العوامل المؤثرة على سرعة المعالج

عهود · 05-03-2006, 05:59 AM

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 كالتالي :

المعالج عدد الدورات اللازمة لإتمام عملية جمع واحدة

386 6

486 2

pentium 1 أو أقل

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)

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 .

م ن ق و ل