پژوهشي در زمينه اجزاء سخت افزار كامپيوتر

۱- توانايي درك ساختمان CPU
1-1- آشنايي با تعريف عملياتي CPU
CPU يا Processor اساسي ترين جزء يك كامپيوتر مي‎باشد. CPU يك آي سي يا تراشه يا chilp است كه از مدارات مجتمع فشرده زيادي تشكيل شده است. بعبارت ديگر مهمترين آي سي يك كامپيوتر ريز پردازنده يا CPU آن است. محل قرار گرفتن آن روي برد داخلي و در جاي ويژه اي از مادربرد قرار دارد.

در سراسر جهان شركتاهي زيادي به توليد اين آي سي پرداخته اند از معروفترين آنها ميتوان ريز پردازنده Motorolla- intel و AMD و Cyrix را نام برد.
ريز پردازنده از واحدهاي گوناگوني تشكيل شده كه هر واحد وظيفه خاصي را انجام مي‎دهد. با قرار گرفتن اين واحدها در كنار يكديگر يك ريز پردازنده به صورت يك مجموعه مجتمع و فشرده تشكيل مي‎شود. هر ريز پردازنده از واحدهاي زير تشكيل شده است.

۱- واحد محاسبه و منطق (ALU)
اين واحد شامل مداراتي است كه ميتواند محاسبات برنامه هاي كامپيوتري را انجام دهد، مثلا مجموع دو عدد را بطور منطقي محاسبه مي‎كند. ALU مخفف كلمات Aritmatic- Logic- Unit است.
۲- واحد كنترل CU يا conmtrol- unit اين واحد بر واحد ورودي و خروجي حافظه هاي گوناگوني نظارت مي‎كند و چگونگي ورود و خروج آنها را كنترل مي‎كند.

۳- حافظه هاي ثابت يا Register
هر ريز پردازنده براي جمع آوري اطلاعات نياز به يك محل موقت دارد تا داده ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نمايد، كه اين محلهاي موقت را حافظه هاي ثابت يا Register مي گويند.

۴- حافظه هاي پنهان يا cache
حافظه مخفي يا cache يك حافظه سريع است كه مورد استفاده CPU قرار مي‎گيرد. بعبارت ديگر چون سرعت عمليات CPU زياد است لذا اطلاعات نيز بايد با سرعت زياد از حافظه اصلي خوانده و پردازش شود، اما سرعت حافظه اصلي كمتر از سرعت CPU است لذا خواندن اطلاعات با مكث همراه مي شود، اين حالت انتظار باعث كند شدن سرعت كامپيوتر مي گردد .

به منظور جبران اين وضع از واحدي به نام Ca che استفاده مي كنند كه سرعت آن برابر سرعت CPU است. در نتيجه مقداري از محتويات حافظه اصلي كه مورد استفاده CPU است به حافظه Cache منتقل مي گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت cpu مطابقت داشته باشد.

پردازنده هاي كامپيوترهاي شخصي معمولاً بصورت يك مستطيل يا مربع شكل است و بر روي آن حروف و ارقامي ديده مي‎شود.
۱٫ نام سازنده پردازنده
۲٫ نسل پردازنده
۳٫ مدل پردازنده
۴٫ سرعت پردازنده
۵٫ ولتاژ پردازنده و شماره سريال

۲-۱- آشنايي با تراكم عناصر ساختماني در پردازنده
CPU از مجموع قطعات الكترونيكي مخصوصات تراتريستورهاي مختلف تشكيل يافته است. مثلا اولين بار شركت AMD با قرار دادن ۵۰۰۰۰۰ تراتريستور پردازنده هاي K6 را با به بازار عرضه نمود. يا شركت Intel پردازنده SL 80368 را در آن ۸۵۵۰۰۰ تراتريستور بكار رفته و داراي ۳۲ بيت خط حامل داخلي و ۱۶ بيت خط حامل خارجي بود به بازار عرضه نمود. همچنين شركت اينتل پروسسورهاي ۸۰۵۸۶ را كه بيش از يك ميليون تراتريستور تشكيل شده بود به بازار عرصه نموده است.

۳-۱- آشنايي با سرعت ساعت سيستم
سرعت پردازنده مستقيما روي عملكرد آن اثر مي گذارد. يعني هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سريعتر است، معمولاً سرعت پردازنده ها برحسب مگاهرتز بيان مي‎شود.

و برخي از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعي آن نا گذاري نمي كنند بلكه سرعت آنها را بصورت مقايسه اي با پردازنده هاي IBM مي نويسند و آن را با PR نمايش مي دهند. مثلا PR 100 يعني سرعت معادل ۱۰۰ مگاهرتز است و اگر علام + در جلوي عدد نوشته شود به مفهوم اين است كه از سرعت نوشته شده نيز بيشتر است مثلا + PR133 يعني سرعت پردازنده در مقايسه با پردازنده پتنيوم ۱۳۳ نيز بيشتر است.

۴-۱- آشنايي با سرعت ساعت داخلي
هر پردازنده عمليات داخلي خود را براساس سيگنالهاي ساعت داخلي انجام مي‎دهد. بعبارت ديگر سرعت داخلي هر پردازنده تقريبا برابر همان سرعتي است كه روي پردازنده ذكر شده.

۱-۴-۱- سرعت ساعت خارجي سيستم
بعضي از پردازنده ها نياز به سيگنالهاي ساعت خارجي دارند. مثلا Z80 كه قلا در كامپيوترهاي اوليه بكار مي رفت نياز بيك سيگنال ساعت خارجي كه بين صفر تا ۵ ولت نوسان كند، داشت يعني نوسان ساز را در مخارج از مدار با آي سي هاي (TTL) مانند ۷۴۰۴ و يك كريستال مي ساختند و بعدا وارد مدار ريز پردازنده مي نمودند.

اكنون نيز همان سيستم ها برقرار است ولي با پيشرفت تكنولوژي از روشهاي بهتر و مداراتي كه داراي تشعشع كمتر و انرژي تلف شده كمتري مي باشند استفاده مي كنند مثلا در ريزپردازنده DX4 80486 ساخت شركت اينتل از يك سيگنال ساعت داخلي يا سرعت ۱۰۰ مگاهرتز استفاده شده است.

توجه: چون سرعت پردازش در CPU ها بسيار اهميت دارد در نامگذاري كامپيوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نيز بازگو مي كنند مثلا P5-100 يعني پردازنده اين كامپيوتر پنتيوم (۸۰۵۶۸) و سرعت آن ۱۰۰ مگاهرتز است يا P5-200/MMX يعني پردازنده پنتيوم يا سرعت ۲۰۰ مگاهرتز يا تكنولوژي MMX مي‎باشد.

۵-۱- آشنايي با مديريت انرژي پردازنده
بمنظور جلوگيري از انرژي تلف شده در پردازنده ها و كنترول توان مصرفي آنها در برنامه Setup سيستم بخشي به نام power management در نظر گرفته شده است تا در زمان استفاده نكردن از كامپيوتر پس از مدت زماني كه در تنظيم setup وجود دارد سيستم بحالت خاموش يا reset مي رود. بديهي است بمحض استفاده از كامپيوتر مجدداً بحالت فعال در آمده و عمليات خود را انجام مي‎دهد.

توجه: در برنامه هاي NU و NC نيز گزينه هاي مانند contigure وجود دارد كه ميتوان انرژي سيستم و پردازنده و مانيتور را مديريت و كنترل نمود.
۶-۱- آشنايي با ولتاژ عمليات پردازنده
پردازنده هاي پنتيوم سري p54c با يك ولتاژ كار مي كرد. ولي پردازنده هاي P55C به علت تغيير در جريان برق تغذيه كننده، تكنولوژي دوگانه به كار رفته است.

اين پردازنده جهت كاهش حرارت به ۲ ولتاژ مختلف يكي ۲٫۵ ولت براي هسته وديگري ۳٫۳ ولت براي بخش ورودي / خروجي نياز دارد.
بطور كلي يكي از تكنولوژي هاي توليد پردازنده اين است كه سيم كشي هاي درون آن نازكتر باشند كه در اين صورت پردازنده به ولتاژ و جريان كمتري نياز خواهد داشت و همين مسئله باعث مي‎شود كه پردازنده ها با سرعت بيشتري كار كرده و گرماي كمتري توليد كنند. به همين دليل پردازنده هاي با ولتاژ دوگانه طراحي شده است.

ولي بخش ورودي / خروجي (I/O) به ۳٫۳ ولت نياز دارد كه در مادربردهاي جديد Soket 7 بكار رفته و هر كارخانه سازنده با ولتاژهاي مختلفي كار مي كنند كه در زير، ولتاژ چند پر دازنده مختلف بعنوان نمونه ذكر شده است.

۷-۱- آشنايي با خاصيت MMX در پردازنده ها
MMX تكنولوژي است كه در ژانويه ۱۹۹۷ به بازار آمد و هدف آن افزايش سرعت و كيفيت كارهاي مالتي مديا (چند رسانه اي) مي باشد كه در اين پردازنده ها يك سري دستورالعملهاي جديد ايجاد شده كه حدودا ۵۷ دستور العمل است.

يعني ۴ نوع داده (data type) جديد و ۸ رجيستر ۶۴ بيتي به پردازنده هاي قبلي اضافه شده است كه توانايي پردازنده را بالا برده و برنامه نويسان حرفه اي مي‎تواند در برنامه هايشان از اين دستور العمل ها استفاده نمايند تا سرعت اجراي برنامه افزايش يابد. برنامه هايي كه با استفاده از دستورات mmx نوشته مي‎شوند و در پردازنده هاي معمولي نيز اجرا مي‎شوند ولي سرعت اجراي برنامه كمتر مي‎باشد. CPU هاي MMX به P55C معروف مي باشند.

۲- توانايي شناخت نسلهاي پردازنده
كامپيوترها از زمان تولد تا كنون دچار تحولات و تغييرات بسيار زيادي شده اند بطوريكه پردازنده ها كه مغز اصلي كامپيوترها هستند، مرتبا در حال تكامل و پيشرفت مي باشند و انواع جديد آنها با قيمتهاي كم و سرعتهاي بالا و هوشمند ببازار عرضه مي‎شود. بدانجهت قبل از شناخت نسلهاي پردازنده اشاره مختصري به نسلهاي كامپيوتر خواهيم داشت.

۱- نسل اول (لامپهاي خلاء)
اين نلس كه در سال ۱۹۴۶ تا ۱۹۵۹ توليد شد براساس لامپهاي خلاء ساخته و عرضه گرديد. منتها بعلت بزرگي و مصرف انرژي زياد و قيمت بالا و سرعت كم سريعا از رده خارج شد.
۲- نسل دوم (ترانزيستوري)
اين نسل از كامپيوترها از سال ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۴ توليد شدند كه پردازش اطلاعات آن توسط مدارات تراتريستوري انجام مي گرفت و نسبت به نسل اول كوچگتر و داراي سرعت بالايي بودند. از معروفترين كامپيوترهاي اين نسل مي‎توان به كامپيوترهاي IBM اشاره نمود.

۳- نسل سوم (مدارات مجتمع يا IC)
اين نوع از كامپيوترها كه از سال ۱۹۶۴ تا ۱۹۷۱ توليد شد. در مدارات خود از مدارات مجتمع يا IC كه مخفف كلمات (Integrate circuits) است استفاده گرديد. اين نسلي از كامپيوترها داراي ويژگي بهتري نبست به نسل هاي قبلي بود و علاوه بر كوچك شدن حجم كامپيوتر سرعت