تشكل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأنظمة المدمجة العمود الفقري لحياتنا اليومية وربما الاقتصاد العالمي. ربما لأن الناس في جميع أنحاء العالم يستخدمون أجهزة الكمبيوتر المحمولة لأداء مجموعة من المهام كل يوم، فإن عامة الناس على دراية بمفاهيم أجهزة الكمبيوتر المحمولة.
كل يوم، سواء كنت تعرف ذلك أم لا، فإنك تستخدم نظامًا مضمنًا لأداء وظيفة معينة. ومع ذلك، وعلى عكس أجهزة الكمبيوتر المحمولة، لم يسمع سوى عدد قليل من الأشخاص خارج مجالات البرمجة والهندسة عن الأنظمة المدمجة، وعدد أقل منهم يعرف ما هي.
تخبرك هذه المقالة ما إذا كانت أجهزة الكمبيوتر المحمولة عبارة عن أنظمة مضمنة، وما هي الأنظمة المضمنة، ومكوناتها الأساسية الأساسية، وكيفية عملها.
فهم أنواع النظام
على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر المحمولة قد تحتوي على أنظمة مضمنة متعددة، إلا أن أجهزة الكمبيوتر المحمولة ليست أنظمة مضمنة.تتمثل إحدى طرق تصور النظام المضمن في فهم كيفية وقوفه على النقيض من الكمبيوتر المحمول.
أجهزة الكمبيوتر المحمولة هي أجهزة ذات أغراض عامة تستخدم لأداء مجموعة واسعة من الوظائف مثل البث والألعاب والبرمجة ومعالجة النصوص. في الأساس، يقوم الكمبيوتر المحمول بوظائف متعددة.
في المقابل، النظام المضمن عبارة عن مجموعة محددة من البرامج والأجهزة المصممة لأداء وظيفة محددة للغاية.
على سبيل المثال، يتم استخدام الميكروويف الموجود في منزلك لتدفئة الأشياء وليس أي شيء آخر. يمكنك ضبط الوقت المستغرق ومدى سخونة ما تريد تسخينه، لكن الوظيفة الأساسية لا تتغير.
وذلك لأن المعالج الدقيق (دماغ الميكروويف) تمت برمجته للقيام بذلك فقط.
سبب تسمية الأنظمة المضمنة هو إمكانية تضمينها في أجهزة أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، يحتوي الكمبيوتر المحمول الخاص بك على لوحة مفاتيح تُستخدم للكتابة بالإضافة إلى برنامج يسمح لها بذلك.
ويحتوي أيضًا على مكون WiFi المسؤول عن إرسال واستقبال الإشارات التي تتيح لك الاتصال بشبكات WiFi وتصفح الإنترنت. وبهذه الطريقة، تحتوي أجهزة الكمبيوتر المحمولة، وغيرها من الأجهزة مثل السيارات، على أنظمة مدمجة متعددة.
كيف تعمل هذه الأنظمة
ستختلف الآليات الدقيقة الكامنة وراء تشغيل النظام المضمن اعتمادًا على مدى تعقيده ووظيفته الدقيقة. ومع ذلك، تشترك كافة الأنظمة المضمنة في بعض الميزات المشتركة.
وظائف البرمجيات
تتطلب جميع الأنظمة المدمجة سلسلة من التعليمات المبرمجة التي توجه أجهزة هذا النظام حول كيفية العمل. على سبيل المثال، تحتوي المؤشرات الموجودة على لوحة عدادات السيارة على سلسلة من التعليمات التي ترشد السيارة إلى ما يجب عرضه ومتى.
الميزة الفريدة للبرامج في الأنظمة المضمنة هي أنها غير قابلة للتحويل إلى أجهزة أخرى دون تعديل كبير. وهذا على النقيض من كيفية تشغيل Microsoft Office على أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المختلفة.
مكونات الأجهزة
أجهزة الأنظمة المدمجة متغيرة للغاية ومحددة للغاية. على وجه الخصوص، تم تصميم الأجهزة بحيث تحتوي على أقل عدد ممكن من المكونات لإنجاز المهام المطلوبة، وقد يتم حذف الميزات الموجودة مسبقًا للوحدات الفرعية للجهاز عمدًا.
دور المعالجات الدقيقة
هناك حاجة إلى معالج لتنسيق الاتصال بين برنامج النظام المضمن وأجهزته. وتسمى هذه المعالجات بالمعالجات الدقيقة لأن جميع وظائف المعالج يمكن العثور عليها على شريحة صغيرة تسمى الدائرة المتكاملة.
عندما يتم دمج هذه المعالجات الدقيقة مع واجهات الإدخال والإخراج للنظام المدمج، يشار إليها باسم وحدات التحكم الدقيقة.
وبالتالي، عندما يستخدم معالج النظام المدمج شريحة خارجية لإيواء واجهات الإدخال والإخراج الخاصة به، فهو معالج دقيق، ولكن عندما يكون المعالج الدقيق أكثر تعقيدًا، فهو عبارة عن وحدة تحكم دقيقة.
التعامل مع بيانات الإدخال
هذا هو جزء النظام المضمن الذي يتلقى المعلومات من بيئته الخارجية. على سبيل المثال، عندما تضغط على المفاتيح الموجودة على لوحة المفاتيح، فهذه هي المعلومات التي يتم تلقيها من النظام المضمن الذي يشكل اتصال لوحة المفاتيح بالمعالج.
إقرأ أيضاً:كيف هي الحياة الكمبيوتر المحمول الرقمي (الدليل الكامل!)
ومع ذلك، فإن واجهة الإدخال هي مفتاح لوحة المفاتيح الذي يتم الضغط عليه.
إدارة بيانات الإخراج
هذا الجزء من النظام المضمن مسؤول عن عرض نتائج قدرات المعالجة للنظام المضمن.
على سبيل المثال، في الميكروويف، تكون واجهة الإخراج هي الشاشة التي يتم عرضها عند اكتمال القطع أو أجزاء الميكروويف التي تولد الحرارة اللازمة لتسخين الطعام.
الذاكرة والتخزين
وكمسألة ضرورية، تحتاج جميع المعالجات إلى ذاكرة لتخزين حساباتها ونتائجها. قد تكون هذه الذاكرة إما ذاكرة للقراءة فقط (ROM) أو ذاكرة وصول عشوائي (RAM). على سبيل المثال، يحتوي الميكروويف الخاص بك على كمية صغيرة من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، تكفي فقط لتخزين التعليمات المستخدمة لتسخين طعامك.
في المقابل، عندما تتم مناقشة هذه التعليمات وتنفيذها، يتم تخزين نتائج حسابات الميكروويف في ذاكرته للقراءة فقط حتى تكتمل العملية برمتها.
وبالتالي، كيف يعمل النظام المضمن هو هذا. يتم تلقي الإدخال من المستخدم عبر واجهة الإدخال (على سبيل المثال، عند الضغط على بعض المفاتيح في الميكروويف). يتم إرسال إشارات الإدخال هذه إلى المعالج الدقيق.
يعمل المعالج الدقيق على التعليمات ويخزن أعماله داخل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وذاكرة القراءة فقط (ROM). بعد ذلك، فإنه يوجه واجهة الإخراج لتحقيق النتيجة المرجوة (على سبيل المثال، نقل الحرارة المشعة إلى مقصورتها الداخلية)
أيضًا، قد يكون هناك أكثر من مخرج واحد (على سبيل المثال، بصرف النظر عن نقل الميكروويف للحرارة المشعة، قد يصدر الميكروويف صوت تنبيه عند الانتهاء من تسخين الطعام بداخله)
الوجبات السريعة الرئيسية
أجهزة الكمبيوتر المحمولة ليست أنظمة مدمجة، ولكنها تحتوي على عدة أمثلة لهذه الأنظمة.تظل الأنظمة المدمجة جانبًا موجودًا في كل مكان من الحياة اليومية. وعلى هذا النحو، فمن الضروري أن نفهم ما هي.
على المستوى الأساسي، تتكون جميع الأنظمة المدمجة من برامج عالية التخصص، وأجهزة عالية التخصص، ومعالج دقيق أو متحكم دقيق، وواجهة إدخال، وواجهة إخراج، وذاكرة للقراءة فقط، وذاكرة الوصول العشوائي.
الأسئلة الشائعة
الأنظمة المدمجة مقابل. الدوائر المتكاملة
هناك اختلافات كبيرة بين الاثنين، ولكن كل منهم يتلخص في النية الأساسية في تصميمهم. في حالة الأنظمة المضمنة، فإن الأجهزة عبارة عن جهاز منطقي قابل للبرمجة تم إنشاؤه لأداء وظيفة محددة.
وبعد ذلك، يتم إنشاء البرنامج ليعمل على هذا الجهاز. يتم ترميز هذا البرنامج أولاً ثم تحويله إلى لغة على مستوى الآلة. ومع ذلك، في حالة الدوائر المتكاملة، يحدد البرنامج الميزة الأساسية للجهاز.
على هذا النحو، يتم إنشاء الأجهزة بعد حدوثها لتتوافق مع البرنامج. نظرًا لأن الأجهزة مصممة خصيصًا لتعمل مع برامج معينة، يكون النظام أقل مرونة بشكل عام.
وذلك لأنه يمكن إعادة برمجة الجهاز، ولكن يجب التخلص منه إذا كان تصميمه غير مناسب بطبيعته. وأيضًا، نظرًا لأن الأجهزة الموجودة في الأنظمة المضمنة لها الأسبقية ويتم تحسينها على البرامج، فإن تكلفة الأنظمة المضمنة أقل لإنتاج واستهلاك طاقة أقل.
ما هي أنظمة الوقت الحقيقي؟
أنظمة الوقت الفعلي هي نوع خاص من الأنظمة المدمجة حيث تكون المدة الزمنية لتوليد المخرجات محدودة ومحددة عبر البرمجة. يتم استخدام هذه الأنظمة عندما يؤدي فشل النظام المضمن إلى نتائج غير مرغوب فيها أو كارثية بشكل خاص.
على سبيل المثال، قد يحتوي محرك السيارة على نظام مدمج في الوقت الفعلي للحفاظ على تشغيله. إذا فشل النظام أثناء قيادة المستخدم على الطريق السريع، فسيفقد السائق السيطرة على السيارة، مما قد يؤدي إلى وقوع حادث محتمل.
ومن ثم، فقد تم تصميم النظام بحيث يتم تقييم قدرته على تقديم مخرجاته عند الحاجة إليها على أي شيء آخر.