الدرس 7: المعالج ودورة الجلب-فك التشفير-التنفيذ

لدينا المكوّنان: وحدة حساب (وحدة ALU من درس المنطق التوافقي) وذاكرة سريعة (السجلات من درس الذاكرة). الآن سنجمعهما في معالج (CPU) كامل ونرى كيف يشغّل برنامجًا، تعليمة بعد تعليمة. سنتعرّف على أجزائه: وحدة التحكم التي تنسّق كل شيء، ووحدة ALU، وملف السجلات، وعداد البرنامج (PC) الذي يحمل عنوان التعليمة ا

المعالج عاملٌ لا يكلّ يكرّر الدورة نفسها بلا توقّف: اجلب التعليمة التالية، افهم ما تقوله، نفّذها، وانتقل إلى التالية. الساعة تقرع الإيقاع، وعداد البرنامج يؤشّر إلى موضعنا في الكود.

المعالج المركزي (CPU): الوحدة المركزية التي تشغّل البرامج: تجلب التعليمات من الذاكرة، وتفكّ تشفيرها وتنفّذها باستخدام وحدة ALU والسجلات، واحدةً تلو الأخرى.
وحدة التحكم: قائد المعالج: يفكّ تشفير كل تعليمة ويرسل إشارات توجّه وحدة ALU والسجلات والذاكرة لتنفيذ الخطوات الصحيحة بالترتيب الصحيح.
ملف السجلات: مجموعة السجلات داخل المعالج مجتمعةً، التي تحمل القيم التي تعمل عليها التعليمات حاليًا — أسرع ذاكرة وأقربها إلى وحدة ALU.
عداد البرنامج (PC): سجل خاص يحمل عنوان التعليمة التالية المراد جلبها. عادةً يتقدّم إلى التعليمة التي تليها؛ والقفزة ببساطة تكتب فيه عنوانًا مختلفًا.
سجل التعليمات (IR): سجل يحمل التعليمة الحالية المجلوبة من الذاكرة، كي تتمكّن وحدة التحكم من فكّ تشفيرها وتنفيذها.
دورة الساعة: نبضة واحدة من ساعة المعالج تضبط إيقاع جميع العمليات. ينفّذ المعالج الحديث مليارات دورات الساعة في الثانية (جيجاهرتز).
الجلب-فك التشفير-التنفيذ: الدورة الأساسية للمعالج: اجلب التعليمة التي يؤشّر إليها عداد البرنامج، وافكّ تشفير معناها، ونفّذها، وقدّم العداد — ثم كرّر.
الناقل: حزمة من الأسلاك تنقل البيانات والعناوين وإشارات التحكم بين المعالج والذاكرة وسائر المكوّنات — 'الطريق' الذي تتدفّق عليه المعلومات.
نموذج فون نويمان: بنية يُخزَّن فيها الكود (التعليمات) والبيانات معًا في الذاكرة نفسها، ويجلب المعالج منها التعليمات والبيانات كليهما عبر النواقل نفسها.