في قلب كل جهاز كمبيوتر ، ستجد ملف وحدة المعالجة المركزية. ال وحدة معالجة مركزية هي أجهزة حاسمة. يقوم بتشغيل نظام التشغيل وجميع البرامج الموجودة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. تم تصميم وحدات المعالجة المركزية (CPU) كمعالجات للأغراض العامة. بحكم طبيعتهم ، من المفترض أن يكونوا قادرين على التعامل مع كل شيء.
ومع ذلك ، فإن وحدات المعالجة المركزية ليست جيدة جدًا في بعض أنواع أحمال العمل لأن أجهزتها ذات الأغراض العامة لا يمكن تحسينها لمهام محددة دون فقدان طبيعتها ذات الأغراض العامة. أو أن تصبح كبيرة ومعقدة ومكلفة بشكل ميؤوس منه. بالإضافة إلى ذلك ، ستكون أي وحدة معالجة مركزية قادرة فقط على التعامل مع الكثير من البيانات والمعالجة في وقت واحد. المعالج المشترك هو وحدة معالجة ثانية مصممة بشكل صريح لأخذ أحد هذين السيناريوهين أو كليهما.
المعالج الثانوي هو ببساطة وحدة معالجة ثانية داخل الكمبيوتر. في بعض السيناريوهات ، يمكن أن تكون هذه وحدة معالجة مركزية فعلية مزدوجة على نفس اللوحة الأم كما هو الحال في بعض الخوادم. في سيناريوهات الحوسبة عالية الأداء والحوسبة الفائقة ، يمكن أيضًا العثور على هذه المعالجات المشتركة للأغراض العامة على بطاقات PCIe الإضافية. غالبًا ما يركز المعالج الثانوي على مهمة محددة بدلاً من معالج للأغراض العامة. يمكن توصيل هذه المعالجات الخاصة بالمهام مباشرة باللوحة الأم أو تضمينها في لوحة تابعة منفصلة مثل بطاقة PCIe الإضافية.
المعالجات الأولى
كانت المعالجات الأولى بسيطة نسبيًا. تم تصميمها للتعامل مع الإدخال / الإخراج أو الإدخال والإخراج لأجهزة الكمبيوتر المركزية. كانت المشكلة أن معالجة الإدخال / الإخراج كانت مهمة تستغرق وقتًا طويلاً لوحدة المعالجة المركزية. ومع ذلك ، كانت مهمة المعالجة الفعلية بسيطة نسبيًا. لذلك كانت رخيصة بما يكفي لصنع معالج للتعامل معها. بينما أخذ المعالج المشترك الإدخال / الإخراج بكفاءة ، كان على وحدة المعالجة المركزية إصدار معلمات إدخال / إخراج بسيطة ، وتحرير وقت المعالج ، وزيادة أداء النظام.
تضمن كمبيوتر IBM الأصلي معالجًا حسابيًا اختياريًا بنقطة عائمة. قامت وحدات المعالجة المركزية (CPU) اليوم بإجراء هذا النوع من الرياضيات في البرامج التي كانت بطيئة ولكنها تعمل بشكل كافٍ للحالات النادرة التي كانت مطلوبة لمعظم المستخدمين. ومع ذلك ، فإن التصميم بمساعدة الكمبيوتر ، أو أنظمة CAD ، تستخدم هذا النوع من الرياضيات باستمرار. من خلال فصل حساب النقطة العائمة على معالج مساعد ، لم يتم فقط زيادة السرعة عند الحاجة ، شكرًا لتسريع الأجهزة ، ولكن يمكن للمستخدمين الذين لم يحتاجوا إلى ذلك توفير المال عن طريق شراء نظام بدون معالج مساعد.
في النهاية ، تم دمج وظائف هذه المعالجات المساعدة البسيطة في بنية وحدة المعالجة المركزية. يعد هذا جزئيًا نتيجة طبيعية للتطوير المستمر لوحدة المعالجة المركزية ولكنه يرتبط أيضًا بالصعوبات في استمرار المزامنة البسيطة مع زيادة سرعات ساعة وحدة المعالجة المركزية. بينما تعمل وحدات المعالجة المركزية والمعالجات المشتركة هذه بشكل جيد بما فيه الكفاية عند 75 ميجاهرتز ، سيكون هناك تأخير كبير في الوقت ، واستهلاك الطاقة ، ومشكلات تداخل التردد اللاسلكي عند ترددات جيجاهرتز اليوم. استدعت هذه المشكلات أنظمة إشارات أكثر تعقيدًا بين وحدات المعالجة المركزية والمعالجات المشتركة الحديثة.
GPU
من المحتمل أن تكون وحدة معالجة الرسومات أو وحدة معالجة الرسومات أفضل شكل معروف للمعالج المشترك. لقد تم تصميمها بحيث يتم تحسينها لتناسب أعباء العمل القابلة للتوازي بدرجة كبيرة لعرض الرسومات. يمكن لوحدات المعالجة المركزية أداء هذه المهمة في برنامج أو باستخدام شريحة رسومات مدمجة. لتقديم الأداء العالي لوحدات معالجة الرسومات الحديثة ، على الرغم من ذلك ، سيحتاجون إلى دمج قالب وحدة معالجة الرسومات بالكامل في قالب وحدة المعالجة المركزية.
سيؤدي ذلك إلى زيادة تكلفة وحدة المعالجة المركزية بشكل كبير وتعقيدها وزيادة إنتاج الحرارة بشكل كبير أيضًا. تشغل رقائق الرسومات المدمجة بالفعل قدرًا لا بأس به من مساحة وحدة المعالجة المركزية. يمكنهم تقليل السرعة الإجمالية لوحدة المعالجة المركزية بسبب ناتجها الحراري.
كارت الصوت
تاريخيًا ، كان بإمكان وحدات المعالجة المركزية معالجة الإشارات الصوتية ولكنها لم تكن رائعة في ذلك. أدت القطع الأثرية الصوتية والثابتة الناتجة إلى إنشاء بطاقات الصوت. ستوفر هذه منافذ إدخال وإخراج الصوت وإجراء معالجة الصوت الفعلية على بطاقة الصوت نفسها. أدى هذا إلى زيادة عزل الإشارة وجودة إخراج الصوت بشكل كبير. بينما لا تزال بعض بطاقات الصوت موجودة ، إلا أنها غير ضرورية تمامًا في أجهزة الكمبيوتر الحديثة مثل معالجة الصوت المتكاملة مباشرة على اللوحات الأم. تعد وحدات المعالجة المركزية (CPU) أفضل بكثير مما كانت عليه في ذروة بطاقات الصوت.
NPU
نوع حديث نسبيًا من المعالجات المساعدة هو NPU أو وحدة المعالجة العصبية. هذه مصممة لأداء أو تسريع أعباء عمل الذكاء الاصطناعي. تشبه وحدات NPU ذات المستوى العالي إلى حد كبير وحدات معالجة الرسومات ، فقط مع تحسينات خاصة بأعباء عمل الذكاء الاصطناعي. نظرًا لأن أداء عبء العمل AI أصبح شيئًا يستخدمه المستخدمون العاديون على الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر ، فمن المحتمل أن تصبح أكثر شيوعًا.
المعالجات المشتركة المتكاملة
تدمج وحدات المعالجة المركزية الحديثة العديد من أشكال المعالجات الثانوية مباشرة في قالب أو بنية وحدة المعالجة المركزية. يمكن رؤية ذلك بسهولة من خلال شرائح الرسومات المدمجة المحفورة في نفس السيليكون مثل باقي وحدة المعالجة المركزية. ومع ذلك ، لا يتم تنفيذ المعالجة الفعلية بواسطة نوى وحدة المعالجة المركزية. في Ryzen CPUs من AMD ، يوجد أيضًا قالب إدخال / إخراج منفصل يعالج الاتصال بين وحدات المعالجة المركزية وبقية أجهزة الكمبيوتر. تأتي بعض الأجهزة المحمولة الحديثة أيضًا مزودة بوحدات NPU لمعالجة الذكاء الاصطناعي.
استنتاج
المعالج الثانوي هو معالج ثانوي ، ثلاثي ، رباعي ، إلخ ، في جهاز كمبيوتر حيث تكون وحدة المعالجة المركزية هي المعالج الأساسي. لا يوجد حد لعدد المعالجات المشتركة في النظام. ومع ذلك ، فإن دعم البرامج / الأجهزة ، وتبديد الحرارة ، والمساحة المادية ، والتكلفة ستلعب جميعها دورًا.
يعالج المعالج المشترك المهام لوحدة المعالجة المركزية التي تعزز الأداء العام في كل من المهمة المحددة عن طريق تنفيذها بطريقة محسّنة الموضة ، وفي المهام الأخرى ، من خلال إبطال الحاجة إلى أن تهدر وحدة المعالجة المركزية قوة المعالجة الخاصة بها في أداء المهمة بطريقة غير محسّنة موضه. بمرور الوقت ، يتم دمج العديد من المعالجات المساعدة في وحدات المعالجة المركزية مع تقدم التكنولوجيا. ومع ذلك ، فإن حدود الطاقة والحرارة تقيد ذلك في بعض السيناريوهات.