مكونات معمارية الحاسوب والفرق بينها وبين تنظيم الحاسوب

المقصود بمعمارية الحاسوب

• تتعلق معمارية الحاسوب بدراسة التفاعل بين عدة مكونات مادية وبرمجية تتفاعل مع بعضها البعض لتشكل نظام الحاسوب.
• تصميم الحاسوب هو مجال هندسي يتعلق بتصميم جميع أجهزة الحاسوب، ويشمل تحليل الهيكل الداخلي والخارجي للحاسوب، بالإضافة إلى وصف كيفية إدخال وإخراج البيانات من الحاسوب وكيفية معالجتها، وقام جون فون نيومان بالتميز في تصميم الحواسيب.
• تعد مادة معمارية الحاسوب من المواد التي يتم تدريسها في كليات الهندسة قسم الحاسب الآلي، وتشمل دراسة كيفية بناء آلية الحاسوب ورسمها على الورق لفهم كيفية نقل البيانات ورؤيتها، ويتم تدريس هذه المادة أيضًا في أي كلية متعلقة بدراسة الحاسوب .
• تعتبر عمارة الحاسوب وظيفة مهمة للغاية حيث يتم فيها دراسة البيانات والتحكم بها وفقاً للأوامر المأخوذة .
• تعتبر عمارة الحاسوب منهجية دراسة نظام الحاسب الآلي وتفاعله مع البرامج والمعدات المختلفة، وتهدف إلى تنظيم العمليات التي يتم تنفيذها داخل الحاسوب.
• عند التعامل مع حاسوب، نجد قائمة تحتوي على مجموعة من وحدات الوظيفة مثل الذاكرة والمعالج وبوابات الإدخال والإخراج وشبكات التبديل. وتتمثل مهمة معمارية الحاسوب في تسهيل تبادل المعلومات بين الذاكرة والمعالج وربطهما بشكل أساسي .
• يعد تصميم الحاسوب هو الآلية التي تنظم وحدات الحاسوب المختلفة بحيث يتم تحديد كيفية نقل البيانات والمعلومات بين هذه الوحدات واستخدامها كوحدة معالجة مركزية، إضافة إلى الذاكرة وبوابات الإدخال والإخراج .

 أقسام معمارية الحاسوب

  وتنقسم معمارية الحاسوب إلى ثلاثة أقسام:

• تصميم النظام يشير إلى جميع المعدات المادية الموجودة في الحاسوب، وتشمل أيضًا معالجات البيانات، ولكنها لا تشمل وحدة المعالجة المركزية مثل وحدة معالجة الرسومات وطرق البيانات ووحدات التحكم بالذاكرة والمعالجة التعددية والوصول المباشر إلى الذاكرة.
• معمارية التعليمات هي لغة برمجة متواجدة داخل وحدة المعالجة المركزية CPU، وتستخدم لتحديد إمكانيات ووظائف البرمجيات التي يمكن معالجتها، بما في ذلك صياغة البيانات وأنماط عنوان الذاكرة، وتتضمن أيضا التعليمات التي يستخدمها المبرمج.
•  معمارية الحاسوب المصغرة:  يشتهر هذا القسم بمصطلح آخر وهو تنظيم الحاسوب، ويتم العمل في هذا القسم على طرق البيانات، وعناصر التخزين، ومعالجة البيانات، بالإضافة إلى كيفية تطبيقها في ISA.

مكونات معمارية الحاسوب

توجد عدة مكونات أساسية لمعمارية الحاسب الآلي:-

• أولا : بوابة الدخول والخروج.
• ثانيا: الذاكرة .
• ثالثا: وحدة المعالجة المركزية.

وتشمل جميع تلك المكونات ناقلة التحكم وناقلة البيانات وناقلة العناوين، حيث يكون الهدف الأساسي لمعمارية الحاسوب تصميم آلية لتبادل المعلومات والبيانات بين تلك المكونات من أجل تحقيق الهدف المطلوب.

مكونات معمارية الحاسوب والفرق بينها وبين تنظيم الحاسوب

• مفهوم الهندسة المعمارية للحاسوب (أو بناء الحاسوب) يستخدم للإشارة إلى المعرفة التي تم تدريسها من خلال ربط المكونات البرمجية التي تشكل نظام التشغيل مع المكونات المادية الفعلية للحاسوب.
• يعرف العالم جين امدال معمارية الحاسوب على أنها “خصائص الحاسوب”، ويشير إلى أنها تظهر في لغة التجميع المبرمجة والنماذج الوظيفية (البرمجية) والمفاهيم.
• يتم تأسيس مفهوم معمارية الحاسوب على تصميم مجموعة من التعليمات التي توجه للشبكات المحلية LAN، وتم الاعتماد سابقا على تصميم وحدة المعالجة المركزية والترتيب الهرمي لوحدة الذاكرة والعمليات المتوازية، ونظام الإدخال والإخراج.
• يتعلق هذا الرقم (6550) بتنظيم الحاسوب، حيث تساعد منظمة الحاسب في تحسين أداء المنتجات التي تعتمد على الأداء، وعندما يرغب الشخص في معرفة قدرة المعالجة، فإنه قد يحتاج إلى تحسين البرمجيات للحصول على الأداء الأفضل.
• تساعد منظمة الحاسوب في التخطيط لاختيار المعالج وتنفيذ مشاريع الوسائط المتعددة، وقد تحتاج إلى الوصول السريع إلى البيانات لأن البرنامج الإشرافي يحتاج إلى مقاطعات سريعة.
• تشير معمارية الحاسوب إلى النمط المعماري والوظيفي لمتطلبات وتطبيقات أجزاء الحاسوب، حيث يركز على الأسلوب الأساسي لإكمال وحدة المعالجة المركزية.
• تعني تنظيم الحاسوب تصنيف وتصميم الحاسوب من خلال الخطوات العملية ودوائر السيطرة الإلكترونية ودوائر التوقيت والبنية المنطقية للحاسوب وتصميم وحدات الحساب والمنطق الإلكترونية، وإدخال المترجمات واللغات من خلال طرق الاتصال المنظم بين وحدات الحاسوب.
• تنظيم الحاسوب يشير إلى صورة عميقة للهيكل الوظيفي والترابط المنطقي بين الأجهزة الوظيفية المختلفة.
• يتعامل تنظيم الحاسوب على أساس تصميم معماري الحاسوب، حيث توجد مشاكل في التصميم ذات المستوى المنخفض.
• : الاختلاف بين معمارية الحاسوب وتنظيم الحاسوب يتمثل في أن تنظيم الحاسوب يتعامل مع دراسة سلوك وهيكل النظام الحاسوبي لبناء نظام حاسوبي مختلف، حيث يتم تقسيم وظائف النظام إلى عدة وحدات في البرامج والأجهزة لإنشاء واجهة بينها يسمى بمعمارية الحاسوب.
• المعمارية في المفهوم الشامل تجمع بين التصميم والتنظيم، وهناك ثلاثة معايير أساسية لمعمارية الحاسوب وهي الأداء، التكلفة، حجم البرامج والبيانات، استهلاك الطاقة، الحجم، والثقل. يتم مراعاة كل هذه المعايير.
• تتضمن معمارية الحاسوب بناء أنظمة مختلفة من خلال استخدام العناصر المختلفة لتشكيل البرامج والعناصر وجمعها وتشغيلها بأعلى كفاءة.
• تتعلق المعمارية ليس فقط بتنظيم وتصميم الحواسيب، بل تتعلق أيضًا بالبرامج والتطبيقات ونظم التشغيل، وذلك لضمان تشغيلها بجودة عالية دون حدوث أي مشاكل.
• يتساءل الكثيرون عن ماهية تصميم نيومان، حيث يعتمد على هيكل حاسوبه.

ما هي جوانب معمارية الحاسوب

تشمل معمارية الحاسوب العديد من الجوانب المهمة للمستخدم والمبرمج، وتهدف إلى تسهيل عملية التواصل مع مكونات الحاسوب المادية، ومن بين هذه الجوانب الأهم:

• أولا: يتعين علينا إنشاء مجموعة من التعليمات التي يمكن اعتبارها وجهة نظر المبرمج للجهاز، حيث لا يمكن للحاسوب الآلي فهم لغات البرمجة ذات المستوى العالي، لذا تم تحويلها إلى تعليمات مكتوبة بلغة الآلة.
• ثانيا: تنظيم الحاسوب هو مجموعة من المعلومات التي تساعد المبرمج في تحديد الذاكرة وترتيب البيانات بشكل يجعلها تعمل بشكل أسرع .
• ثالثا: التطبيق: هو عملية تصميم وتنفيذ يتم تنفيذها من خلال تحديد التصميم ونوع المعالج المستخدم.

العالم الذي قام بإنشاء معمارية الحاسوب

حيث تعتبر معمارية الحاسوب من أهم الإختراعات التي أنشئت للقيام بعمل ربط بين المكونات المادية مع البرمجة بالإضافة أنها ساعدت على عدة إكتشافات جديدة في الحاسب الآلي ولا يستطيع المستخدم إستخدام الحاسب من غير إستعمال تلك الإكتشافات والذي قام بإنشاء معمارية الحاسوب هو العالم Von Neumann.

ما هو نموذج Von Neumann في معمارية الحاسوب

صمم العالم جون فون نيومان العديد من القواعد والمبادئ لاستخدامها في تصميم الحاسوب، حيث يقوم الحاسوب بمعالجة البيانات بشكل تلقائي، ووضع فون نيومان نموذجا لهندسة الحاسوب، ويستخدم هذا النموذج حتى الآن

• وحدة المعالجة المركزية هي المسؤولة عن تنفيذ التعليمات الخاصة ببرامج الحاسوب، وتشمل وحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكم والعديد من المسجلات.
• وحدة الذاكرة الأساسية.
• النواقل.
• أجهزة الإدخال والإخراج.

قواعد Von Neumann  في عمارة الحاسوب

• ينبغي تخزين جميع المعلومات على الذاكرة الرئيسية.
• تنفيذ التعليمات بشكل سهل ومنظم.
• يتضمن وضع هيكلة للحاسوب وحدة المعالجة المركزية ووحدة التحكم.