البنية الدقيقة (علم الحاسوب)

في هندسة الحاسوب، تُعدُّ البنية الدقيقة، والتي تسمى أيضًا تنظيم الحاسوب وتُختصر أحيانًا باسم µarch أو uarch، هي الطريقة التي تُنفّذ بها مجموعة التعليمات في معالج معين.[1] قد تُنفّذ مجموعة تعليمات معينة مع بُنى دقيقة مختلفة؛[2][3] قد تختلف التطبيقات بسبب أهداف مختلفة لتصميم معين أو بسبب التحولات في التكنولوجيا.[4]

هندسة الحاسوب هي مزيج من البُنى الدقيقة ومجموعة التعليمات.

أصل المصطلح

تستخدم أجهزة الكمبيوتر البرمجة الدقيقة لمنطق التحكم منذ الخمسينيات، تقوم وحدة المعالجة المركزية بفك تشفير التعليمات وإرسال الإشارات إلى المسارات المناسبة عن طريق مفاتيح الترانزستور.

العلاقة مع بنية مجموعة التعليمات

ترتبط الهندسة المعمارية الدقيقة بهندسة مجموعة التعليمات ولكنها ليست هي نفسها، بنية مجموعة التعليمات قريبة من نموذج البرمجة للمعالج كما يراه مبرمج لغة التجميع والذي يتضمن نموذج التنفيذ وسجلات المعالج وأوضاع عنوان الذاكرة وتنسيقات العنوان والبيانات وما إلى ذلك، بشكل أساسي هي عبارة عن بنية ذات مستوى منخفض وبالتالي فهي تدير عددًا كبيرًا من التفاصيل المخفية في نموذج البرمجة وهي تصف الأجزاء الداخلية للمعالج وكيفية عملها معًا من أجل تنفيذ المواصفات المعمارية.

قد تكون العناصر المعمارية الدقيقة هي كل شيء بدءًا من البوابات المنطقية الفردية إلى السجلات وجداول البحث والمضاعفات والعدادات وحتى العناصر الأكبر، يمكن تقسيم مستوى الدوائر الإلكترونية بدوره إلى تفاصيل على مستوى الترانزستور مثل الهياكل الأساسية لبناء البوابة المستخدمة وأنواع التنفيذ المنطقي المختارة (ثابت / ديناميكي وعدد المراحل إلخ) بالإضافة إلى  تصميم المنطق الفعلي المستخدم في بنائها.

بعض النقاط المهمة:

يمكن استخدام معمارية دقيقة واحدة، خاصة إذا كانت تتضمن رمزًا صغيرًا، لتنفيذ العديد من مجموعات التعليمات المختلفة، عن طريق تغيير مخزن التحكم.

قد يكون لآلتين نفس البنية الدقيقة وبالتالي نفس مخطط الكتلة ولكن تطبيقات أجهزة مختلفة تمامًا، هذا يدير كلاً من مستوى الدوائر الإلكترونية وحتى المستوى المادي للتصنيع (لكل من الدوائر المتكاملة و / أو المكونات المنفصلة).

قد يكون للآلات ذات البنى الدقيقة المختلفة نفس بنية مجموعة التعليمات وبالتالي يكون كل منها قادرًا على تنفيذ نفس البرامج، إن البنى الدقيقة الجديدة و / أو حلول الدوائر إلى جانب التطورات في تصنيع أشباه الموصلات هي التي تسمح للأجيال الجديدة من المعالجات بتحقيق أداء أعلى.

أوصاف مبسطة

الوصف المبسط للغاية عالي المستوى هو أمر شائع في التسويق، قد يُظهر فقط الخصائص الأساسية إلى حد ما مثل وحدات التنفيذ والأنظمة الكبيرة الأخرى مثل التنبؤ بالفروع وذاكرة التخزين المؤقت، قد يتم أيضًا تضمين بعض التفاصيل مثل الجلب وفك التشفير والتعيين والتنفيذ وإعادة الكتابة في بعض الأحيان.

جوانب العمارة الدقيقة

يعد مسار البيانات الموصّل بالأنابيب أكثر تصميمات مسار البيانات شيوعًا في الهندسة المعمارية الدقيقة اليوم، تُستخدم هذه التقنية في معظم المعالجات الدقيقة، تسمح البنية المخططة بتداخل تعليمات متعددة في التنفيذ، مثل خط التجميع، يتضمن خط الأنابيب عدة مراحل مختلفة والتي تعتبر أساسية في تصاميم العمارة الدقيقة، تتضمن بعض هذه المراحل إحضار التعليمات وفك تشفير التعليمات والتنفيذ وإعادة الكتابة، تتضمن بعض البنى مراحل أخرى مثل الوصول إلى الذاكرة، يعد تصميم خطوط الأنابيب أحد المهام المعمارية الدقيقة المركزية.

وحدات التنفيذ ضرورية أيضًا للهندسة المعمارية الدقيقة، تتضمن وحدات التنفيذ وحدات المنطق الحسابي ووحدات الفاصلة العائمة ووحدات التحميل/التخزين وتنبؤ الفرع، تقوم هذه الوحدات بعمليات أو حسابات المعالج، يعد اختيار عدد وحدات التنفيذ ووقت الاستجابة والإنتاجية من مهام التصميم المعماري الجزئي المهمة، الحجم والكمون والإنتاجية والاتصال بالذكريات داخل النظام هي أيضًا قرارات معمارية دقيقة.

يمكن اعتبار قرارات التصميم على مستوى النظام مثل تضمين الأجهزة الطرفية أو عدم تضمينها ووحدات التحكم في الذاكرة جزءًا من عملية تصميم البنية الدقيقة، يتضمن ذلك القرارات المتعلقة بمستوى الأداء وتوصيل هذه الأجهزة الطرفية.

على عكس التصميم المعماري حيث يكون مستوى الأداء المحدد هو الهدف الرئيسي، فإن التصميم المعماري الدقيق يولي اهتمامًا أكبر للقيود الأخرى، يجب الانتباه إلى قضايا مثل:

مساحة / تكلفة الرقاقة.

استهلاك الطاقة.

تعقيد المنطق.

سهولة الاتصال.

قابلية التصنيع.

سهولة التصحيح.

قابلية الاختبار.

المفاهيم المعمارية الدقيقة

بشكل عام تقوم جميع وحدات المعالجة المركزية أو المعالجات الدقيقة أحادية الشريحة أو التطبيقات متعددة الشرائح بتشغيل البرامج من خلال تنفيذ الخطوات التالية:

اقرأ التعليمات وفك تشفيرها.

ابحث عن أي بيانات مرتبطة مطلوبة لمعالجة التعليمات.

معالجة التعليمات.

اكتب النتائج.

تعقيد هذه السلسلة البسيطة من الخطوات هو حقيقة أن التسلسل الهرمي للذاكرة والذي يتضمن التخزين المؤقت والذاكرة الرئيسية والتخزين غير المتطاير مثل الأقراص الصلبة (حيث توجد تعليمات البرنامج والبيانات) كان دائمًا أبطأ من المعالج نفسه،

المراجع
  1. Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Computer Engineering (PDF)، Association for Computing Machinery، 2004، ص. 60، مؤرشف من الأصل (PDF) في 12 يونيو 2019، Comments on Computer Architecture and Organization: Computer architecture is a key component of computer engineering and the practicing computer engineer should have a practical understanding of this topic...
  2. Murdocca, Miles؛ Heuring, Vincent (2007)، Computer Architecture and Organization, An Integrated Approach، Wiley، ص. 151، ISBN 9780471733881.
  3. Clements, Alan، Principles of Computer Hardware (ط. 4th)، ص. 1–2.
  4. Flynn, Michael J. (2007)، "An Introduction to Architecture and Machines"، Computer Architecture Pipelined and Parallel Processor Design، Jones and Bartlett، ص. 1–3، ISBN 9780867202045.
  • بوابة تقنية المعلومات
  • بوابة إلكترونيات
  • بوابة علم الحاسوب
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.