برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

چطور ریز پردازنده کار می‌کند؟
فضای سایبر > سخت‌افزار - همشهری آنلاین - رشید عسگری:
وقتی در حال خواندن این صفحه از اینترنت هستید، قطعه‌ای از کامپیوتر شما در حال انجام میلیون‌ها پردازش منطقی و ریاضی است.

این قطعه که شاید به اندازه کف دست شما هم نباشد، ریز پردازنده (Micro Processor) نام دارد. در کامپیوتر‌ها این قطعه به نام (Central Processing Unit CPU)یا واحد پردازش مرکزی نیز شناخته شده است.

قبل از شروع به توضیح در مورد ریزپردازنده‌ها بهتر است کمی در مورد پردازش و مفهوم پردازش‌ها منطقی بحث کنیم.

کامپیوتر و در کل هر وسیله‌ای که اطلاعات (در اینجا سیگنال‌های دیجیتالی) را از ورودی دریافت می‌کند و با تغییر و تبدیل آن و انجام عملیاتی روی آن، خروجی مشخصی را تولید می‌کند، باید دارای یک سری دستورالعمل‌هایی برای اینکار باشد. وقتی حجم اطلاعات ورودی بالا می‌رود و دستورالعمل‌ها پیچیده‌تر می‌شوند، نیاز به وسیله‌ای داریم که بتواند دستورالعمل‌ها را به نوبت و با نظم خاصی اجرا کند.

پردازش‌ها و دستورالعمل‌ها در کامپیوتر، عمل‌گرهای منطقی و ریاضی هستند. در ادامه به تکامل پردازشگر‌ها و ساختار آن‌ها می‌پردازیم.

اولین ریزپردازنده کامپیوتر توسط شرکت اینتل معرفی شد. Intel4004 در سال 1971 به بازار آمد و در مقایسه با چیزی که امروزه به نام پردازشگر می‌شناسیم کاملاً پیش پا افتاده و ضعیف بود.

4004 تنها می‌توانست 4 عمل اصلی ریاضی را تنها در 4بیت در یک لحظه انجام دهد.نکته جالب طراحی این پردازشگر در آن زمان این بود که همه چیز روی یک چیپ(Chip) قرار گرفته بود. تا قبل از آن واحد‌های پردازش در چندین چیپ قرار داشتند یا اینکه فقط از چنیدن ترانزیستور متصل به هم ساخته می‌شدند.

اولین پردازشگری که به کامپیوتر‌های خانگی راه پیدا کرد Intel8080‌ بود که پردازشگری 8بیتی بود و در سال 1974 معرفی شد. ولی پردازشگری که بازار را متحول کرد، Intel8088 بود و در سال 1974 معرفی شد و کمتر از 10 سال بعد از آن در کامپیوتر‌های IBM ظاهر شد. بعد از آن مدل‌های دیگری به بازار آمدند تا اینکه Pentium‌ بازار کامپیوتر را متحول کرد.

Pentium4‌ می‌توانست همان عملیاتی را که 8088 قدیمی انجام می‌داد را انجام دهد ولی 5هزار برابر سریع‌تر!

جدول زیر می‌تواند به شما کمک کند تا با سیر تکامل پردازشگر‌ها بیشتر آشنا شوید. توجه داشته باشید که شرکت اینتل اولین تولید کننده پردازشگر است به همین دلیل نیز به پردازشگر‌های ساخت آن اشاره می‌کنیم.

MIPS

DataWidth (bit(

)MHz(ClockSpeed

میکرون

تعداد ترانزیستور

تاریخ تولید

نام

0.64

8

2

6

6000

1974

8080

0.33

16

5

3

29000

1979

8088

1

16

6

1.5

134000

1982

80286

5

32

16

1.5

275000

1985

80386

20

32

25

1

1200000

1989

80486

100

32

60

0.8

3100000

1993

PentiumI

~300

32

233

0.35

7500000

1997

PentiumII

~510

32

450

0.25

9500000

1999

PentiumIII

~1700

32

1500

0.18

42000000

2000

Pentium4

~7000

32

3600

0.09

125000000

2004

Pentium4 Prescott

در جدول بالا باید به چند نکته اشاره کنیم:

• منظور از میکرون، اندازه کوچکترین اتصال داخل مدار پردازشگر است در ابعاد میکرون. ضخامت موی یک انسان عادی در حدود 100 میکرون است.
ClockSpeed را در ادامه توضیح می‌دهیم.
DataWidth‌ یا پهنای داده‌ها ، شهنای اطلاعات ورودی به ALU‌است. ALU(Arithmetic And Logic Unit) یا واحد منطقی و حساب وظیفه اصلی انجام محاسبات منطقی و ریاضی را دارد. یک ALU 8بیتی می‌تواند تمام اعمال ریاضی را روی دو مقدار 8بیتی انجام دهد. در حالی که ALU 32 بیتی می‌تواند این عملیات را روی دو عدد 32 بیتی انجام دهد. ALU 8 بیتی برای انجام عملیات روی دو عدد 32 بیتی باید آن را در چهار مرحله انجام دهد در حالی که ALU 32 بیتی می‌تواند همین کار را در یک بار محاسبه انجام دهد.
MIPS شاخص پیچیده‌ای برای سنجش قدرت پردازشگر است. با این‌حال (Millions Of Instructions Per Second) MIPS یا تعداد دستور‌ها در میلیون بر ثانیه می‌تواند شما را در مقایسه پردازشگر‌های مختلف کمک کند.

حال بهتر است به داخل پردازشگر نگاهی بیندازیم.

ریز پردازنده‌ها سه کار اصلی را بر عهده دارند:

• با استفاده از ALU عملیات ریاضی و منطقی را انجام می‌دهد. پردازشگر‌های جدید می‌توانند عملیات بسیار پیچیده و گیج کننده ریاضی را با اعداد شناور بزرگ انجام دهد.
• پردازشگر می‌تواند اطلاعات را از حافظه‌ای به حافظه دیگر منتقل کند. [
چطور حافظه کامپیوتر کار می‌کند؟]
• پردازشگر می‌تواند کار خود را برنامه ریزی کند و عملیات را در مراحل مختلف انجام دهد.

پردازشگر را می‌توان به قسمت‌های زیر تقسیم کرد:

یک گذرگاه آدرس (Address Bus) که آدرس‌های محل اطلاعات را به حافظه می‌فرستد.
یک گذرگاه داده‌ها (Data Bus) که اطلاعت و دستور‌هایی را به حافظه می‌فرستد تا اطلاعاتی را دریافت کند.
یک خط(RD (Read یا خواندن و یک خط (WR (Write یا نوشتن برای دریافت و بازخوانی آدرس‌های محل داده‌ها از حافظه.
Clock Line یا خط ساعت که به ساعت پردازشگر این اجازه را می‌دهد که پردازش‌ها را زمان‌بندی کند.
Reset Line که شمارنده‌های پردازش‌ها را به صفر یا عددی پیش فرض بر می‌گرداند.

توجه داشته باشید که گذرگاه‌ها و RD و WR به حافظه‌های کامپیوتر از جمله RAM و ROM و حافظه‌های دیگر.[چطور حافظه کامپیوتر کار می‌کند؟]

اساساً پردازشگر‌ها کار‌های خود را با اجرای دستورات انجام می‌دهند و حتی ساده‌ترین پردازشگر‌ها نیز دارای مجموعه‌ای از دستورات هستند.

هر دستور در پردازشگر با مقدار یک بیتی شناسایی می‌شود و به هنگام بازخوانی هر بیت دستور اجرا می‌‌شود. مجموعه این دستورات که برای پردازشگر قابل اجراست زبانی به نام Assembly را تشکیل می‌دهد.

تعداد ترانزیستور‌هایی که بر روی مدار پردازشگر قرار می‌گیرد نقش به سزایی در کارکرد پردازشگر دارد. با استفاده از فن‌آوری ساخت پردازشگر‌ها به نام Pipelining می‌توان پردازش‌ها را به طور موازی در پردازشگر قرار داد. به این ترتیب ممکن است یک پردازش مدت زمانی طول بکشد ولی چندین پردازش را می‌توان در همان زمان یکسان انجام داد به این ترتیب با شکستن پردازش‌ها در قسمت‌های مختلف و پردازش هر کدام به طور موازی می‌توان سرعت را افزایش داد.

http://www.hamshahrionline.ir/news-63455.aspx

چیپ ست ها و هاب ها

از سال 1997 میلادی تولید كنندگان مادربرد روی بهینه سازی چیپ ست ها تمركز زیادی كردند و بیشتر تلاش آنها بر چیپ های north bridge كه وظیفه نظارت بر نقل و انتقال اطلاعات به RAM را دارد، بوده است. البته چیپ های south bridge هم بهبود یافته اند ولی این بهبود بیشتر روی افزایش امكانات آنها بوده است.

برای north bridge بیشتر بهینه سازیها بر روی افزایش پهنای باند بین RAM و CPU بوده است. اجازه دهید به چند مثال بپردازیم.

Bridge یا Hub

در مادربردهای پنتیوم II باس I/O مستقیماً به كلاك سیستم پیوند خورده است. باس I/O (مثلاً PCI ) با سرعت كلاك 33MHZ كار می كند كه معمولاً یك سوم یا یك چهارم سرعت كلاك سیستم است.

در این ساختار (چیپ ست پنتیوم II) باس PCI به چیپ های هر دو Bridge متصل است.

در سال 99ــ1998 برای هر دو سیستم AMD و INTEL پیشرفتهایی رخ داد. یك ساختار جدید براساس (MCH) یا مركز كنترل حافظه تولید شده بود (MCH مخفف Memory Controller Hub است) این سیستم جایگزین north bridge قدیمی شده بود. و یك مركز كنترل I/0 جایگزین south bridge شده بود. من در اینجا از نامهایی كه اینتل برای چیپ های خود گذاشته است استفاده می كنم. Via و AMD از نامهای دیگری استفاده می كنند. اولین چیپ اینتل با این ساختار i810 نام داشت.

MCH یك كنترلر است كه بین CPU و RAM و AGP قرار گرفته است كه جریان اطلاعات از و به RAM را كنترل می كند. این ساختار جدید دو پیامد داشت.

ــ اول اینكه ارتباط بین دو مركز (hub) بوسیله یك گذرگاه خاص انجام می شد. (link channel) كه می توانست پهنای باند بسیار بالایی داشته باشد.

ــ دوم باس PCI كه این ساختار جدید را داشت. پهنای باند خود را با هیچ چیز دیگری تقسیم نمی كرد.

این ساختار جدید برای پنتیوم 4 و اتلون استفاده می شد.

چیپ i875p

در سال 2003 اینتل چیپ ستی ساخت كه هم با پنتیوم 4 و هم dual channel DDR RAM هر كدام با 200mHZ كار می كرد. این چیپ بخاطر كارایی بالا بسیار محبوب شد.

چیپ i925

در سال 2004 اینتل چیپ های سری 900 را معرفی كرد. كه برای نسل جدید پروسسورهای پنتیوم 4 و سلرون و سوكت LGA - 775 ساخته شده بود كه PCI Express hub را پشتیبانی می كرد و باس AGP را با DDR2 RAM جایگزین كرده بود.

پهنای باند زیاد برای RAM

شاید فكر كنید پهنای باند RAM باید با سرعت باس سیستم یكی باشد. اما اینگونه نیست حقیقت این است كه اگر پهنای باند RAM بیشتر باشد بهتر است چون RAM فقط با CPU در ارتباط نیست، بلكه اطلاعات را مستقیماً به پورتهای گرافیكی ارسال می كند و اطلاعات را از پورتهای I/O دریافت و برای آنها ارسال می كند. بنابراین RAM به پهنای باند زیادی احتیاج دارد. در آینده باید منتظر چیپهایی باشیم كه RAM های سرعت بالا را برای انتقال اطلاعات در اختیار می گیرند

http://www.yadbegir.com/main/hard2/chips_hubs.htm

سنترینو چیست؟

بسیاری از مردم فكر می كنند كه سنترینو یك نوع پرسسور یا چیپ ست ساخت اینتل است. اما در حقیقت سنترینو یك اسم تجاری قراردادی برای كامپیوترهای لپ تاپ است كه نشان می دهد كه این لپ تاپ دارای یك سری مشخصات سخت افزاری است بدیهی است در لپ تاپی كه سنترینو نباشد این ویژگیها وجود ندارد. برای اینكه یك لپ تاپ سنترینو باشد باید از سخت افزارهای زیر در آن استفاده شده باشد:

  • پرسسور Intel Pentium M

  • جیپ ست Intel 855 PM یا Intel 855 GM

  • Intel PRO/Wireless 2100 یا ورژن های جدیدتر آن

چیپ ست PRO/Wireless 2100 باعث مشكلات بسیاری برای برخی سازندگان بزرگ لپ تاپ شده است زیرا بسیاری از آنها از چیپ ستهای Wireless اینتل استفاده نمی كنند بنابراین سنترینو نیستند.

این ویژگی برای سنترینو باعث سر در گمی خریداران لپ تاپ شده است. آنچه در سنترینو برای بیشتر خریداران مهم است چیپ ست اینتل و پروسسور پنتیوم M است كه كارایی آن بسیار خوب بوده در عین حال مصرف انرژی آن پایین است. كه این ویژگی در یك لپ تاپ كه سنترینو نباشد هم می تواند وجود داشته باشد در حالیكه استاندارد های جدیدی برای تكنولوژی بی سیم وضع می شود هنوز بخاطر مسائل امنیتی كه وجود دارد این تكنولوژی بوسیله بسیاری از سازندگان كاملاً مورد قبول واقع نشده است.

نتیجه

رویهم رفته پرسسور پنتیوم M جدید یك جهش بزرگ در دنیای كامپیوترهای قابل حمل و نقل است. كامپیوتر هایی كه از این تكنولوژی استفاده می كنند كارایی بالایی دارند كه در گذشته سیستم های قدیمی به خاطر مصرف بالای این قابلیت را نداشتند. بسیاری از كاربران كامپیوتر در هنگام مقایسه پرسسورها دچار اشتباه هستند زیرا پرسسور پنتیوم M از نظر كارایی از بسیاری از پرسسورهای پنتیوم چهار M كه سرعت Clock بالاتری دارند قوی تر هستند و بسیاری از شركت های سازنده لپ تاپ بر روی عمر زیاد باتری ها تبلیغ می كنند در حالیكه این نتیجه كم شدن مصرف پرسسورهای جدید است به هر حال اگر قصد خرید یك لپ تاپ را دارید بهتر است به پرسسورهای جدید تری پنتیوم M هم نظری داشته باشید.

کامپیوتری که هم اکنون به کمک آن در حال مشاهده و مطالعه این صفحه هستید ، دارای یک ریزپردازنده است . ریزپردازنده  به منزله مغز کامپیوتر است و  تمامی کامپیوترها اعم از کامپیوترهای شخصی ، کامپیوترهای دستی و ... دارای ریزپردازنده می باشند. نوع  ریزپردازنده استفاده شده در یک کامپیوتر می تواند متفاوت باشد ولی تمامی آنان عملیات مشابهی را انجام  می دهند .

تاریخچه ریزپردازنده ها
 ریزپردازنده که CPU هم نامیده می گردد، پتانسیل های اساسی برای انجام محاسبات و عملیات مورد نظر در یک کامپیوتر را فراهم  می نماید. ریزپردازنده  از لحاظ فیزیکی  یک تراشه است . اولین ریزپردازنده در سال 1971 و با نام Intel 4004  معرفی گردید. ریزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا" قادر به انجام عملیات جمع و تفریق  چهار بیتی بود. نکته مثبت پردازنده فوق، استفاده از صرفا" یک تراشه بود.قبل از آن مهندسین و طراحان کامپیوتر از چندین تراشه و یا عصر برای تولید کامپیوتر استفاده می کردند.

اولین ریزپردازنده ای که بر روی یک کامپیوتر خانگی نصب  گردید ، 8080 بود. پردازنده فوق هشت بیتی و بر روی یک تراشه قرار داشت . این ریزپردازنده در سال 1974 به بازار عرضه گردید.اولین پردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنیای کامپیوتر شد ، 8088 بود. ریزپردازنده فوق در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و اولین نمونه آن در سال 1982 عرضه گردید. وضعیت تولید ریزپردازنده توسط شرکت های تولید کننده بسرعت رشد و از مدل  8088 به 80286 ، 80386  ، 80486 ، پنتیوم ، پنتیوم II ، پنتیوم III و پنتیوم 4  رسیده است . تمام پردازنده های فوق توسط شرکت اینتل و سایر شرکت های  ذیربط طراحی و عرضه شده است . پردازنده های پنتیوم 4 در مقایسه با پردازنده 8088 عملیات مربوطه را با سرعتی به میزان 5000 بار سریعتر انجام می دهد! جدول زیر ویژگی هر یک از پردازنده های فوق بهمراه تفاوت های موجود  را نشان می دهد.

درون یک پردازنده
به منظورآشنائی با  نحوه عملکرد پردازنده لازم است، نگاهی به درون یک ریزپردازنده داشته و با منطق نحوه انجام عملیات  بیشتر آشنا شویم. یک ریزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل ها را  اجراء می کند. دستورالعمل های فوق ماهیت و نوع عملیات مورد نظر را برای پردازنده مشخص خواهند کرد. با توجه به نوع دستورالعمل ها ، یک ریزپردازنده سه عملیات اساسی را انجام خواهد داد :

 یک ریزپردازنده با استفاده از واحد منطق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عملیات محاسباتی نظیر: جمع ، تفریق، ضرب و تقسیم است. پردازنده های جدید دارای پردازنده های اختصاصی برای انجام عملیات مربوط به اعداد اعشاری می باشند.

 یک ریزپردازنده قادر به انتقال داده از یک محل حافظه به محل دیگر است .

یک ریزپردازنده قادر به اتخاذ تصمیم ( تصمیم گیری ) و پرش به یک محل دیگر برای اجرای دستورالعمل های مربوطه بر اساس تصمیم اتخاذ شده است .


حافظه های RAM و ROM
در بخش قبل گذرگاه های آدرس و داده نظیرخطوط RD,WR بررسی گردیدند. گذرگاه های فوق به حافظه های RAM ،ROM و یا هر دو متصل خواهند بود. در ریزپردازنده ساده فرضی فوق، از گذرگاه های آدرس و داده هشت بیتی استفاده می گردد. بدین ترتیب پردازنده قادر به آدرس دهی 256 بایت حافظه و خواندن و یا نوشتن هشت بیت از حافظه در هر لحظه خواهد بود. فرض کنید پردازنده فوق دارای 128 بایت حافظه ROM بوده که از آدرس صفر شروع شده و 128 بایت حافظه RAM که از آدرس 128 آغاز می گردد ، است . حافظه ROM تراشه ای است که اطلاعاتی را از قبل و بصورت دائم در خود نگهداری می نماید. گذرگاه های آدرس به  تراشه ROM اعلام خواهند کرد که کدام بایت را خواسته و آن را بر روی گذرگاه قرار خواهد داد. زمانیکه وضعیت خط RD تغییر نماید تراشه ROM بایت مورد نظر و انتخابی را بر روی گذرگاه داده قرار خواهد داد. RAM شامل بایت هائی از اطلاعات است . ریزپردازنده قادر به خواندن و نوشتن در حافظه فوق بر اساس سیگنال های دریافتی از خطوط RD و RW است . در رابطه با حافظه RAM می بایست به این نکته نیز اشاره گردد که این نوع از حافظه ها با از دست منبع انرژی ( برق ) اطلاعات خود را از دست خواهند داد.
تمامی کامپیوترها دارای حافظه ROM به میزان مشخص می باشند. ( برخی از کامپیوترها ممکن است دارای حافظه RAM نبوده نظیر میکرو کنترل ها ، ولی وجود و ضرورت حافظه ROM را در هیچ کامپیوتری نمی توان انکار نمود).بر روی کامپیوترهای شخصی حافظه ROM را BIOS نیز می نامند. زمانیکه ریزپردازنده فعالیت خود را آغاز می نماید ، در ابتدا دستورالعمل هائی را اجراء خواهد کرد که در BIOS می باشند. دستورالعمل های موجود در BIOS عملیانی نظیر تست سخت افزار و سیستم را انجام و در ادامه فرآیندی آغاز خواهد شد که نتیجه آن استقرار سیستم عامل در حافظه خواهد بود. (Booting) . در آغاز فرآیند فوق ، بوت سکتور هارد دیسک ( می تواند آغاز عملیات فوق از هارد شروع نشده و از فلاپی دیسک انجام گردد ، اتخاذ تصمیم در رابطه با وضعیت فوق بر اساس پارامترهای ذخیره شده در حافظه CMOS خواهند بود ) را بررسی خواهد کرد . بوت سکتور فوق حاوی برنامه ای کوچک است که در ادامه BIOS آن را خوانده و در حافظه RAM مستقر خواهد کرد. ریزپردازنده در ادامه دستورالعمل های مربوط به برنامه بوت سکتور را که در حافظه RAM مستقر شده اند ،اجراء خواهد کرد. برنامه فوق به ریزپردازنده اعلام خواهد کرد که اطلاعات دیگری را از هارد دیسک به درون حافظه RAM انتقال و آنها را اجراء نماید. با ادامه وتکمیل  فرآیند فوق سیستم عامل در حافظه مستقر ومدیریت  خود را آغاز می نماید.

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :