ما هي لغة الآلة (Machine Language)
لكل شيءٍ في العالم لغته الخاصة، ومع التطور التكنولوجي المستمر الذي يشهده عصرنا الحديث أصبح للآلة أيضًا لغةٌ ذكية، تم إنشاؤها وتصميمها ليفهمها الكمبيوتر وتكون لغة تواصلٍ بينه وبين الإنسان، هنا على موقع الهندسة سنتعرّف تفصيليًا على لغة الآلة ونوضح أهميتها وما هي مميزاتها وعيوبها.
ما هي لغة الآلة (What is Machine Language)؟
تُعرف أيضًا باسم رمز الآلة (Machine Code)، ولغة الآلة هي اللغة الوحيدة والأساسية التي يفهمها الكمبيوتر، وتُمثَّل باستخدام شيفرة الثنائي (0,1) التي يقرؤها الكمبيوتر ويفسرها بواسطة وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وعادةً ما تتم كتابتها في شكل سلسلةٍ رقميةٍ طويلةٍ من الأصفار والآحاد.
بالإضافة إلى ذلك؛ تحتوي كل وحدة معالجةٍ مركزيةٍ على لغة آلةٍ خاصةٍ بها والتي تستخدمها لفهم التعليمات والتعامل معها وتطلب منها تنفيذ مهمةٍ مباشرة، تتكون التعليمات من وحدات تسمى “بت – bit”، أصغر وحدة بياناتٍ في الكمبيوتر تعبر عن قيمةٍ ثنائية، يوجّه الجزء الأول الحاسوب إلى ما يجب فعله، والجزء الأول مكوّن من 8 بتات من مجموعة التعليمات الخاصة بمعالجٍ معين، والمعروف باسم كود التشغيل، بينما يوجّه الجزء الثاني الكمبيوتر إلى البيانات التي يجب استخدامها، والجزء الثاني مكوّن من 4 بتات، وهو المعروف باسم المعامل.
قد تتساوى جميع مجموعات تعليمات الكمبيوتر في الطول أو قد تختلف حسب المعالج والتعليمات المحددة، وتتحكم بنية كل معالجٍ في كيفية إنشاء التعليمات، ويتم التحكم في تنفيذها بواسطة البرامج الثابتة لوحدة المعالجة المركزية أو الأسلاك الداخلية لها.
أهمية لغة الآلة (Importance Machine Language)
يمكن تقسيم برامج الكمبيوتر إلى فئتين: برامج النظام (system programs) والبرامج التطبيقية (application programs)، لإكمال الأنشطة مثل التحكم والمعالجات وقوائم المخازن والأوامر التجارية وما إلى ذلك، يتم إنشاء البرامج والتطبيقات بشكلٍ طبيعيٍ بلغاتٍ عالية المستوى، المجمعين والمحررين وأنظمة التشغيل وأنظمة التشغيل ليست سوى عدد قليل من البرامج العامة ومكونات أجهزة الكمبيوتر التي تندرج تحت هذه الفئة.
استخدامات لغة الآلة (Uses Machine Language)
يتم استخدام لغة الآلة للتعامل مع المشكلات والظروف غير العادية بالإضافة إلى إدارة الأجهزة المتصلة بوحدة المعالجة المركزية (CPU)، عند منح التحكم في طائرةٍ في لحظةٍ محددةٍ والاضطرار إلى القيام بذلك بسرعة، على سبيل المثال، يتم استخدامها أيضًا باعتبارها أكثر الطرق فعالية، يتم حساب الوقت المقدر لتنفيذ هذا المثال بلغة التجميع (Assembly Language)، في لغة التجميع، يكون للتعليمات أو الاختصار وقت تنفيذ محدد بناءً على كمية الدورات.
الفرق بين لغة الآلة ولغة التجميع (Difference between Machine Language and Assembly Language)
على الرغم من أن لغة الآلة (Machine Language) ولغة التجميع (Assembly Language) هما لغتان منخفضة المستوى؛ إلا أنّ لغة التجميع تحتل مرتبةً أعلى في التسلسل الهرمي للغات الكمبيوتر من لغة الآلة، ويتضح ذلك من خلال اللغة التي يصعب قراءتها وكتابتها في لغة الآلة، لأنها لا تشبه الترميز الرياضي التقليدي أو لغة الإنسان، ولأن كل جهاز كمبيوتر يستخدم مجموعةً مختلفةً من الرموز والأكواد؛ فإن لغة التجميع تتضمن أوامر يمكن للبشر قراءتها، مثل الإضافة (Add) والطرح (Sub) وأوامر أخرى.
وبالتالي؛ فإنه بعد استبدالٍ مباشرٍ يحدث في لغة التجميع (Assembly Language)؛ يمكن تنفيذ التعليمات على الفور عندما تكون في الشكل العدديّ المعروف باسم لغة الآلة (Machine Language) من قبل الشركة المصنعة للكمبيوتر، ولأن لغة الآلة ولغة التجميع هما من اللغات منخفضة المستوى؛ فإنها توجِب إدارة جميع إمكانيات الكمبيوتر المستخدمة لتخزين البيانات وتشغيلها من قبل مبرمج، من ناحيةٍ أخرى؛ تحمي اللغات عالية المستوى المبرمج من مثل هذه المشكلات للتخزين الصريح للبيانات ومعالجتها وتقدم تدوينًا يجعل من السهل على المبرمجين إنشاء البرامج وقراءتها.
وعلى الرغم من أن رمز الآلة هو في الأساس بيانات ثنائية (0،1)، إلا أنه قد يتم عرضه أيضًا كقيم سداسية عشرية. على سبيل المثال، يمكن رؤية الحرف “Z” ، وهو 01011010 في النظام الثنائي، على أنه 5A عند كتابته بالتدوين السداسي العشري.
إقرأ أيضًا
نبذة تاريخية عن تصميم وتصنيع كأس العالم
أهم مزايا وعيوب لغة الآلة (Advantages and Disadvantages of Machine Language)
فيما يلي بعض مزايا وعيوب لغة الآلة:
المزايا:
يعد استخدام لغة الآلة مفيدًا لأنه فعال.
ويجب وضع جميع عناوين الذاكرة في الاعتبار.
يمكن ترجمة العلامات دون الحاجة إلى مترجم.
يفهمها الكمبيوتر على الفور.
العيوب:
من الضروري الاحتفاظ بجميع رموز العملية.
من الصعب الإنشاء والتعديل، ومصطلحاتها محددةٌ وصعبة الفهم.
لا يمكن استخدامها مع جهازٍ آخر لأنها مرتبطةٌ بنفس وحدة المعالجة المركزية وبالتالي فهي مخصصةٌ لكل جهاز>
مثال على لغة الآلة (Example of Machine Language)
01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100001
على الرغم من أن هذه الآحاد والأصفار قد لا تبدو وكأنها تعني شيئًا، إلا أنها في الشفرة الثنائية تكتب كلمة “Hello!”
دورة الآلة (Machine Cycle)
تُعد دورة الآلة هي العملية الأساسية التي تقوم بها وحدة المعالجة المركزية (CPU) في الكمبيوتر، وهي المكون المنطقيّ الأساسيّ للكمبيوتر. ودورة الآلة هي إحدى عملياتها الرئيسية، يُطلق على دورة الآلة أيضًا اسم “دورة المعالج”، أو “دورة التعليمات”، ويجب أن تقوم وحدة المعالجة المركزية بتشغيل دوراتٍ عديدةٍ من أجل القيام بأنشطة مثل عرض حرفٍ واحد على الشاشة، من لحظة تشغيله حتى انطلاقه، يعمل الكمبيوتر بهذه الطريقة.
ودورة الآلة هي الإجراءات التي يتخذها معالج الكمبيوتر استجابةً لأمر لغة الآلة، وقد تُكمل وحدات المعالجة المركزية (CPU) ملايين دورات الآلة كل ثانية باستمرار، وتتكون الدورة من ثلاث مراحل أساسية: جلب التعليمات، وفك تشفيرها، ثم تنفيذها، وقد يكون التخزين أيضًا جزءًا رابعًا من دورة الآلة في ظروفٍ محددة لاستخدام المدخلات والمخرجات الناتجة عن الخطوات الثلاثة الأولى، والتي تم تخزينها حيث سيتم استخدامها لاحقًا.
الخطوة الأولى: الجلب (fetch)
يتم جلب قيمة عداد البرنامج، التي توفر عنوان التعليمات التي يجب أن تنفذها وحدة المعالجة المركزية (CPU)، أثناء هذه العملية؛ يتم استرداد التعليمات من الذاكرة، والتي يجب أن تُنفَّذ بواسطة وحدة المعالجة المركزية، ثم يتم الاحتفاظ بجميع التعليمات التي يجب أن يقوم بها المعالج في الذاكرة الرئيسية للكمبيوتر، والعنصر المسؤول عن استرجاع التعليمات من الذاكرة هو وحدة التحكم، يتم تخزين كل تعليمة في موضع عنوان محدد في الذاكرة الرئيسية، حيث يمكن العثور عليها باستخدام مكون عداد التعليمات.
والخطوة الثانية: فك التشفير (decode)
يتم فك تشفير التعليمات التي تم جلبها في هذا الإجراء قبل تنفيذها، لتحديد نوع العملية التي يجب إجراؤها للتعليمات (ALU) (وحدة المنطق الحسابي) بحيث يمكن تنفيذها للمعامل الذي تم فك تشفيره، تستخدم عملية فك التشفير محتويات سجل التعليمات، ووحدة التحكم في تصميم وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي المسؤولة عن فك وترجمة التعليمات، يتم إرسال الإشارات إلى (ALU) لتنفيذ التعليمات التي تم فك شفرتها بمجرد فك تشفير التعليمات وترجمتها.
الخطوة الثالثة: التنفيذ (execute)
يقوم معالج الكمبيوتر في هذا الإجراء في النهاية بتنفيذ التعليمات التي تم فك تشفيرها، تقع مهمة تنفيذ الأمر على بيانات الإدخال (المعامل) على وحدة المعالجة المركزية (CPU). رمز العملية (كود OP) والمعامل هما المكونان الرئيسيان لتعليمات الكمبيوتر، يُعرف المكون الذي ينفذ التعليمات وفقًا لرمز (OP) في المعامل، وهو بيانات الإدخال، باسم وحدة المنطق الحسابي (ALU)، تختلف قيمة كود (OP) لعمليات مختلفة، ووفقًا لرمز (OP؛، فإن (ALU) تقوم بتنفيذ التعليمات قبل أن يضعها المعالج موضع التنفيذ.
الخطوة الرابعة: التخزين (store)
يتم تسجيل نتيجة التنفيذ في الذاكرة طوال هذه الخطوة، يتم تسليم نتيجة العملية والبيانات المعالجة إلى الذاكرة الرئيسية لاستعادة النتيجة بمجرد قيام الوحدة المنطقية الحسابية بمعالجة البيانات، ونظرًا للاحتفاظ بالنتيجة للاستخدام اللاحق؛ تعمل الذاكرة (RAM) كمكون أساسي للعملية، يتم أخذ الإخراج من الذاكرة الرئيسية وعرضه على الشاشة، أو قد يتم استخدامه لعملية أخرى حسب الحالة، بعد الاستخدام؛ يتم إتلاف البيانات، ويتم تكرار نفس الإجراء للتعليمات التالية، ونظرًا لأن أداء المعالج وسرعة المعالجة يعتمدان على هذه العمليات الأربع؛ فإن كل هذه العمليات ضرورية للمعالج.
إذًا؛ فإن رمز الآلة أو لغة الآلة هي لغة برمجة منخفضة المستوى، تتكون من سلسلة رقمية ثنائية (0,1) طويلة يمكن ترجمتها للكمبيوتر، وهي عبارة عن تعليمات تُستخدم للتحكم في وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر (CPU) تؤدي إلى تنفيذ مهمة محددة وبسيطة يمكن للكمبيوتر فهمها وقراءتها والتعامل معها.
نسعى دوماً لتقديم الأفضل من أجلكم، لذا يُشرفنا دعوتكم على وسائل التواصل الإجتماعي الخاصة بنا من هنا :-
يُسعدنا خدمتكم
الهندسة
