ريز پردازنده ها

ريز پردازنده ها و مشخصات آنها
مغز يا موتور PC ، پردازنده يا واحد پردازشگر مركزي ( CPU ) است . CPU وظيفه محاسبه و پردازش اطلاعات را به عهده دارد .پردازنده ، گرانترين تك عنصر سيستم مي باشد كه معمولاً قيمت آن تا چهاربرابر قيمت مادربرد مي باشد . شركت اينتل در سال ۱۹۷۱ پردازنده ۴۰۰۴ را به عنوان اولين ميكروپروسسور به دنيا عرضه نمود . امروزه اينتل هنوز در بازار پردازنده هاي PC حرف اول را مي زند . اين بدان معنا است كه همه سيستم هاي سازگار با PC از پردازنده هاي اينتل يا پردازنده هاي سازگار با اينتل ( محصول شركت هايي همانند AMD يا Cyrix ) استفاده مي كنند .

غلبه اينتل بر بازار ميكروپروسسورها هميشه قابل تضمين نيست . با وجودي كه افتخار معرفي اولين پردازنده به دنيا نصيب شركت شده است . اما تا اواخر ۱۹۷۰ دوتا از مجرب ترين پردازنده هاي كامپيوترهاي شخصي متعلق به اين شركت نبود . كامپيوترهاي شخص متعلق به اين شركت نبود . كامپيوترهاي شخص آن زمان ، اصولاً از پردازنده هاي Z80 متعلق به شركت Zilog و پردازنده ۶۵۰۲ متعلق به شركت Thechnology Mos استفاده مي نمودند . پردازنده Z80 نسخه بهبود يافته و ارزانتر پردازنده ۸۰۸۰ اينتل محسوب مي شود .

مشابه با روشي كه شركتهاي امروزي همانند Rise Thechnology , IDE . Cyrix . ADM در مورد پردازنده هاي پنتيوم اينتل انجام مي دهند . گرچه در مورد پردازنده Z80 نسخه بهبود يافته مجبوبتر از نسخه اصلي بود .
پردازنده Z80 در سيستم هاي ارائه شده و در اواخر دهه ۷۰ و اوايل دهه ۸۰ ميلادي كه از سيستم عامل CP / M استفاده مي نموده اند . در مورد استفاده قرار گرفت . در حالي كه پردازنده ۶۵۰۲ به عنوان بهترين انتخاب براي استفاده در كامپيوترهاي اوليه Apple در نظر گرفته مي شد ( قبل از مكينتاش ).

سرنوشت هر دو شركت اينتل و مايكروسافت در سال ۱۹۸۱ يعني زمانيكه شركت IBM كامپيوترهاي شخصي خود را كه مبتني بر پر۸دازنده ۸۰۸۸ اينتل ( با فركانس ساعت ۷۷/ ۴ مگاهرتز ) و سيستم عامل MS – DOS بود تغيير يافت . از آن زمان كه اين تصميم سرنوشت ساز گرفته شد سيستم هاي سازگار با PC از يك مجموعه از پردازنده هاي اينتل يا سازگار با اينتل استفاده مي نمايند . در بخشهاي ۲بعدي اين مقاله انواع مختلف تراشه هاي پردازنده را كه در كامپيوترهاي شخصي از اولين PC ها تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته اند را مورد بررسي قرار خواهيم داد . اين بخشها جزئيات فني اين تراشه ها را ارائه نموده و توضيح خواهند داد كه چرا يك نوع از تراشه CPU مي تواند كار بيشتري را نسبت به ۲تراشه ديگر دريك پريود زماني انجام دهد .

ريز پردازنده ها و مشخصات آنها
تاريخچه ريز پردازنده هاي قبل از كامپيوترهاي شخصي :
جالب است توجه نماييد كه ريزپردازنده ، تقريبا ده سال قبل از ظهور PC ابداع گريده . ريزپردازنده توسط شركت اينتل در سال ۱۹۷۱ ابداع گرديد در حالي كه PC به وسيله شركت IBM در سال ۱۹۸۱ وارد بازار شد . اكنون با گذشت ۲۱ سال از آن زمان ما هنوز از سيستم هايي مبتني بر طرح اولين PC استفاده مي نماييم . پردازنده هاي موجود در PC هاي امروز هنوز در بسياري از جنبه هاي با ريزپردازنده ۸۰۸۸ شركت اينتل كه در سال ۱۹۸۱ به وسيله شركت IBM ابداع گرديد ، سازگار است .

۲پردازنده۴۰۰۴ در پانزدهم نوامبر سال ۱۹۷۱ معرفي گرديد و اصولاً با سرعت ساعت ۱۰۸ كيلو هرتز اجرامي۲ شد . پردازنده ۴۰۰۴ داراي ۲۳۰۰ ترانزيستور بود و بر اساس تكنولوژي ۱۰ ميكرون ساخته شد . اين بدان معناست كه هر خط ارتباطي يا ترانزيستور مي تواند حدود ۱۰ ميكرون از ساير بخشها فاصله داشته باشد . داده ها به صورت ۴ بيتي ارسال مي شدند و حداكثر حافظه قابل آدرس دهي . فقط ۶۴۰ بايت بود .

پردازنده ۴۰۰۴ براي استفاده در يك ماشين حساب طراحي گرديد ، اما پس از مدتي مشخص شد كه اين ريزپردازنده براي بسياري از امور ديگر به دليل قابليت برنامه ريزي آن مفيد خواهد بود .
در آوريل سال ۱۹۷۲ ، شركت اينتل ، پردازنده ۸۰۰۸ خود را كه اصولاً داراي فركانس ساعت ۲۰۰۰ كيلوهرتز بود به بازار عرضه نمود . پردازنده ۸۰۰۸ داراي ۳۵۰۰ ترانزيستور بود و بر اساس تكنولوژي ۱۰ ميكرون ساخته شده بود . تغيير
بزرگ ايجاد شده در پردازنده ۸۰۰۸۲ باس داده ۸ بيتي آن بود . بدان معنا كه مي توانست ۸ بيت داده را در آن واحد انتقال دهد ( دو برابر تراشه قبلي ) اين تراشه همچنين مي توانست حافظه بيشتري راتا ۱۶ كيلوبايت آدرس دهي نمايد . از اين تراشه در ابتدا در ماشين حساب هاي همه منظوره استفاده گرد۸يد .

تراشه بعدي در خط توليد شركت اينتل ريز پردازنده ۸۰۸۰ بود كه در آوريل ۱۹۷۴ معرفي گشته و داراي فركانس سرعت ۲ مگاهرتز بود . قدرت عملكرد اين تراشه تقريبا ده برابر ريز پردازنده ۸۰۰۸ بود . تراشه ۸۰۸۰ داراي ۶۰۰۰ ترانزيستور بود و بر اساس تكنولوژي ۶ ميكرون ساخته شده بود . مشابه تراشه قبلي ريز پردازنده ۸۰۸۰ داراي يك باس داده ۸ بيتي بود به طوري كه مي توانست ۸ بيت داده را در آن واحدانتقال دهد . اين ريزپردازنده مي توانست تا ۶۴ كيلوبايت حافظه را آدرس دهي نمايد .
۲تراشه ۸۰۸۰ در واقع نقطه شروع انقلاب PC محسوب مي شود ،

زيرا اين تراشه براي اولين بار در اولين كامپيوتر شخصي معروف به Altair مورد استفاده قرار گرفت . سيستم عامل CP / M براي تراشه ۸۰۸۰ طراحي گرديد و در آن زمان شركت مايكروسافت تاسيس گرديدو اولين محصول خود را به نام مايكروسافت بيسيك براي كامپيوتر Altair معرفي نمود . اين ابزار هاي اوليه مبناي انقلاب نرم افزاري را پايه گذاري كردند به دليل آنكه هزاران برنامه براي اجرا روي اين پلات فورم نرم افزاري تهيه گرديد .

در حقيقت تراشه ۸۰۸۰ آنقدر محبوب شد كه از آن به صورت انبوه استفاده مي گرديد . شركتي به نام Zilog در اواخر سال ۱۹۷۵ ميلادي تاسيس گرديد كه پايه گذاران آن برخي از مهندسان شركت اينتل بودند كه در طراحي تراشه ۸۰۸۰ نقش مهمي داشتند . در ماه ژولاي سال ۱۹۷۶ اين شركت پردازنده Z80 را كه شكل بسيار بهبود يافته ريز پردازنده ۸۰۸۰ محسوب مي شود را به بازار عرضه نمود. ريزپردازنده Z80 به لحاظ پايه هاي تراشه با ريزپردازنده ۸۰۸۰ سازگار نبود اما در عوض وظايفي همچون ريزپردازنده Z80 يك فوق مجموعه از دستورالعمل هاي ۸۰۸۰ را اجرا نمايد . همچنين داراي دستورالعمل هاي جديد و رجيستر هاي داخلي جديد بود به طوري كه نرم افزار طراحي شد براي Z80 لزوما در مدل هاي تراشه اي ۸۰۸۰ قابل اجرا نبود .

فركانس ساعت تراشه Z80 در ابتدا ۵/۲ مگاهرتز بود و ۸۵۰۰ ترانزيستور را در بر دداشت . ‌( نسخه هاي بعدي تا فركانس ۱۰ مگاهرتز ا پشتيباني نموند )
ريزپردازنده Z80 مي توانست تا ۶۴ كيلوبايت حافظه را آدرس دهي نمايد .
شركت Radio shack پردازنده Z820‌‌‌ را براي اولين كامپيوتر شخصي خود به نام TRS – ۸۰ مورد استفاده قرار داد . همچنين اين ترااشه اولين تراشه تراشه اي بود كه به وسيله بسياري ازسيستم هاي پيشرو در آن زمان مورد استفاده قرار گرفتند . ساير شركت ها نيز اين راه را در پيش گرفتند و به زودي ريزپردازنده Z80 تبديل به يك پردازنده استانداردي براي سيستم هايي كه سيستم عامل CP/ M را اجراي نمودند گرديد و نرم افزار محبوب آن زمان شد .

شركت اينتل پس از ريز پردازنده ۸۰۸۰ ريز پردازنده ۸۰۸۵ را ۸ در ماه مارس ساسل ۱۹۷۶ به بازا عرضه نمود . با وجودي كه اين ريز پردازنده چند ماه قبل از Z80 وارد بازار گرديد هرگز نتوانست محبوبيت ريز پردازنده Z80 را در سيستم هاي كامپيوتري شخصي بيايد . فركانس ساعت اين ريزپردازنده ۵ مگاهرتز بود و ۶۵۰۰ ترانزيستور را در برداشت و همچنين براي ساخت اين تراشه از پروسه ۳ ميكرون استفاده گرديد و عرض باس داده آن ۸ بيت بود. از طرف ديگر شركت MOS Thechnologis تراشه ۶۵۰۲ را در سال ۱۹۷۶ معرفي نمود .

اين تراشه به وسيله مندسان شركت موتورولا طراحي گرديد كه روي اولين پردازنده موتولار تحقيق مي كردند . نام اين پردازنده ، ۶۸۰۰ بود . ريزپردازنده ۶۵۰۲ يك پردازنده ۸ بيتي همانند ۸۰۸۰ شركت اينتل هنگام معررفي آن ۳۰۰ دلار بود . قيمت اين تراشه آنقدر وسوسه كننده بود كه Stive Wozniak از اين تراشه در طرح هاي pple 2 , Apple 1 استفاده نمود .

اين تراشه همچنين در دستگاههاي كمودور و ساير سيستمها مورد استفاده قرار گرفت . تراشه ۶۵۰۲ و اخلاف آن در بازيهاي كامپيوتري شامل NEC مورد استفاده قرار رفتند . موتورولا ، به توليد مجموعه تراشه هاي ۶۸۰۰ رو آورد كه مبنايي براي خط توليد كامپيوترهاي اپل مكينتاش گرديدند امروزه اين سيستم ها از تراشه Power PC استفاده مي نمايند .
همه اين تراشه هاي قبلي در واقع مراحل مختلف بكارگيري ريزپردازنده ها دراولين كامپيوترهاي شخصي بودند . اينتل درژوئن سال ۱۹۷۸ ميلادي ريز پردازنده ۸۰۸۶ را به بازار معرفي نمود . تراشه ۸۰۸۶ مجموعه دستور العمل X86 را به همراه داشت كه هنوز تراشه هاي سازگار با X86 همانند پنتيوم ۴ يا سازگار با آن هستند . يك بهبود قابل توجه در تراشه هاي قبلي ريز پردازنده ۸۰۸۶ ( يك طرح ۱۶ بيتي كامل با رجيستر هاي داخلي ۱۶ بيتي و يك باس داده ۱۶ بيتي ) بود.

اين بدان معنا است كه اين تراشه مي توانست روي اعداد ۱۶ بيتي به طور داخلي اجرا گشته و همچنين ۱۶ بيت داده را به طور همزمان به خارج و داخل تراشه ، انتقال دهد . ريز پردازنده ۸۰۸۶ ، ۲۹ ترانزيستور را در بر داشت و داراي فركانس ساعت ۵ مگاهرتز بود . اين تراشه همچنين از آدرس دهي ۲۰ بيتي استفاده مي نمود به طوري كه ميتوانست مستقيما يك مگابايت حافظه را آدرس دهي نمايد . با وجودي كه مستقيما با مدلهاي قبلي سازگار نبود ، دستور العمل هاي ۸۰۸۶ و زبان مورد استفاده در آن ،

خيلي مشابه با برنامه هاي قديمي تر PC بود . با وجودي كه ريز پردازنده ۸۰۸۶ در تاريخ ريز پردازنده اهميت بالايي دارد اما در زمان خودش يك ريزپردازنده گران محسوب مي شد . مهمتر اين كه تراشه به يك پشتيباني طراحي بورد و تراشه ۱۶ بيتي گرانقيمت نياز داشت .به منظور كمك در كاهش قيمت اين تراشه در سال ۱۹۷۹ شركت اينتل يك نسخه ساده شده از ۸۰۸۶ را به نام ۸۰۸۰ به بازار عرضه نمود .

پردازنده ۸۰۸۸ از همان هسته داخلي ۸۰۸۶ و همان رجيسترهاي ۱۶ بيتي و قابليت ۱ مگابايت آدرس دهي حافظه بهره گيري نمود . اما باس داده خارجي آن به ۸ بيت كاهش يافت. اين مساله امكان داد كه از مادربوردهاي ارزانقيمت تر استفاده گردد به همين دليل بود كه شركت IBM از تراشه ۸۰۸۸ در اولين كامپيوتر PC خود استفاده نمود .
اين تصميم به چند لحاظ روي تاريخ كامپيوترهاي شخصي تاثير بسيار مهمي را گذاشت . پردازنده ۸۰۸۸ به طور كامل با ۸۰۸۶ سازگاري نرم افزاري داست . بنابر اين مي توانست نرم افزارهاي ۱۶ بيتي را اجرا نمايد همچنين از آنجا كه مجموعه دستور العمل آن خيلي مشابه با مدل هاي قبلي يعني ۸۰۸۵ و ۸۰۸۰ بود . برنامه هاي تهيه شده براي اين تراشه هاي قديمي تر سريعا و به سادگي قابل اجرا روي اين تراشه بود . اين مساله باعث شد تا يك كتابخانه بزرگ از برنامه ها سريعاً براي IBM PC تهيه گشته و كمك نمود تا موفقيت بزرگي در اين زمينه حاصل شود.

از برخي جنبه ها موفقيت PC و معماري اينتل ،‌رشد كامپيوتر شخصي رامحدود نموده است .
از جنبه هاي ديگر اين موفقيت سبب گرديد تا تعداد بسيار زيادي از برنامه ها ، لوازم جانبي و سيستم نرم افزاري توسعه يافته و PC تبديل به يك استاندارد صنعتي گرديد . پردازنده ۸۰۸۸ كه در اولين PC مورد استفاده قرار گرفت نزديك به ۳۰۰۰۰ ترانزيستور داشت و داراي فركانس ساعت ۵ مگاهرتز بود . شركت اينتل يك نسخه از ريزپردازنده پنتيوم III زئون را با دو مگابايت حافظه كاشه روي تراشه و ۱۴۰ ميليون ترانزيستور عرضه نمود . همچنين اين شركت پردازنده هايي را با سرعت بيش از ۲ گيگاهرتز به بازار عرضه نموده است و البته شركت AMD فاصله چنداني با آن ندارد .
اين پيشرفت متوقف نمي شود زيرا مطابق با قانون مورهر ۵/۱ تا ۲ سال يك بار تعداد ترانزيستور روي ريزپردازنده ها دو برابر مي گردد .