الرئيسية
إذا ألقيت نظرة على أي كمبيوتر سترى صندوقاً لونه بيج أو أسود أو فضي مع بضعة أضواء وبضعة أزرار وكثير من الكبلات دعنا نتجاهل الكبلات في الوقت الحاضر إنها تربط كمبيوترك بمجموعة متنوعة من الأجهزة وبالعالم الخارجي . الأزرار مبدئياً تشغل الكمبيوتر أو تعيد استنهاضه والأضواء فقط تتيح لك معرفة متى يكون جزء من كمبيوترك مشغولاً بقي لدينا الصندوق . كل شيء آخر يتألف منه أو يقوم به كمبيوترك موجود داخل ذلك الصندوق . هناك الكثير من الأجهزة الموضبة داخله من بينها الرقائق والبطاقات والأقراص والفتحات ومزيد من الكبلات .
رغم أن التكنولوجيا الموجودة داخل كمبيوترك هذه الأيام مختلفة عن تلك التي كانت موجودة داخل كمبيوتر الـ IBM الأصلي إلا أن معظم المكونات الأساسية بقيت هي نفسها . فكل كمبيوتر فيه لوحة أم (motherboard) ومعالج مركزي (CPU) وجهاز تخزين وبعض الباقاات الأصغر توجد عليها دارات إلكترونية متخصصة .
اللوحة الأم : العمود الفقري للكمبيوتر :
داخل جسمك يؤدي عمودك اللفقري بعض الأعمال المهمة جداً . بشكل مباشر أو غير مباشر كل أجزاء جسمك موصولة به تقريباً كل تجربة جسدية تتعرض لها يتم إبلاغها إلى دماغك من خلال العمود الفقري وتقريباً كل تعليمه يرسلها دماغك تمر عبر العمود الفقري . ما يفعله لك العمود الفقري تفعله اللوحة الأم لكمبيوترك . كل الإلكترونيات داخل كمبيوترك هي إما جزء من اللوحة الأأم نفسها أو موصولة بها من خلال طريقة من مجموعة متنوعة من الطرق .
عند أبسط مستوياتها اللوحة الأم هي مجرد قطعة مستطيلة من البلاستيك . هناك فجوات صغيرة جداً محفورة في أماكن دقيقة تتيح تركيب الرقائق الصغيرة والمكونات الأخرى في اللوحة الأم . كل تلك المكونات ملحمة أو مثبتة في مكانها أو كليهما في معظم الحالات تكون كل مكونات اللوحة الأم مركبة في إحدى جهات القطعة البلاستيكية وتوضع الوصلات بينها في الجهة الأخرى .
الوصلات بين المكونات هي خطوط رفيعة بشكل لا يصدق من النحاس أو الذهب تسمى عادة traces (طرقات ) . كل الإشارات الكهربائية التي تنتقل في اللوحة الأم تستعمل تلك الطرقات المصممة لتسبب مقاومة صغيرة لانسياب الكهرباء هذه النقطة مهمة لسببين .
أولاً : الكهرباء التي تنتقل داخل كمبيوترك هي طريقة عمله فإذا تمت إعاقة الحركة الكهربائية تلك سيتوقف كل سيء يفعله كمبيوترك .
ثانياً : عند مقاومة انسياب الكهرباء ستتحول بعض الطاقة في الكهرباء إلى حرارة .
لسوء الحظ الحرارة هي عدو كل شيء داخل كمبيوترك تقريباً إذا تعطلت المروحة في كمبيوترك من الممكن أن ترتفع حرارة كمبيوترك وسيتوقف عن العمل (وبناءً على القطع التي سخنت أكثر مما ينبغي بكثير قد لا يعمل مرة أخرى من دون إجراء عملية إصلاح رئيسية المعالج الرئيسي يمكن أن يذوب في الواقع من دون تهوية ملائمة ) . لذا فإبقاء الحرارة داخل الكمبيوتر منخفضة قدر الإمكان هو أمر حيوي والوصلات الفعالة بين المكونات تلعب دوراً كبيراً في إنجاز ذلك الهدف .
معظم المكونات في اللوحة الأم يتم توصيلها داخل مقابس (sockets) مثبتة وملحمة باللوحة الأم . تتيح لك هذه الميزة توسيع قدرات كمبيوترك الرئيسية مثلما يتطلب عملك المقابس تجعل من الممكن لأي شخص لديه المعرفة الصحيحة باستبدال أو ترقية بعض المكونات كالذاكرة وقدرات الفيديو (التي ستقرأ عنها لاحقاً ) . حتى المعالج الرئيسي في الكمبيوتر يمكن استبداله عادة بطراز أسرع بمجرد إخراج المعالج القديم من مكانه ووضع المعالج الجديد محله .
العديد من المقابس في لوحتك الأم هي من نوع خاص يسمى منافذ (ports)معظم المنافذ تجعل من الممكن وصل أجهزة خارجية بكمبيوترك كلوحة المفاتيح والماوس والشاشة ومكبرات الصوت . ستلقي نظرة جيدة على هذه الأشياء بعد قليل .
الرقائق الصغرية (microchips) الفعلية الموجودة على اللوحة الأم يمكن تجميعها في نوعين أساسين . النوع الأول يزود دعماً لميزة معينة . من بين أهم الأمثلة عن هذا النوع هو الرقائق التي تتحكم بأعمال كل (أو معظم ) أجهزة التخزين في كمبيوترك تلك الرقائق تنشئ ما يسمى الواجهة IDE ( اختصار Device Electronics Integrated ) التي توصل قرصك الصلب ومحرك أقراصك الرقمية والأقراص المرنة باللوحة الأم .
هناك مجموعة أخرى من هذه الرقائق ذات الهدف الخاص قد تكون مسؤولة عن إرسال البيانات إلى شاشة كمبيوترك بينما هناك مجموعة أخرى قد لا تفعل شيئاً ولكنها تدعم انسياب البيانات من وإلى دماغ الكمبيوتر :
وحدة المعالجة المركزية ( Central Processing أو CPU ) . أحد الأمثلة عن هذا النوع الأخير يدعى إنتل 845 وهو يدعم المعالج إنتل بنتيوم 4 . تلك المجموعات من الرقائق تسمى chipsets ( مجموعات رقائق ) وهو مصطلح سيصادفك بالتأكيد إذا كنت تقضي وقتاً طويلاً في قراءة المقالات عن ألعاب الكمبيوتر . مع تطور التكنولوجيا أصبحت الوظائف التي كان تؤديها عدة رقائق صغرية فردية مبيتة في رقاقة واحدة لأسباب تاريخية لا تزال تلك الرقائق الواحدة تسمى chipsets .
الدماغ : وحدة المعالجة المركزية
دماغك يتحكم بكل شيء تفعله . من التنفس إلى رسم تحفة فنية إلى إيقاع كوب قهوتك دماغك هو المسؤول عن كل تلك الأمور . إنه وحدة معالجتك المركزية إن شئت . بشكل مماثل المعالج الصغرى الرئيسي أو وحدة المعالجة المركزية داخل كمبيوترك هو دماغه . وحدة المعالجة المركزية هي المكان الذي يجري فيه كمبيوترك معظم عمليات معالجة البيانات التي يقوم بها .
وحدة المعالجة المركزية ليست مجرد دماغ الكمبيوتر إنها قلبه أيضاً هناك نبضة كهربائية دورية تولدها وحدة المعالجة المركزية - تسمى نبضة الساعة (clock pulse ) أو فقط الساعة - تحدد السرعة التي تجري بها معظم عمليات التلاعب بالبيانات داخل الكمبيوتر . الأجزاء الرئيسية في الكمبيوتر كذاكرته تنظر إلى المركزية كل شيء متزامناً لكي تنتقل البيانات بين المكونات على اللوحة الأم بسرعة متوقعة .
هذه المزامنة تمنع مكونا من محاولة إرسال البيانات قبل أن يصبح المكون المتلقي جاهزاً لها (أومن جلوس مكون خاملاً بانتظار أن يصبح الآخر جاهزاً ) . كلا الحدثين هو تبذير كبير للوقت .
الوقت الذي يمر من بداية نبضة الساعة إلى بداية النبضة التالية يسمى دورة الساعة (clock cycle) حتى العام 2000 كانت دورات الساعة تقاس بالميغاهرتز ( NHz) وهي ملايين الدورات كل ثانية . لذا فإن المعالج إنتل بنتيوم III سرعة 800 ميغاهرتز ينتج 800 مليون نبضة ساعة كل ثانية . في العام 2000 قدمت إنتل أول معالج صغرى بالغيغاهرتز (GHz - مليارات الدورات كل ثانية ) وهو أيضاً طراز البنتيوم III . الآن وكما قلت سابقاً كانت الساعة هي القياس التقليدي "لسرعة وحدة المعالجة المركزية" لأن وحدة المعالجة المركزية لم تكن تستطيع تنفيذ العمليات الحسابية بأسرع من تكة واحدة من ساعتها . في الواقع الكمبيوتر الأول نفذ عملية حسابية أساسية واحدة في 15 دورة ساعة . لكن تم رمي التقاليد من النافذة عندما تم تطوير أسلوب يسمى أنبوبية (pipelining) . الأنبوبية تتيح لوحدة المعالجة المركزية تنفيذ مهمتين أو أكثر دفعة واحدة . بالمعدل الوسطي يمكن تنفيذ عدة تعليمات خلال كل دورة للساعة .
والآن أصبح عالم مقارنات وحدة المعالجة المركزية فوضوياً . كل صانع له طريقته الخاصة في تحقيق الأنبوبية وكل واحد يدعي أنه الأفضل (وهي بالطبع مستمثلة لوحدات المعالجة المركزية الخاصة بشركته ) . بالاضافة إلى ذلك بعض المهام تستعمل الأنبوبية المتوفرة بشكل أفضل من المهام الأخرى . لذا فإن سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية و السرعة التي تنفذ بها المهام فعلياً لا تتطابق عادة .
مثلاً معالج سرعته 2 غيغا هرتز لإحدى الشركات قد يكون أفضل بشكل كبير -لبعض المهام - من الطراز 2 غيغا هرتز لشركة منافستها . وقد أظهرت بعض الاختبارات أن أنبوباً مستعملاً بشكل جيد يمكن وحدة المعالجة المركزية من إكمال مهام الحياة الحقيقية أسرع من وحدة معالجة مركزية منافسة ذات سرعة ساعة أكبر لذا لم يعد بإمكانك الاتكال على سرعة المعالج كقياس واضح لتقرير أي وحدة معالجة مركزية هي الأسرع . يجب أن تنتبه إلى مجموعة متنوعة من اختبارات الحياة الحقيقية إذا كنت تجري تصميماً ثلاثي الأبعاد أو هندسة معقدة ويجب أن تكون متأكداً من حصولك على أفضل النتائج للمال الذي ستدفعه .
لتأخذ مثالاً عن طريقة عمل وحدة المعالجة المركزية عندما تشغل برنامجاً تنسخ شيفرته من وحدة التخزين الطويل الأجل (قرصك الصلب ،مثلاً) إلى ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية ويقوم جزء في وحدة المعالجة المركزية يسمى مؤشر (pointer) بإبلاغ وحدة المعالجة المركزية أين ستجد أول تعليمة من تعليمات ذلك البرنامج .
عادة ستنسخ تلك التعليمة وبضع التعليمات التي تليها من الذاكرة الرئيسية إلى جزء من وحدة المعالجة المركزية يسمى مخبأ (cache) - وهو ناحية صغيرة من الذاكرة السريعة يمكنها نقل التعليمات إلى بقية وحدة المعالجة المركزية بشكل أسرع بكثير مما تستطيع نقلها ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية .
الذاكرة
الذاكرة هي المساحة الالكترونية حيث يعمل كمبيوترك إنها مجموعة من الرقائق الصغرية المصممة بشكل خاص يتم وصلها بلوحتك الأم (وببضعه أماكن أخرى ) يستعملها الكمبيوتر لتخزين برامجك وبياناتك مؤقتاً بينما تستعملها . لقد قلت مؤقتاً لأن الذاكرة تختلف عن التخزين - وهذا فرق يتجاهله الكثير من الأشخاص . بينما يكون كمبيوترك مشتغلاً وتكون تستخدم برنامجاً تكون الشيفره البرمجية التي تجعل البرنامج يعمل موجودة في الذاكرة . إذا تعطل كمبيوترك فجأة سيضيع كل شيء موجود في الذاكرة إلى الأبد .
لكنك تعرف من الخبرة أنك لن تخسر البرنامج كلما انقطعت الطاقة الكهربائية ويمكنك الاحتفاظ بالبيانات لسنوات في ملفات . لن تخسر البرامج والملفات لأنها محفوظة في التخزين -على قرصك الصلب . عندما تشغل برنامجاً يتم فقط نسخه من التخزين (قرصك الصلب )
عادة لا يمكنك أن تخسر العمل الذي قد حفظته في التخزين رغم أن كل شيء في الذاكرة يضيع عندما يتوقف كمبيوترك عن العمل .بشكل مماثل عندما تغلق ملفاً أو تنهي برنامجاً سيبقى لديك أي عمل كنت قد حفظته في التخزين - كما هو حال البرنامج الذي كنت تشغله أي بيانات لم تحفظها ستزول من الذاكرة وستضيع بالطبع من الممكن أيضاً أن تخسر بيانات كنت قد حفظتها نتيجة انهيار القرص الصلب لكن يمكنك عادة اعتبارها "دائمة" .
لست بحاجة إلى أن تفهم كيف تعمل الذاكرة إلكترونياً لكي تستفيد منها إلى أقصى حد ممكن ما يفيدك هو فهم مسألتين أخريين : كيف يستعمل الكمبيوتر الذاكرة ولماذا تأتي الذاكرة بعدة أنواع مختلفة .
كيف يستعمل الكمبيوتر الذاكرة ؟
أن الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية تعملان سوية لتجعلان الكمبيوتر آلة تفكير
البتات والبايتات
اللغة الوحيدة التي يفهمها كمبيوترك هي لغة آلة ثنائية تتألف من الرقمين : واحد وصفر . هذا لأن كمبيوترك هو أحد ملايين الكمبيوترات الرقمية وهو يعمل مع كميات محددة ومنظمة من الكهرباء والتي يمكنك تخيلها بأنها مضاءة أو مطفأة . الرقائق الصغرية المادية التي تزود ذاكرة كمبيوترك هي في الواقع مجرد مجموعات ضخمة من الترانزستورات والمكثفات الكهربائية تعمل المكثفات الكهربائية كقناني من الكهرباء يمكنها أن تكون إما ممتلئة أو فارغة .
كلما تم إعطاء مكثف كهربائي بعض الكهرباء ليخزنها (القنينة ممتلئة ) نرمز إلى ذلك بالرقم واحد وكلما كان المكثف الكهربائي لا يخزن شحنه نرمز إلى ذلك بالرقم صفر . تللك القيم الثمانية (كلها آحاد أو أصفار أو تركيبة من الاثنين ) مجتمعة سوية تسمى بايت وكل واحدة من القيم الثمانية التي تؤلف البايت تسمى بت .
أنواع الذاكرة :
الذاكرة الديناميكية
الذاكرة RAM الرئيسية في كمبيوترك هب نوع خاص من الذاكرة الديناميكية . الذاكرة المتزامنة DRAM هي نوع من أنواع الذاكرة وهي الأكثر شيوعا في هذه الأيام الذاكرة المزدوجة DDR SDRAM المزدوجة السرعة للبيانات وهي كانت شيئا ثورياً .
الذاكرة RAM الساكنة وهي أسرع بكثير من الذاكرة الديناميكية . الذاكرة ROM هو نوع آخر من الذاكرة يستعمل في كل كمبيوتر والبيانات المخزنة في ROM لا يمكن أن تتغير أبداً .
أجهزة التخزين
هي المسؤولة عن تخزين كل البرامج والبيانات والملفات عندما لا تكون تستعملها . يتم وصل أجهزة التخزين باللوحة الأم مباشرة من خلال وصلات مسطحة عريضة تسمى كبلات شريطية أجهزة التخزين الفعلية يتم تركيبها في صندوق كمبيوترك وهي من ثلاثة أنواع أساسية . النوع الأشهلا لدى الجميع هو محرك القرص الصلب وهو صندوق مختوم يحتوي على عدة صفائح معدنية صلبة مركبة سوية على مغزل بشكل يشبه كدسة أسطوانات الموسيقى في صندوق قديم .
النوع الثاني الأكثر شيوعاً لأجهزة التخزين هو محرك الأقراص المرنة الذي يخزن البيانات على أقراص مرنة . وهي تتألف من علبة بلاستيكية يوجد في داخلها قرص بلاستيكي مرن .
النوع الثالث هو التخزين البصري محرك أقراص مضغوطة (CD) أو أقراص رقمية (DVD)يستعمل ضوء ليزر لقراءة وكتابة محركات الأقراص القادرة على التسجيل .
رغم أن التكنولوجيا الموجودة داخل كمبيوترك هذه الأيام مختلفة عن تلك التي كانت موجودة داخل كمبيوتر الـ IBM الأصلي إلا أن معظم المكونات الأساسية بقيت هي نفسها . فكل كمبيوتر فيه لوحة أم (motherboard) ومعالج مركزي (CPU) وجهاز تخزين وبعض الباقاات الأصغر توجد عليها دارات إلكترونية متخصصة .
اللوحة الأم : العمود الفقري للكمبيوتر :
داخل جسمك يؤدي عمودك اللفقري بعض الأعمال المهمة جداً . بشكل مباشر أو غير مباشر كل أجزاء جسمك موصولة به تقريباً كل تجربة جسدية تتعرض لها يتم إبلاغها إلى دماغك من خلال العمود الفقري وتقريباً كل تعليمه يرسلها دماغك تمر عبر العمود الفقري . ما يفعله لك العمود الفقري تفعله اللوحة الأم لكمبيوترك . كل الإلكترونيات داخل كمبيوترك هي إما جزء من اللوحة الأأم نفسها أو موصولة بها من خلال طريقة من مجموعة متنوعة من الطرق .
عند أبسط مستوياتها اللوحة الأم هي مجرد قطعة مستطيلة من البلاستيك . هناك فجوات صغيرة جداً محفورة في أماكن دقيقة تتيح تركيب الرقائق الصغيرة والمكونات الأخرى في اللوحة الأم . كل تلك المكونات ملحمة أو مثبتة في مكانها أو كليهما في معظم الحالات تكون كل مكونات اللوحة الأم مركبة في إحدى جهات القطعة البلاستيكية وتوضع الوصلات بينها في الجهة الأخرى .
الوصلات بين المكونات هي خطوط رفيعة بشكل لا يصدق من النحاس أو الذهب تسمى عادة traces (طرقات ) . كل الإشارات الكهربائية التي تنتقل في اللوحة الأم تستعمل تلك الطرقات المصممة لتسبب مقاومة صغيرة لانسياب الكهرباء هذه النقطة مهمة لسببين .
أولاً : الكهرباء التي تنتقل داخل كمبيوترك هي طريقة عمله فإذا تمت إعاقة الحركة الكهربائية تلك سيتوقف كل سيء يفعله كمبيوترك .
ثانياً : عند مقاومة انسياب الكهرباء ستتحول بعض الطاقة في الكهرباء إلى حرارة .
لسوء الحظ الحرارة هي عدو كل شيء داخل كمبيوترك تقريباً إذا تعطلت المروحة في كمبيوترك من الممكن أن ترتفع حرارة كمبيوترك وسيتوقف عن العمل (وبناءً على القطع التي سخنت أكثر مما ينبغي بكثير قد لا يعمل مرة أخرى من دون إجراء عملية إصلاح رئيسية المعالج الرئيسي يمكن أن يذوب في الواقع من دون تهوية ملائمة ) . لذا فإبقاء الحرارة داخل الكمبيوتر منخفضة قدر الإمكان هو أمر حيوي والوصلات الفعالة بين المكونات تلعب دوراً كبيراً في إنجاز ذلك الهدف .
معظم المكونات في اللوحة الأم يتم توصيلها داخل مقابس (sockets) مثبتة وملحمة باللوحة الأم . تتيح لك هذه الميزة توسيع قدرات كمبيوترك الرئيسية مثلما يتطلب عملك المقابس تجعل من الممكن لأي شخص لديه المعرفة الصحيحة باستبدال أو ترقية بعض المكونات كالذاكرة وقدرات الفيديو (التي ستقرأ عنها لاحقاً ) . حتى المعالج الرئيسي في الكمبيوتر يمكن استبداله عادة بطراز أسرع بمجرد إخراج المعالج القديم من مكانه ووضع المعالج الجديد محله .
العديد من المقابس في لوحتك الأم هي من نوع خاص يسمى منافذ (ports)معظم المنافذ تجعل من الممكن وصل أجهزة خارجية بكمبيوترك كلوحة المفاتيح والماوس والشاشة ومكبرات الصوت . ستلقي نظرة جيدة على هذه الأشياء بعد قليل .
الرقائق الصغرية (microchips) الفعلية الموجودة على اللوحة الأم يمكن تجميعها في نوعين أساسين . النوع الأول يزود دعماً لميزة معينة . من بين أهم الأمثلة عن هذا النوع هو الرقائق التي تتحكم بأعمال كل (أو معظم ) أجهزة التخزين في كمبيوترك تلك الرقائق تنشئ ما يسمى الواجهة IDE ( اختصار Device Electronics Integrated ) التي توصل قرصك الصلب ومحرك أقراصك الرقمية والأقراص المرنة باللوحة الأم .
هناك مجموعة أخرى من هذه الرقائق ذات الهدف الخاص قد تكون مسؤولة عن إرسال البيانات إلى شاشة كمبيوترك بينما هناك مجموعة أخرى قد لا تفعل شيئاً ولكنها تدعم انسياب البيانات من وإلى دماغ الكمبيوتر :
وحدة المعالجة المركزية ( Central Processing أو CPU ) . أحد الأمثلة عن هذا النوع الأخير يدعى إنتل 845 وهو يدعم المعالج إنتل بنتيوم 4 . تلك المجموعات من الرقائق تسمى chipsets ( مجموعات رقائق ) وهو مصطلح سيصادفك بالتأكيد إذا كنت تقضي وقتاً طويلاً في قراءة المقالات عن ألعاب الكمبيوتر . مع تطور التكنولوجيا أصبحت الوظائف التي كان تؤديها عدة رقائق صغرية فردية مبيتة في رقاقة واحدة لأسباب تاريخية لا تزال تلك الرقائق الواحدة تسمى chipsets .
الدماغ : وحدة المعالجة المركزية
دماغك يتحكم بكل شيء تفعله . من التنفس إلى رسم تحفة فنية إلى إيقاع كوب قهوتك دماغك هو المسؤول عن كل تلك الأمور . إنه وحدة معالجتك المركزية إن شئت . بشكل مماثل المعالج الصغرى الرئيسي أو وحدة المعالجة المركزية داخل كمبيوترك هو دماغه . وحدة المعالجة المركزية هي المكان الذي يجري فيه كمبيوترك معظم عمليات معالجة البيانات التي يقوم بها .
وحدة المعالجة المركزية ليست مجرد دماغ الكمبيوتر إنها قلبه أيضاً هناك نبضة كهربائية دورية تولدها وحدة المعالجة المركزية - تسمى نبضة الساعة (clock pulse ) أو فقط الساعة - تحدد السرعة التي تجري بها معظم عمليات التلاعب بالبيانات داخل الكمبيوتر . الأجزاء الرئيسية في الكمبيوتر كذاكرته تنظر إلى المركزية كل شيء متزامناً لكي تنتقل البيانات بين المكونات على اللوحة الأم بسرعة متوقعة .
هذه المزامنة تمنع مكونا من محاولة إرسال البيانات قبل أن يصبح المكون المتلقي جاهزاً لها (أومن جلوس مكون خاملاً بانتظار أن يصبح الآخر جاهزاً ) . كلا الحدثين هو تبذير كبير للوقت .
الوقت الذي يمر من بداية نبضة الساعة إلى بداية النبضة التالية يسمى دورة الساعة (clock cycle) حتى العام 2000 كانت دورات الساعة تقاس بالميغاهرتز ( NHz) وهي ملايين الدورات كل ثانية . لذا فإن المعالج إنتل بنتيوم III سرعة 800 ميغاهرتز ينتج 800 مليون نبضة ساعة كل ثانية . في العام 2000 قدمت إنتل أول معالج صغرى بالغيغاهرتز (GHz - مليارات الدورات كل ثانية ) وهو أيضاً طراز البنتيوم III . الآن وكما قلت سابقاً كانت الساعة هي القياس التقليدي "لسرعة وحدة المعالجة المركزية" لأن وحدة المعالجة المركزية لم تكن تستطيع تنفيذ العمليات الحسابية بأسرع من تكة واحدة من ساعتها . في الواقع الكمبيوتر الأول نفذ عملية حسابية أساسية واحدة في 15 دورة ساعة . لكن تم رمي التقاليد من النافذة عندما تم تطوير أسلوب يسمى أنبوبية (pipelining) . الأنبوبية تتيح لوحدة المعالجة المركزية تنفيذ مهمتين أو أكثر دفعة واحدة . بالمعدل الوسطي يمكن تنفيذ عدة تعليمات خلال كل دورة للساعة .
والآن أصبح عالم مقارنات وحدة المعالجة المركزية فوضوياً . كل صانع له طريقته الخاصة في تحقيق الأنبوبية وكل واحد يدعي أنه الأفضل (وهي بالطبع مستمثلة لوحدات المعالجة المركزية الخاصة بشركته ) . بالاضافة إلى ذلك بعض المهام تستعمل الأنبوبية المتوفرة بشكل أفضل من المهام الأخرى . لذا فإن سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية و السرعة التي تنفذ بها المهام فعلياً لا تتطابق عادة .
مثلاً معالج سرعته 2 غيغا هرتز لإحدى الشركات قد يكون أفضل بشكل كبير -لبعض المهام - من الطراز 2 غيغا هرتز لشركة منافستها . وقد أظهرت بعض الاختبارات أن أنبوباً مستعملاً بشكل جيد يمكن وحدة المعالجة المركزية من إكمال مهام الحياة الحقيقية أسرع من وحدة معالجة مركزية منافسة ذات سرعة ساعة أكبر لذا لم يعد بإمكانك الاتكال على سرعة المعالج كقياس واضح لتقرير أي وحدة معالجة مركزية هي الأسرع . يجب أن تنتبه إلى مجموعة متنوعة من اختبارات الحياة الحقيقية إذا كنت تجري تصميماً ثلاثي الأبعاد أو هندسة معقدة ويجب أن تكون متأكداً من حصولك على أفضل النتائج للمال الذي ستدفعه .
لتأخذ مثالاً عن طريقة عمل وحدة المعالجة المركزية عندما تشغل برنامجاً تنسخ شيفرته من وحدة التخزين الطويل الأجل (قرصك الصلب ،مثلاً) إلى ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية ويقوم جزء في وحدة المعالجة المركزية يسمى مؤشر (pointer) بإبلاغ وحدة المعالجة المركزية أين ستجد أول تعليمة من تعليمات ذلك البرنامج .
عادة ستنسخ تلك التعليمة وبضع التعليمات التي تليها من الذاكرة الرئيسية إلى جزء من وحدة المعالجة المركزية يسمى مخبأ (cache) - وهو ناحية صغيرة من الذاكرة السريعة يمكنها نقل التعليمات إلى بقية وحدة المعالجة المركزية بشكل أسرع بكثير مما تستطيع نقلها ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية .
الذاكرة
الذاكرة هي المساحة الالكترونية حيث يعمل كمبيوترك إنها مجموعة من الرقائق الصغرية المصممة بشكل خاص يتم وصلها بلوحتك الأم (وببضعه أماكن أخرى ) يستعملها الكمبيوتر لتخزين برامجك وبياناتك مؤقتاً بينما تستعملها . لقد قلت مؤقتاً لأن الذاكرة تختلف عن التخزين - وهذا فرق يتجاهله الكثير من الأشخاص . بينما يكون كمبيوترك مشتغلاً وتكون تستخدم برنامجاً تكون الشيفره البرمجية التي تجعل البرنامج يعمل موجودة في الذاكرة . إذا تعطل كمبيوترك فجأة سيضيع كل شيء موجود في الذاكرة إلى الأبد .
لكنك تعرف من الخبرة أنك لن تخسر البرنامج كلما انقطعت الطاقة الكهربائية ويمكنك الاحتفاظ بالبيانات لسنوات في ملفات . لن تخسر البرامج والملفات لأنها محفوظة في التخزين -على قرصك الصلب . عندما تشغل برنامجاً يتم فقط نسخه من التخزين (قرصك الصلب )
عادة لا يمكنك أن تخسر العمل الذي قد حفظته في التخزين رغم أن كل شيء في الذاكرة يضيع عندما يتوقف كمبيوترك عن العمل .بشكل مماثل عندما تغلق ملفاً أو تنهي برنامجاً سيبقى لديك أي عمل كنت قد حفظته في التخزين - كما هو حال البرنامج الذي كنت تشغله أي بيانات لم تحفظها ستزول من الذاكرة وستضيع بالطبع من الممكن أيضاً أن تخسر بيانات كنت قد حفظتها نتيجة انهيار القرص الصلب لكن يمكنك عادة اعتبارها "دائمة" .
لست بحاجة إلى أن تفهم كيف تعمل الذاكرة إلكترونياً لكي تستفيد منها إلى أقصى حد ممكن ما يفيدك هو فهم مسألتين أخريين : كيف يستعمل الكمبيوتر الذاكرة ولماذا تأتي الذاكرة بعدة أنواع مختلفة .
كيف يستعمل الكمبيوتر الذاكرة ؟
أن الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية تعملان سوية لتجعلان الكمبيوتر آلة تفكير
البتات والبايتات
اللغة الوحيدة التي يفهمها كمبيوترك هي لغة آلة ثنائية تتألف من الرقمين : واحد وصفر . هذا لأن كمبيوترك هو أحد ملايين الكمبيوترات الرقمية وهو يعمل مع كميات محددة ومنظمة من الكهرباء والتي يمكنك تخيلها بأنها مضاءة أو مطفأة . الرقائق الصغرية المادية التي تزود ذاكرة كمبيوترك هي في الواقع مجرد مجموعات ضخمة من الترانزستورات والمكثفات الكهربائية تعمل المكثفات الكهربائية كقناني من الكهرباء يمكنها أن تكون إما ممتلئة أو فارغة .
كلما تم إعطاء مكثف كهربائي بعض الكهرباء ليخزنها (القنينة ممتلئة ) نرمز إلى ذلك بالرقم واحد وكلما كان المكثف الكهربائي لا يخزن شحنه نرمز إلى ذلك بالرقم صفر . تللك القيم الثمانية (كلها آحاد أو أصفار أو تركيبة من الاثنين ) مجتمعة سوية تسمى بايت وكل واحدة من القيم الثمانية التي تؤلف البايت تسمى بت .
أنواع الذاكرة :
الذاكرة الديناميكية
الذاكرة RAM الرئيسية في كمبيوترك هب نوع خاص من الذاكرة الديناميكية . الذاكرة المتزامنة DRAM هي نوع من أنواع الذاكرة وهي الأكثر شيوعا في هذه الأيام الذاكرة المزدوجة DDR SDRAM المزدوجة السرعة للبيانات وهي كانت شيئا ثورياً .
الذاكرة RAM الساكنة وهي أسرع بكثير من الذاكرة الديناميكية . الذاكرة ROM هو نوع آخر من الذاكرة يستعمل في كل كمبيوتر والبيانات المخزنة في ROM لا يمكن أن تتغير أبداً .
أجهزة التخزين
هي المسؤولة عن تخزين كل البرامج والبيانات والملفات عندما لا تكون تستعملها . يتم وصل أجهزة التخزين باللوحة الأم مباشرة من خلال وصلات مسطحة عريضة تسمى كبلات شريطية أجهزة التخزين الفعلية يتم تركيبها في صندوق كمبيوترك وهي من ثلاثة أنواع أساسية . النوع الأشهلا لدى الجميع هو محرك القرص الصلب وهو صندوق مختوم يحتوي على عدة صفائح معدنية صلبة مركبة سوية على مغزل بشكل يشبه كدسة أسطوانات الموسيقى في صندوق قديم .
النوع الثاني الأكثر شيوعاً لأجهزة التخزين هو محرك الأقراص المرنة الذي يخزن البيانات على أقراص مرنة . وهي تتألف من علبة بلاستيكية يوجد في داخلها قرص بلاستيكي مرن .
النوع الثالث هو التخزين البصري محرك أقراص مضغوطة (CD) أو أقراص رقمية (DVD)يستعمل ضوء ليزر لقراءة وكتابة محركات الأقراص القادرة على التسجيل .