اختراعات وأفكار

المعالجات الصغرية

عند الحديث عن معالج صغري يتجه التفكير دائماً إلى الحاسوب. توظف حالياً المعالجات الصغرية في كثير من الأجهزة الإلكترونية لأغراض الحساب والتحكم. يحتوي المعالج الصغري على معالج مؤلف من كسرة (رقاقة) تحتوي على عناصر نصف ناقلة عالية التكامل (شكل 1)، يقوم هذا المعالج بمعالجة الأوامر. تنفذ الوظائفاة الرئيسية للمعالج من قبل وحدتين وحدة تنفيذ ووحدة تحكم . إن اتحاد المعالج الصغري مع وحدات أخرى يؤدي لتكوين أساس الحاسوب الميكروي. يحدد تنظيم الحاسوب الميكروي بأربعة وحدات رئيسية (شكل ٢): الذاكرة الرئيسية لخزن البرامج والبيانات ووحدة التحكم التي تفسر البرنامج ووحدة الحساب التي تنفذ العمليات الحسابية ووحدة الإدخال والإخراج التي تقوم بوظيفة الاتصال مع المحيط الخارجي للحاسوب . وحدة الحساب 29) تتكون وحدة التنفيذ (Execution Unit) على الأقل من وحدة حساب ومنطق (ALU: Arithmetic Logic Unit) تقوم بتنفيذ العمليات الحسابية.

هذه العمليات الحسابية هي أوامر مصاغة بلغة الآلة تصدرها برامح خاصة (Compiler Linker) بناءً على تعليمات البرنامج الموضوع من قبل مطوري البرامج، المعالج يفهم هذه الأوامر البسيطة فقط. على جانب العمليات الحسابية (جمع، طرح، ضرب…) التي تنفذها وحدة التنفيذ توجد التوابع المنطقية (الاجتماع، التقاطع، النفي …) إضافة إلى ما سبق تنفيذ وحدة التنفيذ عمليات الإزاحة والمقارنة . تحتوي وحدة التنفيذ أيضا ذواكر متنوعة على شكل دارات إلكترونية رقمية تدعى مسجالات من أجل تخزين وحدة التحكم 29) تتحكم وحدة التحكم (Control Unit) بمختلف مكونات الحاسوب المكروي وتتمثل وظيفتها بشكل خاص بتحليل وتفسير تعليمات لغة الآلة ومعالجتها بشكل متسلسل تعليمة بعد تعليمة. تتأثر وظيفة وحدة التحكم بشكل أساسي بثلاث مسجلات، أولها عداد البرنامج (Program Counter) الذي يحتوي عنوان تعليمة الآلة التالية التي يجب أن تعالج وتنفذ ، المسجل الثاني هو مسجل التعليمة (Instruction Register)، الذي يحتوي التعليمة التي يجب تنفيذها حالياً. المسجل الأخير يدعى مسجل الحالة (Status Register)، هو الذي يتلقى رسائل من الوحدات الفرعية للمعالج الصغري عن حالة المعالجة في هذه الوحدات وبالتالي يؤثر على معالجة تعليمات الآلة التالية. عند حدوث أخطاء (تقسيم على صفر) تتم مقاطعة المعالجة الطبيعية أي تتم مقاطعة البرنامج الجاري تنفيذه وعوضاً عن ذلك تنفيذ عملية قفز إلى برنامج معالجة مقاطعة (Interrupt Routine). إن المسؤول عن هذه العملية هو وحدة التحكم بالمقاطعة (Interrupt control unit). توضع إشارة مناسبة لشروط مرغوبة محددة (على سبيل المثال خطأ ما) في مسجل الحالة توافقت مع ساعة المعالج وتؤدي لمقاطعة البرنامج . دورة تعليمية الآلة (3) تنظيم دخول عملية معالجة تعلمية آلة ما بواسطة دورة تعلمية الآلة (الشكل ٢). تصف دورة تعليمة الآلة مراحل العمل الستة التالية: مرحلة جلب التعليمة (تتم فيها عملية جلب تعليمة الآلة التالية إلى مسجل التعليمة الذي يوجد في وحدة التحكم)، مرحلة تحليل التعليمة (تفسر التعليمة)، مرحلة جلب المعاملات (تهيى معاملات التعليمة)؟، مرحلة التنفيذ التفصيلية (تنفذ العملية المطلوبة بالتعليمة بالكامل)، مرحلة إعادة النتيجة والكتابة العكسية (تعيد تسجيل النتيجة في الذاكرة) ومرحلة العنونة (تغير قيمة عداد البرنامج بما يطابق تسلسل المعالجة ليشير على عنوان التعليمة التالية). الوحدات الرئيسية الأخرى : يوضع البرنامج والبيانات الخاصة به في الذاكرة الرئيسية . إحدى وظائف وحدة التحكم هي دعم عنونة الذاكرة الرئيسية. تقوم وحدة إدارة الذاكرة (-MMU: Mem ory Management Unit) بلا شك بمعظم العمل. تقسم الذاكرة في معظم الأحوال إلى أجزاء كثيرة (قطاعات). وللوصول إلى البيانات والتعليمات بشكل أسرع، توفر وحدة إدارة الذاكرة جداول تساعد في تحويل العناوين المستخدمة في عنونة قطاعات الذاكرة من شكل لآخر، لتسريع معالجة التعليمات أكثر من ذلك توجد ذواكر أخرى خاصة وذواكر مؤقتة(Caches) تتوضع منطقياً بين المعالج والذاكرة الرئيسة. تخزن في هذه الذواكر التعليمات التي يجب إتمام معالجتها فيهما بعد شكل مؤقت. وحدات التحكم بعمليات الإدخال والإخراج (Control UnitS O/I) تتحطم بالاتصال بين الذاكرة والأجهزة المحيطية (على سبيل المثال لوحة المفاتيح، الفأرة، الشاشة، والطابعة).

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق