پژوهشی در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر - پژوهشی در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر در 41 صفحه ورد قابل ویرایش
پژوهشی در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر در 41 صفحه ورد قابل ویرایش
1- توانایی درک ساختمان CPU
1-1- آشنایی با تعریف عملیاتی CPU
CPU یا Processor اساسی ترین جزء یک کامپیوتر میباشد. CPU یک آی سی یا تراشه یا chilp است که از مدارات مجتمع فشرده زیادی تشکیل شده است. بعبارت دیگر مهمترین آی سی یک کامپیوتر ریز پردازنده یا CPU آن است. محل قرار گرفتن آن روی برد داخلی و در جای ویژه ای از مادربرد قرار دارد.
در سراسر جهان شرکتاهی زیادی به تولید این آی سی پرداخته اند از معروفترین آنها میتوان ریز پردازنده Motorolla- intel و AMD و Cyrix را نام برد.
ریز پردازنده از واحدهای گوناگونی تشکیل شده که هر واحد وظیفه خاصی را انجام میدهد. با قرار گرفتن این واحدها در کنار یکدیگر یک ریز پردازنده به صورت یک مجموعه مجتمع و فشرده تشکیل میشود. هر ریز پردازنده از واحدهای زیر تشکیل شده است.
1- واحد محاسبه و منطق (ALU)
این واحد شامل مداراتی است که میتواند محاسبات برنامه های کامپیوتری را انجام دهد، مثلا مجموع دو عدد را بطور منطقی محاسبه میکند. ALU مخفف کلمات Aritmatic- Logic- Unit است.
2- واحد کنترل CU یا conmtrol- unit این واحد بر واحد ورودی و خروجی حافظه های گوناگونی نظارت میکند و چگونگی ورود و خروج آنها را کنترل میکند.
3- حافظه های ثابت یا Register
هر ریز پردازنده برای جمع آوری اطلاعات نیاز به یک محل موقت دارد تا داده ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نماید، که این محلهای موقت را حافظه های ثابت یا Register می گویند.
4- حافظه های پنهان یا cache
حافظه مخفی یا cache یک حافظه سریع است که مورد استفاده CPU قرار میگیرد. بعبارت دیگر چون سرعت عملیات CPU زیاد است لذا اطلاعات نیز باید با سرعت زیاد از حافظه اصلی خوانده و پردازش شود، اما سرعت حافظه اصلی کمتر از سرعت CPU است لذا خواندن اطلاعات با مکث همراه می شود، این حالت انتظار باعث کند شدن سرعت کامپیوتر می گردد . به منظور جبران این وضع از واحدی به نام Ca che استفاده می کنند که سرعت آن برابر سرعت CPU است. در نتیجه مقداری از محتویات حافظه اصلی که مورد استفاده CPU است به حافظه Cache منتقل می گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت cpu مطابقت داشته باشد.
پردازنده های کامپیوترهای شخصی معمولاً بصورت یک مستطیل یا مربع شکل است و بر روی آن حروف و ارقامی دیده میشود.
نام سازنده پردازنده
نسل پردازنده
مدل پردازنده
سرعت پردازنده
ولتاژ پردازنده و شماره سریال
2-1- آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده
CPU از مجموع قطعات الکترونیکی مخصوصات تراتریستورهای مختلف تشکیل یافته است. مثلا اولین بار شرکت AMD با قرار دادن 500000 تراتریستور پردازنده های K6 را با به بازار عرضه نمود. یا شرکت Intel پردازنده SL 80368 را در آن 855000 تراتریستور بکار رفته و دارای 32 بیت خط حامل داخلی و 16 بیت خط حامل خارجی بود به بازار عرضه نمود. همچنین شرکت اینتل پروسسورهای 80586 را که بیش از یک میلیون تراتریستور تشکیل شده بود به بازار عرصه نموده است.
3-1- آشنایی با سرعت ساعت سیستم
سرعت پردازنده مستقیما روی عملکرد آن اثر می گذارد. یعنی هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سریعتر است، معمولاً سرعت پردازنده ها برحسب مگاهرتز بیان میشود. و برخی از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعی آن نا گذاری نمی کنند بلکه سرعت آنها را بصورت مقایسه ای با پردازنده های IBM می نویسند و آن را با PR نمایش می دهند. مثلا PR 100 یعنی سرعت معادل 100 مگاهرتز است و اگر علام + در جلوی عدد نوشته شود به مفهوم این است که از سرعت نوشته شده نیز بیشتر است مثلا + PR133 یعنی سرعت پردازنده در مقایسه با پردازنده پتنیوم 133 نیز بیشتر است.
4-1- آشنایی با سرعت ساعت داخلی
هر پردازنده عملیات داخلی خود را براساس سیگنالهای ساعت داخلی انجام میدهد. بعبارت دیگر سرعت داخلی هر پردازنده تقریبا برابر همان سرعتی است که روی پردازنده ذکر شده.
1-4-1- سرعت ساعت خارجی سیستم
بعضی از پردازنده ها نیاز به سیگنالهای ساعت خارجی دارند. مثلا Z80 که قلا در کامپیوترهای اولیه بکار می رفت نیاز بیک سیگنال ساعت خارجی که بین صفر تا 5 ولت نوسان کند، داشت یعنی نوسان ساز را در مخارج از مدار با آی سی های (TTL) مانند 7404 و یک کریستال می ساختند و بعدا وارد مدار ریز پردازنده می نمودند.
اکنون نیز همان سیستم ها برقرار است ولی با پیشرفت تکنولوژی از روشهای بهتر و مداراتی که دارای تشعشع کمتر و انرژی تلف شده کمتری می باشند استفاده می کنند مثلا در ریزپردازنده DX4 80486 ساخت شرکت اینتل از یک سیگنال ساعت داخلی یا سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.
توجه: چون سرعت پردازش در CPU ها بسیار اهمیت دارد در نامگذاری کامپیوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نیز بازگو می کنند مثلا P5-100 یعنی پردازنده این کامپیوتر پنتیوم (80568) و سرعت آن 100 مگاهرتز است یا P5-200/MMX یعنی پردازنده پنتیوم یا سرعت 200 مگاهرتز یا تکنولوژی MMX میباشد.
5-1- آشنایی با مدیریت انرژی پردازنده
بمنظور جلوگیری از انرژی تلف شده در پردازنده ها و کنترول توان مصرفی آنها در برنامه Setup سیستم بخشی به نام power management در نظر گرفته شده است تا در زمان استفاده نکردن از کامپیوتر پس از مدت زمانی که در تنظیم setup وجود دارد سیستم بحالت خاموش یا reset می رود. بدیهی است بمحض استفاده از کامپیوتر مجدداً بحالت فعال در آمده و عملیات خود را انجام میدهد.
توجه: در برنامه های NU و NC نیز گزینه های مانند contigure وجود دارد که میتوان انرژی سیستم و پردازنده و مانیتور را مدیریت و کنترل نمود.
6-1- آشنایی با ولتاژ عملیات پردازنده
پردازنده های پنتیوم سری p54c با یک ولتاژ کار می کرد. ولی پردازنده های P55C به علت تغییر در جریان برق تغذیه کننده، تکنولوژی دوگانه به کار رفته است. این پردازنده جهت کاهش حرارت به 2 ولتاژ مختلف یکی 2.5 ولت برای هسته ودیگری 3.3 ولت برای بخش ورودی / خروجی نیاز دارد.
بطور کلی یکی از تکنولوژی های تولید پردازنده این است که سیم کشی های درون آن نازکتر باشند که در این صورت پردازنده به ولتاژ و جریان کمتری نیاز خواهد داشت و همین مسئله باعث میشود که پردازنده ها با سرعت بیشتری کار کرده و گرمای کمتری تولید کنند. به همین دلیل پردازنده های با ولتاژ دوگانه طراحی شده است.
ولی بخش ورودی / خروجی (I/O) به 3.3 ولت نیاز دارد که در مادربردهای جدید Soket 7 بکار رفته و هر کارخانه سازنده با ولتاژهای مختلفی کار می کنند که در زیر، ولتاژ چند پر دازنده مختلف بعنوان نمونه ذکر شده است.
7-1- آشنایی با خاصیت MMX در پردازنده ها
MMX تکنولوژی است که در ژانویه 1997 به بازار آمد و هدف آن افزایش سرعت و کیفیت کارهای مالتی مدیا (چند رسانه ای) می باشد که در این پردازنده ها یک سری دستورالعملهای جدید ایجاد شده که حدودا 57 دستور العمل است. یعنی 4 نوع داده (data type) جدید و 8 رجیستر 64 بیتی به پردازنده های قبلی اضافه شده است که توانایی پردازنده را بالا برده و برنامه نویسان حرفه ای میتواند در برنامه هایشان از این دستور العمل ها استفاده نمایند تا سرعت اجرای برنامه افزایش یابد. برنامه هایی که با استفاده از دستورات mmx نوشته میشوند و در پردازنده های معمولی نیز اجرا میشوند ولی سرعت اجرای برنامه کمتر میباشد. CPU های MMX به P55C معروف می باشند.
5-2- آشنائی با پردازنده 80486
از سال 1989 ساخت پردازنده های مدرن آغاز گردید. اولین پردازنده مدرن که 80486 نام گذاری گردید علاوه بر مزایای پردازنده 80386 از نظر سرعت، کمک پردازنده ها و حافظه های پنهان نیز داخل این پردازنده قرار گرفت و سرعت آن به 120 مگاهرتز ارتقاء یافت. این پردازنده با پسوندهای SX و DX عرضه گردید که هر دو نوع 32 بیتی بودند ولی نوع SX آن فاقد کمک پردازنده در داخل خود بود ولی سرعت آن تقریبا دو برابر سرعت DX 80386 بود و حافظه آدرس پذیری آن 4 گیگابایت و دارای 8 کیلو بایت حافظه پنهان Cache بود که میتوانست تازه ترین دستور العمل اجرا شده و یا دستوراتی که احتمال استفاده آنها می رفت در خود نگهداری نماید.
ضمناً این پردازنده حافظه های پنهان خارجی ثانویه را پشتیبانی میکند شرکت اینتل SL 80486 را در سال 1992 عرضه نمود که بیشتر در سیستمهای قابل حمل استفاده گردید و می توانست با 3.3 ولت کار کند و این عمل باعث میشد انرژی تلف شده کمتر بوده و کامپویتر با باطری نیز بخوبی کار کند.
بعدا پردازنده های DX2 80486 و DX4 80486 در سال 1994 طرح و ارائه گردید که از نظر سرعت و قدرت پردازش بسیار قوی بودند که یکی از مدل های این پردازنده 66-2 DX 486 است که سرعت آن 66 مگاهرتز و DX4 486 که سرعت آن حدود 100 مگاهرتز میباشد که دارای واحد محاسباتی اعشاری و واحد مدیریت حافظه نیز می باشند.
بعدا نیز شرکت AMD (American Micro Devces) که بزرگترین شرکت سازنده مدارات (IC) درآمریکاست پردازنده 100-4 DX 80486 را عرضه نمودکه از نظر کارآیی و مصرف برق و قمیت با دیگر پردازنده ها رقابت نمود. ضمناً تعداد تراتریستورهای بکار رفته 9000000 عدد بوده و خط حامل داخلی و خارجی آن 32 بیتی میباشد.
علاوه بر پردازنده هایی که توضیح داده شد در سال 1992 شرکت سایریکس (Cyrix) پردازنده DRUZ 486 CX را با سرعتهای 32 و 16-40 و 20 و 50 و 25 که 4 گیگابایت حافظه را آدرس دهی می نماید ارائه کرد که در بعضی از کامپیوترهای خانگی مورد استفاده قرار گرفت و یکی از مزایای آن پائین بودن قمیت پردازنده بود.
6-2- آشنائی با پردازنده پنتیوم (P5)
این پردازنده نیز در سال 1993 توسط شرکت اینتل به نام پنتیوم یا P5 به بازار عرضه گردید و یکی از تغییرات مهم این پردازنده 64 بیتی بودن آن است یعنی می توانست 64 بیت اطلاعات را پردازش و به 64 بیت گذرگاه خارجی اتصال یابد که این عمل علاوه بر بالا بردن سرعت پردازنده قدرت پردازش را بالا برد. بطوریکه میتوانست در هر ثانیه 100 میلیون دستور العمل را اجرا نماید. یا در پنتیوم با سرعت 200 مگاهرتز تعداد دستورالعملهای اجرائی به 300 میلیون دستور العمل رسید.
این نوع پردازنده ها که به نسل پنجم مشهور شده اند، دارای مدلهائی است که حداقل سرعت آنها 60 و حداکثر سرعت آنها 200 مگاهرتز می باشد این پردازنده میتواند محاسبات اعشاری را بخوبی اجرا و تصاویر گرافیکی را اجرا نماید.
یکی از معایب این پردازنده تولید گرمای زیاد بعلت سرعت پردازش زیاد آن است که شرکت با گذاشتن خنک کننده روی پردازنده این مشکل را حل کرده اند.
1-6-2- معماری فوق سنجش در PENTIUM
پردازنده 486 دستور العمل های صحیح را از طریق یک pipeline (لوله کشی) تکی در 5 مرحله مجزا میکند.
فراخوانی دستور العمل prefetch
از کد در آوردن (Decode)
تولید آدرس
اجرای دستور العمل
بازنیوسی و write back
-3- شناسائی اصول نصب کارت های شکافهای توسعه مادربرد
مولفه های داخلی مختلف در تمام کامپیوترها بوسیله یک مدار الکتریکی بنام گذرگاه (BUS) به هم متصل میشوند. گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی میباشد که روی بورد اصلی سیستم قرار میگیرد. تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر، پردازنده، هر تراشه کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیرمستقیم به گذرگاه متصل میشوند. گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی میباشد که روی بورد اصلی سیستم قرار میگیرد. تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر، پردازنده، هر تراشه کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیرمستقیم به گذرگاه متصل میشوند. وقتی که داده ها از یک مولفه دیگر منتقل می گردند آنها از منبع به مقصد در طول این مسیر مشترک حرکت می کنند. وقتی که یک آداپتور جدید در یکی از شکافهای گسترش بورد اصلی وصل میشود در واقع بطور مستقیم به گذرگاه متصل می گردد و بدین ترتیب عنصر جدید جزء کل سیستم خواهد شد.
تمام اطلاعاتی که کامپیوتر استفاده میکند حداقل در یک محل در طول گذرگاه به طور موقت ذخیره میشود. ذخیره اولیه داده ها در حافظه اصلی یا RAM میباشد. در PC ها حافظه اصلی شامل هزارها یا میلیونها سلول حافظه منفرد است که هر یک از آنها میتواند 8 بیت یا یک بایت داده را نگه دارد. بعضی داده ها ممکن است برای مدت کوتاهی در یک پورت I/O یا یک ثبات پردازنده ذخیره شوند، یعنی همان زمانی که صبر میکند تا پردازنده آنها را به محل مناسب خود بفرستد. به طور کلی درگاهها و ثابتها فقط 1 و یا 2 بایت اطلاعات را در هر بار نگه می دارند که معمولاً از آنها بعنوان محلهای ذخیره موقت استفاده میشود تا اینکه داده ها از یک مکان به مکان دیگر فرستاده شوند. هر وقت داده ها به یک سلول حافظه یا پورت I/O فرستاده یا از آنها خوانده میشوند محل سلول یا درگاه توسط یک مقدار عددی یا آدرس مشخص می گردد. وقتی که انتقال داده انجام میشود آدرس آن روی گذرگاهی به نام گذرگاه آدرس (adress bus) منتقل میشود. همچنین گذرگاه قسمتی دارد به نام گذرگاه کنترل (control bus) که اطلاعات کنترلی را مانند سیگنالهای زمانی (از ساعت سیستم) و سیگنالهای وقفه ای حمل میکند. قسمت نهایی گذرگاه خطوط نیرو، نیروی الکتریکی را حمل میکند. به علت اهمیت آدرس گذرگاه داده در زیر به توضیح بیشتری در این رابطه پرداخته میشود.
گذرگاه آدرس (Address bus) : کامپیوترهایی که از پردازنده های 8088 یا 8086 استفاده میکنند یک گذرگاه آدرس 20 بیتی دارند، به این معنا که گذرگاه شامل 20 خط آدرس جدا میباشد. هر یک از این خطوط میتوانند دو مقدار ممکن را داشته باشند:
روشن (نمایانگر یک ) یا خاموش (نمایانگر صفر). بنابراین کل گذرگاه آدرس میتواند 210 یا 1.048.576 آدرس مختلف را مشخص کند. این مقدار که به عنوان 1 مگابایت شناخته میشود کل ظرفیت آدرس دهی حافظه پردازنده های 8088 و 8086 میباشد. پردازنده های 80286 و SX 80386 دارای 64 خط آدرس می باشند بنابراین سیستمهایی که از تراشه های فوق استفاده کنند یک گذرگاه آدرس 24 خطی داشته و میتوانند 224 بایت یا 16 مگابایت حافظه را آدرس دهی نمایند. سیستمهایی که از پردازنده های 80386 DX و 80486 و بالاتر استفاده می کنند دارای یک گذرگاه آدرس 32 بیتی بوده و میتوانند تا 4 گیگا بایت حافظه را آدرس دهی کنند.
گذرگاه داده (Data bus) : گذرگاه داده با گذرگاه آدرس کار میکند تا داده را در کامپیوتر جابجا کند. پردازنده 8088 از گذرگاه داده ای استفاده میکند که هشت خط سیگنال دارد و هر یک از این خطوط یک بیت دو دویی (Binary) منفرد را حمل میکند به این معنا که هر بار در طول گذرگاه یک بایت داده منتقل میشود . پردازنده 80286 از گذرگاه داده 16 بیتی استفاده میکند که میتواند در هر بار دو بایت داده را منتقل کند. پردازنده های 80386 یا 80486 قابلیت انتقال داده تا 32 بیت را در هر بار دارند.
در ادامه بحث گذرگاهها باید به قسمت مهم دیگری که در امر انتقال داده ها تاثیر بسزایی دارد یعنی شکافهای گسترش که به آنها کانالهای ورودی و خروجی نیز گفته میشود اشاره نمود. از این کانالها برای توسعه امکانات سخت افزاری سیستم استفاده میشود تمام سیگنالهای اطلاعات، آدرس و کنترل از پردازنده و دیگر المانهای اصلی سیستم به آن وصثل شده است. شکافهای گسترش براساس تکنولوژی گذرگاهها ساخته شده است و در واقع صورت دیگری از گذرگاهها در ارتباط با وسایل ورودی و خروجی میباشد بر همین اساس چندین نوع شکاف گسترش موجود است که در ادامه بحث به آنها اشاره میشود.
1-2-3- شکاف گسترش ISA (Industy- standard- architect)
باس ISA از نوع 8 بیتی به همراه کامپیوترهای XT به بازار آمد و از آن جهت اضافه کردن سخت افزار با افزودن کارت در شکافهای گسترش استفاده میشود. همانگونه که قبلا گفته شد تقریبا تمام سیگنالهای بورد اصلی سیستم به ین شکافها متصل شده است.
این سیگنالها شامل خطوط آدرس، اطلاعات، کنترل، تغذیه و پالس ها می باشند. با آمدن کامپیوتر AT (حداقل 286 ) به بازار و افزایش خطوط آدرس و اطلاعات باید این خطوط به گذرگاه سیستم جهت استفاده و در کارتهای جانبی اضافه می شد اما باید به گونه ای عمل می شد که با مدلهای قبل سازگاری داشته باشد. بنابراین به گذرگاه ISA از نوع 8 بیتی دست زده نشد و فقط یک شکاف گسترش کوچک (SLOT) در انتهای شکاف قبلی اضافه شد. شکافهای گسترش جدید قابل انعطاف بوده و میتوانند کارتهای اضافی 8 بیتی یا 16 بیتی را برای گسترش سیستم قبول کنند. مدار گذرگاه به طور خودکار می فهمد که کارت موجود 8 بیتی یا 16 بیتی است. برای کارتهای 8 بیتی فقط از 8 خط 16 بیتی برای انتقال داده استفاده میشود که شبیه یک گذرگاه 8 بیتی اصلی میباشد.
2-2-3- شکاف گسترش (Enhanced ISA) ELSA
بعد از معرفی گذرگاه معماری میکروکانال (MCA) توسط شرکت IBM سازندگان بفکر ایجاد یک طرح گذرگاه با کارایی بالا افتادند. اما نمی خواستند از معماری میکرو کانال استفاده کنند. گروهی از این کمپانیها برای ساخت گذرگاه E3ISA همکاری کردند. گذرگاه EISA یک گذرگاه 32 بیتی یا سرعت عملکرد بالاتر است و خصوصیات دیگری را ارائه میدهد که باعث میشود تا نسبت به گذرگاه ISA برتری داشته باشد. در موارد اجرایی گذرگاه EISA و MCA تقریبا معادل هم هستند با این حال از لحاظ الکتریکی و مکانیکی هر دو کاملاً متفاوت می باشند و کارتهای گسترش طراحی شده برای یک نوع گذرگاه نمی تواند در دیگری به کار رود.
مشخصات فروشنده
نام و نام خانوادگی : مجتبی خادم پیر
شماره تماس : 09151803449 - 05137530742
ایمیل :info@payfile.org
سایت :payfile.org