التركيب الداخلي لوحدة المعالجة المركزية

**وحدة المعالجة المركزية **

& تعتبر وحدة المعالجة المركزية أهم مكونات الحاسوب ,ففيها تنفذ كل العمليات الحسابية و المنطقية و تستخرج النتائج , و يجري عن طريقها التحكم في جميع عمليات ادخال و اخراج المعلومات في الحاسوب .

تقوم فلسفة عملها على قراءة تعليمية من ذاكرة البرنامج و تفسيرها و تنفيذها ثم كتابة النتائج إلى الذاكرة .

تتكون هذه الوحدة من وحدتين رئيسيتين هما وحدة الحساب و المنطق و وحدة التحكم بدورها من ثلاث وحدات جزئية هي :

• وحدة العنونة.
• وحدة التعليمات.
• وحدة التحكم و التوقيت الزمني. &

**وحدة التحكم **

& تتحكم الوحدات الجزئية الثلاث في وحدة التحكم بتنفيذ تعليمات البرنامج ضمن وحدة المعالجة المركزية وفق ما يلي :

يبدأ العمل انطلاقاً من وحدة العنونة التي تحدد عنواناً في الذاكرة لبداية البرنامج المطلوب تنفيذه في لحظة زمنية معينة ,و يظهر هذا العنوان على مساري العناوين التي هي أحد مكونات مساري المعلومات المرتبطة بالذاكرة التي تتضمن البرنامج المطلوب تنفيذه .

يجلب محتوى الذاكرة ( المؤشر عليه بالعنوان الظاهر على مساري العناوين ) عبر مساري المعطيات ( التي هي أيضاً مكونات مساري المعلومات ) إلى وحدة التعليمات .

يجري في وحدة التعليمات تفسير التعليمة الواصلة و تسليمها إلى وحدة التحكم و التوقيت الزمني ,التي تقوم بدورها بإصدار الأوامر المناسبة لتنفيذ التعليمة في وحدة الحساب و المنطق .

قد تتضمن التعليمة رمزها و عنوان موقع الذاكرة الذي يتضمن المتحولات او لمعطيات المطلوب معالجتها , فيجري لاحقاً جلبها من الذاكرة عبر مساري المعطيات ( تتضمن الذاكرة التعليمات و المعطيات ) .

بعد انتهاء تنفيذ العملية المطلوبة تنقل النتائج إلى المكان المذكور في نفس التعليمة أو التعليمة التي تليها , و هذا المكان ربما يكون أحد مواقع الذاكرة , أو تخزن مؤقتاً ضمن وحدة المعالجة المركزية في ذاكرة مؤقتة ( مجموعة سجلات ).

و هكذا تتكرر العملية على جميع تعليمات البرنامج , فتقوم وحدة العنونة بالانتقال التلقائي إلى العنوان من ثم بعد انتهاء تنفيذ التعليمة السابقة .

يرتبط عمل وحدة التحكم و التوقيت الزمني بالزمن ,و هي المسؤولة عن التسلسل الزمني لتنفيذ التعليمات ضمن وحدة المعالجة المركزية .

فهي تتلقى التعليمة مترجمة إلى أوامر تحكم , قابلة للتنفيذ فيها , فتقوم بدورها بضبط التسلسل الزمني للقراءة من الذاكرة و لتنفيذ عمليات الحساب .

و للتحكم أيضاً في وحدة العنونة لتعلمها بالانتقال إلى عنوان التعليمة التالية في البرنامج ,بعد انتهاء تنفيذ التعليمة الحالية , و تقوم وحدة التوقيت الزمني إضافةً إلى مهامها الداخلية بمهام خارجية .

فيمكنها أن تتلقى أوامر من الدارات الالكترونية المحيطة بوحدة المعالجة المركزية ,بحيث تقاطع عملها و توجهها من برنامج إلى آخر و غير ذلك من الأوامر الأخرى .

كما تصدر بدورها أوامر إلى التجهيزات المحيطة بوحدة المعالجة المركزية ,مثل الذاكرات و وحدات الدخل و الخرج و تشكل بعض إشارات الخرج عليها جزءاً من مساري نقل المعلومات .

تعمل وحدة التحكم بسرعات عالية جداً ,و قد يقتصر زمن تنفيذ التعليمة الواحدة في بعض المعالجات على زمن أقل ins ( واحد نانو ثانية و يساوي جزءاً من ألف مليون جزء من الثانية ).

تحوي وحدة العنونة على عداد يحدد رقم العنوان الحالي ,و يزداد العداد آلياً ليشير إلى العنوان التالي.

و يمكن أن يحدث القفز إلى عنوان آخر في الذاكرة . يتغير محتوى هذا العداد عن طريق مساري المعطيات المتصلة بتلك الوحدة و ذلك عند توفر التعليمة المناسبة .

تتضمن وحدة العنونة وحدة خاصة بإدارة عناوين الذاكرة مهمتها تنظيم و تسهيل التعامل مع الذاكرة الرئيسية في الحاسوب , يختلف عدد خطوط مساري العناوين من وحدة معالجة أو معالج إلى آخر .

فمثلاً هناك معالج بمسرى عناوين ذي 16 bits – 20 bits – 24 bits – 32 bits قادرة على التعامل مع قرابة مليار عنوان مختلف . &

**وحدة الحساب و المنطق**

& تقوم وحدة الحساب و المنطق بتنفيذ مجموعة من التعليمات الحسابية و المنطقية , و تتضمن هذه الوحدة مجموعة من السجلات المساعدة ( ذاكرة داخلية ) تساعدها في حفظ العناوين و النتائج المعالجة.

يوجد سجلين على مدخلي وحدة الحساب و المنطق ,يسمى أحدهما المراكم و الآخر السجل المساعد ,تخزن فيهما القيم الواجب إجراء العمليات عليها ضمن تلك الوحدة ,و نلاحظ أن خرج الوحدة يمكن أن يعود و يخزن في المراكم أو يوضع على مساري المعطيات , غالباً ما يحدد طول سجل المراكم تسمية وحدة المعالجة .

فمثلاً إذا كان طول المراكم 16 بت نقول أن وحدة المعالجة ذات 16 بت و تتوفر معالجات ب 8 بت – 16 بت – 32 بت -64بت .

كما يوجد سجل المؤشرات flags الذي توضع فيه مؤشرات تصف خرج وحدة الحساب و المنطق .

فمثلاً عند جمع قيمتين يوضع في أحد مواقع سجل المؤشرات قيمة تدل على كون الناتج صفراً ,و في موقع آخر للدلالة على إشارة الناتج أي كونه موجباً أو سالباً .

هناك مجموعة من التعليمات الخاصة بوحدة المعالجة المركزية ,تختلف عن أنواع أخرى من التعليمات و تتعلق بالتعامل المباشر مع أوامر المستخدم أو عمليات النظام و غيرها. &

**مجموعة تعليمات وحدة المعالجة المركزية **

& تتميز كل وحدة معالجة مركزية أو معالج بمجموعة من التعليمات ,التي يمكن أن تتكون من ثمانية واحدة بايت إلى ثلاث ثمانيات أو أكثر حسب نوع المعالج .

فالتعليمة هي سلسلة من الوحدات و الأصفار تسمى لغة الآلة .

تتضمن ثمانية خانات يمكنها تمثيل 256 خانات ثنائية يمكنها تمثيل 256 تعليمة مختلفة تقسم التعليمات التي يمكن أن تنفذها وحدة المعالجة المركزية إلى مجموعة ذات وظائف متشابهة أهمها:

• التعليمات الحسابية :

و هي مجموعة التعليمات التي تحقق عمليات الجمع و الطرح و الضرب و القسمة ,و زيادة القيمة المخزنة في سجل بمقدار واحد , إنقاص القيمة المخزنة في سجل ما بمقدار واحد.

• التعليمات المنطقية:

و هي مجموعة من التعليمات التي تحقق العمليات المنطقية AND, NOT ,OR ,XOR و المقارنة بين محتوى المراكم و سجل آخر .

يضاف إلى هذ العمليات عمليات إزاحة نحو اليمين لمحتويات سجل ما ,و الإزاحة نحو اليسار و تدوير محتوى السجل.

• تعليمات نقل المعطيات :

و هي مجموعة التعليمات التي تحقق عمليات نقل المعطيات من مواقع محددة في الذاكرة إلى السجلات ضمن وحدة المعالجة المركزية , كما تحقق النقل بين السجلات الداخلية في الوحدة .

يضاف إليها تعليمات إخراج المعطيات من الوحدة و إخراج المعطيات غير بوابات الدخل \الخرج المتصلة بالمعالج .

• تعليمات التفريع و القفز :

و هي مجموعة من التعليمات التي تغير من تتابع تنفيذ البرنامج مثل تعليمات القفز المشروطة بنتيجة عملية سابقة أو بقيمة معينة أو القفز غير المشروط .

كما تضم تعليمات طلب البرامج الجزئية و العودة من البرامج الجزئية إلى البرنامج الرئيسي , طبعاً لا يمكن كتابة البرنامج بلغة الآلة لصعوبة التعامل مع الوحدات و الأصفار .

لذا عرفت لغة برمجة تسمى لغة المجمع و تعطي رمزاً من ثلاثة أو أربعة أحرف لكل تعليمة ,و تكتب المعطيات بالشكل الست عشري . أمثلة:

&

** المعالجات الصغرية **

& المعالج الصغري هو وحدة معالجة مركزية مع توابعها ,متوضعة ضمن دارة الكترونية واحدة , يعتبر المعالج الصغري النواة المركزية للحاسوب الشخصي , فهو يتحكم في جميع مكونات النظام الحاسوبي ,و يوفر له إمكان تحقيق الوظائف الحسابية و المنطقية المختلفة .

يحصل المعالج على المعطيات بالرجوع إلى الذاكرات المتصلة به ,و وحدات الدخل و الخرج و يستجيب لإشارة التحكم الواردة من العناصر المحيطة بالمعالج , يوجد في