المعالج الدقيق 80286 Microprocessor

ما هو المعالج الدقيق 80286 Microprocessor؟

المعالجات الدقيقة (80286) هي أول عضو في عائلة المعالجات الدقيقة المتقدمة مع إدارة الذاكرة وقدرات الحماية، هو معالج دقيق (16) بت لديه القدرة على تنفيذ تعليمات (16) بت في المرة الواحدة، لديه بيانات غير مضاعفة وناقل العنوان (address bus)، حجم ناقل البيانات (data bus) هو (16) بت بينما حجم ناقل العنوان هو (24) بت.

تمّ اختراعه في فبراير (1982) بواسطة (Intel)، كان المعالج الدقيق (80286) في الأساس تقدمًا لمعالج (8086)، علاوةً على ذلك في عام (1985)، أنتجت إنتل نسخة مطورة من (80286) والتي كانت عبارة عن معالج دقيق (32) بت، الآن السؤال الذي يطرح نفسه ما هي العوامل التي تجعل (80286) أكثر فائدة من المعالج الدقيق (8086)؟

• يحتوي على عنوان غير متعدد الإرسال وناقل بيانات يقلل من سرعة التشغيل.

• الذاكرة القابلة للعنونة في حالة (80286) هي (16) ميجا بايت.

• يوفر (additional adder) إضافيًا لحساب العنوان.

• المعالج (80286) لديه مضاعفات أسرع تؤدي إلى عملية سريعة.

• يبلغ الأداء لكل دورة ساعة (80286) ضعفًا تقريبًا مقارنةً بـ (8086) أو (8088).

أوضاع التشغيل للمعالجات الدقيقة 80286:

المعالج الدقيق (80286) يعمل في وضعين:

• وضع العنوان الحقيقي (Real address mode).

• وضع العنوان الظاهري المحمي (Protected virtual-address mode).

في وضع العنوان الحقيقي (real address mode)، يعمل هذا المعالج الدقيق كإصدار (8086) وهو أسرع تمامًا، أيضًا بدون أي تعديل خاص، يمكن تنفيذ التعليمات المبرمجة لـ (8086) في (80286)، وهي توفر قابلية عنونة للذاكرة تبلغ (1) ميجا بايت من الذاكرة الفعلية.

يدعم وضع العنوان الظاهري المحمي (protected virtual-address mode) للمعالج (80286)، تعدد المهام لأنّه يمكن تنفيذ برامج متعددة باستخدام الذاكرة الظاهرية، يوفر هذا الوضع للمعالج (80286) قابلية عنونة للذاكرة تبلغ (16) ميجا بايت من الذاكرة الفعلية جنبًا إلى جنب مع (1) جيجابايت من الذاكرة الافتراضية.

باستخدام الذاكرة الافتراضية (virtual memory)، يمكن توفير مساحة للبرامج الأخرى، في بعض الأحيان توجد أيضًا برامج ضخمة لا يمكن تخزينها في الذاكرة الفعلية (physical memory)، لذلك يتم استخدام الذاكرة الافتراضية لتنفيذ البرامج الكبيرة، يستخدم هذا الوضع في (80286)، بحيث في حالة فشل الذاكرة في وضع العنوان الحقيقي، يمكن أن يظل في وضع محمي.

ما هي الذاكرة الافتراضية virtual memory؟

الذاكرة الافتراضية هي ذلك الجزء من القرص الصلب الذي يمكن استخدامه لتخزين تعليمات كبيرة داخل النظام، يمكن معالجة هذه الذاكرة الإضافية بواسطة الكمبيوتر بخلاف الذاكرة الفعلية، عند وجود تعليمات يتم تحميلها في الذاكرة ولكن حجمها أكبر من الذاكرة الفعلية المتوفرة، ثمّ يتم استخدام جزء من القرص الصلب لتخزين هذه التعليمات، والتي تُعرف بالذاكرة الافتراضية.

معمارية المعالج الدقيق 80286:

في حالة التمثيل المعماري للمعالج الدقيق (80286) سنرى التالي:

كما ذكرنا سابقًا أنّه معالج دقيق (16) بت، وبالتالي يحمل ناقل بيانات (16) بت وناقل عنوان (24) بت، أيضًا، على عكس المعالج الدقيق (8086)، فإنّه يوفر عنوانًا غير متعدد الإرسال وناقل بيانات، ممّا يزيد من سرعة تشغيل النظام، يتكون (80286) من حوالي (125) كيلو ترانزستور ويبلغ إجمالي تكوين ال (pins) (68 pins).

تتكون وحدة المعالجة المركزية (CPU) للمعالج الدقيق (80286)، من (4) مجموعات وظيفية:

• وحدة العنونة (Address Unit).

• وحدة النواقل (Bus Unit).

• وحدة التعليمات (Instruction Unit).

• وحدة التنفيذ (Execution Unit).

شرح معمارية المعالج الدقيق 80286:

أولاً، يتم حساب العنوان الفعلي حيث يتم جلب البيانات أو التعليمات، بواسطة وحدة العنوان، بمجرد حساب العنوان الفعلي، يتم تسليم العنوان المحسوب إلى وحدة النواقل، وبشكل أكثر تحديدًا يمكننا القول، أنّ العنوان المحسوب يتم تحميله على ناقل العنوان لوحدة الناقل.

يحدد هذا العنوان موقع الذاكرة حيث سيتم جلب البيانات أو التعليمات، يتم جلب البيانات من خلال الذاكرة من خلال ناقل البيانات، لتنفيذ التعليمات بشكل أسرع، يجلب (BU) التعليمات مقدمًا من الذاكرة ويخزنها في قائمة الانتظار، يتم ذلك من خلال وحدة التحكم في النواقل (bus control module)، كما تحدثنا سابقًا، يتم تخزين التعليمات مسبقة الجلب في قائمة انتظار تعليمات (6) بايت، ثمّ ترسل قائمة انتظار التعليمات هذه التعليمات إلى وحدة التعليمات.

تبدأ وحدة التعليمات الخاصة باستلام التعليمات الآن في فك تشفير التعليمات، نظرًا لأنّه يتم تخزين الإرشادات في قائمة انتظار مسبقة الجلب، فإنّ وحدة فك الترميز تقوم باستمرار بفك تشفير التعليمات التي تمّ جلبها وتخزينها في قائمة انتظار التعليمات التي تمّ فك تشفيرها.

الآن بعد فك تشفير التعليمات، هناك حاجة إلى مزيد من التنفيذ، لذلك، يتم تغذية التعليمات من قائمة انتظار التعليمات التي تمّ فك شفرتها إلى وحدة التنفيذ، المكون الرئيسي لوحدة التنفيذ (EU) هو (ALU)، أي وحدة الحساب والمنطق تؤدي العمليات الحسابية والمنطقية على المعامل وفقًا للتعليمات التي تمّ فك تشفيرها، بمجرد تنفيذ التعليمات، يتم إرسال نتيجة العملية، أي إرسال البيانات المطلوبة إلى مخزن السجل (register bank) من خلال ناقل البيانات.

كما ناقشنا سابقًا أنّ (80286) هو مجرد نسخة معدلة من (8086)، السجل الذي تمّ تعيينه في (80286) هو نفس سجل المعالج الدقيق (8086):

• يحتوي على (8) سجلات للأغراض العامة (general purpose registers) كل منها (16) بت.

• يحتوي على (4) سجلات للتجزئة (segment register) كل منها (16) بت.

• يحتوي أيضًا على سجل الحالة (status register) وسجل التحكم (control register) ومؤشر التعليمات (instruction pointer).

المقاطعة في المعالج الدقيق Interrupt of 80286 Microprocessor:

نعلم أنّه عندما يتم إنشاء مقاطعة (interrupt) في نظام ما، يتم إيقاف تنفيذ البرنامج الحالي ويتم نقل التنفيذ إلى موقع البرنامج الجديد حيث يتم إنشاء المقاطعة، ولكن بمجرد تنفيذ المقاطعة، من أجل العودة إلى البرنامج الأصلي، يجب تخزين عنوانه وحالة الجهاز في المكدس (stack)، توجد في الأساس ثلاث فئات من المقاطعة في المعالج الدقيق (80286):

• المقاطعة الخارجية “مقاطعة الأجهزة” (External interrupt (Hardware interrupt)).

• مقاطعة تعليمات (INT) “مقاطعة البرامج” (INT instruction interrupt (Software interrupt)).

• المقاطعة المتولدة داخليًا بسبب بعض الاستثناءات (Internally generated interrupt due to some exceptions).

المقاطعة الخارجية أو مقاطعة بدء الأجهزة: هي تلك المقاطعات التي يتم إنشاؤها بسبب إدخال خارجي، وهي في الأساس نوعان:

• المقاطعة المخفية (Maskable interrupt).

• المقاطعة غير المخفية (Non-maskable interrupt).

في بعض الأحيان، عندما يُسمح بتنفيذ برامج متعددة في نظام ما، فإنّ هذا يؤدي إلى إنشاء تعليمات (INT)، وتعرف هذه المقاطعة باسم مقاطعة البرامج، توجد مقاطعة أخرى في المعالج (80286) بسبب بعض الظروف أو المواقف غير العادية التي تمّ إنشاؤها في النظام والتي تؤدي إلى منع تنفيذ مزيد من التعليمات الحالية.

(Maskable Interrupt INTR): هو (pin) إدخال للمقاطعة المخفية يتم توفير نوع (INT) من خلال دائرة خارجية مثل وحدة تحكم المقاطعة، التفاصيل الوظيفية الأخرى ل (pin) المقاطعة هذا مشابهة تمامًا لإدخال (INTR) لـ (8086).

(Non-Maskable Interrupt NMI): لها أولوية أعلى من مقاطعة (INTR).