المعالج الدقيق 8085 Microprocessor

يُعد المعالج الدقيق Intel 8085 واحدًا من أشهر المعالجات في تاريخ الحوسبة، ورغم قدمه، إلا أنه لا يزال يُدرس حتى اليوم كنقطة انطلاق لفهم بنية المعالجات الحديثة. وهو معالج 8 بت، تم إنتاجه باستخدام تقنية N-MOS، ويعتبر أول معالج ناجح تجاريًا لشركة إنتل.

ما هو المعالج الدقيق 8085؟

هو معالج 8 بت، مما يعني أنه قادر على معالجة 8 بتات من البيانات في وقت واحد. يمتلك ناقل بيانات (Data Bus) بعرض 8 بت، وناقل عناوين (Address Bus) بعرض 16 بت. هذا يعني أنه يستطيع الوصول إلى ذاكرة بحجم 64 كيلوبايت (2¹⁶).

يتميز الـ 8085 عن سابقه (8080) بأنه يتطلب مصدر طاقة واحد فقط (+5 فولت) وساعة بتردد أبسط، مما جعله أكثر كفاءة وسهولة في التصميم.

معمارية المعالج الدقيق 8085

لفهم كيفية عمل المعالج، يجب أن نتعرف على مكوناته الداخلية (معماريته). تتكون بنية 8085 من عدة وحدات وظيفية تعمل معًا لتنفيذ المهام التالية:

• تخزين ومعالجة بيانات بحجم 8 بت.

• تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية.

• تحديد تسلسل الأوامر المراد تنفيذها.

• تخزين البيانات بشكل مؤقت.

الوحدات الوظيفية الرئيسية للمعالج 8085

1. وحدة الحساب والمنطق (ALU - Arithmetic Logic Unit):

   • هي قلب المعالج النابض. تقوم بتنفيذ جميع العمليات الحسابية (مثل الجمع والطرح) والعمليات المنطقية (مثل AND, OR, XOR).

2. السجلات (Registers):

   • هي وحدات تخزين صغيرة وعالية السرعة داخل المعالج.

   • السجلات العامة (General-Purpose Registers): يمتلك 6 سجلات عامة بحجم 8 بت (B, C, D, E, H, L). يمكن للمبرمج استخدامها لتخزين البيانات. كما يمكن دمجها لتكوين أزواج من السجلات بحجم 16 بت (BC, DE, HL) لتنفيذ عمليات أكبر.

   • السجلات الخاصة (Special-Purpose Registers):

     • المُراكِم (Accumulator - A): هو سجل 8 بت، يُعتبر السجل الرئيسي في المعالج. تُجرى معظم العمليات الحسابية والمنطقية عليه، ويتم تخزين ناتج العملية فيه.

     • سجل الأعلام (Flag Register): هو سجل 8 بت يخزن حالة ناتج العملية الأخيرة التي نفذتها ALU. يتكون من 5 أعلام رئيسية (مثل علم الصفر، علم الحمل، علم الإشارة) تُستخدم في اتخاذ القرارات وتنفيذ الأوامر الشرطية.

     • عداد البرنامج (Program Counter - PC): هو سجل 16 بت، وظيفته حيوية جدًا. يخزن عنوان الأمر التالي المراد تنفيذه من الذاكرة. يزداد تلقائيًا بعد جلب كل أمر لضمان تنفيذ البرنامج بشكل تسلسلي.

     • مؤشر المكدس (Stack Pointer - SP): هو سجل 16 بت، يشير دائمًا إلى قمة منطقة في الذاكرة تُسمى "المكدس" (Stack)، والتي تُستخدم لتخزين العناوين والبيانات مؤقتًا، خاصة عند استدعاء البرامج الفرعية.

3. وحدة التحكم والتوقيت (Timing and Control Unit):

   • هي "الدماغ" الذي ينسق عمل جميع أجزاء المعالج. تقوم بتوليد إشارات التحكم اللازمة لجلب الأوامر من الذاكرة، فك تشفيرها، وتنفيذها في التوقيت المناسب.

كيف يعمل المعالج الدقيق 8085؟ (دورة حياة الأمر)

يعمل المعالج في دورات متكررة لجلب وتنفيذ الأوامر من الذاكرة. تتم هذه العملية في ثلاث مراحل رئيسية:

1. مرحلة الجلب (Fetch):

   • يضع المعالج العنوان الموجود في عداد البرنامج (PC) على ناقل العناوين.

   • تقوم الذاكرة بإرسال الأمر (شفرة العملية - Opcode) الموجود في هذا العنوان إلى المعالج عبر ناقل البيانات.

   • يتم تخزين الأمر في سجل الأوامر (Instruction Register).

   • يزيد عداد البرنامج (PC) بمقدار واحد ليشير إلى الأمر التالي.

2. مرحلة فك التشفير (Decode):

   • تقوم وحدة التحكم بتحليل شفرة العملية الموجودة في سجل الأوامر لفهم ما هو مطلوب تنفيذه (هل هو جمع؟ نقل بيانات؟).

3. مرحلة التنفيذ (Execute):

   • بناءً على الأمر الذي تم فك تشفيره، ترسل وحدة التحكم إشارات التحكم المناسبة إلى الوحدات الأخرى.

   • على سبيل المثال، إذا كان الأمر هو ADD B، فإن وحدة التحكم ترسل إشارة إلى وحدة الحساب والمنطق (ALU) لجمع محتوى السجل B مع محتوى المُراكِم (A).

   • يتم تخزين ناتج العملية في المُراكِم (A).

   • يتم تحديث سجل الأعلام (Flags) ليعكس حالة الناتج (هل هو صفر؟ هل نتج عنه حمل؟).

وهكذا، تتكرر هذه الدورة لجلب الأمر التالي وتنفيذه، مما يؤدي إلى تشغيل البرنامج خطوة بخطوة.