المعالجات والفضاء
هل ستصدقني اننا ذهبنا الي القمر بحاسوب للملاحة علي متن المركبة الفضائية قوته اقل من حبة الرمل مقارنة بمعالج هاتفك الان ؟
هذا حقيقي مع The Apollo Guidance Computer، الحاسوب الذي تم تصنيعه لمساعدة رواد الفضاء في الوصول الي القمر والرجوع الي الارض سالمين عام 1968، حيث كان دور هذا الحاسوب كبير في وقتها لإعطاء معلومات اكثر دقة لرواد الفضاء.
يعتبر هذا الحاسوب اول حاسوب صغير الحجم جدا مقارنة بالحواسيب في وقتها والتي كانت تملئ غرفة بأكملها، وهذا بسبب استخدام الدوائر المتكاملة في الحاسوب او ما تعرف integrated circuit، والتي يتكون منها الـ SOC أو System on Chip وهو محور حديثنا، وفي المقدمة يجب ان تعلم ان هاتفك من الداخل يتكون من هذه الـ integrated circuit) IC) فهي اساس كل شئ، لذلك دعنا نتعرف بشكل أكثر تفصيلاً عنها.
الـ IC
الـ integrated circuit هي عصب اجهزتنا الالكترونية اليوم من تلفزيونات الي هواتف وروبوتات واجهزة منزلية والكاميرات واجهزة الكونسولز للألعاب، هي من جعلتك تملك هاتف لا يتعدي حجم يدك وبقوة اكبر من حاسوب قاد بعض الاشخاص الي الفضاء الخارجي.
الـ integrated circuit او IC : هي شريحة مصنوعة من السليكون، تحتوي علي ترانزيستورات ومكثفات ومقومات، هذه الأجزاء تجتمع مع بعض لتصدر اشارت كهربية، هذه الاشارات الكهربية تقدم وظيفة معينه لهذه الشريحة، فمن الممكن ان تكون هذه الشريحة معالج او ذاكرة، فيمكنها إجراء العمليات الحسابية وتخزين البيانات، ويمكن ان تحتوي علي ملايين الترانزيستورات، هذه الترانزيستورات التي تعمل علي نقل الإشارات الكهربية من أجل القيام بوظائف الشريحة.
الترانزيستور هو احد العوامل الرئيسية داخل الشريحة الإلكترونية لتحديد وظيفتها، فعدد الترانزيستور يساعد علي اداء المهام بشكل اسرع، وحجم الترانزيستور الاصغر يعمل علي توفير طاقة اكبر، فالترانزيستور يمكننا ان نقول هو العامل او الموظف الخاص بالشريحة الذي يقوم بنقل الإشارات ( المهام ) من مكان لاخر.
وهذا شئ سهل لتفهمه فهاتفك بحجم اليد يحتوي علي معالج ومساحة تخزين داخلية وذاكرة عشوائية ومعالج للرسوميات واجزاء اخري تخص الشبكات وتقنيات تختلف من هاتف الي اخر، وتزداد قوة هذه المكونات عام بعد عام، ومازال حجم الهاتف صغير، هذا بسبب الإعتماد علي الـ IC او integrated circuit، لأنها تجعلنا قادرين علي تصنيع الأجزاء الإلكترونية بشكل أصغر بكثير.
اذا رجعنا بالحديث الي حاسوب Apollo لعام 1968 فيمكنني القول انه كان يحتوي علي عدد ترانزيستورات لا يزيد عن 20 ترانزيستور والتي تسمي SSI او Smal Scale integration ، هاتفك الذي تقرأ منه هذه المقال الان يحتوي علي اكثر من 2 مليار ترانزيستور علي اقل تقدير، فيمكنك فقط من الفرق في عدد الترانزيستورات ان تتخيل الفرق في القوة وقدرة المعالجين!
يعتبر اول معالج تم انتاجة بإستخدام الـ integrated circuit للإستهلاك التجاري كان بعد عشر اعوام من صنع حاسوب Apollo، في عام 1971 عن طريق Intel بمعالجها Intel 4004، وكان يعتبر اول معالج تجاري، اي يمكن بيعه للشركات لوضعه في اجهزتها.
ماهي الـ SOC ومميزاتها
اذا الان نعرف ان بسبب الـ IC اصبح بإمكاننا تصغير حجم الاجزاء الالكترونية، وبالحديث عن الهواتف، فهو يعتبر نسخة مصغره من الحاسوب الشخصي، لذلك انت تحتاج نفس المكونات التي تجدها في حاسوبك الشخصي الضخم، هنا جائت فكرة الـ SOC او System on chip، والتي تستغل الـ IC في تجميع كل المكونات في شريحة واحدة، او شرائح منفصلة باصغر شكل ممكن.
في الغالب الـ SOC يتم تسميتها من عامة الناس بالمعالج، وهو ما تراه في الصورة بالاعلي، اذا وجهت هذه الصورة لأحد الاشخاص سيقول لك نعم هذا معالج Snapdragon من شركة Qualcomm الموجود في الهواتف الرائدة من الشركات مثل Samsung وSony و Xiaomi.
ولكن في الحقيقة المعالج يعتبر جزء صغير فقط من هذه الشريحة، هذه الشريحة تملك كل شئ يحتاجه هاتفك حتي يقوم بوظائفه، فهي تحتوي علي…
- معالج مركزي CPU
- معالج رسوميات GPU
- معالج الذكاء الصناعي
- الموديم الخاص بالشبكات مثل الـ 4G والـ 5G
- معالج الصور والفيديوهات
- معالج الصوت
- وحدة معالجة للخصوصية والامان
كل هذه الأجزاء مجتمعة علي شريحة بحجم عقلة الاصبع كما تراها في الصورة بالأعلي، كل هذه الأجزاء هي عصب هاتفك مجتمعة مع بعضها في شريحة واحده لتبعث الحياة والروح في اجزاء الهاتف المحيطة بها لتجعلها ذكية وتقوم بوظائفها، هذه الشريحة هي اساس هاتفك حتي يعمل وتقوم الكاميرا بإلتقاط الصورة وألعابك تعمل بكفائة وإتصالاتك وشبكة هاتفك تكون قوية ، فالـ SOC تحتوي علي كل هذه العناصر بشكل صغير علي شريحة واحده، عكس الحاسوب الشخصي فيحتوي علي هذه الأجزاء جميعها متفرقه فوق الـ Motherboard، لذلك هذه الشريحة تسمي System on chip.
الترانزيستورز ودورها
من فوائد هذه الشريحة الصغيرة ايضا هو توفير الطاقة بكل تأكيد، اذا كان يعمل بعض العمال في مكان وينقلوا الصناديق من واحد الي الاخر، كلما صغرت المسافة بين العامل والاخر كلما قل المجهود الذي يقوم به العامل ذهاب واياب الي العامل الاخر، هذا ما تقوم به الترانزيستورات داخل هذه الشريحة تقترب الي بعضها بشكل كبير مما يقلل من الطاقة ويسرع عملية نقل الاشارات الي بعضها البعض مما يجعل الاداء افضل واسرع، والتي تصل الان الي اكثر من 1 مليار ترانزسيتور علي الشريحة او ما تسمي GSI او Giga Scale integration، والتي بدأناها بـ Small Scale integration ب10 ترانزيستورات فقط، وهذه المسافات الصغيرة وإنجاز المهام بشكل اسرع يعمل علي توفير الطاقة بشكل اكبر وهي احد العوامل المهمة عند النظر الي مصدر الطاقة الخاص بالهواتف وهي البطارية والتي تعتبر مصدر ضعيف نسبيا لذلك يجب الحفاظ عليه وتوفيره بأكبر شكل ممكن.
اذا يمكننا ان نقول ان هذه الشريحة الصغيرة احد الثورات التي أحدثت تطور في المجال التقني، لم نكن لنري الروبوتات الصغيرة التي نرسلها للفضاء او اسفل الارض للإستكشاف، لم نكن لنري هواتفنا وتلفزيوناتنا واجهزتنا المنزلية الذكية بهذا الحجم، فقط تذكر حجم الحاسوب في يوم من الايام كان يملئ غرفة بأكملها مما يصعب علينا تصنيع كل هذه الاشياء الان، هذه الشريحة جعلتنا نذهب الي القمر وتصحيح الاحتمالات الخاطئة التي كان يقوم بها البشر.
الخلاصة
بالإسعتانه بصور من موقع iFixit الخاص بتفكيك الأجهزة الألكترونية، سنجد بالأعلي صورة الـ Motherboard الخاصة بهاتف Samsung S10، وهي عباره عن شريحة كبيرة تحتوي علي شرائح اصغر كل من هذه الشرائح الصغيرة تقوم بوظيفة معينة وهذه الشرائح الصغيرة مكونة من الـ IC حتي تصبح بهذا الحجم الصغير، ثم عن طريق الـ Motherboard يتم توصيل هذه الشرائح للعمل ببعض ونقل الاشارات الكهربية من شريحة لاخري ومن مكان لاخر.
فعلي سبيل المثال لتوضيح مدي حجم الـ SOC فيمكنك ان تري بعض الأجزاء في الصورة بألوان مختلفة كل شئ منهم عباره عن جزء مهم من الهاتف، فالجزء الأحمر علي سبيل المثال يعتبر ذاكرة التخزين الداخلية للهاتف التي تحتوي علي ملفاتك وصورك والموسيقي الخاصة بك، بجانبها باللون البرتقالي نجد الـ SOC التي تحدثنا عنها بالأعلي هذا المربع الصغير يحتوي علي مكونات في غاية الأهمية، فهذه الشريحة الصغيرة هي من تجعل كل المكونات علي الـ Motherboard امامك تعمل وتقدم وظائفها المرجوة ( ويمكنك مراجعة محتوياتها كما ذكرنا في الأعلي).
كل هذه الأجزاء تعمل بشكل مرتبط لتقوم بوظائف مختلفة كما تطلب منها خلال استخدامك للهاتف، هذه المربعات الصغيرة جدا هي هاتفك هنا يدور كل شئ هنا يتم تخزين بياناتك ومساعدتك في معالجة الصور الملتقطة بكاميرا الهاتف، واعطاءك القدرة علي التمتع بالألعاب وغيره الكثير ومعالجات الصور والأصوات وارسال اشارات الإتصال والانترنت.
هذه هي الـ Motherboard، والتي تحتوي فوقها علي الـ SOC، وشرائح اخري بحجم صغير جدا لكل منهم وظيفة، والفضل يرجع الي الـ IC في تصنيع هذه الشرائح، وكل هذه الشرائح تستطيع التواصل مع بعضها البعض عن طريق الـ Motherboard لتقوم بتوصيل الاشارات والمعلومات من جزء لاخر حتي يقوم هاتفك بالعمل المطلوب.
معلومات مفيدة و بسيطة جزاكم الله خيرا على المقال (محمد من الجزائر 🇩🇿)