یکی از قسمت های اساسی سخت افزار رایانه واحد سیستم است قسمت های مختلف واحد سیستم از قبیل :برد اصلی / ریزپردازنده /حافظه اصلی کارت های توسعه و غیره است .

برد اصلی ((mother board

يكي از مهمترين سخت‌افزارهاي تشکيل دهندهء يك كامپيوتر كه ارتباط تمامي سخت‌افزارها توسط آن انجام مي‌شود Mother Board است. Mother Board يك برد الكترونيكي است كه از تعداد زيادي المان الكترونيكي تشكيل شده و معمولاً داراي يك IC یا مدارمجتمع اصلي و تعدادي IC جانبي براي پردازش سخت‌افزارها است.
Mother Boardها داراي محل‌‌هاي متعددي براي اتصالات خاص هستند، معمولاً اين اتصالات داراي اشكال منحصر به فرد و مشخصي هستند و امكان جابجايي در اتصالات وجود ندارد.
كارتها يا بردهاي الكترونيكي، چاپگر، صفحه كليد و ماوس همگي به برد اصلي وصل مي‌شوند و مهمتر از همه CPU که روي Mother Board سوار مي‌شود.
نحوه اتصالات هر يك از قطعات متفاوت است، عده‌اي از طريق درگاهها یا port ها ، برخي از طريق شيارهاي توسعه یا Slot ها و بعضي به وسيله كابلها متصل مي‌شوند. البته لازم به ذكر است كه اتصالات به دو شكل داخلي و خارجي وجود دارند، اتصالات داخلي به قطعات Internal مربوط است كه داخل Case قرار مي‌گيرند و اتصالات خارجي به قطعات External مربوط است كه از بيرون Case به مادر برد متصل مي‌شوند.

اتصالات داخلي عبارتند از :
محل سوار شدن CPU
محل قرارگيري RAM
اتصالات IDE
محل اتصال Floppy
محل اتصال كابل برق
محل اتصال سيم‌هاي Case
شيارهاي توسعه یا Slot
پين‌هاي اتصالي USB
پين‌هاي اتصال كابل Audio
که اکنون به توضیح هر کدام می پردازیم .
محل سوار شدن CPU، بستگي به نوع Suport یا پشتيباني Mother Board از CPU دارد . مثلاً در صورتي‌كه Mother Board ،يک CPU از نوع Intel Pentium 4 را Suport نمايد، محل سوارشدن CPU از نوع Socket 478 بوده و در صورتي‌كهMother board یک CPU از نوع AMD Athlon را Suport نماید ، اين محل از نوع Socket A خواهد بود، برخي از Mother Boardها داراي ۲ يا ۴ محل براي سوار كردن CPU هستند، از اين نوع Mother Boardها معمولا در کامپيوتر هاي Server استفاده مي‌شود. براي قرار دادن CPU روي Mother Board ، ابتدا دستة متحرك جانبي را بالا آورده سپس تراشة CPU را با توجه به لبه‌ء برش خورده و فلش موجود، که در يکي از چهار گوشهء آن قراردارد ، روي محل مورد نظر قرار مي‌دهيم و سپس دستة متحرك را به سمت پايين آورده تا در جاي خود قرار گرفته و پايه‌هاي CPU را محكم كند. فراموش نكنيم كه Fan مربوط به CPU را روي آن قرار داده و پايه‌هاي آن را در جاي خود محكم نموده و سيم برق آن‌ را نيز در محل تعيين شده بر روي Mother Board وصل‌كنيم.
محل قرارگيري RAM، که به آن بانک RAM مي گويند نوعي شيار است، كه بستگي به پشتيباني مقدار RAM و نوع آن دارد. Mother Boardهاي قديمي‌تر داراي شيارهاي كوتاهتري بودند که اصطلاحاً SIMM ناميده مي‌شدند. ولي Mother Board هاي امروزي داراي دو نوع شيار هستند، يك نوع براي قرارگيري RAMهاي SDR و نوع ديگر براي قرارگيري RAMهاي DDR. سمت قرارگيري RAM روي Mother Board ، از محل وجود شكافهاي روي RAM و برجستگي‌هاي داخل شيار مشخص مي‌گردد. براي قرار دادن RAM روي Mother Board دسته‌هاي موجود در دو سر شيار را باز كرده و RAM را در امتداد عمود به سمت پايين به صورت اله کلنگي فشار مي‌دهيم تا در جاي خود قرار گيرد و دسته‌ها بسته شوند.
اتصالات IDE، محل اتصال كابل اطلاعات درايوها به كامپيوتر است . درايوهاي ديسك‌سخت یا HardDisk ، DVDROM، CD-Writer، CDROM و ديگر درايوهاي از اين نوع معمولا بوسيله اين اتصالات به Mother Board متصل مي‌شوند. محل اتصال اين كابلها به شكل مستطيلي است که داراي ۴۰ پين يا پايه مي‌باشد. اين پين‌ها در دو رديف قرار دارند و معمولاً يك پين در وسط پينها وجود ندارد، كه تعداد آنها را به ۳۹ پين مي‌رساند .
معمولا روي هر Mother Board دو اتصال يا port IDE وجود دارد و به هر كدام دو وسيله یا Device يا درايو متصل مي‌شود. همانطور که متوجه شديد معمولا چهار سخا افزار از اين طريق به mother board متصل مي شود. نام اين چهار وسيله از نظر Mother Board و به ترتيب اولويت عبارتند از :
IDE يک شامل :
IDE Primary Master
IDE Primary Slave
IDE دو شامل :
IDE Secondary Master
IDE Secondary Slave
محل اتصال Floppy مشابه با محل اتصال كابل IDE بوده ولي داراي پين‌هاي كمتر و اندازه كوچكتري مي‌باشد، تعداد پين‌ها در اين نوع اتصال ۳۳ پين است. به اين كابل نيز دو درايو فلاپي متصل مي‌شود كه اولي با نام درايو A و دومي با نام درايو B شناخته مي‌شوند. خوب است بدانيم در صورت اتصال برعكس اين كابل در يك يا دو سر آن، چراغ درايو فلاپي به طور مداوم روشن خواهد ماند.
محل اتصال كابل برق كه از Power يا منبع تغذيه Case به Mother Board متصل مي‌شود، شامل۲۰ رشته سيم مي‌باشد که ازدو دسته سيم ۱۰ تايي تشکيل شده است. در كامپيوترهاي قديمي‌تر اين دو دسته از يكديگر مجزا بودند. ولي در كامپيوترهاي امروزي متصل و به صورت يك سوكت ۲۰ رشته‌اي مي‌باشند .

البته در كامپيوترهاي Intel P4، يك كابل چهار رشته‌اي نيز وجود دارد كه به Mother Board متصل مي‌شود و در صورت عدم اتصال آن، كامپيوتر قادر به راه‌اندازي یا Boot شدن نخواهد بود.
محل اتصال سيم‌هاي Case روي Mother Board به منظور ارتباط مادربرد با Case در نظر گرفته شده اند . این سیمها عبارتند از :
سیم روشن و خاموش سیستم برای روشن یا خاموش کردن چراغ مربوطه بر روی کیس
سبم هارد دیسک برای روشن و خاموش شدن چراغ هارد دیسک در روی کیس به عنوان تبادل اطلاعات در هارد
سیم reset برای فعال نمودن این کلید بر روی کیس
سیم بلندگوی داخلی سیستم
شيارهاي توسعه یا Slot ها نيز محل‌هايي براي سوار نمودن بردهاي الكترونيكي افزودني به كامپيوتر هستند. بر روي اين شيارها مي‌توان، انواع كارت صدا ، کارت گرافيك ، مودم ، كارت شبكه ، كارت تلويزيون، کارت ماهواره و ديگر بردها از اين نوع را سوار نمود. در كامپيوترهاي امروزي سه نوع Slotها مشاهده مي‌شوند که عبارتند از :
ISA
PCI
AGP
ISA ؛ مخفف Industry Standard Architecture بوده و يك شيار بلند است، كه معمولاً به رنگ مشكي بوده و توسط يك لبه از داخل به دو قسمت مساوي تقسيم شده‌است، اين شيار قديمي‌ترين Slot روي Mother Boardهاي امروزي است. در حال حاضر و در صورت وجود اين شيار روي يك Mother Board ، كارتهاي صدا يا گرافيك قديمي روي آن سوار مي‌شوند.
PCI ؛ مخفف Peripheral component Interconnect بوده و يك شيار معمولاً سفيد رنگ است، كه توسط لبه‌اي از داخل به دو قسمت نامساوي تقسيم شده است، اين شيار مرسوم‌ترين Slot امروزي است و نسبت به شيار ISA ، داراي سرعت بيشتري مي‌باشد. تقريباً تمامي بردهاي جديد، به جز كارت گرافيك روي اين شيار قابل نصب و اتصال هستند. از اين نوع شيار حداقل یک عدد بر روي Mother Boardها قرار دارد و حتی ممكن است که یک Mother board دارای ۵ پورت PCI نیز باشد .
AGP ؛ مخفف Accelerated Graphics Port بوده و جديدترين و پرسرعت‌ترين Slot حال حاضر مي‌باشد، كه معمولاً با رنگ قهوه‌اي مشخص مي‌شود. اين Slot از لحاظ سرعت با علامت ۱x، ۲x، ۴x و ۸x شناخته شده و متناسب با سرعت كارت سوار شده بر روي آن كه يك كارت گرافيك مي‌باشد، تنظيم مي‌شود. از اين نوع شيار معمولاً تنها يك عدد روي Mother Boardها وجود دارد.

پين‌هاي اتصالي USB يكي ديگر از اتصالات داخلي كامپيوتر محسوب مي‌شود. اين پين‌ها در دو رديف ۴ و ۵ تايي قرار دارند.

پين‌هاي اتصال كابل (CD-RW)، كه يك سيم ۴ رشته‌اي را بطور مستقيم، از CD Drive به Mother Board های دارای کارت صدای On board متصل مي‌نمايد. وجود اين كابل باعث مي‌شود تا كاربر بتواند از صداي CD موسيقي Audio كه درداخل CD Drive قرار دارد به صورت مستقل از هر نرم افزاری استفاده نماید .

در پشت Case نیز اتصلاتی وجود دارد که به شكل‌هاي منحصر به فردي به چشم مي‌خورند، اما نوع چيدمان و قرارگيري آنها در Mother Boardهاي مختلف، متفاوت است. با معرفي آنها شما نيز مي‌توانيد به راحتي آنها را از يكديگر تشخيص دهيد . این اتصالات عبارتند از :
اتصلات PS2
اتصال سریال یا Com
اتصال LPT1
اتصال Game یا Midi
و اتصالات صدا
يک اتصال PS2 به رنگ بنفش براي متصل نمودن صفحه كليد است .. اتصال PS2 به شكل دايره و داراي ۶ پين ورودي مي‌باشد و برجستگي چهارگوش روي كابل PS2 باعث مي‌شود كه كاربر براي اتصال كابل به درگاه PS2 دچار اشتباه نشود.
يک اتصال PS2 نیز براي نيز اتصال ماوس در كامپيوترهاي امروزي وجود دارد، كه كاملاً شبيه به اتصال صفحه‌کليد است، با اين تفاوت که معمولاً سبز رنگ مي‌باشد. البته تفاوت اصلي در اينجاست که هنگام نگاه کردن به پشت Case ، محل اتصال ماوس در سمت راست و محل اتصال صفحه‌کليد در سمت چپ وجود دارد.

اتصال سريال يا Com، يك نوع درگاه است كه براي چندين اتصال مختلف به كار مي‌رود. اين درگاه در گذشته عمدتاً براي اتصال ماوس استفاده مي‌شد و پس از آن اغلب براي اتصال Modemهاي External و يا وسايل خاص، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. Com معمولاً به صورت ۲ درگاه كنار هم در پشت كامپيوترها وجود دارد. درگاه Com از ۹ پين كه در دو رديف ۵ و ۴ تايي چيده شده است تشکيل مي‌شود. به اين دو درگاه Com2, Com1 مي‌گويند، Com4 , Com3 نيز معمولاً به صورت مجازي براي اتصال مودم‌هاي Internal وجود دارند. البته برخي از MotherBoardها تنها داراي يک درگاه Com مي باشند .

اتصال LPT1، port يا درگاهي با ۲۵ پين ورودي است، كه در دو رديف ۱۲ و ۱۳ تايي قرار دارند. از اين درگاه معمولاً براي وصل نمودن چاپگريا اسكنر استفاده مي‌شود . البته ديگر استفاده اين درگاه اتصال قفل‌هاي سخت‌افزاري به آن است. اين درگاه معمولاً با رنگ صورتي يا قرمز ديده مي‌شود.

اتصال Game/MIDI، درگاهي است با ۱۵ پين ورودي که براي اتصال دستةبازي يا Joystick استفاده مي‌شود. البته اين Port جزئي از كارت صدا است ولي در Mother Boardهايي كه كارت‌ صداي آنها به‌صورت Onboard ميباشد، مي‌توان آنرا در پشت کامپيوتر ديد. اين درگاه معمولاً با رنگ زرد مشخص مي‌شود.

اتصالات صدا كه به دليل Onboard بودن كارت صدا بين اتصالات Mother Board ديده مي‌شود ، معمولا سه‌تا هستند كه هر سه به وسيلة يک فيش متوسط به Speaker، راديوپخش و ميكروفن متصل مي‌شوند.

اجزاي ديگري نيز روي يک MainBoardقرار دارد که اکنون به توضيح انها مي پردازيم :
Bios،که مخفف Basic input/output system بوده و يك مدار مجتمع یا IC است كه كامپيوتر براي راه‌اندازي اوليه و قبل از بارگذاري سيستم عامل، از آن استفاده مي‌كند. در Bios اطلاعاتي راجع به سخت‌افزارهاي متصل و تنظيماتي راجع به ساعت كامپيوتر و ديگر ابزار ها و سخت‌افزارها قرار دارد كه مي‌توان اطلاعات آن را به نوعي تغيير داد. گفتني است كه Bios يك حافظه از نوع E2PROM است که فقط اطلاعات از روي آن خوانده مي شود .
باطري Bios، يك باطري با طول عمر زيادی در ۵ سال است، كه از آن براي نگهداري اطلاعات روي Bios استفاده مي‌شود. در كامپيوترهاي قديمي‌تر براي Reset كردن و برنامه‌ريزي دوبارة Bios، باطري آن را برداشته و پس از مدتي در جاي خود قرار مي‌دادند، اما در Mother Boardهاي جديد يك jumper و يا اتصال دو Pin پين باعث Reset شدن Bios و بارگذاري اطلاعات قبلي و پيش فرض آن مي شود .
يکي از اجزاي ديگري که بارها ديده‌ايم Chipset است. اين كلمه عنواني است براي مدارات مجتمعي كه اصولاً هسته‌هاي مركزي يك MotherBoard را تشکيل مي دهند . البته اغلب Mother Boardها يك Chipset اصلي دارند، كه ساخت كارخانه‌هاي مختلف و البته معروفي است. برخي از اين كارخانه‌ها عبارتند از Solteck, MSI, ALI, VIA, GIGA, Intel, Abit .

اکنون که ارائه توضيحات فني mother board به اتمام رسيد به توضيح مطالبي که در هنگام خريد يک mother board مهم مي باشد بپردازيم .
اولين موضوع در مورد خريد يک MainBoard سازگاري و پشتيباني آن از نوع و سرعت CPU است. با توجه به مطالب گفته شده در مورد نوع Socketها براي بارگذاري CPU ، بايد نوع MainBoard را انتخاب نمود که به اين سوکتها معمولا Zif Socket مي گويند . مثلاً اگر شما يک CPU ازنوع Sempron انتخاب نموديد، بايد مادر بوردي انتخاب نماييد، که اولاً CPU را بتوان روي آن سوار نمود، يعني محل نصب پردازنده از نوع Socket 7 باشد و دوماً پهناي باند سرعت انتقال اطلاعات CPU و MainBoard با هم سازگاري داشته باشند. يکي از راه‌هاي مناسب براي انتخاب يک MainBoard مناسب مراجعه به WebSite شرکت سازندهء CPU ، ودريافت نام و مدل بهترين MainBoard از نظر شرکت مذکور مي‌باشد.
پس از انتخاب نوع MainBoard از لحاظ نوع CPU ، نوبت به ديگر مشخصات يک MainBoard مي‌رسد، که يک به يک به آنها مي‌پردازيم :
۱- پشتيباني نهايي CPU ؛ که عبارتست از بهترين CPU ، با بالاترين سرعت، که MainBoard پشتيباني مي‌کند. به عنوان مثال شما يک CPU با سرعت ۲٫۴GHz انتخاب‌نموده‌ايد، اما بهتر است مادر بوردي انتخاب‌نماييد که بتواند يک پردازنده با سرعت ۳٫۰GHz را نيز پشتيباني‌کند، زيرا دراين‌‌صورت اگر بعدها به فکر ارتقاء سيستم خود بيافتيد، کافي است تنها CPU کامپيوتر خود را تعويض نموده تا سرعت سيستم خود را افزايش دهيد .
موضوع بعدي، نوع جايگاه RAM يا بانک Ram و سرعت انتقال اطلاعات RAM در MainBoard است. در اين مورد بايد دقت شود، که MainBoard چه نوعي از RAM را پشتيباني مي‌کند؟ DDR يا SDR . همچنين مهم است که يک MainBoard از چه ميزان BUS براي RAM پشتيباني ‌کند؟ . اين مقدار براي RAMهاي SDR در رنجِ ۶۶، ۱۰۰ و ۱۳۳ مگا هرتز و براي RAMهاي DDR در محدودهء ۲۶۶، ۳۳۳ ، ۴۰۰ و ۵۳۳ مگا هرتز مي باشد . که البته هرچه اين ميزان بيشتر باشد سرعت کامپيوتر بيشتر خواهد‌بود. گفتني است جديدترين مادر برد هاي امروزي ، قابليت پشتيباني از Ram های DDR2 را داراست.
نکته ديگر پهناي باند انتقال اطلاعات در MainBoard است، که اصطلاحاً به آن FSB گويند. اين پهناي باند براي انتقال اطلاعات بين سخت افزارهاي تعبيه شده در داخل MainBoard است، که مي‌توان آنرا با مقاديري مانند ۲۶۶، ۳۰۰، ۳۳۳، ۴۰۰، ۵۳۳ و ۸۰۰ مگا هرتز مشاهده نمود. البته به تازگي شرکت Intel يک تراشه براي پشتيباني از بردهاي اصلي با FSB معادل ۱۰۶۶ توليدنموده‌است.
علاوه بر نکات گفته شده ، نوع و تعداد Slotهاي روي MainBoard نيز حائز اهميت است، بدين شکل که بهتر است تا تعداد Slotها طوري باشد که علاوه بر رفع نياز ما، حداقل يک يا دو Slot نيز براي نيازهاي بعدي خالي بماند. مثلاً اگر ما از کارت يا برد الکترونيکي استفاده مي‌کنيم، که روي شيار ISA نصب مي‌شود، MainBoard انتخابي، حتماً بايد داراي اين شيار باشد.
نکته مهم ديگر وجود شيار AGP روي MainBoard و داشتن سرعت مناسب است. اهميت اين مسئله در اين است که در حال حاضر تقريبا تمام کارتهاي گرافيک پرقدرت موجود در بازار بر روي اين شيار نصب مي‌شوند . البته سرعت اين شيار هرچه بيشتر باشد ، چون مي‌تواند از کارتهاي گرافيک کم سرعت‌تر نيز پشتيباني‌کند، مفيدتر خواهد بود.
همچنين بسيار مهم است که يک MainBoard امروزي درگاه USB و USB2 داشته باشد، زيرا همانطور که مي‌دانيد بسياري از وسايل و ابزارهاي جانبي، مانند دوربين‌هاي فيلم‌برداري و عکاسي ديجيتال، چاپگرها، اسکنرها و بسياري ديگر از اين دست، به اين درگاه متصل مي‌شوند، پس بهتر است که مادر برد ما داراي اين درگاه نيز باشد .
همچنين ممکن است روي جعبه MainBoard ، چند نوشته برجسته و مشخص ديگر نيز مشاهده شود. کلمه Dual Bios يکي از آنهاست. وجود اين مشخصه بدين‌معني است که MainBoard موجود داراي دو Bios است. يکي براي استفاده عادي است و ديگري به عنوان BackUp . Bios دوم هنگامي استفاده مي‌شود که به هر علتي ، Bios اول دچار مشکل حادي گردد و يا مشکلي ناهنجار براي آن به وجود آيد. البته از اين امکان به عنوان يک انقلاب! در ساخت MainBoard ها ياد ‌شده است.
گزينه ديگري که ممکن است به چشم بخورد، EasyTune و يا چيزي مشابه آن است. اين واژه به معني وجود يک نرم‌افزار براي دريافت گزارش و ايجاد کنترل روي MainBoard است، که البته در محيط Windows قابل استفاده مي‌باشد.
و فراموش نکنيم که ، چه خوب است به گارانتي هر سخت افزاري که مي‌خريم، توجه کنیم

پردازنده
کامپيوتری که هم اکنون بکمک آن در حال مشاهده و مطالعه اين صفحه هستيد ، دارای يک ريزپردازنده است . ريزپردازنده بمنزله مغز در کامپيوتر است. تمام کامپيوترها اعم از کامپيوترهای شخصی ، کامپيوترهای دستی و … دارای ريزپردازنده می باشند. نوع ريزپردازنده استفاده شده در يک کامپيوتر می تواند متفاوت باشد ولی تمام آنها عمليات يکسانی را انجام خواهند داد.

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 ۱۹۷۱ و با نام Intel 4004 معرفی گرديد. ريزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا” قادر به انجام عمليات جمع و تفريق چهار بيتی 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 ، ۸۰۸۰ بود. پردازنده فوق هشت بيتی و بر روی يک تراشه قرار داشت . اين ريزپردازنده در سال ۱۹۷۴ به بازار عرضه گرديد.اولين پردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنيای کامپيوتر شد ، ۸۰۸۸ بود. ريزپردازنده فوق در سال ۱۹۷۹ توسط شرکت IBM طراحی و اولين نمونه آن در سال ۱۹۸۲ عرضه گرديد. وضعيت توليد ريزپردازنده توسط شرکت های توليد کننده بسرعت رشد و از مدل ۸۰۸۸ به ۸۰۲۸۶ ، ۸۰۳۸۶ ، ۸۰۴۸۶ ، پنتيوم ، پنتيوم II ، پنتيوم III و پنتيوم ۴ رسيده است . تمام پردازنده های فوق توسط شرکت اينتل و ساير شرکت های ذيربط طراحی و عرضه شده است . پردازنده های پنتيوم ۴ در مقايسه با پردازنده ۸۰۸۸ عمليات مربوطه را با سرعتی به ميزان ۵۰۰۰ بار سريعتر انجام می دهد!.
درون يک پردازنده
بمنظورآشنائی 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 :
۱ – 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.
۲ – يک ريزپردازنده قادر به انتقال داده از يک محل حافظه به محل ديگر است .
۳ – 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 ۸ ، ۱۶ و يا ۳۲ 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 ۸ ، ۱۶ و يا ۳۲ 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 ” ۳-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

حافظه
حافظه با هدف ذخيره سازی اطلاعات ( دائم ، موقت ) در کامپيوتر استفاده می گردد. از انواع متفاوتی حافظه درکامپيوتر استفاده می گردد .
 RAM
 ROM
 Cache
 Dynamic RAM
 Static RAM
 Flash Memory
 Virtual Memory
 Video Memory
 BIOS
استفاده از حافظه صرفا” محدود به کامپيوترهای شخصی نبوده و در دستگاههای متفاوتی نظير : تلفن های سلولی، PDA ، راديوهای اتومبيل ، VCR ، تلويزيون و … نيز در ابعاد وسيعی از آنها استفاده بعمل می آيد.هر يک از دستگاههای فوق مدل های متفاوتی از حافظه را استفاده می نمايند.
مبانی اوليه حافظه
با اينکه می توان واژه ” حافظه ” را بر هر نوع وسيله ذخيره سازی الکترونيکی اطلاق کرد، ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه های سريع با قابليت ذخيره سازی موقت استفاده بعمل می آيد. در صورتيکه پردازنده مجبور باشد برای بازيابی اطلاعات مورد نياز خود بصورت دائم از هارد ديسک استفاده نمائد، قطعا” سرعت عمليات پردازنده ( با آن سرعت بالا) کند خواهد گرديد. زمانيکه اطلاعات مورد نياز پردازنده در حافظه ذخيره گردند، سرعت عمليات پردازنده از بعد دستيابی به داده های مورد نياز بيشتر خواهد گرديد. از حافظه های متعددی بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.

همانگونه که در شکل فوق مشاهده می گردد ، محموعه متنوعی ازانواع حافظه ها وجود دارد . پردازنده با توجه به ساختار سلسله مراتبی فوق به آنها دستيابی پيدا خواهد کرد. زمانيکه در سطح حافظه های دائمی نظير هارد و يا حافظه دستگاههائی نظير صفحه کليد، اطلاعاتی موحود باشد که پردازنده قصد استفاده از آنان را داشته باشد ، می بايست اطلاعات فوق از طريق حافظه RAM در اختيار پردازنده قرار گيرند. در ادامه پردازنده اطلاعات و داده های مورد نياز خود را در حافظه Cache و دستورالعمل های خاص عملياتی خود را در ريجسترها ذخيره می نمايد.
تمام عناصر سخت افزاری ( پردازنده، هارد ديسک ، حافظه و …) و عناصر نرم افزاری ( سيستم عامل و…) بصورت يک گروه عملياتی بکمک يکديگر وظايف محوله را انجام می دهند . بدون شک در اين گروه ” حافظه ” دارای جايگاهی خاص است . از زمانيکه کامپيوتر روشن تا زمانيکه خاموش می گردد ، پردازنده بصورت پيوسته و دائم از حافظه استفاده می نمايد. بلافاصله پس از روشن نمودن

کامپيوتر اطلاعات اوليه ( برنامه POST) از حافظه ROM فعال شده و در ادامه وضعيت حافظه از نظر سالم بودن بررسی می گردد ( عمليات سريع خواندن ، نوشتن ) .در مرحله بعد کامپيوتر BIOS را ازطريق ROM فعال خواهد کرد. BIOS اطلاعات اوليه و ضروری در رابطه با دستگاههای ذخيره سازی، وضعيت درايوی که می بايست فرآيند بوت از آنجا آغاز گردد، امنيت و … را مشخص می نمايد. در مرحله بعد سيستم عامل از هارد به درون حافظه RAM استفرار خواهد يافت . بخش های

مهم و حياتی سيستم عامل تا زمانيکه سيستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود. در ادامه و زمانيکه يک برنامه توسط کاربر فعال می گردد، برنامه فوق در حافظه RAM مستقر خواهد شد. پس از استقرار يک برنامه در حافظه و آغاز سرويس دهی توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فايل های مورد نياز برنامه فوق، در حافظه مستفر خواهند شد.و در نهايت زمانيکه به حيات يک برنامه خاتمه داده می شود (Close) و يا يک فايل ذخيره می گردد ، اطلاعات بر روی يک رسانه

ذخيره سازی دائم ذخيره و نهايتا” حافظه از وجود برنامه و فايل های مرتبط ، پاکسازی ! می گردد.
همانگونه که اشاره گرديد در هر زمان که اطلاعاتی ، مورد نياز پردازنده باشد، می بايست اطلاعات درخواستی در حافظه RAM مستقر تا زمينه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد. چرخه درخواست اطلاعات موجود درRAM توسط پردازنده ، پردازش اطلاعات توسط پردازنده و نوشتن اطلاعات جديد در حافظه يک سيکل کاملا” پيوسته بوده و در اکثر کامپيوترها سيکل فوق ممکن است در هر ثانيه ميليون ها مرتبه تکرار گردد.

نياز به سرعت دليلی بر وجود حافظه های متنوع
چرا حافظه در کامپيوتر تا بدين ميزان متنوع و متفاوت است ؟ در پاسخ می توان به موارد ذيل اشاره نمود:

پردازنده های با سرعت بالا نيازمند دستيابی سريع و آسان به حجم بالائی از داده ها بمنظور افزايش بهره وری و کارآئی خود می باشند.. در صورتيکه پردازنده قادر به تامين و دستيابی به داده های مورد نياز در زمان مورد نظر نباشد، می بايست عمليات خود را متوقف و در انتظار تامين داده های مورد نياز باشد. پردازند ه های جديد وبا سرعت يک گيگا هرتز به حجم بالائی از داده ها (

ميليارد بايت در هر ثانيه ) نياز خواهند داشت . پردازنده هائی با سرعت اشاره شده گران قيمت بوده و قطعا” اتلاف زمان مفيد آنان مطلوب و قابل قبول نخواهد بود. طراحان کامپيوتر بمنظور حل مشکل فوق ايده ” لايه بندی حافظه ” را مطرح نموده اند. در اين راستا از حافظه های گران قيمت با

ميزان اندک استفاده و از حافظه های ارزان تر در حجم بيشتری استفاده بعمل می آيد. ارزانترين حافظه متدواول ، هارد ديسک است . هارد ديسک يک رسانه ذخيره سازی ارزان قيمت با توان ذخيره سازی حجم بالائی از اطلاعات است . با توجه به ارزان بودن فضای ذخيره سازی اطلاعات بر روی هارد، اطلاعات مورد نظر بر روی آنها ذخيره و با استفاده از روش های متفاوتی نظير : حافظه مجازی می توان بسادگی و بسرعت بدون نگرانی از فضای فيزيکی حافظه RAM ، از آنها استفاده نمود.

حافظه RAM سطح دستيابی بعدی در ساختار سلسله مراتبی حافظه است . اندازه بيت يک پردازنده نشاندهنده تعداد بايت هائی از حافظه است که در يک لحظه می توان به آنها دستيابی داشت. مثلا” يک پردازنده شانزده بيتی ، قادر به پردازش دو بايت در هر لحظه است . مگاهرتز واحد سنجش سرعت پردازش در پردازنده ها است و معادل “ميليون در هر ثانيه” است . مثلا” يک کامپيوتر ۳۲ بيتی پنتيوم iii با سرعت ۸۰۰-MHz ، قادر به پردازش چهار بايت بصورت همزمان و ۸۰۰

ميليون بار در ثانيه است . حافظه RAM بتنهائی دارای سرعت مناسب برای همسنگ شدن با سرعت پردازنده نيست . بهمين دليل است که از حافظه های Cache استفاده می گردد. بديهی است هر اندازه که سرعت حافظه RAM بالا باشد مطلوب تر خواهد بود.اغلب تراشه های مربوطه امروزه دارای سرعتی بين ۵۰ تا ۷۰ Nanoseconds می باشند. سرعت خواندن و يا نوشتن در حافظه ارتباط مستقيم با نوع حافظه استفاده شده دارد .در اين راستا ممکن است از حافظه های

DRAM,SDRAM,RAMBUS استفاده گردد. سرعت RAM توسط پهنا و سرعت Bus ، کنترل می گردد. پهنای Bus ، تعداد بايتی که می تواند بطور همزمان برای پردازنده ارسال گردد را مشخص و سرعت BUS به تعداد دفعاتی که می توان يک گروه از بيت ها را در هر ثانيه ارسال کرد اطلاق می گردد. سيکل منظم حرکت داده ها از حافظه بسمت پردازنده را Bus Cycle می گويند مثلا” يک Bus با وضعيت : ۱۰۰MHz و ۳۲ بيت، بصورت تئوری قادر به ارسال چهار بايت به پردازنده و يکصد ميليون مرتبه در هر ثانيه است . در حاليکه يک BUS شانرده بيتی ۶۶MHZ بصورت تئوری قادر به ارسال دو بايت و ۶۶ ميليون مرتبه در هر ثانيه است . با توجه به مثال فوق مشاهده می گردد که با تغيير پهنای BUS از شانزده به سي و دو و سرعت از ۶۶MHz به ۱۰۰MHz سرعت ارسال داده برای پردازنده سه برابر گرديد.
ريجستر و Cache
با توجه به سرعت بسيار بالای پردازنده حتی در صورت استفاده از Bus عريض وسريع همچنان مدت زمانی طول خواهد کشيد تا داده ها از حافظه RAM برای پردازنده ارسال گردند. Cache با اين هدف طراحی شده است که داده های مورد نياز پردازنده را که احتمال استفاده از آنان بيشتر است ، در دسترس تر قرار دهد . عمليات فوق از طريق بکارگيری مقدار اندکی از حافظه Cache که Primary و يا Level 1 ناميده می شود صورت می پذيرد. ظرفيت حافظه های فوق بسيار اندک بوده و از دو کيلو بايت تا شصت و چهار کيلو بايت را، شامل می گردد. نوع دوم Cache که Secodray و يا level 2 ناميده می شود بر روی يک کارت حافظه و در مجاورت پردازنده قرار می گيرد. اين نوع Cache دارای يک ارتباط مستقيم با پردازنده است. يک مدار کنترل کننده اختصاصی بر روی برد اصلی که ” کنترل کننده L2 ” ناميده می شود مسئوليت عمليات مربوطه را برعهده خواهد گرفت . با توجه به نوع پردازنده ، اندازه حافظه فوق متغير بوده و دارای دامنه ای بين ۲۵۶Kb تا ۲MB است. برخی از پردازنده های با کارائی بالا اخيرا” اين نوع Cache را بعنوان جزئی جداناپذير در کنار خود دارند. ( بخشی از تراشه پردازنده ) در اين نوع پردازنده ها با توجه به اينکه Cache بخشی از پردازنده محسوب می گردد، اندازه آن متغير بوده و بعنوان يکی از مهمترين شاخص ها در کارائی پردازنده مطرح است.

نوع ديگری از RAM با نام SRAM ( حافظ های با دستيابی تصادفی ايستا ) نيز وجود داشته که در آغاز برای Cache استفاده می گرديد. اين نوع حافظه ها از چندين ترانزيستور ( معمولا” چهار تا شش ) برای هر يک از سلول های حافظه خود استفاده می نمايند. حافظه های فوق دارای مجموعه ای از فليپ فلاپ ها با دو وضعيت خواهند بود. بنابراين حافظه های فوق قادر به بازخوانی

اطلاعات بصورت پيوسته نظير حافظه های DRAM نخواهند بود. هر يک از سلول های حافظه ماداميکه منبع تامين انرژی آنها فعال (On) باشد داده های خود را ذخيره نگاه خواهند داشت . در اين حالت ضرورتی به بازخوانی اطلاعات بصورت پريوديک نخواهد بود . سرعت حافظه های فوق بسيار بالا است ، ولی بدليل قيمت بالا ، در حال حاضر بعنوان جايگزينی استاندارد برای حافظه های RAM مطرح نمی باشند.

انواع حافظه
حافظه ها را می توان بر اساس شاخص های متفاوتی تقسيم بندی کرد . Volatile و Nonvolatile نمونه ای از اين تقسيم بندی ها است . حافظه های volatile بلافاصله پس از خاموش شدن سيستم اطلاعات خود را از دست می دهند. و همواره برای نگهداری اطلاعات خود به منبع تامين انرژی نياز خواهند داشت . اغلب حافظه های RAM در اين گروه قرار می گيرند. حافظه های Nonvolatile داده های خود را همچنان پس از خاموش شدن سيستم حفظ خواهند کرد. حافظه ROM نمونه ای از اين نوع حافظه ها است .