مقدمة في معمارية الحاسوب ITGS 223

مقدمة في معمارية الحاسوب (ITGS 223)

• مادة معمارية الحاسوب (Architecture Computer)، ITGS 223، خريف 2023-2022
• المحاضرون: الدكتور رمزي القانوني و الأستاذة ناجية بن سعود

مقدمة (Introduction)

• هذه المحاضرة الأولى من سلسلة محاضرات حول معمارية الحاسوب، ITGS 223
• تُعرف معمارية الحاسب بالصفات والخصائص المرئية للنظام بالنسبة للمبرمج، وهي الصفات المؤثرة بشكل مباشر في تنفيذ البرنامج المنطقي

معمارية و هيكلية الحاسوب (1)

• معمارية الحاسب هي صفاته وسماته المرئية للمبرمج
• تشمل مجموعة التعليمات (Instruction Set) وعد الخانات (Number of bits) المستخدمة لتمثيل البيانات (مثل الأرقام والحروف).
• تُشير أيضًا إلى آليات الإدخال/الإخراج و تقنيات معالجة الذاكرة.

معمارية و هيكلية الحاسوب (2)

• الهيكلية (Organization): تشير إلى الوحدات التنفيذية للحاسب ومُدخلاتها/مُخرجاتها، مُوضحًا تبادلها للبيانات في الحاسب.
• تشمل هذه الهيكلية التفاصيل المادية الغير مرئية للمبرمج (مثل إشارات التحكم والعلاقات بين الحاسب والأجهزة الطرفية و تقنيات الذاكرة المستخدمة)

معمارية و هيكلية الحاسوب (3)

• جميع إصدارات عائلة (Intel X86) تمتلك نفس المعمارية
• إصدارات (IBM system/370 family) تمتلك نفس المعمارية ولكنها تختلف في تنظيمها بين الإصدارات.

البنية والوظيفة (Structure & Function)

• البنية (Structure): تشير إلى مكونات الحاسب وطريقة اتصالها معًا.
• الوظيفة (Function): تشير إلى عمل كل مكون من مكونات الحاسب كجزء من النظام.

رؤية وظيفية للحاسب (Function View of the Computer)

• الحاسب لديه أربع وظائف رئيسية: -  معالجة البيانات (Data Processing) -  تخزين البيانات (Data Storage) -  نقل البيانات (Data Movement) -  التحكم (Control)

الشكل الوظيفي للحاسب (Functional View)

• تُظهر الرسم البياني علاقة الوظائف الأربع الرئيسية للحاسب الآلي (معالجة البيانات، تخزين البيانات، حركة البيانات، والتحكم)

العمليات (1) حركة البيانات (Data Movement)

• الحاسب يمكنه نقل البيانات من الأجهزة الطرفية أو خطوط الاتصالات.

العمليات (2) التخزين (Storage)

• يمكن للحاسب العمل كجهاز تخزين من خلال نقل البيانات من المحيط الخارجي إلى وحدة التخزين، أو العكس.

العمليات (3) معالجة البيانات من/إلى التخزين (Processing from/to Storage)

• معالجة البيانات سواء كانت في وحدة التخزين أو بينها وبين المحيط الخارجي.

العمليات (4) معالجة البيانات من التخزين إلى الإدخال/الإخراج (Processing from storage to I/O)

• الحاسب ياخذ البيانات من التخزين أو المسجلات، ويعالجها و يُخرجها أو يُعيد تخزينها في الذاكرة الرئيسية.

هيكل الحاسب (The Computer)

• يضم هيكل الحاسب وحدات التحكم، المعالجة، تخزين، إدخال/إخراج، خطوط الاتصال.

الهيكل - المستوى الأعلى (Structure – Top Level)

• مكونات الحاسوب (Peripherals)، وحدة المعالجة المركزية (CPU)
• الذاكرة الرئيسية (Main Memory)، اتصال النظام (Systems Interconnection)، مدخلات (Input) ومخرجات (Output)

الهيكل - وحدة المعالجة المركزية (Structure – The CPU)

• مكوناته: المسجلات (Registers)، وحدة الحساب والمنطق (ALU)، وحدة التحكم (Control Unit)، الاتصال الداخلي (Internal CPU Interconnection).

الهيكل - وحدة التحكم (Structure – The Control Unit)

• مكوناته: وحدة التحكم (Control Unit), تسلسل الأوامر (Sequencing Login), مسجلات وحدة التحكم (Control Unit Registers), مشفرات (Decoders), ذاكرة التحكم (Control Memory)

بنية نظام الحاسب (بصورة عامة)

• يعرض مخططاً يُوضح العلاقات بين مكونات الحاسوب الرئيسة، مثل الذاكرة، ناقل النظام، إدخال/إخراج، وحدة المعالجة المركزية، وحدة التحكم.

تصنيف مستويات الحاسوب (The Computer Level Hierarchy (1 ,2 ,3 ,4))

•   تصنيف لعمليات الحاسوب، من مستوى المستخدم إلى مستوى الدوائر الإلكترونية (Levels 6 to 0)
• مستويات البرمجة : مستويات لغات البرمجة (High-Level Languages)(مثل C++, Java, FORTRAN)
• مستويات أدوات البرمجة ،البرمجيات، ومكونات الحاسوب المادية.

تتناول هذه المحاضرة الأولى من دورات ITGS 223 خصائص معمارية الحاسوب وتأثيرها على البرمجة. تتضمن شرح مجموعة التعليمات وعدد الخانات المستخدمة في تمثيل البيانات. كما تناقش الهيكلية والعلاقات بين مكونات الحاسوب وأجهزة الإدخال والإخراج.