دنیای فناوری اطلاعات

برای مطالعه بیشتر به ادامه مطلب بروید ..

اجزاي داخلي CPU

مختصري بر تاريخچه ريزپردازنده‌ها

ساخت نخستين ريزپردازتده در سال 1971 توسط شركت اينتل موجب شد كه اولين ربزكامپيوتر در سال 1981 ساخته شود. امروزه نيز اكثر ريزپردازنده‌ها بر اساس استانداردهاي شركت اينتل ساخته مي شوند. ريزپردازنده در تعيين سرعت و توانايي كامپيوتر نقش بسزائي دارد و طراحان و سازندگان بسياري سعي در اصلاح و افزايش توانائي‌هاي آن از جمله افزايش خطوط داده‌، افزايش خطوط آدرس، رجيسترهاي داخلي و مدارات داخلي آن نموده‌اند. شركت Intel به عنوان مهم‌ترين و معروف‌ترين شركت سازنده ريزپردازنده در اين توسعه و پيشرفت نقش فراواني داشته و بسياري از كامپيوترهاي امروزي از ريزپردازنده‌هاي اين شركت استفاده مي‌نمايند.

برای مطالعه بیشتر به ادامه مطلب بروید ...

-‌ موتور خنك‌كننده

- پره‌هاي خنك‌كننده

- ديواره‌هاي حفاظ كننده پره‌ها

پس از نصب ريزپردازنده رادياتور گرماگير و سپس خنك‌كننده بر روي آن نصب مي‌شوند. در برخي خنك‌كننده‌ها براي اتصال آن به ريزپردازنده از گيره‌هاي فلزي استفاده مي‌شود. از آن جايي كه اين گيره‌هاي فلزي به زائده‌هاي نگهدارنده بر روي برد اصلي وصل مي‌شوند، هميشه اين خطر وجود دارد كه هنگام نصب گيره فلزي به برد اصلي اصابت كند و باعث آسيب رسيدن به برد اصلي شود. در دسته ديگري از خنك‌كننده‌ها گيره‌ها پلاستيكي است و به لبه نگهدارنده بر روي برد اصلي وصل مي‌شوند و ديگر خطر دسته اول را ندارد. خنك‌كننده‌ها ممكن است بر اثر خرابي بخش‌هايي از آن از كار بيفتند، با توجه به اهميت وجود خنك‌كننده در كاركرد ريزپردازنده، بايد هميشه كنترل شوند.

معايبي كه مي‌تواند در عملكرد خنك‌كننده تاثير گذارد عبارتند از:

1-‌ سوختن موتور خنك‌كننده: با وجود اين عيب خنك‌كننده بايد عوض شود.

2- قطع شده اتصالات ميان خنك كننده و منبع تغذيه: كليه مسيرها و اتصالات بررسي شود.

3- جرم گرفتن محورها و پره‌هاي خنك‌كننده: با كمك مواد ويژه‌اي مي‌توان قسمت‌هاي مختلف خنك‌كننده را تميز كرد.

4- معكوس نصب شدن خنك‌كننده: خطوط اتصالي ميان منبع تغذيه و خنك‌كننده بررسي و در جهت صحيح نصب شود.

برای مطالعه بیشتر به ادامه مطلب بروید ...

ريزپردازنده‌ها براساس نوع شركت سازنده از اشكال و ابعاد متفاوتي بر خوردار مي‌باشند. اطلاعات مهم ريزپردازنده به صورت كد شده يا خلاصه شده با استفاده از حروف و ارقام با توجه به شركت سازنده بر روي آن‌ها نوشته مي شود. اين اطلاعات معمولا داراي بخش‌هاي زير مي‌باشند:

1-‌ نام شركت سازنده ريزپردازنده: ريزپردازنده‌ها توسط شركت‌هاي مختلفي ساخته مي‌شوند. براساس نظر سازندگان ممكن است تغييراتي در ساخت آن‌ها صورت مي‌گيرد و دستورات متفاوتي را بپذيرند و برنامه‌هاي مختلفي را اجرا كنند. براساس تفاوت يا تشابه دستورات در ريزپردازنده‌ها برخي از آن‌ها با هم مشابه‌اند كه آن‌ها را ريزپردازنده‌هاي سازگار مي‌نامند و برخي تفاوت دارند كه آن‌ها را ريزپردازنده‌هاي ناسازگار مي‌نامند. معروف‌ترين شركت‌هاي سازنده ريزپردازنده عبارتند از (به ترتيب از چپ به راست):

Intel، IBM، AMD (Advance Micro Devices)، Motorola، Cyrix، NEC، IDT، Chips & Technology، IIT(Integrated Information Technology)

اسامي شركت‌هاي سازنده بر روي ريزپردازنده به طور كامل يا خلاصه شده نوشته مي‌شود. مثلا بر روي ريزپردازنده‌هاي شركت اينتل از كلمه “Intel” يا "I" استفاده مي‌شود.

3-‌ مدل و نوع ريزپردازنده.

4- سرعت ريزپردازنده: سرعت يكي از عوامل مهم در طراحي و ساخت ريزپردازنده‌ها مي‌باشد. اين عامل در انتخاب ريزپردازنده توسط كاربران نيز نقش مهمي دارد. سرعت، كارايي ريزپردازنده را مشخص مي‌كند و هر چه بيشتر باشد، ريزپردازنده سريع‌تر است و مي‌تواند سريع‌تر پردازش داد‌ه‌ها را انجام دهد، يعني تعداد دستورالعمل بيشتري را در واحد زمان پردازش مي‌كند. سرعت مستقيما بر روي ريزپردازنده نوشته مي شود.

5- ولتاژ مورد نياز ريزپردازنده: عددي كه روي ريزپردازنده‌ها به عنوان ولتاژ نوشته مي شود، معرف مقدار ولتاژي مي‌باشد كه ريزپردازنده در آن ولتاژ كار مي‌كند. مقدار ولتاژ تاثير مستقيم در توان يا توليد گرما در ريزپردازنده‌ها دارد. به اين خاطر طراحان براي كاهش گرما در ريزپردازنده‌ها، در هنگام طراحي، سعي در كاهش مقدار ولتاژ مصرفي مورد نياز آن دارند.

6- شماره سريال ريزپردازنده.

*نظر خود را در مورد این مطلب با ما در میان بگذارید*

پردازنده كامپيوترهاي امروزي، از ميليون‌ها ترانزيستور ساخته شده‌اند. داده‌ها داخل CPU به صورت 32بيتي از طريق گذرگاه‌هاي داخلي (Internal Bus) بين اجزاي آن مانتد ALU و قسمت كنترل و ... با فركانس زياد رد و بدل مي‌شوند. اين فركانس، به صدها مگاهرتز و حتي گيگاهرتز مي‌رسد. البته سرعت پردازنده فقط به فركانس داخلي آن بستگي ندارد بلكه به طراحي پردازنده و قسمت‌هاي ذيگر نيز بستگي دارد. به عنوان مثال سرعت يك پردازنده 486 با فركانس 100 مگاهرتز كمتر از پردازنده پنتيوم هم فركانس با آن است. پردازنده داده‌ها را با همان فركانس داخلي به بيرون مبادله نمي‌كند. فركانس مبادله اطلاعات بين CPU و گذرگاه‌هاي خارجي (External Bus) در پردازنده‌هاي امروزي 60، 66، 100، 133، 200 و .... مگاهرتز است. پهناي گذرگاه‌خارجي اغلب 64 بيت است؛ يعني مبادله داده‌ها بين پردازنده و قسمت‌هاي بيرون از آن 64 بيتي صورت مي‌گيرد.

ريزپردازنده‌هاي كامپيوترهاي امروزي از سخت‌افزارهاي جداگانه‌اي به نام مجموعه دستورات (Instruction Set) تشكيل شده‌اند كه قادرند تعداد بيشتري از دستورالعمل‌هاي رياضي را انجام دهند. به عنوان مثال وجود يك سخت‌افزار مجزا براي ضرب در اين كامپيوترها موجب مي‌شود كه عمل ضرب به صورت مستقيم و نه از طريق جمع متوالي صورت پذيرد. همچنين افزايش تعداد دستورالعمل‌ها باعث شده كه برنامه‌نويسي براي اين ريزپردازنده‌ها آسان‌تر باشد.

سرعت و قدرت ريز پردازنده به عواملي زير بستگي دارد: 

1- سرعت ساعت: هماهنگي زماني اجراي عمليات در ريزپردازنده را بر عهده دارد. با توجه به سرعت ساعت كامپيوترهاي اوليه يك ميليون دستورالعمل را در ثانيه اجرا مي‌كردند كه اين رقم امروزه به حدود 800 ميليون دستورالعمل در ثانيه رسيده است.

 فرکانس ساعت یا سرعت ساعت است که معمولاً به دو صورت می باشد:

- سرعت ساعت داخلی: در این حالت پردازنده عملیات داخلی خود را براساس این ساعت انجام می‌دهد، این سرعت برابر سرعتی است که بر روی پردازنده ذکر شده است. در هنگام فروش نیز این سرعت را معرفی می کنند مانند: P4/2.2Ghz

- سرعت ساعت خارجی (سرعت گذرگاه سیستم): این سرعت در واقع مدار الکترونیکی است که خارج از تراشه قرار دارد و به پایه‌های مربوط به ساعت وصل می‌شود. اطلاعات خارج از پردازنده مانند اطلاعات حافظه اصلی رایانه بر این اساس سنجیده می‌شود.

2- تنوع و گستردگي دستورالعمل‌ها

3- ظرفيت گذرگاه داده و آدرس و ظرفيت ثبات‌ها

*نظر خود را در مورد این مطلب با ما در میان بگذارید*

در اين بخش با مفهوم گذرگاه، انواع آن و وظايف هركدام آشنا مي‌شويم.

تعريف گذرگاه (Bus): داده‌ها و آدرس‌ها از طريق گذرگاه به پردازنده مي‌رسند. گذرگاه، به خطوط ارتباطي ميان اجزاي داخلي كامپيوتر گفته مي‌شود. اين خطوط ارتباطي مسيرهايي سخت‌افزاري هستند كه از سيم‌هاي ظريفي ساخته شده‌اند و ارتباط بين پردازنده و اجزاي ديگر مانند حافظه را برقرار مي‌كنند. Bus به مسيرهاي ارتباطي ريزپردازنده با حافظه اصلي (RAM)  و دستگاه‌هاي I/O گفته مي‌شود. گذرگاه وظيفه ارتباط بين بلوك‌هاي اصلي تشكيل دهندهCPU  و كنترل عملكرد صحيح آن‌ها را بر عهده دارد. هنگامي كه CPU مي خواهد اطلاعات خانه‌اي از حافظه را بخواند سيگنال Memory Read را فعال مي‌كند و هنگامي كه مي‌خواهد بر روي خانه‌اي از حافظه بنويسد سيگنال (خط كنترلي) Memory Write را فعال مي‌كند. به اين خطوط، خطوط كنترلي گفته مي شود.

با توجه به توضيحات فوق خطوط كامپيوتر به سه دسته تقسيم مي‌شوند كه عبارتند از:

1-‌ خطوط داده Data Bus)): گذرگاه‌هايي كه داده‌هاي بازيابي شده از حافظه را در اختيار CPU قرار مي‌دهند و داده‌هاي پردازش شده را به كامپيوتر منتقل مي‌كنند، گذرگاه داده ناميده مي‌شوند. به كمك گذرگاه داده‌ها اطلاعات بين CPU و RAM و وسايل I/O رد و بدل مي‌شود. كامپيوتري كه 16 بيتي است يعني عرض Data Bus آن 16 بيت است يعني در هر بار خواندن و نوشتن دو بايت منتقل ميگردد. پردازنده 80286 يك پردارنده 16 بيتي است. هر چقدر عرض Data Bus  بزرگتر باشد كامپيوتر سريع‌تر است. عرض ديتا باس يك پردازنده را با اصطلاح كلمه يا Word نيز بيان مي‌كنند. هرچه خطوط اين گذرگاه بيشتر باشد، داده‌هاي بيشتري به صورت همزمان منتل مي‌شوند و در نتيجه سرعت انتقال و پردازش داده‌ها بيشتر مي‌شود.

تعريف ديگر: گذرگاه داده به مجموعه‌اي از سيم‌ها و مدارات كنترلي گفته مي‌شود كه وظيفه انتقال داده به داخل و يا خارج از ریزپردازنده را بر عهده دارند. گذرگاه داده در واقع مسير اطلاعات است كه اين اطلاعات يا از بلوك‌هاي حافظه یا I/O  خوانده شده و يا در آن‌ها نوشته مي‌شوند، لذا گذرگاه داده يك مسير دو طرفه محسوب مي‌شود.

پهناي گذرگاه داده براساس بيت مشخص مي شود. تعداد بيت‌هاي كه در هر انتقال داده توسط پردازنده ارسال يا دريافت مي‌شود را مشخص مي‌كند. فرض كنيد پهناي گذرگاه داده m بيتي باشد؛ در آن صورت نواحي (Location) حافظه را m بيتي در نظر مي‌گيرند تا در هر بار مراجعه به حافظه يك ناحيه (Location) m بيتي قابل دسترسي باشد.

2- خطوط آدرس (Address Bus): براي آن كه CPU به اطلاعات درون خانه‌هاي حافظه دسترسي پيدا كند، بايد آدرس آن خانه‌ها را مشخص كند و براي اين منظور، اين آدرس‌ها را در گذرگاه‌ آدرس قرار مي‌دهد. ريزپردازنده به كمك خطوط آدرس، آدرس خاصي از حافظه را جهت خواندن يا نوشتن مشخص مي سازد. هرچه خطوط گذرگاه آدرس بيشتر باشد، حافظه‌هاي اصلي با ضظرفيت بيشتري آدرس‌دهي مي‌شوند. اگر كامپيوتري N خط آدرس داشته باشد حداكثر داراي   خانه حافظه مي‌باشد. شماره خانه‌ها از صفر شروع مي‌شود. كامپيوتر 8086 حداكثر يك مگابايت حافظه دارد پس اين كامپيوتر داراي 20 خط آدرس است.

تعريفي ديگر: يك كانال الكترونيكى داخلى از ريزپردازنده تا حافظه دستيابى مستقيم (RAM) كه از طريق آن آدرس‌هاى محل ذخيره‌ سازى حافظه منتقل مى‌شوند. گذرگاه آدرس براى اين كه ريزپردازنده بتواند دستورالعمل‌هاى برنامه و داده‌هاي ذخيره شده در حافظه را جا دهد، ضرورى است همانند اداره پست هر مكان حافظه داراى يك عدد يا آدرس مشخص است.

پهناي گذرگاه آدرس براساس بيت مشخص مي‌شود و تعداد بيت‌هاي مشخص كننده آدرس را نشان مي‌دهد مثلا اگر n بيتي باشد، يعني اين پردازنده مي‌تواند  ناحيه از حافظه را آدرس‌دهي نمايد. پهناي گذرگاه داده و آدرس از اساسي‌ترين مشخصه‌هاي يك پردازنده مي‌باشند. ولي پردازنده‌ها از مشخصه‌هاي ديگري نيز برخوردارهستند مانند، تكنولوژي ساخت آن‌ها يا تعداد ترانزيستور به كار رفته در آن‌ها، تعداد واندازه رجيسترهاي موجود در پردازنده و يا پهناي پالس.

گذرگاه محلي: يك نوع معمارى كامپيوتر شخصى كه با فراهم نمودن امكان برقرارى ارتباط مستقيم آداپتورهاى گسترشى با ريزپردازنده جداى ازگذرگاه معمولى سيستم، سرعت عمليات را افزايش مى‌دهد.

3- خطوط كنترل (Control Bus): مسيرهايي هستند كه سيگنال‌هاي كنترلي براي نظارت بر كليه عمليات كامپيوتر از طريق آن‌ها ارسال مي‌شود. واحد كنترل براي اعمال نظارت بر بخش‌هاي مختلف كامپيوتر، از اين خطوط استفاده مي‌كند.

سيگنال‌هاي كنترلي را مي توان به سه گروه عمده تقسيم كرد:

1- سيگنال‌هاي كنترلي مربوط به وقفه: در PC براي ارتباط CPU با برخي از ادوات جانبي، به خصوص دستگاه‌هاي ورودي و خروجي از وقفه (Interrupt) استفاده مي‌شود. در اين روش، دستگاه مورد نظر از طريق يكي از پايه‌هاي ریزپردازنده كه مربوط به وقفه است، از CPU مي‌خواهد كه عمليات مورد نیاز اين دستگاه را انجام دهد. ریزپردازنده با توجه به برنامه فعلي خود و تقدم اين وقفه، اجراي برنامه‌هاي جاري خود را قطع كرده و به سراغ برنامه‌اي مي‌رود كه وقفه مورد نظر به آن نياز دارد. به اين برنامه، اصطلاحاً برنامه سرويس دهنده وقفه (ISR) يا Interrupt Service Routine گفته مي‌شود پس از اجراي برنامه ISR ریزپردازنده به حالت عادي خود باز مي‌گردد و روال كار عادي خود را ادامه مي‌دهد. ضمن اينكه ریزپردازنده علاوه بر پايه‌هايي كه به درخواست وقفه اختصاص مي‌دهد، پايه‌هايي را نيز به اين امر مختص مي‌كند تا به دستگاه مورد نظر بگويد كه وقفه درخواستي را دريافت كرده است. وقفه‌ها در عمل بسيار مورد استفاده قرار مي‌گيرند و بسياري از ادوات جانبي، از اين روش براي ارتباط با Cpu استفاده مي‌كنند.

2- سيگنال‌هاي كنترلي مربوط به DMA :DMA مخفف Direct Memory Access است و قابليتي است كه در پردازنده‌هاي جديد مورد استفاده قرار گرفته است. اين ويژگي، امكان ارتباط مستقيم بين حافظه و ادوات جانبي بدون دخالت CPU را فراهم مي‌آورد.

3- سيگنال‌هاي كنترلي مربوط به كنترل گذرگاه: اين سيگنالهاي كنترلي بر ورود و خروج داده و آدرس از طريق گذرگاهاي داده و همچنين آدرس و كانالهاي DMA نظارت مي كند.

نكته: هرچه سرعت و قدرت اين واحدها بيشتر باشد؛ سرعت و قدرت پردازش ريزپردازنده هم بيشتر است.

*نظرخود را در مورد این مطلب با ما در میان بگذارید*

كامپيوترها به روش‌هاي گوناگوني اطلاعات را پردازش مي‌كنند كه اين روش‌ها عبارتند از:

1-‌ پردازش ترتيبي (Serial Processing): روش معمولي پردازش اطلاعات در كامپيوتر بر اين نوع است. يعني دستورات توسط يك ريزپردازنده يكي پس از ديگري و به ترتيب اجرا مي‌شوند. كامپيوترهاي شخصي عموما از روش پردازش ترتيبي و يا موازي مجازي استفاده مي‌كنند. منظور از موازي مجازي سيستمي مثل ويندوز است كه وقت ريزپردازنده بين چند برنامه‌ي در حال اجرا تقسيم مي‌شود.

2- پردازش موازي (Parallel Processing): در اين نوع پردازش هر برنامه به چند قسمت تقسيم مي‌شود و اين قسمت‌ها به طور همزمان (موازي واقعي) توسط چند ريزپزدازنده پردازش و اجرا مي‌شوند. البته ممكن است چند برنامه مستقل نيز به صورت موازي واقعي اجرا شوند. به پردازش با استفاده از جند ريزپردازنده به طور همزمان در يك سيستم كامپيوتري، پردازش موازي گفته مي‌شود. پس ويژگي بارز اين روش، استفاده همزمان از چند ريزپردازنده است.

3- پردازش محاوره‌اي (Interactive Processing): ممكن است لازم باشد كه پردازش بلافاصله پس از ورود اطلاعات به كامپيوتر شروع شود و نتيجه پردازش نيز به سرعت به عنوان خروجي توليد شود و نوعي پرسش و پاسخ بين كاربر و كامپيوتر انجام شود؛ به عنوان مثال، در سيستم بانكي، وقتي مشتري مي‌خواهد مبلغي را به حساب خود واريز كند، تحويل‌دار بانك در پاسخ به پرسش نشان داده شده روي صفحه نمايش، شماره حساب مشتري و مبلغ را وارد مي‌كند. سيستم بلافاصله سابقه حساب پس‌انداز مشتري را در پرونده‌ي حساب‌هاي پس انداز پيدا كرده و موجودي را به روز مي‌كند. اين روش پردازش، پردازش محاوره‌اي ناميده مي‌شود. در اين روش پاسخ درخواست كاربر با سرعت ايجاد مي‌شود. مثالي ديگر از اين روش، تايپ يك نامه مي‌باشد.

4-‌ پردازش دسته‌اي (:(Batch Processing  در روش‌هاي كه نياز به پردازش محاوره‌اي نيست مانند سيستم محاسبه هزينه‌ي مصرف آب، برق، گاز و صدور صورت حساب از روش پردازش دسته‌اي استفاده مي‌شود. در اين روش داده‌ها جمع‌آوري و دسته‌بندي مي‌شوند و قبل از پردازش در يك گروه يا دسته قرار مي‌گيرند . سپس در يك زمان وارد كامپيوتر شده و پردازش مي‌شوند.در اين روش بر خلاف پردازش محاوره اي، محاوره و ارتباطي بين كاربر وسيستم وجود ندارد.

5-‌ پردازش بلادرنگ (Real Time): واژه بلادرنگ بيانگر يك پردازش محاوره‌اي مي‌باشد كه در آن با محدوديت شديد زماني مواجه هستيم. در اين نوع پردازش، تغييرات ورودي بايد سريعا به كامپيوتر وارد شوند تا در تصميم‌گيري مفيد واقع شوند. در سيستم‌هاي كه مبتني بر پردازش بلادرنگ هستند از خطوط ارتباطي با سرعت بالا كه مستقيما با يك يا چند پردازنده در ارتباط هستند، استفاده مي‌شود. در اين روش داده‌ها در هر دقيقه به روز مي‌شوند و با دستيابي به سلبقه‌ها، در كسري از ثانيه به پرس و جوي دريافتي، پاسخ داده مي‌شود. در اين روش سيستم مي‌بايست در يك زمان از پيش تعيين شده حتما پاسخ مناسب را توليد كند. اغلب سيستم‌هاي كنترلي نظير كنترل موشك، كنترل كارخانه، سيستم‌هاي كنترل ترافيك هوايي و سيستم‌هاي ذخيره جا در هواپيما و هتل نمونه‌هايي از سيستم هاي بلادرنگ هستند. در پردازش بلادرنگ سرعت پاسخ كامپيوتر درخواست‌هاي كاربراهميت فراواني دارد.

6- پردازش اشتراك زماني (Time Sharing): در اين روش زمان CPU بين تعدادي كاربر همزمان تقسيم مي‌شود؛ به اين صورت كه در يك بازه زماني بسيار كوتاه عمل پردازش براي يك كاربر صورت مي‌پذيرد. در ادامه، پردازش براي اين كاربر قطع شده و CPU در اختيار شخص ديگري قرار مي‌گيرد و اين چرخه ادامه پيدا مي‌كند. البته زمان اين بازه به قدري كوتاه است كه هر كاربر احساس مي‌كند كل زمان CPU در اختيار وي است. پردازش اشتراك زماني مي‌تواند درون يك كامپيوتر و بين برنامه‌هايي باشد كه در حال اجرا هستند، به اين ترتيب كه زمان CPU به صورت متوالي و در بازه‌هاي زماني بسيار كوتاه در اختيار برنامه‌ها قرار مي‌گيرد كه به آن، پردازش محاوره‌اي نيز گفته مي‌شود.

اشتراك زماني: استفاده همزمان از يك سيستم كاتپيوتر توسط بيش از يك كاربر را گويند. با اين روش برنامه‌هاى جداگانه‌اى به طور همزمان به اجرا درآمده و بخش‌هايى از زمان پردازش به هر يك اختصاص داده مى‌شود.

در جدول زير انواع ريزپردانده‌هاي شركت اينتل با يكديگر مقايسه شده‌اند:‌

*لطفا نظر خودتون راجب این مطلبی با ما در میان بگذارید*