شرح معالجات سلمية فائقة Superscalar وبنيان von Neumann و Harvard

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته مرحبا بكم في دروس المعالجات الدقيقة .
تعتبر هذه التدوينات والتي نعتبرها سلسلة من الدروس في الدوائر الموائمةcomputer interface والمعالجات الدقيقة CPU ، تفيد وبشكل كبير طلاب هندسة الحاسوب ، كذلك علوم الحاسوب ، حيث وانها من ضمن مقررهم الدوائر الموائمة ، computer interface

سنتعرف في درس اليوم على المعالجات السلمية الفائقة Superscalar كما سنتعرف على بنيان ڤون نومان وبنيان هارفرد..
إن تطبيق مبدأ التوارد Pipelining يزيد من سرعة تنفيذ المعالج للتعليمات؛ فبينماتُحمِّل وحدة المعالجة المركزية تعليمة جديدة فإنها تنفذ حسابات التعليمة التي سبقتهاوتخزن نتيجة التعليمة التي سبقت سابقتها. صحيح أن هذه المعالجة تعتبر تفرعية إلاأنها لا تعتبر معالجة سلمية فائقة superscalar processing لكونها تُنهي علىالأكثر تعليمة واحدة خلال كل دورة آلة.
لزيادة معدل تنفيذ التعليمات عمدت بعض الشركات إلى تصنيع معالجات عالية الأداءتحتوي على عدة وحدات حسابية ومنطقية ALU تعمل معًا على التوازي. تستطيع هذهالمعالجات جلب عدة تعليمات بآن واحد وفك ترميز عدد من التعليمات السابقة وتنفيذعدد من التعليمات التي سبقت سابقتها.
تُبرمج هذه الوحدات بتعليمات مشفرة على عدد كبير من البتات )مثلا 96 بت)، تسمىبالتعليمات ذات الكلمات العريضة جدًا .Very Large Instruction Word (VLIW) توصف هذه المعالجات بأنها معالجات سلمية فائقة Superscalar .
تزداد سرعة المعالجة مع ازدياد عدد الوحدات في المعالج. فبينما تحتوي المعالجاتالسلمية الفائقة الأولى على وحدتي حساب منطقية ALU ووحدة حساب بالفاصلةالعائمة، نجد أن المعالجات الحديثة، مثل PowerPC 970 ، تحتوي على أربعوحدات حساب منطقية ووحدتي حساب بالفاصلة العائمة .





يشار عادة إلى المعالج 6600 CDC من Seymour Cray على أنه أول تصميملمعالج سُلمي فائق، بينما المعالجات i 960 من Intel عام 1988 ) وسلسلة)29000 AMD عام (1990 ) هي أول معالج تجاري من نوع Superscalarومنذ العام 1988 فإن أغلب المعالجات للاستخدام العام هي من نوع Superscalar، منها معالجات بنتيوم التي تحتوي على وحدتي حساب للأعداد الصحيحة، يمكنهماالعمل معًا إذا توافرت الشروط الملائمة لذلك.


المعالجات ذات بنيان هارڤرد Harvard
اعتمد تصميم المعالجات في البدء على استخدام بنيان ذاكرة نفسه لتخزين التعليماتوالمعطيات وكذلك المساري نفسها من أجل النفاذ إلى ذاكرة البرنامج وذاكرة المعطيات،تعرف هذه التقانة ببنيان ڤون نومان von Neumann .
في هذا البنيان يمكن للمعالج في آنٍ واحد إما أن يقرأ تعليمة أو يقرأ/يكتب معطيات فيالذاكرة، كما ينفذ التعليمات تعليمة تلو الأخرى على نحو تتابعي إلا إذا جرى تغيير هذاالتتابع من قبل تعليمات البرنامج، مثل تعليمات القفز.


الصورة تبين بنية فون نومان


ولتحسين أداء المعالجات، اعتمدت بعض الشركات المصنعة بنيانًا ذو مسريين مستقلين:المسرى الأول: يتصل بذاكرة البرنامج، ويجري من خلاله قراءة التعليمات من الذاكرةإلى المعالج.
المسرى الثاني: يتصل بذاكرة المعطيات، ويسمح بتبادل المعطيات بين الذاكرة الحيةRAM والمعالج كما في الصورة


يسمح الفصل بين مسرى ذاكرة البرنامج ومسرى ذاكرة المعطيات بتسريع عمل المعالج،حيث يستطيع المعالج جلب التعليمة القادمة بينما ينهي تخزين ناتج التعليمة الحالية،بالطبع هناك ثمن لهذا التسريع وهو زيادة عدد مغارز الرقاقة IC مما يجعل توصيلالمعالج داخل النظام معقدًا.
كما تسمح عملية الفصل أيضًا باستخدام بنية مختلفة لكل من ذاكرة البرنامج وذاكرةالمعطيات؛ فنجد مثلا أن حجم كلمة التعليمة في المعالجات الحديثة أكبر من حجم كلمةالمعطيات، كما أن ذاكرة البرنامج غالبًا ما تكون من نوع الميتة (للقراءة فقط) بينمانستخدم ذاكرة حية (للقراءة والكتابة) لتخزين المعطيات المؤقتة. يُستخدم بنيان هارفردكثيرًا في معالجات الإشارة الرقمية، والمتحكمات الصغرية.
نكتفي بهذا القدر ونلتقي في التدوين القادم او الدرس الخامس بعنوان المتحكماتالصغرية Microcontroller.



عزيزنا الزائر إن كانت هذه اول زيارة لك لمدونتنا لا تنسى الاشتراك فيها عبر بريدك الالكتروني ليصلك كل جديد او قم بالإعجاب بصفحتنا على الفيس بوك في يسار الصفحة ....