بحث عن عمارة الحاسب وأقسامه
في هذه المقالة، سنقدم لكم بحثا حول معمارية الحاسوب، وهي العملية الأساسية لبناء الحواسيب. تعتبر معمارية الحاسوب هوية ووصف وظيفة استخدامات الحاسوب وتطبيقاته في أجزائه المختلفة. تركز أيضا على طرق تنفيذ وحدة المعالجة المركزية الداخلية وتفاعلها مع عناوين الذاكرة في الحاسوب. يوضح البناء الداخلي والخارجي للجهاز وكيفية إدخال ومعالجة البيانات. تدرس معمارية الحاسوب في كليات الهندسة في قسم الحاسوب، حيث تعني وظائفها تحريك والتحكم في حركة البيانات وفقا للأوامر المعطاة. من خلال موسوعتنا، نقدم لكم هذا البحث حول معمارية الحاسوب.
بحث عن عمارة الحاسب
تعرف عمارة الحاسب بأنها الطريقة التي يتم من خلالها دراسة تصميم نظام الحاسب الآلي، وهذا التصميم يتم بتفاعل عدة برمجيات ومعدات مادية ملموسة، وهي النظام الذي يتم وضعه لتنظيم العمليات الوظيفية بالحاسب الآلي، ومختلف أجزاء الحاسوب وتطبيقاته تحتاج إلى وصف وظيفي، وتعتبر عمارة الحاسب هذا الوصف.
اشتهر العالم جين أمدال بتعريفه لمفهوم عمارة الحاسوب، وهي الخصائص التي يتم برمجتها لتظهر في لغة التجميع، ومن خلال تنظيم نماذج الوظائف المختلفة، يتم عرض تلك الخصائص.
أقسام عمارة الحاسب
تنقسم عمارة الحاسب إلى 3 أقسام:
- الجزء الأول المتعلق بتصميم النظام والذي يشمل جميع المعدات المادية للكمبيوتر، ومن أمثلة تلك المعدات: وحدة المعالجة المتعددة، وحدة التحكم في الذاكرة، معالجات البيانات.
- القسم الثاني يتعامل مع معمارية التعليمات والتي تشمل لغة برمجة التي تستخدمها وحدة المعالجة المركزية. البرمجيات التي يستطيع المعالج المركزي معالجتها تلعب دورا في تحديد قدرات وإمكانيات الوحدة، وتشمل هذه البرمجيات صيغ البيانات وأنماط عناوين الذاكرة وأنماط المسجلات الخاصة بالمعالج.
- القسم الثالث هو ما يسمى بمعمارية الحاسوب المصغرة. يختص هذا القسم بتحديد كيفية تنفيذ عناصر التخزين في برنامج ISA ومعالجة البيانات.
نموذح فون نيومان في عمارة الحاسب
يعتبر فون نيومان، العالم الرياضي، هو الشخص الذي صمم القواعد والأسس الأساسية التي نستخدمها في تصميم الحاسوب، حيث يعتبر الحاسوب آلة لمعالجة البيانات وتعمل تلقائيا تحت إشراف البرنامج، ويتم تخزين كل هذه البيانات في الذاكرة الرئيسية للحاسوب، ويتكون من:
- جهاز إدخال.
- جهاز إخراج.
- ذاكرة ثانوية.
تم تصميم هذه القواعد وتلخيصها في أربعة نقاط.
قواعد فون نيومان لتصميم الحاسب
- تخزن ذاكرة البرنامج جميع المعلومات على الذاكرة الرئيسية.
- محتوى الذاكرة هو تعيين يتم عن طريق الموقع بغض النظر عما يتم تخزينه عليه.
- تُنفذ التعليمات بشكل تسلسلي ومنظم.
- تشكيل الحاسوب يتضمن وحدة التحكم ووحدة المعالجة المركزية.
أنواع تعليمات الآلة
- نقل البيانات من الذاكرة إلى وحدة المعالجة المركزية.
- العمليات الحسابية والمنطقية.
- التحكم.
- النقل أثناء عمليات الإدخال والإخراج.
1-وحدة التحكم
توجد طرق مختلفة للعمليات التعليمية على أجهزة الحاسوب، مثل عملية الجمع التي تتحكم فيها وحدة المعالجة المركزية، ولكن بشكل خاص تتحكم وحدة التحكم في عمليات التزامن، وتنفذ تحت تقنيات عالية مثل:
- التحكم الصلب.
- التحكم الجزئي المبرمج.
- نظام الحاسوب.
تمثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسية نواة نظام الحاسوب، بالإضافة إلى أن الذاكرة الثانوية وأجهزة الإدخال والإخراج تعرف بالأجهزة الطرفية.
2-الذاكرة
- تستخدم الذاكرة لتخزين البرامج والبيانات التي يتم معالجتها من قبل وحدة المعالجة المركزية.
- يمكن لوحدة المعالجة المركزية أن تدير البيانات والذاكرة الثانوية قبل نقلها إلى الذاكرة الرئيسية.
- تخزن الذاكرة الرئيسية الكثير من البيانات والمعلومات والبرامج على المدى الطويل.
- من اهم خصائصها: إلى جانب السرعة والحجم والتكلفة، هناك تقنيات تستخدم في التكنولوجيا.
- الذاكرة الرئيسية تكون سريعة ومحدودة الحجم أما الذاكرة الثانوية فتكون بطيئة وإليكم توضيح كامل للذاكرتين.
الذاكرة الرئيسية
- هي مجموعة من خلايا التخزين، وتضع كل خلية عناوين مختلفة بأرقام متسلسلة
- بالإضافة إلى خلايا التخزين التي تحتوي على مستودع لعنوان الذاكرة، تعمل أيضا على تخزين العنوان الخاص بالكلمة التي يتم كتابتها.
- تحتوي على مخزن بيانات.
- يحتوي على مفسر العناوين بالإضافة إلى وحدة تحكم الذاكرة.
الذاكرة الثانوية
تنقسم إلى عدة أقسام ومنها:
- القرص الصلب.
- القرص المرن.
- الشريط الممغنط.
- الذاكرة البصرية.
3-أجهزة الإدخال والإخراج
أجهزة الإدخال
- الفأرة .
- لوحة المفاتيح.
- القلم المضيء.
- عصا التحكم.
- الماسح الضوئي.
- لوحة الرسم.
- مدخل الصوت.
أجهزة الإخراج
- شاشة عرض.
- إخراج صوت.
- خط الطباعة.
- طابعة نافثة للحبر.
- مخطط.
- طابعة ليزرية.
- طابعة مصفوفة نقطية.
4-نواقل البيانات
هذه هي الطريقة التي يتم استخدامها لنقل البيانات بين مكونات الحاسوب المختلفة، وتتضمن واجهة وحدة المعالجة المركزية القياسية أكثر من مكون، وهذه المكونات هي:
- ناقل العنوان: حيث يتم من خلال نقل عنوان البيانات بين الذاكرة والمعالج.
- ناقل البيانات: يتم نقل البيانات بين أجهزة الإدخال والإخراج والذاكرة والمعالج من خلاله.
- ناقل التحكم: يتم استخدامه لتنسيق عمليات الحاسوب المختلفة، من خلال نقل التعليمات التي تصدرها وحدة المعالجة المركزية.
5-المسجلات
قبل معالجة البيانات، يتم تخزينها في مناطق سريعة التخزين والتي تسمى المسجلات، وتشمل ما يلي:
- عنوان الذاكرة المسجل، حيث يحتوي على موقع البيانات في الذاكرة والذي يراد الوصول إليه.
- بعد إجراء العمليات المنطقية والحسابية، يتم تخزين النتائج الوسطية في المجمع.
- جهاز تسجيل البيانات في الذاكرة، ويحتوي على البيانات التي يتم نقلها من الذاكرة وإليها.
- عداد البرامج، ويحتوي على عنوان العملية التالية المقرر تنفيذها.
- التعليمات الحالية مسجلة، وتحتوي على التعليمات أثناء المعالجة.
- التعليمات المسجلة في التعليمات المرحلية غير قابلة للتنفيذ مباشرة.
في ختام هذا المقال، قمنا بتوضيح تعريف عمارة الحاسوب وأجهزة الإدخال والإخراج، بالإضافة إلى الذاكرة الرئيسية والثانوية، وأنواع التعليمات المتعلقة بالآلة وكل ما يتعلق بعمارة الحاسوب. نأمل أن نكون قد قدمنا مساعدة ووضحنا جميع الأمور المتعلقة بمعمارية الحاسوب.