المعالجات, تلخيصاً من كتاب يعلم الA+ - موضوع منقول للفائدة -
بسم الله الرحمن الرحيم
رأيت هذا الموضوع و أعجبني فأحببت نقله هنا للفائدة مع الشكر لكاتبه
=========================
المعالجات
---------------------------------------------------------------------------------------------------
الفصل الثاني :
المعالجات
Microprocessors
1- فكرة عامة :
- المعالج هو رقاقة Chip موجودة داخل الحاسب تسمى تجاوزاً دماغ الحاسب .
- مصنعي المعالجات يعتمدون لتوصيفها على اسم المنتج واسم النموذج مثلاً : Intel Pentium
2- تخيل المعالج :
- تخيله شخصاً ذكي داخل صندوق ونريد وسيلة للتخاطب معه .
- نتخيل 16 مصباح ثمانية بالداخل عند الشخص وثمانية بالخارج وكل زوج متقابلان لهما فاصلتان لإضاءة وإطفاء المصابيح إذا واحد من الداخل أو الخارج أغلق أو أدار القاطعة فسوف تنقطع أو تدور الدارة القاطعة المقابلة حسب الحالة وسوف يضاء المصباحين أو يطفآن أيضاً حسب الحالة وبذلك الذي بالداخل يستطيع إعلام الذي بالخارج ما يريد وأيضاً الذي بالخارج يستطيع إعلام الذي بالداخل ما يريد أيضاً .. نسمي هذه الوسيلة بممر المعطيات الخارجي : External Data Bus
- هذا تخيلي ولمحاكاة الواقع نستبدل كل مصباح بسلك فإذا طبق جهد على هذا السلك هذا يعني القاطعة مضغوطة ( المصباح مضاء ) والعكس صحيح في حال لم نطبق جهداً على السلك .
- وجود جهد يعني الحالة On نرمز لها بـ 1 منطقي .
- عدم وجود جهد يعني الحالة Off نرمز لها بـ 0 منطقي .
3- السجلات :
- نعطي الشخص الذي بالداخل أربع طاولات على كل منها 16 مصباح بشكل تسلسلي مع قاطعته .
- هذه الطاولات تشكل حيز العمل لحل المشكلات التي تعطى للمعالج ونسميها على التوالي : AX – BX – CX- DX
- المعالج يحوي أكثر من هذه السجلات لكن أي معالج لا بد من أن يضم هذه السجلات الأربعة الأساسية أو ذات الاستخدام العام .
- نحتاج إلى لغة تشفير : ثمانية مصابيح هي ثمانية بتات بالواقع .
- الأوامر توجد في المصابيح الأربعة الأخيرة5-6-7-8 وتسمى بتات المرتبة العليا .
- المعطيات توجد على المصابيح الأربعة الأولى 1-2-3-4 وتسمى بتات المرتبة الدنيا .
4- الساعة :
- للتحكم في إضاءة وإطفاء المصابيح نستخدم دارة تسمى خط الساعة Clock .
- نتخيلها كجرس موضوع داخل الصندوق والقاطعة في الخارج .
- بعد وضع القيم على خط المعطيات الخارجي تدخل نبضة ساعة ليعمل المعالج وفق هذه القيم .
- كل مرة يتفعل فيها خط الساعة تسمى حلقة الساعة Clock Cycle
- إذا وصل عدد كبير من حلقات الساعة إلى المعالج فسوف لن تعمل .
- العدد الأعظمي من حلقات الساعة التي يستطيع المعالج التعامل معها يسمى سرعة الساعة Clock Speed
- 1 هيرتز = 1 حلقة بالثانية .
- 1 ميغا هيرتز = 1 مليون حلقة بالثانية .
- يستطيع المعالج العمل عند أي سرعة شرط أن لا تتجاوز سرعة ساعته .
- بلورة النظام System Crystal هي التي تحدد السرعة التي يعمل عندها المعالج .
- بلورة ذات سرعة ساعة أصغر من الخاصة بالمعالج تسمى Underclocking ( إبطاء ) سوف لن يتم استثمار كامل سرعة المعالج وأسرع من سرعته تسمى Overclocking ( تسريع ) فلن يعمل المعالج .
5- الذاكرة :
- توجد لدينا معطيات على ممر المعطيات للمعالج ويجب تخزينها لذلك وجدت الذاكرة .
- RAM تقوم بذلك وتتيح للمعالج الوصول إلى أي سطر منها وعشوائياً وبسرعة كبيرة .
- RAM اختصاراً لـ Random Access Memory أي ذاكرة الوصول العشوائي .
- عرض الرام 8 بت وهي متوافقة مع ممر المعطيات للمعالج .
- إذاً الذاكرة رام هي مجموعة من رقاقات أنصاف النواقل مثبتة على بطاقة توضع داخل الحاسب .
- لا تستطيع الذاكرة رام الوصول مباشرة إلى ممر المعطيات للمعالج ولا المعالج يستطيع الوصول مباشرة إلى الرام لذلك وجدت دارة مساعدة تدعى MCC .
- MCC اختصاراً لـ Memory Controller Chip وهي :
o تسهل تدفق المعطيات من رام إلى المعالج .
o تتيح للمعالج تحديد سطر الذاكرة الذي يريد الوصول إليه .
- ينتج عن هذا مجموعة من الخطوط تسمى ممر العناوين للتخاطب مع MCC .
- يتيح ممر العناوين Address Bus إخبار MCC ماذا يريد المعالج و MCC لها دارة خاصة للوصول إلى كل سطر في الذاكرة رام .
- يتعلق عدد خطوط ممر العناوين بنوع المعالج والمعالج 8088 يحوي 20 خط عنونة .
- 1 خط عنونة له حالتين : إما On أو Off أي إما 1 أو 0 هذا يعني 2=21
- 20 خط عنونة يعني 220=1048576 تركيب مختلف .
- كل تركيب يمثل سطر شيفرة مختلف أي يمثل كل تركيب سطر رام واحد .
- إذاً الرام الأعظمي التي يستطيع المعالج عنونتها تحددها العلاقة التالية : عدد أسطر الرام = 2n حيث n هو عدد خطوط العنونة الخارجة من المعالج .
- نقول عن العدد 1048576=1 MB تجاوزاً .
- أول سطر في الرام هو 00000000000000000000
- آخر سطر في الرام هو 11111111111111111111
- وما بينهما تشكيلات مختلفة لممر العناوين .
- أول معالج صنع 8088 استخدم في أجهزة IBM وما تزال INTEL هي التي تحدد المعايير للتوافقية مع IBM .
- شركة AMD اختصار لـ Advanced Micro Devices
6- طرق التعليب للمعالج : (ليس من الضروري حفظها لأنها غير مطلوبة في الامتحان )
- DIPP :
o اختصار لـ Dual InLine Pin Package
o استخدم في النماذج : 8088 – 8086 – 80286 القديمة
o تصف الأرجل على جانبي المعالج .
- PGA :
o اختصاراً لـ Pin Grid Array
o وجد في النماذج التالية : 50286 – 80386 – 486 القديمة .
o كبر حجمها أدى إلى تبديد الحرارة بشكل كبير .
o الأرجل تكون متوضعة أسفل الرقاقة .
o قاعدتها تسمى ZIF وهي اختصار لـ Zero Insertion Force
- SPGA :
o اختصار لـ Staggerd Pin Grid Array
o وجدت في النماذج : Pentium – II Pentium – K5 – K6 – 86x6
o الأرجل فيه مرتبة بشكمل قطري .
- CQFP/PQFP :
o اختصاراً لـ Ceramic/Plastic Quad Flat Pack
o وجد في النماذج : 80286 – 80386 – 486
- PLCC/CLCC :
o اختصار لـ Plastic/Ceramic Leaderless Chip Carrier
o وجد في المعالجات : 80286 – 80386
o يمكن نزعها بسهولة من قاعدتها .
- SECC :
o اختصاراً لـ Single Edge Contact Catridge
o وجد في :III Pentium – Celeron - Athalon Pentium II
- PPGA :
o اختصاراً لـ Plastic Pin Grid Array
o وجد في : Pentium – Celeron – Athalon
- BGA :
o اختصاراً لـ Ball Grid Array
o تتميز بوجدة كرات بدل الأرجل وملحومة على قاعدتها .
o تستخدم في الأجهزة المحمولة .
7- عائلة المعالج 8086 :
- معايير شركة IBM الخمسة في المعالجات :
o كانت بحاجة لمعالج ذو إمكانيات أكثر من 8 بت ( أكثر من 8 خطوط معطيات ) .
o أرادت رقاقة سهلة التكامل مع أنظمتها .
o أرادت رقاقة تعتمد مفاهيم العنونة ولغة الآلة بشكل يستطيع فهمها المبرمجون .
o أرادت رقاقة ذات تصميم مرن وقابل للتوسيع .
o أرادت رقاقة ذات سعر منافس .
- ابتكرت INTEL إصداراً جديداً من المعالج 8080 وأسمته 8086 وفق المعايير التالية :
o ذات 16 بت .
o يملك فضاء عنونة حتى 1 MB .
o هزم الرقاقات المنافسة .
o كان وفق معايير IBM الخمسة .
- كانت المشكلة في هذا المعالج إنه ذو 16 خط معطيات لذلك لم يكن يوجد ذلك الوقت أجهزة تستطيع إرسال واستقبال 16 بت .
- لحل هذه المشكلة أصدرت INTEL المعالج 8088 وهو مثل 8086 ولكن بعرض معطيات 8 بت .
8- عائلة المعالج 80286 :
- ظهر أولاً المعالج 80186 وهو تطوير عن المعالج 8086 لفترة قصيرة واختفت بظهور 80286 الذي يعد قفزة تكنولوجية عظيمة .
- ظهر هذا المعالج أولاً في حواسيب IBM نوع AT (Advanced Technology)
- الأنماط :
o حققت 80286 تطوراً أكثر من 8088/8086
o لكنها كانت بحاجة لبرامج للاستفادة من هذه الميزات الجديدة لأن كل البرامج كانت مصممة لتعمل وفق 8088
o ولتعمل 286 وفق 8088 أتت Intel بالحل التالي :
a. يبدأ كل معالج ابتداءً من 286 وحتى الحديثة بالعمل بشكل مماثل للمعالج 8088
b. للاستفادة من الوظائف المتطورة يجب تشغيل برامج خاصة لنقل المعالج إلى نمط أعلى .
o إذاً يعمل المعالج 286 وفق نمطين :
a. نمط حقيقي Real Mode لجعلها متوافقة مع 8086
b. نمط محمي Protected Mode مما يؤهلها للاستفادة من الميزات المتطورة .
9- النمط المحمي :
- عندما ينتقل 286 إلى النمط المحمي يكون لها القدرة على استخدام 16 MB من الذاكرة وتشغيل أكثر من برنامج في نفس الوقت ( في حال وجود نظام تشغيل يستطيع استخدام هذه الميزة ) .
- DOS صمم للعمل مع 8086 لذلك عند تشغيله مع 286 يكون المعالج يعمل في النمط الحقيقي .
- الأنظمة التي تعاملت مع النمط المحمي / بعض منتجات UNIX – Novell 2.2 وغيرها ..
- للعودة إلى نمط 8086 كان يجب إعادة تشغيل النظام .
10- عائلة 80386 أو العائلة 386DX :
- عام 1985 أصدرت Intel رقاقات 80386 وتسمى اختصاراً 386 .
- كانت أول رقاقات ذات 32 بت .
- تحوي على سجلات جديدة لتنقيح وإدارة الذاكرة .
- تعمل وفق ثلاثة أنماط :
o النمط الحقيقي ( عمل 8086 ) .
o نمط 286 المحمي .
o نمط 386 المحمي الخاص .
- عندما تعمل على نمط 386 المحمي الخاص تملك عندها وظيفتين :
o الذاكرة الظاهرية Virtual Memory .
o النمط المسمى 8086 الظاهري Virtual 8086 .
11- الذاكرة الظاهرية :
- ممر العناوين 32 يستطيع عنونة حتى 4 GB .
- يتم تشغيل البرامج في الذاكرة RAM .
- عند محاولة تحميل برامج أكثر من سعة الرام عندها نحصل على الخطأ Out Of Memory أي خارج نطاق الذاكرة و من هنا كانت فكرة الذاكرة الظاهرية .
- رقاقة 386 تستطيع إنشاء الذاكرة الظاهرية والتي هي :
o تحويل جزء من التخزين الدائم – القرص الصلب عادة – إلى ذاكرة .
o تبدو هذه الذاكرة للنظام مماثلة للذاكرة RAM النظامية .
o يسمى هذا الجزء الذي يعمل كذاكرة ظاهرية بملف التبادل Swap File .
- بدأت فكرة الذاكرة الظاهرية مع المعالجات 80386 ومازالت تستخدم مع كل المعالجات فيما بعد .
12- 8086 المحمي :
- يتمتع 386 بنمط محمي متقدم يدعى 8086 الظاهري .
- كان من الممكن تشغيل برامج DOS نمط 8086 وفق نمط 286 المحمي .
- يقوم نظام التشغيل في نمط 8086 الظاهري بإنشاء فقاعات Bubbles 8086 .
- الفقاعات هي مناطق من الذاكرة مفصولة تماماً وتعنون في حدود 1 MB العائدة لـ 8086 .
- أي تستطيع برامج DOS العمل في فقاعة 8086 بينما يبقى المعالج في النمط المحمي .
- يقوم نظام التشغيل بإنشاء سجلات ظاهرية كلما احتاج البرنامج لذلك .
- إذاً يكون باستطاعة نظام التشغيل فحص ما يحاول البرنامج القيام به والتحقق من إنه لا يقوم بأشياء خطيرة .
- اعتمد 8086 الظاهري في كل أجيال المعالجات منذ 80386 .
13- عائلة 80386 SX :
- كانت Intel بحاجة إلى معالج 386 يعمل بسهولة مع اللوحات الأم ذات 16 بت وذلك لزيادة انتشار 386 فحققت ذلك باختراع 386SX .
- يختلف 386SX عن 386DX ( القياسي ) بما يلي :
o انخفاض حجم ممر المعطيات من 32 إلى 16 بت وذلك لمجاراة ممر المعطيات الخارجي في 286
o تخفيض ممر العناوين إلى 24 بت أيضاً بهدف مجاراة مواصفات 286 .
- أدى ذلك إلى حد مجال العنونة لـ 386DX إلى 224=16 MB .
- 386SX تشبه 286 من الخارج وتشبه 386DX من الداخل .
- يستطيع 386SX التعامل مع كل الأنماط والوظائف في 386DX .
- DX و SX لا ترمزان إلى أي اختصار .
- تحليل : الهدف من اختراعات Intel هذه تجاري بحت .
14- الطاقة والجهود :
- في فترة انتشار 80286 – 80386 – 8086 كان المعالج يعمل على الجهد 5 فولط .
- أوجدت Intel تقنية SMM وهي اختصار لـ System Manager Mode والتي تستطيع إيقاف سحب الطاقة في الطرفيات الغير مستخدمة .
- رقاقة 386SL هي رقاقة 386SX خاصة تعمل بجهد 3.3 فولط بدلاً من 5 فولط .
- كل الجهود الحالية هي 3.3 وأقل وفي الأجهزة المحمولة 2 فولط .
- الأجيال الأخيرة من 386 وكل أجيال 486 احتوت على أمرين هامين :
o يجب تحديد جهد عمل المعالج .
o يجب التأكد من إن اللوحة الأم تؤمن الجهد المناسب لعمل المعالج .
o الأنظمة الحديثة تؤمن ذلك بشكل آلي .
- كان سابقاً على التقني أن يحدد جهود المعالج وتغيير الجمبر على اللوحة الأم تفادياً من الأخطار.
- اخترعت Intel تقنية CPUID تعطي هذه الوظيفة للمعالج إمكانية إعلام النظام بكل التفاصيل المتعلقة بجهد عملها وسرعتها ليقوم النظام آلياً بضبط نفسه وفق احتياجات المعالج .
- الطريقة الأخرى – غير تخفيض جهود العمل لتوفير الطاقة – هي إيقاف تشغيل الأجهزة الغير مستخدمة من قبل النظام ( هذه وظيفة SMM المطورة من قبل ما يكروسوفت ) .
15- عائلة المعالج 486 :
- صدر عام 1989م .
- ممر المعطيات الخارجي وممر العنونة وحجم السجلات 32 بت .
- هو مماثل لـ 386DX المطور ويعد بالمقارنة معه مطور جداً بسبب :
o هو تجميع 386DX المطور مع معالج رياضي مساعد .
o فيه ذاكرة مخبئية 8 K تسمى Cache .
- يعمل وفق أنماط 80386 .
- لا ترتبط الميزات الجديدة ( معالج رياضي مساعد – ذاكرة مخبئية ) مع نمط محدد في 486.
- النمط الأكثر تقدماً الذي يستطيع العمل وفقه هو نمط 80386 المحمي مع ذاكرة ظاهرية و 8086 ظاهري
- بالنسبة للبرامج : ليست هناك فرق بين 80386 مع معالج رياضي مساعد وبين 486 .
16- المعالج الرياضي المساعد :
- غايته : المعالج العادي يستطيع القيام بالعمليات الحسابية العادية ( الجمع – الطرح – الضرب ب- القسمة ) ولعمليات أكثر تعقيداً ( اللوغاريتم والتوابع الجيبية وتوابع النقطة العائمة ) وجد المعالج الرياضي المساعد .
- ظهر مع 8088 المعالج الرياضي 8087 ولم يدمج مع نفس الرقاقة لزيادة سعره لذلك من كان يريده كان يدفع الثمن ويتم تركيبه بشكل مستقل .
يتبع
************************************************** ****************
المصدر الأصلي
هنا
