موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

الاثنين، 22 يوليو 2019

أنواع النواقل في جهاز الحاسوب Types of Computer Buses


أنواع النواقل في جهاز الحاسوب

داخل أجهزة الكمبيوتر، هناك العديد من المكونات الداخلية التي يجب أن تتواصل مع بعضها البعض لإنجاز مهمات محددة. وهذا التواصل يتم عن طريق مجموعة من الأسلاك والتي تعرف باسم الناقل أو النواقل أي Bus.
فالناقل يوفر مسار تتدفق عبره المعلومات من مكون كمبيوتر إلى مكون آخر. يستخدم هذا المسار لغرض الاتصال ويتم إنشاؤه بين مكونين أو أكثر من مكونات الكمبيوتر.

سنقوم بشرح والتحقيق في بنية وتركيب كل ناقل من نواقل الحاسوب وشرح دورها على أكمل وجه.

أنواع مختلفة من نواقل الحاسوب

في الشكل التالي يوضح أنواع النواقل ودور كل ناقل في نقل البيانات والمعلومات بين المعالج وكل من الذاكرة الرئيسية العشوائية والدائمة ووحدات الادخال والإخراج وغيرها من الإضافات:

وظائف النواقل في أجهزة الكمبيوتر

سنلخص وظائف النواقل في أجهزة الكمبيوتر في أربعة نقاط رئيسية وهي:

1. مشاركة البيانات Data Sharing

تقوم جميع أنواع النواقل الموجودة في جهاز الكمبيوتر بنقل البيانات بين الأجهزة الطرفية للكمبيوتر المتصلة بها. كما وتقوم النواقل بنقل أو إرسال البيانات إما بالطريقة التسلسلية أو المتوازية لنقل البيانات. يسمح هذا بتبادل 1 أو 2 أو 4 أو حتى 8 بايت من البيانات في وقت واحد. علماً أن البايت هو 8 بت. يتم تصنيف النواقل اعتماداً على عدد البتات التي يمكن أن تتحرك خلالها في نفس الوقت، مما يعني أن لدينا نواقل بعرض نطاق 8 بت أو 16 بت أو 32 بت أو حتى 64 بت.

2. العنونة Addressing

يمتلك الناقل خطوطاً تسمى بخطوط العناوين، والتي تتطابق مع خطوط المعالج. الأمر الذي يسمح بإرسال واستقبال البيانات من وإلى مواقع محددة في الذاكرة.

3. الطاقة Power

يوفر الناقل الطاقة الكهربائية لمختلف الأجهزة الطرفية المتصلة به.

4. التوقيت Timing

يوفر الناقل إشارة ساعة النظام system clock signal لمزامنة الأجهزة الطرفية المتصلة به مع بقية النظام وإعادة الضبط عن الضرورة.
تسهل النواقل الإضافية أو التوسعة Expansion Bus التوصيل لربط مكونات أو أجهزة إضافية على جهاز كمبيوتر مثل بطاقة التلفزيون أو بطاقة الصوت وغيرها.

مصطلحات خاصة بالنواقل Bus Terminologies

أجهزة الحاسوب أو الكمبيوتر لديها نوعان رئيسيان من النواقل

1. ناقل النظام System Bus

وهو الناقل الذي يربط وحدة المعالجة المركزية CPU بالذاكرة الرئيسية على اللوحة الأم. يُسمى ناقل النظام أيضاً بالناقل الأمامي أو ناقل الذاكرة أو ناقل محلي أو ناقل مضيف.

2. عدد من نواقل المدخلات / المخرجات A number of I/O Buses

وهي توصل مختلف الأجهزة الطرفية بوحدة المعالجة المركزية. تتصل هذه الأجهزة بناقل النظام عبر "جسر" مطبق في شرائح المعالجات Chipset. تتضمن الأسماء الأخرى لناقل الإدخال / الإخراج ناقل التوسع، ناقل خارجي أو ناقل مضيف.

أنواع نواقل التوسع Expansion Bus Types

فيما يلي أهم أنواع ناقل التوسعة الشائعة التي تم استخدامها على الإطلاق في أجهزة الكمبيوتر

1- ISA - ناقل بنية صناعية قياسية.

2- EISA - ناقل بنية صناعية قياسية موسعة.

3-MCA –هندسة وبنية القنوات الدقيقة أو المصغرة.

4- VESA - جمعية معايير إلكترونيات الفيديو.

5- PCI - ربط المكونات الطرفية.

6- PCI Express (PCI-X) – بطاقة PCI السريعة.

7- PCMCIA - رابطة صناعة بطاقة ذاكرة الكمبيوتر الشخصية (وتسمى أيضاً بناقل الحاسوب الشخصي PC Bus).

8- AGP - منفذ الرسومات المعجل أو المسرع.

9- SCSI - واجهة أنظمة الكمبيوتر الصغيرة أو المصغرة.

الناقل ISA

هذا هو النوع الأكثر شيوعاً من النواقل والأكثر قدماً، حيث تم تصميمه للاستخدام في حاسوب IBM الأصلي. تم استخدمه في جهاز IBM PC-XT بميزة ناقل 8 بت. هذا يعني أن عمليات نقل البيانات تتم في أجزاء بمقدار 8 بت (أي بايت واحد في كل مرَّة) عبر الناقل. كما ويعمل ناقل ISA على تردد بسرعة 4.77 ميغاهيرتز.
أما بالنسبة إلى IBM PC-AT المستندة إلى 80286، تم الإعلان عن تصميم ناقل محسّن الصنع يمكنه نقل 16 بت من البيانات في وقت واحد. يُعرف أحياناً الإصدار 16 بت من ناقل ISA باسم ناقل AT أي (AT-Advanced Technology). حيث قدم ناقل AT المُحسّن مجموعه خطوط عناوين بمقدار 24 خطاً، مما أتاح معالجة وعنونة 16 ميغابايت من الذاكرة. كان ناقل AT متوافق مع الإصدارات السابقة لسابقه من الـ 8 بت. وسمح باستخدام بطاقات 8 بت في فتحات التوسعة 16 بت.
عندما ظهر ناقل ISA لأول مرة، عمل ناقل ISA ذات الـ 8 بت بسرعة 4.77 ميجا هرتز، أي بنفس سرعة المعالج. أدت التحسينات التي تمت على مدار السنوات إلى جعل ناقل AT يعمل بسرعة تبلغ 8 ميجا هرتز أي 8MHz.
الشكل التالي يوضح شكل مداخل التوسعة ISA



مقارنة بين الناقل ISA 8 بت و16 بت


الناقل ISA بسعة 8-Bit
الناقل ISA بسعة 16-Bit
تشمل واجهة الناقل على ثمانية خطوط
تشمل واجهة الناقل على ستة عشر خطاً
يعمل بسرعة 4.77 ميجا هيرتز (4.77 MHZ)
يعمل بسرعة 8 ميجا هيرتز (8 MHZ)
يشمل على 62 دبوساً للتوصيل
يشمل على 62 دبوساً للتوصيل أيضاً
لا ينطبق
يشمل على 36 دبوساً للتوصيل في ناقل AT

الناقل MCA

طورت شركة IBM هذه الناقل كبديل لـ ISA عندما صممت جهاز PS / 2 للكمبيوتر الذي تم إطلاقه عام 1987.
عرض الناقل MCA عدداً من التحسينات الفنية على الناقل ISA. فعلى سبيل المثال، عمل MCA بسرعة 10 ميجا هرتز ودعم بيانات إما بـ 16 بت أو 32 بت. كما أنها تدعم خاصية تسمى بالـ Bus Mastering، وهي تقنية وضعت معالج صغير على كل بطاقة توسعة. تتحكم هذه المعالجات المصغرة في جزء كبير من نقل البيانات مما يتيح لوحدة المعالجة المركزية القيام بمهام أخرى.
كانت إحدى ميزات الناقل MCA أن البطاقات الإضافية كانت تعد بواسطة البرامج؛ هذا يعني أنها تتطلب تدخلا بسيطاً من قبل المستخدم عند الإعداد.
لم يدعم ناقل التوسعة MCA بطاقات ISA، لذلك، قررت شركة IBM فرض رسوم على شركات التصنيع الأخرى مقابل استخدام التكنولوجيا. الأمر الذي جعلها غير محببة وهي الآن تقنية قديمة. الشكل التالي يوضح صورة لكرت منفذ MCA


الناقل  EISA

في هذه التقنية، تم تطوير النواقل من قبل مجموعة من المصنّعين كبديل عن الناقل MCA. تم تصميم بنية الناقل EISA لاستخدام مسارات لبيانات بسعة 32 بت إضافة إلى 32 خطاً من العناوين والتي تتيح الوصول إلى 4 غيغابايت من الذاكرة.
يستند ناقل الـ EISA في إعداده الى قرص فيه التعريفات اللازمة لربط أي جهاز خارجي (البطاقة الخارجية) مع الناقل. كما ويعمل الناقل EISA بسرعة 8 ميجاهرتز حتى يكون متوافقاً مع الناقل ISA.
فتحات الناقل EISA تبلغ ضعف عمق فتحة الناقل ISA. فإذا تم وضع بطاقة ISA في فتحة EISA، فسوف تستخدم فقط الصف العلوي من الموصلات، ومع ذلك، تستخدم بطاقة EISA الكاملة كلا الصفين. كما وأنها توفر خدمة الـ Bus Mastering والتي ذكرناها من قبل.
أما عن توفر مكان تلك البطاقات وثمنها، فكانت بطاقات EISA باهظة الثمن نسبياً وكانت في العادة تتواجد في محطات العمل وخوادم الشبكات.
الشكل التالي يوضح شكل مداخل ناقل التوسعة EISA


الناقل VESA

يعرف أيضاً باسم الناقل المحلي VL Bus أو ناقل VESA المحلي. تم اختراع الناقل VESA للمساعدة في توحيد مواصفات فيديو أجهزة الكمبيوتر، وبالتالي حل مشكلة التكنولوجيا الاحتكارية، حيث كان يحاول مختلف المصنعين تطوير نواقلهم الخاصة كما فعلت شركة IBM في المرة الأولى عند تصنيعها للناقل MCA.
قدم الناقل VL Bus مسارات تتسع لبيانات بمقدار 32 بت وتعمل بسرعة 25 أو 33 ميجاهيرتز. إذ أنها تعمل على نفس تردد الساعة الداخلية للمعالج المركزي CPU المضيف. لكن أصبحت تلك التقنية تواجه مشكلة عسيرة مع زيادة سرعات المعالج، لأنه كلما زادت سرعة تشغيل الأجهزة الطرفية، زادت تكلفة تصنيعها.
من المشكلات الأخرى التي واجهت تكنولوجيا صناعة الناقل VESA أنه كان من الصعب تطبيق VL-Bus على الرقاقات الأحدث مثل 486s وPentiums الجديدة، وبالتالي تم استبدال VL-Bus بواسطة PCI.
تحتوي فتحات VESA على مجموعة إضافية من الموصلات، وبالتالي كانت البطاقات التي تعمل عليه أكبر حجماً. ومن حيث التوافقية مع ناقل الـ ISA، كان تصميم VESA متوافقاً مع بطاقات ISA القديمة.
الشكل التالي يوضح شكل مداخل ناقل التوسعة VESA


ميزات بطاقة VESA للنواقل المحلية

1- تدعم واجهة نقل البيانات بمقدار 32 بت.
2- عدد الموصلات بداخلها من 62/36 دبوس موصل للبطاقة.
3- يشمل الناقل المستقبل للكروت أي (الناقل المحلي) 90 + 20 دبوساً موصلاً.

ناقل ربط المكونات الطرفية PCI

يعتبر الناقل Peripheral Component Interconnect (PCI) واحداً من أحدث التطورات في هندسة النواقل وهو المعيار الحالي لبطاقات التوسيع في جهاز الحاسوب. قامت شركة Intel بتطويرها وإطلاقها كناقل توسعة لمعالج Pentium في عام 1993. فالناقل PCI هو ناقل محلي مثل الناقل VESA، أي أنه يربط وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة الطرفية بمسار بيانات لكن بشكل أوسع وأسرع.
يدعم PCI عرض البيانات 32 بت و64 بت؛ وهو متوافق مع الرقاقات الأحدث من 486s وPentiums. كما أن عرض بيانات الناقل مساوياً للمعالج. فالمعالج 32 بت يكون به ناقل PCI يعمل على 32 بت، ويعمل بسرعة 33 ميجاهرتز.
تم استخدام PCI في تطوير Plug and Play (PnP) وجميع بطاقات PCI تدعم PnP. هذا يعني أنه يمكن للمستخدم توصيل بطاقة جديدة بالكمبيوتر وتشغيله وسيعمل على "التعريف الذاتي" و "التحديد الذاتي" وبدء العمل دون التكوين والإعداد اليدوي باستخدام وصلات العبور Jumpers.
على عكس الناقل VESA، يدعم PCI ميزة Bus Mastering، التي تمكن الناقل من اكتساب بعض القدرة على المعالجة الذاتية، وبالتالي فإن وحدة المعالجة المركزية تقضي وقتاً أقل في معالجة البيانات. تم تصميم معظم بطاقات PCI للعمل على فرق جهد 5 فولت، ولكن هناك أيضاً بطاقات تعمل على 3 فولت وبطاقات جهد مزدوج أي 3فولت و5 فولت معاً. ففتحات المفاتيح الموجودة والمستخدمة تساعد في التمييز بين بطاقات 3 Volts و5 Volts وأيضاً للتأكد من أن البطاقة التي تعمل على 3 فولت لن يتم إدخالها وادراجها في مقبس الخمسة فولت والعكس صحيح.
الشكل التالي يوضح شكل مداخل ناقل التوسعة PCI



الناقل AGP

أدت حاجة الوجود الى جودة عالية وأداء سريع وعال جداً للفيديو على أجهزة الكمبيوتر إلى تطوير منفذ تسريع الرسومات (AGP). يتصل منفذ AGP (الناقل السريع) بوحدة المعالجة المركزية ويعمل بسرعة ناقل المعالج. هذا يعني أن معلومات الفيديو يتم إرسالها بسرعة أكبر إلى البطاقة للمعالجة.
يستخدم AGP ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية للاحتفاظ بصور ثلاثية الأبعاد. في الواقع، هذا يعطي بطاقة فيديو AGP كمية غير محدودة من ذاكرة الفيديو التي سيتم استخدامها. أما لتسريع عملية نقل البيانات، فقد صممت شركة Intel المنفذ AGP كمسار مباشر للذاكرة الرئيسية للكمبيوتر للتعامل معها مباشرة دون أي وسيط.
يتراوح معدل نقل البيانات في منفذ AGP من 264 ميغابت في الثانية إلى 528 ميجابت في الثانية، ومن 800 ميجابت في الثانية إلى 1.5 جيجابت في الثانية. كما ويتم التعرف على موصل AGP بلونه البني كما في الشكل التالي:

الناقل PCMCIA

تأسست رابطة صناعة بطاقات ذاكرة الكمبيوتر الشخصية لتوفير ناقل قياسي لأجهزة الكمبيوتر المحمولة Laptops. لذلك يستخدم أساسا في أجهزة الكمبيوتر الصغيرة ويطلق عليه الاسم PC Bus.
الشكل التالي يوضح شكل كرت الـ PCMCIA والمدخل PCI Express الذي يحتويه


الناقل أو المنفذ SCSI

وهو اختصار لـ Small Computer System Interface، وهو واجهة متوازية قياسية أو معيارية تستخدمه أجهزة أبل Apple وأجهزة الكمبيوتر وأنظمة Unix لتوصيل الأجهزة الطرفية بجهاز الحاسوب.
الشكل التالي يوضح شكل المدخل SCSI
  


الناقل التسلسلي العالمي USB

وهو عبارة عن ناقل متتال حديث خارجي يدعم نقل البيانات بمعدل 12 ميغابت في الثانية الواحدة.
يستخدم لوصل أجهزة خارجية، مثل الطابعات، الماسح الضوئي، الكاميرات الرقمية وغيرها الكثير من الأجهزة الالكترونية الرقمية التي تدعم تلك الخاصية، وسرعته القياسية تتراوح بحسب إصداره.
يستطيع أن يوصل منفذ USB المنفرد الواحد 127 من الأجهزة الطرفية، مثل الماوس، وأجهزة المودم ولوحات المفاتيح وغيرها من الأجهزة التي تدعم خاصية الـ USB. كما ويدعم USB أيضاً خاصية توصيل الأجهزة الطرفية دون إيقاف تشغيل الكمبيوتر Plug & Play أي التوصيل والتشغيل. كما يمكنك توصيل جهاز والبدء في استخدامه دون اللجوء الى اعدادات التكوين.

إصدارات USB

USB 1X

ظهر هذا الإصدار الأولي للـ USB لأول مرة في عام 1996، كما وقدم الناقل المعياري USB 1.0 الأصلي معدلات بيانات قدرها 1.5 ميجابت في الثانية. يتبع معيار USB 1.1 سرعتين للبيانات: 12 ميجابت في الثانية للأجهزة مثل محركات الأقراص التي تحتاج إلى سرعة إنتاجية عالية و1.5 ميجابت في الثانية للأجهزة مثل عصا التحكم Joystick التي تحتاج إلى نطاق ترددي أقل بكثير.

USB 2X

في عام 2002، تم تقديم أحدث مواصفات USB 2.0، والتي تسمى أيضاً Hi-Speed ​​USB 2.0. فقد زاد معدل نقل البيانات بين جهاز الكمبيوتر وجهاز الـ USB إلى 480 ميجابت في الثانية، وهو أسرع 40 مرة من مواصفات USB 1.1. مع زيادة عرض النطاق الترددي، يمكن الآن توصيل USB بالأجهزة الطرفية عالية الإنتاجية مثل الكاميرات الرقمية وحرق الأسطوانات المدمجة (أي نسخها) وأجهزة الفيديو.
وهنالك إصدارات أخرى من USB مثل USB 3.1 وUSB 3.0 و C- USB والتي تجدها في موسوعة وموقع الكترونيات للجميع هذا الرابط:

شرح أهم الفروق بين USB 2 و USB 3 و USB -C

الناقل IEEE 1394

يعد الناقل IEEE 1394 معياراً سريعاً للغاية لواجهة ناقل تسلسلي خارجي، حيث يدعم معدلات نقل البيانات التي تصل إلى 400 ميجابت في الثانية خاصة في 1394a و800 ميجابت في الثانية في 1394b. هذا ما يجعله مثالياً للأجهزة التي تحتاج إلى نقل مستويات عالية من البيانات في الوقت الحقيقي، مثل أجهزة الفيديو. وتم تطويره بواسطة Apple باسم firewire.
الشكل التالي يوضح شكل وصورة كرت بطاقة التوسيع "الفايروير" والمتوافق مع الناقل المعياري IEEE 1394


خصائص المنفذ 1394

1- يمكن لمنفذ 1394 واحد توصيل ما يصل إلى 63 جهازاً خارجياً.
2- يدعم خاصية التوصيل والتشغيل Plug and Play.
3- يوفر الطاقة الكهربائية للأجهزة الطرفية.

أسئلة وأجوبة متعلقة بالناقل في علم الحاسوب

سؤال: ما هي خصائص الناقل؟

في أجهزة الكمبيوتر، يتم تعريف الناقل على أنه مجموعة من الاتصالات المادية التي هي مجموعة من الأسلاك أو الكابلات التي يتم استخدامها لنقل البيانات. يمكن مشاركتها بواسطة مكونات أجهزة متعددة من أجل التواصل مع بعضها البعض. وبالتالي فإن ناقل الكمبيوتر يتميز بحجم البيانات أو المعلومات التي يمكن أن ترسلها في وقت واحد. ويتم التعبير عن هذا الحجم بالبت، ويتوافق مع عدد الخطوط المادية التي يتم إرسال البيانات عليها في وقت واحد. على سبيل المثال، يمكن أن ينقل الناقل 32-بت عدداً من البتات بمقدار 32 بت بالتوازي.

سؤال: ما هو ناقل العنوان؟

ناقل العنوان هو سلسلة من الأسلاك المستخدمة لنقل البيانات بين الأجهزة التي تم تحديدها بواسطة عنوان الأجهزة من الذاكرة الفعلية (العنوان الفعلي)، والتي يتم تخزينها في شكل أرقام ثنائية لتمكين ناقل البيانات من الوصول إلى تخزين الذاكرة أي المكان المحدد للوصول اليه.

سؤال: كيف يمكن لمنفذ USB دعم وتوصيل 127 جهازاً؟

يصل منفذ USB الواحد 127 جهاز طرفي. يمكن تحقيق ذلك من خلال استخدام لوحة توزيع USB والتي تسمى بالـ USB hub. يتصل المحور الأساسي بمنفذ الـ USB الرئيسي الموجود على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، ويتفرع عن طريق جهاز التوزيع hub ليوفر العديد من الاتصالات الأخرى التي تدعم خاصية الـ USB من الأجهزة الأخرى. لذلك إذا قمت بربط عدد من منافذ USB هذه، فستتمكن من توصيل عدد أجهزة USB التي تريدها. هذه هي الطريقة التي ينتهي بها الأمر إلى 127 جهازاً.

معاني الكلمات المستخدمة لوصف اختصارات النواقل في الحاسوب باللغة الإنجليزية والعربية

الجدول التالي يوضح اختصار كل حرف ومعناه المقابل باللغة الإنجليزية والترجمة باللغة العربية
الاختصار باللغة الانجليزية
معنى باللغة الانجليزية
المعنى باللغة العربية
ISA
Industry Standard Architecture
ناقل بنية صناعية قياسية
EISA
Extended Industry Standard Architecture
هندسة معايير الصناعة الموسعة
PCI
Peripheral Component Interconnect
ناقل ربط المكونات الطرفية
AGP
Accelerated Graphics Port
منفذ الرسوميات السريع
SCSI
Small Computer Systems Interface
واجهة منفذ نظام الكمبيوتر المصغر
MCA
Micro Channel Architecture
ناقل بنية القنوات المصغرة
USB
Universal Serial Bus
ناقل تسلسلي عالمي
PCMCIA
Personal Computer Memory Card Industry Association
ناقل جمعية صناعة بطاقات ذاكرة الكمبيوتر الشخصية (بطاقة PC)
VESA
Video Electronics Standards Association
جمعية معايير الفيديوهات الالكترونية


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????