ثورة المعالج الدقيق التي غيرت العالم | أهم اختراعات القرن العشرين

عالمنا اليوم لم يكن ليكون على هذه الشاكلة لولا ثورة المعالج الدقيق التي غيرت العالم بأسره. الثورة الرقمية والتطور المتسارع الحاصل في الأجهزة الالكترونية كانت بدايته مع ظهور المعالج الدقيق. الذي سمح بتنفيذ عمليات حسابية معقدة بسرعة هائلة. كما سمحت المعالجات الدقيقة بإنتاج حواسيب صغيرة الحجم ومنخفضة الثمن.  

وقد شهدت سنة 2023 وفاة غوردون مور (Gordon Moore) عن عمر ناهز 94 سنة. والذي يعتبر أحد الشخصيات المهمة في التحول التكنولوجي في عصرنا الحديث. فهو المؤسس المشارك لشركة انتل التي تحتل حاليا المرتبة الثالثة عالميا في صناعة اشباه الموصلات بعد سامسونج الكورية و(TSMC) التايوانية.

ستتعرف في هذا المقال على المعالجات الدقيقة ومكوناتها وانواعها ومراحل تطورها.

ما هو المعالج الدقيق(Microprocessor)؟

المعالج الدقيق هو شريحة إلكترونية صغيرة يمكنها معالجة وتنفيذ التعليمات لأداء المهام المختلفة. وهو الجزء الأساسي من وحدة المعالجة المركزية في الحاسبات الرقمية. ويعتبر “دماغ” الكمبيوتر أو الجهاز الإلكتروني. يقوم المعالج الدقيق بوظيفتين رئيسيتين هما التحكم والتزامن. تستعمل المعالجات بشكل كبير في أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية والأدوات الإلكترونية الأخرى.

مكونات المعالجات الدقيقة

يتكون المعالج الدقيق من ثلاث وحدات أساسية هي كالتالي:

1. مجموعة المسجلات والعدادات: والتي تستخدم في التخزين المؤقت للمعلومات داخل المعالج الدقيق لحين الحاجة اليه.

2. وحدة الحساب والمنطق (ALU): والتي تقوم بجميع العمليات الحسابية والمنطقية وتعد أهم مكونات المعالج الدقيق.

3. وحدة التحكم والتزامن: التي تقوم بالتحكم في عمل الدارات المختلفة. وتحافظ على التزامن في عمل الدارات داخل المعالج وتقوم بإرسال إشارات التحكم الضرورية لتنفيذ الامر الى الدارات او الأجزاء الأخرى.

أنواع المعالجات الدقيقة

مع التطور الكبير في صناعة المعالجات ظهرت العديد من الأنواع. وأصبحت السوق العالمية تتوفر على معالجات متنوعة بتنوع الأغراض المطلوبة في التطبيقات المعينة. فيما يلي سنقوم بتعديد أهم الأنواع من المعالجات الدقيقة:

• المعالجات الدقيقة للأغراض العامة (General-Purpose Microprocessors): هذه هي أكثر أنواع المعالجات الدقيقة شيوعًا. وهي الموجودة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والخوادم. وهي مصممة للتعامل مع مجموعة واسعة من المهام وتشغيل تطبيقات البرامج المختلفة.
• المعالجات المحمولة (Mobile Processors): هي معالجات دقيقة مصممة خصيصًا للهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة المحمولة الأخرى. تم تحسينها لكفاءة الطاقة والأداء لضمان تجارب مستخدم سلسة على الأجهزة المحمولة.
• المعالجات المدمجة (Embedded Processors): تُستخدم المعالجات المدمجة في الأنظمة المضمنة. وهي مخصصة لأداء وظائف محددة في أجهزة مختلفة. مثل الأجهزة المنزلية وأنظمة السيارات والآلات الصناعية وغير ذلك. غالبًا ما تكون هذه المعالجات عبارة عن متحكمات دقيقة ذات ذاكرة مدمجة ومكونات طرفية.

• وحدات معالجة الرسومات (Graphics Processing Units GPUs): وحدات معالجة الرسومات (GPU) هي معالجات دقيقة متخصصة. وهي مصممة للتعامل مع المهام كثيفة الرسومات مثل عرض الصور ومقاطع الفيديو والرسومات ثلاثية الأبعاد. تعتبر ضرورية للألعاب وتحرير الفيديو والتطبيقات الرسومية الأخرى.
• معالجات الإشارات الرقمية (Digital Signal Processors DSPs): هي معالجات دقيقة مصممة لمعالجة الإشارات الرقمية ومعالجتها بكفاءة. مثل بيانات الصوت والفيديو والاتصالات. تستخدم على نطاق واسع في معالجة الصوت والتعرف على الكلام وتطبيقات الاتصالات.
• الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (Application-Specific Integrated Circuits ASICs): هي معالجات دقيقة مصممة خصيصًا لتطبيق معين أو حالة استخدام. يتم تخصيصها لأداء مهمة واحدة أو مجموعة من المهام وثيقة الصلة بكفاءة عالية واستهلاك منخفض للطاقة.

الفرق بين المعالج الدقيق والمتحكم الدقيق

المعالج الدقيق عبارة عن دائرة متكاملة قائمة بذاتها (IC) تركز بشكل أساسي على معالجة البيانات وتنفيذ التعليمات. لا تحتوي على ذاكرة مدمجة أو مكونات طرفية أخرى على نفس الشريحة. اما المتحكم الدقيق فهو جهاز مستقل بذاته. حيث انه يتضمن وحدة المعالجة بالإضافة الى مكونات أخرى مثل الذاكرة ومنافذ الإدخال والإخراج وأجهزة ضبط الوقت.

المعالجات الدقيقة مصممة للتعامل مع المهام المعقدة وهي متعددة الاستخدامات وقادرة على تشغيل تطبيقات برمجية مختلفة. مثل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية. أما المتحكمات الدقيقة فهي مخصصة لوظائف محددة واقل تعقيدا مثل التحكم في الأجهزة المنزلية أو أنظمة السيارات أو الآلات الصناعية.

اهم المحطات التاريخية لتطور المعالجات الدقيقة

يمكننا تصنيف المعالج الدقيق حسب الأجيال أو حسب حجم المعالج الدقيق خمسة أجيال كالتالي:

1. الجيل الأول (4 Bit Micro Processor):

الجيل الأول هو “المعالج الدقيق 4 بيت” سمي بـ (Intel 4004). والذي تم تقديمه في عام 1971 بواسطة شركة انتل. جاء الجيل الأول كمعالج على شريحة واحدة تقوم بالعمليات الحسابية والمنطقية البسيطة مثل الجمع والطرح. وكان معالج الجيل الأول يتمتع بالقدرة على استخراج وفك تشفير تعليمات من ذاكرة التخزين.

2. الجيل الثاني (8 Bit Micro Processor):

الجيل الثاني هو “المعالج الدقيق 8 بيت” سمي بـ (Intel 8088). والذي تم تقديمه في عام 1973 بواسطة شركة انتل كذلك. يقوم معالج الجيل الثاني بإجراء العمليات على كلمات ذات طول 8 بيت.

3. الجيل الثالث (16 Bit Micro Processor):

الجيل الثالث هو “المعالج الدقيق 16 بيت” سميت المعالجات بـ (8086) و (Zilog Z800) و (80286). والذي تم تقديمها في عام 1978 بواسطة شركة انتل ايضا.

4. الجيل الرابع (32 Bit Micro Processor):

الجيل الرابع هو “المعالج الدقيق 32 بيت” تم تقديمها من قبل العديد من الشركات الا ان اكثرها شعبية حينها كان معالج (Intel 80386) من شركة انتل.

5. الجيل الخامس (64 Bit Micro Processor):

من سنة 1995 الى حد الساعة لا زلنا نستعمل معالجات الجيل الخامس، وهي “المعالج الدقيق 64 بيت”. ومن أشهر معالجات الجيل الخامس: (80856) و (Pentium) و (Pentium Pro CPU) و (Celeron) و (Dual) و (Quad) و (Octa Core).

تطبيقات المعالجات الدقيقة

لا تزال المعالجات الدقيقة تستعمل الى يومنا هذا بشكل مكثف. يتم تطوير إصدارات جديدة بقدرات سرعة فائقة. ليتم استعمالها في الهواتف الذكية والحواسيب. تستخدم المعالجات الدقيقة بشكل أساسي في أجهزة مثل: حاسبات،

نظام المحاسبة، آلات الألعاب، وحدات تحكم صناعية معقدة، إشارة المرور، بيانات التحكم، التطبيقات العسكرية، أنظمة الدفاع، أنظمة الحساب، وغيرها العديد من التطبيقات.

الأفكار الختامية

لقد قطع التطور البشري شوطا كبيرا في المجال التكنولوجي، وقد لعبت المعالجات الدقيقة دورا محوريا في هذا التقدم. في وقتما الحالي أصبحت الحاجة الى القدرة الحاسوبية في تزايد مستمر وبسرعة كبيرة. ومع الانتشار الحديث لتطبيقات الذكاء الاصطناعي، أصبح الطلب على أجهزة حاسوبية ذات قدرات فائقة تحاكي الانفجار التكنولوجي الحادث. ما جعل اختراعات وابتكارات أخرى تظهر على الساحة مثل الحاسوب الكمي وغيرها.