طرق رفع كفاءة معالج (برسسور) الكمبيوتر

من طرف ناهد محمد الأحد 26 مايو 2013, 9:47 pm

بحث علمي يهدف إلى تطوير المسيرة العلمية ويتمحور حول كيفية رفع كفاءة المعالجة وسرعة التنفيذ والتخلص من حالات البطء وعدم الاستجابة التي تحصل في الحاسبات.

المقـدمة:-

تأتي أهمية بحثنا هذا الموسوم بـ ((أساليب رفع كفاءة المعالج ( processor ) في تنفيذ الأوامر))من حيث أهميتها وتأثيرها في رفع كفاءة المعالج وسرعته كما هو معروف فإن الغاية من تطوير أجهزة الحاسوب ، هي زيادة سرعة استجابتها للأوامر ، فإذا عرفنا أن المعالج يحتاج 10 نانوثانية(1) تقريبا للحصول على معلومة ما من الذاكرة الرام(Ram)(2) لغرض معالجتها ، و هذه سرعة كبيرة نسبيا و لكننا إذا عرفنا أن المعالج يستطيع التعامل مع البيانات بسرعة 1 نانوثانية عرفنا أن هناك الكثير من الوقت المهدر في انتظار وصول المعلومة من الذاكرة (Ram) ، لهذا قام مطورو أجهزة الحاسوب باختراع ذاكرة أصغر في الحجم من و لكن سرعتها أكبر و سموها بالذاكرة الفورية الخارجية(External) من نوع المستوى الثاني L2 ثم أضافوا ذاكرة أخرى أصغر حجما و أكثر سرعة، وضعوها داخل المعالج و سموها الذاكرة الفورية الداخلية (Internal)من نوع مستوى أول L1 ، و هكذا أصبح المعالج يستلم البيانات المطلوبة من L1 فإذا لم يجدها انتقل إلى L2 فإن لم يجدها انتقل إلى RAM و هذا أدى إلى زيادة ملحوظة في السرعة .

وكان من أسباب اختيار البحث قلة الدراسات حول هذا الموضوع ،لذلك أرجو من الله جلَّ في علاه أن يدر هذا البحث بالنفــع والفائـدة للبلاد والعباد ومن الله التوفيق.

.................................................................................

1....1ثانية = 100 نانوثانية ....ذاكرة الوصول العشوائي

حدود البحث:-

تمت تجربة فرضية هذا البحث أولاً في حاسبة مؤلف البحث الخاصة ثم في قسم صيانة الحاسبات في مركز الحاسبة والانترنت |رئاسة الجامعة, وفي الكثير من الأماكن داخل المحافظة وخارجها وتكللت بنجاح باهر في تحقيق الغاية المطلوبة لذلك ارتأيت نشر هذه الفكرة على شكل بحث أصلي مدروس ومجرّب نظرياً وعملياً في مجلة النخبة "مجلة الفتح" ليستفيد منها اكبر عدد من مستخدمي الحاسوب الذين يعانون من مشاكل البطء والتوقف المفاجئ في حواسيبهم ولا يدرون ماالحل. نسأل الله تعالى أن نكون بهذا وفقنا لخدمة إسلامنا وأبناء وطننا وجلدتنا.

هدف البحث:-

زيادة سرعة الحاسبة والإنترنت بزيادة سرعة المعالجة بزيادة سرعة الاستقراء للمعالج بزيادة سعة خزن الذواكر المساعدة الوسطية وبدون شرط زيادة سرعة المعالج (شراء معالج أسرع) لزيادة سرعة الحاسبة.

مشكلة البحث:-

المشكلة التي أطرقها في هذا البحث لغرض معالجتها هي حالات البطء وعدم الاستجابة والتوقف في الحاسبات في الكثير من تطبيقاتها وخاصة التطبيقات الضخمة وأيضاً في الأنترنت وكذلك حل مشكلة تغيب عن عيون وذهون الكثيرين من المختصين في مجال الحاسبات وهي فرق السرع بين المعالجات والذواكر.

فرضية البحث:-

من البديهيات ان بزيادة سعة ذواكر الخزن تزداد إمكانية الخزن وبزيادة سرعة المعالج تزداد سرعة المعالجة, ولكن وهنا محور بحثي الأساسي: بزيادة سرعة المعالج دون زيادة سعة خزن الذواكر خصوصاً الوسطية لاتزداد

سرعة المعالجة كثيراً لحدوث فرق السرع بين المعالج والذاكرة الرئيسية , وبزيادة سعة الذواكر الوسطية بدون زيادة سرعة المعالج تزداد سرعة المعالجة وسأشرح هذه النظرية بالتفصيل في متن البحث.

متن البحث
البنية التحتية للمعــــــــــــالجات

ما هو المعالج PROCESSOR:-

عندما تود الإشارة إلى نوع حاسب ما فإنك تلجأ غالباً إلى نوع المعالج الذي يحتويه فتقول "هذا الجهاز هو بنتيوم ⁽¹⁾ الثالث 600 ميجاهرتز" ⁽²⁾ فما هو المعالج ؟.

نعرف أن الحاسب - كما يوحي أسمه - هو آله قادرة على القيام بالعمليات الحسابية ، والمعالج (وحدة المعالجة المركزية)هو الجزء الذي يقوم بالعمليات الحسابية في الحاسب ، 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 بآخر .

والمعالج لا يفكر ولا يفهم بل يطبق التعليمات الموجودة في البرنامج وهو " دماغ الحاسب " وكل العمليات التي تقوم بها باستخدام الحاسب يقوم بها المعالج بشكل مباشر أو غير مباشر. بالمناسبة يمكن لجهاز حاسب أن يحوي أكثر من معالج واحد . كما أن المعالجات تتطور في السرعة بشكل كبير مع مرور الوقت ، ربما يكون أكثر أجزاء الحاسب سرعة في التطور هي المعالج ، حالياً تعتبر معالجات بنتيوم الرابع هي الأكثر حضوراً اليوم في أسواق المعالجات .

عندما تشتري حاسباً فإن أول ما تسأل عنه غالباً هو سرعة المعالج ( مثلاً 500 ميجاهرتز ) ، فتختلف بذلك قدرات المعالجات المختلفة بسرعتها في القيام بالعمليات الحسابية ، إن الميجاهرتز الواحد يساوي مليون دورة في الثانية الواحدة ومعالج 500 ميجاهرتز يؤدي 500 مليون دورة في الثانية.

شكل رقم (1) معالج اثلون من شركة AMD

____________________________

1......... معدن تصنع منه شريحة المعالج

2......... وحدة قياس سرعة المعالج

البنية التحتية للمعالجات:-

تتألف المعالجات من عدد كبير جداً من الترانزستورات(1) ، فما عمل هذه الترانزستورات؟ ومما يتكون ؟

إن مبدأ عمل المعالج يبنى على التعامل مع البيانات على شكل بتات وبايتات "[url=http://www.haj4.malware-site.www/unzipped/c-site/wiwi.htm#البت والبايت ومساحات التخزين]البت والبايت ومساحات التخزين[/url]") ، 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 الترانزستورات ، ولا تحسب أن ترنزستر واحد يستطيع أن يقوم باتخاذ القرارات بل إن هذه الترانزستورات 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 الترانزستورات 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 الترانزستورات التي تحتويها.

وتصنيع المعالج ماهو إلا وضع هذه المجموعات وربطها ببعضها بالشكل المطلوب ، إن "المجموعات" إذا تجمع عددً كبيرً منها لأداء وظيفة معينة تصبح ما نسميه "الـ آي سي" أو(2) IC والمعالج ما هو إلا مجموعة من الـ IC مترابطة مع بعضها البعض بشكل معقد .والترانزستور بحد ذاته هو وحدة صغيرة 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

__________________________

1........... الترانزستور اصغر جزء يتكون منه المعالج وهو دايود يتكون من معادن شبه موصلة.

2........Ic مجموعة من الترانزستورات

باختلاف ترتيب وتنسيق هذه الترانزستورات داخلها ، وبذلك يمكننا تكوين أنواعاً لا نهائية من الوحدات (المجموعات أو الـ IC ) ، وكلما زاد عدد الترانزستورات التي تتكون منها الـ IC 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 على 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 برنامجاً ولكن تركيبته تؤدي العمل المطلوب منها بحكم تركيبها .

من طرف ناهد محمد الأحد 26 مايو 2013, 9:55 pm

ذاكرة الوصول العشوائي RAM

Random access memory

وهي ذاكرة من المستوى الثاني وموقعها على اللوحة الأُم ويمكن للمعالج أن يصل إلى أي معلومة فيها بصورة مباشرة لإمكانية الوصول العشوائي للمعلومات مما يزيد من سرعتها وفاعليتها في الأداء , وهي معروفة لدى الجميع لإسمها الذي يتردد في أوساط الحواسيب والهواتف النقالة أو ماشاكل ذلك , والذي يهمنا هو دورها الفعال في رفع كفاءة المعالجة بالحاسبة بشكل رائع جداً . فالصراع القائم بين الشركات المصنعة للحواسيب يتركز حول محورين رئيسيين وأساسيين هما السرعــة والخـــزن , فكل شركة تطمح أن تكون حواسيبها الأسرع وذات قدرات الخزن الأكبر لزيادة سرعة عجلة التطور الذي تصبح ذروته قعر وقمته وادي في فترات وجيزة جداً لذلك فالتباري بين الشركات قائم على هذا النحو وهذا لايعني عدم الموازنة مع باقي المواصفات كالاعتمادية والموثوقية وقابلية الصيانة وما إلى ذلك , لكن وكما يقال الحاجة أم الاختراع فالعالم بحاجة إلى السرعة الفائقة وسعة الخزن يوم بعد يوم في كل المجالات تقريبا وخاصة مجالات تفاعلات الذرة وانقساماتها التي لاحصر لها . القصد في زيادة السرعة تسعى الشركات لتطوير المعالج وفي كل فترة وأحياناً تكون وجيزة جداً نسمع بابتكار معالج أحدث وأسرع والآن أصبح متداول بالأسواق معالج بسرعــــة 4GHz فبهذه السرعة للـمعالج يمكن الحصول على معالجة سريعة للبيانات والعمليات من قبل الحاسبة ولكن بتكاليف باهظة طبعاً ولايمكن للجميع اقتناءه لعدم توفره أو لارتفاع سعره أو سعر البيئة التي يجب توفيرها له كلوحة أم مناسبة له الخ ناهيك عن كلفة صيانته أو استبداله في حال عطله , فالذي لايأبه للتكاليف لايعنيه مانتحدث عنه ولكن يعنينا ويعنيه السؤال العلمي الذي يطرح نفسه هــــــل فقط باستخدام معالج سريع جدا 4GHz مثلاً استطيع الحصول على سرعة معالجة عالية جداً ؟؟؟ الجواب (وهو محور بحثنا البسيط , وأبسط الأشياء أكثرها تأثيراً..) هـــــو :- كـــــلا إذ يمكن الحصول على سرعة معالجة عالية جداً لمختلف أنواع التطبيقات والبرامج والانترنت والألعابGames وكل أشكال استخدامات الحاسبـة(computer) وبمختلف تنوعاتها وذلك باقتناء معالج ممكن أن يكون متوسط السرعة مثلاً 2GHz ولكن بشرط أن يكون full cache أي الذاكرة المخبأية cache memory له تكون كاملة وليست ربع أو نصف مــع اقتناء ذاكرة RAM كبيرة الحجم ولتكن مثلاً 1GB بحيث تكون ذات سرعة نقل بيانات عالية جداً فبهذه التوليفة يمكننا الحصول على سرعة عالية جداً ورائعة للمعالجة وأروع للخزن ويفضّل أن تضاف الـRAM على شكل 2chips شريحتين كل شريحة 512MB لتقليل كلفة الصيانة إذا ما حدث خلل في ذاكرة الـ RAM .

فبذلك نكون قد حصلنا على تركيبة تسرّع الحاسبة أضعافاً مضاعفة مع قابلية خزن عالية جداً وبتكاليف شراء مناسبة وتكاليف صيانة قليلة وذلك أروع مايحصل عليه المستخدم للحاسبة أياً كان اختصاصه أو مجال عمله.

الذاكرة الفورية (الذاكرة المخبئية)

{ Cache Memory }

ماهي الذاكرة المخبئية:-

الذاكرة المخبئية هي ذاكرة صغيرة تشبه الذاكرة العشوائية إلا أنها أسرع منها وأصغر وتوضع على ناقل النظام بين المعالج والذاكرة العشوائية انظر الشكل رقم ( 2 ) .

شكل رقم 2 ) يوضح موقع الذاكرة المخبئية

في أثناء عمل المعالج يقوم هذا الأخير بقراءة وكتابة البيانات والتعليمات من وإلى الذاكرة العشوائية بصفة متكررة , المشكلة أن الذاكرة العشوائية تعتبر بطيئة بالنسبة للمعالج و التعامل معها مباشرة يبطئ الأداء .فلتحسين الأداء لجأ مصممو الحاسب إلى وضع هذه الذاكرة الصغيرة ولكن السريعة بين المعالج والذاكرة العشوائية مستغلين أن المعالج يطلب نفس المعلومات أكثر من مرة في أوقات متقاربة فتقوم الذاكرة المخبئية بتخزين المعلومات الأكثر طلباً من المعالج مما يجعلها في متناول المعالج بسرعة حين طلبها.عندما يريد المعالج جلب بيانات أو تعليمات فإنه يبحث عنها أولاً في ذاكرة L1 فإن لم يجدها ( فشل المعالج في إيجاد المعلومات التي يريدها من الذاكرة العشوائية يسمى "cache miss" ، أما نجاحه في الحصول عليها من الذاكرة المخبئية فيسمى "cache hit" بحث عنها في L2 فإن لم يجدها جلبها من الذاكرة العشوائية ).

وكما نعلم أن الذاكرة الرام RAM تقوم بالتخزين المؤقت للبرامج والبيانات والرام يعمل أبطأ من المعالج و لحل هذا التفاوت كما ذكرنا سابقاً في السرعة كان إضافة ذاكرة الكاش ( Cache memory ) التي تقع على المعالج. المهام والبيانات التي تنتظر المرور بالمعالج تخزن في ذاكرة الكاش L1 and L2 cache تحتوي المعالجات الحديثة على موقعين لذاكرات الكاش تُعرف بـ L1 و L2 ... L1 هي الذاكرة الأساسية للمعالج وهي أسرع وتزود المهام و البيانات للمعالج مباشرة ..... المعالجات القديمة قبل البنتيوم كانت تستخدم ذاكرة ( W T ) التي كانت فقط تقرأ البيانات الداخلة للمعالج . وبظهور معالجات بنتيوم أصبح الكاش يقوم بالقراءة والكتابة معا ً الذاكرة الثانية L2 cache في الإصدار الأول والثاني من معالجات لبنتيوم كانت ذاكرة L2 تقع في الرام ... أما في الإصدارات الحديثة فإنها تقع على المعالج نفسه و تقوم بنفس مهام ذاكرة L1.

حجم الذاكرة المخبئية :-

كانت معالجات DX38680 بدون ذاكرة مخبئية على الإطلاق أما في المعالجات الأحدث فهناك أكثر من ذاكرة مخبئية واحدة و يسمى كل منهما مستوى من الذاكرة :

من طرف ناهد محمد الأحد 26 مايو 2013, 9:59 pm

· ذاكرة المستوى الأول .

· ذاكرة المستوى الثاني .

· يوجد في بعض معالجات شركة AMD ذاكرة من المستوى الثالث أيضاً ، وتوجد على اللوحة الأم.

ذاكرة المستوى الثالث	ذاكرة المستوى الثاني	ذاكرة المستوى الأول
L3	L2	L1	رمزها
على اللوحة الأم	داخل المعالج أو على اللوحة الأم	داخل المعالج	موقعها
أبطأ	وسط	أسرع الجميع	سرعتها
كبيرة	وسط	صغيرة	حجمها
معالجات AMD الحديثة فقط	معالجات الجيل الخامس وما بعده ماعدا معالجات سيليرون الأصلية	جميع معالجات الجيل الرابع وما بعده	المعالجات التي تحتوي هذه الذاكرة

جدول رقم ( 1) يوضح مستويات الذاكرة المخبئية وحجمها وسرعتها وموقعها

وتلاحظ أن ذاكرة المستوى الأول كميتها أقل من ذاكرة المستوى الثاني وهذا راجع لأن ذاكرة المستوى الأول غالية الثمن جداً لأنها سريعة جداً حيث أنها تعطي المعالج البيانات التي يطلبها تقريباً بدون تأخير.

ويوجد في كل نوع من المعالجات كمية تختلف من كل مستوى ، وكلما كانت الذاكرة المخبئية أكبر كان ذلك أفضل لأنها تتمكن بذلك من جعل المعالج لا يدخل في حالة الانتظار وتسهل له الحصول على البيانات الذي يريدها بأسرع وقت ممكن.

كما تعرف أن المعالج يستقبل بيانات وتعليمات ، في بعض المعالجات تنقسم الذاكرة المخبئية الى قسمين واحدة تتخصص للبيانات وتتخصص الأخرى للتعليمات أما في بعض المعالجات الأخرى فلا يوجد هذا التقسيم بل تستخدم الذاكرة المخبئية لكليهما في نفس الوقت ، لا يوجد فرق حقيقي بين هاتين الطريقتين بالنسبة للأداء .

يتميز معالج Celeron بمستوى أول من ذاكرة الكاش ويصل حجمه إلى 32 كيلوبايت ومستوى ثان من الذاكرة يصل إلى 128 كيلوبايت وكلاهما مثبت على وحدة المعالجة المركزية وبهذا يعمل كلاهما بنفس سرعة وحدة المعالجة المركزية . وفى معالج بنتيوم III قامت إنتل بتركيب ذاكرة الكاش من المستوى الثاني على نفس شريحة وحدة المعالجة المركزية وخفضت سعتها من 512 كيلوبايت إلى 128 كيلوبايت أي ما يساوى أربعة أضعاف معالج Celeron وبنتيوم III . وكانت الأجيال الأولى من هذا المعالج تحتوى على مستوى ثان من الذاكرة يصل إلى 512 كيلوبايت وفي بعض الحالات كانت تعمل بسرعة تصل إلى ثلث سرعة وحدة المعالجة المركزية أما معالج Athlon الحديث فيتميز بذاكرة فورية مستوى ثان تصل إلى 265 كيلوبايت وتعمل بكامل سرعتها القصوى .
أما معالج Duron فيتميز بمستوى أول من الذاكرة الفورية يصل إلى 128 كيلوبايت أما المستوى الثاني من الذاكرة فلا يحتوى سوى على 64 كيلوبايت وكلاهما على نفس الشريحة وبالنسبة لمعالج Cyrix ففيه مستوى أول من الذاكرة يساوى 128 كيلوبايت أما الخطأ الفادح في هذا المعالج فهو عدم وجود مستوى ثان للذاكرة ووعدت شركة VIA بأن المعالج Samuel 2 سيحتوى على مستوى ثان من الذاكرة .

والسؤال الذي يطرح نفسه في هذا الصدد هو طالما أن كلا من المستوى الأول والثاني للذاكرة يعملان بكامل سرعتهما في اغلب وحدات الـ Cup فلماذا لا يتم لصقها وتوحيدهما فى شريحة واحدة ؟؟والإجابة هي أنه بانفصالهما يمكن لكل من الذاكرتين أن تضم وتعالج البيانات بشكل مستقل حيث يعتقد مصممو الشرائح والرقائق الإلكترونية أنه سيؤدى إلى الأداء الأفضل ورغم أن كلا من شركة AMD وشركة VIA تفخران بمستوى أول من الذاكرة يصل إلى 128 كيلوبايت مقارنة بالمستوى الأول للذاكرة في معالج بنتيوم والذي يساوى 32 كيلوبايت لكن شركة إنتل ترى أنه كلما زاد حجم الذاكرة زاد الوقت الذي تستغرقه الذاكرة في البحث وفي حالة تخزين أوامر كثيرة ستكون سرعة الاستجابة بطيئة أما AMD و VIA فلا يريان أي معنى في ذاكرة تساوى 32 كيلوبايت رغم تقدم عمليات التصنيع الدقيقة والوصول إلى مستوى عال من الكفاءة والدقة في العصر الحالي .

سرعة الذاكرة المخبئية:-

والذاكرة المخبئية كأي ذاكرة أخرى لها تردد تعمل عليه وكلما كانت تعمل على تردد أسرع كلما كان أفضل ، وترددها يعتمد على موقعها :

· عندما تكون الذاكرة المخبئية على ناقل النظام يكون ترددها هو نفس سرعة الناقل غالباً 66 أو 100 ميجاهيرتز .

· الذاكرة المخبئية الموضوعة داخل المعالج ( معالجات الجيل السادس ) تعمل عادة بنصف سرعة المعالج ( المعالجات بتردد 333 ميجاهيرتز أو أقل ) أو بنفس سرعة المعالج (معالجات سيليرون و زيون وبنتيوم) .

· معالجات الجيل الخامس جميعها لها ذاكرة مخبئية من المستوى الثاني على اللوحة الأم وترددها لا يزيد عن 66 ميجاهيرتز عموماً.

وبتطبيق ما سبق نستطيع أن نعرف سرعة الذاكرة المخبئية لكل معالج وهذه بعض الأمثلة :

· معالج بنتيوم بسرعة 200 ميجاهيرتز : سرعة ناقل النظام هي 66 ميجاهيرتز فتكون سرعة الذاكرة المخبئية الموجودة على اللوحة الأم هي 66 ميجاهيرتز.

· معالج بنتيوم الثاني 333 ميجاهيرتز سرعة ناقل النظام فيه 66 ميجاهيرتز إلا أن الذاكرة المخبئية فيه موجودة داخل المعالج فتكون سرعة الذاكرة المخبئية تساوي 333 تقسيم 2 = 166.5 ميجاهيرتز .

· معالج بنتيوم الثالث زيون 500 ميجاهيرتز له ذاكرة مخبئية بسرعة 500 ميجاهيرتز .

إن وضع الذاكرة المخبئية داخل المعالج له فائدتان : الأولى هي السرعة أما الثانية فتبرز في حالة تركيب أكثر من معالج واحد على اللوحة الأم لأن كل معالج له الذاكرة العشوائية الخاصة به ولا تتزاحم المعالجات على الذاكرة المخبئية .

80486SX

Internal
Cache
Memory

Main Memory Subsystem

شكل رقم ( 5 ) Internal Cache of the 80486SX

80486SX

Internal

Cache

Memory

Main Memory Subsystem

Cache
Memory

الاستنتاجات والتوصيات

الاستنتاجات

مما تقد وبعد دراستنا الذاكرة الفورية (Cache Memory) استنتجنا عدة أشياء منها ماهية الذاكرة الفورية وهي ذاكرة صغيرة تشبه الذاكرة العشوائية إلا أنها أسرع منها واصغر بالحجم . ففي أثناء عمل المعالج تقوم الذاكرة الفورية بقراءة وكتابة البيانات والتعليمات من والى الذاكرة العشوائية بصفة متكررة . المشكلة إن الذاكرة العشوائية تعتبر بطيئة بالنسبة للمعالج لذلك لجأ مصممو الحاسب الى وضع هذه الذاكرة الصغير والسريعة جداً بين المعالج والذاكرة العشوائية مستغلين إن المعالج يطلب المعلومة أكثر من مرة في أوقات متقاربة فتقوم الذاكرة الفورية بتخزين المعلومات الأكثر طلباً للمعالج .كما رأينا إن المعالجات القديمة قبل البنتيوم ( Pentium ) كانت تستخدم ذاكرة فقط تقرأ البيانات الداخلة للمعالج . ولكن بظهور معالجات البنتيوم( Pentium ) أصبح الكاش ( Cache Memory ) يقوم بالقراءة والكتابة معاً .
كما وجدنا إن ذاكرة المستوى الأول (L1) كميتها اقل من ذاكرة المستوى الثاني (L2) وهذا راجع لان ذاكرة المستوى الأول غالية الثمن جداً لأنها سريعة جداً بحيث أنها تعطي المعالج البيانات التي يطلبها تقريباً بدون تأخير .ويوجد في كل نوع من المعالجات كمية تختلف من كل مستوى وكلما كانت الذاكرة المخبئية اكبر كان ذلك أفضل لأنها تتمكن بذلك من جعل المعالج لايدخل في حالة الانتظار وتسهل له الحصول على البيانات الذي يريدها بأسرع وقت ممكن .إن وضع الذاكرة المخبئية داخل المعالج له فائدتان : الأولى هي السرعة أما الثانية فتبرز في حالة تركيب أكثر من معالج واحد على اللوحة إلام لان كل معالج له الذاكرة العشوائية الخاصة به ولا تتزاحم المعالجات على الذاكرة المخبئية

من طرف ناهد محمد الأحد 26 مايو 2013, 10:09 pm

التوصيات

1. بعض الناس يهتمون بشراء المعالج الأسرع , ظناً منهم إنها الطريقة الوحيدة للحصول على حاسبة سريعة لاسيما وأن الصراع القائم بين شركات تصنيع الحواسيب يتمحور حول زيادة السرعة وقابلية الخزن ففي كل فترة وأحياناً تكون قصيرة جداً يتم إنتاج معالج أسرع من غيره فهل ينبغي على المستخدم شراء المعالج الأحدث والأغلى إذا ما أراد سرعة معالجة عالية الجواب طبعاً كلا وهو ماناقشناه في بحثنا إذ يمكن الحصول على سرعة معالجة خيالية وباستخدام معالج اعتيادي وغير مكلف ولكن يجب أن تكون الذاكرة الفورية cache memory المستخدمة متكاملة full cache وذلك يعني علمياً وعملياً وجود نسخة طبق الأصل من ذاكرة الوصول العشوائي RAM في أو على المعالج يعني قريبة جداً من المعالج بحيث يحصل على البيانات أو المعلومات مباشرة من الـcache memory بنوعيها الداخلية والخارجية أو إحداهما فإذا لم يجدها انتقل إلى الـRAM ليحصل عليها وإذا لم يجدها انتقل القرص الصلب للحصول عليها وهذا مايندر حدوثه لأن من الشروط التي ذكرناها للحصول على سرعة معالجة عالية جداً هو كبر حجم الـRAM والذي يستحسن أن تكون 1GB تضاف إلى اللوحة الأم على شكل شريحتين كل شريحة 512MB وذلك لتقليل كلف الصيانة , فبالتالي سيكون هناك نوع من التقارب في السرعة إلى حدٍ ما بين المعالج السريع والذاكرة الرئيسية main memory البطيئة.

2.يلجأ برنامج التصفح إلى حفظ نسخة من صفحات المواقع التي زرته حديثاً، في منطقة خاصة تسمى الكاش، وهي على نوعين: الأول، هو منطقة مؤقتة من الذاكرة رام، والثاني، هو دليل دائم على القرص الصلب.

عندما تدخل اسم موقع ما، أو تنقر على وصلة في إحدى الصفحات، يلقي المتصفح أولاً نظرة على الكاش، فإذا عثر على نسخة من الصفحة المطلوبة ضمنها، جلبها إلى شاشتك، بدلاً من التوجه إلى مصدرها الأصلي على الشبكة. بإمكانك تحديد سعة الكاش لكلا النوعين، وكلما كانت الكاش أوسع، تحسن الأداء العام لبرنامج التصفح.

لقد أصبحت الإنترنت تلعب دورا مهما في التعليم و التجارة و الترفيه والمجتمع. ولسوء الحظ فإن التحميل البطئ للصفحات يصيبنا بالإحباط والضجر و يجعلنا نضيع الكثير من الوقت الثمين.وهناك عوامل عديدة تؤثر على سرعة تصفح الإنترنت بعضها خارج عن سيطرتنا و بعضها نستطيع السيطرة عليه .

كلما زادة سرعة المعالج زادت سرعة الاتصال فمثلاً معالج سرعته ( 500MHZ) يؤثر على سرعة التصفح في الانترنيت ويكون أسرع من معالج سرعته أبطأ , و أكبر سرعة للمعالج متوفرة حتى الآن هي 4GHz .

لذلك فان ذاكرة الكاش ميموري مثل: 512 CACHE MEMORY وهي الذاكرة الاحتياطية و 512 مساحتها وهي الأكثر شيوعا واستخداما. لها أهمية كبيرة في زيادة سرعة الانترنيت . بعض الناس يهتمون بشراء المعالج الأسرع . ويهملون الجانب المهم و هو ذاكره الكاش للمعالج ... فمثلا لو كان عندي معالج سرعته 300 ميجاهرتز والكاش ميموري فيه 512 .. وعندي معالج سرعته 400 ميجاهرتز والكاش ميموري فيه 128 كيلو بايت فالمعالج الأول أسرع بكثير من المعالج الثاني .

دائما كلما زادت سعه الذاكرة الفورية .( MB SDRAM ). كلما تحسن الأداء
مثال على ذلك MB SDRAM 64 هي الذاكرة الفورية و 64 MB تعني حجم الذاكرة الفورية . لذلك نجد إن للذاكرة الفورية أو ذاكرة الكاش دور مهم في زيادة سرعة التصفح في الانترنيت وذلك بزيادة سرعة المعالج لمعالجة البطء في تصفح مواقع الانترنت أو التنزيل الـ Download يجب ألا يتم مسائلة ولوم شركة أو مكتب مزود خدمة الانترنت فجزء كبير من اللوم يقع على المستخدم إذا لم يكن حاسوبه ذي قابلية خزن مؤقتة عالية للصفحات أثناء التصفح والمتمثلة بالـRAM والـcache memory والتي يجب أن تكون الأولى كبيرة الحجم والثانية full cache لتفيا بالغرض المطلوب وهو زيادة سرعة الانترنت.

3.يجب تطوير عمل الذاكرة الفورية (Cache Memory) واستغلالها في عدة تطبيقات وذلك لفائدتها الكبيرة في زيادة سرعة الأجهزة . واستخدام الذاكرة الفورية في اغلب تطبيقات الحاسوب التي تحتاج الى سرعة كبيرة في الوصول الى المعلومة .

4.استخدامها في أجهزة الهاتف النقال لما لها من أهمية في زيادة سرعة الوصول الى المعلومة لقربها من المعالج وزيادة سرعة الاتصال .

5.استخدام الذاكرة الفورية في البرمجيات الضخمة وفّر سهولة وانسيابية بمنتهى الروعة مثلا في معالجة الرسوم الثلاثية الأبعاد three dimensions وأروع مانشاهده من انتاجات هوليوود السينمائية في إنتاج أفلام متكاملة التأثيرات الحسية التي قد ترتقي بالخيال لدرجة الحقيقة فللـ cache memory الفضل الكبير في هذا الفن الراقي بما لها من قدرة على الخزن المؤقت لنتائج احتساب تغيرات المثلثات التي تتكون منها الشخصية أو الرسم الثلاثي الأبعاد التي يحتسبها المعالج وخزن النتائج الوسطية , وكذلك في استخدامات الرسوم الهندسية وما إلى ذلك .

6.من يهتم بالألعاب الـgames يجب عليه مراعاة كبر حجم الـRAM وأن يكون الـcache memory للمعالج pc هــو full cache وهذا يعني وكما ذكرنا وجود نسخة طبق الأصل للـRAM في أو على المعالج أو إحداهما حسب نوعي الـcache memory الداخلي والخارجي وذلك إذا ما أراد أن يستطيع حاسوبه من تشغيل معظم الألعاب وأحدثها وعدم حصول تأخير أو إيقاف فيها ناهيك عن المتعة والإثارة التي يحصل عليها المستخدم بسبب السرعة الرائعة في اللعب.

المصـــادر

1.Walter / A.Tiebel , Intel corporation " The 80386 , 80486 and Pentium processor "New jersey, .

2. هاشم محمد الحرك ، " أسرار تقنيات المعالجات الحديثة " سوريا.

3.عدنان عباس الحمداني ، " معالجة المعلومات والحاسبات الالكترونية " بغداد .

4. Jose PHc.Nirchols , " programming and interfacing microprocessor ".

5. الشبكة الدولية للمعلومات (wide world web ((www)) ) الانترنت.

طرق رفع كفاءة معالج (برسسور) الكمبيوتر

طرق رفع كفاءة معالج (برسسور) الكمبيوتر

رد: طرق رفع كفاءة معالج (برسسور) الكمبيوتر

رد: طرق رفع كفاءة معالج (برسسور) الكمبيوتر

رد: طرق رفع كفاءة معالج (برسسور) الكمبيوتر