أخذ الانتقال من تقنية ال16 بت إلى 32 بت مدة تزيد على 10 سنوات ثم قاد التطور إلى تقنية 64 بت لكن كل هذا لم يلبي متطلبات عصر السرعة وتعدد المهام وخاصة في ما يتعلق بالمخدمات ومحطات العمل, وابتكرت في هذا المجال تقنيات بدأت باضافة معالجات اخرى على نفس اللوحة الأم فيما يسمى تعدد المعالجات ثم باضافة انتل لتقنية HyperThreading ثم ظهرت المعالجات ثنائية النواة و يتم الآن محاولة تطوير المعالجات متعددة النواة و DNA كمبيوتر و الحواسيب الكمومية .

مبدأ عمل المعالجات :

في المعالجات التقليدية يقوم المعالج بتنفيذ التعليمات بترتيب معين لأي برنامج حيث يقوم باختيار التعليمات و البيانات و يضعها في ذاكرة الكاش التي تتمتع بسرعة نقل كبيرة للبيانات وذلك من اجل زيادة سرعة تنفيذ البرنامج لكن عندما لا يجد المعلومات في الكاش فانه يرسل الطلبات إلى الذاكرة الرئيسية أو منافذ (I\O)port وذلك عن طريق ممر النظام Sys.Bus .

و هذا يؤدي إلى انخفاض سرعة المعالج إلى القيمة العظمى لسرعة نقل البيانات على الممر التي هي اقل بكثير من سرعة المعالج. و تتعقد هذه المشكلة عند وجود ال Multitasking حيث يؤدي ذلك إلى تقسيم (وقت & أداء) المعالج بين مجموعات متفرقة من التعليمات .

كيف يتم تصنيع كمبيوتر أسرع؟

اتجهت أنظار المطّورين إلى ثلاثة عوامل:

1. clock speedسرعة الساعة أو التردد
2. bus speed سرعة الممر
3. cache الذاكرة المخبئة

تسريع الساعة يعني معالجة عمليات أكثر في كل ثانية هذا ما يسمى في بعض الأحيان بمضاعفة الساعة.

الامر الذي يضاعف كمية المعلومات التي يتم معالجتها في وقت النبضة ضمن حدود سرعة وحدة I/O والذاكرة وفي كل الأحوال قد وصل التطور لهذه الحدود ومن الصعب فقط الاعتماد على مضاعفة سرعة ساعة المعالج لأن ذلك يؤدي إلى تجاوز الحواجز الحرارية للمعالج وتغدو زيادة السرعة أصعب أكثر عندما الأخذ بعين الاعتبار الولوج إلى الذاكرة ووحدات I/O . (أكبر سرعة للساعة توصل لها المهندسين كانت في تايوان وهي 7200 غير أن المعالج لم يعمل سوى عدة دقائق نظرااً لازدياد درجة الحرارة )

أما بالنسبة لزيادة سرعة الممر فلم تعد مجدية لأن مطوًري صناعة الشرائح واللوحات الأم وصلوا لأفضل سرعة يمكن أن يعطيها الممر. و نعلم حسب النظرية النسبية لأنشتاين أنّه لا يمكن لهذه الزيادة أن تكون غير محددة و ذلك بسبب اصطدامها بسرعة الضوء و بالحدود الفيزيائية لأبعاد العناصر الإلكترونية .

حيث يتوجب على الحاسوب أن يتوضع في نطاق لا يتجاوز عدة ميلي مترات ، و هذا أمر خارق للطبيعة على ما أعتقد إلا باستخدام الـ DNA Computer.

بشكل عام يزيد مضاعفة ذاكرة الكاش الأداء إلى حد كبير لكن هذا مكلف وعلى كل حال الكاش من المستوى الثاني لم يعد يحقق الآمال المتصورة في زيادة السرعة .

النظم المتعددة المعالجات:

لقد أخذت البنية متعددة المعالجات (multiprocessing) دوراً هاماً في الدراسات الأخيرة, حيث تم تطوير هذه التقنية بوضع عدة معالجات على نفس اللوحة الام كل معالج في مقبس خاص ولكل معالج موارده الخاصة به والمستقلة عن المعالجات الاخرى.

لكنها ليست الحل الافضل والمناسب للسوق وخاصة ضمن الأجهزة المحمولة . ذلك لأنها - تحتاج معالجين منفصلين وما يترتب عن هذا من ازدياد الحجم.

• نظام توصيلات معقد.

• نظام تبريد أكثر تعقيداً.

• بيوس ومتحكم بالذاكرة معقدين.

وما إلى ذلك من الأمور التي تجعل كل شيء معقد جداً هذا غير الكلفة العالية لهكذا أنظمة .

لهذه الأسباب وغيرها اقتصر انتشار هذا النظام في المخدمات نظرا للاهتمام الكبير بقوة الأداء بغض النظر عن المعوقات الأخرى.

Hyper threading & Multithread:

وهي أن يقوم المعالج بتنفيذ عمليتين أو أكثر بنفس الوقت على أن تكون من أنواع مختلفة مثل integer ، floating point وتتميز بالنقاط التالية:

• كل خيط له ملف تسجيل خاص به:

• كل خيط له شعاع مقاطعة خاص به و مسجلات الحالة كذلك

• يستخدم خيط وحيد لمعالجة مهام I/O

• كل الخيوط تشارك على الذاكرة المخبئية

معالجين في شريحة واحدة

نشأت هذه الفكرة للتغلب على معوقات النظم متعددة المعالجات وهي تقنية بدأت معظم شركات المعالجات بتطويرها وستغدو معظم الحواسيب بعد اقل من خمس اعوام تستخدم المعالجات ثنائية النواة, على الرغم من ان النظم متعددة المعالجات تتميز بأنها أ سرع منها.

وتتمتع هذه المعالجات بوحدتي حساب ومنطق ضمن الشريحة الواحدة إضافة إلى وحدتي كاش من المستوى الثاني, وهذا ما يضاعف الأداء الذي كانت تقوم به نفس الشريحة بنفس متطلبات الطاقة والتبريد للمعالجات السابقة تقريبا, ولا تحتاج لأي تعديلات في Hardware or Software بعد تحديث BIOS Flash .

كيف تعمل معالجات ثنائية النواة ؟

في البداية يجب التطرق إلى بعض المفاهيم :

ما هي الـنواة Core؟

تمثل النواة في المعالجات العادية بمجموع الأجزاء التي تقوم بالأعمال داخل شريحة المعالج.

يطلق مفهوم النواة تعريفاََ على مجموعة ال

• L1 cache

• L2 cache

· *Arithmetic Unit

• بالإضافة إلى المتحكم بالمقاطعة .

• آلية استخدام الممرات .

يعمل المعالج ثنائي النواة وكأنه معالجين يعملان بطريقة تفرعيه و لكل منهما ممراته الخاصة ومستقل عن الآخربشكل متناسق ويستخدم كل منهما مصادر النظام بشكل مستقل أيضاً ، على كل حال هو معالج واحد وفقاً لجميع التعاريف التي تصور المعالج بأنه شريحة واحدة توضع على مقبس واحد.

بنية المعالج ثنائي النواة

[=====From AMD:=====http://www.amd.com/gb-uk/]

تعتمد بنية المعالج ثنائي النواة من AMD على تزويد كل نواة:

• بوحدات تنفيذ مستقلة.

• وذاكرة سريعة من المستوى الثاني L2 cache بمقدار 1 MBخاصة بكل نواة.

وهو أمر بالغ التعقيد حيث يستوجب على مهندسي الشركة أن يعيروا مزيداً من الانتباه لعملية التنسيق بين هاتين النواتين، إلا أن أحداً لا يساوره الشك في قدرة AMD على تجاوز هذه المشكلة .

بالنسبة لعملية مشاركة الموارد، قامتAMD بتضمين جميع الوحدات التي تؤدي مهام الجسر الشمالي North Bridge في بنية المعالج )الجسر الشمالي مسؤول عن نقل المعلومات والاتصال مابين المعالج والذاكرة وكرت الشاشة (.

ويحتوي المعالج على واجهة ثنائية المنفذ من أجل التحكم بطلبات النظام dual-port System Request Interface تؤمن ربط النواتان على شريحة سيليكونية واحدة، والتنسيق بينهما.

يكون هناك أيضاً مفتاح متصالب على شكل أنبوب Crossbar Switch يربط نواتي المعالج مع كل من الموارد المشتركة والموارد التي ستشارك بين النواتين)ممكن أن تصل إلى ثلاث ممرات نقل ومتحكم وحيد بالذاكرة( .

1:CPU0

2:Cache L2 CPU0

3:CPU1

4:CacheL2CPU1

5:System Request Interface, Crossbar Switch, Memory Controller, Hypertransport

وباختصار: فإن معالج AMD ثنائي النواة يحتوي على ذاكرة كاش خاصة بكل نواة، لكن بنفس الوقت مجهزاً بمتحكم واحد فقط بالذاكرة يعمل مع كلا النواتين.

المعالجات ثنائية النواة الأولى منAMD تم تصنيعها اعتماداً على تقنية التصنيع 90 نانومتر التي كانت الشركة قد انتقلت إليها.

form intel===http://www.intel.com

كانت حلولIntel تعتمد على وضع نواتي معالج Prescott أحادي النواة الخاص بها والمصنّع وفق تقنية التصنيع 90 نانومترا في شريحة واحدة وقامت بتسميته Smithfiledً.

هذا المعالج يعتبر نسخة بدائية من المعالجات ثنائية النواة المصممة من قبل انتل حيث يحتوي المعالج Smithfield على نواتان مستقلتان من نفس نوع نواة المعالج Prescott وموضوعتان على شريحة سيليكونية واحدة.

هذا يعني فعلياً أن كلاً من نواتي المعالج Smithfield تستخدم وحدات التنفيذ الخاصة بها ويكون لكلٍ منها ذاكرة سريعة مستقلة خاصة بها من المستوى الثاني وبحجم 1MB تماما كما في AMD.

يتميز المعالج أيضاً بوجود وسيط خاص Arbiter يؤمن واجهة للتعامل مع ممر الناقل الأمامي الذي يمتلك سرعة 800MHz فقط.

على الرغم من أن جميع الوحدات الوظيفية للمعالج Prescott ستتضاعف في بنية المعالج Smithfield ، إلا أن حجم شريحة المعالج Smithfield ستكون أكبر بمقدار 2.1 مرة عن تلك الموجودة في معالج Prescott.

هذه الزيادة الهائلة في حجم الشريحة سيؤدي حتماً إلى زيادة في تبديد حرارة المعالج.

وعلى أية حال، فإن القيود الحرارية المفروضة من أنظمة Intel LGA775 تضمن أن لا تتجاوز الاستطاعة الحرارية العظمى لمعالجات Smithfield عتبة 130 وات.

=ميزات المعالج ثنائي النواة من AMD

• تحتوي هذه المعالجات على أربع ذواكر buffers للكتابة عوضاً عن اثنتين.

• تدعم هذه المعالجات تقنيات جديدة في مجال حفظ الطاقة والتبديد الحراري.

• تبعاً لإستراتيجية AMD المستقبلية، فإن أولى حلولها ثنائية النواة ستكون موجهة للعمل مع المخدمات Servers ومحطات العمل Work stations، وستكون مضمّنة في عائلة Operton.

• هذه المعالجات متلائمة مع أنظمة المقبس Socket940.

• السعة الكلية لذواكر الكاش من المستوى الثاني L2 cache ستصل إلى 2 MB ) 1MB لكل نواة )

• تقنية التصنيع 90 نانومتر تسمح لهذا المعالج بأن يحتوي على 205 مليون ترانزستور مع الحفاظ على نفس حجم الشريحة السيليكونية نصف الناقلة المصنوعة وفق تقنية التصنيع 130 نانومتر والمستخدمة من أجل معالجات Operton الحالية، تجدر الإشارة إلى أن شريحة المعالج Operton الحالية تحتوي فقط على 109.5 مليون ترانزستور، مما يعني أن المعالج ثنائي النواة يحمل نسبة 93-94% تعقيد أكبر مقارنة مع المعالج أحادي النواة.

ميزات المعالج ثنائي النواة من INTEL

بهدف جلب انتباه الزبائن لسحر وبريق المعالج الموعود Smithfield، قامت Intel بتقديم خدمات تكنولوجية أخرى إلى جانب البنية ثنائية النواة. ومن الواضح تماماً أن معالجات Smithfield:

• تدعم تكنولوجيا (Intel Extended Memory 64 Technology EM64T) توسيعات 64-bit الخاصة ببنية عائلة المعالجات x86 والتي منحت وظائف مناظرة لمعالجات AMD64.

• أيضاً من الواضح لدينا أن معالجات Smithfield ستدعم تكنولوجيا SpeedStep الخاصة بشركة Intel (تساعد هذه التكنولوجيا بالتخفيف من إستهلاك الطاقة بتخفيض تردد عمل المعالج عندما لا يكون مقدار الحمل عليه كبيراً)

• أيضاً ستدعم تكنولوجيا Execute Disable Bit ( تسمح ببناء جدار واقي لحماية نظام التشغيل من البرمجيات الضارة ). في الحقيقة، ستلاحظ أن التقنيات السابقة مدعومة أيضاً في معالجات بنتيوم4 أحادية النواة.

الترددات في المعالج ثنائي النواة :

في :AMD

لم تتوفر معلومات واضحة من شركة AMD حول هذا الموضوع، وتبعاً للدراسات الأولية، فإن أول معالج ثنائي النواة من AMD بصورة رسمية يعمل بتردد لا يقل عن 1.6 GHz ، وذلك بسبب القيود الصارمة التي وضعتها AMD على القيمة العظمى للتبديد الحراري للمعالجات ثنائية النواة، حيث تسعى AMD إلى أن يكون لهذه المعالجات نفس قيمة التبديد الحراري لمعالجات Athlon 64 و Operton الحالية.هذا يعني أن الاستطاعة الحرارية العظمى للمعالجات أقل من 95 وات.

في :INTEL

كما هو الحال تماماً بالنسبة لمعالجات AMD ثنائية النواة، فإن الحلول الأولى ثنائية النواة من شركة Intel تعمل بتردد ساعة منخفض عن تردد المعالجات أحادية النواة المشابهة. وكما هي المعلومات المتوفرة الآن، فإن تردد العمل الأعظمي لمعالجات Smithfield بحدود 3.2GHz، وهو أدنى بحوالي 16% من التردد الأعظمي لمعالج Prescott الحالي.

[===Dual-core &Multi- thread ===http://www.alhasebat.com/]

مع التقدم التقنية تم التوصل لتقنية المعالج ثنائي النواة ثنائي الخيوط حيث سيتمتع المعالج مع هذه التقنية بميزات التقنيتين معاً.

المراجع

• موقع (( www.Behardware.com ))

•موقع شركة انتل (( www.Intel.com )) •موقع شركة((AMD(( (( www.amd.com •موقع (( www.cnet.com)) •موقع ((www.wisegeek.com )) •موقع((www.overclockers.com.au )) •موقع (( www.alhasebat.com )) •موقع ((www.short-media.com )) •موقع ((www.anandtech.com )) •مجلة الرقميات مقالات بعنوان معالجات ثنائية النواة رؤية جديدة في عالم التصنيع .