الأفكار الثمانية الكبرى في معمارية الحاسب

عندما تفكر في تصميم وهيكلة الحاسب الدقيقة وكيف وصلت لهذه الدرجة من الإتقان في التصميم والجودة في المعمارية، فإنك في الغالب تفكر في ثمانية أفكار كبرى وُضعت لتقوم على أثرها عمليات التصميم وبناء الحاسبات.

1-    التصميم لقانون مورس :

في هذه الفكرة، يقوم التصميم على أساس مبدأ التغيير المتسارع في الدوائر الكهربائية داخل عتاد الحاسب، فتتضاعف قدرة هذه الدوائر كل 18-24 شهرًا لتواكب التطورات العالمية. هذا المبدأ قدمه جوردن مورس كتوقع في عام 1965 ميلادي ويوضح التطور الهائل في تصميم الحاسب من بدء المشروع وحتى انتهائه.

2-    استخدام التجريد لتبسيط عملية التصميم:

تقوم هذه الفكرة على أساس التجريد، في حين يصعب على الناس غير المختصين في تصميم الحاسبات فهم التعقيدات التي يمكن أن تواجه المبرمجين أو المعماريين أثناء عملية التصميم، فيحاولون تبسيط العمليات وتجريدها من هذه التعقيدات لزيادة فاعلية الإنتاج.

3-    تسريع الحالات المتعارف عليها:

يكون المبرمجون أثناء التصميم على معرفة بالحالات التي يمكن لها أن تحدث باستمرار أو نادرًا، فيقومون بتحسين العمليات للحالات التي لها غالبية الاحتمال في الحدوث كونها أكثر أهمية وأبسط في التطوير.

4-    تقييم الأداء عبر التوازي:

يقوم معماريو الحاسب بتقديم تصاميم تدعم خاصية التوازي أثناء أداء الحاسب للعمليات، ليساعد على تحسين الأداء وتقليل الوقت المستنفد .

5-    تقييم الأداء عبر التوقع:

يقوم معماريو الحاسب بتقديم تصاميم تقوم على أساس التوقعات التي يمكن أن تحدث، وعليها سيتم تفضيل توقع ما الذي يمكن أن يحدث أثناء القيام بالعمليات على انتظار أن تحدث بعض الحالات ومن ثمّ، البدء في التصميم.

6-    هيكلة الذاكرة:

ثمن الحاسب يعتمد في الغالب على الذاكرة التي يستخدمها بكل أنواعها، وعلى هذا الأساس يقوم المبرمجون باستخدام أنواع الذاكرة بالشكل الأمثل لتساعد على حل المشكلات بطرق أسرع وأقل تكلفة. يقوم المبرمجون أيضًا بوضع لستة فيها أنواع الذاكرة المستخدمة وفقًا لسرعة أدائها وتكلفتها وحجمها لتساعدهم على تحسين الأداء العام.

7-    تقييم الأداء عبر خط الأنابيب(تنظيم العمليات):

تقوم هذه الفكرة على أساس تنظيم وضعيات العمليات بحيث يكونون في وضعية متناسبة تحسن أداء الحاسب وتقلل الوقت المستنفد في الأداء. وهذا يساعد على احتواء المخاطر التي يمكن أن تحدث أثناء وقت وقوعها وبعدد قليل من المصادر.

8-    الاعتمادية عبر التكرار:

على الحاسب أن يكون مصممًا لتوقع المخاطر التي يمكن أن تحدث وتجنبها قدر الإمكان، ولهذا السبب يقوم المصممون ومعماريو الحاسب بتصميم أجزاء النظام لتكون أقل اعتمادية على الأجزاء الأخرى وبهذا تكون مستقلة بذاتها عبر تكرر بعض محتوياتها، فعندما يقع خطأ في موقع من النظام ويضطر للتوقف، تستطيع باقي المواقع إكمال أعمالها بكل سهولة كونها لا تعتمد على الجزء المتوقف.

في النهاية، هذه الأفكار الثمانية الكبرى ساعدت في تصميم الحاسبات لتكون على صورتها الحالية اليوم، منذ بدء تصميم أول حاسب وحتى الآن، فقللت التكلفة بتقليل المخاطر ونظمت سير العمليات لتتناسب مع متطلبات العصر المتسارعة.

المصدر: computer organization and design by David A. Patterson and John L. Hennessy.

هناء علي العمران