X
تبلیغات
بشير - ریزپردازنده چیست؟

بشير

براي شما

ریزپردازنده چیست؟

ریزپردازنده چیست؟

کامپيوتری که هم اکنون به کمک آن در حال مشاهده و مطالعه اين صفحه هستيد، دارای يک ريزپردازنده است. ريزپردازنده به منزله 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 تقریبا عمليات يکسانی را انجام می دهند.

واحد مرکزی پردازش در هر کامپیوتر ، که پردازش های مختلف در آنجا انجام می گیرد، پردازنده یا CPU نام دارد. با استفاده از تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی می توان این واحد پردازنده (CPU) را کوچک (ریز) نموده و در یک بسته بندی یا تراشه (IC) قرار داد، که به آن ریزپردازنده یا میکروپروسسور گویند. پس در حالت کلی کلمه CPU یک مفهوم کلی تری از کلمه ریزپردازنده است. با پیشرفت تکنولوژی، هم اکنون تمام CPUها بصورت ریزپردازنده ساخته می شود در صورتی که در کامپیوترهای نسلهای پایین تر به دلیل پایین بودن تکنولوژی ، امکان ساخت CPU بصورت متمرکز و در داخل یک بسته بندی (تراشه) وجود نداشت.

تاريخچه مختصري از ريزپردازنده ها

نگاهي به تاريخچه 111 نوع ريز پردازنده

(با سرعت 100 تا 3800 مگا هرتز در بين سال هاي 1995 تا 2005 )

مقدمه:
خانم ها و آقايان كمربندهاي خود را ببنديد، چون عازم رفتن به سفري جذاب و منحصر بفرد هستيم.

اولین شرکت تولید کننده ی پردازنده شرکت intel بود . بعد از آن تولیدکنندگان دیگر متوجه شدند که این وسیله جدید دارای آینده است و شروع به تولید انواع اصلاح شده ی دیگری از یک مدل اینتل با نام 8080 کردند . در سال 1973 دو شرکت zilog و Motorola شروع به ساخت پردازنده کردند . اما شرکت هایی که به دنبال این سه شرکت پردازنده های خود را وارد بازار  کردند : ( البته برخی از این شرکت ها دیگر پردازنده ای تولید نمی کنند . )

 

Intel ، AMD ، zilog ، Motorola ، IBM ، Fairchild ، mos technology ، national semiconductor ، Rockwell international ، ARM ، cyrix ، digital equipment corporation  ، IDT ، intersil ، MIPS technology ، NEC ، nexgen ، rise technology ، signetics ، sun micro systems ، texas instruments ، RCA ، transmeta ، USSR ، VIA ، western design center ، western electric ، NIC ، IIT

اولين ريزپردازنده ای که بر روی يک کامپيوتر خانگی نصب گرديد، 8080 بود. پردازنده فوق هشت بيتی و بر روی يک تراشه قرار داشت. اين ريزپردازنده در سال 1974 به بازار عرضه گرديد. اولين ریزپردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنيای کامپيوتر شد، 8088 بود. ريزپردازنده فوق در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و اولين نمونه آن در سال 1982 عرضه گرديد. درمورد ریزپردازنده ها مباحث مفصلی در سایت میکرورایانه انجام شده است به فهرست مقالات سایت میکرورایانه مراجعه کنید.

این پردازنده ها توسط شرکت intel و سایر شرکت ها طراحی و به بازار عرضه شد. طبیعتاً پنتیوم های ۴ جدید در مقایسه با پردازنده ۸۰۸۸ بسیار قوی تر می باشند زیرا که از نظر سرعت به میزان ۵۰۰۰ بار عملیات را سریعتر انجام می دهند. جدیدترین پردازنده ها اگر چه سریعتر هستند گران تر هم می باشند. کارآیی رایانه ها بوسیله پردازنده آن شناخته می شود. ولی این کیفیت فقط سرعت پروسسور را نشان می دهد نه کارآیی کل رایانه را. به طور مثال اگر یک رایانه در حال اجرای چند نرم افزار حجیم و سنگین است و پروسسور پنتیوم ۴ آن ۲۴۰۰ کیگاهرتز است، ممکن است اطلاعات را خیلی سریع پردازش کند. اما این سرعت بستگی به هارددیسک نیز دارد. یعنی این که پروسسور جهت انتقال اطلاعات زمان زیادی را در انتظار می گذراند. پروسسورهای امروزی ساخت شرکت Intel، پنتیوم ۴ و سلرون هستند. پروسسورها با سرعت های مختلفی برحسب گیگاهرتز (معادل یک میلیارد هرتز با یک میلیارد سیکل در ثانیه است) برای پنتیوم ۴ از ۴/۱ گیگاهرتز تا ۵۳/۲ متغیر است و برای پروسسور سرعت از ۸۵/۰ گیگاهرتز تا ۸/۱ گیگاهرتز است. یک سلرون همه کارهایی را که یک پنتیوم ۴ انجام می دهد را می تواند انجام دهد اما نه به آن سرعت.

 

 

اولین پردازنده های شرکت اینتل

اولین ریز پردازنده ی تک تراشه ای ریزپردازنده ی اینتل 4004 بود که توانست دو عدد چهار بیتی دودویی را جمع کند و عملیات متعدد دیگری را انجام دهد . بعد از آن پردازنده ی مدل 8008 با به کار گیری اعداد 8 بیتی که 1 بایت است روانه بازار شد . مدل بعدی این شرکت 8080 بود که در سال 1973 معرفی شد و معرفی آن دنیا را به دوره ی پردازنده ها وارد کرد . مدل آپدیت شده ی 8008 توانست 500000 عمل را در ثانیه انجام داده 64 کیلوبایت از حافظه را آدرس دهد . این پردازنده همچنین باعث شروع دوره کامپیوترهای خانگی شد که اولین بار به وسیله mits در سال 1974 معرفی گردید . این کامپیوتر خانگی و یا سرگرم کننده altair 8800 نام داشت .

دو شرکت دیگر تولید کننده ی پردازنده ی آن زمان و نسل های دیگر پردازنده ها

تا سال 1973 تنها شرکت تولید کننده ی پردازنده اینتل بود . اما وقتی تولید کنندگان دیگر متوجه آینده این قطعه شدند و بوی پول را در آن استشمام کردند شروع به انواع اصلاح شده ی 8080 کردند . شرکت های Motorola  و Zilog دومین و سومین شرکت های تولید کننده پردازنده مدل های خود را با سری های 68 و Z  آغاز کردند . مدل های ابتدایی شرکت Motorola   عبارت اند از : 6800 ، 6805 ، 6809 ، 68000 ، 68008 ، 68010 ، 68020 . و برای شرکت Zilog عبارت اند از 80 Z ، 800 Z ، 8000 Z ، 80000 Z . در این بین اینتل همچنان به تولیدات خود ادامه می داد مدل های 80186 ، 80286 و ... بود که سرانجام پس از سال ها اینتل استفاده از مدل های عددی را برای نام گذاری کنار گذاشت و نسل پنجم پردازنده های خود را با نام Pentium روانه بازار کرد . اینتل این نوع پردازنده را در سال 1993 عرضه کرد . ابتدا اینتل قصد داشت نام آن ها را 80586 اعلام کند . دعواهای حقوقی که اینتل با کمپانی های رقیب خود آغاز کرد و موفقیت آمیز نبود ، منجر به انتخاب نام پنتیوم گشت . مشکل از آنجا آغاز شد که رقبای اینتل از نام هایی شبیه نام های اینتل مثل 86 x80  که ساخت AMD بود استفاده کردند که سرانجام آن این شد که دولت آمریکا رأی یی صادر کرد مبنی بر این که شرکت ها حق نام گذاری بر اساس عدد را ندارند و ... .

 

 

خصوصیات پنتیوم عبارت بودند از : سرعت ساعت بین 66 تا 233 مگا هرتز . سرعت گذرگاه 66 مگاهرتز . بیش از 3 میلیون ترانزیستور . استفاده از دو نوع حافظه نهان L1  و L2 .

پردازنده های نسل پنجم اینتل با نام پنتیوم کلاسیک شناخته می شود . بعد از آن این شرکت نسل ششم پردازنده های خود را با نام پنتیوم پرو ساخت . در این حین AMD پردازنده های خود را با نام k6 ساخت. نسل های بعدی شرکت اینتل پردازنده های Pentium II  ، Celeron  ، Pentium III وPentium IV بود .

 با وجود تولیدکنندگان بسیار این قطعه در گذشته امروزه تنها دو شرکت intel  و AMD تجارت جهانی را در دست دارند و من هم بر همین اساس به مدل های این دو شرکت می پردازم .

ريزپردازنده، 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 1971 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 يک تراشه بود. قبل از آن مهندسين و طراحان کامپيوتر از چندين تراشه برای توليد CPU استفاده می کردند.

وظایف ریزپردازنده:

کنترل تمام محاسبات وعملیات(ALU)

کنترل قسمتهای مختلف(CU)

ثبات

گذرگاه

دادها داخل پردازنده به صورت 32 بیتی از طریق گذرگاه داخلی بین اجزای آن مثل ALUو... با فرکانس زیاد مبادله می شود.

واحد محاسبه و منطقALU : انجام عملیات ریاضی و منطقی مطابق دستورالعمل های تعیین شده.

واحد کنترلCU: این واحد با انتخاب و ترجمه دستورالعمل و پی گیری برای اجرای دستورالعمل ها و نظم ورود و خروج دادها مدیریت پردازنده را بر عهده دارد.

پردازنده در رایانه های شخصی یک قطعه نسبتا کوچک به اندازه 8 یا 10 سانتی متر که نوعی ماده مانند پلاستیک یا سرامیک روی آن را پوشانده است تشکیل شده. در واقع فرایند به وجود آمدن این مغز الکترونیکی به این گونه می باشد که از سیلیکان به علت خصوصیت خاصی که دارد جهت ایجاد تراشه استفاده می شود.بدین گونه که آن را به صورت ورقه های بسیار نازک و ظریف برش می دهند و این تراشه ها را درون مخلوطی از گاز حرارت می دهند تا گازها با آن تدکیب شوند و بدین ترتیب طبق این فرآیند شیمیایی سیلیکان که از جنس ماسه می باشد به فلز و بلور تبدیل می شود که امکان ضبط و پردازش اطلاعات را در بر دارد.این قطعه کار ملیونها ترانزیستور را انجام میدهد.بر روی پردازنده حروف و ارقامی دیده می شود که در واقع نشان دهنده شماره سریال-سرعت-ولتاژ-مدل-نسلو نام سازنده قرار دارد.

ریز پردازنده قادر به انتقال داده ها از یک محل حافظه له محل دیگر می باشد و می تواند تصمیم گیری نماید و از یک محل به محل دیگر پرش کنند تا دستورالعمل های مربوط به تصمیم اتخاذ شده را انجام دهد.

پردازنده دو عمل مهم انجام می دهد:

1-   کنترل تمام محاسبات و عملیات

۲- کنترل قسمت های مختلف

پردازنده در رایانه های شخصی به شکل یک قطعه نسبتاً تخت و کوچک به اندازه ۸ یا ۱۰ سانتی متر مربع که نوعی ماده، مانند پلاستیک یا سرامیک روی آن را پوشانده است تشکیل شده در واقع فرآیند بوجود آمدن این مغز الکترونیکی به این گونه می باشد که از سیلیکان به علت خصوصیات خاصی که دارد جهت ایجاد تراشه استفاده می شود. بدین گونه که آن را به صورت ورقه های بسیار نازک و ظریف برش می دهند و این تراشه ها را در درون مخلوطی از گاز حرارت می دهند تا گازها با آنها ترکیب شوند و بدین صورت طبق این فرآیند شیمیایی سیلیکان که از جنس ماسه می باشد به فلز و بلور تبدیل می شود که امکان ضبط و پردازش اطلاعات را در بردارد. این قطعه کار میلیونها ترانزیستور را انجام می دهد.

 

 

پردازنده وظایف اصلی زیر را برای رایانه انجام می دهد:

دریافت داده ها از دستگاه های ورودی

 انجام عملیات و محاسبات و کنترل و نظارت بر آنها

 ارسال نتایج عملیات با دستگاه های خروجی

پردازنده مانند قلب رایانه است و از طریق کابلهای موجود با واحدهای دیگر مرتبط می شوند.
در واقع از نظر فنی عملکرد پردازنده با دو ویژگی تعیین می شود:

طول کلید- تعداد بیت هایی که یک پردازنده در هر لحظه پردازش می کند و طول این کلمات معمولاً ۴ و ۸ و ۱۶ و ۳۲ و یا ۶۴ بیتی می باشد.

تعداد ضربان الکترونیکی که در یک ثانیه تولید شده است و با واحد مگاهرتز سنجیده         می شود. محل قرارگیری پردازنده ها بر روی مادربرد می باشد. بنابراین بایستی هماهنگی لازم بین مادربرد و پردازنده وجود داشته باشد. این هماهنگی باعث بالا رفتن عملیات رایانه می شود. در غیر این صورت نتیجه خوبی بدست نمی آید. نکته: بر روی پردازنده حروف و ارقامی دیده می شود که در واقع نشان دهنده شماره سریال ها ،سرعت، ولتاژ، مدل، نسل و نام سازنده آن می باشد. با توجه به نوع دستورالعمل ها یک ریزپردازنده با استفاده از واحد منطبق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عملیات محاسباتی مانند جمع و تفریق و ضرب و تقسیم است. البته پردازنده های جدید اختصاصی برای انجام عملیات مربوط به اعداد اعشاری نیز می باشند. ریزپردازنده قادر به انتقال داده ها از یک محل حافظه به محل دیگر می باشند و می توانند تصمیم گیری نمایند و از یک محل به محل دیگر پرش داشته باشد تا دستورالعمل های مربوط به تصمیم اتخاذ شده را انجام دهد.

ساختمان cup

سی پی یو یا به عبارتی واحد پردازشگر مركزی در حكم مغز و اداره كننده ی كامپیوتر است و مسئولیت انجام محاسبات ریاضی داخلی كامپیوتر و فرمان دادن به دیگر اجزا را به عهده دارد.
سی پی یو محاسبات داخلی كامپیوتر را به وسیله ی دو عدد ۰ و ۱ ( صفر و یك ) انجام میدهد. كلیه ی قطعات داخل كامپیوتر برای انجام كارها و محاسبات خود نیازمند این قطعه ی كوچك هستند كه این ارتباط را از طریق خطوطی با نامIRQ  (در خواست وقفه ) برقرار میكنند. ساختمان داخلی سی پی یو ها نیز متشكل از ترانزیستور های بسیار ریز است كه به تعداد بسیار زیاد و دقت بسیار بیشتر در كنار هم قرار داده شده اند. هر cup از میلیون ها گیت ساخته شده که هریک از این گیت های منطقی توسط تعدادی ترانزیستور ساخته می شوند . ترانزیستور ، مقاومت ، خازن و دیود گیت های منطقی را تشکیل می دهند و پردازنده از اجتماع این گیت ها ساخته می شود .  برای مثال یك سی پی یو متعلق به كمپانی اینتل با سرعت ۳.۴ گیگا هرتز متشكل از ۱۲۵ میلیون ترانزیستور كنار هم قرار داده شده است كه سایز هر كدام از انها ۹۰ نانو متر معادل ۰.۰۹ میكرون است! رقمهایی اعجاب انگیر كه حاكی از پیچیده و اسیب پذیر بودن ساختار این قطعه دارند...                                              

ویژگی های cup

معمولا هر پردازنده دارای خصوصیات ویژه ای است که توسط تعدادی حروف و ارقام که بر روی هر کدام از آن ها چاپ شده ، مشخص می شوند . نام شرکت سازنده ، نسل پردازنده ، سری و مدل پردازنده ، سرعت پردازنده ، سوکت به کار گرفته شده ، نوع هسته ، تعداد هسته ، نام پردازنده ، فرکانس عامل ، پشتیبانی از اعداد دودویی ،سرعت ساعت سیستم ، حافظه نهان ، توان حرارتی ، ولتاژ و گذرگاه از خصوصیات یک پردازنده است .

 نسل پردازنده

پردازنده ها بسته به تنوع در مدل و عملکرد آن ها دارای مدل های مختلفی می باشند . معمولا هر گاه یک تغییر اساسی در ساختار یا پردازنده به وجود آمده است نسل جدیدی برای آن نام گذاری شده است . معمولا نسل های مختلف پردازنده ها را با نام ، علائم یا شماره های مختلف نشان می دهند . شرکتهای سازنده پردازنده تولیدات خود را بر اساس یک روش استاندارد نام گذاری می کنند . مثلا شرکت Intel تولیداتش را به صورت 80x86 و شرکت Motorola به صورت 68xxx نام گذاری کرد ، که معمولا علامت x جایگزین نسل و مدل پردازنده می شود .

سرعت پردازنده

یکی دیگر از پارامتر های مهم برای پردازنده که معمولا روی پردازنده چاپ می شود ، سرعت پردازنده است . سرعت پردازنده بر حسب مگاهرتز (MHZ) مشخص می شود . گاهی سرعت پردازنده ها معادل سرعت پردازنده مشابه Intel بر روی آن چاپ می شود. در این پردازنده ها که شبیه پردازنده های پنتیوم Intel هستند ، برای نشان دادن سرعت AMD-K5 که در سطر دوم آن عبارت PR100 چاپ شده است ، بدین معنی است که این پردازنده دارای سرعتی معادل سرعت پردازنده های پنتیوم اینتل با سرعت 100MHZ می باشد . هر چند ممکن است سرعت واقعی این پردازنده کمتر باشد . چنانچه بعد از PR100 علامت + هم داشته باشیم یعنی سرعت این پردازنده حتی از پردازنده اینتل با سرعت 100MHZ هم بیشتر می باشد .

ولتاژ پردازنده

پردازنده های قدیمی (قبل از کار 468DX4) با ولتاژ 5v کار می کردند . پردازنده هایی که بعد از 486DX4 به بازار ارائه شد با ولتاژ 3.3v کار می کردند . امروزه پردازنده های K6 از شرکت AMD با ولتاژهای پایین تر از 3.3 vکار می کنند . طبیعی است هر چه پردازنده با ولتاژ کمتری کار کند توان مصرفی آن کمتر شده و در نتیجه پردازنده کمتر داغ می شود .

گذرگاه یا  BUS  

از دیگر مشخصات و اصطلاحات این مبحث میتوان به BUS اشاره كرد. واحد پردازشگر مركزی برای ارتباط با دنیای خارج خود میتواند حجم خاصی از اطلاعات را دریافت و یا ارسال كند . و یكای ان را مگاهرتز می نامیم.

وضعيت توليد ريزپردازنده توسط شرکت های توليد کننده بسرعت رشد کرده و مثلا ریزپردازنده های شرکت اینتل از مدل 8088 به 80286، 80386، 80486، پنتيوم، پنتيوم II، پنتيوم III و پنتيوم 4 رسيده است. ریزردازنده های پنتيوم 4 در مقايسه با ریزپردازنده 8088 عمليات مربوطه را با سرعتی به ميزان 5000 بار سريعتر انجام می دهد. جدول زير ويژگی هر يک از ریزپردازنده های فوق به همراه تفاوت های موجود را نشان می دهد:

جدول مقایسه ریزپردازنده های تولیدی شرکت اینتل

توضيحات جدول :

ستون Date نشاندهنده سال عرضه پردازنده است.

ستون Transistors تعداد ترانزيستور موجود بر روی تراشه را مشخص می کند. تعداد ترانزيستور بر روی تراشه در سال های اخير شتاب بيشتری پيدا کرده است.

ستون Micron ضخامت کوچکترين رشته بر روی تراشه را بر حسب ميکرون مشخص می کند. ( ضخامت موی انسان 100 ميکرون است ).

ستون Clock Speed حداکثر سرعت Clock تراشه را مشخص می نمايد.

ستون Data Width پهنای باند واحد منطق و محاسبات (ALU ) را نشان می دهد. يک واحد منطق و حساب هشت بيتی قادر به انجام عمليات محاسباتی نظير: جمع، تفريق، ضرب و ... برای اعداد هشت بيتی است. در صورتيکه يک واحد منطق و حساب 32 بيتی قادر به انجام عمليات بر روی اعداد 32 بيتی است. يک واحد منطق و حساب 8 بيتی بمنظور جمع دو عدد 32 بيتی می بايست چهار دستورالعمل را انجام داده در صورتيکه يک واحد منطق وحساب 32 بيتی عمليات فوق را صرفا" با اجرای يک دستورالعمل انجام خواهد داد.

در اغلب موارد گذرگاه خارجی داده ها مشابه ALU است. هرچند این موضوع در تمام موارد صادق نخواهد بود مثلا" پردازنده 8088 دارای واحد منطقی ومحاسابتی 16 بيتی بوده در حاليکه گذرگاه داده ي آن هشت بيتی است. در اغلب پردازنده های پنتيوم جديد، گذرگاه داده 64 بيتی و واحد منطق وحساب آن 32 بیتی است.

ستون MIPS مخفف کلمات Millions of instruction per Second ( ميليون دستورالعمل در هر ثانيه ) بوده و واحدی برای سنجش کارآئی يک پردازنده 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 تقریبا عمليات يکسانی را انجام می دهند.

واحد مرکزی پردازش در هر کامپیوتر ، که پردازش های مختلف در آنجا انجام می گیرد، پردازنده یا CPU نام دارد. با استفاده از تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی می توان این واحد پردازنده (CPU) را کوچک (ریز) نموده و در یک بسته بندی یا تراشه (IC) قرار داد، که به آن ریزپردازنده یا میکروپروسسور گویند. پس در حالت کلی کلمه CPU یک مفهوم کلی تری از کلمه ریزپردازنده است. با پیشرفت تکنولوژی، هم اکنون تمام CPUها بصورت ریزپردازنده ساخته می شود در صورتی که در کامپیوترهای نسلهای پایین تر به دلیل پایین بودن تکنولوژی ، امکان ساخت CPU بصورت متمرکز و در داخل یک بسته بندی (تراشه) وجود نداشت.

وضعيت توليد ريزپردازنده توسط شرکت های توليد کننده بسرعت رشد کرده و مثلا ریزپردازنده های شرکت اینتل از مدل 8088 به 80286، 80386، 80486، پنتيوم، پنتيوم II، پنتيوم III و پنتيوم 4 رسيده است. ریزردازنده های پنتيوم 4 در مقايسه با ریزپردازنده 8088 عمليات مربوطه را با سرعتی به ميزان 5000 بار سريعتر انجام می دهد. جدول زير ويژگی هر يک از ریزپردازنده های فوق به همراه تفاوت های موجود را نشان می دهد:

با توجه به نوع دستورالعمل ها، يک ريزپردازنده سه عمليات اساسی را انجام خواهد داد :

1 - يک ريزپردازنده با استفاده از واحد محاسبات و منطق خود (ALU) قادر به انجام عمليات محاسباتی نظير: جمع، تفريق و عملیات منطقی نظیر and و غیره ؛که بر روی بیت ها انجام می گیرد؛ است. ریزپردازنده های جديد دارای پردازنده های اختصاصی برای انجام عمليات مربوط به اعداد اعشاری نیز می باشند.

2 - يک ريزپردازنده قادر به انتقال داده از يک محل حافظه به محل ديگر است .

3 - 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 .

توضیح اجزاء شکل :

●گذرگاه آدرس (Address Bus ) که آدرس از طرف ریزپردازنده بر روی این گذرگاه قرار می گیرد. اصطلاحات اجزاء این شکل در سایر مقالات سایت میکرورایانه آمده است. ریزپردازنده قادر به ارسال آدرس به حافظه یا مدارات جانبی جهت تعیین دستگاه ورودی- خروجی است. تعداد بیتهای آدرس (و بالطبع خطوط گذرگاه آدرس) بستگی به طراحی و نوع ریزپردازنده دارد. مثلا در ریزپردازنده های مختلف گذرگاه فوق 8، 16، 32  بيتی و ... است.

●گذرگاه داده ها (Data Bus ) که داده ها بر روی خطوط این گذرگاه قرار گرفته و  از طرف حافظه یا دستگاه ورودی - خروجی به ریزپردازنده ارسال می شود يا از ریزپردازنده به سمت آنها فرستاده می شود.

قرارداد:
قرارداد می کنیم که ریزپردازنده محور نام گذاری برای عناوین ارسال و دریافت داده ها باشد. بنابراین منظور از دریافت داده ها یعنی دریافت به ریزپردازنده و ارسال داده ها یعنی ارسال از طرف ریزپردازنده به سمت دستگاهای I/O. گذرگاه فوق می تواند 8، 16، 32 و ... بيتی باشد.

● يک خط برای صدور فرمان خواندن از طرف ریزپردازنده (RD ) و يک خط برای صدور فرمان نوشتن از طرف ریزپردازنده (WR ) است و فعال شدن هر کدام از طرف ریزپردازنده (به ترتیب) تعیین می نماید که آیا ریزپردازنده در حال ارسال داده یا دریافت داده می باشد.

● خط Clock که پالس های ساعت ورودی به ریزپردازنده را  تعیین می کند و ریزپردازنده خود را با پالس های ساعت ورودی به این خط همزمان خواهد کرد.

● يک خط Reset که مقدار شمارنده برنامه را صفر نموده و يا باعث اجرای مجدد يک فرآيند می گردد.

فرض کنيد پردازنده هشت بيتی بوده واز عناصر زير تشکيل شده است:

معرفی انواع ریزپردازنده های Intel برای لپتاپ :

پردازشگرهای نوت بوک (Notebook Processors )

در حال حاضرتنوع زیادی از انواع پردازشگرها در کامپیوترهای همراه استفاده می گردد که عدم آگاهی کامل از آنها میتواندسردرگمی زیادی را باعث شود.دو دسته عمده پردازشگرهای معمول شامل پردازشگرهای INTEL و AMD میشود, در این متن به انواع پردازشگرهای پنتیوم محصول شركت اينتل میپردازیم: تفاوت بسيار كمي مابين انواع پردازنده ساخته شده اينتل براي لپتاپ وجود دارد.البته انواع جديدتر آن نظير سنترينو و سوناما بر خلاف گذشته با رويكرد مختص به لپتاپ از نظر كيفي و كارايي بيشتر همراه با مصرف كمتر انرژي طراحي و ساخته شده اند.در اينجا تنها به دليل اشتباهي كه گاه از سوي دوستاني كه جهت خريد لپتاپ هاي ارزانتر به فروشندگان متفاوت مراجعه مي نمايند و گاه جواب هاي نامربوط مي شنوند,تنها به ذكر مفيد انواع پردازنده هاي اينتل كه از نظر نامي بسيار مشابه هم هستند,مي پردازيم.در ضمن دقت نماييد كه پردازنده هاي نامبرده به جز دو نوع نامبرده در سطور بالايي كه از كيفيت و كارايي و دقت در مصرف بهينه انرژي همانند هم بهره مي برند,در زمان ساخت تنها با رويكردي از نظر ابعاد و ميزان مصرف برق و سرعت پردازنده نامگذاري شده اند و يادمان باشد كه بر خلاف نوع روميزي,ساخت پردازنده هاي لپتاپ در دوره نويني بسر مي برد.

Pentium
در حالتي مابين پنتيوم 3 و پنتيوم 4 ساخته و طراحي گشته است.از نظر ميزان مصرف انرژي كمي بهتر از پنتيوم 4 عمل مي نمايد و كيفيت- كارايي آن مابين اين دو قرار مي گيرد.اين پردازنده جزئي از Centrino package است.

Celeron
مشابه Pentium M بوده با اين تفاوت كه قيمت آن كمي كمتر از Pentium M مي باشد.اين امر براي كساني است كه مي خواهند لپتاپ مقرون به صرفه تري را خريداري نمايند. level 2 cache memory در Celeron M به 512KB كاهش پيدا نموده,در حالي كه در Pentium M اين ميزان 1 -2 مگابايت مي باشد.

تفاوت ريزپردازندهای پنتيوم و Celeron

هسته ( Core ) : تراشه های Celeron با محوريت هسته تراشه های پنتيوم 4 ، طراحی و توليد شده اند .

Cache : تراشه های Celeron نسبت به تراشه های پنتيوم 4 از حافظه Cache کمتری استفاده می نمايند . يک تراشه Celeron ممکن است دارای 128 کيلو بايت L2 Cache باشد . در حالی که L2 Cache استفاده شده در تراشه های پنتيوم 4 ، چهار برابر تراشه های Celeron است. ميزان حافظه L2 Cache تاثير بسيار زيادی را در خصوص کارآئی سيستم بدنبال خواهد داشت .

Clock Speed . شرکت اينتل تراشه های پنتيوم 4 را با هدف اجراء در سرعت های بمراتب بالاتری نسبت به تراشه های Celeron طراحی و توليد نموده است . سريعترين پردازنده پنتيوم 4 ، شصت مرتبه سريعتر از سريعترين پردازنده Celeron است.
Bus Speed . پردازنده ها در خصوص حداکثر سرعت Bus ارائه شده دارای محدوديت می باشند .سرعت Bus پردازنده های پنتيوم 4 ، 30 درصد بيش از پردازنده های Celeron است.

مروری بر روند پیشرفت ریز پردازنده ها

در تاریخ علم و فناوری ، صنعت کامپیوتر بیش از هر زمینه دیگری تحولات سریع وشگفت انگیز را تجربه کرده است ؛ خصوصاً نیمه دوم قرن بیستم را باید دوران پیشرفت در این صنعت دانست.صنعت کامپیوتر ، تحولات خود را مدیون عرصه ریز پردازنده های جدید تر  و افزایش روز افزون توانایی این تراشه ها است. در پیشرفت ریز پردازنده ها نیز بدون تردید صنعت نیمه هادی نقش اصلی و تعیین کننده داشته است.

در سال 1642 پاسکال دانشمند فرانسوی ، اولین کامپیوتر را اختراع کرد. این کامپیوتر به صورت مکانیکی کار می کرد و می توانست عمل جمع را انجام دهد. کامپیوتر پاسکال به دلیل وزن زیاد ، قیمت زیاد و کارایی کم نتوانست به پیشرفت خود ادامه دهد. حدود سیصد سال بعد و در سال 1930 نوع دیگری از کامپیوتر ساخته شد . این کامپیوتر مبتنی بر فناوری الکترومکانیکی بود و توانایی انجام عملیات ریاضی و محاسبات دیفرانسیال را داشت. اما کامپیوتر ساخته شده نیز ؛ویژگی های لازم را برای تولید نداشت. اما با ساخت اولین کامپیوتر های الکترونیکی در سال 1946 در دانشگاه پنسیلوانیا ، سرفصل جدیدی در صنعت کامپیوتر باز شد. این کامپیوتر موسوم به ENIAC  سی  تن وزن داشت و 18000 لامپ خلاء در آن بکار رفته بود. فضای مورد نیاز برای این کامپیوتر 170 متر مربع در یک ساختمان چند طبقه بود. این کامپیوتر می توانست چهار عمل ریاضی را انجام دهد. ولی با مشخصاتی که داشت نمی توانست به تولید انبوه برسد.در اوایل دهه 1970 میلادی ، انقلاب دیگری در صنعت کامپیوتر اتفاق افتاد. شرکت APPLE با استفاده از نسل اولیه تراشه های ریز پردازنده ، اولین کامپیوتر شخصی را به بازار عرضه کرد و به فاصله کمی در سال 1976 شرکت IBM نیز با کمک دو شرکت تازه تأسیس intel و Microsoft از همین نوع کامپیوتر تولید نمود. قیمت مناسب ، شرایط را برای استفاده از کامپیوتر به صورت شخصی در منازل ، صنایع و بنگاه های تجاری متوسط و کوچک فراهم کرد. افزایش روز افزون مصرف این نوع کامپیوترها ، شرکت های سازنده تراشه و کامپیوتر را تشویق به سرمایه گذاری بیشتر و توسعه این صنعت کرد؛ بطوریکه در حال حاضر ، کامپیوترهای شخصی با توانایی بسیار بالا و با امکاناتی بسیار بیشتر از کامپیوترهای بزرگ و گران قیمت در حد بسیار گسترده ای استفاده می شوند.

 

کامپیوتر موسوم به ENIAC 

در کنار پیشرفت در صنعت کامپیوترهای شخصی ، کامپیوترهای بزرگ نیز به ارتقاء کیفی و کمی خود ادامه دادند و امروزه شاهد تولید ابررایانه هایی هستیم که در سالهای نه چندان دور ، خوشبین ترین افراد رسیدن به چنین توانایی را حتی به ذهن خود راه نمی دادند.قویترین ابر رایانه ، با استفاده از کلاستر در سال 2005 و به سفارش شرکت Dell ساخته شد. این ابررایانه با نام Thunderbird که جزو ده ابررایانه اول دنیا در همین سال گزارش شده است از 9024 پردازنده 3.6 GHZ  ؛ Power Edge تشکیل شده است و توان پردازش عملیاتی آن  3872   TFLOPS می باشد.  مسلماً وقتی که صحبت از توانایی یک ریز پردازنده می شود ؛ مهم ترین عامل ، سرعت اجراء دستور العمل ها است.هر چند عوامل دیگری مانند حجم حافظه قابل دسترس ، قابلیت تراشه های جانبی و به خصوص تنوع دستور العمل ها نیز حائز اهمیت می باشند.سرعت اجرای دستور العمل در یک ریز پردازنده در درجه اول به پریود پالس سرعت ( Clock Pulse ) کار آن و تعداد پالس ساعت مورد نیاز برای اجرای دستور العمل بستگی دارد. با پیشرفت در فناوری ساخت نیمه هادی ها ، پالس ساعت کار ریز پردازنده ها و در نتیجه سرعت اجرای دستورالعمل ها افزایش یافته است.

 

قویترین ابر رایانه با نام Thunderbird، با استفاده از کلاستر در سال 2005 و به سفارش شرکت Dell ساخته شد.

اولین ریز پردازنده در سال 1971 با پالس ساعت ورودی 108 KHZ کار می کرد ؛ در حالی که پنتیوم 4 نیز کلاک ورودی ریز پردازنده های موجود در بازار به چند برابر میزان فوق افزایش یافته بود. با پیچیده شدن ساختمان داخلی ریز پردازنده ها و استفاده از روشهای انجام موازی دستورالعمل ها ، دیگر کمتر از Mips ( تعداد اجرای دستورالعمل ها در ثانیه ) و معیار MFLOPS (معیار سنجش سرعت ریزپردازنده ) استفاده می شود. خصوصاً اگر در نظر داشته باشیم که یک دستورالعمل در یک ریز پردازنده ، ممکن است طول داده بزرگ تری داشته باشد و یا عملیات معادل چند دستورالعمل در ریز پردازنده های نسل قبل و یا ریزپردازنده های مشابه در سایر خانواده ها را انجام دهد ؛ در این صورت عدم کارایی معیارهای فوق بیشتر مشخص می شود. از اینرو امروزه از برنامه های خاصی به نام Benchmark برای سنجش کارایی ریز پردازنده ها استفاده می شود.

اصول طراحی ریز پردازنده ها

در طراحی سیستم های دیجیتال تراشه ( Chip ) های گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از این تراشه ها ، از مدارهای منطقی (Logical Circuit ) تشکیل شده اند و رفتار ثابتی دارند و به ازای ورودی های مشخص ، خروجی های ثابتی می دهند.

برخی دیگر ، قابل برنامه نویسی ( Programmable Input Output ) یا PIO هستند. یعنی شرایط اولیه را می توان در آن ها تغییر داد و عملکرد های مختلفی را بدست آورد. ورودی – خروجی های قابل برنامه نویسی تایمر ، شمارنده های قابل برنامه نویسی از جمله این گونه تراشه ها هستند که در حال حاضر ، دارای تنوع زیادی بوده و در طراحی مدارها استفاده فراوانی دارند.

اما ریز پردازنده ها یک ویژگی اصلی دارند که آن ها را از سایر تراشه ها متمایز می کند ؛ ریز پردازنده ها می توانند برنامه های مختلف ( که مجموعه ای از دستورالعمل ها ) هستند با کاربردهای متنوع اجراء نمایند. به همین دلیل ریز پردازنده ها ، هسته مرکزی اکثر سیستم های دیجیتالی را تشکیل می دهند. با توجه به تنوع ، قدرت بالا و قیمت پایین ریز پردازنده ها ، در حال حاضر کمتر وسیله دیجیتالی را می توان یافت که از ریز پردازنده استفاده نکرده باشد.
اما ریزپردازنده ها برای اجرای دستورالعمل ها به اجزایی در درون خود نیاز دارند که تقریباً از اولین نسل ریز پردازنده ها تا پیشرفته ترین آن در حال حاضر مورد استفاده بوده است.هر چند ابعاد، توانایی و جزئیات این اجزاء تغییرات زیادی کرده است ؛ ولی در هر صورت یک ریز پردازنده نمی تواند بدون آن ها عمل کند.

واحد کنترل  ( Control Unit ) بخش اصلی ریز پردازنده را تشکیل می دهد . دستورالعمل ها توسط این قسمت اجراء می شوند و فرمان های لازم را به واحدهای دیگر ریز پردازنده می دهند. بیشتر  ترانزیستورهای بکار رفته در داخل ریز پردازنده ، مربوط به این قسمت است. و در برخی از انواع ریز پردازنده ها ، از نظر طراحی تفاوت اساسی مشاهده می شود.

وظیفه واحد محاسباتی ریاضی و منطقی (ALU )

وظیفه واحد محاسباتی ریاضی و منطقی ALU سرنام  Arithmetic Logic Unit ،انجام عملیات ریاضی و منطقی مانند جمع ، تفریق ، ضرب ، تقسیم  ،AND و OR و عملیات پیشرفته ریاضی است. یکی از تفاوت های عمده بین ریز پردازنده ها و نسل های مختلف آنها ، در تنوع و سرعت اجرای دستورالعمل های مربوط به این قسمت است.

 

معماری کلی داخلی و اجزاء تشکیل دهنده ریز پردازنده ها

ثبات ها (Registers ) ، محل نگهداری اطلاعات و آدرس در داخل ریزپردازنده است. بعنوان مثال ، اگر بخواهیم دو عدد را با یکدیگر جمع نماییم ؛ این دو عدد می توانند در دو ثبات داخلی قرار گیرند و نتیجه عمل جمع نیز در ثبات دیگر نوشته شود. ثبات ها دو نوع می باشند ؛ ثبات های داده (Data Registers ) که محل نگهداری اطلاعات و داده هایی هستند که عملیات بر روی آن ها انجام می شود و یا نتیجه عملیاتی در آن ها قرار می گیرند. نوع دیگر آنها ، ثبات های آدرس ( Address Registers) هستند که آدرس حافظه و یا تراشه های جانبی که برای تبادل اطلاعات انتخاب می شوند ؛ در آن ها قرار می گیرند.


در یک سیستم که از ریز پردازنده ها استفاده می کند ؛ الزاماً تعدادی تراشه جانبی و حافظه قرار دارند ( با نام واحدهای ورودی – خروجی و حافظه ) و وظیفه برقراری ارتباط و کنترل آنها با ریز پردازنده می باشد. از اینرو در تمامی ریز پردازنده ها واحدهایی وجود دارد که به کمک سایر بخش های داخل ریز پردازنده ، وظیفه فوق را انجام می دهند.

اشاره :
مقاله اي كه در پيش رو داريد قسمت اول از يك مقاله بسيار جذاب و خواندني 3 قسمتي در خصوص پردازنده هايIntel و AMD از ابتدا تا به امروز است . اين مقاله بر گرفته از سايت بسيارمعروف TomsHardware مي باشد. در بخش اول و دوم اين مقاله به پردازنده هاي اينتل و در بخش سوم آن به پردازنده هاي AMD خواهيم پرداخت.

مدل های کمپانی Motorola

همان طور که گفته شد اولین پردازنده ی کمپانی موتورولا با نام 6800 در سال 1974 ساخته شد . 5 سال بعد این شرکت نسل اول پردازنده های خود را با نام 68000 که پهنای گذرگاه آن 32 بیت بود را معرفی کرد . این شرکت تا سال 1994 به ساخت این سری پردازنده که به سری 0x680 معروف بود ادامه داد . اما بعد از آن این کمپانی پردازنده PowerPC 603 را ساخت و به سری قبلی خود پایان داد . سپس موتورولا پردازنده ی خود را با نام های تجاری دیگری تولید کرد که پسوند های pc ، mc  و xc را در خود داشت .تعدادی از مدل های این شرکت :

MC68EC030RP40 / MC68EC030RP40B / MC68EC030RP40C  MC68EC030RP25 / MC68EC030RP25C  MC68EC030RP25 / MC68EC030RP25B  MC68030RC50 / MC68030RC50B / MC68030RC50C  C68030RC40 / XC68030RC40B   MC68030RC40 / MC68030RC40B  MC68030RC33 / MC68030RC33C   MC68030RP33 / MC68030RP33B  MC68030FE33 XC68030RC25 / XC68030RC25B  MC68030RP25 / MC68030RP25B  XC68030RC25 / XC68030RC25A 

          

 

البته به نظر می رسد تولید این پردازنده ها توسط این شرکت متوقف شده و یا امتیاز آن به شرکت های دیگر واگذار شده باشد .

          

مدل های کمپانی Zilog

زایلاگ دیگر شرکتی بود که در اوایل کار ساخت پردازنده ها رقیبی برای اینتل به شمار می رفت . این شرکت با تولید پردازنده های سری z توانسته بود سهم خوبی را برای خود در بازار جهانی تولید پردازنده به خود اختصاص دهد . مدل های این شرکت :

Z8 \ z80 \ z800 \ z8000 \ z80000 \ z80a \ z800x \ z180

 اینتل

پردازنده های کمپانی اینتل به سه دسته ی بزرگ Desktop که پردازنده های کامپیوتر های شخصی یا رومیزی است ، mobile که برای رایانه های قابل حمل است و server که برای کامپیوتر های سرویس دهنده است تقسیم بندی شده اند . بعد از مدل های پنتیوم ارائه شده توسط این شرکت ، اینتل در سال 2006 سری جدید پردازنده های خود را با نام core solo تولید کرد . core  به معنی هسته و   soloبه معنی تک است . این پردازنده ی تک هسته ای دارای پهنای گذرگاه 32 بیتی بود .در همان سال اولین پردازنده ی دو هسته ای اینتل که تقریباً با همان امکانات core solo بود با نام core duo تولید شد . مدتی نگذشت که اینتل اعلام کرد پردازنده های 64 بیتی با دو هسته ی مجزا آماده شده است و این سری را core 2 duo نامید. مدل core 2 duo جرقه ای در پردازنده های دسک تاپ زد و تا امروز هم مورد استفاده ی کاربران کامپیوتر های شخصی قرار می گیرد. این پردازنده دارای تکنولوژی تولید 65 نانو متری بود . اما از مدل e8200 به بعد این سری تکنولوژی تولید 45 نانو متری به کار برده شد. به خاطر این دو خاصیت قیمت این پردازنده در سال 2006 بسیار گران بود. به همین خاطر این دو مدل Pentium dual core  و Celeron dual core را دوباره اما این بار دو هسته ای آن را تولید کرد .

نسل بعدی این پردازنده ها، پردازنده ی قوی و خوب core 2 quad است . سری پردازنده های 4 هسته ای. این نوع پردازنده ها از چهار هسته ی مجزا تشکیل شده اند و به طور همزمان با هم کار می کنند. اما این چهار هسته روی دو هسته کار می کنند .

نسل بعدی پردازنده های اینتل پردازنده های دو هسته ای و چهار هسته ای با نام core 2 Extreme است. این پردازنده ها جز قوی ترین پردازنده های کامپیوترهای دسک تاپ هستندو قیمت های آن ها در حدود 4 تا 5 برابر پردازنده های معمولی دو هسته ای و چهار هسته ای هستند. مثلا مدل Core 2 Extreme Quad Core QX 9650 در حدود 1030000 هزار تومان و مدل Core 2 Extreme Quad Core QX 9770 در حدود 1400000هزار تومان می باشد. از این پردازنده برای بازی های سنگین و نرم افزارهای قوی استفاده می شود .

پردازنده های 2 سری قبل دارای مشخصات تقریبا یکسانی هستند. از جمله ی این مشخصات می توان به نوع هسته ی به کار گرفته شده در آن هاست که به نام Yorkfield معروف است. دیگر مشخصه ی برابر این پردازنده ها سوکت LGA 775  است. فن آوری تولید 45 نانومتری و Bus 1066 برای مدل های پایین و 1333 برای مدل های بالا و پهنای گذرگاه 64 بیتی در آن ها برابر است.  پس از 12 هفته آزمايش دقيق و بسيار خسته كننده در لابراتوار THG مونيخ، آزمايش ريز پردازنده هاي مربوط به تمامي دوره ها به پايان رسيد. اين پروژه بيش از يك آزمايش معمولي به حساب  مي آيد.  تغيير و تحولات CPU در 11 سال اخير ، مسئولين لابراتوار THG را بر آن داشت تا اين پديده شگرف را مورد آزمايش قرار دهند و با هم مقايسه كند، در قسمت اول اين سري از مقالات نگاهي داريم به نقطه آغازين ريزپردازنده هاي Intel و حركت رو به رشد آنها تا به امروز و در بخش دوم مقاله تمركز خود را بر تاريخچه توسعه ريزپردازنده هاي AMD معطوف مي سازيم.  اكثر خوانندگان اين مقاله كامپيوترهاي Pentium 100 و حافظه هاي 16 مگابايتي را به خاطر دارند كه براي دانش آموزان با ذوق آن زمان به عنوان يك وسيله مهم به حساب مي آمد. در سال 1994 اين كامپيوترها با قيمتي برابر 3000 دلار ( چيزي بيش از 1 ميليون تومان در سال 73 ) به فروش مي رسيد اما امروزه تقريبا ديگر نامي از آنها شنيده نمي شود . صنعت كامپيوتر با چه سرعت سرسام آوري در حال پيشروي است !! در مجموع دو قسمت مقاله تعداد 111 عدد از ريزپردازنده هاي متعدد از تاريخ 1995 تا ابتداي  2005مورد آزمايش قرار مي گيرند. اين آزمايشات كامل مي توانند به منزله سفري از ميان زمان باشند كه به روشني، نحوه كار تراشه ها را انعكاسي مي دهند و در ضمن تغييرات عمده در سيستم هاي PC كه در اين فاصله زماني  كوتاه اتفاق افتاده اند را نشان مي دهند. نحوه كاركرد بهينه سيستم يا همان Performance  تنها پارامتري است كه بيشتر مشتريان در هنگام خريد به آن توجه مي كنند ولي تغييرات و تحولات فني و استانداردها از جمله مسائلي هستند كه اكثريت كاربران از آنها بي اطلاع مي باشند. مقاله مذكور مي توانند اطلاعات جامعي را در اين زمينه ارائه دهند. ابتدا به ساكن، به موضوع ريزپردازنده ها مي پردازيم كه در مورد ( ريز پردازنده هاي Intel از سال 1995 تا به كنون ، از سوكت شماره 5 تا سوكت شماره 775 ) شاهد بيش از 7 مرحله تكاملي مي باشيم كه در همين فاصله زماني، شركت AMD ريزپردازنده هاي خود را در 5 مرحله ( از سوكت شماره 7 تا سوكت شماره 939 ) طراحي نموده است

به جرات مي توان گفت كه اين مقاله جامع ترين و كامل ترين آمار در زمينه مقايسه ريزپردازنده ها بصورت كلي مي باشد. خواننده اين مقاله مي تواند مستقيماً نحوه كار اين 111 عدد ريز پردانده را  مورد تجزيه و تحليل قرار دهند اما بالاتر از همه اينها، كاربراني كه در صدند تا سيستم هاي قديمي خود را با يك سيستم جديد جايگزين نمايند، مي توانند از اين مقاله براي انتخاب پردازنده  راهنمايي بگيرند در طي ساليان متوالي، طراحي و ساخت ريزپردانده ها با در نظر گرفتن مقدار حافظه، نوع تراشه ها و پلتفورم ها، تغيير يافته است به عنوان مثال، در حاليكه سرعت ساعت سيستم (  Clock Speed )  تقريباً 40 برابر از قبل افزايش داشته است ( سرعت ريزپردازنده هاي اينتل از ميزان 100MHz در سال 1995 به ميزان 3800MHz در سال اخير مي رسد) ، حافظه نهان نيز " Cache " به سرعت رشد يافته و  همچنين ميزان پهناي باند ريزپردازنده هاي AMD K6-III/450 از مقدار 110MB/S ( در سال 1997 ) به مقدار 6000MB/S در نوع Athlon64 افزايش يافته است با نظر به آزمايشات متفاوت اينچنين بر مي آيد كه در بازي هاي سه بعدي ( 3D ) سرعت تكرار فريم ها از ميزان 17/1FPS در ريز پردازنده AMD Duron 650 به ميزان 171/7 FPS در ريزپردازنده AMD Athlon64 افزايش يافته است. اگر از ارقام و جزئيات ديگر چشم پوشي كنيم، شاهد 100% رشد خواهيم بود. اين افزايش وقتي بسيار برجسته تر مي شود كه تفاوت سرعت رمزگذاري MPEG 2 فايل يك گيگابايتي DV را ملاحظه گردد  در يك سيستم هاي پنتيوم 4 با سرعت 3.8GHz براي انجام اين كار زماني در حدود دو دقيقه و نيم به طول مي انجامد حال آنكه درسيستم قديمي Pentium 233 MMX ( در سال 1997 )  براي انجام اين كار تقريباً به يك ساعت زمان احتياج داشت.
نكته  ديگري كه مورد مشاهده قرار گرفت تفاوت دو سيستم مذكور در رمز گذاري MPEG4 Divx مي باشد . در سيستم Pentium 233 MMX، يك كدگذاري معمولي تقريباً دو ساعت به طول مي انجامد حال آنكه سيستم P4 با سرعت 3.8GHz آن را در كمتر از دو دقيقه به انجام مي رساند. كلام آخر آنكه سيستم P4 با سرعت 3.8GHz ، در حدود 64 برابر از ريزپردازنده هاي سال 1997 افزايش سرعت داشته است.  موضوع كدگذاري MP3 در سال 1995 مساله اي بود كه به قدرت پردازش كامپيوتر مربوط مي شد: يك سيستم Pentium 100 براي كد گذاري يك فايل  صوتي 17 دقيقه اي به 77 دقيقه زمان احتياج داشت حال آنكه در ريزپردازنده
 AMD Athlon 64 FX -55 همين كار را در يك دقيقه و سي ثانيه انجام مي گيرد

تعداد ترانزيستورها در هر ريز پردازنده نيز بسيار جالب توجه مي باشد. سيستم Pentium 100 در سال 1994 رقمي معادل 3 / 3 ميليون ترانزيستور را شامل مي شد حال آنكه اين رقم در Pentium 4 Extheme Edition به تعداد 178 ميليون ترانزيستور رسيده است. امروزه 54 ترانزيستور در خانه اي قرار مي گيرند كه در ريز پردازنده هاي 11 سال قبل تنها يك ترانزيستور در آنجا قرار مي گرفت.

ريزپردازنده Pentium 570 ( با سرعت 3.8GHz ) پردازنده هايي هستند كه  گرماي  زيادي توليد و توان الكتريكي بيشتري مصرف مي كنند و مقدار مصرفي در اين پردازنده ها  معادل 9 عدد ريزپردازنده Intel Pentium 100 مي باشد. اين نكته بسيار قابل توجه و شگرف مي باشد به خاطر اينكه در همين مدت ، اندازه ( سايز)  ترانزيستورها  6 برابر كاهش يافته است به همين دليل براي تامين پايداري سيستم به خنك كننده هاي بزرگتر و همچنين به منظور تامين انرژي به منبع تغذيه بزرگ با توان بالاتر از 400 وات احتياج است.
مقاله ما در خصوص پردازنده هاي AMD با پردازنده هاي مدل AMD K6-III/450 كه در سال 1996 با سوكت شماره 7 ساخته شدند شروع مي شود و تا  مدل AMD Athlon 64 FX-55 ( كه با سرعت 2600MHz  كار مي كند كه به عنوان آخرين و توانمندترين نوع ريزپردازنده ارائه شده توسط شركت AMD مي باشد ادامه پيدا مي كند .

1978 : آغاز عصر تاريخي  X86

در سال 1978 شركت اينتل ريزپردازنده مدل 8086 را وارد بازار مي كند كه امروزه نيز به عنوان جزء اساسي در ريزپردازنده هاي X86 Compatible به حساب مي آيد. اين پردازنده در سيستم كامپيوتري مدل XT با سرعت 77 / 4 كه بعدها به 8MHz رسيد و به بيشترين ميزان حافظه يعني 1MB دست مي يابد.

شكل 1،مادر تمام پردازنده هاي x86 . شكل فوق پردازنده 8086 اينتل با سرعت 4.77 MHz را نشان مي دهد .

در اين دوران مقدار RAM هنوز در حدود كيلو بايت بود. بهترين و مجهزترين نوع سيستم ها تنها داراي 256 كيلو بايت RAM ( كه تنها شامل يك تراشه بود )  مي شد. اگر مقدار RAM به ميزان 320 كيو بايت  افزايش مي يافت، كامپيوتر قادر بود كه سيستم عامل Windows 1.0 را بارگذاري مي كند از سوي ديگر در آن زمان  هارد ديسك بسيار نادر و گران قيمت بود. اما آندسته از كساني كه استطاعت مالي داشتند، مي توانستند سيستم شخصي خود را مجهز به دو Disk Drive نمايند. برخي از كاربران ممكن است فلاپي ديسك هاي 8 اينچي را بخاطر داشته باشند كه بعد ها جاي خود را به فلاپي ديسك هاي 25/ 5  اينچي دادند.

در سال 1982 اينتل، ريزپردازنده مدل 286 خود را وارد بازار كرد كه طراحي مادربرد آن از اسلات هاي 16 بيتي ISA

استفاده كرده بود. بيشترين مقدار حافظه موقت SIMM به مقدار 1 مگابايت مي رسيد. سه سال بعد يعني درسال 1985 ريزپردازنده مدل 386 وارد بازار شد كه مي توانست با بيشترين مقدار حافظه موقت يعني 4GB كار كند اما مادربردي كه بتواند با اين تكنولوژي كار كند، وجود نداشت.

در 8051  هشت نوع آدرس دهی وجود دارد که عبارتند از:

1) آدرس دهی ثبات ((Rejister Addresing

2) آدرس دهی مستقیم ((Direct Addresing

3) آدرس دهی غیر مستقیم ((Indirect Addresing

4) آدرس دهی فوری   (   (Immediate Addresing

5)   آدرس دهی نسبی  (  (Relative Addresing

6)    آدرس دهی مطلق ( (Absolute Addresing

7)  آدرس دهی بلند ((Long Addresing

8)     (Index Addresingآدرس دهی اندیس دار (

1- آدرس دهی ثبات:

   در 8051 هشت ثبات با نام بانک ثبات وجود دارد که این ثبات ها به صورت تک تک با نامهای R0-R7  شناخته می شوند تعدادی از دستورالعمل های 8051 بر روی این ثباتها کار می کنند ابن دستورالعملها را دستورهای با آدرس دهی ثبات گویند.در دستورا ت آدرس دهی ثبات ,  سه بیت کم ارزشتر کد دستور  ,  آدرس ثباتهای مذکور را مشخص می کند بنابراین کد اجرا و آدرس ثبات در یک بایت دستور قرار می گیرد.

زبان اسمبلی میکروکنترولر 8051 ,  آدرس دهی ثبات را با سمبل RN  مشخص می کند که  N  بین 0 تا 7 می باشد.به عنوان مثال برای اضافه کردن محتوای ثبات   R7 به آکومولاتور دستور زیر استفاده می شود:

ADD A,R7

کد اجرای این دستور 00101111   است که 5بیت پر ارزشتر یعنی 00101  دستور جمع ADD  و سه بیت کم ارزش تر آن یعنی 111 ثبات  R7  را مشخص می نماید.

مثال2:

 کد اجرای دستور زیر چیست و این دستور چه عملی انجام می دهد؟

                                                            MOV A,R7

اصولا 15 نوع دستور  MOV  وجود دارد که در اینجا نوع MOV A,Rn  را بررسی می کنیم. کد باینری این دستور به صورت 11101rrr  است که سه بیت کم ارزش تر ,  آدرس ثبات منبع را مشخص می کند . با قرار دادن آدرس  R7  یعنی 111 در کد باینری به جای rrr  خواهیم داشت 11101111 که کد EFH  برای دستور مذکور حاصل می شود.دستور مذکور محتوای ثبات R7  را به آکومولاتور منتقل می کند.

  آدرس دهی مستقیم:

همانطور که می دانیم هر بیت (8 بیت) از حافظه میکرو به وسیله عددی منحصر به فرد که شماره ردیف آن بیت است مشخص می شود ,  این عدد منحصر به فرد آدرس نام دارد. از این جهت می گوییم منحصر به فرد زیرا هیچ دو بیت از حافظه میکرو دارای یک آدرس نیستند.

لذا با استفاده از این آدرس می توان به کلیه مکانهای حافظه دسترسی داشت . آدرس دهی مستقیم از این آدرس استفاده می کند. علائه بر آدرس ,  بیشتر مکانهای حافظه دارای نام نیز هستند. برای مثال پورت یک هم دارای آدرس 90H  است و هم نام P1  را دارد. استفاده از هر دو (نام یا آدرس ) در برنامه نویسی مجاز است.

در برنامه نویسی هنگامی که عددی را بدون هیچ پیشوندی می نویسند نشان دهنده استفاده از آدرس دهی مستقیم است.

به عنوان مثال در دستور زیر:

MOV P1,A

که محتوای ثبات آکومولاتور (A) را به پورت P1  انتقال می دهد ,  از آدرس دهی مستقیم استفاده شده است.

 

آدرس دهی غیر مستقیم:

آدرس دهی غیر مستقیم از آدرس بایت مورد نظر استفاده می کند. تفائت آن با آدرس دهی مستقیم این است که در آدرس دهی غیر مستقیم آدرس مکان حافظه ابتدا در یکی از ثباتهای بانک ثبات قرار می گیرد و سپس ثبات مذکور به همراه پیشوند @  در دستورالعمل استفاده می شود.

کاربدر این نوع آدرس دهی برای مواقعی است که آدرس یک متغیر بیتی در زمان اجرای برنامه  ,  نه در زمان نوشتن کد , محاسبه شود و نیز هنگام استفاده از مکانهای متوالی حافظه نیز باید از آدرس دهی غیر مستقیم استفاده کنیم . در موارد بالا نمی توانیم از آدرس دهی مستقیم و ثبات استفاده کنیم زیرا این دو آدرس دهی در هنگام کامپایل برنامه به آدرس مکان حافظه نیاز دارند در حالی که ما آدرس مکان حافظه را نمی دانیم.

برای فهم بیشتر مطلب دو دستور زیر را در نظر بگیرید:

MOV R0,#90h

MOV @R0,A

دستور اول عدد 90 در مبنای 16 را در ثبات R0  قرار می دهد. عدد 90h  آدرس پورت یک می لاشد.دستور دوم به میکرو دستور می دهد تا محتوای ثبات A  را در آدرسی که در R0  است (یا مکانی که R0 به آن اشاره می کند) قرار بده.

جمله بالا در مفاهیم برنامه نویسی به نام اشاره گر معروف است . اشاره گر متغیری است که آدرس مکان حافظه را در خود نگه می دارد.

در این دستور @R0 معادل همان P1 است.

آدرس دهی فوری یا بلافاصله:

در صورتی که بخواهیم یک عدد ثابت نه یک آدرس را در مکانی از حافظه قرار دهیم از آدرس دهی فوری استفاده می کنیم. دستور اول در مثال قبلی نوعی از آدرس دهی فوری بود . مشخصه آدرس دهی فوری استفاده از پیشوند # قبل از عدد است.

در صورتی که در یک دستور از عددی استفاده کنیم اگر عدد بدون پیشوند باشد نوع آدرس دهی  مستقیم است و در صورتی که عدد پیشوند # داشته باشد آدرس دهی فوری خواهد بود.به این دو دستور توجه کنید تا این جمله را بهتر متوجه شوید:

MOV A,#90h

MOV A,9h

دستور اول عدد 90 در مبنای 16 را در ثبات A  قارا می دهد . بعد از اجرای دستور مطمئن هستیم که محتوای ثبات A  ,  . 90h است.دستور دوم مقداری را که در آدرس 90h  حافظه است در ثبات  A قرار می دهد یادآوری می کنم که 90h آدرس پورت یک است . بنابراین هر عددی که بر روی پورت یک باشد در درون ثبات A قرار خواهد گرفت و ما از مقدار این عدد هیچ اطلاعی نداریم.

 آدرس دهی نسبی:

این نوع آدرس دهی در چند دستورالعمل پرشی به کار رفته است ( مانند ( sjmp با استفاده از این نوع آدرس دهی می توان به 127 بایت بالاتر و 127 بایت پایین تر از مکان فعلی برنامه پرش کرد. هنگامی که کامپایلر به این نوع دستورات پرشی می رسد آدرس مبدا را از آدرس مقصد تفریق می کند و نتیجه را به شمارنده برنامه اضافه می کند( (pc دستور زیر را در نظر بگیرید:

 90 sjmp 100

اکنون در مکان 90 حافظه هستیم برنامه می خواهد به مکان 100 پرش کوتاه انجام دهد . آدرس مبدا از مقصد کم می شود (100-90) و به  pc  ,  +10 واحد اضافه می شود.

مزیت استفاده از این نوع آدرس دهی این است که کد مستقل از مکان ایجاد می کند.

 آدرس دهی مطلق:

آدرس دهی مطلق فقط برای دستورات ACALL  (فراخوانی سابروتین) و AJMP  (پرش مطلق) به کار برده می شود و دو بایتی هستند . با این دستورات می توان تا 2K بایت در داخل یک صفحه حافظه پرش نمود.

به عنوان مثال:

AJMP BACK

 آدرس دهی بلند:

این نوع آدرس دهی با دستورات فذاخوانی سابروتین(( LCALL و دستور پرش بلند ((LJMP به کار برده می شود.این دستورات 3 بایتی هستند که در بایت دوم و سوم آنها آدرس 16 بیتی مقصد می باشد.

یکی از مزیتهای این دستورات این است که می توان به تمات فضای حافظه برنامه دسترسی پیدا کرد ولی اشکال آن ها این است که سه بایت طول دارند.

به عنوان مثال:

LJMP FAR_AHEAD

 

 

آدرس دهی اندیس دار:

این نوع آدرس دهی در دستورات پرش ( ( JMP و انتقال ( (MOVC  استفاده می شودکه محتوای ثبات پایه مانند((pc یا اشاره گر داده ((DPTR را با محتوای آکومولاتور جمع می کند تا آدرس مقصد حاصل شود.

هم چنین این نوع آدرس دهی در نوشتن جداول جستجو ((LOOUP TABLE استفاده می شود.

به عنوان مثال:

MOVC A,@A+DPTR

شكل 2 : اولين پردازنده 32 بيتي كه بر اساس تكنولوژي x86 بنا شده بود و بدون فن كار مي كرد.
ضمناً براي اولين بار سيستم عامل Windows توانست از حافظه مجازي (  Virtuel memory ) در مدل 386 بهره گيرد. اولين نوع ريز پردازنده مدل 386 با سرعت 16 MHz در همين سال ها وارد بازار گشت كه چهار سال بعد مدل

ديگري از اين ريزپردازنده با سرعت 32 MHz ارائه شد.

1989:  سوكت 1 ، 2 و3

در سال 1989 شركت اينتل ريزپردازنده مدل 486DX را با سوكت شماره 1 وارد بازار كرد. ريزپردازنده مذكور با فركانس 25MHz كار مي كرد كه اين ميزان در سال هاي بعد به 133MHz رسيد .
در قسمت هاي بعدي مقاله نگاهي خواهيم داشت بر شروع استفاده از كامپيوترهاي PC در اوايل دهه 1990. در اين سال ها بيشتر كاربران ، سيستم هاي خانگي خود را اعم از Commodem Amige, Commodoer 64 و يا Atai ST با كامپيوترهاي PC جايگزين كردند.

شكل 3 : پردازنده 486 DX با سرعت 33MHz

شكل 4 : پردازنده 486 DX2 با سرعت 66MHz و سوكت شماره 2

شكل 5 : پردازنده 486 DX4 100 با سرعت 100MHz و سوكت شماره 3 

شكل 6 : پردازنده مشابه خانواده Intel 486 DX از كمپاني AMD با سرعت 133MHz 

سال هاي بين 1993 و 1997: سوكت هاي شماره 4 ، 5 ، 7  و پلتفورم هاي AMD و Intel

سال 1993: سوكت 4 براي اولين نوع Pentium

در طول سال هاي 1993 و 1994 اولين نوع كامپيوترهاي Pentium در معرض فروش قرار گرفت. در اين سال ها متقاضيان خريد قبل از باز شدن مغازه ها به صف مي ايستادند تا يكي از بالاترين پيشنهادهاي فروش را به چنگ آورند، در بيشتر مواقع، اجناس در مدت زماني كوتاه فقط در چندين دقيقه به فروش مي رسيد.

در صد فروش اجناس دربازار كامپيوتر به دو برابر افزايش يافته بود و شركت هاي كوچك در زمينه مونتاژ و فروش كامپيوتر مانند قارچ شروع به رشد كردند . سيستم هاي 486 DX100  به همان قيمت Pentium 60  ( با قيمتي عجيب بين 1000 تا 1500 دلار )  به فروش مي رسيد.

شكل 7 : Intel Pentium 60 ، اولين پردازنده از خانواده پنتيوم ـ اين پردازنده بعد توليد انبوه به دليل داشتن اشكال محاسباتي در بخش مميز شناور درد سرهاي زيادي را براي كمپاني اينتل بوجود آورد.

سوكت 4 در سال 1993 وارد بازار شد كه در نهايت براي دو ريزپردازنده مدل Pentium 60 و  Pentium 66 مورد استفاده قرار گرفت . نوع Pentium 60 سرعت كمتري داشت ( در حدود 30MHz ) كه در مقايسه با مدل 486 DX داراي سرعت  ساعت كمتري بود. از طرف ديگر Pentium 66 كاربردي تر بود. اما كثر كاربران ريزپردازنده هايي با سرعت ساعت بالا با همان قيمت خريداري مي كردند يعني پردازنده هايي  ازقبيل  486 DX 100 .سال هاي بين 1996 تا 1998: سوكت 5 ريزپردازنده هاي AMD و Intel به دنبال  سوكت شماره  4، سوكت شماره 5 و به همراه آن پردازنده  Pentium 75 وارد بازار شد. در ان مدل حافظه نهان به عنوان يك خصيصه مشاهده مي شود كه كارايي سيستم را به مقدار قابل  توجهي بالا مي برد. با پرداخت كمي پول بيشتر، مي توانستيد سيستمي با پردازنده  Pentium 75  و مادر بردي با با 256KB Casch و يا 512 KB خريداري كنيد( در آن زمان ها حافظه نهان بر روي مادر برد بود نه داخل پردازنده

شكل 8 : شكل فوق يك  ماژول 256 كيلو بايتي حافظه نهان را نشان مي دهد كه بر روي يك مادربرد سوكت 5 با چيپ 430FX نصب شده است. شركت ASUS اولين توليد كننده مادربردهايي با حافظه نهان بود. در اين مادربردها  Cach بر روي يك سوكت سوار مي شد و قابليت افزايش از 32 تا 512 كيلو بايت را داشت .

شكل 9 : پردازنده Pentium 75

سال 1998 تا 2000 : سوكت 7 و پردازنده هاي AMDاينتل با ارائه  Pentium 166 MMX، اولين نوع MMX ( چندين رسانه اي )  را وارد بازار كرد كه به مادربردي با دو ولتاژ (2.7   و 3.3 ولت ) احتياج داشت. بعد از ارائه پردازنده مدل Pentium MMX  توسط اينتل ، شركت AMD نيز به دنبال آن مدل K6 خود را كه تا سرعتي بالغ بر 166 MHz كار مي كرد را در  معرض فروش قرار داد. در سال براي اولين بار حافظه SDRAM ارائه گرديد كه استفاده از آن موجب  يك تغيير عمده در سرعت  انتقال اطلاعات در حافظه شد.

شكل 10 : پردازنده Pentium 75

شكل 11 : پردازنده AMD- K5

با استفاده از حافظه هاي SDRAM ( با سرعت 60ns يا 70ns ) سرعت انتقال اطلاعات حافظه بالغ بر 90 مگا بايت در ثانيه و بالاترين ميزان سرعت در آن زمان 384 مگا بايت بود كه بعداً اين ميزان به مقدار 768 مگا بايت افزايش يافت. تقريباً در همين اثناء بود كه فاكتور ATX به بازار معرفي مي گرديد.علاوه بر اين يك منبع تغذيه جديد كه به كامپيوتر اين امكان را مي دهد تا وارد وضعيت Standby شود و يا توسط يك نرم افزار خاموش يا روشن شود. عرضه واسطه AGP سرعت را نسبت به استاندارد PCI بالا برد. در آن زمان، حافظه هنوز از نظر سرعت كند و از نظر قيمت گران بودندبه همين دليل اينتل امكان دسترسي مستقيم كارت گرافيك به RAM را فراهم  ساخت. اينتل تاريخچه سوكت 7 را با پردازنده Pentium 233MMX به اتمام رساند. برخلاف اينتل كه از آن به بعد از Slot 1 براي پردازنده هاي خود استفاده مي كرد، شركت AMD از آن تاريخ به بعد به مدت دو سال  نيز از سوكت 7 استفاده مي كرد.

شكل 12 : پردازنده Pentium 233MMX نمايي از رو و پشت 

شركت AMD آخرين ريزپردازنده خود از سوكت 7 را با نام  AMD K6-III 500  وارد بازار كردكه از نظر كارايي، ريزپردازنده مذكور توانست بهتر از ريزپردازنده Pentium III عمل كند.اما چه عاملي باعث شد تا ريز پردازنده مذكور كارايي ( Performance )  بهتري داشته باشد؟ علت آن به اين دليل بود كه ريزپردازنده مذكور داراي دو حافظه نهان  L2 و L3 بود. ظرفيت L2 ، 256 كيلو بايت و ظرفيت L3 ، 2 مگا بايت بود.

شكل 13 : پردازنده AMD K6-III 450 ـ داراي دو حافظه نهان L2 و L3

شكل 14 : نمونه اي از مادر برد سوكت 7

با توجه به اينكه L2 بر روي خود ريزپردازنده و L3 بر روي مادربرد نصب مي شد در اين زمان اينتل نتوانست تكنولوژي جديدي را براي رقابت با AMD ارائه دهد مخصوصاً از زماني كه AMD ريزپردانده K6-III 450 خود را به قيمت ارازان تر به فروش رساند.در اين زمان بود كه مسير دو شركت Intel و AMD از هم جدا شد.اينتل در طراحي مادربرد از Slot1 و AMD نيز از يك اسلات مشابه موسوم به Slot A ( كه با اسلات Intel سازگار نبود)  استفاده كرد.

ریزپردازنده واحد پردازش مرکزی یا مغز رایانه می باشد. این بخش مدار الکترونیکی بسیار گسترده و پیچیده ای می باشد که دستورات برنامه های ذخیره شده را انجام می دهد. جنس این قطعه کوچک (تراشه) نیمه رسانا است. CPU شامل مدارهای فشرده می باشد و تمامی عملیات یک میکرو رایانه را کنترل می کند. تمام رایانه ها (شخصی، دستی و…) دارای ریزپردازنده می باشند. نوع ریزپردازنده در یک رایانه می تواند متفاوت باشد اما تمام آنها عملیات یکسانی انجام می دهند.

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و ششم بهمن 1389ساعت 10:28 بعد از ظهر  توسط سيد محسن كبريايي  |