معمارية وتنظيم الحاسوب

Computer Organization and Architecture

- أحمد عبدالقادر جحا1

مقدمةIntroduction

األهداف

يهدف هذا المقرر إلى:�ة•����ة هيكلي����ة (Structure )دراس��� ووظيف(Function).الحاسوب المناقش�ة العميق�ة ألساس�يات وقواع�د تنظيم •(Organization) ة����� (Architecture) ومعماري

الحاسوب.الحواسيب • تصميم مواضيع وبين بينها الربط

. وخواصها طبيعتها فهم لمحاولة الحديثة

- أحمد عبدالقادر جحا2

المرجع

William Stallings, “Computer Organization and Architecture Designing for Performance”, Eighth Edition, Prentice Hall, 2010.

- أحمد عبدالقادر جحا3

توزيع الدرجات

درجة20االمتحان النصفي األول• درجة20االمتحان النصفي الثاني• درجات10االختبارات والواجبات• درجة50االمتحان النهائي •

- أحمد عبدالقادر جحا4

والتنظيم (Architecture)المعمارية (Organization)

�وب ��ة الحاس� تهتم (Computer Architecture)معماري وال�تي (Software) مبرمجتعلق�ة ب�الالمالنظ�ام خ�واص ب

�ذ المنطقي ���ر على التنفي���أثير مباش���ا ت���ون له��يكللبرنامج, وتشتمل هذه الخواص على:

.(Instruction set)مجموعة التعليمات • عدد البت�ات المس�تخدمة لتمثي�ل األن�واع المختلف�ة من البيان�ات•

(e.g. numbers, characters)..(I/O mechanism)طرق اإلدخال واإلخراج •.(Memory addressing techniques)عنونة الذاكرة •

- أحمد عبدالقادر جحا5

�وب �� يهتم (Computer Organization)تنظيم الحاس�ة ���دات المادي���ة بالوح���ام المتعلق���واص النظ��بخ

(Hardware) ها� وكيفي�ة رب�ط ه�ذه الوح�دات م�ع بعضالمعمارية المواصفات يحقق بما وتشتمل, البعض

على : الخواص هذه.(Control signals)إشارات التحكم •المواجهة بين الحاسوب وملحقاته•

(Interfaces between the computer and peripherals). memory technology being)التقنية المستخدمة في الذاكرة •

used).

والتنظيم (Architecture)المعمارية (Organization)

- أحمد عبدالقادر جحا6

مثال:وج�ود تعليم�ة لتنفي�ذ عملي�ة الض�رب يتعل�ق بموض�وع

معمارية الحاسوب.وج�ود وس�يلة النج�از ه�ذه التعليم�ة يتعل�ق بموض�وع

تنظيم الحاسوب.

والتنظيم (Architecture)المعمارية (Organization)

- أحمد عبدالقادر جحا7

�بيع ���ون لل���يب يعرض���نعي الحواس���د من مص��العديإنتل فعائلة المعمارية, نفس لها )حواسيب Intel

x86) ة�تش�ترك في نفس المعماري�ة األساس�ية وعائل�ة (IBM System/370)أي بي أم � له�ا نفس المعماري

األساسية, وهذا ما يوفر التوافقية للنماذج الجديدة. �يب بين ���ف تنظيم الحواس���ة يختل���ة ثاني��من ناحياإلص�دارات المختلف�ة, وذل�ك بس�بب التط�ور المس�تمر

في التقنيات االلكترونية.

والتنظيم (Architecture)المعمارية (Organization)

- أحمد عبدالقادر جحا8

�وي على ماليين ���ة تحت���وب الحديث���ة الحاس��أنظمالمكون�ات االلكتروني�ة, وه�ذا م�ا جعله�ا تتب�ع الطبيع�ة

الهرمية لتسهيل طرق التعامل مع هذه المكونات.�رمي ��ام اله��ون من (hierarchical system)النظ� يتك

من األنظم�ة (levels) أو مس�تويات (layers)طبق�ات المترابط�ة فيم�ا بينه�ا, وك�ل (subsystems)الفرعي�ة

مس�توى من ه�ذه المس�تويات يحت�وي على مجموع�ة من المكون�ات االلكتروني�ة المرتبط�ة م�ع بعض�ها, وه�ذا م�ا يس�هل عملي�ة التعام�ل م�ع ه�ذه األنظم�ة, حيث يق�وم

المصمم بالتعامل مع مستوى معين في وقت معين.

(Function) وظيفة وال(Structure) تركيبال

- أحمد عبدالقادر جحا9

عند كل مستوى يركز المصمم على: وال�ذي يتمث�ل في طريق�ة رب�ط (Structure)ال�تركيب

المكونات مع بعضها البعض وال�تي تتمث�ل في المهم�ة ال�تي (Function)الوظيف�ة

تؤديها كل المكونات الموجودة داخل المستوى. �فل ��ة من أعلى إلى أس��ف األنظم��ا يتم وص�عادة م

(top-down) بدال من أسفل إلى أعلى (bottom-up).

(Function) وظيفة وال(Structure) تركيبال

- أحمد عبدالقادر جحا10

يق�وم الحاس�وب بتنفي�ذ أرب�ع وظ�ائف أساس�ية تتمث�ل في:

: على ال�رغم من (Data processing)معالج�ة البيان�ات وج�ود أن�واع عدي�دة من البيان�ات, إال أن معالجته�ا تتم

بطرق أساسية معدودة.: حيث يتم التخ�زين (Data storage)تخ�زين البيان�ات

�دى ��ل أو الم��دى الطوي��ات على الم��ؤقت للبيان�المالقصير.

: حيث تتم عملي�ات (Data movement)نق�ل البيان�ات اس�تقبال البيان�ات من أو إرس�ال البيان�ات إلى وح�دات

المتص�لة مباش�رة أو (Input/output)اإلدخ�ال واإلخ�راج عن بعد مع النظام.

�ائف (Control)التحكم ��: حيث يتم التحكم في الوظالس�ابقة بن�اء على تعليم�ات ال�برامج ال�تي يتعام�ل معه�ا

المستخدمون.

(Function) وظيفةال

- أحمد عبدالقادر جحا11

(Control)التحكم

�دة التحكم ��وم وح��ادر (control unit)تق��إدارة مص� ب�تجابة ��ة اس��ه الوظيفي��وب وتنظيم أداء أجزائ�الحاس

للتعليمات.

- أحمد عبدالقادر جحا12

�وم ��ات, حيث يق��ل البيان��أداة لنق��وب ك��ل الحاس�يعمبنق�ل البيان�ات فيم�ا بين الملحق�ات ووح�دات اإلدخ�ال

واإلخراج.

(Data Movement)نقل البيانات

- أحمد عبدالقادر جحا13

�ات ��ات من الملحق��ة جلب البيان��ذه العملي�يتم في ه, ويتم (read)ووح�دات اإلدخ�ال إلى وح�دات التخ�زين

إرس�ال البيان�ات من وح�دات التخ�زين إلى الملحق�ات .(write)ووحدات اإلخراج

(Data Storage)تخزين البيانات

- أحمد عبدالقادر جحا14

�دات ��ل وح��ات داخ��ة البيان��وب بمعالج��وم الحاس�يق�ات ��زين والملحق��دات التخ��ا بين وح��زين أو فيم�التخ

ووحدات اإلدخال واإلخراج.

(Data Processing)معالجة البيانات

- أحمد عبدالقادر جحا15

الش�كل الت�الي يوض�ح ابس�ط تمثي�ل لجه�از الحاس�وب, حيث يتفاع�ل جه�از الحاس�وب م�ع المحي�ط الخ�ارجي. في ه�ذا المق�رر, س�يتم الترك�يز على ال�تركيب ال�داخلي

لجهاز الحاسوب.

(Structure)التركيب

- أحمد عبدالقادر جحا16

يش�تمل ال�تركيب ال�داخلي لجه�از الحاس�وب على أرب�ع مكونات تركيبية رئيسة:

: تتحكم في عم�ل جه�از (CPU)وح�دة المعالج�ة المركزي�ة •الحاس�وب وتق�وم ب�أداء وظيف�ة معالج�ة البيان�ات ويطل�ق عليه�ا

.(Processor)المعالج �ية •��ذاكرة الرئيس��زين (Main Memory)ال��ا تخ�: يتم فيه

البيانات.�راج •��ال واإلخ��دات اإلدخ��ات بين (I/O)وح��ل البيان�: تنق

الحاسوب والمحيط الخارجي.: آلي�ة االتص�ال بين (System interconnection)تراب�ط النظ�ام •

كل من المعالج, الذاكرة, ووحدات اإلدخال واإلخراج.

(Structural Components)المكونات التركيبية

- أحمد عبدالقادر جحا17

Computer

Main Memory

Input

Output

Systems

Interconnection

Peripherals

Communication

lines

Central

Processing Unit

Computer

Structural)المكونات التركيبية Components)

- أحمد عبدالقادر جحا18

�ات ��ة من المكون��ة المركزي��دة المعالج��ون وح�تتكالتركيبية التالية:

: تتحكم في عم�ل المع�الج (Control Unit)وح�دة التحكم •�از ��ا جه��تي يؤديه��ات ال��ا تتحكم في العملي��ا يجعله�مم

الحاسوب.: (Arithmetic Logic Unit)وح�دة الحس�اب والمنط�ق •

�ات ��مل العملي��ات, وتش��ة البيان��ة معالج��ؤدي وظيف�تالحسابية والمنطقية.

�جالت •��ة (Registers)المس��زين داخلي��يلة تخ��ل وس�: تمثللمعالج.

: آلي�ة االتص�ال (CPU interconnection)تراب�ط المع�الج •بين ك�ل من وح�دة التحكم, وح�دة الحس�اب والمنط�ق,

والمسجالت.

Central Processing)وحدة المعالجة المركزية Unit)

- أحمد عبدالقادر جحا19

Computer Arithmetic

and Login Unit

Control

Unit

Internal CPU

Interconnection

Registers

CPU

I/O

Memory

System

Bus

CPU

Central)وحدة المعالجة المركزية Processing Unit)

- أحمد عبدالقادر جحا20

�ذ ��تخدمة في تنفي��رق المس��د من الط��اك العدي�هن�دقيق ��برمج ال��ة الم��بر طريق��دة التحكم, وتعت�وح

(Microprogrammed) رق, وفي����ذه الط�� من أهم ه Microprogrammed)هذه الحالة تقوم وحدة التحكم

control unit) ة�����ات الدقيق����ذ التعليم��� بتنفي(Microinstructions) دة����ة وح���ؤدي وظيف���تي ت�� ال

التحكم.

(Control Unit)وحدة التحكم

- أحمد عبدالقادر جحا21

CPU

Control

Memory

Control Unit Registers and

Decoders

Sequencing

LoginControl

Unit

ALU

Registers

Internal

Bus

Control Unit

(Control Unit)وحدة التحكم

- أحمد عبدالقادر جحا22

لكي تك�ون محترف�ا في مج�ال الحاس�وب يجب أن •ال تتعام�ل م�ع جه�از الحاس�وب كص�ندوق أس�ود ينف�ذ

البرامج عن طريق السحر.�وب •���ة الحاس���ة إلى فهم معماري���اج الطلب��يحت

ليتمكنوا من إنشاء برامج ذات فعالية أكبر.

الغرض من دراسة معمارية وتنظيم الحاسوب.

- أحمد عبدالقادر جحا23