معرفي ريزپردازنده
چهارشنبه 29 مهر 1388 5:39 PM
ريزپردازنده
کامپيوتری
که هم اکنون به کمک آن در حال مشاهده و مطالعه اين صفحه هستيد ، دارای يک
ريزپردازنده است . ريزپردازنده به منزله مغز کامپيوتر است و تمامی
کامپيوترها اعم از کامپيوترهای شخصی ، کامپيوترهای دستی و ... دارای
ريزپردازنده می باشند. نوع ريزپردازنده استفاده شده در يک کامپيوتر می
تواند متفاوت باشد ولی تمامی آنان عمليات مشابهی را انجام می دهند .
تاريخچه ريزپردازنده ها
ريزپردازنده که CPU هم ناميده می گردد، پتانسيل های اساسی برای انجام
محاسبات و عمليات مورد نظر در يک کامپيوتر را فراهم می نمايد. ريزپردازنده
از لحاظ فيزيکی يک تراشه است . اولين ريزپردازنده در سال 1971 و با نام
Intel 4004 معرفی گرديد. ريزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا" قادر
به انجام عمليات جمع و تفريق چهار بيتي بود. نکته مثبت پردازنده فوق، استفاده از صرفا" يک تراشه بود.قبل از آن
مهندسين و طراحان کامپيوتر از چندين تراشه و يا عصر برای توليد کامپيوتر
استفاده می کردند.
اولين ريزپردازنده ای که بر روی يک کامپيوتر خانگی نصب گرديد
، 8080 بود. پردازنده فوق هشت بيتي
و بر روی يک تراشه قرار داشت . اين ريزپردازنده در سال 1974 به بازار عرضه
گرديد.اولين پردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنيای کامپيوتر شد ،
8088 بود. ريزپردازنده فوق در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و اولين نمونه
آن در سال 1982 عرضه گرديد. وضعيت توليد ريزپردازنده توسط شرکت های توليد
کننده بسرعت رشد و از مدل 8088 به 80286 ، 80386 ، 80486 ، پنتيوم ،
پنتيوم II ، پنتيوم III و پنتيوم 4 رسيده است . تمام پردازنده های فوق
توسط شرکت اينتل و ساير شرکت های ذيربط طراحی و عرضه شده است . پردازنده
های پنتيوم 4 در مقايسه با پردازنده 8088 عمليات مربوطه را با سرعتی به
ميزان 5000 بار سريعتر انجام می دهد! جدول زير ويژگی هر يک از پردازنده
های فوق بهمراه تفاوت های موجود را نشان می دهد.
| Process |
Date |
Transistors |
Microns |
Clock speed |
Data width |
MIPS |
| 8080 |
1974 |
6,000 |
6 |
2 MHz |
8 bits |
0.64 |
| 8088 |
1979 |
29,000 |
3 |
5 MHz |
16 bits||8-bit bus |
0.33 |
| 80286 |
1982 |
134,000 |
1.5 |
6 MHz |
16 bits |
1 |
| 80386 |
1985 |
275,000 |
1.5 |
16 MHz |
32 bits |
5 |
| 80486 |
1989 |
1,200,000 |
1 |
25 MHz |
32 bits |
20 |
| Pentium |
1993 |
3,100,000 |
0.8 |
60 MHz |
32 bits||64-bit bus |
100 |
| Pentium II |
1997 |
7,500,000 |
0.35 |
233 MHz |
32 bits||64-bit bus |
~300 |
| Pentium III |
1999 |
9,500,000 |
0.25 |
450 MHz |
32 bits||64-bit bus |
~510 |
| Pentium 4 |
2000 |
42,000,000 |
0.18 |
1.5 GHz |
32 bits||64-bit bus |
~1,700 |
توضيحات
-
ستون Date نشاندهنده سال عرضه پردازنده است.
-
ستون Transistors
تعدا ترانزيستور موجود بر روی تراشه را مشخص می کند. تعداد ترانزيستور بر
روی تراشه در سال های اخير شتاب بيشتری پيدا کرده است .
-
ستون Micron ضخامت کوچکترين رشته بر روی تراشه را بر حسب ميکرون مشخص می کند. ( ضخامت موی انسان 100 ميکرون است ).
-
ستون Clock Speed حداکثر سرعت Clock تراشه را مشخص می نمايد.
-
ستون Data Width
پهنای باند واحد منطق و محاسبات (ALU) را نشان می دهد. يک واحد منطق و
حساب هشت بيتی قادر به انجام عمليات محاسباتی نظير: جمع ، تفريق ، ضرب و
... برای اعداد هشت بيتی است. در صورتيکه يک واحد منطق و حساب 32 بيتی
قادر به انجام عمليات بر روی اعداد 32 بيتی است . يک واحد منطق و حساب 8
بيتی به منظور جمع دو عدد 32 بيتی می بايست چهار دستورالعمل را انجام داده
در صورتيکه يک واحد منطق وحساب 32 بيتی عمليات فوق را صرفا" با اجرای يک
دستورالعمل انجام خواهد داد.در اغلب موارد گذرگاه خارجی داده ها مشابه ALU
است . وضعيت فوق در تمام موارد صادق نخواهد بود مثلا" پردازنده 8088 دارای
واحد منطق وحساب 16 بيتی بوده در حاليکه گذرگاه داده ئی آن هشت بيتی است .
در اغلب پردازنده های پنتيوم جديد گذرگاه داده 64 بيتی و واحد منطق وحساب
32 بيتی است . ستون MIPS مخفف کلمات Millions of instruction per
Second ( ميليون دستورالعمل در هر ثانيه ) بوده و واحدی برای سنجش کارآئی
يک پردازنده است.
درون يک پردازنده
به منظورآشنائی با نحوه عملکرد پردازنده لازم است
،
نگاهی به درون يک ريزپردازنده داشته و با منطق نحوه انجام عمليات بيشتر
آشنا شويم. يک ريزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل ها را اجراء می کند.
دستورالعمل های فوق ماهيت و نوع عمليات مورد نظر را برای پردازنده مشخص
خواهند کرد. با توجه به نوع دستورالعمل ها
،
يک ريزپردازنده سه عمليات اساسی را انجام خواهد داد :
-
يک ريزپردازنده با استفاده از واحد منطق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عمليات محاسباتی نظير: جمع
،
تفريق
،
ضرب و تقسيم است. پردازنده های جديد دارای پردازنده های اختصاصی برای
انجام عمليات مربوط به اعداد اعشاری می باشند.
-
يک ريزپردازنده قادر به انتقال داده از يک محل حافظه به محل ديگر است .
-
يک ريزپردازنده قادر
به اتخاذ تصميم ( تصميم گيری ) و پرش به يک محل ديگر برای اجرای
دستورالعمل های مربوطه بر اساس تصميم اتخاذ شده است .
شکل زير يک پردازنده ساده را نشان می دهد.
پردازنده فوق دارای :
-
يک گذرگاه آدرس (Address Bus) است که قادر به ارسال يک آدرس به حافظه است ( گذرگاه فوق می تواند 8
، 16 و يا 32 بيتی باشد)
-
يک گذرگاه داده (Data Bus) است که قادر به ارسال داده به حافظه و يا دريافت داده از حافظه است (
گذرگاه فوق می تواند 8
، 16 و يا 32 بيتی باشد)
-
يک خط برای خواندن
(RD) و يک خط برای نوشتن (WR) است که آدرسی دهی حافظه را انجام می دهند.
آيا قصد نوشتن در يک آدرس خاص وجود داشته و يا مقصود، خواندن اطلاعات از
يک آدرس خاص حافظه است؟
-
يک خط Clock که ضربان پردازنده را تنظيم خواهد کرد.
-
يک خط Reset که مقدار " شمارنده برنامه " را صفر نموده و يا باعث اجرای مجدد يک فرآيند می گردد.
فرض کنيد پردازنده فوق هشت بيتی بوده واز عناصر زير تشکيل شده است:
-
ريجسترهای A,B,C نگاهدارنده هائی بوده که از فليپ فلاپ ها ساخته شده اند.
-
Address Latch مشابه ريجسترهای A,B,C است .
-
شمارنده برنامه
(Program Counter) نوع خاصی از يک نگهدارنده اطلاعات است که قابليت افزايش
بميزان يک و يا پذيرش مقدار صفر را دارا است
-
واحد منطق و حساب
(ALU) می تواند يک مدار ساده جمع کننده هشت بيتی بوده و يا مداری است که
قابليت انجام عمليات جمع
، تفريق ، ضرب و تقسيم را دارا است .
-
ريجستر Test يک نوع
خاص نگاهدارنده بوده که قادر به نگهداری نتايج حاصل از انجام مقايسه ها
توسط ALU است .ALU قادر به مقايسه دو عدد وتشخيص مساوی و يا نامساوی بودن
آنها است . ريجستر Test همچنين قادر به نگهداری يک Carry bit ( ماحصل
آخرين مرحله عمليات جمع) است . ريجستر فوق مقادير مورد نظر را در فليپ
فلاپ ها ذخيره و در ادامه Instruction Decoder "تشخيص دهنده دستورالعمل ها
" با استفاده از مقادير فوق قادر به اتخاذ تصميمات لازم خواهد بود.
-
همانگونه که در شکل فوق
، مشاهده می گردد از شش " 3-State" استفاده شده که به آنها "tri-State
buffers" می گويند. بافرهای فوق قادر به پاس دادن مقادير صفر و يا يک و يا
قطع خروجی مربوطه می باشند.. اين نوع بافرها امکان ارتباط چندين خروجی را
از طريق يک Wire فراهم می نمايند. در چنين حالتی فقط يکی از آنها قادر به
انتقال ( حرکت ) صفر و يا يک بر روی خط خواهد بود.
ريجستر Instruction و
Instruction Decoder مسئوليت کنترل ساير عناصر را برعهده خواهند داشت .
بدين منظور از خطوط کنترلی متفاوتی استفاده می گردد. خطوط فوق در شکل فوق
نشان داده نشده اند ولی می بايست قادر به انجام عمليات زير باشند:
-
به ريجستر A اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.(Latch)
-
به ريجستر B اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.(Latch)
-
به ريجستر C اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.(Latch)
-
به " شمارنده برنامه " اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.(Latch)
-
به ريجستر Address اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.(Latch)
-
به ريجستر Instruction اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.(Latch)
-
به " شمارنده برنامه " اعلام نمايد که مقدار خود را افزايش دهد.
-
به " شمارنده برنامه " اعلام نمايد که مقدار خود را صفر (Reset) نمايد.
-
به واحد منطق و حساب نوع عملياتی را که می بايست انجام گيرد، اعلام نمايد.
-
به ريجستر Test اعلام نمايد که بيت های ماحصل عمليات ALU را در خود نگاهدارد.
-
فعال نمودن خط RD ( خواندن )
-
فعال نمودن خط WR ( نوشتن )
ادامه دارد
چهار راه برای رسیدن به آرامش:
1.نگاه کردن به عقب و تشکر از خدا 2.نگاه کردن به جلو و اعتماد به خدا 3.نگاه کردن به اطراف و خدمت به خدا 4.نگاه کردن به درون و پیدا کردن خدا
پل ارتباطی : samsamdragon@gmail.com
تالارهای تحت مدیریت :
مطالب عمومی کامپیوتراخبار و تکنولوژی های جدیدسیستم های عاملنرم افزارسخت افزارشبکه
