مقدمه
معماری کامپیوتر دانش طراحی مفهومی و شناخت اجزای رایانه است. عنوان یکی از گرایش‌های کامپیوتر است. در این گرایش با اجزای داخلی کامپیوتر که مراحل انجام یک دستور را بر عهده دارند و چگونگی کار آنها آشنا میشویم. در این گرایش واحد کنترل مرکزی و حافظه به عنوان دو بخش اصلی کامپیوتر معرفی میشوند و در ادامه به بررسی ارتباط آنها و ساختار درونی آنها میپردازند. برای درک موضوعات مطرح شده در این گرایش آشنائی با مبحث مدارهای منطقی لازم و ضروری است.
معماری SPC : Stored program control
کامپیوتر یک دستورالعمل را یک حافظه خوانده و در داخل یک رجیستر به نامه رجیستر کنترل قرار می دهد.
واحد کنترل که باینری دستورالعمل را De Code کرده و دنباله ای از میکرواپریشن های لازم برای اجرای آن دستورالعمل را بوجود می آورد .
که یک دستورالعمل گروهی از بیت هاست که به کامپیوتر دستور می دهد تا عمل خاصی را انجام دهد. اینکه معمولا به بخشهایی تقسیم می شود که هر کدام وظیفه خاص خودشان را دارند .
بیشتر بخوانید : پمپ وکیوم آبی چیست؟
در این نوع ساختار که اغلب کامپیوتر ها از آن پیروی می کنند عملیات یک کامپیوتر توسط برنامه ای که توسط برنامه نویس نوشته شده و در حافظه RAM قرار داده می شود کنترل می گردد . در این معماری برنامه دستورالعمل در یک حافظه قرار می گیرند .
این برنامه مجموعه ای از دستورالعمل هاست که نوع عملیات، عملیات های مربوطه و توالی اجرای عملیات را مشخص می کند .
روش پمپ وکیوم در معماری کامپیوتر
یک دستورالعمل یک کد باینری است که توالی انجام میکرواپریشن ها را مشخص می¬نماید.
اصلی ترین قسمت یک کد دستورالعمل بخش Operation code یا Opcode است . Opcode نوع دستورالعمل نظیر AOD ، sub و غیره را مشخص می کند تعداد بیتهای Opcode به تعداد کل دستورالعملهای موجود در cpu بستگی دارد.
ارتباط بین دستورالعمل ها با Mopها : کد باینری یک دستورالعمل به CPU می گوید که عمل خاصی را انجام دهد ( مثل جمع ) واحد کنترل با گرفتن این دستور از حافظه در یکه کردن بیت های دستورالعمل یک سری از سیگنالهای کنترل را بوجود می آورد که باعث انجام Mopها در رجیسترهای داخلی CPU شوند .
هر کد دستورالعمل عمل خاصی را مشخص می کند که باید روی داده ذخیره شده در رجیستر یا حافظه عمل کند . لذا در کد دستورالعمل یک محل حافظه با آدرس آن مشخص می شود که این آدرس جزئی از کد دستورالعمل را تشکیل می دهد .
برای مشخص کردن رجیتسرهای CPU نیز از یک کد باینری استفاده می شود اگر CPU تعداد رجیستر داشته باشد از یک کد Kبیتی برای آنها استفاده می شود .
دستورالعمل CPU را به فرمتهای مختلفی می توان طراحی کرد که به معماری کامپیوتر وابسته است. برای کامپیوتر ساده این فصل در نظر می گیریم که CPU فقط یک رجیستر داشته باشد.
Accumulator :
در کامپیوترهای که فقط یک رجیستر داشته باشند معمولا آنرا Accumulator نامگذاری می کنند دستورات CPU روی اپراتوهای حافظه قوی AC عمل خواهند کرد .
سایر رجیسترهای کامپیوتر :
1- PC یا program counter : از آنجائیکه دستورالعمل های ذخیره شده در حافظه در خانه های پشت سر هم ذخیره شده و به ترتیب اجرا می شوند احتیاج به شمارنده ای خواهید داشت که آدرس دستورالعمل بعدی که CPU را در خود بتواند ذخیره کند . این شمارنده PC نامیده می شود . در مواردی که دستور پرش یا Branch وجود دشاته باشد باید بتوان مقدار این رجیستر را با آدرس محل پرش پرنمود لذا این رجیستر باید قابلیت Load موازی هم داشته باشد .
2- IR یا Instruction Register : وقتی دستورالعملی از حافظه خوانده می شود لازم است تا در رجیستری ذخیره گردد تا مدار کنترل بتواند محتوی آن را یکه کرده و دستور را اجرا نماید برای اینکار از رجیستر 16 بیتی IR استفاده می کنیم . برای این رجیستر کافی است تا فقط قابلیت Load موازی داشته باشد .
3- AR: Address Register : لازم است تا رجیستری داشته باشیم تا بتوانیم آدرس حافظه مورد استفاده برا عمل خواند از حافظه یا نوشتن در آنرا مشخص کنیم برای اینکار از رجیستر 12 بیتی AR استفاده می شود . در واقع Address Bus کامپیوتر به خروجی این رجیستر وصل خواهند شد . این رجیستر نیز از قابلیت های LO موازی ، INC ، CLR برخوردار است . ( هر آدرسی که از کامپیوتر خارج می شود باید قبلا در AR ریخته شود .)