شائع حول مبدأ العمل المعقد للمعالج. كيف يعمل المعالج الدقيق. ما ينتظر المعالجات "العادية"

يعد المعالج أحد أهم عناصر الكمبيوتر ، وهو المسؤول عن سرعة الكمبيوتر. أدى التقدم التكنولوجي الذي حدث على مر السنين إلى حقيقة أنه كان من الممكن ربط مليارات الترانزستورات في كل واحد ، مما ينتج صورة على الشاشة.

إمكانيات أجهزة الكمبيوتر كبيرة جدًا. ومع ذلك ، لا يهم لأي أغراض سيتم استخدام الكمبيوتر ، كل هذا هو نتيجة المعالج. يقوم المعالج بتجميع الأوامر من المستخدم والبرامج ومعالجتها وإرسالها إلى عناصر الكمبيوتر الضرورية. يمكن أن يسمى المعالج دماغ الكمبيوتر. إنه مركز تحكم يعالج الأرقام باستمرار لإكمال المهام.

عناصر

يحتوي المعالج الحديث على عدة أنواع من الأجهزة. أجهزة التشغيل مخصصة لإجراء العمليات الحسابية. الضوابط مطلوبة حتى تتعرف معدات التنفيذ بشكل صحيح على الأوامر ومعلومات العمليات.

تم تصميم السجلات لتخزين المجاميع الفرعية. تستخدم جميع التعليمات تقريبًا معلومات التسجيل. ينفذ ناقل المعلومات وظائف الجمع بين وحدة المعالجة المركزية وبقية أجهزة الكمبيوتر. إنه الناقل الذي ينقل الملفات إلى المعالج المركزي ويعرض نتائج العمليات الحسابية.

ذاكرة التخزين المؤقت للمعالج مطلوبة للانتقال السريع لوحدة المعالجة المركزية إلى الأوامر والملفات المستخدمة بشكل متكرر. هذه ذاكرة عالية السرعة موجودة في بلورة المعالج المركزي. أيضًا ، تحتوي وحدة المعالجة المركزية على وحدات نمطية إضافية مطلوبة للحسابات الخاصة.

تكرار

سرعة الكمبيوتر مرتبطة مباشرة بتردد المعالج المركزي ،
والتي تقاس بالميغاهرتز. يتم إنشاء نبضات وحدة المعالجة المركزية والحافلات بواسطة مولد ساعة ، والذي يعتمد على مرنان كوارتز موجود على اللوحة الأم. العنصر الرئيسي للرنان هو بلورة كوارتز مدمجة في إطار من الصفيح.

تحت الجهد ، تظهر التذبذبات الكهربائية في البلورة. يختلف تواترها باختلاف شكل وحجم البلورة. ثم يتم تمرير الإشارة إلى المولد ، حيث يتم تحويلها إلى نبضات مرتبة بتردد واحد أو أكثر ، إذا كانت الإطارات ذات ترددات مختلفة.

تم تصميم تردد الساعة لمزامنة جميع عناصر الكمبيوتر. هذا يعني أن جهاز الإرسال يجب أن يعمل بالتزامن مع جهاز الاستقبال. يمكن تحقيق ذلك عندما تعمل جميع المعدات على إشارة واحدة ، والتي تربط جميع العناصر وتتيح لك الحصول على وحدة واحدة.

أصغر وحدة زمنية لوحدة المعالجة المركزية هي علامة. أي إجراء يتطلب دورة واحدة على الأقل. يتم تنفيذ تبادل المعلومات مع ذاكرة الوصول العشوائي في عدة دورات ، والتي تشمل دورات الخمول.

تحتاج الفرق المختلفة إلى عدد الساعات الخاص بها ، لذا فإن مقارنة أجهزة الكمبيوتر فقط بالتردد ليس هو الحل الصحيح تمامًا. مع المعلمات المتساوية ، من الممكن مقارنة أجهزة الكمبيوتر حسب التردد. لكن يجب أن يتم ذلك بعناية شديدة ، حيث يمكن أن تؤثر العوامل المختلفة على ذلك. نتيجة لذلك ، قد يتضح أن جهاز الكمبيوتر ذي التردد المنخفض سيعمل بشكل أسرع من جهاز الكمبيوتر ذي التردد العالي.

ما الذي يحدد أيضًا إنتاجية وحدة المعالجة المركزية

في معظم الحالات ، يتم تحديد ذلك من خلال شاهد المكونات التي تتم معالجتها على الفور. يشتمل المعالج على ثلاثة عناصر رئيسية ، المؤشر الرئيسي لها هو عمق البت. هذه هي ناقل تبادل المعلومات والسجلات المضمنة وناقل عنوان الذاكرة.

كم يمكنك رفع التردد؟

يمكن زيادة سرعة وحدة المعالجة المركزية بسهولة عن طريق زيادة التردد. ومع ذلك ، لا تنس أن الشريحة يمكن أن ترتفع درجة حرارتها. مع زيادة التردد ، يزداد استهلاك الطاقة للمعالج وتسخينه. بالإضافة إلى ذلك ، قد تؤدي زيادة التردد إلى زيادة درجة التداخل الكهرومغناطيسي. بمعنى آخر ، لا تعمل زيادة التردد لزيادة إنتاجية وحدة المعالجة المركزية.

مركبة البيانات

هذه اتصالات مصممة لتبادل المعلومات. يؤثر عدد الإشارات التي تصل مرة واحدة على الحافلة على كمية البيانات التي يمكن أن تتحرك على طولها في وقت معين. من أجل فهم أفضل ، يمكن أن تكون شدة الإطار مساوية لطريق سريع به ممرات. أكثر منهم زيادة الإنتاجية.

عرض بت الحافلة

كما ذكر أعلاه ، يمكن تمثيل هذه المعلمة كطريق سريع. إذا كان هناك حارة واحدة فقط ، فسيكون معدل النقل ضعيفًا. لزيادة الإنتاجية ، تحتاج إلى إضافة النطاق الترددي في كلا الاتجاهين. يمكن تمثيل الحافلة ذات 16 بت كطريق سريع من مسارين ، حيث يمكن للحافلة أن تمر ببايتَين من البيانات في فترة زمنية معينة.

عنوان الحافلة

هذا العنصر عبارة عن مجموعة من الاتصالات التي يتم من خلالها نقل عنوان قسم الذاكرة ، حيث يتم إدخال المعلومات وقراءتها. وفقًا لمبدأ ناقل المعلومات ، هنا يمر جزء واحد من العنوان عبر كل اتصال ، والذي يتوافق مع رقم واحد. تؤدي زيادة التوصيلات إلى إتاحة المزيد من أقسام الذاكرة للمعالج.

يمكن اعتبار ناقل العنوان كنظام ترقيم للمباني. يتوافق عدد الممرات في الحافلة مع عدد الأرقام في رقم المبنى. إذا لم يُسمح بأكثر من رقمين في عدد المباني ، فلن يزيد عدد المباني عن مائة. إذا أدخلت رقمًا واحدًا في الرقم ، فسيزيد عدد العناوين إلى 103. يستخدم الكمبيوتر نظامًا ثنائيًا للحساب ، وبالتالي فإن عدد خلايا الذاكرة هو 2.

العنوان وناقل المعلومات مستقلان عن بعضهما البعض ، لذلك قام المطورون بتعيين عمق البت لهم كما يحلو لهم. يعد هذا المؤشر من أهم المؤشرات. اتضح أن عدد البتات في ناقل البيانات يحدد مقدار البيانات التي يمكن أن تعالجها وحدة المعالجة المركزية في دورة ساعة واحدة ، وأن اختبار ناقل العنوان هو مقدار الذاكرة التي يمكنها معالجتها.

سجلات مدمجة

مقدار البيانات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها في فترة زمنية معينة هو مقدار السجلات المضمنة. هذه ذاكرة RAM سريعة جدًا للمعالج ، والتي يمكن استخدامها لحفظ المعلومات والإجماليات الفرعية لحسابات الخطأ. على سبيل المثال ، ستتمكن وحدة المعالجة المركزية من إضافة رقمين من مسجلين ، ونقل الإجابة إلى السجل الثالث.

لماذا يسخن المعالج

تحتوي كل وحدة معالجة مركزية على الكثير من الترانزستورات الصغيرة. يؤثر عددهم على تردد الساعة واستهلاك الطاقة. معالجات الكمبيوتر المحمول تستهلك القليل من الطاقة. معالجات الكمبيوتر قادرة على استهلاك ترتيب أعلى من حيث الحجم. نتيجة لذلك ، يتم توليد كمية كبيرة من الحرارة ، والتي يجب إزالتها من وحدة المعالجة المركزية. للقيام بذلك ، تحتاج إلى استخدام نظام تبريد خاص.

هناك عدة طرق لتقليل استهلاك الطاقة. قد يتم إيقاف تشغيل بعض الوحدات النمطية ، وينخفض ​​التردد والجهد عندما يقل الحمل على المعالج. يمكنك أيضًا تقليص مكونات المعالج. لكن العناصر الرقيقة لها عيب كبير - فهي تظهر تسربات وشاحنات. هذا يولد حرارة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك استخدام المواد الحديثة. هناك أيضًا معالجات تعمل بجهد منخفض. في هذه الحالة ، يعتمد التغيير في الطاقة بشكل مباشر على الجهد. عندما يتم تقليل الجهد بنسبة 10٪ ، يتم تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 20٪.

كيف يمكن زيادة أداء المعالج؟

لزيادة سرعة الحوسبة ، يمكن تطبيق العديد من التقنيات. من الضروري تسريع الوصول إلى ذاكرة الوصول العشوائي والذاكرة. إذا استقبلت وحدة المعالجة المركزية المعلومات والأوامر بسرعة من الذاكرة ، فسيتم قضاء وقت أقل في وضع الخمول. اتضح أن الحافلة عالية السرعة ترفع من سرعة الكمبيوتر.

من الضروري أيضًا أن يكون لديك ذاكرة تخزين مؤقت عالية السرعة. تقوم المعالجات بتخزين نتائج حساباتها في ذاكرتها. تردد ذاكرة التخزين المؤقت يساوي تردد وحدة المعالجة المركزية ، لذا فهي تعمل بشكل أسرع من ذاكرة الوصول العشوائي.

بالنسبة للجزء الأكبر ، تحتوي وحدات المعالجة المركزية (CPU) على ثلاثة مستويات من ذاكرة التخزين المؤقت. المستوى L1 هو الأسرع ولكنه الأصغر في الحجم. تعد مستويات L2 و L3 أكبر بكثير ، ولكنها في نفس الوقت تعمل بسرعة أقل بكثير ، لكنها لا تزال تعمل بشكل أسرع من ذاكرة الوصول العشوائي. يتم نقل المعلومات والأوامر بسرعة من ذاكرة التخزين المؤقت ، مما يزيد الحمل على المعالج إلى أقصى حد ، ولا داعي للوقوف في وضع الخمول في انتظار البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي.

إذا لم يكن لدى المعالج ما يكفي من ذاكرة التخزين المؤقت ، فإنه يعمل مع ذاكرة الوصول العشوائي أو محرك الأقراص الثابتة ، مما يقلل بشكل كبير من إنتاجية الكمبيوتر. اتضح أن حجم الذاكرة الكبير هو معلمة مهمة للغاية.

معالجة الناقل. لزيادة سرعة تنفيذ التعليمات ، تقوم المعالجات بإنشاء خطوط أنابيب فيها ، حيث يتم تنفيذ التنفيذ المطلوب للتعليمات في عناصر مختلفة من المعالج. ميزة هذه الطريقة هي أنه مع خط الأنابيب ، لا ينفذ المعالج تعليمات واحدة في فترة زمنية محددة ، ولكن عدة تعليمات - بقدر ما يتم حساب خط الأنابيب.

يؤثر طول خط الأنابيب على حجم تردد الساعة. لكن خط الأنابيب الطويل ليس دائمًا ميزة ، لأنه في حالة حدوث خطأ في الجلب المسبق أو حدوث بعض المواقف أثناء معالجة الكود ، سيتعين على المعالج مسح جميع البيانات من خط الأنابيب وتحميله مرة أخرى ، مما يزيد من وقت التشغيل.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الجلب المسبق للأوامر والمعلومات. في هذه الحالة ، عند تنفيذ أي تعليمات ، يحاول المعالج التنبؤ بالإرشادات التالية. يسمح هذا لخط الأنابيب بالتحميل بشكل أسرع لأنه لا توجد حاجة لانتظار تنفيذ الأوامر السابقة. إذا تبين أن الأوامر المحددة خاطئة ، فيجب البحث عن الأوامر والمعلومات الضرورية مرة أخرى ، بينما يتم مسح خط الأنابيب بالكامل وتحميله مرة أخرى.

الحوسبة المتوازية. قد تحتوي أجهزة الكمبيوتر الحديثة على أنوية متعددة ، والتي يمكن أن تحاكي معالجات متعددة في نظام التشغيل. إذا كان تطبيق الكمبيوتر قادرًا على دعم الحوسبة المتوازية ، فيمكن تنفيذها على الفور. لكن المعالجات متعددة النواة لها عيب معين - استهلاك كبير للطاقة ، مما يؤدي إلى تسخين سريع وقوي ، وهذا يتطلب نظام تبريد جيد.

تعد خوارزميات العمل مع محتوى الوسائط المتعددة مهمة أيضًا. في معظم الحالات ، تعمل هذه الخوارزميات على مبدأ SIMD. المعالجات التي تستخدم هذه التقنية قادرة على معالجة المعلومات بسرعة والتي يجب تنفيذها بشكل متكرر بواسطة نفس الأوامر. يتضمن ذلك تشغيل الفيديو ومعالجة الرسومات.

كيف تعمل على أي حال؟

يجدر النظر في كيفية عمل المعالج. فيما يلي وصف لهذه العملية ، ولكن سيتم تبسيطها ، حيث سيتم الإشارة فقط إلى وظائف العناصر الكبيرة بدون ميزات تقنية.

يبدأ المعالج في العمل من استلام الأمر. تحاول كتلة الجلب ، التي لديها فكرة عن موقع التعليمات ، العثور عليها في ذاكرة التخزين المؤقت للمستوى الأول. إذا كان مفقودًا ، فإنه ينتقل إلى ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني ، والتي تكون أكبر حجمًا من الأولى. إذا كان مفقودًا هنا ، فإنه ينتقل إلى المستوى الثالث من ذاكرة التخزين المؤقت. إذا لم يكن الأمر موجودًا فيه أيضًا ، فإن وحدة المعالجة المركزية تقوم بتحميله من ذاكرة الوصول العشوائي عبر الناقل ، مع وضعه في جميع ذاكرته المؤقتة. وفقًا لنفس المبدأ ، يتم تحميل المعلومات المطلوبة لتنفيذ الأمر.

ثم ينتقل الفريق بمساعدة قسم أخذ العينات إلى القرم. هذه العقدة مطلوبة لتقسيم التعليمات الكبيرة إلى عدد أكبر من التعليمات الأصغر ، بينما سيتم تنفيذ كل عملية في الأجهزة القابلة للتنفيذ في دورة واحدة. ينقل جهاز فك التشفير الترتيب النهائي للإجراءات الصغيرة إلى ذاكرة الأوامر التي تم فك تشفيرها.

بعد ذلك ، تحتاج كتلة الجلب إلى تعليمات أخرى. لفهم مكان الحصول على أمر آخر ومعلومات عنه ، يتم استخدام كتلة الجلب المسبق. بعد تحليل ترتيب الإجراءات ، يمكنه تحديد الأمر التالي.

ثم يختار المجدول عدة عمليات من ذاكرة التعليمات التي تم فك تشفيرها ويكتشف ترتيبها. إذا كانت حسابات بعض التعليمات لا تؤثر على نتائج البعض الآخر ، فيمكن إجراؤها على أدوات تنفيذ متوازية. هناك عدد غير قليل من الوحدات المماثلة في قلب وحدة المعالجة المركزية.

في هذه المرحلة ، يمكن تحديد خطأ الجلب المسبق. فمثلا،
الإجراء الذي تم تنفيذه هو تعليمات فرع شرطية ، ثم كتلة الجلب المسبق ، دون القدرة على معرفة قيمة السجل في عملية تنفيذ التعليمات ، تفترض خطأً أن الفرع قد تم تنفيذه وتعطي كتلة الجلب العنوان الخاطئ لـ تعليمات أخرى.

يحدث موقف مماثل مع الجلب المسبق للمعلومات. إذا كانت قيم السجلات التي تحتوي على عنوان المعلومات مختلفة ، أثناء تنفيذ أمر تحميل المعلومات ، عن لحظة الجلب المسبق ، فسيظهر خطأ ، لأن ذاكرة التخزين المؤقت تحتوي على ملفات غير صحيحة.

بعد ذلك ، يتم إعادة تعيين خط الأنابيب وإعادة طلب كتلة الجلب للأمر الذي كان قبل تلقي الخطأ. تؤدي إعادة التعيين وتحميل آخر لخط الأنابيب إلى زيادة وقت معالجة الأمر. في حالة حدوث الكثير من حالات فشل الجلب المسبق أثناء التشغيل ، فإن أداء المعالج ينخفض ​​بشكل كبير. ومع ذلك ، في وحدات المعالجة المركزية الحديثة ، يعمل الجلب المسبق بكفاءة 95٪.

إذا تم تنفيذ الأمر بشكل صحيح عند الخروج من خط الأنابيب ، فسيتم إدخال النتيجة في ذاكرة التخزين المؤقت ، ثم نقلها إلى ذاكرة الوصول العشوائي CPU.

هذا ، من حيث المبدأ ، هو كل ما يحتاج المستخدم العادي لمعرفته حول المعالجات ومبادئ تشغيلها.

معالج الكمبيوتر هو المكون الرئيسي للكمبيوتر ، "دماغه" ، إذا جاز التعبير. يقوم بتنفيذ جميع العمليات المنطقية والحسابية التي يحددها البرنامج. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يدير جميع أجهزة الكمبيوتر.

ما هو المعالج الحديث

اليوم المعالجات مصنوعة في شكل معالجات دقيقة. بصريا ، المعالج الدقيق عبارة عن صفيحة رقيقة من السيليكون البلوري على شكل مستطيل. تبلغ مساحة اللوحة عدة مليمترات مربعة ، وتحتوي على دوائر توفر وظائف معالج الكمبيوتر. كقاعدة عامة ، تكون اللوحة محمية بعلبة مسطحة من السيراميك أو البلاستيك ، متصلة بها بواسطة أسلاك ذهبية ذات أطراف معدنية. يتيح لك هذا التصميم توصيل المعالج باللوحة الأم للكمبيوتر.

• عنوان الحافلة وناقل البيانات ؛
• وحدة حسابية منطقية
• سجلات.
• ذاكرة التخزين المؤقت (ذاكرة سريعة صغيرة 8-512 كيلو بايت) ؛
• عدادات القيادة
• معالج الرياضيات.

ما هي بنية المعالج؟

بنية المعالج هي قدرة المعالج على تنفيذ مجموعة من أكواد الجهاز. هذا من وجهة نظر المبرمج. لكن مطوري مكونات الكمبيوتر يلتزمون بتفسير مختلف لمفهوم "بنية المعالج". في رأيهم ، فإن بنية المعالج هي انعكاس للمبادئ الأساسية للتنظيم الداخلي لأنواع معينة من المعالجات. على سبيل المثال ، تم تعيين بنية Intel Pentium P5 و Pentium II و Pentium III - P6 ، ولم يمض وقت طويل على استخدام Pentium 4 - NetBurst الشهير. عندما أغلقت Intel P5 أمام الشركات المصنعة المنافسة ، طورت AMD هيكلها K7 لـ Athlon و Athlon XP و K8 لـ Athlon 64.

حتى المعالجات التي لها نفس البنية يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض. ترجع هذه الاختلافات إلى تنوع نوى المعالج التي تتمتع بمجموعة معينة من الخصائص. يتمثل الاختلاف الأكثر شيوعًا في ترددات ناقل النظام المختلفة ، فضلاً عن حجم ذاكرة التخزين المؤقت من المستوى الثاني والخصائص التكنولوجية التي يتم من خلالها تصنيع المعالجات. في كثير من الأحيان ، يتطلب تغيير النواة في المعالجات من نفس العائلة أيضًا استبدال مقبس المعالج. وهذا ينطوي على مشاكل في توافق اللوحات الأم. لكن الشركات المصنعة تعمل باستمرار على تحسين النواة وإجراء تغييرات دائمة ولكن ليست مهمة على النواة. تسمى هذه الابتكارات بالمراجعات الأساسية ويتم الإشارة إليها عادةً بواسطة مجموعات أبجدية رقمية.

ناقل النظام أو ناقل المعالج (FSB - Front Side Bus) عبارة عن مجموعة من خطوط الإشارة التي يتم دمجها وفقًا للغرض منها (العناوين والبيانات وما إلى ذلك). يحتوي كل سطر على بروتوكول نقل معلومات محدد وخصائص كهربائية. أي أن ناقل النظام عبارة عن رابط يربط المعالج نفسه وجميع أجهزة الكمبيوتر الأخرى (محرك الأقراص الثابتة وبطاقة الفيديو والذاكرة وغير ذلك الكثير). يتم توصيل وحدة المعالجة المركزية فقط بحافلة النظام نفسها ، ويتم توصيل جميع الأجهزة الأخرى من خلال وحدات التحكم الموجودة في الجسر الشمالي لمجموعة منطق النظام (مجموعة الشرائح) الخاصة باللوحة الأم. على الرغم من أن وحدة التحكم في الذاكرة في بعض المعالجات متصلة مباشرة بالمعالج ، مما يوفر واجهة ذاكرة أكثر كفاءة لوحدة المعالجة المركزية.

تعد ذاكرة التخزين المؤقت أو الذاكرة السريعة مكونًا إلزاميًا لجميع المعالجات الحديثة. ذاكرة التخزين المؤقت عبارة عن مخزن مؤقت بين المعالج وجهاز التحكم في ذاكرة نظام بطيئة نوعًا ما. يخزن المخزن المؤقت كتل البيانات التي تتم معالجتها حاليًا ، ولا يحتاج المعالج إلى الوصول باستمرار إلى ذاكرة النظام البطيئة. وبطبيعة الحال ، فإن هذا يزيد بشكل كبير من الأداء العام للمعالج نفسه.

في المعالجات المستخدمة اليوم ، يتم تقسيم ذاكرة التخزين المؤقت إلى عدة مستويات. الأسرع هو المستوى الأول L1 ، الذي يؤدي العمل مع نواة المعالج. عادة ما يتم تقسيمها إلى جزأين - ذاكرة التخزين المؤقت للبيانات وذاكرة التخزين المؤقت للتعليمات. يتفاعل L2 مع L1 - المستوى الثاني من ذاكرة التخزين المؤقت. إنه أكبر بكثير ولا ينقسم إلى ذاكرة تخزين مؤقت للتعليمات وذاكرة تخزين مؤقت للبيانات. تحتوي بعض المعالجات على L3 - المستوى الثالث ، وهو أكبر حتى من المستوى الثاني ، ولكنه أبطأ من حيث الحجم ، لأن الناقل بين المستويين الثاني والثالث أضيق منه بين المستوى الأول والثاني. ومع ذلك ، فإن سرعة المستوى الثالث لا تزال أعلى بكثير من سرعة ذاكرة النظام.

هناك نوعان من ذاكرة التخزين المؤقت - حصرية وغير حصرية.

النوع الحصري من ذاكرة التخزين المؤقت هو النوع الذي تكون فيه المعلومات على جميع المستويات محددة بدقة بالأصل.

ذاكرة التخزين المؤقت غير الحصرية هي ذاكرة تخزين مؤقت تتكرر فيها المعلومات على جميع مستويات ذاكرة التخزين المؤقت. من الصعب تحديد نوع ذاكرة التخزين المؤقت الأفضل ، والأول والثاني لهما مزايا وعيوب. يتم استخدام النوع الحصري من ذاكرة التخزين المؤقت في معالجات AMD ، وليس النوع الحصري الذي تستخدمه Intel.

يمكن أن يكون مقبس المعالج مشقوقًا أو مقبسًا. في أي حال ، الغرض منه هو تثبيت المعالج المركزي. يسهل استخدام الموصل استبدال المعالج أثناء الترقيات وإزالته لإصلاح جهاز الكمبيوتر. يمكن استخدام الموصلات لتثبيت بطاقة وحدة المعالجة المركزية والمعالج نفسه. تتميز الموصلات بالغرض منها لأنواع معينة من المعالجات أو بطاقات وحدة المعالجة المركزية.

يحتل معالج Intel Core i5 المركز الأول. خيار رائع لآلة ألعاب قوية.

المركز الثاني يذهب إلى Intel Celeron E3200 ، على الرغم من السعر المناسب إلى حد ما. أفضل خيار لسيارة مكتب.

احتلت شركة intel المركز الثالث مرة أخرى - هذه المرة رباعي النواة Core 2 Quad.

المركز الرابع - معالج AMD Athlon II X2215 2.7 جيجاهرتز 1 ميجابايت Socket-AM3 OEM. اختيار جيد للمنزل والمكتب ، لأولئك الذين يريدون توفير المال ولا يحتاجون إلى سيارة فائقة القوة. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي طراز المعالج هذا على مساحة كبيرة لرفع تردد التشغيل.

المركز الخامس - AMD Phenom II X4 945. سعر جيد ، أداء ممتاز ، ذاكرة تخزين مؤقت كبيرة و 4 نوى على اللوحة.

إذا كنت على استعداد لدفع حوالي 1000 دولار أمريكي للمعالج ، فيمكنك شراء Intel Core 2 Extreme. لكن من غير المحتمل أن يكون هذا المعالج مناسبًا لجماهير المستهلكين. لذلك ، سننظر في خيارات أكثر بأسعار معقولة.

إذا كنت مستخدمًا بسيطًا للكمبيوتر الشخصي الذي يعمل مع النصوص ، ويشاهد الأفلام ، ويستمع إلى الموسيقى ويتصفح الإنترنت ، فسوف يناسبك إما Celeron E1200 أو Athlon 64 X2 الأصغر. هذا الأخير له مزايا معينة عن السابق وسيستمر معك لسنوات عديدة.

إذا كنت تستخدم جهاز الكمبيوتر الخاص بك للترفيه ولعب الألعاب أحيانًا ، فأنت بحاجة إلى إلقاء نظرة على معالجات Core 2 Duo. هذا هو أفضل خيار معالج لاحتياجاتك.

إذا كنت من النوع الذي يستخدم جميع ميزات الكمبيوتر ، ويعمل مع الصوت والإنترنت والفيديو والبرامج الكبيرة والألعاب الثقيلة ، فإن Core 2 Duo E8200 هو الأنسب لك. يتميز هذا المعالج بأداء عالٍ ، وتبديد منخفض للحرارة ، وقدرة كافية على رفع تردد التشغيل ، مع كونه ميسور التكلفة.

وأخيرًا ، أنت لاعب لا هوادة فيه ويجب أن يكون جهاز الكمبيوتر الخاص بك نقطة انطلاق قوية للألعاب؟ تحتاج فقط إلى معالج ثنائي النواة أو رباعي النواة ، لا أقل.

الحاسوب. لنبدأ كيف تختلف المعالجات؟

قد تحتوي المعالجات المختلفة على مجموعة مختلفة من التعليمات التي يمكنهم تنفيذها. كلما زاد عدد التعليمات التي يمكن للمعالج تنفيذها ، زادت سرعة معالجته للمعلومات. إذا كان نظام التعليمات "أضعف" ، فيجب أن يقوم هذا المعالج بعدد أكبر من العمليات الأبسط من أجل معالجة البيانات ، مقارنة بالمعالج "الأكثر ثراءً" نظام التعليمات.

تسمى المعالجات التي تختلف مجموعة تعليماتها اختلافًا كبيرًا عن الباقي معالجات مجموعة التعليمات الموسعة.

من المهم أن نفهم أن المعالج عبارة عن آلية "بلا روح" تمامًا وغير مدركة تمامًا لما يفعله. يقوم المعالج بعمله خطوة بخطوة ، ويعالج الأمر بأمر ، وهو بالتأكيد "لا يرى" الصلة بين هذه الخطوات والأوامر.

إذا ألغى الأمر التالي الأمر السابق (على سبيل المثال ، يسمح لك الأمر الأول بكتابة البيانات إلى السجل ، والأمر الثاني يحذف البيانات من نفس السجل) ، فسيقوم المعالج بتنفيذ هذه الأوامر دون "التفكير" في اللامعنى من أفعالها.

أو ، على سبيل المثال ، إذا تمت كتابة البرنامج بشكل غير صحيح وليس له نهاية ، فسيقوم المعالج بمعالجته باستمرار ، ولن "يتخذ قرارًا" أبدًا بالتوقف عن العمل. لا يمكن إيقاف مثل هذا البرنامج "الحلقي" إلا من خلال التدخل الخارجي.

والأسوأ من ذلك ، إذا كان البرنامج لا يهدف إلى الإنشاء (معالجة البيانات) ، ولكن يهدف إلى التدمير (على سبيل المثال ، حذف البيانات المهمة والضرورية ، أو تفريغ هذه البيانات بطريقة غير مصرح بها) ، فحينئذٍ سينفذ المعالج بشكل لا تشوبه شائبة ودون أي "ندم "جميع التعليمات لتدمير أو سرقة البيانات الحساسة.

يستخدمه المطورون. من خلال إنشاء برامج تهدف إلى تنفيذ إجراءات غير مصرح بها (حذف البيانات أو سرقتها بشكل عادي ، والتدخل في معالجة البيانات ، وما إلى ذلك) ، يسعى مطورو الفيروسات لضمان كتابة برامجهم على ذاكرة الوصول العشوائي للكمبيوتر ، وإعطاء المعالج إشارة للمعالجة من سلسلة أوامر مسجلة في الذاكرة.

هذه هي مهمتهم الرئيسية: تجاوز جميع أنواع الضوابط قبل وضع البرنامج في ذاكرة الوصول العشوائي. سيقوم المعالج بالباقي عن طريق تنفيذ جميع أوامر المهاجمين.

يمكن للفيروسات المكتوبة في. exe الوصول بسهولة إلى ذاكرة الوصول العشوائي ، لأنها تخزن مجموعة من الأوامر المناسبة عمليًا دون معالجة مسبقة خاصة أو تحليل للتنفيذ بواسطة المعالج.

بينما تحتاج الأوامر من أنواع الملفات الأخرى إلى المعالجة المسبقة بواسطة برامج خاصة ، وفقًا لذلك ، أثناء المعالجة ، يمكن اكتشاف وجود فيروسات وبرامج ضارة. يمكن كتابة ملفات A.exe على الفور في الذاكرة وإرسالها للمعالجة دون التعرف على الفيروسات الموجودة فيها.

هذا هو السبب في أن مطوري الفيروسات يحبون تنسيق ملف exe. كثيرًا ، ومطورو برامج مكافحة الفيروسات ، على العكس من ذلك ، لا يحبون هذه الملفات ويفحصونها بعناية شديدة.

يجب أن نتذكر ذلك دائمًا السماح بتنفيذ ملفات exe. التي تم الحصول عليها من مصادر غير مؤكدة ، نفتح الوصولإلى قلب جهاز الكمبيوتر الخاص بنا ، إلى المعالج، ودعه يقوم بأشياء من شأنها إلحاق الضرر بالكمبيوتر وبياناتنا التي عهدنا بها إليه. وبعد ذلك سيتحول المعالج من مساعدنا إلى مدمر ذاتي.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن المعالج يمكنه تحمل الأحمال العالية ، ويمكنه العمل باستمرار بكامل طاقته وبشكل مستمر ، إذا كان نظام التبريد يعمل في نفس الوقت. من المهم جدًا أن يكون هذا النظام في حالة عمل جيدة ، وإلا فقد يفشل المعالج.

من حيث المبدأ ، لا يمكن أن يحدث أي شيء آخر للمعالج ، فقد تم ترتيبه بشكل موثوق تمامًا ، ما لم تطرقه بمطرقة ، بالطبع ، للتحقق من القوة! ومع ذلك ، إذا فشل المعالج بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، فلا يمكن إصلاحه بسبب ميزات التصميم. لا يمكن استبدال المعالج المعيب إلا بآخر جديد وقابل للخدمة.

لذلك ، يحتوي الكمبيوتر الشخصي على أنظمة أمان تقوم تلقائيًا بإيقاف تشغيل الطاقة عن الكمبيوتر إذا ارتفعت درجة حرارة المعالج إلى قيمة الحد أو تجاوزتها. يحدث هذا الإغلاق الطارئ ، كقاعدة عامة ، فجأة وبدون أي تحذير: انقر فوق جهاز الكمبيوتر وإيقاف تشغيله.

بينما في حالة حدوث أعطال أخرى ، على سبيل المثال ، يمكن إصدار تحذيرات على شاشة العرض أو في شكل إشارات صوتية. لا يمكن تشغيل الكمبيوتر حتى يبرد المعالج إلى درجة حرارة مقبولة.

إذا بدأ الكمبيوتر في الإغلاق تلقائيًا بسبب ارتفاع درجة حرارة المعالج ، فمن الأفضل إرسال مثل هذا الكمبيوتر للإصلاح لتنظيفه من الغبار الذي يمنع نظام التبريد من الحفاظ على درجة الحرارة المحددة للمعالج.

بدون معالج يعمل ، لا يوجد جهاز كمبيوتر. المعالج هو نوع من دماغ الكمبيوتر ، مما يجعله قادرًا على معالجة المعلومات ، مما يضمن قيام الكمبيوتر بجميع المهام الموكلة إليه.

ملاحظة.انتهى المقال ، لكن يمكنك قراءة المزيد:

احصل على مقالات محدثة حول محو الأمية الحاسوبية مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
بالفعل أكثر 3.000 مشترك

.

أنت تستخدم حاليًا جهاز كمبيوتر أو جهاز محمول لقراءة هذا الموضوع. يستخدم الكمبيوتر أو الجهاز المحمول معالجًا دقيقًا لتنفيذ هذه الإجراءات. المعالج الدقيق هو قلب أي جهاز أو خادم أو كمبيوتر محمول. هناك العديد من العلامات التجارية للمعالجات الدقيقة من العديد من الشركات المصنعة المختلفة ، لكنهم جميعًا يقومون بنفس الشيء إلى حد كبير وبنفس الطريقة.
معالج دقيق- يُعرف أيضًا باسم المعالج أو وحدة المعالجة المركزية ، وهو محرك حوسبة يتم تصنيعه على شريحة واحدة. كان أول معالج دقيق هو Intel 4004 ، والذي ظهر عام 1971 ولم يكن بنفس القوة. يمكنه الجمع والطرح ، وهذا فقط 4 بتات في المرة الواحدة. كان المعالج مذهلاً لأنه صنع على شريحة واحدة. سوف تسأل لماذا؟ وسأجيب: أنتج المهندسون في ذلك الوقت معالجات إما من عدة شرائح أو من مكونات منفصلة (تم استخدام الترانزستورات في حزم منفصلة).

إذا كنت قد تساءلت يومًا عما يفعله المعالج الدقيق في الكمبيوتر ، أو كيف يبدو ، أو ما هي اختلافاته مقارنة بالأنواع الأخرى من المعالجات الدقيقة ، فانتقل تحت القطة- هناك كل التفاصيل والأكثر إثارة للاهتمام.

تقدم المعالج الدقيق: Intel

كان أول معالج دقيق ، والذي أصبح فيما بعد قلب جهاز كمبيوتر منزلي بسيط ، هو Intel 8080 ، وهو كمبيوتر كامل 8 بت على شريحة واحدة ظهر في عام 1974. تسبب المعالج الدقيق الأول في حدوث طفرة حقيقية في السوق. في وقت لاحق في عام 1979 ، تم إصدار نموذج جديد - Intel 8088. إذا كنت على دراية بسوق أجهزة الكمبيوتر الشخصية وتاريخها ، فأنت تعلم أن سوق أجهزة الكمبيوتر الشخصي انتقل من Intel 8088 إلى Intel 80286 ، وذلك إلى Intel 80386 و Intel 80486 ، و ثم إلى Pentium و Pentium II و Pentium III و Pentium 4. تم تصنيع جميع هذه المعالجات الدقيقة بواسطة Intel ، وكلها تحسينات على التصميم الأساسي لـ Intel 8088. يمكن لـ Pentium 4 تنفيذ أي كود ، لكنه يفعل ذلك 5000 مرة أسرع.

في عام 2004 ، قدمت إنتل معالجات دقيقة ذات نوى متعددة ومليون ترانزستور ، ولكن حتى هذه المعالجات الدقيقة اتبعت نفس القواعد العامة للرقائق المصنعة سابقًا. معلومات إضافية في الجدول:

• التاريخ: هي السنة التي تم فيها تقديم المعالج لأول مرة. تم إعادة إصدار العديد من المعالجات بسرعات أعلى على مدار الساعة واستمر هذا لسنوات عديدة بعد تاريخ الإصدار الأصلي.
• الترانزستورات: هو عدد الترانزستورات الموجودة على رقاقة. يمكنك أن ترى أن عدد الترانزستورات على شريحة واحدة قد تزايد بشكل مطرد على مر السنين.
• ميكرون: عرض أصغر سلك على الشريحة بالميكرونات. للمقارنة ، يمكنني إعطاء شعرة بشري يبلغ سمكها حوالي 100 ميكرون. كلما أصبحت الأحجام أصغر وأصغر ، زاد عدد الترانزستورات.
• تردد الساعة: السرعة القصوى التي يمكن أن تصل إليها الشريحة. سأتحدث عن تردد الساعة بعد قليل.
• عرض (الحافلة) البيانات: عرض ALU (وحدة المنطق الحسابي). يمكن لـ ALU 8 بت الجمع والطرح والضرب وما إلى ذلك. في كثير من الحالات ، يكون ناقل البيانات بنفس عرض ALU ، ولكن ليس دائمًا. كان Intel 8088 16 بت وكان به ناقل 8 بت ، في حين أن طرازات Pentium الحالية هي 64 بت.
• MIPS: يرمز هذا العمود في الجدول إلى عرض عدد العمليات في الثانية. إنها وحدة قياس للمعالجات الدقيقة. يمكن للمعالجات الحديثة القيام بالعديد من الأشياء التي ستفقد تقييمات اليوم المعروضة في الجدول كل معانيها. لكن يمكنك أن تشعر بالقوة النسبية للمعالجات الدقيقة في تلك الأوقات

يوضح هذا الجدول أنه ، بشكل عام ، هناك علاقة بين سرعة الساعة و MIPS (العمليات في الثانية). السرعة القصوى للساعة هي إحدى وظائف معالج التصنيع. هناك أيضًا علاقة بين عدد الترانزستورات وعدد العمليات في الثانية. على سبيل المثال ، معالج Intel 8088 مسجّل بسرعة 5 ميجاهرتز (حاليًا 2.5-3 جيجاهرتز) ينفذ فقط 0.33 MIPS (حوالي تعليمة واحدة لكل 15 دورة ساعة). يمكن للمعالجات الحديثة في كثير من الأحيان تنفيذ تعليمتين في كل ساعة. ترتبط هذه الزيادة ارتباطًا مباشرًا بعدد الترانزستورات الموجودة على الشريحة ، وسأتحدث عنها لاحقًا.

ما هي الرقاقة؟

تسمى الشريحة أيضًا بالدائرة المتكاملة. عادة ما تكون هذه قطعة صغيرة رفيعة من السيليكون نقش عليها الترانزستورات التي يتكون منها المعالج الدقيق. يمكن أن تكون الشريحة صغيرة مثل بوصة واحدة ، لكنها لا تزال تحتوي على عشرات الملايين من الترانزستورات. قد تتكون المعالجات الأبسط من عدة آلاف من الترانزستورات المحفورة في شريحة تبلغ مساحتها بضعة مليمترات مربعة فقط.

كيف تعمل

إنتل بنتيوم 4

لفهم كيفية عمل المعالج الدقيق ، سيكون من المفيد النظر إلى الداخل والتعرف على الأجزاء الداخلية منه. في هذه العملية ، يمكنك أيضًا التعرف على لغة التجميع واللغة الأصلية للمعالج الدقيق والعديد من الأشياء التي يمكن للمهندسين القيام بها لزيادة سرعة المعالج.

ينفذ المعالج الدقيق مجموعة من تعليمات الآلة التي تخبر المعالج بما يجب فعله. بناءً على التعليمات ، يقوم المعالج الدقيق بثلاثة أشياء رئيسية:

• باستخدام وحدة المنطق الحسابي ALU ، يمكن للمعالج الدقيق إجراء عمليات حسابية. على سبيل المثال ، الجمع والطرح والضرب والقسمة. المعالجات الدقيقة الحديثة قادرة على أداء عمليات معقدة للغاية.
• يمكن للمعالج الدقيق نقل البيانات من موقع ذاكرة إلى آخر
• يمكن للمعالج الدقيق اتخاذ القرارات والانتقال إلى مجموعة جديدة من التعليمات بناءً على تلك القرارات.

بصراحة ، يقوم المعالج الدقيق بأشياء معقدة ، لكني وصفت أعلاه ثلاثة أنشطة رئيسية. يوضح الرسم البياني التالي معالجًا دقيقًا بسيطًا جدًا قادرًا على القيام بهذه الأشياء الثلاثة. يحتوي هذا المعالج الدقيق على:

• ناقل العنوان (8 أو 16 أو 32 بت) الذي يرسل الوصول إلى الذاكرة
• ناقل البيانات (8 أو 16 أو 32 بت) الذي يرسل البيانات إلى الذاكرة أو يستقبلها منها
• يخبر RD (قراءة ، قراءة) و WR (كتابة ، كتابة) الذاكرة ما إذا كانوا يريدون تعيين أو الحصول على الموقع المعنون
• خط الساعة الذي يسمح لك بمشاهدة تسلسل ساعة المعالج
• إعادة تعيين السطر الذي يعيد تعيين عداد البرنامج إلى الصفر ويعيد تشغيل التنفيذ

ذاكرة المعالجات الدقيقة

تحدثنا سابقًا عن حافلات العناوين والبيانات ، بالإضافة إلى سطور القراءة والكتابة. كل هذا متصل إما بـ RAM (ذاكرة الوصول العشوائي) أو ROM (ذاكرة للقراءة فقط أو ذاكرة للقراءة فقط ، ROM) - عادةً كلاهما. في مثالنا المعالج الدقيق ، لدينا ناقل عنوان عريض من 8 بت ونفس ناقل البيانات العريض - أيضًا 8 بت. هذا يعني أن المعالج الدقيق يمكنه الوصول إلى 2 ^ 8 إلى 256 بايت من الذاكرة ، ويمكنه قراءة وكتابة 8 بتات من الذاكرة في المرة الواحدة. لنفترض أن هذا المعالج الدقيق يحتوي على 128 بايت من الذاكرة الداخلية تبدأ من العنوان 0 و 128 بايت من ذاكرة الوصول العشوائي بدءًا من العنوان 128.

RAM تعني ذاكرة القراءة فقط. تمت برمجة شريحة الذاكرة الدائمة ببايتات محددة مسبقًا ودائمة. يخبر عنوان الناقل شريحة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التي يجب أن تصل إلى ناقل البيانات وتناسبها. عندما تتغير حالة سطر القراءة ، تقدم شريحة ROM البايت المحدد إلى ناقل البيانات.

RAM تعني RAM ، lol. تحتوي ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) على بايت من المعلومات ، ويمكن للمعالج الدقيق القراءة أو الكتابة إلى تلك البايتات اعتمادًا على ما إذا كان سطر القراءة أو الكتابة يشير. واحدة من المشاكل التي يمكن العثور عليها في رقائق اليوم هي أنها تنسى كل شيء بمجرد نفاد الطاقة. لذلك ، يجب أن يحتوي الكمبيوتر على ذاكرة وصول عشوائي (RAM).

شريحة ذاكرة الوصول العشوائي أو شريحة ذاكرة القراءة فقط (ROM)

بالمناسبة ، تحتوي جميع أجهزة الكمبيوتر تقريبًا على قدر من ذاكرة الوصول العشوائي. على الكمبيوتر الشخصي ، تسمى ذاكرة القراءة فقط BIOS (نظام الإدخال / الإخراج الأساسي). عند بدء التشغيل ، يبدأ المعالج الدقيق في تنفيذ التعليمات التي يجدها في BIOS. بالمناسبة ، تؤدي تعليمات BIOS دورها أيضًا: فهي تقوم بفحص الأجهزة ، ثم تنتقل جميع المعلومات إلى القرص الثابت لإنشاء قطاع تمهيد. قطاع التمهيد هو برنامج صغير ، ويحتفظ به BIOS في الذاكرة بعد قراءته من القرص. يبدأ المعالج الدقيق بعد ذلك في تنفيذ إرشادات قطاع التمهيد من ذاكرة الوصول العشوائي. سيخبر برنامج قطاع التمهيد المعالج الدقيق بما يجب أخذه معه من القرص الصلب إلى ذاكرة الوصول العشوائي ، ثم يقوم بكل ذلك ، وهكذا. هذه هي الطريقة التي يقوم بها المعالج الدقيق بتحميل وتنفيذ نظام التشغيل بالكامل.

تعليمات المعالجات الدقيقة

حتى المعالج الدقيق البسيط الذي وصفته للتو سيكون لديه مجموعة كبيرة من التعليمات التي يمكنه تنفيذها. يتم تنفيذ مجموعة التعليمات كنماذج بت ، لكل منها معنى مختلف عند تحميلها في قطاع التعليمات. لا يتذكر الناس أنماط البت بشكل خاص ، لأنها مجموعة من الكلمات القصيرة. بالمناسبة ، هذه المجموعة من الكلمات القصيرة تسمى لغة تجميع المعالج. يمكن للمجمع ترجمة الكلمات إلى نمط بت بسهولة شديدة ، وبعد ذلك سيتم وضع جهد المجمع في الذاكرة حتى يقوم المعالج الدقيق بتنفيذها.

فيما يلي مجموعة من تعليمات لغة التجميع:

• ذاكرة LOADA- تحميل في التسجيل بعنوان الذاكرة
• ذاكرة LOADB- تحميل في السجل B من عنوان الذاكرة
• مذكرة CONB- تحميل قيمة ثابتة في السجل ب
• حفظ الذاكرة- حفظ السجل B على عنوان الذاكرة
• ذاكرة SAVEC- حفظ سجل C على عنوان الذاكرة
• يضيف- أضف A و B وقم بتخزين النتيجة في C.
• الفرعية- اطرح A و B وقم بتخزين النتيجة في C
• MUL- اضرب A و B وقم بتخزين النتيجة في C.
• DIV- انقسام A و B وتخزين النتيجة في C.
• COM- قارن A و B واحفظ النتيجة في الاختبار
• JUMP عنوان- انتقل إلى العنوان
• JEQ العنوان- القفز إذا كان يساوي حلها
• JNEQ العنوان- القفز إذا لم يساوي حلها
• JG العنوان- القفز أكثر لحلها
• JGE العنوان- القفز إذا كانت أكبر من أو تساوي لحلها
• JL العنوان- القفز إذا كان أقل لحلها
• عنوان JLE- القفز إذا كان أقل من أو يساوي لحل
• قف- أوقف الإعدام

لغة التجميع
المترجم سي يترجم كود سي هذا إلى لغة التجميع. بافتراض أن الذاكرة الرئيسية تبدأ من العنوان 128 في هذا المعالج ، وذاكرة القراءة فقط (التي تحتوي على برنامج لغة التجميع) تبدأ من العنوان 0 ، ثم بالنسبة للمعالج الدقيق البسيط ، قد يبدو المجمع كما يلي:

// افترض أن a في العنوان 128 // افترض أن العنوان 1290 CONB 1 // a = 1 ؛ 1 SAVEB 1282 CONB 1 // f = 1 ؛ 3 SAVEB 1294 LOADA 128 // إذا كان a> 5 ، انتقل إلى 175 CONB 56 COM7 JG 178 LOADA 129 // f = f * a؛ 9 LOADB 12810 MUL11 SAVEC 12912 LOADA 128 // a = a + 1؛ 13 CONB 114 ADD15 SAVEC 12816 JUMP 4 // loop back to if17 STOP

قراءة الذاكرة فقط (ROM)
حتى الآن السؤال هو ، "كيف تتكامل كل هذه التعليمات مع ROM؟". سأشرح ، بالطبع: يجب تمثيل كل تعليمات لغة التجميع كرقم ثنائي. للتبسيط ، دعنا نفترض أن كل تعليمات لغة تجميع تخصص لنفسها رقمًا فريدًا. على سبيل المثال ، سيبدو كما يلي:

• LOADA - 1
• تحميل - 2
• CONB - 3
• حفظ - 4
• ذاكرة SAVEC - 5
• يضيف - 6
• الفرعية - 7
• MUL - 8
• DIV - 9
• COM - 10
• JUMP عنوان - 11
• JEQ العنوان - 12
• JNEQ العنوان - 13
• JG العنوان - 14
• JGE العنوان - 15
• JL العنوان - 16
• عنوان JLE - 17
• قف - 18

ستعرف هذه الأرقام باسم رموز العملية. في ROM ، سيبدو برنامجنا الصغير كما يلي:

// افترض أن a في العنوان 128 // افترض F أن العنوان 129Addr opcode / value0 3 // CONB 11 12 4 // SAVEB 1283 1284 3 // CONB 15 16 4 // SAVEB 1297 1298 1 // LOADA 1289 12810 3 // CONB 511512 10 // COM13 14 // JG 1714 3115 1 // LOADA 12916 12917 2 // LOADB 12818 12819 8 // MUL20 5 // SAVEC 12921 12922 1 // LOADA 12823 12824 3 // CONB6 125 // ADD27 5 // SAVEC 12828 12829 11 // JUMP 430831 18 // STOP

ترى أن 7 أسطر من كود C أصبحت 18 سطرًا من المجمع ، وكلها أصبحت 32 بايت في ROM.

فك
يجب أن تحول تعليمات فك التشفير كل من أكواد التشغيل إلى مجموعة من الإشارات التي ستتحكم في المكونات المختلفة داخل المعالج الدقيق. لنأخذ تعليمات ADD كمثال ونرى ما يجب القيام به. لذا:

• 1. في الدورة الأولى ، من الضروري تحميل التعليمات نفسها ، لذلك يحتاج مفكك الشفرة إلى: تنشيط المخزن المؤقت لعداد البرنامج بثلاث حالات ، وتنشيط سطر القراءة (RD) ، وتنشيط البيانات في الحالات الثلاث لـ المخزن المؤقت في سجل التعليمات
• 2. في الدورة الثانية ، يتم فك تشفير تعليمات ADD. هنا تحتاج إلى عمل القليل جدًا: اضبط تشغيل وحدة المنطق الحسابي (ALU) لتسجيل C
• 3. خلال الدورة الثالثة ، يتم زيادة عداد البرنامج (نظريًا قد يتداخل هذا في الدورة الثانية)

يمكن تقسيم كل تعليمة إلى مجموعة من العمليات المتسلسلة ، كما نظرنا للتو. يتعاملون مع مكونات المعالجات الدقيقة بالترتيب الصحيح. قد تستغرق بعض التعليمات ، مثل تعليمات ADD ، دورتين أو ثلاث دورات. قد يأخذ البعض الآخر خمسة أو ستة أشرطة.

دعنا نصل إلى النهاية

عدد الترانزستورات له تأثير كبير على أداء المعالج. كما ترى أعلاه ، يمكن للمعالج الدقيق Intel 8088 العادي تشغيل 15 دورة. كلما زاد عدد الترانزستورات ، زاد الأداء - إنه بسيط. يسمح عدد كبير من الترانزستورات أيضًا بتكنولوجيا مثل خطوط الأنابيب.

تتكون بنية خط الأنابيب من تنفيذ الأوامر. قد يستغرق تنفيذ أمر واحد خمس دورات ، ولكن لا يمكن أن يكون هناك خمس تعليمات في مراحل مختلفة من التنفيذ في نفس الوقت. لذلك يبدو أن تعليمات واحدة تكمل كل دورة على مدار الساعة.

كل هذه الاتجاهات تسمح لعدد الترانزستورات بالنمو ، مما ينتج عنه أثقل الترانزستور بملايين الدولارات المتوفرة اليوم. يمكن أن تؤدي هذه المعالجات حوالي مليار عملية في الثانية - تخيل فقط. بالمناسبة ، أصبح العديد من المصنّعين مهتمين الآن بإصدار معالجات محمولة 64 بت ، ومن الواضح أن الموجة التالية قادمة ، هذه المرة فقط بنية 64 بت هي ملك الموضة. ربما سأصل إلى هذا الموضوع في المستقبل القريب وأخبرك كيف يعمل بالفعل. حول هذا ، ربما ، كل شيء لهذا اليوم. أتمنى أن تكون قد استمتعت بها وتعلمت الكثير.

من أجل فهم كيفية عمل المعالج الدقيق ، دعنا نسأل أنفسنا السؤال - كيف يجب أن يعمل؟ هناك نظرية (تم إنشاؤها في الغالب بعد الحقيقة: بعد أن تم بناء وعمل أجهزة الكمبيوتر الأولى بالفعل) ، والتي تشير بالضبط إلى كيفية بناء الخوارزميات ، وما يجب أن يفعله المعالج وفقًا لذلك. بالطبع ، لن نخوض في هذا ، بل نذكر ببساطة أن أي خوارزمية هي سلسلة من إجراءات معينة مكتوبة كمجموعة من الأوامر المنفذة بالتسلسل (التعليمات ، المشغلين). علاوة على ذلك ، قد تكون هناك أوامر انتقالية من بين هذه الأوامر ، والتي تنتهك في بعض الحالات التسلسل الأصلي لتنفيذ المشغلين بشكل صارم واحدًا تلو الآخر. من بين أمور أخرى ، يجب أن تكون هناك أيضًا أوامر لإدخال البيانات وإخراجها (يجب أن يتواصل البرنامج بطريقة ما مع العالم الخارجي؟) ، بالإضافة إلى أوامر لإجراء العمليات الحسابية والمنطقية.

يجب تخزين التعليمات في مكان ما ، لذلك يجب أن يكون جهاز ذاكرة البرنامج جزءًا لا يتجزأ من النظام بأكمله. في مكان ما ، من الضروري إضافة كل من البيانات ، الأولية ونتائج البرنامج ، لذلك يجب أن يكون هناك جهاز ذاكرة بيانات. نظرًا لأن الأوامر والبيانات ، في النهاية ، لا تزال أرقامًا ، يمكن مشاركة الذاكرة ، ما عليك سوى أن تكون قادرًا على التمييز بين المكان الذي لدينا أوامر فيه بالضبط وأين لدينا بيانات. هذا هو أحد مبادئ von Neumann ، على الرغم من أنه في الميكروكونترولر ، الذي سنتحدث عنه لاحقًا ، لا يستخدمون تقليديًا فون نيومان ، ولكن ما يسمى بهندسة هارفارد ، عندما يتم فصل البيانات وذاكرة البرنامج (هذا التقسيم ، مع ذلك) ، يمكن انتهاكها ضمن حدود معينة). المعالج المصمم وفقًا لـ von Neumann أكثر تنوعًا ، على سبيل المثال ، يسمح لك بزيادة الذاكرة دون أي مشاكل ، وبناءها بشكل هرمي وإعادة توزيعها بشكل أكثر كفاءة في سياق العمل. على سبيل المثال ، يفترض Windows دائمًا أن الكمبيوتر يحتوي على كمية غير محدودة تقريبًا من الذاكرة (تقاس بالتيرابايت) ، وإذا لم يكن هناك ما يكفي بالفعل ، فسيتم توصيل ملف المبادلة على القرص الصلب بالحالة. في الوقت نفسه ، هذه المرونة ليست مطلوبة بشكل خاص للميكروكونترولر - كقاعدة عامة ، تُبنى العقد على أساسها التي تؤدي مهمة محددة وتعمل وفقًا لبرنامج معين ، لذلك لا يكلفك توقع تكوين النظام المطلوب. مقدما.

النائب و MK

بالمناسبة ، لماذا نقول دائمًا إما المعالجات الدقيقة (MP) أو الميكروكونترولر (MC)؟ يختلف المتحكم الدقيق عن المعالج الدقيق في أنه مصمم للتحكم في الأجهزة الأخرى ، وبالتالي فهو يحتوي على نظام إدخال / إخراج مدمج ، ولكن كقاعدة عامة ، وحدة ALU أضعف نسبيًا. إن الميكروكونترولر مناسبة تمامًا لهذا المصطلح ، والذي كان له في العهد السوفييتي ، مع ذلك ، معنى مختلفًا بعض الشيء - "الكمبيوتر الصغير" ، "الكمبيوتر على الرقاقة" الإنجليزية ، الكمبيوتر ذو الشريحة الواحدة ، يبدو أكثر دقة. في الواقع ، من أجل بناء أبسط جهاز حوسبة يمكن أن يفعل شيئًا مفيدًا ، يجب تزويد المعالج الدقيق التقليدي ، من i4004 إلى Pentium و Core Duo ، بذاكرة ROM مع BIOS مكتوب ، وأجهزة الإدخال / الإخراج ، ووحدة تحكم المقاطعة ، مولد على مدار الساعة مع مؤقتات ، وما إلى ذلك - كل ما بدأ الآن يتم دمجه في ما يسمى ب. "شرائح". MP "العاري" قادر على شيء واحد فقط: التشغيل بشكل صحيح ، حتى أنه ليس لديه مكان للحصول على برنامج التمهيد.

في الوقت نفسه ، بالنسبة لـ MK ، فإن المعالج الدقيق هو فقط النواة ، ولا حتى الجزء الأكبر من البلورة. لبناء نظام كامل على MK نموذجي ، لا يلزم أي شيء على الإطلاق ، باستثناء مصدر الطاقة وأجهزة التنفيذ الطرفية التي من شأنها أن تسمح للشخص بتحديد عمل النظام. يمكن لـ MK العادي التواصل مع MKs الأخرى ، والذاكرة الخارجية ، والدوائر الدقيقة الخاصة (مثل ساعة الوقت الحقيقي أو ذاكرة فلاش) ، والتحكم في لوحات المصفوفة الصغيرة (وأحيانًا الكبيرة) بدون مكونات إضافية ، ويمكن توصيلها مباشرة بأجهزة استشعار الكميات المادية (بما في ذلك - التناظرية البحتة ، وغالبًا ما يتم تضمين ADCs أيضًا في MK) والأزرار ولوحات المفاتيح ومصابيح LED والمؤشرات ، باختصار ، كل شيء يتم في ميكروكنترولر بحيث يكون عليك اللحام بأقل قدر ممكن والتفكير في اختيار العناصر. عليك أن تدفع مقابل ذلك مع انخفاض الأداء (والذي ، مع ذلك ، ليس مهمًا جدًا في المهام النموذجية لـ MC) وبعض القيود في الوظائف الفردية - مقارنةً بالنظم العامة ، ولكنها أغلى بمئات المرات وأنظمة ضخمة الحجم على MP "الحقيقي" . قد لا تصدقني ، لكن معالجات أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، التي نسمع عنها كثيرًا ، تشغل فقط 5-6 ٪ من إجمالي عدد المعالجات المنتجة - والباقي عبارة عن وحدات تحكم دقيقة لأغراض مختلفة.

وفقًا لما سبق ، يجب أن تكون الدورة الرئيسية للمعالج على النحو التالي: جلب التعليمات التالية (من الذاكرة) ، إذا لزم الأمر ، جلب البيانات الأولية لها ، وتنفيذ التعليمات ، ووضع النتائج في الذاكرة (مرة أخرى ، إذا لزم الأمر ). يجب أن تتم كل الأعمال في هذه الدورة تلقائيًا وفقًا لأوامر بعض أجهزة التحكم التي تحتوي على مولد ساعة - ساعة النظام ، والتي وفقًا لها تتم مزامنة كل شيء. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يحدث كل هذا في مكان ما - تخزين البيانات ، وكود الأوامر ، وتنفيذ الإجراءات ، وما إلى ذلك ، بحيث يجب أن يحتوي المعالج على مجموعة معينة من سجلات العمل (في الواقع ، ذاكرة صغيرة فائقة السرعة) ، بطريقة معينة متصلة فيما بينها ومع جهاز التحكم و ALU ، والذي يجب أن يكون حتمًا موجودًا.

يلعب عداد البرنامج دورًا حاسمًا في تشغيل المعالج. يتم ضبطه تلقائيًا على الصفر في بداية العمل ، وهو ما يتوافق مع الأمر الأول ، ويتم زيادته تلقائيًا (أي زيادة بمقدار واحد) مع كل أمر يتم تنفيذه. إذا تم ، على طول الطريق ، انتهاك ترتيب الأوامر ، على سبيل المثال ، تمت مصادفة أمر انتقال (فرع) ، فسيتم تحميل عنوان الأمر المقابل في العداد - رقمه من بداية البرنامج. إذا لم يكن هذا مجرد فرع ، ولكنه تنفيذ روتين فرعي ، مما يعني العودة إلى التسلسل الرئيسي للأوامر (إلى الأمر التالي بعد استدعاء الإجراء الفرعي) ، ثم قبل الشروع في تنفيذ الروتين الفرعي ، القيمة الحالية من عداد البرنامج يتم تخزينه في منطقة ذاكرة مخصصة لهذا الغرض - المكدس. في الأمر لإنهاء الروتين الفرعي ، يظهر العنوان المحفوظ من المكدس ، ويستمر تنفيذ البرنامج الرئيسي. لحسن الحظ ، لسنا مضطرين للتعامل مع عداد البرامج ، لأن جميع مؤشرات هذا العدد واردة في التعليمات ، ويقوم المعالج بكل شيء تلقائيًا.

أرز. 18.2. رسم تخطيطي لمتحكم بسيط

يظهر في الشكل مخطط كتلة لأبسط متحكم ، يحتوي على نواة معالج وحد أدنى من المكونات "للتواصل" مع البيئة الخارجية. 18.2. هنا قمنا بتضمين ذاكرة البرنامج في النظام ، والتي تكون دائمًا منفصلة عن معالجات الكمبيوتر (باستثناء كمية صغيرة نسبيًا من ذاكرة التخزين المؤقت عالية السرعة) - أنت تعرف بنفسك مقدار البرامج الموجودة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية. في معظم المتحكمات الدقيقة الحديثة ، يتم تضمين ذاكرة القراءة فقط (ROM) للبرامج في الشريحة وتتراوح عادةً من V-2 إلى 8-32 كيلو بايت. على الرغم من وجود نماذج بها 256 كيلوبايت من الذاكرة الداخلية ، إلا أن 2-8 كيلوبايت تكفي للغالبية العظمى من التطبيقات. تتوفر أيضًا ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة (RAM) لتخزين البيانات في وحدة تخزين واحدة أو أخرى في جميع وحدات التحكم الدقيقة الحديثة ، ويتراوح الحجم النموذجي لذاكرة الوصول العشوائي هذه من 128-256 بايت إلى 1-4 كيلو بايت. تحتوي معظم وحدات التحكم العامة أيضًا على بعض الذاكرة المضمنة غير المتطايرة لتخزين الثوابت - عادةً مثل ذاكرة الوصول العشوائي للبيانات. لكننا سنعود إلى الذاكرة في هذا الفصل ، لكن في الوقت الحالي سوف نستمر في الحديث عن المعالجات.

تفاصيل

في النماذج الأولى من المعالجات الدقيقة (بما في ذلك معالجات Intel لأجهزة الكمبيوتر - من 8086 إلى 80386) ، نفذ المعالج التعليمات بشكل متسلسل بدقة: تحميل التعليمات ، وتحديد أنها تحتاج إلى معاملات ، وتحميل هذه المعاملات (على عنوان السجلات التي يجب أن تحتوي عليها ؛ كقاعدة عامة ، يتم تخزين هذه العناوين فورًا بعد رمز الأمر نفسه أو يتم تحديدها مسبقًا) ، ثم قم بالإجراءات اللازمة ، وقم بتخزين النتائج ... حتى يومنا هذا من قبل العديد من الشركات (Atnnel ، Philips) ، وصلت إلى عصرنا لمدة 12 دورة (في بعض نظائرها الحديثة ، ومع ذلك ، هذا الرقم أقل). لتسريع العمل ، بدأوا في تقسيم الدورات إلى أجزاء (على سبيل المثال ، للعمل على الحواف الأمامية والخلفية) ، لكن الاختراق الحقيقي جاء مع إدخال خط الأنابيب. منذ عهد هنري فورد ، كان معروفًا أن أداء خط الأنابيب يعتمد فقط على وقت تنفيذ أطول عملية - إذا قمت بتقسيم الأوامر إلى مراحل وتنفيذها في وقت واحد على عقد أجهزة مختلفة ، يمكنك تحقيق تسارع كبير (على الرغم من أنه ليس على الإطلاق) حالات). في ميكروكنترولر Atmel AVR المذكورة أدناه ، يتكون خط الأنابيب من مرحلتين: عندما يتم تحميل التعليمات التالية وفك تشفيرها ، يتم تنفيذ التعليمات السابقة بالفعل وكتابة النتائج. في AVR ، سمح ذلك بتنفيذ معظم التعليمات في دورة ساعة واحدة (باستثناء تعليمات فرع البرنامج).

الجهاز الرئيسي في MP ، الذي يربط جميع العقد في نظام واحد ، هو ناقل البيانات الداخلي. من خلاله تتبادل جميع الأجهزة الإشارات. على سبيل المثال ، إذا احتاج MP إلى الوصول إلى ذاكرة خارجية إضافية ، فعند تنفيذ الأمر المقابل ، يتم تعيين العنوان المطلوب في ناقل البيانات ، يتلقى جهاز التحكم طلبًا من خلاله للوصول إلى منافذ الإدخال / الإخراج المطلوبة. إذا كانت المنافذ جاهزة ، ينتقل العنوان إلى مخرجات المنفذ (أي إلى مخرجات وحدة التحكم المقابلة) ، ثم عندما تكون جاهزة ، يضع منفذ الاستقبال البيانات المستلمة من الذاكرة الخارجية على الناقل ، والتي يتم تحميلها في السجل المطلوب ، وبعد ذلك يكون ناقل البيانات مجانيًا. حتى لا تتداخل جميع الأجهزة مع بعضها البعض ، تتم مزامنة كل شيء بشكل صارم ، بينما يكون لكل جهاز ، أولاً ، عنوانه الخاص ، وثانيًا ، يمكن أن يكون في ثلاث حالات - العمل من أجل الإدخال أو الإخراج أو أن يكون في حالة ثالثة دون التدخل في عمل الآخرين.

تحت قدرة MP ، فهم عادةً ما يفهمون قدرة الأرقام التي تعمل بها وحدة ALU ، على التوالي ، تتمتع سجلات العمل أيضًا بنفس السعة. على سبيل المثال ، كانت جميع معالجات الكمبيوتر الشخصي من 1386 إلى أحدث تجسيدات Pentkim 32 بت ، وأصبحت بعض أحدث الموديلات من Intel و AMD 64 بت. معظم المتحكمات الدقيقة للأغراض العامة هي 8 بت ، ولكن هناك أيضًا 16 و 32 بت. في هذه الحالة ، يمكن أن يحتوي ناقل البيانات الداخلي على عدد أكبر من البتات - على سبيل المثال ، لنقل كل من العناوين والبيانات في وقت واحد.

كان توزيع سوق MK في السنوات الأولى من الألفية على النحو التالي: أقل بقليل من نصف المنتجات المصنعة عبارة عن بلورات 8 بت ، والنصف الثاني تم تقسيمه بين 16 بت و 32 بت ، و تتزايد حصة هذا الأخير بشكل مطرد بسبب 16 بت منها. يتم إنتاج حتى 4 بتات ، أحفاد 14004 الأولى ، والتي لا تشغل أكثر من 10 ٪ من السوق ، ولكن الغريب أن هذه الحصة تنخفض ببطء شديد.

ملاحظات هامشية

عادةً ما يكون تردد الساعة الخاص بأجهزة MKs العالمية صغيرًا (على الرغم من أنه بالنسبة للمهندس في الثمانينيات ، عندما كانت أجهزة الكمبيوتر تعمل * بترددات لا تزيد عن 6 ميجاهرتز ، كان من الممكن أن تبدو ضخمة) - حوالي 8-16 ميجاهرتز ، وأحيانًا تصل إلى 20 ميجاهرتز أو أكثر. وهذا يناسب الجميع - الحقيقة هي أن أعضاء MK التقليديين ليسوا معنيين بتطوير دوائر عالية السرعة. إذا كانت السرعة مطلوبة ، فسيتم استخدام فئة أخرى من الدوائر المتكاملة - FPGA ، "الدوائر المنطقية المتكاملة القابلة للبرمجة". أبسط FPGA عبارة عن مجموعة من العناصر المنطقية غير المترابطة بأي شكل من الأشكال (قد تتضمن أكثرها تعقيدًا بعض العقد الكاملة ، مثل المشغلات والمولدات) ، والتي ، في عملية برمجة مثل هذه الشريحة ، متصلة بـ الدائرة المطلوبة. يعمل المنطق المختلط بشكل أسرع بكثير من وحدات التحكم المسجلة ، ويتم استخدام FPGAs فقط حاليًا لبناء دوائر منطقية مختلفة ، وقد تم التخلي عن استخدام العناصر المنفصلة ("السائبة") على نطاق واسع منذ فترة طويلة. ميزة أخرى لـ FPGAs هي أن استهلاك الطاقة الثابت لبعض السلاسل هو بضع ميكرو واط ، على عكس MKs ، التي تستهلك الكثير جدًا عند تشغيلها (إذا لم تكن في وضع توفير الطاقة). إلى جانب المتحكمات الدقيقة الأكثر تنوعًا والأسهل في الاستخدام ، ولكنها أقل سرعة واقتصادية ، تشكل FPGA أساس معظم المنتجات الإلكترونية السائدة التي تراها على الرفوف. في هذا الكتاب ، بالطبع ، لن نأخذ في الاعتبار FPGAs - في ممارسة الهواة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التكلفة العالية للأدوات المقابلة والعتبة العالية لتطويرها ، ولا يتم استخدامها ، ولا يُنصح باستخدامها في التصميم مثيلات فردية من الأجهزة حتى للتطبيقات الاحترافية.

إذا كانت تفاصيل الأداء الداخلي لـ MP لا تهمنا كثيرًا (لقد اخترعنا بالفعل العقدة المركزية - ALU في الفصل 15 ، وهذا يكفي لفهم ما يحدث بالضبط داخل نواة المعالج) ، فإن التبادل مع البيئة الخارجية فقط يهمنا بكل التفاصيل. لهذا ، يتم استخدام منافذ الإدخال / الإخراج (I / 0-port ، من الإدخال / الإخراج). هناك بعض عدم اليقين في هذا المصطلح ، لأن أولئك الذين قاموا ببرمجة جهاز كمبيوتر في المجمّع يتذكرون أنه في جهاز الكمبيوتر ، كانت تسمى منافذ الإدخال / الإخراج (I / O) سجلات للتحكم في جميع الأجهزة ، باستثناء جوهر المعالج نفسه. في الميكروكونترولر ، يسمى نفس الشيء "سجلات الإدخال / الإخراج" (IRV) - وهي سجلات للوصول إلى المكونات المدمجة لوحدة التحكم ، خارج جوهر الحوسبة. وهذه جميع العقد التي يتحكم المستخدم فيها بشكل مباشر - من أجهزة ضبط الوقت والمنافذ التسلسلية إلى سجل العلم والتحكم في المقاطعة. بالإضافة إلى ذاكرة الوصول العشوائي ، التي يتم توفير الوصول إليها بواسطة أوامر خاصة ، يتم التحكم في كل شيء آخر في وحدة التحكم من خلال RVV ، ويجب عدم الخلط بينه وبين منافذ الإدخال / الإخراج.

تعمل PVV في MK على التبادل مع "البيئة" (يتم التحكم فيها ، بالطبع ، أيضًا من خلال سجلات الإدخال / الإخراج الداخلية). على الرسم البياني التين. يظهر الشكل 18.2 3 PVV - A و B و C ؛ في عضو الكنيست الحقيقي قد يكون هناك أكثر أو أقل منهم. الأهم من ذلك هو عدد المسامير الموجودة على هذه المنافذ ، والتي غالبًا ما تتزامن مع سعة المعالج (ولكن ليس دائمًا ، كما كان الحال مع 8086 ، الذي كان له هيكل داخلي 16 بت ، ولكن خارجيًا يشبه 8 بت) . إذا أجبرنا منافذ 8 بت على "الاتصال" ، على سبيل المثال ، مع الذاكرة الخارجية ، فيمكن تعيين اثنين منهم على عنوان 16 بت ، ويمكن للباقي تلقي البيانات. ولكن ماذا لو كان هناك منفذان أو حتى منفذ واحد؟ (على سبيل المثال ، يوجد في الميكروكونترولر ATxxxx2313 منفذان رسميًا ، ولكن أحدهما مقطوع ، وبالتالي فإن إجمالي عدد الخطوط هو 15). من أجل جعل هذا ممكنًا حتى في مثل هذه الحالة ، تكون جميع المنافذ الخارجية في MP ثنائية الاتجاه دائمًا. لنفترض أنه إذا كان هناك منفذين ، فيمكنك أولاً تعيين العنوان ، ثم تبديل المنافذ إلى الإدخال وتلقي البيانات. بطبيعة الحال ، لهذا ، يجب أن تسمح المنافذ بالتشغيل على ناقل مشترك - أي ، إما أن يكون لها حالة ثالثة ، أو ناتج مع مجمّع مشترك ليتم دمجه في "مركب OR".

الخيارات لكلتا الحالتين لتنظيم خط إخراج المنفذ موضحة في الشكل. الشكل 18.3 ، والذي يعرض مخططات مبسطة لخطوط إخراج وحدات التحكم الدقيقة من عائلة 8048 - السلف المستخدم على نطاق واسع لـ MK 80S1 الشهير (على سبيل المثال ، تم اختيار 8048 كوحدة تحكم في لوحة المفاتيح في كمبيوتر IBM الشخصي). في MKs الحديثة ، يكون بناء الموانئ أكثر تعقيدًا إلى حد ما (على وجه الخصوص ، بدلاً من المقاوم ، يوجد ترانزستور ذو تأثير ميداني) ، لكن هذا ليس ضروريًا لفهم مبادئ التشغيل.

وفقًا للخيار الأول (الشكل 18.3 ، أ) ، تم بناء المنفذين 1 و 2 في MK 8048. عند كتابة منفذ ، يأتي المستوى المنطقي من الإخراج المباشر للمزلاج الموجود على D-flip-flop الثابت إلى إدخال الدائرة "AND" ، ومن معكوس - إلى بوابة الترانزستور VT2. إذا كان هذا المستوى يساوي صفرًا منطقيًا ، فسيتم قفل الترانزستور VT1 ، و VT2 مفتوحًا ، يكون الناتج أيضًا صفرًا منطقيًا. إذا كان المستوى يساوي وحدة منطقية ، فعند مدة نبضة "الكتابة" ، يفتح الترانزستور VT1 ويغلق الترانزستور VT2 (وهما من نفس القطبية). إذا كانت هناك سعة عند الخرج (وهي موجودة دائمًا في شكل سعة موزعة للموصلات وسعة مدخلات المكونات الأخرى) ، فإن تيار شحنة كبير بما فيه الكفاية لهذه السعة يتدفق عبر VT1 المفتوح ، مما يسمح بجبهة انتقال جيدة من O إلى 1. بمجرد انتهاء نبضة "الكتابة" ، يتم إيقاف تشغيل كلا الترانزستورات ، ويتم الحفاظ على الوحدة المنطقية عند الخرج بواسطة المقاوم R1. تبلغ مقاومة خرج الترانزستور المفتوح VT1 حوالي 5 كيلو أوم ، والمقاوم 50 كيلو أوم. يمكن لأي جهاز آخر متصل بهذا الناقل ، عند العمل كمخرج ، إما دعم وحدة منطقية عن طريق توصيل المقاوم المماثل الخاص به بالتوازي مع R1 ، أو احتلال الخط بصفر منطقي - وهذا ، كما ترون ، هو "تصاعد أو" الدائرة. عند العمل على الإدخال ، تتم قراءة حالة الخط ببساطة أثناء عمل نبضة "الكتابة" من مخزن الإدخال المؤقت (العنصر "B" في الشكل 18.3 ، أ).

الخيار الثاني (الشكل 18.3 ، ب) ، وفقًا لترتيب المنفذ O ، هو مرحلة إخراج CMOS تقليدية مع حالة ثالثة ، أي أن مثل هذا المنفذ يمكن أن يعمل كمخرج ، فقط يشغل الخط بالكامل ، بينما يجب أن تستمع باقي الأجهزة المتصلة بالخط بتواضع إلى إشارات المحتكر التي تستقبلها. هذا عادة لا يخلق أي صعوبات خاصة ويفضل حتى في الدوائر بسبب تناظر إشارات الخرج والمقاومة العالية لإشارات الإدخال. تنشأ الصعوبة الوحيدة عند إقران مثل هذا المنفذ بخط يعمل وفقًا للخيار الأول ، نظرًا لأنه مع وجود وحدة منطقية عند الإخراج ، يمكن أن تنشأ تعارضات كهربائية إذا حاول شخص ما إخراج صفر منطقي إلى الخط (التيار من المصدر سوف تذهب من خلال اثنين من الترانزستورات المفتوحة).

أرز. 18.3. مخططات مبسطة لمنافذ الإدخال / الإخراج MK 8048: أ - المنفذين 1 و 2 ؛ ب - المنفذ O

لضمان تشغيل منفذ ثلاثي الاستقرار وفقًا لمخطط "الأسلاك OR" ، يتم استخدام خدعة صعبة: يتم "سحب" الخط بالكامل إلى جهد الإمداد باستخدام مقاوم خارجي (العديد من أجهزة MK لديها مفتاح مدمج قابل للتحويل تم تثبيت المقاوم بشكل مشابه لـ R1 في الدائرة في الشكل 18.3 ، أ) ، وحالة جميع المنافذ ثلاثية الحالة المشتركة - تعمل على الإدخال في الحالة الثالثة. في هذا الوضع ، ستكون هناك دائمًا وحدة منطقية على الخط. يتم تحويل الخط إلى الإخراج فقط عندما يكون من الضروري إصدار صفر منطقي. في هذه الحالة ، حتى إذا كانت هناك عدة منافذ نشطة في نفس الوقت ، فلن يكون هناك تعارضات.