14-كيف يعمل المعالج؟

كيف يعمل المعالج؟

يمارس المعالج أربع عمليات رئيسية وهي جلب البيانات وفك التشفير والتنفيذ وإعادة الكتابة ولفهم هذه العملية بشكل أوسع سنتطرق إلى عملية شرح لكيفية المعالجة

1-عملية جلب البيانات:

تتم هذه العملية من خلال جلب البيانات من الذاكرة حيث تأتي البيانات من الذاكرة نحو وحدة المعالجة المركزية فالبيانات تنتقل إلى الذاكرة ليتم عنونتها حتى لا تختلط الملايين من البيانات مع بعضها البعض وهذا أشبه بتسجيل أرشيف برقم خاص وعنونته في الديوان أو داخل دائرة السجلات حتى لا تضيع هذه السجلات في المكتبة يشرف على تنظيم هذه البيانات عداد الأوامر الذي يقوم بعملية إحصاء كمية البيانات المتدفقة نحو المعالج ثم يقوم المعالج بإرسال أمر لجلب التعليمة التالية ) تقوم دائرة التحكم في الذاكرة بتوجيه المعالج إلى العنوان المناسب تقوم دائرة التحكم في الذاكرة بتوجيه المعالج لتحميل البيانات ( Data ) المتعلقة بالتعليمة في الخطوة السابقة ، حيث يتم تحميلها وحفظها في أحد المسجلات بالنسبة للمسجلات سنقوم بشرح وافي لها فيما بعد حيث أن المسجلات التي تعمل وفق منصة 32بت تعمل على المنصة 64بت

2-عملية فك الشيفرة والتنفيذ:

 تقوم وحدة فك التشفير (Instruction Decoding) بتحليل التعليمة الموجودة في مسجل التعليمات، وتحويلها إلى خطوة واحدة أو عدة خطوات من العمليات التي تقوم بها وحدة الحساب والمنطق. تقوم وحدة الحساب والمنطق بتنفيذ العمليات الحسابية أو المنطقية على البيانات الموجودة في المسجلات بحسب ما تطلبه التعليمة المحملة قد يكون من نتائج تنفيذ التعليمة السابقة حفظ بعض البيانات في الذاكرة، أو إدارة جهاز خارجي متصل بالحاسب. بعد استكمال تنفيذ جميع العمليات المتعلقة بالتعليمة السابقة، تقوم الدائرة التي تتحكم في ذاكرة العمليات بتوجيه المعالج إلى العنوان التالي المحفوظ فيها التعليمة التالية، وتتكرر الخطوات السابقة إلى أن يستكمل تنفيذ كافة البرنامج.

3-عملية إعادة الكتابة:

وهي العملية التي يتم من خلالها إعطاء المستخدم نتائج المدخلات التي قام بطرحها على وحدة المعالجة المركزية ويتم تخزين النتيجة داخل الذاكرة ويتم أرشفتها من خلال عداد المعالج الذي يعطي هذه النتيجة رقم خاص به إي هي عملية لإعادة كتابة البيانات الخاصة بالمعطيات أو النتائج فوق البيانات التي قام المستخدم بإدخالها في الذاكرة وهي أخر مرحلة من مراحل عمل المعالج ولنفهم تفاصيل أكثر عما يحتويه المعالج من أجزاء قمنا بشرح مفصل وكامل بعد أن أتممنا شرح هذه الجزئية الهامة لذلك وجب التركيز على المعلومات التي في الأسفل فهي تمثل روح عمل المعالجات 

تعليمات المعالج:
تمارس وحدات المعالجة من جميع الأحجام ( المتوسطة – الصغيرة – العملاقة ) عملية نقل الشيفرات الثنائية عبر ممراتها في الطبقة الدنيا من مرحلة تنفيذ العمليات ويكمن فهم المعالج لهذه الشيفرات الثنائية من خلال الرقاقة الرئيسية والتي برمجت من قبل الشركة المصنعة على فهم هذه اللغة الثنائية وتسمى هذه الشيفرات بالتعليمات وتختلف هذه التعليمات من حيث كميتها والمعطيات التي تقدمها باختلاف نوع هذه الرقاقات أو المعالجات حيث تقوم الشركات بدمج هذه التعليمات بداخلها

معالجة شيفرة التعليمات:

عند عمل المعالج فإن شيفرة التعليمات يتم قراءتها من خلال الذاكرة التي يتم تخزين هذه التعليمات عليها كل تعليمة من هذه التعليمات تحتوي على بايت أو أكثر من المعلومات التي تأمر المعالج للقيام بتنفيذ وظيفة معينة

وكل تعليمة منها يتم تخزينه في الذاكرة وقراءته في نفس الوقت عند حاجة البيانات له وللعلم فإن البايتات الموجودة في الذاكرة والتي تحوي شيفرة التعليمات هي نفسها الموجودة في المعالج وتقوم مؤشرات خاصة بوظيفة مهمة وهي عملية جعل المعالج يحافظ على مسار البيانات عند اتجاهها نحو الذاكرة حيث تخزن شيفرة التعليمات وهذا ما يسمى بعملية الإشراف والتنظيم ويقوم به على وجه الخصوص مؤشر التعليمات ويقوم بتحديد الرمز التالي الذي سيتم معالجته فور انتقال الرمز الذي تم معالجته من الذاكرة

 

وبالطبع فهناك أوامر خاصة تقوم بنقل مؤشر التعليمات إلى موقع أخر كليا كعملية القفز إلى موقع محدد داخل البرنامج أما بالنسبة إلى مؤشر البيانات فهو يقوم بعملية الحفاظ على مسار المعالج في منطقة البيانات في بداية الذاكرة وتسمى هذه المنطقة بالمكدس ففي حالة وصول بيانات جديدة إلى الذاكرة فإن المؤشر يتجه نحو القسم السفلي من الذاكرة وفي حالة قراءة هذه البيانات فإنها تقوم بنقل المؤشر إلى الأعلى بعيدا عن المكدس

مقياس قاعدة الفهرسة (The Sib Byte )

وهي اختصار لثلاثة حقول من المعلومات والتي تمثل الكلمات الثلاثة

1-  المقياس Scale: يمثل هذا الحقل عامل المقياس لعملية المعالجة

2-  الفهرسة Index: أما هذا الحقل فيمثل مسجل الدليل وذلك من أجل الوصول إلى الذاكرة

3-  القاعدة Base: يحدد السجل المستخدم كقاعدة

كلاً من المجموعتين SIB والنمط RM يقومان بإنشاء قاعدة بيانات التي تعرف العديد من المجموعات المختلفة الاحتمالات في الذاكرة إضافة إلى السجلات الخاصة بصفحة مواصفات معالجات إنتل بنتيوم (Intel Pentium

شكل شيفرة التعليمات (Instruction Code Format):

المعمارية المستخدمة حالياً في جميع المعالجات الصغيرة الحجم تحوي كما قلنا سابقاً اطقم تعليمات 32 بت وهذا موجود في جميع معالجات الجيل الحالي من (Intel-AMD ) ومنها المعالجات الأحدث المتعددة الأنوية من انتل فهم هذه التعليمات له قيمة كبيرة في برمجة شيفرة خاصة بك وهي تتألف من أربع أجزاء هامة :

1-  بادئة الأوامر الاختيارية

2-  الرمز العامل حالياً

3-  عنصر البيانات الاختيارية

4-  المُعدل الاختياري (المحرر)

كل جزء يستخدم لتعريف كامل لتعليمة محددة يتم معالجتها من قبل رقاقة المعالجة سيتم شرح هذه الأجزاء لاحقاً في الأقسام القادمة

شيفرة العمليات:

هذا الجزء هو مهم وإجباري على عكس الأجزاء البقية كل أمر يجب أن يتضمن معرف خاص يحدد الوظيفة الأساسية أو المهمة اللتان سيقوم المعالج بها المبرمج يمكن أن يستخدم شيفرة تعليمات إضافية وذلك للحصول على معلومات من مسجلات المعالج لتقرير نوع وشكل المعالج الذي يقوم بتشغيل البرامج إن هذا الامر أشبه بعملية كتابة اسمك على ورقة الامتحان فهي التي تعرف المدرس على علامة هذا الطالب ويتم تسجيلها على دفتر علامات الطلاب عند المدرس فيما بعد

Instruction Prefix

1-  تحتوي البادئة من 1بايت إلى 4 بايت التي تقوم بتعديل سلوك شيفرة العمليات (opcode)

2-  تقسم إلى أربعة أجزاء مهمة مستندة إلى وظيفة البادئة

3-  فقط بادئة من كل مجموعة يمكن أن تستعمل مرة واحدة لتعديل شيفرة العمليات (opcode)

شاركه على جوجل بلس

عن حذيفة مهيار