( العمليات التي تنتظر توفر موارد من خارج وحدة المعالجة المركزية مثل وصول بيانات من وحدات التخزين تسمى )
العمليات التي تنتظر توفر موارد من خارج وحدة المعالجة المركزية مثل وصول بيانات من وحدات التخزين تسمى
تُعد العمليات التي تنتظر توفر موارد من خارج وحدة المعالجة المركزية (CPU) مثل وصول البيانات من وحدات التخزين مكونًا أساسيًا في أنظمة الكمبيوتر الحديثة. يُشار إلى هذه العمليات عمومًا باسم عمليات I/O (الإدخال/الإخراج) وتلعب دورًا حاسمًا في ضمان الأداء السلس والتفاعل مع الأجهزة الخارجية.
مقدمة
تُعد وحدة المعالجة المركزية قلب الكمبيوتر ومسؤولة عن تنفيذ التعليمات ومعالجة البيانات. ومع ذلك، لا تعمل وحدة المعالجة المركزية بشكل مستقل بل تعتمد على موارد خارجية لتوفير البيانات والتعليمات. عندما تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى الوصول إلى البيانات المخزنة على محرك الأقراص الثابتة أو أي جهاز تخزين آخر، فإنها تضطر إلى الانتظار حتى يتم جلب البيانات. تُعرف هذه العمليات التي تنتظر فيها وحدة المعالجة المركزية توفر الموارد من خارجها باسم عمليات I/O.
أنواع عمليات I/O
يمكن تصنيف عمليات I/O بشكل عام إلى فئتين رئيسيتين:
- عمليات الإدخال: تتضمن نقل البيانات من جهاز خارجي إلى وحدة المعالجة المركزية، مثل قراءة البيانات من لوحة المفاتيح أو الماوس.
- عمليات الإخراج: تتضمن نقل البيانات من وحدة المعالجة المركزية إلى جهاز خارجي، مثل كتابة البيانات على محرك الأقراص الثابتة أو عرضها على الشاشة.
أجهزة I/O الشائعة
هناك مجموعة واسعة من أجهزة I/O التي يمكن أن تتفاعل مع وحدة المعالجة المركزية، بما في ذلك:
- وحدات التخزين (مثل محركات الأقراص الثابتة وأقراص الحالة الصلبة)
- أجهزة العرض (مثل الشاشات والطابعات)
- أجهزة الإدخال (مثل لوحات المفاتيح والماوس)
- أجهزة الشبكة (مثل بطاقات الشبكة وموجهات Wi-Fi)
- أجهزة الصوت (مثل بطاقات الصوت ومكبرات الصوت)
آليات عمليات I/O
لتنفيذ عمليات I/O، تستخدم أجهزة الكمبيوتر آليات مختلفة، وهي:
التخزين المؤقت
يحتوي كلاً من وحدة المعالجة المركزية وأجهزة I/O على مناطق تخزين مؤقت صغيرة لتخزين البيانات مؤقتًا. عندما تحتاج وحدة المعالجة المركزية إلى الوصول إلى البيانات، يتم وضعها في المخزن المؤقت الخاص بوحدة المعالجة المركزية. وبالمثل، عندما تحتاج أجهزة I/O إلى نقل البيانات إلى وحدة المعالجة المركزية، يتم وضعها أولاً في مخزنها المؤقت الخاص.
المقاطعات
عندما تحتاج أجهزة I/O إلى جذب انتباه وحدة المعالجة المركزية، تقوم بإرسال مقاطعة. يتوقف معالج وحدة المعالجة المركزية عن تنفيذ التعليمات الحالية وينتقل إلى معالجة طلب جهاز I/O.
عمليات النقل المباشر للذاكرة (DMA)
تسمح عمليات النقل المباشر للذاكرة لأجهزة I/O بنقل البيانات مباشرة إلى ذاكرة الكمبيوتر دون الحاجة إلى وسيط وحدة المعالجة المركزية. هذا يحسن بشكل كبير أداء عمليات I/O.
معالجة عمليات I/O
تُستخدم طريقتان رئيسيتان لمعالجة عمليات I/O في أنظمة الكمبيوتر:
الاستقصاء
في طريقة الاستقصاء، تتحقق وحدة المعالجة المركزية باستمرار من حالة أجهزة I/O لمعرفة ما إذا كانت مستعدة لنقل البيانات. هذا النهج بسيط ولكنه يمكن أن يستهلك الكثير من وقت وحدة المعالجة المركزية.
المقاطعات
في طريقة المقاطعات، ترسل أجهزة I/O مقاطعات إلى وحدة المعالجة المركزية عندما تكون مستعدة لنقل البيانات. يتوقف معالج وحدة المعالجة المركزية عن تنفيذ التعليمات الحالية ويعالج طلب جهاز I/O.
تحسين أداء عمليات I/O
هناك عدة طرق لتحسين أداء عمليات I/O، بما في ذلك:
- استخدام ذاكرة التخزين المؤقت الكبيرة لتقليل عمليات الوصول إلى وحدات التخزين.
- استخدام عمليات النقل المباشر للذاكرة لتحسين معدل نقل البيانات.
- تحسين خوارزميات جدولة عمليات I/O لتقليل زمن انتظار البيانات.
الخلاصة
تعد العمليات التي تنتظر توفر موارد من خارج وحدة المعالجة المركزية (CPU) مثل وصول بيانات من وحدات التخزين (عمليات I/O) مكونًا أساسيًا في أنظمة الكمبيوتر الحديثة. إنها مسؤولة عن نقل البيانات بين وحدة المعالجة المركزية والأجهزة الخارجية. من خلال فهم أنواع وأجهزة وآليات معالجة عمليات I/O، يمكن لمهندسي الأجهزة والبرمجيات تحسين أداء أنظمة الكمبيوتر بشكل كبير وتعزيز تجربة المستخدم بشكل عام.