عمارة الحاسب

في هندسة الحاسوب، منصة أو معمارية الحاسوب (بالإنجليزية: Computer Architecture)‏ هي تصميم وبنية العمليات الوظيفية لنظام حاسوبي. تعتبر معمارية الحاسوب البصمة والوصف الوظيفي لمتطلبات وتصميم وتطبيقات أجزاء الحاسوب المختلفة - حيث يركز أساسا على طريقة انجاز وحدة المعالجة المركزية داخليا لمهامها وكيفية تواصلها مع عناوين الذاكرة في ذاكرة الحاسوب والمعروف علميا تحت تنظيم الحاسوب(بالإنجليزية: Computer Organization)‏.

يمكن ان يعرف أيضا على انه علم وفن تصميم مجموعة تعليمات بنية الحاسب (بالإنجليزية: Instruction Set Architecture)‏ واختيار وتوصيل العتاد الحاسوبي (بالإنجليزية: Computer Hardware)‏المناسب لإنشاء حواسيب تطابق الأهداف المرجوة من حيث الآداء والعمل والكلفة.

معمارية الحاسوب

مصطلح معمارية الحاسوب (أو بناء الحاسوب) يستخدم للدلاله على العلم الذي يدرس المفاهيم التي تربط بين المكونات المادية الملموسة للحاسب مع المكونات البرمجية ممثله في نظام التشغيل.

وقد عرّف العالم جين أمدال معمارية الحاسوب على أنها سمات الحاسوب (خصائص الحاسوب) التي تظهر مُبرمجةً في لغة التجميع، وتظهر في هيكلة المفاهيم والنماذج الوظيفية (البرمجية).

وقد كان مفهوم معمارية الحاسوب يرتكز على تصميم مجموعة التعليمات الموجهة للشبكات المحلية حتى ثمانينات القرن الماضي ليتم التركيز بعدها على تصميم وحدة المعالجة المركزية والتسلسل الهرمي لوحدة الذاكرة ونظام الإدخال والإخراج والعمليات المتوازية بالإضافة إلى جوانب أخرى.

الجوانب الرئيسية في عمارة الحاسوب

1-     بناء مجموعة التعليمات

واجهة بين برامج الحاسوب والأجهزة، ويمكن أيضا أن ينظر إليها على أنها وجهة نظر مبرمج الجهاز. أجهزة الحاسوب لا يفهمون لغات عالية المستوى التي لديها عدد قليل، إن وجدت، وعناصر اللغة التي يترجم مباشرة إلى أكواد العمليات آلة الأم. أما المعالج يفهم فقط التعليمات المشفرة في بعض الأزياء العددي، وعادة ما الأرقام الثنائية. أدوات البرمجيات، مثل المجمعين، يترجم لغات المستوى العالي، مثل C، إلى تعليمات.

 

بالإضافة إلى التعليمات، يحدد ISA العناصر الموجودة في الكمبيوتر المتوفرة لبرنامج مثل أنواع البيانات والسجلات، ومعالجة الأوضاع، والذاكرة.

2-     تنظيم الحاسوب (مثل P6, Netburst, AMD K8, Core)

تساعد منظمة الحاسوب تحسين المنتجات القائمة على الأداء. على سبيل المثال، مهندسي البرمجيات في حاجة إلى معرفة قدرة المعالجة من المعالجات. قد يحتاجون إلى تحسين البرمجيات من أجل الحصول على أكبر قدر من الأداء في أقل نفقة. وهذا يمكن أن تتطلب تحليلا مفصلا للغاية لمنظمة الحاسوب. على سبيل المثال، في فك الوسائط المتعددة، قد تحتاج المصممين لترتيب لمعظم البيانات التي يتم معالجتها في مسار البيانات أسرع.

تساعد منظمة الكمبيوتر أيضا التخطيط لاختيار المعالج لمشروع معين. مشاريع الوسائط المتعددة قد يحتاج الوصول إلى البيانات سريع للغاية، في حين أن البرنامج الإشرافي قد تحتاج المقاطعات السريعة. أحيانا بعض المهام تحتاج مكونات إضافية أيضا. على سبيل المثال، جهاز كمبيوتر قادر على التمثيل الافتراضي يحتاج الأجهزة الذاكرة الظاهرية بحيث ذاكرة أجهزة الكمبيوتر محاكاة مختلفة يمكن أن تظل فصل. منظمة الكمبيوتر وميزات يؤثر أيضا استهلاك الطاقة والتكلفة المعالج.

3-     التطبيق (عملية التنفيذ) (مثل PentiumIII, Celeron, Pentium4, Pentium Xeon, Core2)

وصفت مجموعة التعليم والهندسة المعمارية الصغيرة، يجب أن يتم تصميم آلة العملية. وهذا ما يسمى عملية التصميم والتنفيذ. وعادة ما لا يعتبر تنفيذ تعريف المعماري، وإنما الأجهزة التصميم الهندسي. تنفيذ يمكن تصنيف ذلك من أسفل إلى عدة خطوات:

تنفيذ المنطق بتصاميم للقطع المحددة في هيكل النظام المصغر (في المقام الأول) ويكون بناء على المنطق.

تنفيذ التصاميم على مستوى الترانزستور من العناصر الأساسية (البوابات وأجهزة الإرسال، الخ) وكذلك بعض الكتل الكبيرة (ALUs) التي يمكن تنفيذها على هذا المستوى، أو حتى (جزئيا) في المادية مستوى، لأسباب تتعلق بالأداء.

توجه التنفيذ الفعلي للدوائر المادية. توضع المكونات بدائرة مختلفة في المخططات أو على لوحة ويتم توجيه الأسلاك التي تربط بينها.

تصميم اختبارات التحقق الكمبيوتر ككل لمعرفة ما إذا كان يعمل في جميع المواقف وتوقيت. بمجرد أن يبدأ التنفيذ، وإثبات والتصميم الأول هو المحاكاة باستخدام محاكاة المنطق. ومع ذلك، وهذا عادة ما يكون بطيئا جدا لتشغيل برامج واقعية. وهكذا، بعد إجراء التصحيحات، هي التي شيدت باستخدام النماذج الميدانية للبرمجة بوابة صالحة (التصميم بما). وقف العديد من المشاريع هواية في هذه المرحلة. والخطوة الأخيرة هي لاختبار النموذج الأولي الدوائر المتكاملة. قد تتطلب الدوائر المتكاملة عدة يصمم لإصلاح المشاكل.

قواعد نيومان لتصميم الحاسب

تخزين مفهوم البرنامج حيث تخزن جميع المعلومات على الذاكرة الرئيسية.

محتوى الذاكرة عنونة تتم عن طريق الموقع بغض النظر عما هو مخزّن عليه.

تنفيذ التعليمات بشكل تسلسلي ومنظم.

هيكلة الحاسب الآلي وهي وحدة التحكم ووحدة المعالجة المركزية.

أنواع تعليمات الآلة

نقل البيانات من الذاكرة إلى وحدة المعالجة المركزية.                   التحكم.

العمليات الحسابية والمنطقية.                                             النقل أثناء عمليات الإدخال والإخراج.

وحدة التحكم

هناك عمليات تعليمية على أجهزة الحاسب لها وضع آخر، كعملية الجمع التي تتحكم في العمليات التزامنية أي الوقت هي وحدة المعالجة المركزية لكن بشكل خاص، أما الذي تتحكم في وحدة التزامن فهي وحدة التحكم، وتنفذ تحت تقنيات عالية، مثل:

التحكم الصلب.                    التحكم الجزئي المبرمج.                      نظام الحاسب.

تمثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة الرئيسية نواة نظام الحاسب، بالإضافة إلى أن الذاكرة الثانوية وأجهزة الإدخال والإخراج تسمى بالأجهزة الطرفية.

 

الذاكرة

تستخدم الذاكرة في تخزين البرامج والبيانات التي تتم معالجتها من قبل وحدة المعالجة المركزية.

يمكن لوحدة المعالجة المركزية أن تدير البيانات والذاكرة الثانوية قبل تنزيلها على الذاكرة الرئيسية.

تعمل الذاكرة الرئيسية على تخزين الكثير من البيانات والمعلومات والبرامج على المدى الطويل.

أهم خصائص الذاكرة الرئيسية السرعة والحجم والتكلفة.

الذاكرة الرئيسية تكون سريعة ومحدودة الحجم، أما الذاكرة الثانوية فتكون بطيئة.

الذاكرة الرئيسية

هي مجموعة من خلايا التخزين وكل خلايا تقوم بوضع عناوين مختلفة على شكل أرقام متسلسلة، إلى جانب خلايا التخزين التي يوجد بها مخزن لعنوان الذاكرة يعمل على تخزين العنوان الخاص للكلمة المراد كتابتها.

وتحتوي على مخزن بيانات ويوجد بها مفسر العناوين إلى جانب وحدة تحكم الذاكرة.

  الإسقاط النجمي , خطوات الاسقاط النجمي

الذاكرة الثانوية

وتنقسم إلى عدة أقسام:

القرص الصلب.                    القرص المرن.                                 الشريط الممغنط.

الذاكرة البصرية.                   أجهزة الإدخال                               الفأرة.

لوحة المفاتيح.                       القلم المضيء.                                عصا التحكم.

الماسح الضوئي.                     لوحة الرسم.                                 مدخل الصوت.

أجهزة الإخراجض                  شاشة عرض.                                 إخراج صوت.

خط الطباعة.                        طابعة نافثة للحبر.                            مخطط.

طابعة ليزرية.                        طابعة مصفوفة نقطية.

 

الفرق بين الشخص الذي يستخدم الحاسب ودارس عمارة الحاسب

قد يظن الأفراد الذين يستخدمون الحاسب بشكل دوري وكثيراً ما هذا الأمر موجود حيث أن الحاسوب أصبح جزء لا يتجزأ عن الحياة، أصبح صاحب العمل يمكنه أن يدير العمل بأكمله من خلال الحاسوب ، ويحفظ البيانات والمعلومات المختلفة من خلاله ويرجع إليها في أي وقت شيء،  حيث أن هذه المعلومات المخزنة لا يمكن أن يفرط الحاسوب بها دون أمر من المستخدم.

فطبيعة استعمال الأفراد الحاسوب بشكل دوري ظن البعض أنه يفقه كل شيء بداخله، ولكن هذا الأمر ليس صحيح فكثيراً ما ندرك التعامل مع الحاسوب واستخدام العديد من البرامج، ولكن عند تعطيل الجهاز فأنت تصبح لا تدرك لأي شيء.

لا يمكن للفرد مباشرته للعمل واستخدام البيانات المخزنة على الجهاز عند تعطيله، ولكن الدارس لعمارة الحاسوب يمكنه الدخول على السبب في حدوث المشكلة، ومعالجتها بصورة صحيحة وألا لما كان لدراسته فائدة.

كم انه من الممكن أن يجعل المعلومات التي على الجهاز الخاص به تنتقل إلى جهاز أخر ويقوم باستخدامها.

تطوير عمارة الحاسوب للجهاز

استطاعت عمارة الحاسوب أن تطور من شكل الجهاز الذي كان بالأسبق قد يأخذ غرفة كاملة في بداية ظهوره ولكن بعد فترة تم تخطي ذلك الأمر إلى شكل أصغر وأسهل استخداماً من الذي ظهر عليه الحاسوب في بادئ الأمر.

حيث تم تصميم جهاز الحاسوب بشاشة ووحدة تخزين ولوحة مفاتيح وفأرة وتم الاعتماد على ذلك الجهاز لفترة، ولكن لم يكن هذا الشكل الأسهل المطلوب لذلك تم تصميمه بشكل أسهل استخداماً وابسط من قبل.

تم تصميمه بصورة اللاب توب الذي يعمل من خلال بطارية تقوم بشحنها لتأخذه معك في كل مكان بشكل أسهل.

https://abhaskom.blogspot.com/