مكونات الحاسوب وفق معمارية نيوفومان.

وفي عام 1954، وضع عالم الرياضيات جون فون نيومان، بمساعدة مجموعة من معاونيه، القواعد الأساسية التي تستند إليها حتى يومنا هذا. لقد وضع القواعد الأساسية لعملية برمجة الأوامر، والتي تسمى بنية فون نيومان. حيث عرض فيه مكونات الحاسب الآلي، وجاءت على النحو التالي.

• وحدة المعالجة المركزية (CPU)
• مولد الطاقة
• الذاكرة الرئيسية (رام)
• شاشة
• التوصيل البيني للمكونات الجانبية (PCI)
• اللوحة الأم
• مشغل أقراص ليزرية
• الماوس
• القرص الصلب
• لوحة المفاتيح

ما هي وحدات البنية الحاسوبية حسب معمارية نيوفومان

في عام 1954، عمل عالم الرياضيات جون فون نيومان على تحديد بعض القواعد الأساسية، والتي لا تزال تستخدم في جميع أنواع أجهزة الكمبيوتر حتى يومنا هذا. وارتكز هذا الهيكل على 8 نقاط أساسية، وهي على النحو التالي.

• يتم تنظيم أجهزة الكمبيوتر كوحدات فردية، ولكل وحدة تها الخاصة لأداءها.
• تم العمل على تقسيم الذاكرة الداخلية للكمبيوتر إلى وحدات أولية، يتم ترميزها بمصطلح الخلايا، بحيث يتم تخصيص رمز خاص لكل خلية، ويسمى هذا الرمز أو الرمز بالعنوان.
• تخزن هذه الخلية وحدة أولية فقط من المعلومات.
• يقوم نظام الأرقام الثنائية بتشفير جميع الأوامر والبيانات والتعليمات الواردة بطريقة مناسبة للغة برمجة الكمبيوتر.
• يتم تخزين كافة الأوامر والبيانات التي يتم إدخالها إلى الكمبيوتر في “الذاكرة الداخلية” وهي الذاكرة المركزية.
• إن عملية ترقيم وتعيين عناوين خاصة لخلايا الذاكرة هي عملية تسلسلية، والتي تعمل على حفظ الأوامر المنفذة بشكل متتابع.
• إن أهم مرحلة في هيكلة أجهزة الكمبيوتر هي عملية تنفيذ الأمر، والتي تتم بشكل تسلسلي، بحيث يبدأ الأمر الثاني في التنفيذ بعد اكتمال الأول، وهكذا.
• من الممكن في بعض الحالات أن يتوقف ترتيب تنفيذ التعليمات المخزنة في الذاكرة، وذلك عن طريق بعض التدخلات المشروطة، أو حتى التدخلات غير المشروطة.

هذه البنية التي طورها عالم الرياضيات نيومان، سمحت له في عام 1946 بجعل الكمبيوتر قادرًا على تخزين وتنفيذ البرامج المختلفة. وكانت فكرته تسمى في ذلك الوقت (مبدأ تخزين البرنامج)، والذي تم تطبيقه في بريطانيا العظمى ابتداء من عام 1949، حيث تم اختراع جهاز يسمى “IDSAC”.

الأقسام الرئيسية لهندسة الكمبيوتر.

وفقاً للمعلومات المقدمة بخصوص هيكلية حاسوب نيوفومان، فقد تم تحديد مجموعة من الأقسام الرئيسية التي يرتكز عليها هيكل الحاسوب، وهذه الأقسام هي التالية.

• وحدة الحساب والمنطق (ALU)
• دائرة التحكم
• ذاكرة
• أجهزة الإدخال والإخراج ويشار إليها بالرمز (O/I)

ليتم ربط جميع هذه الأجزاء بمجموعة من الكابلات، والتي تعتبر “حافلات”، وفي حالة دعم الحزمة الواحدة لأكثر من مسار بيانات،

كيف تعمل وحدة الحساب والمنطق (ALU).

وحدة الحساب والمنطق هي قلب الحاسوب، وذلك لأنها تستطيع القيام بنوعين من العمليات الأساسية، وهذان النوعان هما عملية جمع وطرح رقمين من بعضهما البعض، وكذلك عمليات المقارنة. والتي سنتحدث عنها بشكل مبسط لاحقًا، لكن فيما يتعلق بآلية تشغيل الكمبيوتر فهي آلية واضحة تمامًا.

• في كل دورة زمنية يحصل الحاسوب على البيانات والأوامر، أو معظم الأوامر والبيانات من ذاكرته الخاصة، ثم ينفذ تلك الأوامر، ثم يخزن النتائج، ثم يعمل على الحصول على الأمر التالي، ويتم ذلك حتى يصل إلى الأمر بالتوقف.
• وبشكل عام فإن الأوامر التي تفسرها وحدة التحكم، والتي تعمل وحدة الحساب والمنطق على تنفيذها، تكون محدودة ومحددة بدقة، بحيث تكون عبارة عن مجموعة من العمليات البسيطة للغاية، والتي يتم تضمينها في كود الأوامر الذي يدخل إلى الوحدة .

عملية جمع وطرح عددين معًا.

قد تكون العمليات الحسابية محدودة للغاية في بعض التصميمات، فهذه الوحدة لا يمكنها سوى إجراء عمليات الجمع والطرح، ولا يمكنها إجراء عمليات القسمة أو الضرب مباشرة، ولكنها تعمل على تحويلها إلى اللغة التي تفهمها، وتحويلها إليها. عمليات الجمع والطرح، ويتم ذلك من خلال بعض البرامج، التي تعمل على بناء معالجات مختلفة لكل منهما

عملية المقارنة ضمن الوحدة الحسابية والمنطقية (ALU).

تتم عملية المقارنة من خلال عملية إدخال رقمين، فتقوم هذه الوحدة بالتحقق من درجة المساواة أو الاختلاف بين هذين الرقمين اللذين تم إدخالهما، وتعمل على تحديد أي من الرقمين له قيمة أكبر.

أنظمة الدخول والخروج.

تعمل هذه الأنظمة والتي تكون على شكل مكونات الإدخال والإخراج في الحاسوب والتي تنقسم إلى ما يلي

• مكونات الإدخال مشغل أقراص مضغوطة، لوحة مفاتيح وماوس
• مكونات الإخراج الشاشة ومكبرات الصوت والطابعة والماسح الضوئي.

تسمح هذه الأنظمة للكمبيوتر بتلقي المعلومات من العالم الخارجي وتحديد النتائج وإرسالها إلى العالم. من الممكن توصيل عدد كبير من الأجهزة، وهي وحدات إدخال وإخراج مختلفة، بالكمبيوتر.

نظام التحكم بالكمبيوتر

ويعمل نظام التحكم على دمج جميع هذه الأنظمة، بحيث يقرأ الأوامر والبيانات الموجودة في الذاكرة، أو التي يتم الوصول إليها من أجهزة الإدخال، ويعمل أيضاً على فك تشفير الأوامر، وتزويد وحدة الحساب والمنطق بالمدخلات التي تحتاجها بشكل صحيح وذلك حسب طبيعة الأوامر المدخلة واللغة التي تعمل بها الوحدة الحسابية والمنطقية.

• وتقوم وحدة الحساب والمنطق بتنفيذ تلك العمليات التي وصلت إليها من وحدة التحكم، وترسل النتائج المحققة إلى وحدة الذاكرة، أو مباشرة إلى وحدات الإخراج.
• تجدر الإشارة إلى أنه ابتداءً من الثمانينات تم دمج الوحدة الحسابية والوحدة المنطقية ووحدة التحكم في وحدة واحدة وهي وحدة المعالجة المركزية والتي يرمز لها بالرمز (CPU) فهم في شكل واحد وحدة متكاملة واحدة. دائرة تسمى “المعالج” أو “المعالج الدقيق”.

أنواع الأوامر التي تنفذها وحدة التحكم

إن الأوامر التي يجب على وحدة التحكم تفسيرها والتي يجب على وحدة الحساب والمنطق تنفيذها محدودة العدد، لذا فهي محددة بدقة مسبقاً، وجميع العمليات بشكل عام بسيطة جداً ويمكن تحديدها في أربعة أقسام فقط وهي ما يلي .

أكبر أجهزة الكمبيوتر العملاقة

تجدر الإشارة إلى أن هذه الأنواع من الأوامر السابقة تعمل على أجهزة بسيطة، إلا أن هناك بعض الأجهزة الخاصة، وهي من الأجهزة التي تم إعدادها للتعامل مع ملايين العمليات الحسابية بسرعة عالية، ومن بينها تتميز الخوادم عن الأنواع المذكورة أعلاه على نقطة ة، وهي أنها تعتمد على العديد من وحدات المعالجة المركزية، وليس على وحدة مركزية واحدة، حيث أن هذه الحواسيب في معظم الحالات لها بنية غير عادية للغاية، وتتعامل مع حزمة مختلفة من البيانات والأوامر.

الأسئلة المتداولة

ما هي وحدات الكمبيوتر التي تم تطويرها في بنية فون نيومان والتي تتعامل مع البيانات والتعليمات

الذاكرة الرئيسية هي التي تتعامل مع البيانات والتعليمات.

ما هما المكونان الرئيسيان للكمبيوتر حسب الهندسة

هناك نوعان من المكونات الرئيسية للكمبيوتر، وهي المكونات المادية والمكونات البرمجية الأخرى، والتي تعرف باسم (الأجهزة والبرمجيات).