الخميس، 14 نوفمبر، 2013

الجزء الثالث - المكونلت المادية


أهداف الجزء الثالث
بنهاية هذا الجزء سيكون الطالب قادرا على أن
يميز بين مكونات الحاسب المادية والبرمجية.
يعدد مكونات الحاسب المادية ويحدد وظائفها.
يميز بين أنواع الذاكرة.
يعدد وحدات الإدخال والإخراج للحاسب.
يميز بين أنواع وحدات التخزين الخارجية.
يميز بين أنواع الموانئ الموجودة بالحاسب.



وحدة المعالجة المركزية
هي الوحدة التي تقوم بإجراء عمليات المعالجة على البيانات.
كانت CPU تتكون في الماضي من أكثر من قطعة إلكترونية.
أواخر 1970 تم انتاج أول CPU في دائرة متكاملة بواسطة Intel
سمت Intel هذه الدائرة بالمعالج الدقيق Microprocessor .

وحدة الحساب والمنطق
تقوم بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات الواردة إليها من الذاكرة
أبسط العمليات الحسابية الأحادية التي تقوم بها هي إضافة 1 أو طرح 1.
أبسط العمليات الحسابية الثنائية هي الجمع والطرح والضرب والقسمة.
أبسط العمليات المنطقية الأحادية هي عملية النفي Not
أبسط العمليات المنطقية الثنائية هي XOR , OR , AND
وحدة التحكم
تقوم CU بالإشراف على الأجزاء الأخرى والتحكم في إدارتها والتنسيق فيما بينها..
 فهي تتولى الآتي:
جلب أوامر البرنامج بالتتابع من الذاكرة وتفسيرها.
تشرف على تنفيذ الأوامر عن طريق ارسال رسائل عبر خطوط النقل موجهة إلى مختلف وحدات المعالج لإجراء العمليات كل فيما يخصه..
هذه الأسلاك يمكن أن تأخذا الوضع on (1) أو off (0)
التحكم في تدفق البيانات والبرامج من وإلى الذاكرة الرئيسية وكذلك عبر وحدات الإدخال والإخراج.
المسجلات

مكونات CPU

سجلات البيانات
قديما كانت الحواسب تحتوي على مسجل واحد فقط يحتفظ إما بأحد البيانات المدخلة بينما تأتي الأخرى من الذاكرة مباشرة أو يحتوي على النتيجة النهائية للعملية.
اليوم أصبح الحاسب يحتوي على العديد من المسجلات داخل CPU لتسريع عملية التشغيل والمعالجة لأن تنفيذ الكثير من العمليات المعقدة تنفذ باستخدام المكونات المادية بدلا عن المكونات البرمجية وبالتالي أصبحت هناك حاجة إلى العديد من المسجلات للاحتفاظ بالنتائج الوسيطة Intermediate result.
مسجلات التعليمات
تقوم CPU بجلب التعليمات واحدة تلو الأخرى من الذاكرة وتسجيلها في مسجل التعليمات ثم تفسر هذه التعليمات وتقوم بتنفيذها.
عداد البرنامج
هو مسجل يتابع التعليمات التي يتم تنفيذها حاليا فيحتفظ بعنوانها في الذاكرة
بعد تنفيذ التعليمات تتم زيادة العداد ليشير إلى عنوان التعليمات التالية.


الذاكرة الرئيسية
تسمى الذاكرة الرئيسية تمييزا لها عن الذاكرة المساعدة.
تسمى أيضا الذاكرة الداخلية Internal memory تمييزا لها عن الذاكرة الخارجية.
هي عبارة عن مجموعة من أماكن التخزين التي يحدد كل منها بمعرف وحيد Unique intensifier يسمى العنوان address
تنتقل البيانات من الذاكرة وإليها في مجموعات من البتات تدعي كلمات.
الكلمة تكون مجموعة من 8 bit أو 16 bit أو 32 bit أو 64 bit

لابد أن ينتقل البرنامج الذي يتم تنفيذه والبيانات التي تم تشغيلها إلى ذاكرة الحاسب طوال فترة التنفيذ.
أصغر وحدة تخزين في الحاسب هي البت 0 أو 1
كل ثمانية بتات 8 bit تسمى 1 Byte
 KB = 210 (1024)B = 103 B
 MB = 220 = 106 B
GB= 230 =109

ذاكرة الوصول العشوائي
هذه الذاكرة تمثل معظم ذاكرة الحاسب وهي ذاكرة مؤقتة.
يمكن للمستخدم أن تكتب عليها أو يقرأ منها أو يمسحها بإعادة الكتابة عليها.
يتم تحميل البرنامج الذي يتم تنفيذه فيها.
هي ذاكرة طيارة Volatile تفقد محتوياتها بمجرد انقطاع التيار الكهربي أو إغلاق الحاسب.
يمكن الوصول إلى محتوياتها بطريقة عشوائية مباشرة.

ذاكرة القراءة فقط
يسمح للمستخدم فقط بقراءة محتواها دون القدرة على تغييره.
محتوى هذه الذاكرة يتم وضعه عن طريق الشركة المصنعة.
أحد مميزاتها أنها غير طيارة بل هي ذاكرة دائمة لا تفقد محتوياتها بانقطاع التيار.
تخزن عليها البيانات والبرامج التي لا ينبغي أن تمحى أو تزال حتى ولو أغلق الجهاز مثل برامج إقلاع الحاسب التي تحتوي تعليمات لازمة لتشغيل الحاسب.

ذاكرة PROM
يكون محتوى هذه الذاكرة خاليا عندما يصنع الحاسب.
يقوم المستخدم باستخدام معدات خاصة لتخزين برامجه عليها.
عندما تتم عملية التخزين يصبح من غير الممكن إزالة محتواها.
يسمح ذلك للمستخدم بتخزين برامجه الخاصة.
ذاكرة EPROM
يمكن أن يقوم المستخدم ببرمجتها لكنه يستطيع أيضا مسح محتوياتها عبر أجهزة خاصة يستخدم أشعة فوق بنفسجية Ultraviolet
للقيام بعملية مسح الذاكرة ينبغي إزالة الذاكرة من الحاسب ثم إعادة تثبيتها مرة أخرى.
ذاكرة EEPROM
هذه الذاكرة يمكن برمجتها ومسح محتواها باستخدام نبضات إلكترونية دون إزالتها من موضعها في الحاسب.
الذاكرة المخبأة Cache memory
الذاكرة المخبأة أسرع من الذاكرة
الذاكرة المخبأة عادة ما تكون صغيرة الحجم للغاية وتوضع بين وحدة CPU والذاكرة الرئيسية
عند أي لحظة ما تحتوي Cache على نسخة من محتوى جزء من الذاكرة الرئيسية.
بهذا يتم تسريع عملية التشغيل التي تقوم بها CPU لأنها في المرة القادمة ستجد الكلمة المطلوبة موجودة في ذاكرة Cache

عندما تكون CPU في حاجة إلى الوصول إلى كلمة ما في الذاكرة الرئيسية فإنها تتبع الخطوات التالية:
تقوم CPU باختبار ذاكرة Cache بحثا عن الكلمة.
إذا كانت الكلمة موجودة فإنها تقوم بنسخها عندها.
إذا لم تجدها تقوم CPU بالدخول إلى الذاكرة الرئيسية ونسخ جزء من محتواها يبدأ بالكلمة المطلوبة ثم تخزن هذا الجزء في ذاكرة Cache ليحل محل الجزء السابق فيها.
تقوم CPU بالدخول على ذاكرة Cache وأخذ نسخة من الكلمة المطلوبة.
الذاكرة التخيلية Virtual memory
هذه الذاكرة غير حقيقة بل هي جزء من وحدة التخزين الخارجية (Hard disk) وليست شريحة إلكترونية مثل الذواكر الأخرى.
يقوم نظام التشغيل باقتطاع جزء من وحدة التخزين ويتعامل معها بنفس الطريقة التي يتعامل بها مع الذاكرة الرئيسية.
ينقل نظام التشغيل إليها البرامج التي يريد تشغيلها وكذلك البيانات التي سيتعامل معها ويقوم بتنفيذ البرامج والتعامل مع البيانات بنفس طريقة ذاكرة RAM التقليدية.
يتم اللجوء إلى الذاكرة التخيلية في حالة عدم استيعاب الذاكرة الرئيسية للحاسب (RAM) ذات السعة المحدودة للبرامج الحديثة ذات الأحجام الكبيرة والتي يتعامل معها الحاسب في نفس الوقت.
تتميز برخص سعرها مقارنة بالذاكرة الرئيسية.
 أيضا تسمح بتشغيل عدد أكبر من البرامج بعد أن تعجز الذاكرة الرئيسية عن تلبية الاحتياجات .

من أهم عيوبها بطؤها عن ذاكرة الحاسب الرئيسية نظرا لبعدها عن المعالج .
لا يمكن استخدام وحدات الاسطوانة المرنة أو المدمجة أو الفلاش كذاكرة تخيلية.
يمكن للمستخدم أن يقوم بزيادة سعتها أوتخفيضها وفقا لاحتياجاته.
البناء الهرمي للذاكرة ومستوياتها
يحتاج مستخدم الحاسب إلى كم كبيرمن الذاكرة خاصة تلك الذاكرة السريعة والغير مكلفة.
هذا المطلب يستحيل تحقيقه فالذاكرة السريعة غير رخيصة.
نحتاج حينئذ إلى عملية مواءمة بعمل مستويات هرمية من الذاكرة.
نواصل في محاضرة قادمة وحدات الإدخال والإخراج