شنبه, ۸ دی ۱۳۹۷، ۰۴:۰۰ ب.ظ
تاریخچه
رله‌ها و لامپ‌های خلأ که عموماً به عنوان عناصر سوئیچینگ مورد استفاده قرار می‌گرفتند. یک کامپیوتر مفید به هزاران یا صدها هزار از این المان‌های سوئیچینگ نیاز دارد و سرعت کلی سیستم به سرعت این سوئیچ‌ها وابسته است. کامپیوترهای لامپ خلأ نظیر EDVAC تقریباً ۸ ساعت بدون خرابی کار می‌کردند در حالی که کامپیوترهای رله‌ای مانند طراحی هاروارد خیلی زودتر با مشکل مواجه می‌شدند. در نهایت CPUهای بر پایه لامپ خلأ به دلیل سرعت قابل توجه و قابلیت اطمینان بیشتر برهم نوعان خود پیروز شدند. اغلب CPUهای سنکرون نسبت به CPUهای مدرن با فرکانس کلاک کمتری در حد ۱۰۰Hz تا ۴ MHz کار می‌کردند که این محدودیت به دلیل سرعت کم المان‌های سوئیچ بود. سخت‌افزار - واحد پردازش مرکزی - CPU (قسمت اول) vida - جمعه، ۲۰ مهر ماه، ۱۳۸۶ ۲۳:۴۲:۴۳ موضوع: واحد پردازش مرکزی - CPU (قسمت اول) CPU و اجزای داخلی آن: CPU یا واحد پردازش مرکزی (Central Process Unit)، بخشی از سیستم‌های پردازشی و رایانه‌ها است که وظیفهٔ آن پردازش اطلاعات، با توجه به برنامهٔ در نظر گرفته شده برای آن است. یک CPU از یک چیپ که متشکل از تعداد زیادی ترانزیستور است (بین چند هزار تا چند میلیون که بستگی به مشخصات CPU دارد) تشکیل شده‌است. بلوک دیاگرام داخلی یک CPU به‌طور خلاصه در شکل زیر نشان داده شده‌است: ALU واحد محاسبات و منطق (Arithmetic Logic Unit) است که وظیفهٔ آن انجام عملیات منطقی نظیر جمع، تفریق و … و همچنین عملیاتی نظیر AND , OR و … بر روی داده‌ها است. یک ALU را به‌طور خلاصه می‌توان یک جمع‌کننده کامل در نظر گرفت؛ البته با پیچیدگی‌های خاص خود. Registerها وظیفهٔ نگهداری اطلاعات را به صورت موقت در داخل CPU بر عهده دارند که این اطلاعات می‌تواند اطلاعات دریافتی از درگاه‌های ورودی باشد (پورتها) یا اطلاعات حاصل از انجام عملیات منطقی. البته معمولاً یک رجیستر مخصوص که به آن انباره یا آکامالاتور نیز گفته می‌شود وجود دارد که در اکثر عملیات منطقی شرکت می‌کند. واحد Memory Interface وظیفهٔ ایجاد ارتباط با حافظهٔ جانبی را بر عهده دارد که عمل خواندن یا نوشتن از حافظه و انتقال اطلاعات بین CPU و حافظه نیز از وظایف مربوط به این بخش است. واحد Instruction Fetcher اطلاعات مربوط به دستور العمل‌های اجرایی را از واحد حافظه دریافت و به واحد رمز گشایی (Instruction Decoder) تحویل می‌دهد. به عبارت دیگر وظیفهٔ بخش Instruction Fetcher، واکشی کدهای دستور از حافظه با کمک بخش Memory Interface و اعمال آن به بخش رمزگشایی است. واحد رمزگشایی نیز پس از دریافت کد مربوط به دستور مورد نظر، آن را رمز گشایی و عمل مربوط به آن را انجام می‌دهد. فاکتورهای مهم در یک CPU: هر CPU با یک سری از خصوصیات و فاکتورهایی در ساختار طراحی و تولید خود شناخته می‌شود که مهم‌ترین فاکتورها عبارتند از: - پهنای گذرگاه داده: این خصوصیات به مشخصات ALU و رجیسترهای مرتبط با آن بستگی دارد و بیانگر این است که اطلاعات پردازش شده توسط CPU چند بیتی است. به عنوان نمونه یک CPU که گذرگاه دادهٔ آن ۱۶ بیتی است، توانایی پردازش اطلاعات و دستورها را به صورت ۱۶ بیتی دارد و به همین دلیل به آن پردازندهٔ ۱۶ بیتی اطلاق می‌شود. - پهنای گذرگاه آدرس: همان‌طور که در شکل نیز نشان داده شد، اطلاعات و همچنین دستورالعمل‌های اجرایی در واحدهای خارجی از CPU نگهداری می‌شوند. توسط گذرگاه آدرس می‌توان حافظه‌ها و پورت‌های خروجی را آدرس دهی کرد تا به این وسیله بتوان به آن‌ها نظم بخشید و با آن‌ها ارتباط برقرار کرد. پهنای گذرگاه آدرس، نشان دهندهٔ توانایی CPU در آدرس دهی حافظه‌ها یا پورت‌های خارجی است. به عنوان نمونه یک CPU با گذرگاه ۱۶ بیتی، توانایی آدرس دهی ۶۵۵۳۶ خانه از حافظهٔ خارجی را دارد. - فرکانس کاری: فرکانس کاری یک CPU بیانگر سرعت کاری آن است و هر میزان بالاتر باشد، CPU سریعتر عمل می‌کند و اطلاعات را پردازش می‌کند. در حال حاضر CPUهای ساخته شده تا محدودهٔ سرعت چند میلیون دستور در ثانیه به پردازش اطلاعات می‌پردازند. - شرکت سازنده: که بیانگر این است که CPU توسط کدام کمپانی ساخته شده‌است و به کدام خانواده از CPUها تعلق دارد که معروف‌ترین آن‌ها عبارتند از Intel ,IBM , AMD , Syrex , Motorola, IDT, NIC , IIT. البته طراحی و خصوصیات یک CPU به شرایطی که قرار است در ان به کار گرفته شود بستگی دارد و سرعت و … با توجه به این موضوع تعیین می‌شود. به عنوان مثال CPUهایی که باید در ابر کامپیوترها به کار گرفته می‌شوند با CPUهایی که در سیستم‌های کنترلی کوچک به کار گرفته می‌شوند دارای تفاوت‌های بسیار در سطح قدرت پردازش هستند، اما هر کدام با توجه به شرایط کاری خود طراحی شده‌اند. بر همین اساس در سیستم‌های پردازشی کوچک به جای پردازنده‌ها، از ریز پردازنده‌ها استفاده می‌شود که دارای سرعت، حجم و امکانات کمتری نسبت به پردازنده‌های معمول هستند، اما با این حال به خوبی از عهدهٔ کنترل سیستم‌های کوچک بر می ایند و در ساخت این‌گونه سیستم‌ها به کارگیری آن‌ها بسیار با صرفه تر و آسانتر از به کارگیری پردازنده‌ها است. نمونه‌ای از این ریز پردازنده‌ها، Z80 و ۸۰۸۶ هستند که از نظر ساختاری بسیار منطبق با مطالب گفته شده هستند. به‌طور مثال بلوک دیاگرام داخلی ریز پردازندهٔ Z80 در شکل زیر نشان داده شده‌است: نکته: موارد گفته شده تنها بررسی یک CPU به صورت کلی بود، اما در مواردی ممکن است که اجزای داخلی CPU، بیش از موارد گفته شده باشد که بستگی به نوع و طراحی CPU دارد. حافظهٔ کش یکی از این موارد است که امروزه در اکثر CPUها که برای اعمال پردازشی نسبتاً سنگین طراحی شده‌اند، در حجم‌های مختلف قرار داده شده‌است.
این مطلب هنوز ادامه دارد ...
برای اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید با تشکر
۰
۰
۹۷/۱۰/۰۸
متین جعفرزاده
