المكثف أحد مكونات الدوائر الكهربائية، وهو أداة تقوم بتخزين الطاقة الكهربائية لمدة قصيرة من الزمن على شكل مجال كهربائي، يتكوّن بين لوحين موصلين يحمل كل منهما شحنة كهربائية متساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه. ومن ثم تُستخدم الشحنة الكهربائية أو تتبدد في الوقت المناسب.[1] ويفصل اللوحين مادة عازلة (كالهواء مثلاً). ويطلق على المكثف أيضا اسم مواسعة أو متسعة. وفي اللغة الإنجليزية يستخدم اسم "مواسعة (Capacitor)" في الوقت الحالي بشكل أكبر، فيما كان يشار له بالاسم "مكثف (Condenser)" في السابق.
ويتحدد نوع المكثف حسب المادة العازلة المستخدمة في صناعته، فاذا كانت من :
الهواء يطلق على المكثف اسم مكثف هوائي
البلاستيك = مكثف بلاستيك
الميكا = مكثف ميكا
السيراميك = مكثف سيراميك
إذا استخدم محلول كيماوي كمادة عازلة = المكثف الكيماوي أو الالكتروليتي.
سعة المكثف
1- مساحة ألواح المكثف (a):
سعة المكثف تتناسب طرديا مع هذه المساحه، فكلما زادت مساحة الألواح زادت سعة المكثف.
2- المسافة الفاصله بين الألواح (b):
سعة المكثف تتناسب عكسيا مع المسافه الفاصله، أي كلما زادت المسافة قلت سعة المكثف، 3- نوع المادة العازله ***949;:
تتغير سعة المكثف بتغير نوع المادة العازلة وعادة يعتبر الهواء الوحدة الأساسية لمقارنة قابلية عزل المواد الأخرى المستعمله في صناعة المكثفات. ويوجد لكل مادة ثابت عزل يطلق عليه اسم إبسون ويرمز له بالرمز ***949;
نستنتج مما سبق أن سعة المكثف (C) يمكن أن تقاس بالمعادلة التالية.
C=***949;*a/b أو العلاقة C= Q/U
حيث: Q الشحنة الكهربية كولوم
المقاومه
مقاومة كهربائية (Resistance) هي خاصية فيزيائية تتميز بها النواقل المعدنية في الدوائر الكهربائية. تعرف على أنها قابلية المواد المعدنية الناقلة لمقاومة مرور التيار الكهربائي فيها.
وهي إعاقة المادة لمسار التيار الكهربائي (الإلكترونات) المار خلالها. وتحدث الإعاقة في المادة سواء أكانت من الموصلات (كالفلزات) أو غير الموصلات ولكن بدرجات مختلفة. يلزم للألكترونات التغلب على هذه المقاومة للوصول إلى تعادل في الشحنة. وحدة المقاومة هي الأوم.
يرمز لها بالحرف اللاتيني R، تعطى قيمتها بالأوم (***937نقره لعرض الصورة في صفحة مستقلة. ترتبط هذه الخاصية بمفهومي المقاومية والتوصيل الكهربائيين.
• تبين الصورة ثلاثة مقاومات مختلفة : ويعين لون الحلقات المرسومة على المقاومة مقدار المقاومة بالأوم.
عند مرور تيار كهربائي في موصل ذو مقطع متجانس، وفي درجة حرارة معينة، يمكن لنا قياس مقاومته الكهربائية بدلالة نوع المادة التي صنع منها وأبعاد أحجامه:
• هي المقاومية أو (المقاومة النوعية) وتعطى بالأوم.متر (***937;.m).
• طول الناقل (السلك) ويعطى بالمتر.
• مساحة المقطع العرضي وتعطى بالمتر المربع.
• وهي الناقلية وتعطى بمقلوب الأوم.متر (***937;.m)***8722;1.
ينتج عن مرور التيار الكهربائي في موصل معدني (أو مقاومة) انبعاث الحرارة، وتسمى هذه الظاهرة تأثير جول. يتم في بعض الأحيان التحكم في مقدار هذا التدفق (أجهزة التدفئة)، إلا أن في حالات أخرى تتبدد هذه الطاقة وتنتج عنها تأثيرات غير مرغوبة.
تعطى الطاقة التي تنتج بفعل تأثير جول بالمعادلة التالية:
الطاقه= المقاومه في مربع التيار
• P: الطاقة الناتجة عن تأثير جول.
• I: شدة التيار المار في الناقل وتعطى بالأمبير.
• R: مقاومة الناقل وتعطى بالأوم.
راجع أيضا: مقاومة كهربائية (ثنائي أقطاب).
يمكن الحصول على وحدة المقاومة باستخدام مسار معين للتيار, حيث تنتج مقاومة قدرها أوم واحد إذا سرى تيار كهربائي خلال عمود من الزئبق بمساحة مقطع مستقطع تساوي 1 ملم2 وطوله 1,063 متر.
ملف كهربائي في الكهرباء و إلكترونيات (بالإنجليزية: solenoid)
هو سلك ملفوف حلزونيا ذو عدد لفات كبير بحيث تشكل شكلا أسطوانيا . يستخدم في الفيزياء وفي الهندسة الكهربائية ويكون عادة ملفوفا حول أسطوانة (أو قلب) حديدية . عندما يمر تيار كهربائي في الملف ينشأ مجالا مغناطيسيا داخل الملف اللولبي وخارجه .
لا يمكن تصور مدنيتنا الحديثة بدون الملفات الكهربائية حيث أنها تنشئ مجالا مغناطيسيا يمكن التحكم فيه فيبث أيضا موجات كهرومغناطيسية. ويستخدم الملف في المولدات الكهربائية و المحولات الكهربائية وفي أجراس المنازل وفي البث التلفزيوني والبث الإذاعي وفي تشغيل جميع أنواع مكبرات الصوت والميكروفونات في الهاتف و الحامول ومكبرات الموسيقى ، ولأرسال اشارات إلى الأقمار الصناعية والاتصالات بها .
لمقحل أو الترانزستور (بالإنكليزية: Transistor) (اختصاراً لكلمتي Transfer Resistor أي مُقاوِمُ النَقْل) وهي نبيطة تعتبر أحد أهم مكونات الأدوات الإلكترونية الحديثة مثل الحاسوب، اخترعه العلماء الأمريكيون (والتر براتن) و(جون باردين) و(وليام شوكلي), هو بلورة من مادة شبه موصل مطعمة كالجرمانيوم أو السيليكون تحتوي على بللورة رقيقة جدابحيث تكون المنطقة الوسطى منها شبه موصل موجب أو سالب وتسمى القاعدة بينما المنطقتان الخارجيتان من النوعية المخالفة وله قدرة كبيرة على تكبير الإشارات الإلكترونية
للترانزيستور ثنائي القطب وصلتا م س وثلاثة أطراف. ويربط طرفان من هذه الأطراف، في العادة، الباعث والمجمِّع إلى دائرة خارجية، بينما يصل الطرف الثالث القاعدة بدائرة داخلية. لكن رفع الجهد المطبقة على القاعدة قليلا يؤدي إلى دخول عدد كبير من الإلكترونات إلى القاعدة عبر الوصلة المنحازة أماميا، ويتفاوت هذا العدد حسب قوة الجهد. ولأن منطقة القاعدة رقيقة جدا، يستطيع مصدر الفولتية في الدائرة الخرجية جذب الإلكترونات عبر الوصلة المنحازة عكسيا. ونتيجة لذلك يسري تيار قوي عبر الترانزيستور وعبر الدائرة الخارجية. وبهذه الطريقة يمكن التحكم في سريان تيار قوي عبر الدائرة الخارجية، بتزويد القاعدة بإشارة صغيرة.
تاريخ الترانزستور
سجل الفيزيائى "جوليس ادجر لينيفلد" (Juluis edgar lilienfeld) أول براءة اختراع للترانزستور في كندا عام 1925م وكان هذا الاختراع مشابه لترانزستور تأثير المجال " FET " ولكنه مع ذلك لم ينشر ابحاث عن هذا الترانزستور ولم يحقق عمليا باستخدام نبائط واقعية وفي عام 1934م قام الالمانى "اوسكر هيل" (Osker Heil) بتسجيل براءة اختراع لترانزستور مشابه للترانزستور السابق..
في عام 1942م قام "هبرت مارتين" (Herbert marten) بعمل بتجربة باستخدام ما يسمى "الديو دايو" (الوصلة الثنائية المزدوجة)أثناء العمل على لاقط بنظام رادار دوبلر وهذه الوصلة الثنائية المزدوجة مكونة من اثنين من الوصلات الثنائية ووصلات معدنية على قاعدة من شبه الموصل ولكنه اكتشف عدد من الظواهر التي لم يتمكن من تفسيرها عن طريق الوصلتين المنفصلتين واستتبع هذا ظهور الفكرة الاساسية لترانزستور التوصيل...
في عام 1947م قام "جون باردين" (John Bardeen) و"والتر براتين" في معامل "AT & T bell "فى الولايات المتحدة الامريكية بملاحظة انه عند توصيل مصدر كهربى على بلورة من الجرمانيوم ان الطاقة الناتجة اكبر من طاقة المصدر الكهربى الداخلة وقد قام "وليام شوكلى" بمعرفة السبب فى ذلك وعلى مدار شهور قليلة عملوا على التوسع الكبير لعلوم اشباه الموصلات وقد جاء اسم الترانزستور من الكلمة الانجليزية "Transfer resistor" التي تعنى ناقل المقاومة..
أهمية الترانزستور
في الواقع ان الترانزستور هو اهم المكونات الإلكترونية الحديثة ويعتبر من اعظم الاختراعات في القرن العشرين ويستمد اهميته في حياة المجتمع من القدرة الفائقة على اناجه باستخدام عمليات تلقائية الية "عمليات تصنيع اشباه الموصلات"مما يجعل انتاجه قليل التكلفة.
و على الرغم من أن العديد من الشركات تنتج سنويا ما يزيد عن البليون من الترانزستورات المنفصلة إلا أن الغالبية العظمى من الترانزستورات التي تنتج تكون في الدوائر المتكاملة "Integrated circuit" والتي تختصر إلى "IC" وتحتوى هذه الدوائر المتكاملة على العديد من الترانزستورات والوصلات الثنائية والمقاومات والمكثفات والمكونات الإلكترونية الأخرى والتي تمثل دائرة إلكترونية كاملة تقوم بعمل وظيفة معينة وهناك أيضا "البوابات المنطقية" (Logic gates) والتي تتكون من عدد من الترانزستورات والتي قد تصل إلى العشرين لعمل بوابة منطقية واحدة وفي المعالجات الدقيقة "Microprocessors" المتقدمة وصل عدد الترانزستورات إلى 3 بلايين في شريحة واحدة في عام 2011 حيث كان قد وصل إلى 60 مليون في الشريحة في عام 2002 ومن اهم مميزات الترانزستور التكلفة الضئيلة المرونة في الاستخدام والثبات مما جعله واسع الاستخدام والانتشار وقد دخلت الترانزستورات في دوائر التحكم الاميكانيكية وحلت محل الادوات الميكانيكية التي كانت تستخدم في ذلك ويمكن أيضا استخدام متحكم دقيق "Micro controller" في كتابة برنامج صغير لأداء وظيفة التحكم المطلوبة والماكفئة للمهمة التي يقوم بها التصميم الميكانيكى..
كان استخدام الترانزستور ثنائى القطب(Bipolar Junction Transistor) وإلى تختصر إلى (BJT) هو الاكثر شيوعا في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضى ولكن مع ظهور الترانزستور ثنائى المجال(****l Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) تقلص دور ثنائى القطب إلى الدوائر التناظرية مثل المكبرات البسيطة لكبر منطقة عمله الخطية " Linear Mode Operation" وسهولة تصنيعه وهناك العديد من الخصائص للترانزستور ثنائى المجال مثل استخدامه في الدوائر ذات القدرة المنخفضة باستخدام تقنية ال " C MOS " والتي تعنى استخدام المعدن والاكسيد وشبه الموصل المتكامل والتي تجعل مشاركة الدوائر الرقمية سهلة وهناك العديد من ترانزستورات تأثير المجال الحديثة وإلى تجمع بين الاستخدام في دوائر القدرات العالية والدوائر التناظرية المؤقتة " Clocked Analog circuit " مثل معادلات الجهود والمكبرات وناقلات القدرة والمحركات...
الترانزستور كمكبر
يستمد الترانزستور اهميته وضروريته في الحياة من قدرته على معالجة الإشارات الصغيرة والتي توضع على اثنين من اطرافه وتنتج إشارات كبيرة على طرفين اخرين وتسمى هذه الخاصية بنسبة التكبير (Gain) ويمكن التحكم في الترانزستور بما يجعل الدخل متناسبا مع الخروج بنسبة معينة وفي هذا الحالة يستخدم الترانزستور كمكبرو يمكن أيضا استخدام الترانزستور كمفتاح لفتح وغلق التيار والذي يمكن التحكم فيه عن طريق بقية عناصر الدائرة..
[عدل] استخدام الترانزستور كمكبر
صمم الترانزستور ذو الباعث المتصل بالأرض لكى يستجيب إلى الإشارات الصغيرة في القاعدة ويقوم بتكبير هذه الإشارات على المخرج عند المجمع، وهناك العديد من تكوينات الدوائر التي تقوم بالتكبير بمميزات مختلفة سواء للتيار أو الجهد أو الاثنين معا.
ففى بعض الهواتف المحمولة والتلفاز هناك العديد من المنتجات التي يدخل فيها الترانزستور كمكبر مثل مكبرات الصوت أو النقل الرديواى أو معالجة الإشارات وكانت أول دائرة ترانزستور ذات قدرات ضعيفه تصل إلى بعض الاجزاء من العشرة من الوات وتم تكبيرها ومع التقدم ازدادت نسبة التكبير ونقائه تدريجيا عندما وجدت ترانزستورات احسن وتم تقويم احداثيات الترانزستور ووصلت القدرات الآن إلى بضع المئات من الوات وبتكلفة صغيرة.
[عدل] الترانزستور كمفتاح
الترانزستور هو اكثر المفاتيح الإلكترونية على حد سواء في الدوائر ذات القدرة المنخفضة مثل البوابات المنطقية أو ذات القدرة العالية مثل مفاتيح مزودات الطاقة ومن امثلة المفاتيح الخفيفة دوائر الباعث المتصل بالأرض ففى الشكل المقابل عندما يزداد جهد القاعدة يزداد التيار في المجمع وعلى الحمل (المقاومة) زيادة اسية وبالتالى يقل الجهد في المجمع بسبب المقاومة وتكون المعادلة الحاكمة هي
V(Rc)=Ice*Rc
V(Rc)+V(ce)=Vcc
هو فرق الجهد على المقاومة VRc: حيث
التيار المار في المجمع:Ice
الجهد بين المجمع والباعث:Vce
فلو أمكن خفض VCE للصفر (عملية الغلق التام) ولهذا فان (Ic) لن يزيد عن (Vcc/Rc) ،و مع زيادة الجهد
على القاعدة والتيار فيها فان الترانزستور في هذه الحالة يكون في حالة تشبع ،و من ثم يمكن اختيار الجهد الداخل على القاعدة لجعل المخرج مساويا تماما للصفر أو مساويا لقيمة Vcc (جهد المصدر) ويستخدم الترانزستور كمفتاح في الدوائر الرقمية حيث توجد القيم فقط فتح وغلق ولا تواجد للقيم بينهما مقارنة بين الصمامات والترانزستورات
قبل وجود الترانزستور كانت الصمامات (Valves) أو انابيب التفريغ (Vacuum Tubes) هو المكون الوحيد في المعدات الإلكترونية ولكن بحلول الترانزستور أصبح هو اكثر استخداما لما له العديد من المزايا...
1:- صغر الحجم والوزن والذي يؤدى إلى تطوير الدوائر الإلكترونية في أن تكون صغيرة جدا
2:- عمليات التصنيع الالية والتي تقلل التكلفة لكل وحدة مفردة
3:- الجهود الصغيرة التي يستطيع العمل عليها مما جعله صالح لتطبيقات الدوائر ذات البطاريات الصغيرة
4:- لا تحتاج إلى دورة احماء لمسخنات الكاثود بعد تطبيق القدرة
5:- الاستهلاك الضئيل للطاقة والكفأة العالية في استخدام الطاقة
6:- الاعتمادية العالية والتحمل الفيزيائى
7:- طول العمر الافتراضى حيث يعمل بعضها إلى ما يصل إلى خمسين عاما
8:- وجود النبائط المكملة وسهولة بناء الدوائر المتكاملة المتماثلة وهو ألامر المستحيل في حالة الصمامات
9:- عدم الحساسية للصدمات الميكانيكية والاهتزاز مما سهل حل هذه المشكلة مثلا في حالة الميكروفونات
قيود الاستخدام :-
لا تعمل جهود اشباه الموصلات عند جهود أعلي من 1000 فولت (على الرغم من أن هناك بعض النبائط تعمل عند 3000 فولت) وعلى نقيض ذلك فهناك بعض الصمامات التي تتحمل جهودا تصل إلى مئات الالاف من الفولتات
• عدم قدرته على العمل في حالة القدرات العالية والترددات العالية مثل تلك التي تستخدم في التنبؤ التلفزيونى الهوائى حيث كانت الصمامات افضل أداءا من الترانزستورات نتيجة قابلية الحركة العالية للالكترونات في انابيب التفريغ عنها في الترانزستور واشباه الموصلات اضعف تحملا بكثير من الصمامات عند تعرضها للنبضات الناتجة من الانفجار النووى
أنواع الترانزستور
ان نوعى الترانزستور يختلفان عن بعضهما اختلافا طفيفا في كيفية وضعها في دائرة معينة فكل منها له ثلاثة اطراف تسمى في حالة ثنائى القطب القاعدة "**** " والباعث "Emitter " والمجمع "Collector " وبمرور تيار متغير في القاعدة سيظهر تأثره مجمعا في المجمع والباعث، وفي حالة ترانزستور تأثير المجال تسمى البوابة "Gate "، المنبع "Source "، المصب "Drain " ويتحكم الجهد على البوابة في فرق الجهد بين المنبع والمصب..
يمكن تقسيم الترانزستورات إلى عدة فئات حسب التقسيم
1:- طبقا لشبه الموصل
جرمانيومى- سليكونى – جاليومى – زرنخيى – كربيدى سليكونى
2:- طبقا للبناء
BJT ثنائى القطب، MOSFETتأثير المجال
3:- طبقا للقطبية
NPN الترانزستور من النوع السالب ويعنى منطقة من النوع السالب يليها منطقة من النوع الموجب يليها منطقة من النوع السالب
PNP الترانزستور من النوع الموجب ويعنى منطقة من النوع الموجبة يليها منطقة من النوع السالب يليها منطقة من النوع الموجب
4:- طبقا لقدرة التشغيل
صغير – متوسط – كبير
5:- طبقا لأقصى تردد تشغيل
موجات راديوية أو موجات الميكرومترية ويعطى أقصى تردد وفعال بجهد الثقل ويرمز له بالرمز FT والذي ينتج نسبة تكبير مساوية للوحدة
6:- طبقا للتطبيق المسخدم فيه
مفتاح – متعدد الأغراض – صوتى عالى الجهد – زوجى متماثل – عالى نسبة التكبير
7:- طبقا للتغليف الفيزيائى
ذو الثقب المعدنى - ذو الثقب البلاستيكى – المحمل سطحيا – سلسلة شبكة الكور – مغير القدرة
8:- طبقا لمعامل التكبير (hfe)
لذلك فان ترانزسور معين يمكن ان يوصف بهذا الوصف (سليكونى – ثنائى القطب من النوع السالب – مغير للطاقة عالى التردد – مفتاح)
الصمام الثنائي هو نبيطة إلكترونية ينحصر دوره في ترك التيار الكهربائي يمر في اتجاه واحد فقط. قبل اكتشاف أشباه الموصلات كانت أنابيب إلكترونية كبيرة تقوم بهذه المهمة.
استعمالاته
تستعمل الصمامات الثنائية مع عناصر إلكترونية أخرى. وغالبا ما تتخذ في الدوائر المدمجة، وتشكل مع الترانزستورات أهم العناصر الفاعلة. على أنها تستعمل أيضا في الدوائر التي يراد أن يمر فيه التيار في جهة واحدة:
في الدوائر التي يكون قيمة الحفاظ على قيمة ثابتة للجهد الكهربائي ضروري جدا، يمكن وصل الصمام بين طرفي المولد (السالب والموجب)، ويصبح الصمام ممررا للتيار بمجرد أن يحيد الجهد عن قيمة معينة، فتنغلق الدارة بين طرفي المولد مما يتسبب في حرق المنصهرة، وتنجوا بالتالي بقية المكونات.
يتم استعمالا الصمامات الثنائية عند تقويم التيار المتردد:
تقويم نصف الموجة: ويستعمل فيه صمام واحد.
تقويم الموجة الكاملة: ويتم تشكيل الصمامات بطرق مختلفة حسب الوظيفة وتسمى التشكيلات بالجسور.
] مبدأ عمله
يعتمد الصمام ثنائي على ألية عمل الوصلة الثنائية وهما يعملان بشكل متعاكس ولكن بنفس المبدأ
في علم الحاسبات، أخذت كلمة البيوس من الإنكليزية (BIOS) وتعني(basic input output system) نظام الادخال والإخراج الأساسي. والهدف الرئيسي من البيوس هو البدء بعملية اقلاع الحاسوب والتحضير اللازم لتنزيل نظام التشغيل في ذاكرة الحاسوب.
والبايوس ككل أجزاء الكمبيوتر مكون من شقين أحدهما ثابت من النوع صلب الذاكرة غير قابل للتعديل ويكون مخزنا على (ROM : READ ONLY MEMORY). أما الآخر فهو الـ CMOS ويمكن تعديله بمعرفة المستخدم لتغيير إعدادات بدء الجهاز.
سوق البايوس
الغالبية العظمى من شركات تصنيع (اللوحة الأم للوحة الأم Motherboard)
مصنعي البايوس
ينحصر سوق البايوس بين عدد من الشركات أشهرها
• American Megatrends (AMI
• Phoenix Technologies
• Award Software International (إندمجت مع Phoenix سنة 1998)
• MicroID Research (MRBIOS)
• Insyde Software (Insyde)
•
تاريخياً وحدة المعالجة المركزية دائما اسرع من الذواكر، إن عملية تطوير الذواكر كانت تسير بشكل موازي مع عملية تطور CPUs ودائماً كان هناك فرق بالسرعة لصالح وحدة المعالجة المركزية، فبعد أن تطلب وحدة المعالجة المركزية المعلومات من الذاكرة الرئسية تبقي وحدة المعالجة المركزية منتظرة لإستجابة الذاكرة الرئسية، وفي أفضل الأحوال (أي عندما لا تكون الذاكرة الرئسية مشغولة) فإنة يجب على وحدة المعالجة المركزية الانتظار 2 أو حتى 3 دورات (دورة الناقل).
في الحقيقة، المشكلة ليست مشكلة تقنية، وإنما مشكلة اقتصادية. إن المتخصصين في هذا المجال يعرفون كيفية بناء ذواكر سريعة بحيث تكون سرعتها متوافقة مع سرعة وحدة المعالجة المركزية للتخلص من الوقت الضائع في دورة الناقل، لكن المشكلة في التكلفة المرتفعة لهذا النوع من الذواكر وسيكون من المكلف جداً تجهيز حاسوب مع هذا النوع من الذواكر.
وهكذا، كان هناك خياران امام مهندسين التصميم، الأول هو استخدام تلك الذواكر السريعة ذات الكلفة العالية، والثاني استخدام ذاكرة رخيصة الثمن وذات سرعة بطيئة. فكان الاختيار بأخذ خاصية السرعة من الجانب الأول وخاصية الكلفة المنخفضة من الجانب الآخر ودمجت هذه الخواص لإنتاج الذواكر سريعة ذات حجم صغير (للتقليل من الكلفة) وسميت بــ الخابية
Cache Memory.
تنظيم الخابية
يحتوي كل موقع في الخابية كلمة واحدة, وهذا الموقع هو في الواقع صورة لموقع موجود في الذاكرة الرئيسية. بالإضافة لذالك, يجب أن تتضمن كلمة الخابية عنوان الموقع المقابل في الذاكرة الرئيسية, إذ يستخدم هذا العنوان عند محاولة الرجوع إلى الذاكرة, لمعرفة إذا كان للموقع المقصود صورة في الخابية. يمكن أن يتم نسخ كلمة من الذاكرة الرئيسية إلى الخابية بطريقتين:
kut turken
1. التقابل المباشر أو الثابت(Fixed or Direct mapping)
1. التقابل الحر أو الترابطي(Free or associative mapping
تنظيم الخابية على شكل قطاعات (Sector Organized Caches)
تنظم الذاكرة، وكذالك أيضا الخابية، على شكل قطاعات (Sectors), ويتألف كل قطاع من عدة كتل, والتقابل بين القطاعات في الذاكرتين من النوع الحر. لكل قطاع في الخابية وسم عنونة (Address tag), أما عنوان الكتلة في الخابية فهو مطابق لعنوانها في الذاكرة. تنقل المعلومات من الذاكرة إلى الخابية على شكل كتلة في كل مرة ولا ينقل القطاع بأكمله, وبالتالي يمكن أن يحتوي القطاع في الخابية عدة كتل فارغة, ويمكن ألا يتضمن القطاع إلا كتلة واحدة فقط. للتمييز بين الكتل الفارغة والكتل المشحونة نستخدم لكل كتل بت إضافية نسميها بت الصلاحية (Validity bit), فإذا كانت هذه البت تحتوي القيمة 1 تكون الكتلة الموافقة موجودة وصالحة للاستخدام.
عند طلب الوصول إلى كتلة يتم أولاً التحقق من وجود عنوان القطاع الموافق في الذاكرة الترابطية, فإذا وجد هذا القطاع يجب اختبار قيمة بت الصلاحية للكتلة في القطاع, فإذا كانت هذه القيمة تساوي الواجد تكون الكتلة موجودة في الخابية وصالحة للاستخدام وإلا يتولد "خطأ الكتلة" مما يستلزم نقل الكتلة المطلوبة من الذاكرة الرئيسية وتسند بعدها القيمة 1 لبت الصلاحية.
أما إذا لم يكن عنوان القطاع موجودا في الذاكرة الترابطية فيتولد "خطأ القطاع" مما يعني ضرورة الرجوع إلى الذاكرة الرئيسية لجلب القطاع, وقد يطلب الأمر استبعاد أحد القطاعات من الخابية لإفساح المجال للقطاع الجديد وينتقى القطاع المستبعد بالاعتماد على المعيار المناسب.
لكن خطأ القطاع لن يؤدي لجلب القطاع بأكمله من الذاكرة، ولا تنقل إلا الكتلة المطلوبة منه. بعد نقل القطع تسند القيمة 1 لبت الصلاحية الموافق له, أما بتات صلاحية الكتل الأخرى في هذا القطاع فتضبط على القيمة 0 إشارة لعدم صلاحيتها, فهي من بتات القطاع المنقول سابقا والذي تم استبعاده.
تمتاز طريقة التنظيم هذه ببساطتها الناتجة عن تقليص عدد مداخل الذاكرة الترابطية, إذ تستخدم علامة عنونة وحيدة لكل قطاع بدلا من علامة لكل كتلة كما يتقلص أيضا عدد بتات كل مدخل لأن عناوين القطاعات اصغر من عناوين الكتل فالذاكرة تحوي عددا من القطاعات اقل من عدد الكتل, أما أهم مساوي هذه الطريقة فهي أن جزءاً هاماً من الذاكرة الترابطية قد يكون في أي لحظة مشغولاً بكتل غير صالحة للاستخدام.
مميزات الطرق المختلفة في تنظيم الخابية
تلخص الصورة التالية أهم مميزات الأنماط السابقة, ويبين الشكل (13-11) مخطط التقابل المستخدم في كل طريقة من هذه الطرق ويوضح الشكل كيف أن بعض الطرق ليست إلا حالات خاصة محدودة من طرق أخرى.
استبدال الكتل أو الكلمات
عندما تولد الخابية خطأ الكلمة (أو خطأ الكتلة أو خطأ القطاع) يجب تفريغ كلمة (أو كتلة أو قطاع) لاستيعاب الجديدة. ولانتقاء الوحدة الواجبة استيعابها يمكن الاعتماد على عدة استراتيجيات, منها:
1. الخيار العشوائي
2. الرتل FIFO (من يدخل أولا يخرج أولا)
3. الوحدة الأقل استخداماَ في الماضي Least recently used
والإستراتجية الأخيرة هي الأكثر شيوعا في التطبيق.
الكتابة في الخابية
عندما تكون الكتلة المطلوبة الموجودة في الخابية، تقرأ منها دون الرجوع إلى الذاكرة، إلا أنه عند تنفيذ عملية كتابة (write) يجب الولوج إلى الذاكرة حتى لو كانت موجودة في الخابية. فإذا كان للموقع الذي نكتب فيه في الذاكرة صورة في الخابية يجب اختيار أحد إجراءين:
1. الكتابة الآنية (Write through): أي تكتب المعلومات في الذاكرة وفي الخابية بنفس الوقت (وهي الطريقة التي وصفناها سابقا).
2. الكتابة المتأخرة (Write back): لا ينعكس التغيير الذي طرأ على الموقع الموجود في الخابية, على الموقع المقابل في الذاكرة إلا عند استبعاد الكلمة من الخابية.2
الكتابة الآنية
تكتب المعلومات في الذاكرة والخابية في نفس الوقت، ومع أن هذه العملية تبدو معقدة إلا أن لها بعض المزايا الجيدة, فمن ناحية أولى نحافظ على سلامة المعلومات (Integrity), فالمعلومات الموجودة في الخابية تطابق بشكل دائم تلك الموجودة في الذاكرة، ومن ناحية ثانية لن تحتاج لنقل أي كلمة أو كتلة من الخابية إلى الذاكرة. فعند الحاجة لتحرير موقع في الخابية يكفي أن نكتب مباشرة فيها, وبما أن الذاكرة تحتوي دوما المعطيات الصحيحة المحدثة(up dated) يمكن أن تستخدم نفس الكلمة كجزء من عملية إدخال وإخراج دون الخوف من الوقوع على معلومات متقادمة (out dated). ويعتبر خيار الكتابة الآنية هو الأفضل في الحالات التي تكتب فيها المعطيات في الموقع لمرة واحدة فقط, إذ يصبح من الأبسط والأسرع أن تعدل كلا الذاكرتين بنفس الوقت.
الكتابة المتأخرة
تبقى الكلمة الآنية الصلبة في الذاكرة على حالها ولا يجري التعديل إلا عندما نحتاج لاستبعاد الكتلة الموافقة من الخابية. نلاحظ هنا أنه في حال بقيت الكتلة كما هي في الخابية, أي لم تبدل محتوياتها, فإن الذاكرة تحتوي المعطيات الصحيحة ولا داعي لإعادة نقلها من الذاكرة المخبئية.
المخبئية والذاكرة الرئيسية على الترتيب, يصبح عندئذ زمن الولوج الفعلي:
نشير هنا أن Tap هو زمن ولوج الذاكرة محسوباً بعد الأخذ بعين لاعتبار تأثير عملية نقل الصفحات فيحال استخدام الذاكرة الظاهرية, ويعتمد هذا الزمن بالطبع على الإستراتيجية المستخدمة لاستبدال الصفحات
يقترب زمن الولوج الفعلي Teff من زمن ولوج الخابية Tac كلما اقترب h من الواحد, أي كلما ارتفعت نسبة الإصابة(ويحدث ذالك مثلاً بأخذ خابية ذات حجم كبير جداً.
نلاحظ أن تناقص نسبة الإصابة بنسبة واحدة بالمائة يؤدي إلى زيادة الزمن الفعلي بعدد من المرات يساوي تقريباً النسبة k, ومنه نستنتج أن ثمن فقدان المعطيات المطلوبة من الخابية عالٍ نوعاً ما من حيث تأثيره على زمن عمل الآلة.
من الوسائط الأخرى التي تؤثر على فعالية الخابية حجم أو سعة الكتلة, وتأثير هذا الوسيط مشابه لتأثير حجم الصفحة على فعالية الذاكرة الظاهرية.
من الصعب جداً جمع معلومات عن تأثير هذه الوسائط في أوضاع التشغيل الحقيقية, ومن الصعب جداً استخدام دارات إلكترونية لمراقبة أداء الذاكرة الافتراضية لان مثل هذه الدارات يجب أن تكون أسرع بكثير من الآلة نفسها.
غلا انه من المكن استخدام برامج لمحاكاة عمل الآلة عند تنفيذها لعمل نمط تقليدي, لكن تعترض هذا المنهج مشكلتان: ففي البداية تكون الخابية فارغة, وتبدي نتيجة لذالك فعالية منخفضة جداً إذ سيظهر عدد كبير من حالات فقدان المعطيات. يطلق على هذا الوضع اسم"الحالة العابرة البدائية "(initialization transient).
وتعتمد مدة هذه الحالة العابرة على حجم الخابية، فكلما ازداد هذا الحجم طالت مدة الحالة العابرة، إن عدد حالت فقدان المعطيات التي تحدث في بداية التشغيل هو تقريباً من نفس سعة مرتبة سعة الذاكرة المخبئية. لذا, وبهدف الحصول على نتائج موثوقة يجب مراقبة أداء الذاكرة لمدة كافية حتى يحدث على الأقل 100 * n حالة فقدان معطيات(حيث n سعة الخابية) فإذا حصلنا على نسبة فقدان تساوي واحد بالمائة, يجب إنجاز حوال 10000 * n عملية رجوع للذاكرة.
مجموعة شرائح ، (بالإنجليزية: Chipset). عبارة عن شرائح تتكون من مجموعة دارات متكاملة، أو رقائق، تهدف إلى العمل معا، والهدف من صنعها تدميج عدة منتجات في منتج واحد.
[عدل] الحواسيب
في الحوسبة، فإن المصطلح الشائع هو الشرائح المستخدمة للإشارة إلى مجموعة متخصصة من رقائق الكمبيوتر على اللوحة الأم أو بطاقة توسيع. أما في الحواسيب الشخصية فإن أول مجموعة شرائح ظهرت في حواسيب إي بي أم، وكانت في معالجات إنتل 80286. واستنادا لمعالجات إنتل من نوع بانتيوم فمصطلح 'مجموعة شرائح' كثيرا ما يشار إلى أنه زوج من الرقائق في اللوحة الأم 'ساوث بريدج'(southbridge) و'نورث بريدج' (northbridge).
2014-04-09, 10:31 pm
