مكونات الحاسوب والأنظمة المدمجة
| English | العربية |
|---|---|
| embedded system/emˈbedɪd ˈsɪstəm/ | نظام مدمج |
| input devices/ˈɪnpʊt dɪˈvaɪsɪz/ | أجهزة الإدخال |
| output devices/ˈaʊtpʊt dɪˈvaɪsɪz/ | أجهزة الإخراج |
| primary memory/ˈpraɪməri ˈmeməri/ | الذاكرة الأولية |
| RAM/ræm/ | ذاكرة RAM |
| ROM/rɒm/ | ROM |
| secondary storage/ˈsekəndəri ˈstɔːrɪdʒ/ | التخزين الثانوي |
| volatile/ˈvɒlətaɪl/ | متقلب |
| removable storage/rɪˈmuːvəbl ˈstɔːrɪdʒ/ | تخزين قابل للإزالة |
| buffer/ˈbʌfə/ | منظم |
| firmware/ˈfɜːmweə/ | برمجيات ثابتة |
المائة حاسوب التي لا تراها أبداً
- تحمل السيارة الجديدة حوالي مائة حاسوب صغير. لا يمتلك أي منها لوحة مفاتيح أو شاشة، ومعظمها لن يتلقى تحديثات برمجية أبداً.
- واحد يشغل المحرك، وآخر الفرامل، وواحد لكل نافذة. كل واحد يقوم بمهمة واحدة طوال عمر السيارة.
- هي أنظمة مدمجة، وعددها في العالم أكبر بكثير من مجموع laptops والهواتف المحمولة.
- قبل أن نصل إليها، نحتاج إلى الكتل الأربع التي يُبنى عليها كل حاسوب، سواء كان خفياً أو مرئياً.
الكتل الأربع
- أجهزة الإدخال تحصل على البيانات: لوحة المفاتيح، الفأرة، الميكروفون، الماسح الضوئي، المستشعرات.
- أجهزة الإخراج تعطي النتائج: الشاشة، السماعات، الطابعة، المشغلات.
- الذاكرة الأساسية هي الذاكرة السريعة التي يصل إليها المعالج مباشرة: RAM وROM. تحتفظ بالبرنامج قيد التشغيل وبياناته.
- التخزين الثانوي أبطأ لكنه أكبر، ويحفظ البرامج والبيانات عند انقطاع التيار الكهربائي: القرص الصلب، ووحدة التخزين السريعة (SSD)، والأقراص الضوئية، وقطعة USB.
الشاشة: جهاز إخراج أكثر شيوعاً
اضغط على كتل نظام الحاسوب
استكشف الكتل الأربعة بالإضافة إلى وحدة المعالجة المركزية. تتدفق البيانات من الإدخال ← المعالجة ← الإخراج، بينما تحتفظ الذاكرة الأساسية بالبرنامج الجاري وتشمل التخزين الثانوي البيانات للوقت اللاحق.
أي مما يلي يعتبر جهاز إدخال؟
الماسح الضوئي يجلب البيانات إلى الداخل. الشاشات ومكبرات الصوت والطابعات هي أجهزة إخراج.
لماذا كل جزء ضروري
- الإدخال: يمكن للكمبيوتر العمل فقط على البيانات والتعليمات التي تم إدخالها.
- الإخراج: يجب عرض النتائج بصيغة يمكن للناس أو الآلات الأخرى استخدامها.
- الذاكرة الأساسية: المعالج لا يستطيع تنفيذ التعليمات أو استخدام البيانات إلا إذا كانت محفوظة في الذاكرة التي يمكنه الوصول إليها مباشرة، ويجب أن يصل إليها بسرعة.
- التخزين الثانوي: الذاكرة الأساسية صغيرة متطايرة، لذا يجب أن تستمر البرامج والبيانات بين الجلسات وعند انقطاع الكهرباء.
صل كل كتلة بالسبب الذي تستدعي وجودها.
يتطلب المنهج الحاجة لكل كتلة، لذا كل سبب يمثل درجة مستقلة.
الذاكرة الأساسية مقابل التخزين الثانوي
- تُقاس الذاكرة الأساسية بالجيجابايت وتتميز بالنانوثانية؛ أما التخزين الثانوي فتُقاس بالتيرابايت وتتسم بالميكروثانية أو الملي ثانية.
- الرام (RAM) متطايرة: تفقد محتوياتها عند انقطاع الطاقة. بينما التخزين الثانوي غير متطاير.
- لا يستطيع المعالج تشغيل برنامج مباشرة من قرص. يتم تحميل البرنامج من التخزين الثانوي إلى الرام أولاً، ثم تنفيذه فقط بعد ذلك.
الرام: ذاكرة أساسية سريعة ومتطايرة
القرص الصلب: بطيء لكن كبير، وتخزين ثانوي غير متطاير
صل كل جزء بفئته.
لوحة المفاتيح = إدخال، الشاشة = إخراج، RAM = ذاكرة أولية سريعة، SSD = تخزين ثانوي غير متطاولة.
تختلف الذاكرة الأولية عن التخزين الثانوي لأنها:
الذاكرة الأولية (RAM/ROM) سريعة وقابلة للوصول المباشر بواسطة CPU؛ التخزين الثانوي أبطأ، أكبر وغير متطاولة.
رتب خطوات تشغيل برنامج مخزن بالترتيب الصحيح.
يمكن لوحدة المعالجة المركزية فقط تشغيل الكود من الذاكرة الأولية، لذا يتم تحميل البرنامج من التخزين إلى RAM أولاً.
RAM متطاولة (تفقد محتوياتها بدون طاقة)، بينما يحافظ التخزين الثانوي على البيانات عند انقطاع الطاقة.
ولهذا يجب حفظ عملك على التخزين — RAM تحتفظ به فقط طالما الحاسوب قيد التشغيل.
التخزين القابل للإزالة
- التخزين القابل للإزالة هو تخزين ثانوي يمكن إخراجه من جهاز حاسوب وإدخاله في جهاز آخر: أقلام الفلاش، وبطاقات الذاكرة، والأقراص الضوئية، ومحركات التخزين الخارجية.
- يُستخدم لنقل البيانات بين الأجهزة غير المتصلة بالشبكة، ولحفظ نسخة احتياطية بعيداً عن الجهاز، وتوزيع البرمجيات أو الوسائط.
- عيوبه هي الأسباب وراء موضوع الأمان في باقي المنهج: قد يُفقد، أو يُسرق، أو يحمل برمجيات خبيثة.
الأقراص الضوئية: تخزين ثانوي قابل للإزالة يُقرأ بالليزر
أي مما يلي يعتبر تخزينًا ثانويًا قابلًا للإزالة؟ حدد كل الخيارات الصحيحة.
RAM والبرمجيات الثابتة ROM هي ذاكرة أولية، مثبتة داخل الجهاز. محركات الفلاش والأقراص وبطاقات الذاكرة غير متطاولة وتنتقل بين الأجهزة.
الذاكرة المؤقتة (Buffers)
- الذاكرة المؤقتة منطقة مؤقتة من الذاكرة تحتفظ بالبيانات أثناء مرورها بين جهازين يعملان بـ سرعات مختلفة.
- تقبل ذاكرة الطابعة المؤقتة مستنداً كاملاً في لحظة، مما يسمح للمعالج بإكمال أعمال أخرى بينما تأخذ الطابعة دقائق لطباعة المستند.
- تقوم البث المرئي بمعاينة ثوانٍ قليلة مسبقاً، حتى لا يتوقف الصورة بسبب تباطؤ مؤقت في الشبكة.
- يسأل الامتحان لماذا: الجهازان يعملان بسرعات مختلفة، والذاكرة المؤقتة تسمح للجهاز الأسرع بالاستمرار دون انتظار.
____ هو منطقة مؤقتة من الذاكرة تحتفظ بالبيانات أثناء مرورها بين جهازين يعملان بسرعات مختلفة.
الذاكرة المؤقتة للطابعة هي المثال القياسي: تستسلم وحدة المعالجة المركزية المستند الكامل وتستمر بينما تعمل الطابعة البطيئة على معالجته.
الأنظمة المدمجة
- النظام المدمج هو حاسوب مُبنى داخل جهاز آخر لأداء مهمة واحدة ثابتة: غسالة، وميكروويف، ووحدة تحكم محرك السيارة، ومنظم الحرارة.
- يتم تخزين برنامجه في الذاكرة المقروءة فقط (ROM) كـ برامج ثابتة (firmware) وعادةً لا يتم تغييره أبداً.
- المدخلات هي الحساسات والأزرار؛ والمخرجات هي المحركات، والسخانات والشاشات الصغيرة. لا يوجد نظام تشغيل عام ولا المستخدم الذي يقوم بتثبيت البرمجيات.
النظام المدمج هو:
الأنظمة المدمجة (في الغسالة، الميكروويف، السيارة...) مخصصة لمهمة واحدة ثابتة.
مثال محلول: مميزات وعيوب بصيغة امتحان
- لكل نقطة يجب ذكر الميزة و تأثيرها على المستخدم.
- الميزة: مُصمم لمهمة واحدة، لذلك يكون صغيراً، رخيصاً في الإنتاج الكمي، ويستهلك طاقة قليلة. يعمل ببرنامج واحد ثابت، لذلك يكون موثوقاً ويبدأ فوراً بدون إعدادات.
- العيب: يصعب أو يستحيل تحديث البرامج الثابتة، لذلك لا يمكن إصلاح خلل أمني اكتُشف لاحقاً. يؤدي مهمة واحدة فقط، لذلك لا يمكن ترقيته لأداء مهام أكثر. عند تعطله، عادةً ما يتم استبدال الجهاز بالكامل، لأنه لا يمكن إصلاحه.
- كلمة "مُصمم" أو "يصعب تحديثه" وحدها تمثل نصف درجة. جملة "لذلك" تكسب النصف الآخر.
من عيوب النظام المدمج أنه:
ال specialization يجعله فعالاً لكنه غير مرن — لا يمكن إعادة استخدامه بسهولة وبرمجياته الثابتة يصعب تحديثها.
مثال محلول: اختيار مكونات لحالة دراسية
- محطة دفع ذاتي في سوبر ماركت. اذكر جهازاً لكل جزء و اشرح سبب مناسبته.
- الإدخال: قارئ الباركود (يقوم بقراءة رمز المنتج أسرع وأكثر دقة من الكتابة اليدوية)، وشاشة لمس (اختيارات الزبون)، وقارئ البطاقات (الدفع).
- الإخراج: الشاشة (إرشادات وإجماليات)، وطابعة الإيصال، ومكبر صوت (تنبيه "المنتج المفاجئ").
- الذاكرة الأساسية: الرام تحفظ برنامج الكاشير الجاري وال baskets الحالي.
- التخزين الثانوي: وحدة SSD تحفظ قاعدة بيانات المنتجات ومعاملات اليوم بين دورات انقطاع الطاقة.
في نقاط الدفع الذاتي، أي مما يلي يُعد أجهزة إدخال؟ حدد كل الخيارات الصحيحة.
الماسح الضوئي وقارئ البطاقة يجلبان البيانات إلى الداخل؛ الطابعة والمكبر يعطيان النتائج إلى الخارج. تُعتبر الشاشة اللمسية كلاهما.
علامات ضائعة
- مصطلحا "الذاكرة" و"التخزين" ليسا قابلين للتبديل. الرام لا تحفظ برنامجاً بشكل دائم، والقرص الصلب ليس المكان الذي يعمل فيه البرنامج.
- الذاكرة المؤقتة ليست ذاكرة تصغير (cache). الذاكرة التوضيحية تسرّع الوصول المتكرر إلى نفس البيانات؛ أما الذاكرة المؤقتة فتنسق عملية نقل أحادية الاتجاه بين أجهزة ذات سرعات مختلفة.
- عيب النظام المدمج يحتاج إلى نتيجة: "لا يمكن تحديثه، لذلك يبقى خلل أمني لاحقاً دون إصلاح".
- شاشة اللمس هي مدخل ومخرج معاً. حدد أي دور تقصده.
الذاكرة المؤقتة والكاشف يؤديان نفس الوظيفة.
تحتفظ الذاكرة المؤقتة بنسخ من البيانات المستخدمة حديثًا لضمان سرعة الوصول المتكرر؛ بينما تحتفظ الذاكرة الممررة بالبيانات أثناء انتقالها بين أجهزة ذات سرعات مختلفة.
لقد فهمت الأمر
- أربعة أجزاء: إدخال، إخراج، ذاكرة أساسية (رام/روم، سريعة، متطايرة،直达 المعالج)، تخزين ثانوي (كبير، غير متطاير؛ القابل للإزالة ينقل البيانات بين الأجهزة)
- يتم تحميل البرنامج من التخزين الثانوي إلى الرام قبل تشغيله
- الذاكرة المؤقتة تحتفظ بالبيانات بين جهازين مختلفي السرعة حتى يتمكن الأسرع من الاستمرار
- النظام المدمج يؤدي مهمة ثابتة من برامج ثابتة: رخيص، موثوق، فوري، لكن يصعب تحديثه أو ترقيته