مقدمة 

في الحواسيب المعالج هو العقل المدبر - دماغ الحاسوب-  حيث يستقبل الأوامر ويعالجها ويعطينا نتائجها عل شكل معلومات نستفيد منها .

اما من الناحية العتادية هو قطعة مربعة الشكل وخفيفة الوزن يخرج من أسفلها عدد من الإبر (pins) التي تسمح للمعالج بالإتصال مع مقبس المعالج على اللوحة الأم وذلك لتبادل البيانات بينة وبين اللوحة الأم .

يتكون في الأصل من ملايين الترانزستورات المجموعة في شريحة صغيرة جدا من السيلكون وهذه الشريحة تثبت من قبل المصنع  للمعالج على غلاف المعالج (القطعة المربعة) أو داخلها وذلك لإيصالها بالإبر التي تكون أسفل غلاف المعالج.

في هذا النشاط سنقوم بتلخيص او شرح معالج   Intel 80386  ويسمى ايضاً i386.

وهي كالتالي:

• التركيب الداخلي للحاسوب المستخدم فيه المعالج والمكونات للحاسوب والترابط البيني بينها.
• الذاكرة وسعتها والذاكرة التي تتوافق  مع المعالج وسعتها .
• نظام الإدخال والإخراج في المعالج Intel 80386.
• أطراف المعالج Intel 80386.
• مقارنة بين المعالج Intel 80386 مع المعالج الذي قبلة من حيث العمل والمميزات والعيوب .
• المسجلات ونوعيتها في المعالج Intel 80386 .
• الخلاصة.
• المراجع.

تركيب الهيكلي للمعالج -:80386

 عباره عن شريحة مرتبة الأطراف, يخرج من هذه الشريحة 132 طرفا مركبه  في صورة شبكة Grid تعرف كل نقطة فيها برقم الصف متقاطعة مع رمز العمود الذي تقع فيه, فمثلا نقول أن الطرف 13j هو الطرف Vss وهكذا.

للمعالج i386 اصدارين او صورتين الاصدار الأول هو المعالج i386DX  وهو  الصورة الكاملة لهذا المعالج, الاصدار الثاني وهو i386SX الذي يختلف عن الاصدارDX في ان مسار البيانات له يتكون من 16بت بدلاً من 32بت  وذلك حتى يتوافق خارجياً مع المعالج 80286  وهذ هو الاختلاف  الوحيد بينهم.

البناء الداخلي للمعالج -:80386

يحتوي هذا المعالج على ست وحدات تقوم بأداء الأعمال التي توكل للمعالج :-

• وحدة ربط الناقلة Bus Interface Unit.
• تقوم هذه الوحدة بربط المعالج بالعالم الخارجي وحيث تعد هذه الوحدة المسئولة عن الاتصال بالأجهزة الخارجية سواء, كما انها تقوم بنقل المعلومات  سواء كانت عناوين او بيانات وكذلك تجلب شفرات الأوامر من الذاكرة وأيضا تقوم بتوليد اشارات التحكم الخاصة بدورات الناقلة Bus Cycle.
• وحدة الجلب المسبق لكود العملية Code Prefetch Unit .
• تقوم هذه الوحدة بجلب كود العملية التالي في الوقت الذي تقوم فيه وحدة التنفيذ بتنفيذ امر قد تم الحصول على المعلومات اللازمة لتنفيذه ثم تقوم بتخزين هذا الأمر في مسجل طابور الأمرCode Queue  الذي طوله 16bit ويجب على هذه الوحدة الانتظار عندما تكون وحدة ربط الناقلة مشغولة بجلب امر, وهذا معناه أن هذه الوحدة لها اولوية اقل من وحدة الناقلة في استخدام ت الناقلات.
• وحدة فك شفرة الأمر Instruction decode Unit.
• تقوم هذه الوحدة بفك شفرة الأوامر التي تركتها وحدة الجلب المسبق في مسجل طابور الأوامر وبفك شفرة الأوامر يتحول البرنامج المكتوب بلغة ما عن طريق المبرمج الى لغة الالة التي يفهمها المعالج.
• وحدة التنفيذ Execution Unit.
• تقوم هذه الوحدة بتنفيذ الأمر بعد فك شفرة الأمر يصبح المعالج على علم بنوع العملية المطلوب تنفيذها كما انه يمكنه معرفة الوحدات المعنية  بهذا الأمر وعليه يقوم بإصدار
• إشارات تحكم مناسبة لهذه الوحدات لتقوم بتنفيذ العملية . 
• وحدة التقسيم الى قطاعات Segmentation Unit.
• تقوم هذه الوحدة بترجمة العنوان المنطقي Logical Address الى شفرة عناوين يمكن لوحدة التنفيذ استخدامها.
• وحدة الصفحات Paging Unit.
• تقوم هذه الوحدة بترجمة العنوان الذي تم توليده عن طريق وحدة التقسيم الى قطاعات أو وحدة الجلب المسبق إلى العنوان الفعلي Physical Address  ترسل هذه الوحدات العنوان الفعلي إلى وحدة ربط الناقلة لتقوم بدورها بعملية عنونة المواقع الخارجية.

تنظيم الذاكرة للمعالج 80386:-

عندما كان مسار البيانات 8bit كما في المعالجات 8085 أو Z80 كانت الذاكرة تنظم في صورة bank واحد عرض هذا البنك هو 8bit, وعندما تطور مسار البيانات الى 16bit اصبحت الذاكرة تنظم في صورة بنكين(2bank) بحيث يكون البنك الأول للبايتات الزوجية  والثاني للبايتات الفردية .

وكان الخط A0 يستخدم لتنشيط البنك الزوجي أو النصف الأدنى في حالة التعامل مع هذا البنك فقط, والخط BHE يستخدم لتنشيط البنك الفردي أو النصف العلوي في حالة التعامل مع هذا البنك فقط, أما في حالة التعامل مع على مستوى  16bit فإن كل من البنكين يتم تنشيطهما في نفس الوقت من الخطين A0 وBHE حتى يمكن ارسال 16bit مرة واحدة.

أيضا مسار البيانات في المعالج i386 مكون من 32bit أي انه يمكنه التعامل مع ذاكرة مقدارها 4GB وستكون في صورة 4 بنكات كل بنك سيكون له خط تنشيط منفصل وهي الخطوط BE0 إلى BE3 بحيث أنه عندما يتعامل مع مستوى بايت واحد فإنه يتم تنشيط الخط البنك المطلوب بخط التنشيط المناسب له, وعندما يتعامل على مستوى 16bit فإنه يتم تنشيط الخطين BE0 و BE1 في نفس الوقت وفي حالة التعامل مع الكلمة الأولى أو الخطين BE2 و BE3 في نفس الوقت وفي الة التعامل مع الكلمة الثانية, أما في حالة التعامل على مستوى 32bit فإنه يتم تنشيط كل الخطوط BE0 إلى BE3 في نفس الوقت.

نظام الإدخال والإخراج في المعالج 80386 :-

المعالج i386 مثل ما سبقة من المعالجات يستطيع التعامل مع عدد من بوابات الإدخال والإخراج يصل الى 64  كيلو أي أن المدى العنوانين  للإدخال والإخراج هو من صفر إلى FFFF h الجديد هنا سيكون في طريقة تنظيم هذه العناوين في صورة بنكات نتيجة كون مسار البيانات أصبح 32بت .

نتيجة لذلك سيقسم هذا المدى العنواني  إلى 4 بنكات كما في الشكل (1,7) حيث ستستخدم خطوط التنشيط BE0  إلى BE3 لتنشيط البنك المناسب للتعامل معه سوا كان التعامل في صورة 8 او 16 او 32 بت .

      شكل (1,7) المدى العنواني للإدخال والإخراج للمعالج 80386

أطراف المعالج 80386:-

• الأطراف A0  إلى A31 تمثل مسار العناوين وتستخدم لعنونة 4 جيجا بايت , الجديد هنا أن خطوط العناوين والبيانات ليست ممزوجة زمنياً مع بعضها كما كان الحال في المعالجات السابقة.
• الأطراف D0 إلى D31 تمثل مسار البيانات .
• الأطراف DE0 إلى DE3 هي خطوط تنشيط البنوك المختلفة في الذاكرة والإدخال والإخراج على حسب نظام التعامل 8 او 16 او 32 بت. 
• الطرف M/IO طرف خرج يبين إذا كان العنوان الموجود على مسار العناوين يمثل ذاكرة (حيث يكون هذا الطرف واحد) أم عنوان لبوابة إدخال أو إخراج (حيث يكون هذا الطرف صفر).
•  الطرف 100K يستخدم لمنع أي جهاز خارجي أو معالج مساعد مثل المساعد الحسابي i387    من الحصول على المسارات.

الذاكرة المخبأة cache memory :-

• مع زيادة نبضات الساعة clock (33 ميجاهرتز) للمعالج i386 أصبح زمن تنفيذ أي أمر صغيراً جداً بحيث أصبح أقل من زمن الإتصال بالذاكرة مما سيتسبب في وجود فترات انتظار عند تنفيذ أي أمر يتعامل مع الذاكرة وبالتالي تقليل سرعة المعالج.
• زمن الإتصال بالذاكرة هو الزمن اللازم لقراءة أو كتابة وحدة بيانات في الذاكرة ,وهذا الزمن يكون عاده في حدود 50  نانو ثانية بالنسبة للذاكرة الديناميكية للتغلب على هذه المشكلة  تم استخدام أسلوب الذاكرة المخبأة  وهي عبارة عن كمية من الذاكرة السريعة جداً التي تتميز بصغر زمن الاتصال بها والتي تصنع خصيصا ,ولذلك فإنها مرتفعة الثمن جداً .
• كمية هذه الذاكرة تبدأ من 8  كيلوبايت وتصل إلى 512 كيلوبايت وكانت هذه الذاكرة توصل خارج المعالج, أما الآن فإنها توصل داخل شريحة المعالج نفسة كما سنرى عند عرضنا للمعالجات الحديثة مثل عائلة Pentium.
• من المعروف أن التعامل مع بايتات الذاكرة يكون في الغالب من أماكن متتابعة في الذاكرة, بمعنى أنه عند القراءة أو الكتابة من بايت معينة فإنه في الغالب يكون التعامل التالي مع الذاكرة من البايت التالية للبايت السابقة.
• لذلك عندما يقرأ المعالج بايت معينة من الذاكرة فإنه يحضر هذه البايت وكمية من البايتات التالية لها ويضعها في الذاكرة المخبأة عل أمل أن يكون التعامل التالي مع الذاكرة المخبأة وليس مع الذاكرة الأساسية .
• ولذلك فإن المعالج عندما يقرأ بايت من الذاكرة فإنه يبحث عن هذه البايت اولآ في الذاكرة المخبأة ,فإن وجدها فإنه سيقرأها بأقل زمن اتصال ,واذا لم يجدها فإنه يحضرها من الذاكرة الأساسية وفي نفس الوقت يضعها ايضا في الذاكرة المخبأة مع محاولة ملأ الذاكرة المخبأة بالبيانات التالية لهذه البايت .
• عملية ملأ الذاكرة المخبأة تتم عادة في أثناء فترات انتظار المعالج .
• بذلك نضمن أن البايت التي من المحتمل أن يتم قراءتها في المرة القادمة ستكون موجودة في الذاكرة المخبأة.
• عملية الكتابة في الذاكرة تكون بنفس الطريقة ,فإن كانت المعلومة المراد إرسالها إلى الذاكرة موجوده في الذاكرة المخبأة فإنه يتم نقلها باقل زمن اتصال ممكن .
• واذا لم تكن موجودة يتم تسجيلها والمعلومات التالية لها في الذاكرة المخبأة  اولا ثم ترسل الى الذاكرة الاساسية, بذلك نضمن أن المعلومة التي ستكتب في الذاكرة في المرة القادمة ستكون موجودة غالبا في الذاكرة المخبأة .
• أي ان عمليات الكتابة او القراءة من او الى الذاكرة الأساسية تكوم من خلال الذاكرة المخبأة ودون تدخل من المستخدم ,وهذا هو السبب في تسميتها بالذاكرة المخبأة لانها تكون مخبأة عن المستخدم وليس له دخل في التعامل معها او إدارتها هذه العملية ثبت انها تزيد جدا من سرعه التعامل مع الذاكرة اعتمادا على حقيقه ان البيانات التي يتم التعامل معها في أي وقت سيتم التعامل مع المعلومة التالية لها في المرة القادمة.

مقارنه بين المعالج 80286 والمعالج 80386 من حيث المميزات والعيوب

• مسجلات المعالج 80386  :

يبين الشكل التالي التركيب الهيكلي والمسجلات الموجودة داخل المعالج i386 :

نلاحظ من الشكل أن :-

 نفس عدد المسجلات مازال موجوداً في هذا المعالج مقارنة بالمعالج السابق له وهذه المسجلات مازالت تؤدي نفس الدور.

ولكن الجديد هنا هو ان المسجلات في هذا المعالج تستطيع التعامل مع بيانات مقدارها 8 او 16 او 32 بت.

حينما نريد التعامل مع هذه المسجلات فإننا نضع الحرف E امام المسجل المراد التعامل معه (حيث ال E هي اختصار لكلمة EXTENDED التي معناها ممتد)

كما في الامر التالي:

MOV EAX, FF340056H

حيث EAX معناها مسجل التراكم الممتد ،وهكذا مع باقي المسجلات.

• مسجلات التجزئة CS,DS,SS,FS,ES,GS تلعب نفس الدور الذي كانت تلعب به مع المعالج 8086 في الحالة الحقيقية REAL MODE ،وتلعب مع المسجل FS,GS ادواراً إضافية في الحالة التخيلية VIRTUAL MODE.
• هناك ايضاً المسجل EIP الذي يمثل مؤشر الأوامر الممتد والذي يستطيع التعامل مع 32 بت، وكذلك مسجل الاعلام هنا اصبح ممتداً ايضاً حيث اصبح اسمه EFLAGS.
• خلاصه لكل ماذكر سابقاً
• جميع أوامر المعالج 8086 مازالت محققة ويمكن استخدامها بالكامل وبدون أي تعديل مع المعالج i386 ،والفرق الوحيد هو ان المعالج من نوع i386 يستطيع التعامل مع بيانات مقدارها 8 او 16 او 32 بت، فكل الأوامر التالية صحيحة:

MOV AL, 55H 

MOV AX, 55554H

 MOV EAX, 55667544H

   حيث AL  للتعامل مع بيانات مقدارها 8 بت، AX  للتعامل مع بيانات مقدارها 16 بت، EAX  للتعامل مع بيانا  مقدارها 32 بت.

• للمعالج i386 اصدارين، الاصدار الأول هو المعالج i386DX  وهو  الصورة الكاملة لهذا المعالج, الاصدار الثاني وهو i386SX الذي يختلف عن الاصدارDX في ان مسار البيانات له يتكون من 16بت بدلاً من 32بت  وذلك حتى يتوافق خارجياً مع المعالج 80286  وهذ هو الاختلاف  الوحيد بينهم.
• مسار البيانات في المعالج i386 مكون من 32bit أي انه يمكنه التعامل مع ذاكرة مقدارها 4GB وستكون في صورة 4 بنكات كل بنك سيكون له خط تنشيط منفصل.
• المعالج i386 مثل ما سبقة من المعالجات يستطيع التعامل مع عدد من بوابات الإدخال والإخراج يصل الى 64  كيلو أي أن المدى العنوانين  للإدخال والإخراج هو من صفر إلى FFFF h الجديد هنا سيكون في طريقة تنظيم هذه العناوين في صورة بنكات نتيجة كون مسار البيانات أصبح 32بت .
• زيادة نبضات الساعة clock (33 ميجاهرتز) للمعالج i386 وزمن الإتصال بالذاكرة يكون عاده في حدود 50  نانو ثانية بالنسبة للذاكرة الديناميكية للتغلب على هذه المشكلة  تم استخدام أسلوب الذاكرة المخبأة  وهي عبارة عن كمية من الذاكرة السريعة جداً التي تتميز بصغر زمن الاتصال بها والتي تصنع خصيصا ,ولذلك فإنها مرتفعة الثمن جداً وكمية هذه الذاكرة تبدأ من 8  كيلوبايت وتصل إلى 512 كيلوبايت.
• يمكن في المعالج 80386 الانتقال من حاله لأخرى باستخدام امر معين بدلا من اعادة وضع المعالج وهذا انجاز كبيرومسار البيانات له مكون من 32 بت أي انه يستطيع نقل 4 بايت كامله من او الى الذاكرة او أي جهاز خارجي في رحله واحده فقط ومسار العناوين لهذا المعالج مكونه من 32 بت ايضا مما يتيح له التعامل مع ذاكره مقدارها 4جيجابايت.
• اذا دخل المعالج في الحالة المحمية فانه في هذه الحالة يتعامل مع 64 تريليون بايت ( 1 تريليون بايت= 1024  جيجابايت ) من الذاكرة التخيلية وذلك باستخدام  وحده اداره الذاكرة خطوط العناوين والبيانات ليست ممزوجة زمنيا مع بعضها  كما كان الحال في المعالجات السابقة يوجد فيه طرف واحد للقراءة والكتابة معا WR بحيث اذا كان بغرض الكتابة يكون واحد وبهدف القراءة يكون صفر.

اهم المراجع والمواقع:-

 كتاب المعالجات الدقيقة للدكتور محمد ابراهيم العدوي.

 موقع ويكبيديا.

موقع منتديات عرب هرد وير.