أساسيات المعالجات : الأنوية وتعدد المعالجات و Hyper-Threading

تعرف وحدة المعالجة المركزية (سي بي يو CPU ) على أنها إحدى مكونات الحاسوب الأساسية التي تقوم بتفسير التعليمات و معالجة البيانات التي تتضمنها البرمجيات و يطلق عليها اختصاراً اسم المعالج أو Processor .

و قد اعتيد على استخدام مصطلح سرعة المعالج CPU عند المقارنة بين أداء الحواسيب إلا أن الأشياء ليست بهذه البساطة على الإطلاق . حيث تقدم المعالجات المركزية متعددة النوى أو التي تعتمد تقنية خيوط المعالجة الفائقة أداء أفضل من المعالجات و حيدة النوى عند نفس السرعة ، و تكون الحواسيب متعددة المعالجات CPU أفضل على نحو كبير .

إن كل هذه التطورات في المعالجات سواء جعلها تدعم تقنية خيوط المعالجة الفائقة Hyper-Threading أو جعلها متعددة النوى أو حتى تصميم حواسيب بشرائح معالجات CPU متعددة هدفه هو السماح بمعالجة عمليات متعددة في نفس الوقت مما يسمح بالتعامل مع عدة مهام في نفس الوقت أو تشغيل البرامج الكبيرة والألعاب الحديثة بسلاسة

تقنية خيوط المعالجة الفائقة Hyper-Threading

يمكن ترجمة اسم التقنية لتكون ( خيوط المعالجة الفائقة) أو التخييط والمقصود منها هو أن العملية التي يقوم بها المعالج على البرنامج في خيط تنفيذ متسلسل تبعاً لأوامر البرنامج. ( ويكيبيديا )

و يطلق عليها اختصارا تقنية أتش تي HT و هي من ابتكار شركة إنتل Intel و التي كانت أولى محاولاتها في توفير المعالجة المتوازية للحواسيب .

وظهرت هذه التقنية لأول مرة في حواسيب بينتيوم 4 أتش تي Pentium 4 HT في العام 2002 . حيث كانت حواسيب بينتيوم 4 Pentium في تلك الأيام بمعالجات وحيدة النواة ، أي أنها كانت تنجز عملية واحدة فقط في نفس الوقت _ على الرغم من كونها كانت تقوم بالتبديل بين المهام بسرعة كافية لتبدو أنها تنفذ عدة مهام في آن واحد .

و في هذه التقنية فإن المعالج يتظاهر بأنه يملك نوى أكثر من الحقيقة حيث  يتم خداع نظام التشغيل ليرى نواتين أو وحدتي معالجة مركزية CPU لكل نواة حقيقية في المعالج المركزي CPU ) . و لذلك فإن هذه التقنية تعتمد على غش نظام التشغيل . حيث أن عتاد وحدة المعالجة المركزية يملك فقط مجموعة واحدة من الموارد التنفيذية لكل نواة

و تسمح هذه التقنية ل(وحدتي المعالجة الافتراضيتين )أن تتشارك الموارد التنفيذية الفيزيائية و هذا يسمح ببعض التسريع ، ففي حال كانت إحدى الوحدتين الافتراضيتين في وضع الانتظار ، فإن الوحدة الأخرى تستعير مواردها التنفيذية

و بفضل هذه التقنية فإنه يوجد الآن ما يدعى ب bonus ( المضاعفة )فبينما كانت المعالجات الأصلية التي تعتمد تقنية خيوط المعالجة الفائقة تملك فقط نواة واحدة فإن حواسيب إنتل الحديثة تكون متعددة النوى و تدعم تقنية خيوط المعالجة الفائقة و هذا يعني أن وحدة المعالجة ثنائية النوى سيتم التعامل معها على أنها رباعية ، و رباعية النوى ستظهر على أنها ثمانية .

ولا بد من التنويه إلا أنه هذه التقنية لا تعتبر بديلا للنوى الإضافية الحقيقية أبداً

المعالجات متعددة الأنوية Multiple Cores

كانت المعالجات سابقا تملك نواة واحدة فقط و هذا يعني أنها تملك شريحة CPU بوحدة معالجة مركزية مفردة عليها ، و لأجل تحسين الأداء فإن الشركات المصنعة أضافت نوى أو وحدات معالجة مركزية إضافية على نفس شريحة CPU.

و بالتالي فإن لا يوحد خداع هنا فالمعالجات ثنائية النوى ستظهر لنظام التشغيل على أنها ثنائية و الرباعية رباعية و هكذا

إن المعالجات ( CPU ) متعددة النوى تستطيع إنجاز عدة عمليات مختلفة سوية في نفس الوقت و هذا سيسرع الحاسوب بسبب انه يستطيع فعل أشياء متعددة في نفس الوقت

من ناحية اخرى فإن شريحة CPU ستبقى صغيرة الحجم و تحتاج فقط لمنفذ سي بي يو CPU واحد كما أن الأنوية فيها ستكون أكثر سرعة في التواصل كونها على نفس الشريحة

في الصورة التالية يظهر مدير المهام أن النظام يملك شريحة سي بي يو CPU واحدة بأربع أنوية ، و مع تقنية خيوط المعالجة الفائقة فإن كل نواة ستظهر كوحدتي معالجة لذلك سيظهر أنه هناك 8 معالجات منطقية

الحواسيب متعددة المعالجات المركزية Multiple CPUs

قبل أن يتم ابتكار تقنية الخيوط الفائقة و المعالجة متعددة الأنوية فقد حاول المصنعون تسريع و تحسين أداء الحواسيب من خلال إضافة معالجات إضافية .

هذا الأمر يتطلب لوحة أم (موزربورد) motherboard خاصة تحوي عدة أماكن لاستقبال هذه المعالجات CPU المتعددة إضافة إلى العتاد الخاص من أجل وصل هذه المعالجات السي بي يو CPU مع ذاكرة الوصول العشوائية الرام و باقي الموارد إضافة إلى وصلها فيما بينها

و في هذه الأنواع من الحواسيب يُنتج كمية كبيرة من الحرارة

هذه المعالجات غير شائعة حالياً فحتى الحواسيب المكتبية المخصصة للألعاب العالية و التي تملك عدة كروت عرض تملك معالجاً CPU واحداً

و تتوافر هذه الأنظمة ( الحواسيب متعددة المعالجات ) بشكل خاص في الحواسيب الخارقة ، السيرفرات ، والأنظمة عالية المواصفات و التي تتطلب أعلى ما يمكن من الأداء و السرعة.

حالياً فإن معظم الحواسيب الحالية هي متعددة الأنوية ، و هذا الأمر لا يقتصر على الحواسيب إنما الأجهزة الذكية أيضاً تملك معالجات متعددة الأنوية