CPU چگونه با نرم‌افزار ارتباط برقرار می‌کند

---

CPU (واحد پردازش مرکزی) با نرم‌افزار از طریق یک سری مراحل و با استفاده از مفاهیم مختلف ارتباط برقرار می‌کند. در اینجا یک نمای کلی از این ارتباط ارائه می‌دهم:

**1. زبان ماشین و دستورالعمل‌ها:**

* **زبان ماشین:** CPU فقط زبان ماشین را درک می‌کند. زبان ماشین شامل دستورالعمل‌های دودویی (0 و 1) است که به CPU می‌گویند چه عملیاتی را انجام دهد (مانند جمع، تفریق، بارگیری داده از حافظه، ذخیره داده در حافظه، پرش به آدرس دیگر).
* **مجموعه دستورالعمل‌ها (Instruction Set Architecture - ISA):** هر CPU یک مجموعه دستورالعمل خاص دارد که به آن ISA می‌گویند. ISA مشخص می‌کند که CPU چه دستورالعمل‌هایی را پشتیبانی می‌کند، چه نوع داده‌هایی را می‌تواند پردازش کند، و چگونه به حافظه دسترسی پیدا می‌کند.

**2. نقش سیستم‌عامل (Operating System):**

* **مدیریت منابع:** سیستم‌عامل به عنوان یک لایه واسط بین سخت‌افزار و نرم‌افزار عمل می‌کند. سیستم‌عامل منابع سخت‌افزاری مانند CPU، حافظه، و دستگاه‌های ورودی/خروجی را مدیریت می‌کند و به برنامه‌ها اجازه می‌دهد از این منابع استفاده کنند.
* **انتزاع سخت‌افزار:** سیستم‌عامل جزئیات پیچیده سخت‌افزار را از دید برنامه‌ها پنهان می‌کند. به جای اینکه برنامه‌ها مستقیماً با سخت‌افزار تعامل داشته باشند، با توابع و APIهای (Application Programming Interfaces) سیستم‌عامل تعامل می‌کنند. این امر توسعه نرم‌افزار را آسان‌تر می‌کند، زیرا برنامه‌ها نیازی به دانستن جزئیات سخت‌افزار ندارند.
* **زمان‌بندی (Scheduling):** سیستم‌عامل وظیفه زمان‌بندی اجرای برنامه‌ها را بر عهده دارد. CPU فقط می‌تواند یک کار را در یک زمان انجام دهد. سیستم‌عامل تعیین می‌کند که کدام برنامه چه زمانی و برای چه مدت زمانی از CPU استفاده کند.

**3. فرایند ترجمه و اجرا:**

* **برنامه‌نویسی:** برنامه‌نویسان نرم‌افزار را با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا (مانند پایتون، جاوا، C++) می‌نویسند. این زبان‌ها برای انسان قابل‌فهم‌تر هستند.
* **کامپایلر/مفسر:**
* **کامپایلر (Compiler):** یک کامپایلر، کد منبع نوشته شده با زبان سطح بالا را به کد ماشین تبدیل می‌کند. این کد ماشین قابل‌اجرا (Executable) است و مستقیماً توسط CPU قابل اجرا است.
* **مفسر (Interpreter):** یک مفسر، کد منبع را خط به خط ترجمه و اجرا می‌کند. برخلاف کامپایلر، مفسر کد ماشین تولید نمی‌کند.
* **بارگذاری (Loading):** هنگامی که یک برنامه قرار است اجرا شود، سیستم‌عامل کد ماشین (یا در مورد زبان‌های تفسیر شده، مفسر و کد منبع) را از حافظه دائمی (مانند هارد دیسک) به حافظه اصلی (RAM) بارگذاری می‌کند.
* **اجرا (Execution):** CPU دستورالعمل‌های کد ماشین را از حافظه اصلی می‌خواند و آنها را اجرا می‌کند. این شامل انجام محاسبات، دسترسی به حافظه، و تعامل با دستگاه‌های ورودی/خروجی است.

**4. فراخوانی سیستم (System Calls):**

* **درخواست از سیستم‌عامل:** هنگامی که یک برنامه نیاز به انجام