معالج يكون أسرع من معالج آخر ......
تردد المعالج
يقصد بتردد المعالج تردد الساعة التي يعمل عليها المعالج ، كلما كان تردد الساعة أعلى كلما أصبح بإمكان المعالج عمل أشياء أكبر في وقت أقل ، وتقاس سرعة المعالج بالميجاهيرتز * ، معالج سرعة تردده بـ 200 ميجاهيرتز فإنه قادر على عمل 200 مليون دورة * في الثانية ، أما كم من العمليات الحسابية يتم في هذه الدورة فهذا راجع لبنية المعالج والجيل الذي ينتمي إليه
وعندما نقول أن هذا المعالج تردده 400 ميجاهيرتز مثلاً فإن ذلك يعني تردد جميع ما في داخل المعالج ما عدا الذاكرة المخبئية فأحيانا يكون ترددها نصف تردد المعالج.
هذا بالنسبة للمعالج أما الأجزاء الأخرى المتصلة بالمعالج فلا تعمل بهذه السرعة الكبيرة لأنها لو كانت تعمل بهذه السرعة لكانت باهظة الثمن جداً بل تعمل بسرعات أقل من المعالج ، فناقل النظام يعمل في الغالب بتردد ما بين 66 أو 100 ميجاهيرتز وفي بعض المعالجات بتردد 133 وفي المعالج "أثلون" الجديد بتردد 200 ميجاهيرتز ويتوقع أن يزيد إلى 400 ميجاهيرتز.وهناك علاقة تحكم تردد المعالج وتردد الناقل وهي كالتالي:
تردد المعالج = تردد الناقل × عامل المضاعفة (أو يسمى عامل الجداء)
مثال : تردد معالجي هو 450 ميجاهيرتز = 100 هيرتز × 4.5 (عامل الجداء)
وبما أن هناك علاقة بهذا الشكل فهذا معناه أن نقل البيانات بين هذين الجزأين منظم بطريقة تزامنيه - أي أنه في حالة تردد الناقل 100 ميجاهيرتز وتردد المعالج 500 ميجاهيرتز فإن كل 5 دورات للمعالج تقابلها دورة واحدة للناقل ويسمى هذا النوع من النقل بالنقل المتزامن * للبيانات بعكس النقل غير المتزامن * للبيانات الذي لا تكون هناك علاقة ثابتة بينهما .
في العصور القديمة للحاسب ( أيام كانت حاسبات 386 وما قبلها سائدة ) لم نكن نحتاج أن تكون سرعة الناقل تختلف عن سرعة المعالج الداخلية ، حيث كانت سرعة المعالج مجرد 50 ميجاهيرتز أو أقل لذا فقد كانت سرعة المعالج هي نفسها سرعة الناقل ولكن برزت الحاجة لجعل تردد الناقل يختلف عن تردد المعالج منذ حاسبات 486 حين زادت سرعة المعالج عن سرعة الناقل .
وتردد المعالج ليس هو كل شئ فيما يتعلق بالسرعة في معالجة البيانات بل هناك تقنيات أخرى تزيد وتعزز من أداء المعالج ، كما أن هناك تفاوت من معالج وآخر في بعض المجالات من بعضها الآخر ، فقد فقد تجد أن معالج ما يتفوق في حسابات الأرقام الصحيحة ومعالج آخر يتفوق في الذاكرة المخبئية وهكذا .
قوة وحدتي الفاصلة العائمة ووحدة الأرقام الصحيحة
إن وحدة الأرقام الصحيحة لهي جزء مهم من المعالج لأن أغلب عمليات الحاسب تتم في هذا الجزء ، كما يجب الانتباه إلى أن المعالج الذي لديه وحدة أرقام صحيحة ممتازة ليس معناه أن وحدة الفاصلة العائمة عنده ممتازة أيضاً ، إن معالجات شركة إنتل لهي الأفضل حتى الآن في مجال الفاصلة العائمة .
تستعمل الفاصلة العائمة في برامج الألعاب والجداول الإلكترونية ، بينما تستخدم وحدة الأعداد الصحيحة في التطبيقات الأخرى .
إن الناقل السريع يضمن كما قلنا توصيل البيانات بالسرعة التي تجعل المعالج لا يكون في حالة انتظار * ، ويعتبر كلاً من تردد الناقل وعرضه مهماً ، وفيما يكون عرض ناقل النظام 64 بت في المعالجات الحديثة جميعها فإن تردد الناقل هو الذي يحكم به على سرعة الناقل:
سرعة الناقل ( بت / ثانية ) = عرض الناقل ( بت ) × تردده (هيرتز)
أي قطعة إلكترونية في أي جهاز ومنها المعالج تحتاج لأن تكون ضمن مدى معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها :
تقصر من عمر المعالج تبطئ أدائه تتسبب بأخطاء في الحسابات تتسبب بتوقف الحاسب عن العمل بشكل متكرر (التعليق) قد يعيد الحاسب تشغيل نفسه بدون سبب قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كلياً . أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة ومع وجود التقدم التكنولوجي الكبير في بلادنا العربية !!!
إن هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزسترات ، وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج بنتيوم الثالث مثلاً ينتج كمية من الحرارة أكبر من بنتيوم ، و تقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بـ"الواط" .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد ، أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزسترات لم تكن كبيرة مم يجعل درجة حرارته معتدلة .
إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري ومروحة التبريد :
المبدد الحراري(*) : وهو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري ) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية (*) ، وفائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل ، ويصنع المبدد الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة. مروحة التبريد : وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة . في الصورة على اليسار المعالج "أثلون" وفي خلفيته عواميد المبدد الحراري وفي منتصفها مروحة التبريد . بالمناسبة في بعض الأحيان قد يستخدم المبدد الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعاً في هذه الحالة يجب استعمال مبدد حراري كبير جداً ).
يجب على المبدد الحراري أن يكون ملتصقاً بسطح المعالج تماماً ، في بعض المعالجات لا يكون المبدد ملتصقاً به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات بنتيوم هي أفضل مثال ) ، وفي هذه الحالة إذا ثبتت المبدد الحراري على المعالج مباشرة فإنه لا بد أن يكون هناك كمية بسيطة جداً من الهواء بين المعالج والمبدد الحراري فيجب في هذه الحالة وضع مادة بيضاء خاصة تسمى heat sink compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج .
لاحظ أن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد على كفاءة المبدد الحراري وعلى كمية الحرارة التي ينتجها المعالج وأيضاً على درجة حرارة علبة النظام ، ولا يمكن لأي مبدد حراري أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلى أقل من درجة حرارة علبة النظام ، هذا لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المبدد الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها . ما أريد أن أقول هنا أن حرارة علبة النظام مهمة لتبريد المعالج وكذلك تصميم العلبة حيث أنه في علب النظام الحديثة من نوع ATX تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجرى الهواء وهذا يساعد كثيراً في تفادي مشكلة الحرارة .
إن أحد أسباب ارتفاع درجة حرارة المعالج هو وجود الأوساخ داخل المبدد الحراري مما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة ، حدث لي ذلك ذات مرة وبتنظيف المبدد الحراري انتهت المشكلة . من المفيد تنظيف الحاسب من الداخل كل فترة .
بعض المعالجات مثل بنتيوم أوفر درا يف من شركة إنتل (*) لديها مروحة داخلية في الرقاقة ، إذا حصل وعطبت هذه المروحة فإن المعالج يحمي نفسه بإنقاص تردده إلى 25 ميجاهيرتز إلى أن تستبدل المروحة .
لدينا أيضاً الحاسبات المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة التي هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحاسبات لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات . فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً ويقلل من مشاكل التبريد . كما يستخدمون برامج خاصة لحفظ الطاقة عن طريق البيوس وذلك بإطفاء أجزاء كبيرة من عتاد الحاسب حينما لا يكون في حالة استعمال لفترة طويلة ، ويستعمل هذا النظام اليوم على كل الحاسبات الشخصية .
هناك أشكال متطورة من مبردات المعالجات ، هناك مثلاً ما يسمى peltier cooler وهو جهاز على شكل شريحة توضع على سطح المعالج وتستخدم الكهرباء كي تقوم بتبريد المعالج ويثبت المبدد الحراري من أعلى ، تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستعمل في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلى من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة .
ومن أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة هو استعمال " راديترات " مثل تلك المستعملة في السيارات أو التبريد بواسطة "كومبريسور" مثل الموجود في أجهزة التبريد .
عندما تركب معالج في جهازك فإن عليك أن تخبر الحاسب عن سرعة هذا المعالج وذلك بضبط بعض "القفازات" على اللوحة الأم بطريقة معينة ، وتضبط هذه القفازات سرعة ناقل النظام وعامل المضاعفة مما يحدد بالتالي تردد المعالج .
سؤال : هل يستطيع المهندسون في مصنع المعالجات أن يضمنوا عند تصنيع مجموعة من المعالجات إن تخرج كلها لتعمل عند تردد معين ؟
الجواب هو لا ، فإن المجموعة التي تخرج من المصنع تعمل بسرعات مختلفة - بسبب العديد من العوامل - لذا فإنهم لا يستطيعون التحكم بكمية المعالجات التي ينتجونها من سرعة معينة وينتج من ذلك نقص في معالجات سرعة معينة .
فمثلاً قد يحدث في مرحلة ما شح في معالجات سرعة معينة بما لا يتناسب مع حاجة السوق ، مثل أن يتم تصنيع معالجات 800 ميجاهيرتز فيما يتطلب السوق مثلاً معالجات 600 ميجاهيرتز (بسبب أسعارها الأقل ) فكيف تحل المشكلة ؟
يكون الحل بأن تبيع الشركة المعالجات ذات السرعة الأكبر على أساس أنها ذات سرعة أقل فما وجه الاستفادة من ذلك بالنسبة لك ؟
يمكنك تشغيل معالج كهذا على سرعة أكبر فمثلاً إذا كان لديك معالج 200 ميجاهيرتز ربما تنجح في أن تجعله يعمل بسرعة 233 ميجاهيرتز مثلاً وذلك بتغيير إما سرعة ناقل النظام أو معامل المضاعفة كما أشرت في البداية .
ولكن مهلاً قد لا ينطبق هذا الوضع على المعالج الذي اشتريته لذا فإن ليس كل معالج يمكنه أن يعمل على سرعة أكبر من تلك التي تظهر على علبته ، وذلك يعتمد على عوامل أخرى أيضاً ، فمثلاً معالجات إنتل الحديثة وخاصة بنتيوم الثالث فيها نوع من إغلاق التحكم بالتردد من المصنع بحيث أن المعالج لا يعمل إلا على التردد الذي صمم عليه وبذلك لا يمكن التحايل ورفع تردد المعالج فوق سرعته الأصلية .
الحرارة الزائدة مما يقصر من عمر المعالج ، وإذا رفع تردد الساعة كثيراً فوق التردد الرسمي قد يتطلب الأمر طرق خاصة لتبريد المعالج مثل استخدام الماء (مثل نظام تبريد محرك السيارة ) أو مراوح تبريد كبيرة جداً . الذاكرة المخبئية المستوى الثاني قد لا تستطيع العمل بهذه السرعة الزائدة لذا فإن المعالج "سيليرون" هو من أفضل المعالجات في هذا المجال لعدم احتوائه على هذه الذاكرة . ربما لا تستطيع الذاكرة العشوائية مجاراة ناقل النظام (في حالة ما تم زيادة تردد ناقل النظام ) حيث أن لكل نوع من الذاكرة العشوائية مدى محدد من السرعات التي يمكنه العمل عليها فالذاكرة العشوائية من نوع FPM يمكنها العمل حتى 66 ميجاهيرتز لناقل النظام بينما EDO تعمل حتى 75 ميجاهيرتز والذاكرة SD-RAM تعمل بترددات 100 أو 133 ميجاهيرتز حسب نوعها . ربما لا تعمل بعض بطاقات التوسعة بشكل جيد أو لا تعمل أبداً بسبب سرعة ناقل النظام الكبيرة . ربما تواجه بعض البرامج صعوبة في العمل : وندوز NT مثلاً لا يمكن تركيبه على جهاز مرفوع قوته ، إلا أنه يمكن التحايل على ذلك بتثبيت NT أولاً ثم رفع قوة المعالج .
شاعت عملية رفع تردد المعالج في معالجات بنتيوم وكذلك معالجات AMD من الجيل الرابع ، ومن بعدهم أصبحت معالجات بنتيوم MMX و بنتيوم الثاني أيضاً قابلة لرفع التردد .
بعض المعالجات مثل بنتيوم الثالث وبعض معالجات AMD القديمة لا تقبل رفع التردد لأن ترددها مثبت من المصنع على التردد الذي يجب أن تعمل عليه ، هذا لأن شركات صناعة المعالجات أبطلت إمكانية رفع التردد في هذه المعالجات لسياسات خاصة بها .
إن أفضل المعالجات القابلة لرفع التردد هي -كما ذكرت سابقاً - معالجات سيليرون ، هذا لأنها لا تحوي ذاكرة مخبئية مما يزيل المشاكل التي تنجم عن رفع التردد بالنسبة للذاكرة المخبئية ( لقد قرأت في بعض مواقع الوب عن معالجات سيليرون 300 تعمل بسرعة 500 بدون مشاكل ).
ثم هناك معالجات سيليرون A ، وهي معالجات سيليرون مع ذاكرة مخبئية مقدارها 128 كيلوبايت ، وهذه المعالجات أيضاً محمية ضد رفع التردد (مع أنك تستطيع زيادة سرعتها عن طريق رفع تردد ناقل النظام ) .
لا تحتكر شركة IBM صناعة المعالجات كما قد تتصور ، بل إن أشهر وأحدث المعالجات هما من شركتي إنتل و AMD بينما تفرغت شركة IBM لعمل معالجات لمنصات أخرى غير الحاسب الشخصي .
تتم صناعة المعالجات من عدة مصنعين أشهرهم شركتي إنتل و AMD ، وقد كانت معالجات شركة إنتل لفترة طويلة جداً هي الشركة الرئيسية المصنعة للمعالجات بينما كانت باقي الشركات تكتفي بتقليدها إلى أن بدأت شركة AMD المنافسة الجدية بطرح معالجها المسمى "أثلون" حيث أصبحت تعتبر الآن لاعب أساسي في السوق .
تمر صناعة المعالج بالكثير من الخطوات الطويلة والمكلفة ، إن صناعة معالج حديث قد تستغرق 90 يوماً من العمل (طبعاً تتم صناعة المعالجات بالجملة ) باستخدام تقنيات عالية جداً . ويتكون الترانزستور من مادة شبه موصلة غالباً ما تكون السيليكون .
إن أول خطوة لصناعة المعالج هي جلب السيليكون (موجود بكثرة في الرمال الصحراوية البيضاء ) ومعالجته بشكل خاص ودقة تامة ليصبح في النهاية على شكل كريستال حجم الواحدة منها يقارب العشرين سنتيمتراً ، وتقطع بواسطة أدوات خاصة إلى شرائح كل شريحة منها سمكها أقل من 1 مليمتر - تخيل - وقطرها 20 سم ( عملية دقيقة جداً ) وتستعمل كل واحدة من هذه الرقاقات بعد المعالجة في صنع ما يقرب من 140 معالج يعطب منها حوالي 20 . وتكفي الكريستالة الواحدة لصنع الآلاف من المعالجات وكلما كانت شريحة السليكون أقل سمكاً كلما تمكنا من إنتاج معالجات أكثر بنفس كتلة الكريستال وهذا يخفض التكلفة .
تأتي بعد ذلك مرحلة تصميم المعالج (على الورق) وهذه عملية تأخذ الكثير من الوقت وقد تستهلك جهد عمل المئات بل الآلاف من المهندسين لشهور أو سنين .ثم بعد ذلك تبدأ عملية التصنيع باستخدام أدوات دقيقة جداً وأجهزة حاسب آلي ضخمة جداً ومكلفة جداً ويتم تصنيع الترانزسترات باستخدام الضوء ومواد حساسة للضوء على شكل طبقات تختلف باختلاف المعالج وحسب تعقيده لتنتج لنا من كل رقاقة كما قلت المئات من المعالجات ، فتقطع هذه الرقاقة إلى مئات القطع لتكون كل قطعة معالج قائم بذاته .
ثم تأتي بعد ذلك عملية وضع كل رقاقة من هذه الرقاقات داخل غلاف لها حتى تحميها من العوامل الخارجية وحتى يسهل حملها والتعامل معها ، ولكل معالج طريقته في التغليف ويعتبر التغليف أيضاً عملية معقدة كون عدد الإبر كبير (المئات) .
طبعاً بعض القطع من هذه الرقاقات قد لا تعمل نتيجة كون بعض أجزاء السيليكون معطوب ، أيضاًَ قد يعمل بعضها أسرع من الأخرى لذا نجد الاختلاف في سرعات الساعة للمعالجات . كما إن نسبة المعالجات المعطوبة من هذه العملية ككل تؤثر في سعر المعالج ، وكلما شرع المهندسون في تصميم معالج جديد كان في البداية غالي الثمن بسبب قلة الخبرة التي تجعل نسبة المعالجات المعطوبة قليلة جداً ، ومع الوقت تقل النسبة وينخفض سعر المعالج .
يحرص مصنعي المعالجات على تصميم معالجات من شرائح سيليكون صغيرة بقدر الإمكان لأن ذلك يعني نسبة أقل من المعالجات المعطوبة وتخفيض التكلفة ، وتخفيض الحرارة الناتجة . و المعالجات تصبح أكثر قوة مع الوقت ، ولكي تكون أكثر قوة لابد أن تحوي عدد أكبر من الترانزسترات في حجم صغير ، فتستعمل معماريات أصغر للمعالج كي تتيح لنا ذلك .
تغليف المعالجات
إن الغرض من التغليف هو أن نجعل شريحة السيليكون سهلة الحمل وآمنة من العوامل الخارجية وأن توصل من الخارج مع اللوحة الأم حتى يتواصل المعالج مع الأجزاء الأخرى للحاسب.
كان أول معالج من نظام IBM يستخدم نظام تغليف يدعى DIP ولكن هذا الطريقة لم تعد تنفع في المعالجات الأحدث بسبب العدد الكبير للإبر الذي يستدعي أن يكون المعالج طويل جداً حتى يكفي كل هذا العدد من الإبر لأن الإبر في هذا النوع من التغليف كانت تخرج من طرفين فقط من أطراف المعالج .
لذا طور النوع الثاني من التغليف يسمى PGA وفيه يوضع المعالج داخل علبة مربعة أو مستطيلة الشكل قليلة الارتفاع وتخرج إبر المعالج من الأسفل وتدخل في مقبس خاص على اللوحة الأم ، ويوفر هذا النوع من التغليف خروج عدد كبير من الإبر من أسفل الرقاقة . وكان التغليف نفسه يصنع أحياناً من البلاستيك لذا يسمى P PGA ، وأحياناً يصنع من السيراميك C PGA (يعتبر البلاستيك أفضل من السيراميك ) .
ازدادت الحاجة لعدد أكبر من الإبر مرة ثانية فتم تعديل الـ PGA وسمي SPGA ليتسع لعدد أكبر من الإبر ، ومعالج بنتيوم غلف بهذه الطريقة . أما المعالج بنتيوم برو فقد تم تغليفه بطريقة خاصة باستخدام طريقة اسمها "Dual Pattern PGA " حيث تحوي هذا التغليف ليس فقط المعالج بل أيضاً الذاكرة المخبئية المدمجة به .
كان المعالج بنتيوم برو معالج مكلف كون الذاكرة المخبئية كانت داخل تغليف المعالج فقررت إنتل إزالتها ، ولكن وضع الذاكرة المخبئية على اللوحة الأم - مثل المعالج بنتيوم سيجعل منها ذاكرة بطيئة فما هو الحل ؟ كان الحل هو التغليف الجديد SEC حيث وضع المعالج مع الذاكرة العشوائية على لوحة إلكترونية مطبوعة PCB وتغليفهما داخل كار ترج يتصل مع اللوحة الأم بواسطة مقبس خاص به .
المعالج بنتيوم الثاني : المعالج (في المنتصف) مع الذاكرة المخبئية على لوحة إلكترونية مطبوعة أما الكارترج فهو منزوع لتوضيح الأجزاء الداخلية
أما في المفكرات فالأمر يختلف ، تنتج شركة إنتل حزمة تحوي المعالج والذاكرة المخبئية وطقم الرقاقات في قطعة واحدة لتقليل الوزن والمساحة .
كانت المعالجات المغلفة بطريقة PGA تركب في اللوحة الأم بطريقة خاصة وكان من الصعب على معظم المستخدمين أن يستبدلوا معالجاتهم بأنفسهم إلى أن تم استعمال مقبس يسمح بسهولة إزالة وتركيب المعالج وصار يدعى مقبس ZIF ومعناه "إدخال المعالج بدون قوة " .
تزوير المعالجات
توجد في الأسواق معالجات مزورة ، تقوم عصابات التزوير بتغيير الرقم المحفور بالليزر والذي يدل على تردد المعالج واستبداله بسرعة أعلى للساعة ، فمثلاً قد يجلبون معالج بنتيوم 166 ويمحون ال166 ويكتبون بدلاً منها 200 ، وخذ يا زيد المعالج المزور بسعر المعالج 200 ميجاهيرتز .
انتشرت هذه الطريقة في المعالج بنتيوم بشكل كبير جداً ، وهناك برامج موجودة في السوق لكشف هذا التلاعب كما يمكن جلبها من الإنترنت إيضاً .
أي قطعة إلكترونية في أي جهاز ومنها المعالج تحتاج لأن تكون ضمن مدى معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها :
تقصر من عمر المعالج تبطئ أدائه تتسبب بأخطاء في الحسابات تتسبب بتوقف الحاسب عن العمل بشكل متكرر (التعليق) قد يعيد الحاسب تشغيل نفسه بدون سبب قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كلياً . أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة ومع وجود التقدم التكنولوجي الكبير في بلادنا العربية !!!
إن هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزسترات ، وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج بنتيوم الثالث مثلاً ينتج كمية من الحرارة أكبر من بنتيوم ، و تقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بـ"الواط" .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد ، أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزسترات لم تكن كبيرة مم يجعل درجة حرارته معتدلة .
إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري ومروحة التبريد :
المبدد الحراري(*) : وهو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري ) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية (*) ، وفائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل ، ويصنع المبدد الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة. مروحة التبريد : وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة . في الصورة على اليسار المعالج "أثلون" وفي خلفيته عواميد المبدد الحراري وفي منتصفها مروحة التبريد . بالمناسبة في بعض الأحيان قد يستخدم المبدد الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعاً في هذه الحالة يجب استعمال مبدد حراري كبير جداً ).
يجب على المبدد الحراري أن يكون ملتصقاً بسطح المعالج تماماً ، في بعض المعالجات لا يكون المبدد ملتصقاً به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات بنتيوم هي أفضل مثال ) ، وفي هذه الحالة إذا ثبتت المبدد الحراري على المعالج مباشرة فإنه لا بد أن يكون هناك كمية بسيطة جداً من الهواء بين المعالج والمبدد الحراري فيجب في هذه الحالة وضع مادة بيضاء خاصة تسمى heat sink compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج .
لاحظ أن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد على كفاءة المبدد الحراري وعلى كمية الحرارة التي ينتجها المعالج وأيضاً على درجة حرارة علبة النظام ، ولا يمكن لأي مبدد حراري أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلى أقل من درجة حرارة علبة النظام ، هذا لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المبدد الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها . ما أريد أن أقول هنا أن حرارة علبة النظام مهمة لتبريد المعالج وكذلك تصميم العلبة حيث أنه في علب النظام الحديثة من نوع ATX تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجرى الهواء وهذا يساعد كثيراً في تفادي مشكلة الحرارة .
إن أحد أسباب ارتفاع درجة حرارة المعالج هو وجود الأوساخ داخل المبدد الحراري مما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة ، حدث لي ذلك ذات مرة وبتنظيف المبدد الحراري انتهت المشكلة . من المفيد تنظيف الحاسب من الداخل كل فترة .
بعض المعالجات مثل بنتيوم أوفر درا يف من شركة إنتل (*) لديها مروحة داخلية في الرقاقة ، إذا حصل وعطبت هذه المروحة فإن المعالج يحمي نفسه بإنقاص تردده إلى 25 ميجاهيرتز إلى أن تستبدل المروحة .
لدينا أيضاً الحاسبات المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة التي هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحاسبات لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات . فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً ويقلل من مشاكل التبريد . كما يستخدمون برامج خاصة لحفظ الطاقة عن طريق البيوس وذلك بإطفاء أجزاء كبيرة من عتاد الحاسب حينما لا يكون في حالة استعمال لفترة طويلة ، ويستعمل هذا النظام اليوم على كل الحاسبات الشخصية .
هناك أشكال متطورة من مبردات المعالجات ، هناك مثلاً ما يسمى peltier cooler وهو جهاز على شكل شريحة توضع على سطح المعالج وتستخدم الكهرباء كي تقوم بتبريد المعالج ويثبت المبدد الحراري من أعلى ، تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستعمل في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلى من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة .
ومن أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة هو استعمال " راديترات " مثل تلك المستعملة في السيارات أو التبريد بواسطة "كومبريسور" مثل الموجود في أجهزة التبريد .
جهاز لتبريد المعالج بالمياه ( يشبه الراديتور)
بعض اللوحات الأم تزود بترمومترات لقياس درجة حرارة المعالج أو بأجهزة لمراقبة التيار الكهربائي الذاهب لمروحة تبريد المعالج وبذلك تتمكن من اكتشاف أي خطأ أو مشكلة قد تؤدي لزيادة درجة حرارة المعالج .
ما هو المعالج؟ فالمعالج عبارة عن شريحة من السليكون مغلفة وموصلة باللوحة الأم بطريقة خاصة لتقوم باستقبال البيانات من أجزاء الحاسب الأخرى ومعالجتها ثم إرسال النتائج إلى الأجزاء الأخرى لإخراجها أو تخزينها وجميع العمليات الحسابية تقوم بها هذه الوحدة ، وكل ما تفعله أثناء عملك على الحاسب يقوم به المعالج جزئياً أو كلياً بشكل أو آخر .
الفرق بين معالج و معالج آخر فيما يلي :
1.المعالج السريع يقوم بنفس العمل و لكن أسرع من المعالج البطيء ، المعالج لا يحدد أداء حاسبك بمفرده ولكنه يحدد أقصى أداء يمكن أن يصل إليه حاسبك وعلى المكونات الأخرى في الحاسب أن تكون سريعة أيضاً لكي يكون الحاسب بكامله سريع . 2.الإعتمادية : إن المعالج المنخفض الجودة قد يجعل حاسبك غير مستقر . 3.إن المعالج السريع قد يشغل برنامج معين بينما المعالج الأبطأ لا يتمكن من تشغيله . 4.بعض المعالجات تستهلك الكثير من الطاقة مما يزيد من مشاكل الحرارة ويؤثر بالتالي على الأداء والاستقرار . 5.اختيار اللوحة الأم : حيث أن اللوحة الأم التي تختارها لا بد أن تدعم المعالج الذي تود تركيبه والعكس . معالج "Athlon" من شركة AMD
تتألف المعالجات من عدد كبير جداً من الترانزسترات ، فما هو عمل هذه الترانزسترات ؟ ومما يتكون ؟
إن المعالج يقوم مبدأ عمله على التعامل مع البيانات على شكل بتات وبايتات (راجع الموضوع "البت والبايت ومساحات التخزين") ، فالمعالج لا يفهم إلا لغة البتات على شكل واحدات وأصفار ، بالنسبة لك فإن البتات قد تعني لك في نهاية المطاف صورة أو رسالة أو ...أو... أما بالنسبة للمعالج فهي واحدات وأصفار .. كل بت يعتبره شحنة ويتعامل معه على أنه شحنة ينقلها ويخزنها هكذا .
وإذا نظرنا نظرة متعمقة في 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 باتخاذ 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 لاتخاذ القرارات في حالة معينة وهكذا ، وفي كل مجموعة تختلف عدد وطريقة تجمع الترانزسترات مما يؤثر على وظيفتها ، ويستطيع الحاسب باستخدام هذه المجموعات المختلفة بشكل مدروس ومنظم أن يقوم بكل العمل الذي يطلب منه .
إن 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 "الـ آي سي" أو IC والمعالج ما هو إلا مجموعة من الـ IC مترابطة مع بعضها البعض بشكل معقد . وبكلمة أخرى فإن :
عدة ترانزسترات = مجموعة وظيفية (بوابة)
عدة مجموعات وظيفية (الآلاف منها )= "آي سي"
عدة "آي سي" = معالج
والترانزستور بحد ذاته هو وحدة صغير جداً تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها بمقدار يختلف باختلاف التيار الداخل لها أي أنها تسمح بالتحكم بشدة تيار كهربائي حسب شدة تيار كهربائي آخر ، فهي كالمفتاح الكهربائي ، وباستخدام هذه الوحدة الصغيرة (الترانزستور) يمكننا تنظيمها لتكوين وحدات ذات وظيفة معينة تختلف باختلاف 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 .
هناك فرق مهم جداً بين المعالج وبين IC عادي 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 . 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 .
وحدة الإدخال والإخراج وحدة التحكم . وحدة الحساب والمنطق : وتتقسم لـ 1- وحدة الفاصلة العائمة و 2- وحدة الأعداد الصحيحة 3- المسجلات (*) الذاكرة المخبئية .
تتحكم وحدة الإدخال والإخراج بتسيير المعلومات إلى ومن المعالج ، وهي الجزء الذي يقوم بطلب البيانات والتنسيق مع الذاكرة العشوائية في تسيير البيانات ، لا يوجد أي شئ خاص في هذه الوحدة وليس لها تأثير في أداء المعالج لأن كل معالج مزود بوحدة الإدخال والإخراج التي تناسبه وليس بإمكانك ترقية أو تعديل هذه الوحدة بل هي جزء لا يتجزأ من وحدة المعالجة المركزية نفسها .
إن أحد الأسباب التي تجعل وحد الإدخال والإخراج مهمة هي احتوائها على الذاكرة المخبئية من المستوى الأول (L1) .
وحدة التحكم هي الوحدة التي تتحكم بمسيرة البيانات داخل المعالج وتنسق بين مختلف أجزاء المعالج للقيام بالعمل المطلوب وتتولى مسؤولية التأكد من عدم وجود أخطاء في التنسيق ، لذا في العقل المدبر للمعالج . وأيضاً ليس بإمكانك ترقية أو تعديل هذه الوحدة بل هي جزء لا يتجزأ من وحدة المعالجة المركزية . وتقوم هذه الوحدة أيضاً بتنفيذ الوسائل المتطورة لتسريع تنفيذ البرامج مثل توقع التفرع وغيرها (أنظر الوظائف المتقدمة ).
تتحكم هذه الوحدة بتردد المعالج ، فإذا كان لديك معالج تردده 700 ميجاهيرتز مثلاً فإن هذا معناه أن وحدة التحكم فيه تعمل على تردد 700 ميجاهيرتز .
إنه من الصعوبة بمكان على المعالج أن يقوم بحساب أعداد الفاصلة العائمة ( وهي الأعداد التي بها فاصلة عشرية ومن أمثلتها 2.336 و 2.5565 و 8856.36532 و 0.220003 ) لأنه في هذه الحالة سوف يستهلك الكثير من قوة المعالجة في حساب عملية واحدة .
ووحدة الفاصلة العائمة هي وحدة موجودة داخل المعالج ومتخصصة في العمليات الحسابية الخاصة بالفاصلة العائمة .وتلعب هذه الوحدة دوراً رئيسياً في سرعة تشغيل البرامج التي تعتمد بشكل كبير على الأعداد العشرية وهي في الغالب الألعاب الثلاثية الأبعاد وبرامج الرسم الهندسي.
يساعد قوة وحدة الفاصلة العائمة الكبيرة في تسريع الألعاب الثلاثية الأبعاد ، مع أن دور المعالج قد قل خلال السنوات السابقة بفضل دخول البطاقات الرسومية المسرعة بقوتها الكبيرة مما قلل من الاعتماد على المعالج المركزي في هذا المجال .
توجد وحدة الفاصلة العائمة في المعالجات 486 فما أحدث ( ما عدا المعالج 486SX ) داخل المعالج ، وقد كانت توضع في المعالجات 386 وما قبله خارج المعالج وتسمى math co-processor أي " معالج مساعد " ، إن وضع وحدة الفاصلة العائمة خارج المعالج (على اللوحة الأم ) يجعلها أبطأ ، جميع المعالجات اليوم يوجد فيها وحدة فاصلة عائمة ليس هذا فقط بل وحدة فاصلة عائمة متطورة .
و تختص هذه الوحدة بالقيام بحسابات الأعداد الصحيحة ، وتستعمل الأرقام الصحيحة في التطبيقات الثنائية الأبعاد كوورد وإكسل وبرامج الرسم الثنائية الأبعاد كما تستعمل في معالجة النصوص . يعتبر قوة وحدة الأعداد الصحيحة مهمة جداً لأن أغلب المستخدمين يستعملون التطبيقات التقليدية أغلب الوقت .
المسجلات هي عبارة عن نوع من الذاكرة السريعة جداً جداً (بالمناسبة هي أسرع أنواع الذاكرات في الحاسب الشخصي ) تستعمل لكي يخزن فيها المعالج الأرقام التي يريد أن يجري عليها حساباته ، فالمعالج لا يمكنه عمل أي عملية حسابية إلا بعد أن يجلب الأرقام المراد إجراء العمليات عليها إلى المسجلات . توجد المسجلات فيزيائياً داخل وحدة الحساب والمنطق المذكورة سابقاً .
إن حجم المسجلات مهم حيث أنه يحدد حجم البيانات التي يستطيع الحاسب إجراء الحسابات عليها ، ويقاس حجم المسجلات بالبت بدلاً من البايت بسبب صغر حجمها ( أنظر "البت والبايت") ، خطأ شائع بين الناس أن يقيسوا قدرة المعالج بأنه 32 بت استنادا إلى عرض ناقل النظام بل الصحيح أن يقيسوا المعالج بحجم مسجلاته ، وعلى ذلك فإن جميع معالجات 486 وما بعدها هي من معالجات ال 32 بت وليس 64 بت ، وبالمناسبة فإن معالجات 64 ستظهر خلال سنوات ولكنها لم تكن أبداً متوفرة سابقاً فلا تأخذ بمن يقول لك إن معالج بنتيوم الثاني هو معالج 64 بت بل إنه معالج 32 بت مثله مثل بنتيوم و 486 .
ما هو المعالج؟ المعالج عبارة عن شريحة من السليكون مغلفة وموصلة باللوحة الأم بطريقة خاصة لتقوم باستقبال البيانات من أجزاء الحاسب الأخرى ومعالجتها ثم إرسال النتائج إلى الأجزاء الأخرى لإخراجها أو تخزينها وجميع العمليات الحسابية تقوم بها هذه الوحدة ، وكل ما تفعله أثناء عملك على الحاسب يقوم به المعالج جزئياً أو كلياً بشكل أو آخر .
الفرق بين معالج و معالج آخر فيما يلي :
1. المعالج السريع يقوم بنفس العمل و لكن أسرع من المعالج البطيء ، المعالج لا يحدد أداء حاسبك بمفرده ولكنه يحدد أقصى أداء يمكن أن يصل إليه حاسبك وعلى المكونات الأخرى في الحاسب أن تكون سريعة أيضاً لكي يكون الحاسب بكامله سريع . 2. الإعتمادية : إن المعالج المنخفض الجودة قد يجعل حاسبك غير مستقر . 3. إن المعالج السريع قد يشغل برنامج معين بينما المعالج الأبطأ لا يتمكن من تشغيله . 4. بعض المعالجات تستهلك الكثير من الطاقة مما يزيد من مشاكل الحرارة ويؤثر بالتالي على الأداء والاستقرار . 5. اختيار اللوحة الأم : حيث أن اللوحة الأم التي تختارها لا بد أن تدعم المعالج الذي تود تركيبه والعكس . معالج "Athlon" من شركة AMD
*لتركيب المعالج Processor داخل الجهاز نقوم بعمل الخطوات الاتية :
1- نقوم بإخراج اللوحة الأم Motherboard من الغلاف المضاد للكهرباء .
2- نفتح ذراع التثبيت الخاص بالـ .Socket
3- نقوم بوضع الـ Processor بحيث يتجه السهم المرسوم عليه في اتجاه الـ Pins الناقصة من الـ Socket .. كما نرى في الشكل .
وهنا يجب أن تعلم انه يجب عدم الضغط على الـ Processor بقوة .. لأن ذلك قد يتسبب في ثني بعض الـ Pins الخاصة بالـ Processor .
4- نقوم بإغلاق ذراع التثبيت الخاص بالـ Socket .
5- نقوم بوضع المروحة Fan الخاصة بالـ Processor فوق المعالج Processor .
وتعمل هذه المروحة على تبريد المعالج .. ويجب أن تعلم أن تشغيل الـ Processor بدون Fan سوف يؤدي إلى تلفه .. وكما نرى في الشكل التالي انه يوجد بأسفل المروحة Fan مشتت حراري Heat Sink .. وتلتصق به مادة موصلة للحرارة تعمل على نقل الحرارة من الـ Processor إلى الـ Heat Sink .. وفي حالة عدم وجود هذه المادة يجب شراءها واضافتها علي سطح الـ Processor .
6- نقوم بتركيب المشابك الخاصة بتثبيتها .
ويجب ملاحظة وجود عدة أنواع من المراوح Fans التي قد تختلف قليلا في طريقة التثبيت .
7- نقوم بتثبيت كابل الطاقة الكهربية الخاص بالمروحة في اللوحة الام كما نرى في الشكل .
شكل يوضح تثبيت كابل الطاقة الكهربية الخاص بالمروحة في اللوحة الام
أجيال المعالج Type/Generation Year Data/Address bus width Level 1 Cache (KB) Memory Bus Speed Internal Clock Speed 8088 / الجيل الأول 1979 8/20 bit لا توجد 4.77-8 4.77-8
8086 / الجيل الأول 1978 16/20 bit لا توجد 4.77-8 4.77-8
80286 / الجيل الثانى 1982 16/24 bit لا توجد 6-20 6-20
80386DX / الجيل الثالث 1985 32/32 bit لا توجد 16-33 16-33
80386SX / الجيل الثالث 1988 16/32 bit لا توجد 16-33 16-33
80486DX / الجيل الرابع 1989 32/32 bit 8 25-50 25-50
80486SX / الجيل الرابع 1989 32/32 bit 8 25-50 25-50
8048DX2 / الجيل الرابع 1992 32/32 bit 8 25-40 50-80
80486DX4 / الجيل الرابع 1994 32/32 bit 8+8 25-40 75-120
Pentium / الجيل الخامس 1993 64/32 bit 8+8 60-66 60-200
MMX / الجيل الخامس 1997 64/32 bit 16-16 66 166-233
Pentium Pro / الجيل السادس 1995 64/32 bit 8+8 66 150-200
Pentium ΙΙ / الجيل السادس 1997 64/32 bit 16+16 66 233-300
Pentium ΙΙ / الجيل السادس 1998 64/32 bit 16+16 66/100 300/450
Pentium ΙΙΙ / الجيل السادس 1999 64/32 bit 16+16 100 450-1.2GHz
AMD Athlon / الجيل السابع 1999 64/32 bit 64+64 266 500-2.2GHz
Pentium ΙV / الجيل السابع 2000 64-32 bit 12+8 400 1.4-3.2GHz
AMD Athlon 64 / الجيل الثامن 2003 64/64 bit 64+64 400 2GHz
أي قطعة إلكترونية في أي جهاز ومنها المعالج تحتاج لأن تعمل ضمن مدى معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها :
* تقصر من عمر المعالج * تبطئ أدائه * تتسبب بأخطاء في الحسابات * تتسبب بتوقف الحاسب عن العمل بشكل متكرر (التعليق) * قد يعيد الحاسب تشغيل نفسه بدون سبب * قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب * في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كلياً .
أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة ومع وجود التقدم التكنولوجي الكبير في بلادنا العربية !!!
إن هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزسترات ، وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج بنتيوم الثالث مثلاً ينتج كمية من الحرارة أكبر من بنتيوم ، و تقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بـ"الواط" .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد ، أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزسترات لم تكن كبيرة مم يجعل درجة حرارته معتدلة .
طرق تبريد المعالجات
المبدد الحراري(*) :
هو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري ) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية (*) ، وفائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل ، ويصنع المبدد الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة.
يجب على المبدد الحراري أن يكون ملتصقاً بسطح المعالج تماماً ، في بعض المعالجات لا يكون المبدد ملتصقاً به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات بنتيوم هي أفضل مثال ) ، وفي هذه الحالة إذا قمت بتثبيت المبدد الحراري على المعالج مباشرة ستكون النتيجة وجود كمية (بسيطة جداً) من الهواء بين المعالج والمبدد الحراري فيجب دائماً وضع مادة بيضاء خاصة تسمى heat sink compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج ، يجب وضع كمية بسيطة جداً منها .
المبدد الحراري الجيد يجب أن يكون أكبر ما يمكن و ذو أكبر عدد من العواميد الصغيرة ( أو الإبر العمودية ) كما يجب أن يكون مدخل الهواء أبعد ما يمكن عن المخرج حتى لا يعود الهواء الساخن الخارج من المبدد للدخول مرة ثانية .
مروحة التبريد(*) :
وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة ، وفي بعض الأحيان قد يستخدم المبدد الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعاً في هذه الحالة يجب استعمال مبدد حراري كبير جداً ) ولكن لاحظ أن استخدام المروحة يجعل التبريد أفضل حتى 10 مرات من المبدد الحراري بدون مروحة .
يمكن قياس قوة المروحة باستخدام عدد الأقدام المربعة من الهواء التي تدفعها في الدقيقة الواحدة (CFM) .
مبرد بالتير (*):
وهو جهاز على شكل شريحة مربعة الشكل ( لا أعتقد أنه يتوفر في البلاد العربية ) توضع على سطح المعالج وتعمل بالكهرباء و تقوم بسحب الحرارة من سطح المعالج إلى السطح الآخر و يثبت المبدد الحراري من أعلى ، تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستعمل في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلى من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة .
التبريد بالماء : أما التبريد بالماء فهو من أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة ويستعمل الماء بطريقة مثل تلك المستعملة في السيارات (مثل الجهاز المعروض في الصورة ) فهو يعتمد على تمرير المياه داخل المبدد الحراري (له تركيب خاص) أو استبدال المبدد الحراري بعلبة صغيرة يمر فيها الماء .
جهاز لتبريد المعالج بالمياه ( يشبه الراديتور)
التبريد بواسطة "كومبريسور"
يوجد أيضاً كومبريسورات خاصة تشبه الموجودة في أجهزة التبريد ولكنها أصغر ( لا تتوفر في البلاد العربية نظراً لتطورها التقني ) تقوم بتبريد سطح المعالج وطبعاً يستهلك هذا النظام الكثير من الكهرباء وهو مكلف أيضاً .
التبريد بالنتروجين السائل
التبريد بالنيتروجين السائل ( درجة حرارته أكثر من 180 درجة تحت الصفر ) لا يستعمل إلا تحت ظروف خاصة في المختبرات ، فمثلاً باستخدام النيتروجين السائل أمكن للعلماء أن يجعلوا المعالج بنتيوم يعمل بتردد يفوق 500 ميجاهيرتز .
استعمال طرق التبريد
إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري ومروحة التبريد معاً ، وفي الصورة على اليسار المعالج "أثلون" وفي خلفيته عواميد المبدد الحراري وفي منتصفها مروحة التبريد .
لا تفكر إلا بالتبريد بالمبدد الحراري والمروحة ، جميع الخيارات الأخرى تعتبر "فبركة" وليست ضرورية إلا لمن يرغب بتشغيل المعالج فوق سرعته الرسمية بفارق كبير.
لماذا ترتفع درجة حرارة المعالج فوق المعدل المرغوب به ؟
إن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد على :
* كفاءة المبدد الحراري * كفاءة مروحة التبريد * كمية الحرارة التي ينتجها المعالج * درجة حرارة علبة النظام ، حيث لا يمكن لأي مبدد حراري ومروحة أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلى أقل من درجة حرارة علبة النظام ، هذا لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المبدد الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها . * تصميم العلبة حيث أنه في علب النظام من نوع ATX (علب نظام بنتيوم الثاني وما بعده ) تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج بتركيبها حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجرى الهواء وهذا يساعد كثيراً في تفادي مشكلة الحرارة ، حتى أن هناك من يقول أن علب النظام ATX يمكن أن تبرد المعالج بالهواء الخارج من مزود الطاقة .
إن أحد أسباب ارتفاع درجة حرارة المعالج هو وجود الأوساخ داخل المبدد الحراري مما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة ، حدث لي ذلك ذات مرة وبتنظيف المبدد الحراري انتهت المشكلة .، إن من المفيد تنظيف الحاسب من الداخل كل فترة .
بعض اللوحات الأم تزود بترمومترات لقياس درجة حرارة المعالج أو بأجهزة لمراقبة التيار الكهربائي الذاهب لمروحة تبريد المعالج وبذلك تتمكن من اكتشاف أي خطأ أو مشكلة قد تؤدي لزيادة درجة حرارة المعالج .
التبريد في الحاسبات المحموله
لدينا أيضاً الحاسبات المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة التي هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحاسبات لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات ، فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً ويقلل من مشاكل التبريد .
كما يستخدمون برامج خاصة لحفظ الطاقة عن طريق البيوس وذلك بإطفاء أجزاء كبيرة من عتاد الحاسب حينما لا يكون في حالة استعمال لفترة طويلة ، ويستعمل هذا النظام اليوم على كل الحاسبات الشخصية .
هناك ١١ تعليقًا:
العوامل المؤثرة على سرعة المعالج
إن سرعة المعالج ليست هي العامل الوحيد الذي يقرر سرعة الحاسب بل المهم أيضاً سرعة حركة البيانات بين الأجزاء المختلفة في الحاسب وبخاصة من وإلى المعالج .
هناك الكثير من الطرق التي تستخدم لقياس سرعة المعالجات كما إن المعالجات المختلفة تتفاوت فيما بينها في المجالات المختلفة ، فقد يتفوق بعضها على الآخر في حسابات الفاصلة العائمة فيما يتفوق الآخر في أشياء أخرى وهكذا . وهناك عاملين أساسيين يتحكمان في أداء معالج ما :
تردد الساعة
معمارية المعالج
إن مقارنة معالجين بسرعة تردد الساعة لهما فقط يعتبر مقارنة خاطئة إذا كان المعالجين مختلفين في المعمارية ، يمكننا مثلاً أن نقول أن معالج بنتيوم 233 ميجاهيرتز أسرع من معالج بنتيوم 200 ولكن لا يمكنك أن تقول أنه أسرع من بنتيوم 200 ميجاهيرتزMMX لأن جزء من معمارية المعالج تختلف .
وفيما يلي نستعرض أهم الأشياء التي تجعل معالج يكون أسرع من معالج آخر ......
تردد المعالج
يقصد بتردد المعالج تردد الساعة التي يعمل عليها المعالج ، كلما كان تردد الساعة أعلى كلما أصبح بإمكان المعالج عمل أشياء أكبر في وقت أقل ، وتقاس سرعة المعالج بالميجاهيرتز * ، معالج سرعة تردده بـ 200 ميجاهيرتز فإنه قادر على عمل 200 مليون دورة * في الثانية ، أما كم من العمليات الحسابية يتم في هذه الدورة فهذا راجع لبنية المعالج والجيل الذي ينتمي إليه
وعندما نقول أن هذا المعالج تردده 400 ميجاهيرتز مثلاً فإن ذلك يعني تردد جميع ما في داخل المعالج ما عدا الذاكرة المخبئية فأحيانا يكون ترددها نصف تردد المعالج.
هذا بالنسبة للمعالج أما الأجزاء الأخرى المتصلة بالمعالج فلا تعمل بهذه السرعة الكبيرة لأنها لو كانت تعمل بهذه السرعة لكانت باهظة الثمن جداً بل تعمل بسرعات أقل من المعالج ، فناقل النظام يعمل في الغالب بتردد ما بين 66 أو 100 ميجاهيرتز وفي بعض المعالجات بتردد 133 وفي المعالج "أثلون" الجديد بتردد 200 ميجاهيرتز ويتوقع أن يزيد إلى 400 ميجاهيرتز.وهناك علاقة تحكم تردد المعالج وتردد الناقل وهي كالتالي:
تردد المعالج = تردد الناقل × عامل المضاعفة (أو يسمى عامل الجداء)
مثال : تردد معالجي هو 450 ميجاهيرتز = 100 هيرتز × 4.5 (عامل الجداء)
وبما أن هناك علاقة بهذا الشكل فهذا معناه أن نقل البيانات بين هذين الجزأين منظم بطريقة تزامنيه - أي أنه في حالة تردد الناقل 100 ميجاهيرتز وتردد المعالج 500 ميجاهيرتز فإن كل 5 دورات للمعالج تقابلها دورة واحدة للناقل ويسمى هذا النوع من النقل بالنقل المتزامن * للبيانات بعكس النقل غير المتزامن * للبيانات الذي لا تكون هناك علاقة ثابتة بينهما .
في العصور القديمة للحاسب ( أيام كانت حاسبات 386 وما قبلها سائدة ) لم نكن نحتاج أن تكون سرعة الناقل تختلف عن سرعة المعالج الداخلية ، حيث كانت سرعة المعالج مجرد 50 ميجاهيرتز أو أقل لذا فقد كانت سرعة المعالج هي نفسها سرعة الناقل ولكن برزت الحاجة لجعل تردد الناقل يختلف عن تردد المعالج منذ حاسبات 486 حين زادت سرعة المعالج عن سرعة الناقل .
وتردد المعالج ليس هو كل شئ فيما يتعلق بالسرعة في معالجة البيانات بل هناك تقنيات أخرى تزيد وتعزز من أداء المعالج ، كما أن هناك تفاوت من معالج وآخر في بعض المجالات من بعضها الآخر ، فقد فقد تجد أن معالج ما يتفوق في حسابات الأرقام الصحيحة ومعالج آخر يتفوق في الذاكرة المخبئية وهكذا .
قوة وحدتي الفاصلة العائمة ووحدة الأرقام الصحيحة
إن وحدة الأرقام الصحيحة لهي جزء مهم من المعالج لأن أغلب عمليات الحاسب تتم في هذا الجزء ، كما يجب الانتباه إلى أن المعالج الذي لديه وحدة أرقام صحيحة ممتازة ليس معناه أن وحدة الفاصلة العائمة عنده ممتازة أيضاً ، إن معالجات شركة إنتل لهي الأفضل حتى الآن في مجال الفاصلة العائمة .
تستعمل الفاصلة العائمة في برامج الألعاب والجداول الإلكترونية ، بينما تستخدم وحدة الأعداد الصحيحة في التطبيقات الأخرى .
--------------------------------------------------------------------------------
سرعة الناقل
إن الناقل السريع يضمن كما قلنا توصيل البيانات بالسرعة التي تجعل المعالج لا يكون في حالة انتظار * ، ويعتبر كلاً من تردد الناقل وعرضه مهماً ، وفيما يكون عرض ناقل النظام 64 بت في المعالجات الحديثة جميعها فإن تردد الناقل هو الذي يحكم به على سرعة الناقل:
سرعة الناقل ( بت / ثانية ) = عرض الناقل ( بت ) × تردده (هيرتز)
--------------------------------------------------------------------------------
تبريد المعالجات
أي قطعة إلكترونية في أي جهاز ومنها المعالج تحتاج لأن تكون ضمن مدى معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها :
تقصر من عمر المعالج
تبطئ أدائه
تتسبب بأخطاء في الحسابات
تتسبب بتوقف الحاسب عن العمل بشكل متكرر (التعليق)
قد يعيد الحاسب تشغيل نفسه بدون سبب
قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب
في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كلياً .
أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة ومع وجود التقدم التكنولوجي الكبير في بلادنا العربية !!!
إن هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزسترات ، وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج بنتيوم الثالث مثلاً ينتج كمية من الحرارة أكبر من بنتيوم ، و تقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بـ"الواط" .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد ، أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزسترات لم تكن كبيرة مم يجعل درجة حرارته معتدلة .
إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري ومروحة التبريد :
المبدد الحراري(*) : وهو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري ) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية (*) ، وفائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل ، ويصنع المبدد الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة.
مروحة التبريد : وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة .
في الصورة على اليسار المعالج "أثلون" وفي خلفيته عواميد المبدد الحراري وفي منتصفها مروحة التبريد . بالمناسبة في بعض الأحيان قد يستخدم المبدد الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعاً في هذه الحالة يجب استعمال مبدد حراري كبير جداً ).
يجب على المبدد الحراري أن يكون ملتصقاً بسطح المعالج تماماً ، في بعض المعالجات لا يكون المبدد ملتصقاً به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات بنتيوم هي أفضل مثال ) ، وفي هذه الحالة إذا ثبتت المبدد الحراري على المعالج مباشرة فإنه لا بد أن يكون هناك كمية بسيطة جداً من الهواء بين المعالج والمبدد الحراري فيجب في هذه الحالة وضع مادة بيضاء خاصة تسمى heat sink compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج .
لاحظ أن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد على كفاءة المبدد الحراري وعلى كمية الحرارة التي ينتجها المعالج وأيضاً على درجة حرارة علبة النظام ، ولا يمكن لأي مبدد حراري أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلى أقل من درجة حرارة علبة النظام ، هذا لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المبدد الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها . ما أريد أن أقول هنا أن حرارة علبة النظام مهمة لتبريد المعالج وكذلك تصميم العلبة حيث أنه في علب النظام الحديثة من نوع ATX تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجرى الهواء وهذا يساعد كثيراً في تفادي مشكلة الحرارة .
إن أحد أسباب ارتفاع درجة حرارة المعالج هو وجود الأوساخ داخل المبدد الحراري مما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة ، حدث لي ذلك ذات مرة وبتنظيف المبدد الحراري انتهت المشكلة . من المفيد تنظيف الحاسب من الداخل كل فترة .
بعض المعالجات مثل بنتيوم أوفر درا يف من شركة إنتل (*) لديها مروحة داخلية في الرقاقة ، إذا حصل وعطبت هذه المروحة فإن المعالج يحمي نفسه بإنقاص تردده إلى 25 ميجاهيرتز إلى أن تستبدل المروحة .
لدينا أيضاً الحاسبات المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة التي هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحاسبات لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات . فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً ويقلل من مشاكل التبريد . كما يستخدمون برامج خاصة لحفظ الطاقة عن طريق البيوس وذلك بإطفاء أجزاء كبيرة من عتاد الحاسب حينما لا يكون في حالة استعمال لفترة طويلة ، ويستعمل هذا النظام اليوم على كل الحاسبات الشخصية .
هناك أشكال متطورة من مبردات المعالجات ، هناك مثلاً ما يسمى peltier cooler وهو جهاز على شكل شريحة توضع على سطح المعالج وتستخدم الكهرباء كي تقوم بتبريد المعالج ويثبت المبدد الحراري من أعلى ، تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستعمل في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلى من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة .
ومن أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة هو استعمال " راديترات " مثل تلك المستعملة في السيارات أو التبريد بواسطة "كومبريسور" مثل الموجود في أجهزة التبريد .
جهاز لتبريد المعالج بالمياه ( يشبه الراديتور)
تسريع المعالج فوق السرعة الرسمية
ما هو تسريع المعالج (*)
عندما تركب معالج في جهازك فإن عليك أن تخبر الحاسب عن سرعة هذا المعالج وذلك بضبط بعض "القفازات" على اللوحة الأم بطريقة معينة ، وتضبط هذه القفازات سرعة ناقل النظام وعامل المضاعفة مما يحدد بالتالي تردد المعالج .
سؤال : هل يستطيع المهندسون في مصنع المعالجات أن يضمنوا عند تصنيع مجموعة من المعالجات إن تخرج كلها لتعمل عند تردد معين ؟
الجواب هو لا ، فإن المجموعة التي تخرج من المصنع تعمل بسرعات مختلفة - بسبب العديد من العوامل - لذا فإنهم لا يستطيعون التحكم بكمية المعالجات التي ينتجونها من سرعة معينة وينتج من ذلك نقص في معالجات سرعة معينة .
فمثلاً قد يحدث في مرحلة ما شح في معالجات سرعة معينة بما لا يتناسب مع حاجة السوق ، مثل أن يتم تصنيع معالجات 800 ميجاهيرتز فيما يتطلب السوق مثلاً معالجات 600 ميجاهيرتز (بسبب أسعارها الأقل ) فكيف تحل المشكلة ؟
يكون الحل بأن تبيع الشركة المعالجات ذات السرعة الأكبر على أساس أنها ذات سرعة أقل فما وجه الاستفادة من ذلك بالنسبة لك ؟
يمكنك تشغيل معالج كهذا على سرعة أكبر فمثلاً إذا كان لديك معالج 200 ميجاهيرتز ربما تنجح في أن تجعله يعمل بسرعة 233 ميجاهيرتز مثلاً وذلك بتغيير إما سرعة ناقل النظام أو معامل المضاعفة كما أشرت في البداية .
ولكن مهلاً قد لا ينطبق هذا الوضع على المعالج الذي اشتريته لذا فإن ليس كل معالج يمكنه أن يعمل على سرعة أكبر من تلك التي تظهر على علبته ، وذلك يعتمد على عوامل أخرى أيضاً ، فمثلاً معالجات إنتل الحديثة وخاصة بنتيوم الثالث فيها نوع من إغلاق التحكم بالتردد من المصنع بحيث أن المعالج لا يعمل إلا على التردد الذي صمم عليه وبذلك لا يمكن التحايل ورفع تردد المعالج فوق سرعته الأصلية .
--------------------------------------------------------------------------------
مشاكل رفع التردد
الحرارة الزائدة مما يقصر من عمر المعالج ، وإذا رفع تردد الساعة كثيراً فوق التردد الرسمي قد يتطلب الأمر طرق خاصة لتبريد المعالج مثل استخدام الماء (مثل نظام تبريد محرك السيارة ) أو مراوح تبريد كبيرة جداً .
الذاكرة المخبئية المستوى الثاني قد لا تستطيع العمل بهذه السرعة الزائدة لذا فإن المعالج "سيليرون" هو من أفضل المعالجات في هذا المجال لعدم احتوائه على هذه الذاكرة .
ربما لا تستطيع الذاكرة العشوائية مجاراة ناقل النظام (في حالة ما تم زيادة تردد ناقل النظام ) حيث أن لكل نوع من الذاكرة العشوائية مدى محدد من السرعات التي يمكنه العمل عليها فالذاكرة العشوائية من نوع FPM يمكنها العمل حتى 66 ميجاهيرتز لناقل النظام بينما EDO تعمل حتى 75 ميجاهيرتز والذاكرة SD-RAM تعمل بترددات 100 أو 133 ميجاهيرتز حسب نوعها .
ربما لا تعمل بعض بطاقات التوسعة بشكل جيد أو لا تعمل أبداً بسبب سرعة ناقل النظام الكبيرة .
ربما تواجه بعض البرامج صعوبة في العمل : وندوز NT مثلاً لا يمكن تركيبه على جهاز مرفوع قوته ، إلا أنه يمكن التحايل على ذلك بتثبيت NT أولاً ثم رفع قوة المعالج .
--------------------------------------------------------------------------------
ما هي المعالجات القابلة لرفع التردد
شاعت عملية رفع تردد المعالج في معالجات بنتيوم وكذلك معالجات AMD من الجيل الرابع ، ومن بعدهم أصبحت معالجات بنتيوم MMX و بنتيوم الثاني أيضاً قابلة لرفع التردد .
بعض المعالجات مثل بنتيوم الثالث وبعض معالجات AMD القديمة لا تقبل رفع التردد لأن ترددها مثبت من المصنع على التردد الذي يجب أن تعمل عليه ، هذا لأن شركات صناعة المعالجات أبطلت إمكانية رفع التردد في هذه المعالجات لسياسات خاصة بها .
إن أفضل المعالجات القابلة لرفع التردد هي -كما ذكرت سابقاً - معالجات سيليرون ، هذا لأنها لا تحوي ذاكرة مخبئية مما يزيل المشاكل التي تنجم عن رفع التردد بالنسبة للذاكرة المخبئية ( لقد قرأت في بعض مواقع الوب عن معالجات سيليرون 300 تعمل بسرعة 500 بدون مشاكل ).
ثم هناك معالجات سيليرون A ، وهي معالجات سيليرون مع ذاكرة مخبئية مقدارها 128 كيلوبايت ، وهذه المعالجات أيضاً محمية ضد رفع التردد (مع أنك تستطيع زيادة سرعتها عن طريق رفع تردد ناقل النظام ) .
صناعة المعالجات
لا تحتكر شركة IBM صناعة المعالجات كما قد تتصور ، بل إن أشهر وأحدث المعالجات هما من شركتي إنتل و AMD بينما تفرغت شركة IBM لعمل معالجات لمنصات أخرى غير الحاسب الشخصي .
تتم صناعة المعالجات من عدة مصنعين أشهرهم شركتي إنتل و AMD ، وقد كانت معالجات شركة إنتل لفترة طويلة جداً هي الشركة الرئيسية المصنعة للمعالجات بينما كانت باقي الشركات تكتفي بتقليدها إلى أن بدأت شركة AMD المنافسة الجدية بطرح معالجها المسمى "أثلون" حيث أصبحت تعتبر الآن لاعب أساسي في السوق .
تمر صناعة المعالج بالكثير من الخطوات الطويلة والمكلفة ، إن صناعة معالج حديث قد تستغرق 90 يوماً من العمل (طبعاً تتم صناعة المعالجات بالجملة ) باستخدام تقنيات عالية جداً . ويتكون الترانزستور من مادة شبه موصلة غالباً ما تكون السيليكون .
إن أول خطوة لصناعة المعالج هي جلب السيليكون (موجود بكثرة في الرمال الصحراوية البيضاء ) ومعالجته بشكل خاص ودقة تامة ليصبح في النهاية على شكل كريستال حجم الواحدة منها يقارب العشرين سنتيمتراً ، وتقطع بواسطة أدوات خاصة إلى شرائح كل شريحة منها سمكها أقل من 1 مليمتر - تخيل - وقطرها 20 سم ( عملية دقيقة جداً ) وتستعمل كل واحدة من هذه الرقاقات بعد المعالجة في صنع ما يقرب من 140 معالج يعطب منها حوالي 20 . وتكفي الكريستالة الواحدة لصنع الآلاف من المعالجات وكلما كانت شريحة السليكون أقل سمكاً كلما تمكنا من إنتاج معالجات أكثر بنفس كتلة الكريستال وهذا يخفض التكلفة .
تأتي بعد ذلك مرحلة تصميم المعالج (على الورق) وهذه عملية تأخذ الكثير من الوقت وقد تستهلك جهد عمل المئات بل الآلاف من المهندسين لشهور أو سنين .ثم بعد ذلك تبدأ عملية التصنيع باستخدام أدوات دقيقة جداً وأجهزة حاسب آلي ضخمة جداً ومكلفة جداً ويتم تصنيع الترانزسترات باستخدام الضوء ومواد حساسة للضوء على شكل طبقات تختلف باختلاف المعالج وحسب تعقيده لتنتج لنا من كل رقاقة كما قلت المئات من المعالجات ، فتقطع هذه الرقاقة إلى مئات القطع لتكون كل قطعة معالج قائم بذاته .
ثم تأتي بعد ذلك عملية وضع كل رقاقة من هذه الرقاقات داخل غلاف لها حتى تحميها من العوامل الخارجية وحتى يسهل حملها والتعامل معها ، ولكل معالج طريقته في التغليف ويعتبر التغليف أيضاً عملية معقدة كون عدد الإبر كبير (المئات) .
طبعاً بعض القطع من هذه الرقاقات قد لا تعمل نتيجة كون بعض أجزاء السيليكون معطوب ، أيضاًَ قد يعمل بعضها أسرع من الأخرى لذا نجد الاختلاف في سرعات الساعة للمعالجات . كما إن نسبة المعالجات المعطوبة من هذه العملية ككل تؤثر في سعر المعالج ، وكلما شرع المهندسون في تصميم معالج جديد كان في البداية غالي الثمن بسبب قلة الخبرة التي تجعل نسبة المعالجات المعطوبة قليلة جداً ، ومع الوقت تقل النسبة وينخفض سعر المعالج .
يحرص مصنعي المعالجات على تصميم معالجات من شرائح سيليكون صغيرة بقدر الإمكان لأن ذلك يعني نسبة أقل من المعالجات المعطوبة وتخفيض التكلفة ، وتخفيض الحرارة الناتجة . و المعالجات تصبح أكثر قوة مع الوقت ، ولكي تكون أكثر قوة لابد أن تحوي عدد أكبر من الترانزسترات في حجم صغير ، فتستعمل معماريات أصغر للمعالج كي تتيح لنا ذلك .
تغليف المعالجات
إن الغرض من التغليف هو أن نجعل شريحة السيليكون سهلة الحمل وآمنة من العوامل الخارجية وأن توصل من الخارج مع اللوحة الأم حتى يتواصل المعالج مع الأجزاء الأخرى للحاسب.
كان أول معالج من نظام IBM يستخدم نظام تغليف يدعى DIP ولكن هذا الطريقة لم تعد تنفع في المعالجات الأحدث بسبب العدد الكبير للإبر الذي يستدعي أن يكون المعالج طويل جداً حتى يكفي كل هذا العدد من الإبر لأن الإبر في هذا النوع من التغليف كانت تخرج من طرفين فقط من أطراف المعالج .
لذا طور النوع الثاني من التغليف يسمى PGA وفيه يوضع المعالج داخل علبة مربعة أو مستطيلة الشكل قليلة الارتفاع وتخرج إبر المعالج من الأسفل وتدخل في مقبس خاص على اللوحة الأم ، ويوفر هذا النوع من التغليف خروج عدد كبير من الإبر من أسفل الرقاقة . وكان التغليف نفسه يصنع أحياناً من البلاستيك لذا يسمى P PGA ، وأحياناً يصنع من السيراميك C PGA (يعتبر البلاستيك أفضل من السيراميك ) .
ازدادت الحاجة لعدد أكبر من الإبر مرة ثانية فتم تعديل الـ PGA وسمي SPGA ليتسع لعدد أكبر من الإبر ، ومعالج بنتيوم غلف بهذه الطريقة . أما المعالج بنتيوم برو فقد تم تغليفه بطريقة خاصة باستخدام طريقة اسمها "Dual Pattern PGA " حيث تحوي هذا التغليف ليس فقط المعالج بل أيضاً الذاكرة المخبئية المدمجة به .
كان المعالج بنتيوم برو معالج مكلف كون الذاكرة المخبئية كانت داخل تغليف المعالج فقررت إنتل إزالتها ، ولكن وضع الذاكرة المخبئية على اللوحة الأم - مثل المعالج بنتيوم سيجعل منها ذاكرة بطيئة فما هو الحل ؟
كان الحل هو التغليف الجديد SEC حيث وضع المعالج مع الذاكرة العشوائية على لوحة إلكترونية مطبوعة PCB وتغليفهما داخل كار ترج يتصل مع اللوحة الأم بواسطة مقبس خاص به .
المعالج بنتيوم الثاني : المعالج (في المنتصف) مع الذاكرة المخبئية على لوحة إلكترونية مطبوعة أما الكارترج فهو منزوع لتوضيح الأجزاء الداخلية
أما في المفكرات فالأمر يختلف ، تنتج شركة إنتل حزمة تحوي المعالج والذاكرة المخبئية وطقم الرقاقات في قطعة واحدة لتقليل الوزن والمساحة .
كانت المعالجات المغلفة بطريقة PGA تركب في اللوحة الأم بطريقة خاصة وكان من الصعب على معظم المستخدمين أن يستبدلوا معالجاتهم بأنفسهم إلى أن تم استعمال مقبس يسمح بسهولة إزالة وتركيب المعالج وصار يدعى مقبس ZIF ومعناه "إدخال المعالج بدون قوة " .
تزوير المعالجات
توجد في الأسواق معالجات مزورة ، تقوم عصابات التزوير بتغيير الرقم المحفور بالليزر والذي يدل على تردد المعالج واستبداله بسرعة أعلى للساعة ، فمثلاً قد يجلبون معالج بنتيوم 166 ويمحون ال166 ويكتبون بدلاً منها 200 ، وخذ يا زيد المعالج المزور بسعر المعالج 200 ميجاهيرتز .
انتشرت هذه الطريقة في المعالج بنتيوم بشكل كبير جداً ، وهناك برامج موجودة في السوق لكشف هذا التلاعب كما يمكن جلبها من الإنترنت إيضاً .
تبريد المعالجات
أي قطعة إلكترونية في أي جهاز ومنها المعالج تحتاج لأن تكون ضمن مدى معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها :
تقصر من عمر المعالج
تبطئ أدائه
تتسبب بأخطاء في الحسابات
تتسبب بتوقف الحاسب عن العمل بشكل متكرر (التعليق)
قد يعيد الحاسب تشغيل نفسه بدون سبب
قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب
في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كلياً .
أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة ومع وجود التقدم التكنولوجي الكبير في بلادنا العربية !!!
إن هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزسترات ، وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج بنتيوم الثالث مثلاً ينتج كمية من الحرارة أكبر من بنتيوم ، و تقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بـ"الواط" .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد ، أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزسترات لم تكن كبيرة مم يجعل درجة حرارته معتدلة .
إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري ومروحة التبريد :
المبدد الحراري(*) : وهو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري ) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية (*) ، وفائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل ، ويصنع المبدد الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة.
مروحة التبريد : وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة .
في الصورة على اليسار المعالج "أثلون" وفي خلفيته عواميد المبدد الحراري وفي منتصفها مروحة التبريد . بالمناسبة في بعض الأحيان قد يستخدم المبدد الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعاً في هذه الحالة يجب استعمال مبدد حراري كبير جداً ).
يجب على المبدد الحراري أن يكون ملتصقاً بسطح المعالج تماماً ، في بعض المعالجات لا يكون المبدد ملتصقاً به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات بنتيوم هي أفضل مثال ) ، وفي هذه الحالة إذا ثبتت المبدد الحراري على المعالج مباشرة فإنه لا بد أن يكون هناك كمية بسيطة جداً من الهواء بين المعالج والمبدد الحراري فيجب في هذه الحالة وضع مادة بيضاء خاصة تسمى heat sink compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج .
لاحظ أن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد على كفاءة المبدد الحراري وعلى كمية الحرارة التي ينتجها المعالج وأيضاً على درجة حرارة علبة النظام ، ولا يمكن لأي مبدد حراري أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلى أقل من درجة حرارة علبة النظام ، هذا لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المبدد الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها . ما أريد أن أقول هنا أن حرارة علبة النظام مهمة لتبريد المعالج وكذلك تصميم العلبة حيث أنه في علب النظام الحديثة من نوع ATX تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجرى الهواء وهذا يساعد كثيراً في تفادي مشكلة الحرارة .
إن أحد أسباب ارتفاع درجة حرارة المعالج هو وجود الأوساخ داخل المبدد الحراري مما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة ، حدث لي ذلك ذات مرة وبتنظيف المبدد الحراري انتهت المشكلة . من المفيد تنظيف الحاسب من الداخل كل فترة .
بعض المعالجات مثل بنتيوم أوفر درا يف من شركة إنتل (*) لديها مروحة داخلية في الرقاقة ، إذا حصل وعطبت هذه المروحة فإن المعالج يحمي نفسه بإنقاص تردده إلى 25 ميجاهيرتز إلى أن تستبدل المروحة .
لدينا أيضاً الحاسبات المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة التي هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحاسبات لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات . فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً ويقلل من مشاكل التبريد . كما يستخدمون برامج خاصة لحفظ الطاقة عن طريق البيوس وذلك بإطفاء أجزاء كبيرة من عتاد الحاسب حينما لا يكون في حالة استعمال لفترة طويلة ، ويستعمل هذا النظام اليوم على كل الحاسبات الشخصية .
هناك أشكال متطورة من مبردات المعالجات ، هناك مثلاً ما يسمى peltier cooler وهو جهاز على شكل شريحة توضع على سطح المعالج وتستخدم الكهرباء كي تقوم بتبريد المعالج ويثبت المبدد الحراري من أعلى ، تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستعمل في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلى من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة .
ومن أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة هو استعمال " راديترات " مثل تلك المستعملة في السيارات أو التبريد بواسطة "كومبريسور" مثل الموجود في أجهزة التبريد .
جهاز لتبريد المعالج بالمياه ( يشبه الراديتور)
بعض اللوحات الأم تزود بترمومترات لقياس درجة حرارة المعالج أو بأجهزة لمراقبة التيار الكهربائي الذاهب لمروحة تبريد المعالج وبذلك تتمكن من اكتشاف أي خطأ أو مشكلة قد تؤدي لزيادة درجة حرارة المعالج .
ما هو المعالج؟
فالمعالج عبارة عن شريحة من السليكون مغلفة وموصلة باللوحة الأم بطريقة خاصة لتقوم باستقبال البيانات من أجزاء الحاسب الأخرى ومعالجتها ثم إرسال النتائج إلى الأجزاء الأخرى لإخراجها أو تخزينها وجميع العمليات الحسابية تقوم بها هذه الوحدة ، وكل ما تفعله أثناء عملك على الحاسب يقوم به المعالج جزئياً أو كلياً بشكل أو آخر .
الفرق بين معالج و معالج آخر فيما يلي :
1.المعالج السريع يقوم بنفس العمل و لكن أسرع من المعالج البطيء ، المعالج لا يحدد أداء حاسبك بمفرده ولكنه يحدد أقصى أداء يمكن أن يصل إليه حاسبك وعلى المكونات الأخرى في الحاسب أن تكون سريعة أيضاً لكي يكون الحاسب بكامله سريع .
2.الإعتمادية : إن المعالج المنخفض الجودة قد يجعل حاسبك غير مستقر .
3.إن المعالج السريع قد يشغل برنامج معين بينما المعالج الأبطأ لا يتمكن من تشغيله .
4.بعض المعالجات تستهلك الكثير من الطاقة مما يزيد من مشاكل الحرارة ويؤثر بالتالي على الأداء والاستقرار .
5.اختيار اللوحة الأم : حيث أن اللوحة الأم التي تختارها لا بد أن تدعم المعالج الذي تود تركيبه والعكس .
معالج "Athlon" من شركة AMD
أجزاء المعالج الداخلية
البنية التحتية للمعالجات
تتألف المعالجات من عدد كبير جداً من الترانزسترات ، فما هو عمل هذه الترانزسترات ؟ ومما يتكون ؟
إن المعالج يقوم مبدأ عمله على التعامل مع البيانات على شكل بتات وبايتات (راجع الموضوع "البت والبايت ومساحات التخزين") ، فالمعالج لا يفهم إلا لغة البتات على شكل واحدات وأصفار ، بالنسبة لك فإن البتات قد تعني لك في نهاية المطاف صورة أو رسالة أو ...أو... أما بالنسبة للمعالج فهي واحدات وأصفار .. كل بت يعتبره شحنة ويتعامل معه على أنه شحنة ينقلها ويخزنها هكذا .
وإذا نظرنا نظرة متعمقة في 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 باتخاذ 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 لاتخاذ القرارات في حالة معينة وهكذا ، وفي كل مجموعة تختلف عدد وطريقة تجمع الترانزسترات مما يؤثر على وظيفتها ، ويستطيع الحاسب باستخدام هذه المجموعات المختلفة بشكل مدروس ومنظم أن يقوم بكل العمل الذي يطلب منه .
إن 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 "الـ آي سي" أو IC والمعالج ما هو إلا مجموعة من الـ IC مترابطة مع بعضها البعض بشكل معقد . وبكلمة أخرى فإن :
عدة ترانزسترات = مجموعة وظيفية (بوابة)
عدة مجموعات وظيفية (الآلاف منها )= "آي سي"
عدة "آي سي" = معالج
والترانزستور بحد ذاته هو وحدة صغير جداً تسمح بمرور التيار الكهربائي من خلالها بمقدار يختلف باختلاف التيار الداخل لها أي أنها تسمح بالتحكم بشدة تيار كهربائي حسب شدة تيار كهربائي آخر ، فهي كالمفتاح الكهربائي ، وباستخدام هذه الوحدة الصغيرة (الترانزستور) يمكننا تنظيمها لتكوين وحدات ذات وظيفة معينة تختلف باختلاف 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 .
هناك فرق مهم جداً بين المعالج وبين IC عادي 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 . 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 .
المكونات الرئيسية للمعالج
يتكون المعالج من الأجزاء الرئيسية التالية:
وحدة الإدخال والإخراج
وحدة التحكم .
وحدة الحساب والمنطق : وتتقسم لـ 1- وحدة الفاصلة العائمة و 2- وحدة الأعداد الصحيحة 3- المسجلات (*)
الذاكرة المخبئية .
--------------------------------------------------------------------------------
1- وحدة الإدخال والإخراج (*) :
تتحكم وحدة الإدخال والإخراج بتسيير المعلومات إلى ومن المعالج ، وهي الجزء الذي يقوم بطلب البيانات والتنسيق مع الذاكرة العشوائية في تسيير البيانات ، لا يوجد أي شئ خاص في هذه الوحدة وليس لها تأثير في أداء المعالج لأن كل معالج مزود بوحدة الإدخال والإخراج التي تناسبه وليس بإمكانك ترقية أو تعديل هذه الوحدة بل هي جزء لا يتجزأ من وحدة المعالجة المركزية نفسها .
إن أحد الأسباب التي تجعل وحد الإدخال والإخراج مهمة هي احتوائها على الذاكرة المخبئية من المستوى الأول (L1) .
--------------------------------------------------------------------------------
2- وحدة التحكم (*) :
وحدة التحكم هي الوحدة التي تتحكم بمسيرة البيانات داخل المعالج وتنسق بين مختلف أجزاء المعالج للقيام بالعمل المطلوب وتتولى مسؤولية التأكد من عدم وجود أخطاء في التنسيق ، لذا في العقل المدبر للمعالج . وأيضاً ليس بإمكانك ترقية أو تعديل هذه الوحدة بل هي جزء لا يتجزأ من وحدة المعالجة المركزية . وتقوم هذه الوحدة أيضاً بتنفيذ الوسائل المتطورة لتسريع تنفيذ البرامج مثل توقع التفرع وغيرها (أنظر الوظائف المتقدمة ).
تتحكم هذه الوحدة بتردد المعالج ، فإذا كان لديك معالج تردده 700 ميجاهيرتز مثلاً فإن هذا معناه أن وحدة التحكم فيه تعمل على تردد 700 ميجاهيرتز .
--------------------------------------------------------------------------------
3-1- وحدة الفاصلة العائمة (*)
إنه من الصعوبة بمكان على المعالج أن يقوم بحساب أعداد الفاصلة العائمة ( وهي الأعداد التي بها فاصلة عشرية ومن أمثلتها 2.336 و 2.5565 و 8856.36532 و 0.220003 ) لأنه في هذه الحالة سوف يستهلك الكثير من قوة المعالجة في حساب عملية واحدة .
ووحدة الفاصلة العائمة هي وحدة موجودة داخل المعالج ومتخصصة في العمليات الحسابية الخاصة بالفاصلة العائمة .وتلعب هذه الوحدة دوراً رئيسياً في سرعة تشغيل البرامج التي تعتمد بشكل كبير على الأعداد العشرية وهي في الغالب الألعاب الثلاثية الأبعاد وبرامج الرسم الهندسي.
يساعد قوة وحدة الفاصلة العائمة الكبيرة في تسريع الألعاب الثلاثية الأبعاد ، مع أن دور المعالج قد قل خلال السنوات السابقة بفضل دخول البطاقات الرسومية المسرعة بقوتها الكبيرة مما قلل من الاعتماد على المعالج المركزي في هذا المجال .
توجد وحدة الفاصلة العائمة في المعالجات 486 فما أحدث ( ما عدا المعالج 486SX ) داخل المعالج ، وقد كانت توضع في المعالجات 386 وما قبله خارج المعالج وتسمى math co-processor أي " معالج مساعد " ، إن وضع وحدة الفاصلة العائمة خارج المعالج (على اللوحة الأم ) يجعلها أبطأ ، جميع المعالجات اليوم يوجد فيها وحدة فاصلة عائمة ليس هذا فقط بل وحدة فاصلة عائمة متطورة .
--------------------------------------------------------------------------------
3-2- وحدة الأعداد الصحيحة
و تختص هذه الوحدة بالقيام بحسابات الأعداد الصحيحة ، وتستعمل الأرقام الصحيحة في التطبيقات الثنائية الأبعاد كوورد وإكسل وبرامج الرسم الثنائية الأبعاد كما تستعمل في معالجة النصوص . يعتبر قوة وحدة الأعداد الصحيحة مهمة جداً لأن أغلب المستخدمين يستعملون التطبيقات التقليدية أغلب الوقت .
--------------------------------------------------------------------------------
3- 3- المسجلات(*)
المسجلات هي عبارة عن نوع من الذاكرة السريعة جداً جداً (بالمناسبة هي أسرع أنواع الذاكرات في الحاسب الشخصي ) تستعمل لكي يخزن فيها المعالج الأرقام التي يريد أن يجري عليها حساباته ، فالمعالج لا يمكنه عمل أي عملية حسابية إلا بعد أن يجلب الأرقام المراد إجراء العمليات عليها إلى المسجلات . توجد المسجلات فيزيائياً داخل وحدة الحساب والمنطق المذكورة سابقاً .
إن حجم المسجلات مهم حيث أنه يحدد حجم البيانات التي يستطيع الحاسب إجراء الحسابات عليها ، ويقاس حجم المسجلات بالبت بدلاً من البايت بسبب صغر حجمها ( أنظر "البت والبايت") ، خطأ شائع بين الناس أن يقيسوا قدرة المعالج بأنه 32 بت استنادا إلى عرض ناقل النظام بل الصحيح أن يقيسوا المعالج بحجم مسجلاته ، وعلى ذلك فإن جميع معالجات 486 وما بعدها هي من معالجات ال 32 بت وليس 64 بت ، وبالمناسبة فإن معالجات 64 ستظهر خلال سنوات ولكنها لم تكن أبداً متوفرة سابقاً فلا تأخذ بمن يقول لك إن معالج بنتيوم الثاني هو معالج 64 بت بل إنه معالج 32 بت مثله مثل بنتيوم و 486 .
ما هو المعالج؟
المعالج عبارة عن شريحة من السليكون مغلفة وموصلة باللوحة الأم بطريقة خاصة لتقوم باستقبال البيانات من أجزاء الحاسب الأخرى ومعالجتها ثم إرسال النتائج إلى الأجزاء الأخرى لإخراجها أو تخزينها وجميع العمليات الحسابية تقوم بها هذه الوحدة ، وكل ما تفعله أثناء عملك على الحاسب يقوم به المعالج جزئياً أو كلياً بشكل أو آخر .
الفرق بين معالج و معالج آخر فيما يلي :
1. المعالج السريع يقوم بنفس العمل و لكن أسرع من المعالج البطيء ، المعالج لا يحدد أداء حاسبك بمفرده ولكنه يحدد أقصى أداء يمكن أن يصل إليه حاسبك وعلى المكونات الأخرى في الحاسب أن تكون سريعة أيضاً لكي يكون الحاسب بكامله سريع .
2. الإعتمادية : إن المعالج المنخفض الجودة قد يجعل حاسبك غير مستقر .
3. إن المعالج السريع قد يشغل برنامج معين بينما المعالج الأبطأ لا يتمكن من تشغيله .
4. بعض المعالجات تستهلك الكثير من الطاقة مما يزيد من مشاكل الحرارة ويؤثر بالتالي على الأداء والاستقرار .
5. اختيار اللوحة الأم : حيث أن اللوحة الأم التي تختارها لا بد أن تدعم المعالج الذي تود تركيبه والعكس .
معالج "Athlon" من شركة AMD
*لتركيب المعالج Processor داخل الجهاز نقوم بعمل الخطوات الاتية :
1- نقوم بإخراج اللوحة الأم Motherboard من الغلاف المضاد للكهرباء .
2- نفتح ذراع التثبيت الخاص بالـ .Socket
3- نقوم بوضع الـ Processor بحيث يتجه السهم المرسوم عليه في اتجاه الـ Pins الناقصة من الـ Socket .. كما نرى في الشكل .
وهنا يجب أن تعلم انه يجب عدم الضغط على الـ Processor بقوة .. لأن ذلك قد يتسبب في ثني بعض الـ Pins الخاصة بالـ Processor .
4- نقوم بإغلاق ذراع التثبيت الخاص بالـ Socket .
5- نقوم بوضع المروحة Fan الخاصة بالـ Processor فوق المعالج Processor .
وتعمل هذه المروحة على تبريد المعالج .. ويجب أن تعلم أن تشغيل الـ Processor بدون Fan سوف يؤدي إلى تلفه .. وكما نرى في الشكل التالي انه يوجد بأسفل المروحة Fan مشتت حراري Heat Sink .. وتلتصق به مادة موصلة للحرارة تعمل على نقل الحرارة من الـ Processor إلى الـ Heat Sink .. وفي حالة عدم وجود هذه المادة يجب شراءها واضافتها علي سطح الـ Processor .
6- نقوم بتركيب المشابك الخاصة بتثبيتها .
ويجب ملاحظة وجود عدة أنواع من المراوح Fans التي قد تختلف قليلا في طريقة التثبيت .
7- نقوم بتثبيت كابل الطاقة الكهربية الخاص بالمروحة في اللوحة الام كما نرى
في الشكل .
شكل يوضح تثبيت كابل الطاقة الكهربية الخاص بالمروحة في اللوحة الام
أجيال المعالج
Type/Generation Year Data/Address bus width Level 1 Cache (KB) Memory Bus Speed Internal Clock Speed
8088 /
الجيل الأول
1979 8/20 bit لا توجد 4.77-8 4.77-8
8086 /
الجيل الأول 1978 16/20 bit لا توجد 4.77-8 4.77-8
80286 /
الجيل الثانى
1982 16/24 bit لا توجد 6-20 6-20
80386DX /
الجيل الثالث
1985 32/32 bit لا توجد 16-33 16-33
80386SX /
الجيل الثالث
1988 16/32 bit لا توجد 16-33 16-33
80486DX /
الجيل الرابع
1989 32/32 bit 8 25-50 25-50
80486SX /
الجيل الرابع
1989 32/32 bit 8 25-50 25-50
8048DX2 /
الجيل الرابع
1992 32/32 bit 8 25-40 50-80
80486DX4 /
الجيل الرابع
1994 32/32 bit 8+8 25-40 75-120
Pentium /
الجيل الخامس
1993 64/32 bit 8+8 60-66 60-200
MMX /
الجيل الخامس
1997 64/32 bit 16-16 66 166-233
Pentium Pro /
الجيل السادس
1995 64/32 bit 8+8 66 150-200
Pentium ΙΙ /
الجيل السادس
1997 64/32 bit 16+16 66 233-300
Pentium ΙΙ /
الجيل السادس 1998 64/32 bit 16+16 66/100 300/450
Pentium ΙΙΙ /
الجيل السادس
1999 64/32 bit 16+16 100 450-1.2GHz
AMD Athlon /
الجيل السابع 1999 64/32 bit 64+64 266 500-2.2GHz
Pentium ΙV /
الجيل السابع
2000 64-32 bit 12+8 400 1.4-3.2GHz
AMD Athlon 64 /
الجيل الثامن 2003 64/64 bit 64+64 400 2GHz
*ملحوظة: تقاس سرعة البروسيسور بالجيجاهرتز .
1 Gigahertz (GHz) = 1000 Megahertz = 1000000Hertz
بصراحة ومحدش يزعل منى:
كل اللى بيرفعة المالكى وسراج والنفرى ماهو إلا copy و paste وحجات كلها ملهاش لزمة
وأنا متأكد انهم مهماش عارفين ايه اللى بيرفعوه أصلا
معماريه المعالج ـ تردد المعالج ـ سرعة الناقل......
كلها حجات بتترفع وخلاص
abo salah
لا تعليق
kita
أنت في قسم : المعالج
تبريد المعالجات
أي قطعة إلكترونية في أي جهاز ومنها المعالج تحتاج لأن تعمل ضمن مدى معين من درجات الحرارة التي افترض الصانع أنها ستعمل فيه وإذا زادت درجة الحرارة عن هذا الحد فإنها :
* تقصر من عمر المعالج
* تبطئ أدائه
* تتسبب بأخطاء في الحسابات
* تتسبب بتوقف الحاسب عن العمل بشكل متكرر (التعليق)
* قد يعيد الحاسب تشغيل نفسه بدون سبب
* قد تحدث أشياء غريبة مثل أخطاء في القرص الصلب
* في أحيان نادرة تؤدي لعطب المعالج كلياً .
أشياء مثل هذه قد لا تخطر في بال مهندس الصيانة خاصة في بلاد حارة ومع وجود التقدم التكنولوجي الكبير في بلادنا العربية !!!
إن هذه الحرارة ناتجة عن مرور التيار الكهربائي في الترانزسترات ، وكلما كانت فولتية المعالج ومعماريته أقل كلما كانت الحرارة الناتجة أقل لذا فإن المعالجات المختلفة تنتج كميات مختلفة من الحرارة فالمعالج بنتيوم الثالث مثلاً ينتج كمية من الحرارة أكبر من بنتيوم ، و تقاس كمية الحرارة الناتجة من المعالج بـ"الواط" .
بدأت مشكلة التبريد منذ المعالج 486 وجميع المعالجات اللاحقة تتطلب طريقة للتبريد ، أما المعالجات 386 وما قبله فلم يكن يلزمه التبريد لأن عدد الترانزسترات لم تكن كبيرة مم يجعل درجة حرارته معتدلة .
طرق تبريد المعالجات
المبدد الحراري(*) :
هو عبارة عن شريحة من المعدن تلتصق بسطح المعالج (مربعة الشكل أو مستطيلة عادة إلا أن بعضها شبه دائري ) يخرج منها بشكل عمودي عدد كبير من العواميد المعدنية (*) ، وفائدة هذا المبدد الحراري هو أن الحرارة الناتجة من المعالج تنتشر في القضبان العمودية ذات المساحة السطحية الكبيرة فتقوم بتبديد الحرارة وكلما كان المبدد الحراري أكبر كان أفضل ، ويصنع المبدد الحراري عادة من الألمونيوم لأنه موصل جيد للحرارة.
يجب على المبدد الحراري أن يكون ملتصقاً بسطح المعالج تماماً ، في بعض المعالجات لا يكون المبدد ملتصقاً به من المصنع بل يثبت فوق المعالج بمثبتات معدنية خاصة (معالجات بنتيوم هي أفضل مثال ) ، وفي هذه الحالة إذا قمت بتثبيت المبدد الحراري على المعالج مباشرة ستكون النتيجة وجود كمية (بسيطة جداً) من الهواء بين المعالج والمبدد الحراري فيجب دائماً وضع مادة بيضاء خاصة تسمى heat sink compound وتملأ هذه المادة الفراغ البسيط وتسمح للحرارة بأن تنتقل بكفاءة من المعالج ، يجب وضع كمية بسيطة جداً منها .
المبدد الحراري الجيد يجب أن يكون أكبر ما يمكن و ذو أكبر عدد من العواميد الصغيرة ( أو الإبر العمودية ) كما يجب أن يكون مدخل الهواء أبعد ما يمكن عن المخرج حتى لا يعود الهواء الساخن الخارج من المبدد للدخول مرة ثانية .
مروحة التبريد(*) :
وعملها هو دفع الهواء بين العواميد المعدنية للمبدد الحراري بحيث يمكن تبديد قدر أكبر من الحرارة ، وفي بعض الأحيان قد يستخدم المبدد الحراري بدون مروحة تبريد وهذا يقلل التكلفة ويجعل المعالج غير معرض للتلف بسبب توقف المروحة عن العمل (طبعاً في هذه الحالة يجب استعمال مبدد حراري كبير جداً ) ولكن لاحظ أن استخدام المروحة يجعل التبريد أفضل حتى 10 مرات من المبدد الحراري بدون مروحة .
يمكن قياس قوة المروحة باستخدام عدد الأقدام المربعة من الهواء التي تدفعها في الدقيقة الواحدة (CFM) .
مبرد بالتير (*):
وهو جهاز على شكل شريحة مربعة الشكل ( لا أعتقد أنه يتوفر في البلاد العربية ) توضع على سطح المعالج وتعمل بالكهرباء و تقوم بسحب الحرارة من سطح المعالج إلى السطح الآخر و يثبت المبدد الحراري من أعلى ، تقوم هذه الأجهزة بالتبريد بكفاءة تامة ولكنها غالية الثمن ولا تستعمل في العادة إلا من قبل الذين يشغلون معالجاتهم أعلى من تردد الساعة الذي يفترض بهم تشغيلها عنده لأن المعالج في هذه الحالة ينتج كميات كبيرة من الحرارة .
التبريد بالماء :
أما التبريد بالماء فهو من أكثر أشكال تبريد المعالجات إثارة ويستعمل الماء بطريقة مثل تلك المستعملة في السيارات (مثل الجهاز المعروض في الصورة ) فهو يعتمد على تمرير المياه داخل المبدد الحراري (له تركيب خاص) أو استبدال المبدد الحراري بعلبة صغيرة يمر فيها الماء .
جهاز لتبريد المعالج بالمياه ( يشبه الراديتور)
التبريد بواسطة "كومبريسور"
يوجد أيضاً كومبريسورات خاصة تشبه الموجودة في أجهزة التبريد ولكنها أصغر ( لا تتوفر في البلاد العربية نظراً لتطورها التقني ) تقوم بتبريد سطح المعالج وطبعاً يستهلك هذا النظام الكثير من الكهرباء وهو مكلف أيضاً .
التبريد بالنتروجين السائل
التبريد بالنيتروجين السائل ( درجة حرارته أكثر من 180 درجة تحت الصفر ) لا يستعمل إلا تحت ظروف خاصة في المختبرات ، فمثلاً باستخدام النيتروجين السائل أمكن للعلماء أن يجعلوا المعالج بنتيوم يعمل بتردد يفوق 500 ميجاهيرتز .
استعمال طرق التبريد
إن الطريقة المتبعة في تبريد المعالجات الحديثة هي باستعمال المبدد الحراري ومروحة التبريد معاً ، وفي الصورة على اليسار المعالج "أثلون" وفي خلفيته عواميد المبدد الحراري وفي منتصفها مروحة التبريد .
لا تفكر إلا بالتبريد بالمبدد الحراري والمروحة ، جميع الخيارات الأخرى تعتبر "فبركة" وليست ضرورية إلا لمن يرغب بتشغيل المعالج فوق سرعته الرسمية بفارق كبير.
لماذا ترتفع درجة حرارة المعالج فوق المعدل المرغوب به ؟
إن حرارة المعالج أثناء العمل تعتمد على :
* كفاءة المبدد الحراري
* كفاءة مروحة التبريد
* كمية الحرارة التي ينتجها المعالج
* درجة حرارة علبة النظام ، حيث لا يمكن لأي مبدد حراري ومروحة أن يحفظ درجة حرارة المعالج إلى أقل من درجة حرارة علبة النظام ، هذا لأن الهواء الذي يدفع بين عواميد المبدد الحراري مأخوذ من علبة النظام نفسها .
* تصميم العلبة حيث أنه في علب النظام من نوع ATX (علب نظام بنتيوم الثاني وما بعده ) تساعد العلبة نفسها في تبريد المعالج بتركيبها حيث يقع المعالج تحت مزود الطاقة ليكون في مجرى الهواء وهذا يساعد كثيراً في تفادي مشكلة الحرارة ، حتى أن هناك من يقول أن علب النظام ATX يمكن أن تبرد المعالج بالهواء الخارج من مزود الطاقة .
إن أحد أسباب ارتفاع درجة حرارة المعالج هو وجود الأوساخ داخل المبدد الحراري مما يمنع الهواء من المرور فيه ويسمح بارتفاع درجة الحرارة ، حدث لي ذلك ذات مرة وبتنظيف المبدد الحراري انتهت المشكلة .، إن من المفيد تنظيف الحاسب من الداخل كل فترة .
بعض اللوحات الأم تزود بترمومترات لقياس درجة حرارة المعالج أو بأجهزة لمراقبة التيار الكهربائي الذاهب لمروحة تبريد المعالج وبذلك تتمكن من اكتشاف أي خطأ أو مشكلة قد تؤدي لزيادة درجة حرارة المعالج .
التبريد في الحاسبات المحموله
لدينا أيضاً الحاسبات المحمولة التي ليس فيها مراوح لأن هذه المراوح تستهلك الكثير من الطاقة التي هم في أشد الحاجة للاقتصاد في استخدامها في هذه النوعية من الحاسبات لأن مصدر الطاقة فيها هو البطاريات ، فلتخفيف استخدام البطاريات يلجأ المهندسون إلى تخفيض الفولتية التي يعمل عليها المعالج مما يساهم في تخفيض استهلاك الطاقة كثيراً ويقلل من مشاكل التبريد .
كما يستخدمون برامج خاصة لحفظ الطاقة عن طريق البيوس وذلك بإطفاء أجزاء كبيرة من عتاد الحاسب حينما لا يكون في حالة استعمال لفترة طويلة ، ويستعمل هذا النظام اليوم على كل الحاسبات الشخصية .
إرسال تعليق