تاریخچه

تاریخچه

رله ها و لامپ های خلا که عموماً به عنوان عناصر سوئیچینگ مورد استفاده قرار می گرفتند. یک کامپیوتر مفید به هزاران یا
صدها هزار از این المان های سوئیچینگ نیاز دارد و سرعت کلی سیستم به سرعت این سوئیچ ها وابسته است

بقیه در ادامه مطلب

تاریخچه
رله ها و لامپ های خلا که عموماً به عنوان عناصر سوئیچینگ مورد استفاده قرار می گرفتند. یک کامپیوتر مفید به هزاران یا
صدها هزار از این المان های سوئیچینگ نیاز دارد و سرعت کلی سیستم به سرعت این سوئیچ ها وابسته است. کامپیوترهای
لامپ خلا نزیر EDVAC تقریباً 8 ساعت بدون خرابی کار می کردند در حالی که کامپیوترهای رله ای مانند طراحی هاروارد
خیلی زودتر با مشکل مواجه می شدند. در نهایت CPU های بر پایه لامپ خلا به دلیل سرعت قابل توجه و قابلیت اطمینان
بیشتر برهم نوعان خود پیروز شدند. اغلب CPU های سنکرون نسبت به CPU های مدرن با فرکانس کلاک کمتری در حد
100Hz تا 4 MHz کار می کردند که این محدودیت به دلیل سرعت کم المان های سوئیچ بود. سخت افزار - واحد پردازش
مرکزی - CPU )قسمت اول( vida - جمعه، 20 مهر ماه ، 1386 23:42:43 موضوع: واحد پردازش مرکزی - CPU )قسمت
اول( CPU و اجزای داخلی آن : CPU یا واحد پردازش مرکزی ) Central Process Unit (، بخشی از سیستم های پردازشی
و رایانه ها است که وظیفه آن پردازش اطلاعات ، با توجه به برنامهء در نظر گرفته شده برای آن است . یک CPU از یک چیپ
که متشکل از تعداد زیادی ترانزیستور است )بین چند هزار تا چند میلیون که بستگی به مشخصات CPU دارد( تشکیل شده
است . بلوک دیاگرام داخلی یک CPU به طور خلاصه در شکل زیر نشان داده شده است : ALU واحد محاسبات و منطق
( Arithmetic Logic Unit ( است که وظیفه آن انجام عملیات منطقی نظیر جمع ، تفریق و ... و همچنین عملیاتی نظیر
AND ، OR و ... بر روی داده ها است . یک ALU را به طور خلاصه می توان یک جمع کننده کامل در نظر گرفت ؛ البته با
پیچیدگی های خاص خود . Register ها وظیفه نگهداری اطلاعات را به صورت موقت در داخل CPU بر عهده دارند که این
اطلاعات می تواند اطلاعات دریافتی از درگاه های ورودی باشد )پورت ها( و یا اطلاعات حاصل از انجام عملیات منطقی. البته
معمولا یک رجیستر مخصوص که به آن انباره یا آکامالاتور نیز گفته می شود وجود دارد که در اکثر عملیات منطقی شرکت می
کند . واحد Memory Interface وظیفه ایجاد ارتباط با حافظه جانبی را بر عهده دارد که عمل خواندن و یا نوشتن از حافظه
و انتقال اطلاعات بین CPU و حافظه نیز از وظایف مربوط به این بخش است . واحد Instruction Fetcher اطلاعات
مربوط به دستور العمل های اجرایی را از واحد حافظه دریافت و به واحد رمز گشایی ) Instruction Decoder ( تحویل می
دهد . به عبارت دیگر وظیفه بخش Instruction Fetcher ، واکشی کد های دستور از حافظه با کمک بخش Memory Interface و اعمال آن به بخش رمزگشایی است . واحد رمزگشایی نیز پس از دریافت کد مربوط به دستور مورد نظر ، آن را
رمز گشایی و عمل مربوط به آن را انجام می دهد . فاکتورهای مهم در یک CPU : هر CPU با یک سری از خصوصیات و
فاکتور هایی در ساختار طراحی و تولید خود شناخته می شود که مهمترین فاکتورها عبارتند از : - پهنای گذرگاه داده : این

خصوصیات به مشخصات ALU و رجیستر های مرتبط با آن بستگی دارد و بیانگر این است که اطلاعات پردازش شده توسط
CPU چند بیتی است . به عنوان نمونه یک CPU که گذرگاه داده آن 16 بیتی است ، توانایی پردازش اطلاعات و دستورات را
به صورت 16 بیتی دارد و به همین دلیل به آن پردازنده 16 بیتی اطلاق می شود . - پهنای گذرگاه آدرس : همانطور که در
شکل نیز نشان داده شد ، اطلاعات و همچنین دستورالعمل های اجرایی در واحد های خارجی از CPU نگهداری می شوند .
توسط گذرگاه آدرس می توان حافظه ها و پورت های خروجی را آدرس دهی کرد تا به این وسیله بتوان به آنها نظم بخشید و
با آنها ارتباط برقرار کرد . پهنای گذرگاه آدرس ، نشان دهنده توانایی CPU در آدرس دهی حافظه ها و یا پورت های خارجی
می باشد . به عنوان نمونه یک CPU با گذرگاه 16 بیتی ، توانایی آدرس دهی 65536 خانه از حافظه خارجی را دارد . - فرکانس
کاری : فرکانس کاری یک CPU بیانگر سرعت کاری آن است و هر میزان بالاتر باشد ، CPU سریعتر عمل می کند و اطلاعات
را پردازش می کند . در حال حاضر CPU های ساخته شده تا محدودهء سرعت چند میلیون دستور در ثانیه به پردازش اطلاعات
می پردازند . - شرکت سازنده : که بیانگر این است که CPU توسط کدام کمپانی ساخته شده است و به کدام خانواده از CPU
ها تعلق دارد که معروف ترین آنها عبارتند از Intel ، IBM ، AMD ، Syrex ، Motorola ، IDT ، NIC ، IIT . البته
طراحی و خصوصیات یک CPU به شرایطی که قرار است در ان به کار گرفته شود بستگی دارد و سرعت و ... با توجه به این
موضوع تعیین می شود . به عنوان مثال CPU هایی که باید در ابر کامپیوتر ها به کار گرفته می شوند با CPU هایی که در
سیستم های کنترلی کوچک به کار گرفته می شوند دارای تفاوت های بسیار در سطح قدرت پردازش هستند ، اما هر کدام با
توجه به شرایط کاری خود طراحی شده اند . بر همین اساس در سیستم های پردازشی کوچک به جای پردازنده ها ، از ریز
پردازنده ها استفاده می شود که دارای سرعت ، حجم و امکانات کمتری نسبت به پردازنده های معمول هستند ، اما با این حال
به خوبی از عهده کنترل سیستمهای کوچک بر می آیند و در ساخت اینگونه سیستم ها به کار گیری آنها بسیار با صرفه تر و
آسانتر از به کار گیری پردازنده ها است . نمونه ای از این ریز پردازنده ها ، Z80 و 8086 هستند که از نظر ساختاری بسیار
منطبق با مطالب گفته شده هستند . به طور مثال بلوک دیاگرام داخلی ریز پردازنده Z80 در شکل زیر نشان داده شده است :
نکته : موارد گفته شده تنها بررسی یک CPU به صورت کلی بود ، اما در مواردی ممکن است که اجزای داخلی CPU ، بیش
از موارد گفته شده باشد که بستگی به نوع و طراحی CPU دارد . حافظه کش یکی از این موارد است که امروزه در اکثر CPU
ها که برای اعمال پردازشی نسبتا سنگین طراحی شده اند ، در حجم های مختلف قرار داده شده است .