MIPS Architecture

```wiki

بنية MIPS

بنية MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) هي بنية مجموعة تعليمات (Instruction Set Architecture - ISA) RISC (Reduced Instruction Set Computing) شائعة الاستخدام في العديد من الأنظمة المدمجة، وأجهزة التوجيه، وأجهزة الألعاب، وأنظمة التحكم. تتميز بالبساطة والكفاءة، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للعديد من التطبيقات. هذا المقال يقدم نظرة شاملة على بنية MIPS للمبتدئين، مع التركيز على المكونات الرئيسية ومجموعة التعليمات الأساسية.

تاريخ بنية MIPS

ظهرت بنية MIPS في أوائل الثمانينيات في جامعة ستانفورد. كان الهدف منها هو إنشاء بنية بسيطة وفعالة يمكن استخدامها في البحث والتعليم. أصبح MIPS شائعًا بسرعة بين الشركات المصنعة للمعالجات الدقيقة، وتم استخدامه في مجموعة واسعة من المنتجات. على الرغم من أن شعبيتها تضاءلت في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والخوادم لصالح معالجات x86، إلا أنها لا تزال تستخدم على نطاق واسع في الأنظمة المدمجة.

مبادئ بنية RISC

قبل الغوص في تفاصيل MIPS، من المهم فهم مبادئ بنية RISC التي تستند إليها. تتميز بنية RISC بالخصائص التالية:

**تعليمات بسيطة:** تستخدم بنية RISC مجموعة صغيرة من التعليمات البسيطة التي يمكن تنفيذها بسرعة.
**عدد قليل من أوضاع العنونة:** تستخدم بنية RISC عددًا محدودًا من أوضاع العنونة، مما يبسط عملية فك ترميز التعليمات.
**التحميل/التخزين:** تستخدم بنية RISC تعليمات منفصلة للتحميل من الذاكرة والتخزين في الذاكرة. تجري جميع العمليات الحسابية على السجلات.
**عدد كبير من السجلات:** تستخدم بنية RISC عددًا كبيرًا من السجلات العامة، مما يقلل من الحاجة إلى الوصول إلى الذاكرة.
**خط أنابيب (Pipelining):** تستخدم بنية RISC خط أنابيب لتحسين الأداء.

مكونات بنية MIPS

تتكون بنية MIPS من المكونات الرئيسية التالية:

**وحدة المعالجة المركزية (CPU):** تقوم بتنفيذ التعليمات.
**الذاكرة:** تخزن التعليمات والبيانات.
**السجلات:** تخزن البيانات المؤقتة.
**ناقل النظام:** يربط بين المكونات المختلفة.

وحدة المعالجة المركزية (CPU)

تحتوي وحدة المعالجة المركزية MIPS على المكونات التالية:

**وحدة جلب التعليمات (Instruction Fetch Unit):** تجلب التعليمات من الذاكرة.
**وحدة فك الترميز (Decode Unit):** تقوم بفك ترميز التعليمات.
**وحدة التنفيذ (Execute Unit):** تقوم بتنفيذ التعليمات.
**وحدة الكتابة (Writeback Unit):** تكتب النتائج في السجلات أو الذاكرة.

الذاكرة

تستخدم بنية MIPS ذاكرة منفصلة للتعليمات والبيانات. يسمح هذا بتنفيذ التعليمات والوصول إلى البيانات في وقت واحد، مما يحسن الأداء.

السجلات

تحتوي وحدة المعالجة المركزية MIPS على 32 سجلًا عامًا، بالإضافة إلى سجلات خاصة مثل سجل البرنامج (Program Counter - PC) وسجل الحالة (Status Register). تستخدم السجلات لتخزين البيانات المؤقتة وعناوين الذاكرة. السجلات العامة مقسمة إلى مجموعتين:

**السجلات $t0 - $t9:** سجلات مؤقتة.
**السجلات $s0 - $s7:** سجلات محفوظة.

ناقل النظام

يربط ناقل النظام بين وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة الأخرى. يستخدم ناقل النظام لنقل البيانات والتعليمات.

مجموعة تعليمات MIPS

تتكون مجموعة تعليمات MIPS من مجموعة صغيرة من التعليمات البسيطة. يمكن تقسيم التعليمات إلى الأنواع التالية:

**تعليمات الحساب والمنطق:** تقوم بعمليات حسابية ومنطقية على البيانات. أمثلة: `add`, `sub`, `and`, `or`, `xor`.
**تعليمات نقل البيانات:** تنقل البيانات بين السجلات والذاكرة. أمثلة: `lw` (load word), `sw` (store word).
**تعليمات التحكم:** تتحكم في تدفق البرنامج. أمثلة: `beq` (branch if equal), `bne` (branch if not equal), `j` (jump).
**تعليمات الإزاحة:** تقوم بإزاحة قيمة بتات إلى اليسار أو اليمين. أمثلة: `sll` (shift left logical), `srl` (shift right logical).

تنسيق التعليمات

جميع تعليمات MIPS لها طول ثابت وهو 32 بت. يتم تقسيم التعليمات إلى الحقول التالية:

**opcode:** يحدد نوع التعليمات.
**rs:** يحدد سجل المصدر الأول.
**rt:** يحدد سجل المصدر الثاني أو سجل الوجهة.
**rd:** يحدد سجل الوجهة.
**shamt:** يحدد مقدار الإزاحة.
**funct:** يحدد وظيفة التعليمات.
**immediate:** يحدد قيمة فورية.
**address:** يحدد عنوان الذاكرة.

مثال على تعليمات

التعليمات `add $t0, $t1, $t2` تضيف محتويات السجلين `$t1` و `$t2` وتخزن النتيجة في السجل `$t0`. يتم فك ترميز هذه التعليمات على النحو التالي:

**opcode:** 0 (لتعليمات R-type)
**rs:** رقم السجل `$t1`
**rt:** رقم السجل `$t0`
**rd:** رقم السجل `$t2`
**shamt:** 0
**funct:** 32 (لتعليمات الجمع)
**immediate:** غير مستخدم
**address:** غير مستخدم

خط الأنابيب (Pipelining) في MIPS

تستخدم بنية MIPS خط أنابيب لتحسين الأداء. يقسم خط الأنابيب عملية تنفيذ التعليمات إلى عدة مراحل، مثل جلب التعليمات، وفك الترميز، والتنفيذ، والكتابة. يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجة تعليمات متعددة في وقت واحد، مما يزيد من الإنتاجية.

مخاطر خط الأنابيب

يمكن أن تحدث مخاطر خط الأنابيب عندما تعتمد إحدى التعليمات على نتيجة تعليمات سابقة لم تكتمل بعد. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مخاطر خط الأنابيب:

**مخاطر البيانات:** تحدث عندما تحتاج إحدى التعليمات إلى بيانات لم يتم حسابها بعد بواسطة تعليمات سابقة.
**مخاطر التحكم:** تحدث عندما يتم تغيير تدفق البرنامج بواسطة تعليمات فرع أو قفز.
**مخاطر الهيكل:** تحدث عندما تحتاج تعليمات متعددة إلى استخدام نفس المورد في نفس الوقت.

يمكن استخدام تقنيات مختلفة للتخفيف من مخاطر خط الأنابيب، مثل إعادة توجيه البيانات (Data Forwarding) والتنبؤ بالفرع (Branch Prediction).

تطبيقات بنية MIPS

تستخدم بنية MIPS في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:

**الأنظمة المدمجة:** تستخدم بنية MIPS في العديد من الأنظمة المدمجة، مثل أجهزة التوجيه وأجهزة التحكم الصناعية.
**أجهزة الألعاب:** تم استخدام بنية MIPS في العديد من أجهزة الألعاب، مثل PlayStation و Nintendo 64.
**أجهزة الشبكات:** تستخدم بنية MIPS في أجهزة الشبكات، مثل المحولات والموجهات.
**التعليم والبحث:** تستخدم MIPS على نطاق واسع في التعليم والبحث في مجال هندسة الحاسوب.

MIPS مقابل x86

تعتبر x86 هي البنية المهيمنة في أجهزة الكمبيوتر المكتبية والخوادم. ومع ذلك، فإن MIPS لها بعض المزايا على x86 في بعض التطبيقات. MIPS أبسط وأكثر كفاءة من x86، مما يجعلها خيارًا أفضل للأنظمة المدمجة. كما أن MIPS أسهل في الفهم والبرمجة من x86.

مستقبل بنية MIPS

على الرغم من أن شعبيتها تضاءلت في بعض المجالات، إلا أن بنية MIPS لا تزال ذات صلة. يستمر تطوير بنية MIPS، وهناك اهتمام متزايد باستخدامها في تطبيقات جديدة، مثل الحوسبة السحابية وإنترنت الأشياء.

روابط ذات صلة (الخيارات الثنائية والتحليل الفني)

للمتداولين في الخيارات الثنائية، فهم التوجهات وتحليل البيانات أمر بالغ الأهمية. هنا بعض الروابط ذات الصلة:

الفئة:معالجات ```

ابدأ التداول الآن

سجّل في IQ Option (الحد الأدنى للإيداع 10 دولار) افتح حساباً في Pocket Option (الحد الأدنى للإيداع 5 دولار)

انضم إلى مجتمعنا

اشترك في قناة Telegram الخاصة بنا @strategybin لتصلك: ✓ إشارات تداول يومية ✓ تحليلات استراتيجية حصرية ✓ تنبيهات اتجاهات السوق ✓ مواد تعليمية للمبتدئين