مكونات الحاسب الالي حسب بنية نيوفومان

مكونات الحاسب الالي حسب بنية نيوفومان

في عام 1954، قام العالم الرياضي جون فون نيومان بمساعدة مجموعة من معاونيه في وضع القواعد الأساسية، وهذه القواعد هي التي نعتمد عليها حتى الآن، حيث وضع القواعد الأساسية لعملية الأوامر البرمجية، وهذه القواعد تسمى بالهيكلية فون نيومان، وعرض فيها مكونات الحاسوب الآلي، وكانت على النحو التالي.

• وحدة المعالجة المركزية (CPU)
• مولد الطاقة (Power)
• الذاكرة الرئيسية (RAM)
• الشاشة (Monitor)
• ربط العناصر الجانبية (PCI)
• اللوحة الام (Motherboard)
• قارئ القرص المضغوط (CD)
• فأرة (mouse)
• القرص الصلب (Hard Disk)
• لوحة المفاتيح (Keyboard)

ماهي وحدات هيكلة الحاسب حسب بنية نيوفومان

في عام 1954، قام العالم الرياضي جون فون نيومان بتحديد بعض القواعد الأساسية التي لا تزال قائمة في جميع أنواع الحواسيب حتى الآن، وتتألف هذه الهيكلة من 8 نقاط أساسية كما يلي.

• تم تنظيم الحواسيب على أساس أنها وحدات منفردة، حيث لكل وحدة مهمتها الخاصة التي تقوم بها.
• تم تقسيم الذاكرة الداخلية للحاسوب إلى وحدات أولية تعرف باسم الخلايا، حيث يتم تعيين كود خاص لكل خلية، ويطلق عليه العنوان.
• تقوم تلك الخلية بتخزين وحدة أولية واحدة فقط مع المعلومات.
• يعمل نظام الترقيم الثنائي على تشفير جميع الأوامر والمعطيات والتعليمات التي تدخل إليه، بالشكل الذي يتناسب مع لغة البرمجة للحاسوب.
• تخزن جميع الأوامر والبيانات التي يتم إدخالها إلى الحاسوب في “الذاكرة الداخلية”، وهي تعتبر الذاكرة المركزية.
• تتم عملية ترقيم وتسمية الخلايا في الذاكرة، وهي تحفظ الأوامر المتتالية للتنفيذ.
• المرحلة الأهم في هيكلة الحواسيب، وهي عملية تنفيذ الأوامر، والتي تحدث بشكل متتابع، حيث يبدأ تنفيذ الأمر الثاني بعد الانتهاء من تنفيذ الأول، وهكذا.
• في بعض الحالات، يمكن تعليق تنفيذ التعليمات المخزنة في الذاكرة بواسطة بعض التدخلات الشرطية أو حتى غير الشرطية.

تلك الهيكلة التي ابتكرها العالم الرياضي نيوفومان في عام 1946، سمحت له بجعل الكمبيوتر قادرا على تخزين وتنفيذ برامج مختلفة. وقد تم تسمية فكرته حينها بـ (مبدأ تخزين البرامج)، وتم تطبيقها في بريطانيا ابتداء من عام 1949، عندما تم ابتكار جهاز يدعى جهاز “ايدساك

الأقسام الرئيسية لبنية الحاسب الآلي

وفقا للمعلومات المقدمة حول هيكلة حاسوب نيوفومان، تم تحديد مجموعة من الأقسام الرئيسية التي يتم بناء الحاسوب الآلي على أساسها، وتشمل هذه الأقسام ما يلي.

• وحدة الحساب والمنطق (ALU)
• دائرة التحكم
• الذاكرة
• أجهزة الإدخال والإخراج ترمز إليها بالرمز (O/I)

حيث يجب أن تكون جميع تلك الأجزاء متصلة بمجموعة من الأسلاك المعروفة بـ “الموصلات”. وفي حالة وجود أكثر من مسار للبيانات في الحزمة الواحدة،

آلية عمل وحدة الحساب والمنطق ALU

تعتبر وحدة الحساب والمنطق هي قلب الحاسوب، ويعود ذلك إلى قدرتها على تنفيذ نوعين من العمليات الأساسية، وهما عملية الجمع وعملية الطرح لرقمين معا، بالإضافة إلى عمليات المقارنة، وسنتحدث عنها بشكل بسيط فيما بعد، ولكن فيما يتعلق بآلية عمل الحاسوب، فهي آلية واضحة تماما.

• في كل دورة زمنية، يحصل الحاسوب على البيانات والأوامر من وحدات الإدخال. يقوم أيضا بجلب الأوامر والبيانات من ذاكرته الخاصة، ثم ينفذ تلك الأوامر، ثم يخزن النتائج، ثم يتابع الحصول على الأمر التالي، ويستمر هذا حتى يصل إلى أمر التوقف.
• عموما، تكون الأوامر التي تقوم وحدة التحكم بتفسيرها، وتنفيذها تكون أوامرا محدودة ومحددة بدقة، حيث تتألف من مجموعة عمليات بسيطة للغاية، والتي يتم إدراجها في الكود الخاص بالأمر الداخل إلى الوحدة

عملية الجمع والطرح لعددين سوياً

في بعض التصميمات، الوحدة الحسابية قد تكون محدودة للغاية حيث لا يمكنها إجراء عمليات الجمع والطرح ولا الضرب والقسمة مباشرة. ولكن يمكن تحويل هذه العمليات إلى لغة يفهمها الجهاز، وذلك بواسطة برامج تقوم ببناء معالجات مختلفة

عملية المقارنة داخل وحدة الحساب والمنطق ALU

تتم عملية المقارنة عن طريق إدخال رقمين، حيث يقوم النظام بالتحقق من مدى تساوي أو اختلاف هذين الرقمين، ويتم تحديد الرقم الأكبر

أنظمة الإدخال والإخراج

تعمل هذه الأنظمة، التي تتكون من مكونات الإدخال والإخراج الموجودة في الحاسوب، والتي يتم تقسيمها إلى ما يلي.

• مكونات إدخال: يحتوي الكمبيوتر على قارئ أقراص مدمجة وفأرة ولوحة مفاتيح
• مكونات إخراج: الشاشة (Monitor) والسماعات والطابعة والماسح الضوئي.

بحيث تعمل تلك الأنظمة على جعل الحاسوب قادرا على استقبال المعلومات من العالم الخارجي، ويمكنه تحديد النتائج وإخراجها مرة أخرى إلى العالم، ومن الممكن أن يتم توصيل العديد من الأجهزة، والتي تعد وحدات إدخال وإخراج متنوعة للحاسوب الشخصي.

نظام التحكم في الحاسب الآلي

يقوم نظام التحكم بدمج كافة هذه الأنظمة، حيث يقوم بقراءة الأوامر والبيانات الموجودة في الذاكرة أو التي يتم إدخالها من أجهزة الإدخال، ويقوم بفك شفرة الأوامر وتزويد وحدة الحساب والمنطق بالمدخلات المناسبة وفقا لطبيعة الأوامر واللغة المستخدمة في وحدة الحساب والمنطق.

• تقوم وحدة الحساب والمنطق بتنفيذ العمليات التي تصل إليها من وحدة التحكم، وترسل النتائج إلى وحدة الذاكرة، أو مباشرة إلى وحدات الإخراج.
• يجب أن نذكر أنه ابتداء من الثمانينات من القرن العشرين، أصبحت وحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكم مدمجتين في وحدة واحدة، وهي وحدة المعالجة المركزية (CPU)، حيث تكونان في دائرة متكاملة واحدة وتسمى “المعالج” أو “المايكروبروسيسور.

أنواع الأوامر التي تعمل عليها وحدة التحكم

الأوامر التي تعمل على تفسيرها وحدة التحكم، وتعمل على تنفيذها وحدة الحساب والمنطق ذات عدد محدود، بحيث تكون محددة بدقة مسبقا، وتكون تكل العمليات من العمليات البسيطة للغاية عامة، ويمكن تحديدها بأربعة أقسام فقط.

الحاسبات الأكبر الخارقة

يجب أن نذكر أن الأوامر السابقة تستخدم في الأجهزة البسيطة، ولكن هناك أجهزة خاصة تتعامل مع عدد كبير جدا من العمليات الحسابية بسرعة عالية، ومن بينها الخوادم التي تختلف عن الأنواع السابقة في نقطة مهمة، وهي أنها تعتمد على العديد من وحدات المعالجة المركزية وليس وحدة مركزية واحدة، وعادة ما تكون هذه الحواسيب ذات بنية غير عادية وتعامل مع حزمة متنوعة من البيانات والأوامر.

أسئلة شائعة