מכשירי עיבוד: אבולוציה, סוגים, דוגמאות - טֶכנוֹלוֹגִיָה - 2025

התקני עיבוד המחשב הם יחידות אשר ממלאות תפקיד חשוב בעיבוד פעולות של מחשב. הם משמשים לעיבוד נתונים, בהתאם להוראות התוכנית.

העיבוד הוא הפונקציה החשובה ביותר של המחשב, מכיוון שבשלב זה מתבצעת הפיכת נתונים למידע שימושי, באמצעות מכשירי עיבוד מחשבים רבים.

מקור: pixabay.com

הפונקציה העיקרית של התקני העיבוד היא להיות באחריות לקבל מידע רהוט מהנתונים שהופכים בעזרת כמה מהמכשירים הללו.

עיבוד אודיו ווידאו מורכב מניקוי הנתונים בצורה כזו שהם נעימים יותר לאוזן ולעין, ובכך לגרום להם להראות יותר מציאותיים.

זו הסיבה שניתן לראות טוב יותר בכמה כרטיסי מסך מאשר באחרים, מכיוון שכרטיס המסך מעבד את הנתונים כדי לשפר את הריאליזם. אותו דבר קורה עם כרטיסי קול ואיכות שמע.

מעבד

בכל פעם שמידע מגיע למחשב ממכשיר קלט, כגון המקלדת, מידע זה חייב לנסוע בנתיב ביניים לפני שניתן יהיה להשתמש בו עבור התקן פלט, כגון צג.

מכשיר עיבוד הוא כל מכשיר או מכשיר כלשהו במחשב שאחראי על ניהול נתיב ביניים זה. הם מפעילים פונקציות, מבצעים חישובים שונים, וגם שולטים במכשירי חומרה אחרים.

מכשירי עיבוד ממירים בין סוגים שונים של נתונים, כמו גם מניפולציות וביצוע משימות עם הנתונים.

לרוב, המונח CPU תואם מעבד, וביתר דיוק ליחידת החישוב שלו ויחידת הבקרה שלו, ובכך מבדיל בין רכיבים אלה לבין רכיבים חיצוניים במחשב, כגון זיכרון ראשי ומעגלי קלט / פלט.

המעבד עובד בתיאום הדוק עם זיכרון ראשי והתקני אחסון היקפיים.

יתכנו מערכות וציוד היקפיים אחרים הפועלים לסייע באיסוף, אחסון והפצת הנתונים, אך משימות העיבוד ייחודיות למעבד.

אבולוציה מהראשון להווה

שלב ראשוני

מחשבים מוקדמים, כמו ENIAC, היו חייבים להיות מחוייטים פיזית בכל פעם שמבצעת משימה אחרת.

בשנת 1945 הפיץ המתמטיקאי פון נוימן סקיצה למחשב בתוכנית המאוחסנת, הנקרא EDVAC, שיושלם סוף סוף בשנת 1949.

המכשירים הראשונים שניתן לכנות נכון CPUs הגיעו עם הגעתו של מחשב זה עם תוכנית מאוחסנת.

התוכניות שנוצרו עבור EDVAC אוחסנו בזיכרון הראשי של המחשב, במקום להתבסס באמצעות חיווט המחשב.

לכן, ניתן להחליף את התוכנית ש- EDVAC הפעילה באמצעות שינוי פשוט בתכני הזיכרון.

המעבדים הראשונים היו עיצובים ייחודיים ששימשו במחשב ספציפי. לאחר מכן, שיטה זו של תכנון המעבדים בנפרד עבור יישום מסוים אפשרה לפתח מעבדים מרובי משימות במספרים גדולים.

ממסרים וצינורות ואקום

הם שימשו לרוב כמכשירי מיתוג. מחשב זקוק לאלפי מכשירים אלה. מחשבי צינור כמו EDVAC התרסקו כל שמונה שעות בממוצע.

בסופו של דבר, מעבד מבוסס-צינורות הפך להיות הכרחי מכיוון שהיתרונות של מהירות ניכרת עברו על בעיית האמינות שלהם.

מעבדים סינכרוניים מוקדמים אלה פעלו במהירות שעון נמוכה בהשוואה לעיצובים מיקרואלקטרוניים עכשוויים, בעיקר בגלל המהירות האיטית של אלמנטי המיתוג ששימשו בייצורם.

טרנזיסטורים

במהלך שנות החמישים והשישים, כבר לא היה צריך לבנות מעבד על בסיס התקני מיתוג גדולים וכושלים כמו גם שבירים, כמו ממסרים וצינורות ואקום.

ככל שטכנולוגיות שונות אפשרו לייצר מכשירים אלקטרוניים קטנים יותר ואמינים יותר, כך גם המורכבות בעיצוב המעבדים גדלה. השיפור הראשון מסוגו הושג עם כניסתו של הטרנזיסטור.

עם התקדמות זו ניתן היה ליצור מעבדים מורכבים יותר וזה נכשל הרבה פחות במעגלים או יותר. מחשבים שהתבססו על טרנזיסטורים הציעו מספר שיפורים לעומת קודמים.

בנוסף להצעת צריכת חשמל נמוכה יותר והיותם אמינים בהרבה, טרנזיסטורים אפשרו למעבדים לעבוד מהר יותר, בזכות זמן המיתוג הנמוך שעבר טרנזיסטור לעומת צינור ואקום.

מעגלים משולבים

הטרנזיסטור MOS הומצא על ידי מעבדות בל בשנת 1959. יש לו מדרגיות גבוהה, כמו גם שימוש בהרבה פחות חשמל והיותו מרוכז הרבה יותר מאשר טרנזיסטורים לצומת דו קוטבי. זה אפשר לבנות מעגלים משולבים בצפיפות גבוהה.

כך פותחה שיטה לייצור טרנזיסטורים רבים המחוברים זה לזה באזור קומפקטי. המעגל המשולב אפשר לייצר מספר גדול של טרנזיסטורים בתבנית או "שבב" יחיד על בסיס מוליכים למחצה.

התקינה החלה בשלב של מחשבי מקרו טרנזיסטור ומחשבי מיני, והאיצה דרמטית עם הפיזור הנרחב של המעגל המשולב, מה שמאפשר לתכנן ולייצר מעבדים מורכבים יותר ויותר.

ככל שהתקדמה הטכנולוגיה המיקרו-אלקטרונית, ניתן היה להציב טרנזיסטורים נוספים במעגלים משולבים, וכך להקטין את מספר המעגלים המשולבים הנדרשים להשלמת מעבד.

מעגלים משולבים הגדילו את מספר הטרנזיסטורים למאות ואחר כך לאלפים. עד 1968, מספר המעגלים המשולבים הדרושים לבניית מעבד שלם הופחת ל -24, שכל אחד מהם מכיל כ -1,000 טרנזיסטורים MOS.

מיקרו - מעבד

לפני כניסתו של המיקרו-מעבד של ימינו, מחשבים השתמשו בכמה מעגלים משולבים וקטנים יותר ויותר, שהיו מפוזרים ברחבי לוח המעגלים.

המעבד כפי שהוא מכונה כיום פותח לראשונה בשנת 1971 על ידי אינטל, כדי לתפקד במסגרת מחשבים אישיים.

מעבד מעבד ראשון זה היה מעבד ה- 4 סיביות בשם Intel 4004. לאחר מכן, הוא הוחלף על ידי עיצובים חדשים יותר עם ארכיטקטורות של 8 סיביות, 16 סיביות, 32 סיביות ו 64 סיביות.

המעבד הוא שבב מעגל משולב העשוי מחומר מוליך למחצה סיליקון, ובמרחבו מיליוני רכיבים חשמליים.

זה הפך בסופו של דבר למעבד המרכזי למחשבי הדור הרביעי בשנות השמונים ובהמשך לעשרות שנים.

מעבדים מודרניים מופיעים במכשירים אלקטרוניים שנעים בין מכוניות לטלפונים סלולריים ואפילו צעצועים.

סוגים

בעבר, מעבדי מחשבים השתמשו במספרים כזיהוי שלהם, ובכך סייעו בזיהוי המעבדים המהירים ביותר. לדוגמה, מעבד Intel 80386 (386) היה מהיר יותר ממעבד 80286 (286).

לאחר כניסתו של מעבד Intel Pentium לשוק, שהיה אמור להיקרא באופן הגיוני 80586, המעבדים האחרים החלו לשאת שמות כמו סלרון ואתלון.

נכון לעכשיו, מלבד שמות המעבדים השונים, קיימות יכולות, מהירויות ואדריכלות שונות (32 סיביות ו 64 סיביות).

התקני עיבוד רב ליבתיים

למרות המגבלות הגוברות בגודל השבבים, הרצון לייצר יותר כוח מהמעבדים החדשים ממשיך להניע את היצרנים.

אחד מאותם חידושים היה הצגת המעבד הרב-ליבתי, שבב מיקרו-מעבד יחיד המסוגל להחזיק מעבד מרובה ליבות. בשנת 2005 פרסמו אינטל ו- AMD שבבי אב-טיפוס עם עיצובים מרובי ליבה.

הפנטיום D של אינטל היה מעבד ליבה כפולה שהושווה למעבד ה- Athlon X2 הכפול של AMD, שבב המיועד לשרתים מתקדמים.

עם זאת, זו הייתה רק תחילתן של המגמות המהפכניות בשבבי המיקרו-מעבדים. בשנים שלאחר מכן, מעבדים מרובי ליבות התפתחו משבבים עם ליבות כפולות, כמו Intel Core 2 Duo, לשבבים עם עשרה ליבות, כמו Intel Xion E7-2850.

באופן כללי, מעבדים מרובי ליבות מציעים יותר מהיסודות של מעבד בעל ליבה אחת והם מסוגלים לבצע ריבוי משימות ומעבדים מרובים, אפילו בתוך יישומים בודדים.

מכשירי עיבוד ניידים

בעוד שמעבדי המיקרו המסורתיים הן במחשבים האישיים והן במחשבי העל עברו התפתחות מונומנטלית, תעשיית המחשוב הנייד מתרחבת במהירות ומתמודדת עם אתגרים משלה.

יצרני המיקרו-מעבדים משלבים כל מיני תכונות כדי לשפר את החוויה האישית.

החילוף בין מהירות גבוהה יותר לניהול חום נותר כאב ראש, שלא לדבר על ההשפעה על הסוללות הניידות של מעבדים מהירים יותר אלה.

יחידת עיבוד גרפיקה (GPU)

מעבד הגרפיקה מייצר גם חישובים מתמטיים, רק הפעם, עם עדיפות לתמונות, סרטונים וסוגים אחרים של גרפיקה.

משימות אלה טופלו בעבר על ידי המעבד המיקרו, אולם ככל שהיישום נפוץ של יישומי CAD בעלי גרפיקה, נוצר צורך בחומרת עיבוד ייעודית המסוגלת לטפל במשימות מסוג זה מבלי להשפיע על הביצועים הכוללים של המחשב.

ה- GPU הטיפוסי מגיע בשלוש צורות שונות. בדרך כלל זה מחובר בנפרד ללוח האם. זה משולב במעבד או שהוא מגיע כשבב תוספת נפרד בלוח האם. ה- GPU זמין למחשבים שולחניים, מחשבים ניידים וגם למחשבים ניידים.

אינטל ו- Nvidia הן ערכות השבבים הגרפיות המובילות בשוק, כאשר האחרונה היא הבחירה המועדפת על עיבוד גרפי עיקרי.

דוגמאות

- יחידת עיבוד מרכזית (CPU)

התקן העיבוד החשוב ביותר במערכת המחשבים. זה נקרא גם מעבד מיקרו.

זהו שבב פנימי של המחשב שמעבד את כל הפעולות שהוא מקבל מהמכשירים והיישומים הפועלים במחשב.

אינטל 8080

הוצג בשנת 1974, היה לו ארכיטקטורה של 8 סיביות, 6,000 טרנזיסטורים, מהירות 2 מגה הרץ, גישה ל 64K זיכרון, ופי ביצועי ה- 800 פי עשרה.

אינטל 8086

הוצג בשנת 1978. הוא השתמש בארכיטקטורה של 16 סיביות. היו לו 29,000 טרנזיסטורים, הפועלים במהירויות שבין 5 מגה-הרץ ל -10 מגהרץ. זה יכול לגשת לזיכרון של 1 מגה-בייט.

אינטל 80286

הוא הושק בשנת 1982. היו לו 134,000 טרנזיסטורים, שפעלו במהירויות שעון של 4 מגה-הרץ עד 12 מגהרץ. מעבד ראשון תואם למעבדים קודמים.

פנטיום

אינטל הוצג בשנת 1993. ניתן להשתמש בהם במהירויות של 60 מגה הרץ ועד 300 מגה הרץ. עם שחרורו היו לו כמעט שני מיליון טרנזיסטורים נוספים ממעבד 80486DX, עם אוטובוס נתונים של 64 סיביות.

צמד ליבה

מעבד הליבה הכפול הראשון של אינטל שפותח עבור מחשבים ניידים, הוצג בשנת 2006. זה היה גם מעבד ה- Intel הראשון שמשמש במחשבי אפל.

אינטל Core i7

זוהי סדרה של מעבדים המכסים 8 דורות של שבבי אינטל. יש לו 4 או 6 ליבות, עם מהירויות שבין 2.6 ל- 3.7 ג'יגה הרץ. היא הוצגה בשנת 2008.

- לוח האם

גם לוח האם המיועד. זהו הלוח הגדול ביותר בתוך המחשב. הוא מכיל את המעבד, הזיכרון, האוטובוסים וכל שאר האלמנטים.

זה מקצה כוח ומספק צורת תקשורת לכל רכיבי החומרה לתקשר זה עם זה.

- צ'יפ

קבוצת מעגלים משולבים העובדים יחד, תחזוקה ושליטה על כל מערכת המחשבים. בכך היא מנהלת את זרימת הנתונים בכל המערכת.

- שעון

הוא משמש כדי לעמוד בקצב של כל חישובי המחשב. זה מחזק כי כל המעגלים בתוך המחשב יכולים לעבוד יחד בו זמנית.

- משבצת הרחבה

שקע שנמצא על לוח האם. הוא משמש לחיבור כרטיס הרחבה ובכך מספק פונקציות משלימות למחשב, כגון וידאו, שמע, אחסון וכו '.

- אוטובוס נתונים

סט כבלים שמשתמש במעבד בכדי להעביר מידע בין כל האלמנטים של מערכת מחשב.

- אוטובוס כתובת

סט כבלים מוליכים שנושא רק כתובות. המידע זורם ממעבד המיקרו לזיכרון או למכשירי כניסה / פלט.

- אוטובוס בקרה

זה נושא את האותות שמיידעים את מצב המכשירים השונים. בדרך כלל יש לאוטובוס הבקרה כתובת אחת בלבד.

- כרטיס מסך

כרטיס הרחבה שנכנס ללוח האם של מחשב. הוא עוסק בעיבוד תמונה ווידאו. הוא משמש ליצירת תמונה על גבי מסך.

- יחידת עיבוד גרפית (GPU)

מעגל אלקטרוני שמוקדש לניהול זיכרון כדי להאיץ את יצירת התמונות המיועדות לשידור במכשיר תצוגה.

ההבדל בין GPU לכרטיס גרפי דומה להבדל בין מעבד ללוח האם.

- כרטיס ממשק רשת (NIC)

כרטיס הרחבה המשמש לחיבור לרשת כלשהי, או אפילו לאינטרנט, באמצעות כבל עם מחבר RJ-45.

כרטיסים אלה יכולים לתקשר זה עם זה דרך מתג רשת, או אם הם מחוברים ישירות.

- כרטיס אלחוטי

כמעט לכל המחשבים המודרניים יש ממשק לחיבור לרשת אלחוטית (Wi-Fi), המובנית היישר בלוח האם.

- כרטיס קול

כרטיס הרחבה המשמש להעתקת כל סוג של שמע במחשב, שניתן לשמוע באמצעות רמקולים.

כלול במחשב, בחריץ הרחבה או משולב בלוח האם.

- בקר אחסון המוני

זה מטפל באחסון ושליפת נתונים המאוחסנים לצמיתות בכונן קשיח או במכשיר דומה. יש לו CPU מיוחד משלו לביצוע פעולות אלה.

הפניות

1. תקוות מחשב (2018). מכשיר עיבוד. נלקח מ: computerhope.com.
2. Am7s (2019). מהם התקני עיבוד מחשבים? נלקח מ: am7s.com.
3. סולומון (2018). סוגים של חומרת מחשב - התקני עיבוד. זיג קישור IT. נלקח מ: ziglinkit.com.
4. דפי רכזת (2019). התקני עיבוד נתונים. נלקח מ: hubpages.com.
5. ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2019). יחידת עיבוד מרכזית. נלקח מ: en.wikipedia.org.
6. תקוות מחשב (2019). מעבד. נלקח מ: computerhope.com.
7. מרגרט רוזה (2019). מעבד (מעבד). טכטרג'ט. לקוח מ: whatis.techtarget.com.