سخت افزار با سحر
قدرت در ذهن شماست نه در امکانات...
درباره وبلاگ


(برای رسیدن به آرزوهاتون لابه لای داشتن و نداشتن امکاناتتون دست و پا نزنید اراده کنید موفقیت در ذهن شماست رویا است شما از آن واقعیت بسازید ایمان داشته باشید و از فکرتون به جای پولتون استفاده کنید البته به جای فکر به شما پیتزا نمیدن ولی قدرت واقعی رو حتما .)
سحر هستم به موفقیت شما ایمان دارم و برای شما می نویسم . متولد فروردین 1362 و رشته تحصیلیم کامپیوتر (سخت افزار ) بوده و فارغ التحصیل از دانشگاه آزاد اسلامی و البته در حال حاضر فن آوری اطلاعات (IT) می خونم و معلم و ... هستم .
خب باید اضافه کنم که حالا دیگه مهندسی نرم افزار می خونم و کارمند شدم و دیگه اینکه هنوز هم از هرفرصتی هرچند کوتاه حتی در زمانهایی مثل فقط چند دقیقه مانده به امتحان پایان ترم هم برای یاد دادن دروس مربوط به کامپیوتر برای دانشجویان یا دانش آموزان و... دریغ ندارم راستشو بگم اصلاً نمی تونم آن مطالب درسی رو که از اساتید و معلمان خوبم یاد گرفتم رو در ذهنم دفن کنم بهترین راه و تنها راهی که بتونم قدردان زحمات معلمانم باشم همینه ، یاد دادن حتی اگه برای دیگران عجیب باشه . از اینکه از وبلاگ خودتان بازدید میکنید سپاسگذارم.
پیوندهای روزانه
دوشنبه پنجم بهمن 1388 :: 10:32 ::  نويسنده : سحر دیناروند

سرعت پالس های ساعت سیستم
یكی از بهترین مشخصه هایی كه برای بررسی عملكرد یك ریزپردازنده به كار می رود، سرعت پالس های ساعت آن است كه نشان می دهد ریزپردازنده در هر ثانیه چقدر كلاك می خورد. سرعت كلاك برای سالیان متمادی تنها معیاری بود كه برای مقایسه سرعت ریزپردازنده ها با یكدیگر به كار می رفت و هر ریزپردازنده ای كه سرعت كلاك بیشتری داشت، ریزپردازنده سریع تری محسوب می شد. امروزه معیارهای جدید تری برای مقایسه سرعت و كارایی ریزپردازنده ها مطرح شده است.
معمولاً ریزپردازنده ها، یك سرعت كلاك داخلی دارند و یك سرعت كلاك خارجی كه از سرعت كلاك داخلی كمتر است. سرعت كلاك خارجی، به سرعت ارتباط CPU با سایر اجزای سیستم بستگی دارد. مثلاً ریزپردازنده های پنتیوم 100، 133، 166 و 200 مگا هرتزی همگی با سرعت 66 مگا هرتز با سایر اجزای سیستم در ارتباط هستند، یعنی با وجود سرعت بالاتر ریزپردازنده ها، سرعت دستیابی به حافظه RAM و هارد دیسك تغییری نكرده است. هر چند كه ساده ترین و متداول ترین معیار كارآیی ریزپردازنده ها، سرعت كلاك آنهاست ولی سرعت كلاك معیار جامع و كاملی نیست.
به عنوان مثال شركت Cyrix ادعا می كند كه ریزپردازنده 6X86 این شركت كه دارای سرعت كلاك 150MHZ است، از لحاظ كارآیی با پردازنده پنتیوم 200MHZ قابل مقایسه می باشد. با توجه به این مساله، رقبای اینتل كه به طور عمده شركت های AMD و Cyrix می باشند، ریزپردازنده های خود را با معیار P-rating (مخفف Performance Rating ) ارزیابی كرده و نتایج این ارزیابی ها را به مشتریان عرضه می كند. به عنوان مثال معیار P-rating كارآیی ریزپردازنده ی 150 مگا هرتزی 6X86 را تقریباً مساوی با پنتیوم 200 نشان می دهد و یا پردازنده K5-PR166 با سرعت 117 مگا هرتز، از نظر كارآیی با پنتیوم 166 مگا هرتزی اینتل قابل مقایسه است و به همین خاطر دارای پسوند PR166 می باشد.
در واقع اندازه گیری كارایی ریزپردازنده ها یك كار حرفه ای است. ضمن اینكه هیچ معیاری نمی تواند كارآیی واقعی یك پردازنده را مشخص كند و طراحان این معیارها تنها به كمك یك سری فرضیات سعی می كنند دنیای محاسباتی واقعی را پیاده سازی كنند. ضمن اینكه در بسیاری از این معیارها، كارآیی كل سیستم مورد ارزیابی قرار می گیرد و نه فقط كارایی CPU.
همانطور كه احتمالاً حدس می زنید، سازندگان مختلف از معیارهایی استفاده می كنند كه بیشتر به نفع آنها باشد. به عنوان مثال اینتل كارایی ریزپردازنده های خود را با معیار Icomp اندازه گیری می كند که در آن فقط كارآیی ریزپردازنده های اینتل با یكدیگر مقایسه شده اند و ریزپردازنده های AMD و Cyrix مشاهده نمی شوند.
AMD و Cyrix، رقبای عمده اینتل از معیار Winstone 97 شركت Ziff - Davis استفاده می كنند. از آنجا كه عمده مصرف كنندگان با محصولات اینتل آشنایی بیشتری دارند، این شركتها ریزپردازنده های خود را از نظر كارآیی با ریزپردازنده های اینتل مقایسه می كنند. به عنوان مثال شركت Cyrix برای مدلهای مختلف Cyrix6x86MX, PR233, PR200, PR166 استفاده می كند. به عنوان مثال PR233 نشان می دهد كه كارآیی مدل Cyrix 6X86MX, PR233 با كارآیی پردازنده 233 مگاهرتزی اینتل قابل مقایسه است.
به هر حال آنچه اهمیت دارد، این است كه بخاطر داشته باشیم سرعت كلاك بیشتر، لزوماً به معنای كارآیی بیشتر نیست، هر چند نمی توان آن را كم اهمیت دانست بخصوص برای ریزپردازنده های جدید، برای مقایسه درست، بهتر است نتایجی را كه توسط مراجع مختلف، بخصوص مراجع مستقل منتشر می شوند، در نظر گرفت. بدین ترتیب می توان ریزپردازنده های شركتهایی همچون AMD, Cyrix را با ریزپردازنده های اینتل مقایسه كرد. ضمن اینكه مزیت ریزپردازنده های شركتهایی همچون AMD, Cyrix این است كه به سبب جذب مشتری، معمولاً ریزپردازنده های خود را با قیمت های پایین تر ارا-ئه می دهند. به عنوان مثال شركت AMD با ارائه ریزپردازنده های K6 ، Athelon به عنوان رقیب جدی برای اینتل مطرح شده و تا حدود زیادی در جذب مشتری موفق بوده است. در هنگام انتخاب CPU، حتماً ریزپردازنده های این شركت ها را نیز در نظر داشته باشید.

طراحی Cisc و Risc
عبارت CISC مخفف Complex Instruction Set Computer است. یعنی كامپیوترهای دارای مجموعه دستورالعمل های پیچیده. در این كامپیوتر ها، معمولاً دستور العمل های كامپیوتر، دستورات پیچیده ای هستند كه قادر به انجام كارهای پیچیده ای هستند و بسیاری از این دستورات، دستورات چند سیكلی هستند.

در مقابل، RISC مخفف Reduced Instruction Set Computer است. در این كامپیوتر ها، معمولاً از دستورالعمل های ساده تری استفاده می شود كه اكثر آنها، دستورات تك سیكلی هستند. به طوری كه ممكن است یك دستورالعمل كامپیوتر CISC معادل چندین دستورالعمل كامپیوتر های RISC باشد. معمولاً كامپیوتر های RISC ساختار منظم تری دارند و به همین دلیل می توانند با فركانس كلاك بالاتری كار كنند. در واقع مهم ترین دلیل كه باعث شده است امروزه در طراحی ریزپردازنده های مختلف، استفاده از ساختار RISC ترجیح داده شود، پیچیدگی بیش از حد طراحی در ساختار CISC و كاهش قابلیت های این گونه CPU ها می باشد.
دانستن نكات زیر حائز اهمیت است:
1) شركت اینتل ازجمله شركت هایی بود كه از همان ابتدا ایده طراحی CISC را انتخاب كرد.این ایده تا ریزپردازنده های سری پنتیوم ثابت ماند ولی در ریزپردازنده های جدیدتر سری پنتیوم اینتل از ایده طراحی RISC استفاده كرد. در این ریزپردازنده ها از یك هسته بسیار سریع RISC استفاده میشود كه باعث افزایش قابل ملاحظه كارآیی CPU می گردد. مفهوم سرعت خود دارای توضیحات ویژه است که لازم است خواننده به مباحث مفصلی که در سایت میکرورایانه انجام شده است مراجعه کند. به فهرست مقالات سایت میکرورایانه نگاه کنید.
2) بسیاری از ریزپردازنده های قوی توسط شركتهایی همچون HP به بازار عرضه شدند كه قابلیت های بسیار بیشتری نسبت به ریزپردازنده های اینتل دارند. اكثر این ریزپردازنده ها از ساختار RISC استفاده می كنند و برای كاربردهای حرفه ای طراحی شده اند. این ریزپردازنده ها قیمتهای بسیار گزافی دارند و نمی توانند در كامپیوتر های شخصی مورد استفاده قرار بگیرند.
3) در مقایسه ریزپردازنده های RISC و CISC تنها مقایسه فركانس كلاك دو پردازنده كافی نیست. در واقع ریزپردازنده های RISC به دلیل ساختار منظم تر و دستورات كوچك تر، معمولاً فركانس كلاك بیشتری دارند ولی این مساله لزوماً به معنای كارآیی بیشتر نیست، لذا در مقایسه ریزپردازنده های RISC و CISC باید از معیار های دیگری كه در مقایسه ریزپردازنده ها مطرح هستند، استفاده كرد.

معماری Superscalar و ویژگی MMX

تكنیك های Pipelining و معماری Superscalar از تكنیك های پیشرفته سخت افزاری هستند كه در ریزپردازنده های پنتیوم مورد استفاده قرار گرفتند. تا قبل از پنتیوم از معماری Superscalar استفاده نشده بود. در ریزپردازنده پنتیوم نیز همانند 80486 از Pipelining پنج مرحله ای استفاده می شود. این مراحل عبارتند از:
1) پیش واكشی (prefetch) دستورالعمل
2) رمز گشایی دستور العمل (Instruction decoding) برای تولید سیگنال كنترلی لازم
3) تولید آدرس (Address Generation) و قرار دادن آن بر روی گذرگاه آدرس
4) اجرای دستورالعمل (Execution)
5) پس نویسی (Write back) برای باز گرداندن نتیجه حاصل شده در مرحله ی اجرا .
بدین ترتیب هنگامی كه یك دستورالعمل در حال وارد شدن به CPU است، دستور دیگر می تواند رمز گشایی شود و دستوری دیگر نیز می تواند در حال اجرا باشد و بدین ترتیب سرعت كار CPU افزایش می یابد. برای درك بهتر Pipelining، مثال ساده زیر را در نظر بگیرید.

یك مغازه خشكشویی را در نظر بگیرید. در این مغازه باید بخشی برای تحویل گرفتن لباس های چرك، بخشی برای شستشوی لباس، بخشی برای اتو كشی لباس و بخشی برای تحویل لباس های اتو كشیده به مشتری وجود داشته باشد. استفاده از Pipelining در این اتوشویی بدین معناست كه برای هر یك از این بخش ها، مسئولان متفاوتی وجود داشته باشد كه همزمان با هم كار كنند. بدین ترتیب در حالی كه مسئول تحویل گرفتن لباس چرك، لباس شماره 1 را از مشتری دریافت می كند، مسئول شستشوی لباس در حال شستن لباس شماره 2 خواهد بود و پس از اینكه كارش تمام شد، لباس شماره 1 را از مسئول دریافت لباس چرك، دریافت می كند و لباس شماره 2 را به مسئول اتو كشی می دهد تا آن را اتو كند در همین حین مسئول اتو كشی، در حال اتو كشی لباس شماره 3 خواهد بود و مسئول تحویل لباس نیز در حال تحویل لباس شماره 4 خواهد بود و بدین ترتیب در هر لحظه هر چهار نفر مشغول كار هستند. حال آنكه اگر فقط یك نفر قرار بود تمام این كارها را انجام بدهد، مسلماً به وقت بیشتری نیاز داشت. باید تمام كارهای لباس شماره 1 را انجام می داد و پس از آن به سراغ لباس شماره 2 میرفت و الی آخر. بنابر این زمان لازم برای تحویل لباس حدوداً چهار برابر می شد.
Pipelining در ساختار CPU نیز دقیقاً به همین معناست. یعنی در حالیكه یك بخش دستوری را دریافت می كند (معادل بخش دریافت لباس چرك) بخش بعدی دستور دیگر را رمز گشایی می نماید (معادل بخش شستشوی لباس) و بخش دیگر دستوری دیگر را اجرا می كند (معادل بخش اتو كشی لباس). حال اگر در مغازه اتو شویی برای هر یك از بخش ها دو نفر مسئول وجود داشته باشد مسلماً باز هم فرآیند خشك شویی لباس سریعتر انجام خواهد شد. ساختار Superscalar دقیقاً به همین معناست، یعنی دو مدخل برای دستورالعمل ها وجود دارد و هم زمان دو دستور در هر مرحله Pipelining اجرا می شود. بدین ترتیب كارایی CPU تقریباً 2 برابر می شود . توضیحات بیشتر این اصطلاحات در سایر مقالات سایت میکرورایانه آمده است. از ویژگی های جدید ریزپردازنده های پنتیوم استفاده از دستور العمل های MMX است. اگر چه با آمدن ریزپردازنده پنتیوم كارآیی ریزپردازنده ها به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافت، اما هنوز برخی از برنامه های كاربردی، به خصوص برنامه های چند رسانه ای و برنامه هایی كه به قابلیت گرافیكی بالایی نیاز داشتند، نمی توانستند با سرعت كافی اجرا شوند. برای حل این مشكل، اینتل ریزپردازنده های پنتیوم MMX را به بازار عرضه كرد كه همزمان عملكرد سریع تر برای داده های چند رسانه ای را فراهم می كرد.
MMX مخفف Multimedia Extension است و همانطور كه از نام آن پیداست، برای افزایش قابلییت های چند رسانه ای ریزپردازنده پنتیوم به آن افزوده شده است. برای دستورات MMX نیز از Pipelining استفاده شد و بدین ترتیب كارایی CPU به طور قابل ملاحظه ای در كاربرد های چند رسانه ای افزایش یافت. دستورالعمل های MMX این قابلیت را برای ریزپردازنده فراهم می آورد تا عملیاتی را كه پنتیوم های قدیمی در چند مرحله انجام می دادند، در یك مرحله انجام دهند. در واقع در این ریزپردازنده ها تكنیك سخت افزاری دیگری كه اصطلاحاً (Single Instruction Multiple Data) یا SIMD نامیده می شود به كار رفت. این روش به ریزپردازنده امكان می دهد كه یك دستور واحد را برای چندین داده مختلف به كار ببرد. البته بر خلاف تكنیك های Pipelining و Superscalar كه در واقع از دید كاربر پنهان هستند، استفاده از امكانات MMX، نیازمند این است كه برنامه نویس ها برنامه های خود را با دستور العمل های جدید MMX بنویسند.
البته حتی به هنگام اجرای یك نرم افزار كه از دستورات MMX استفاده نمی كند، نیز چنانچه از ریزپردازنده های MMX استفاده شود، كارایی آن نسبت به یك پنتیوم قدیمی بیشتر خواهد بود، زیرا در ریزپردازنده پنتیوم MMX، میزان حافظه Cache دو برابر شده است. همچنین Pipelining ریزپردازنده پنتیوم MMX نیز نسبت به پردازنده های پنتیوم اولیه دارای كیفیت بهتری است و این دو عامل در مجموع باعث كارایی بهتر ریزپردازنده پنتیوم MMX می باشد .

خانواده ریزپردازنده های 80x86
هر چند مدت زیادی از ساخت اولین ریزپردازنده های قابل استفاده در كامپیوتر های شخصی نمی گذرد، اما در طی همین مدت نسبتاً كوتاه، كامپیوتر ها به بخش عمده ای از زندگی امروزی تبدیل شده اند و بخش اساسی كامپیوتر ها كه سرآمد این تحولات می باشد CPU است. متداول ترین CPU های امروزی ریزپردازنده هایی هستند كه توسط شركت اینتل به بازار عرضه شده است. برای توضیح بیشتر به فهرست مقالات سایت میکرورایانه مراجعه کنید.
اولین ریزپردازنده تجاری اینتل ریزپردازنده 4004 بود كه در سال 1971 به بازار عرضه شد. این ریزپردازنده 4 بیتی تمام توابع محاسباتی و منطقی یك ماشین حساب را در بر داشت و قادر بود 60 هزار عمل محاسباتی را در یک ثانیه انجام دهد. همچنین این تراشه دارای یك جمع كننده ی 4 بیتی و یك انباره (Accumulator) شانزده بیتی برای ذخیره موقت اطلاعات بود. اگرچه این تراشه برای كار در ماشین حساب طراحی شده بود، اما اساس ریزپردازنده های بعدی بود كه برای استفاده در كامپیوتر های شخصی طراحی شدند.
در سال 1972 اینتل ریزپردازنده 8 بیتی 8008 را به بازار عرضه نمود كه در هر ثانیه در حدود 30 هزار دستور العمل را اجرا می كرد و قابلیت آدرس دهی 16 KB حافظه را داشت. این تراشه دارای 48 دستورالعمل، 7 سگمنت 8 بیتی و یك امکان سرویس وقفه بود.
در سال 1974 اینتل تراشه 8080 را به بازار عرضه كرد كه بسیار سریعتر از 8008 بود و به IC های جانبی كمتری نیاز داشت. یكی از بهترین سیاست های اینتل كه باعث برتری آن به رقبا(ی اولیه اش) شد، مساله سازگاری هر ریز پردازنده با ریزپردازنده های قبلی بود كه از همین ریزپردازنده 8080 رعایت شد. ریزپردازنده 8080، با ریزپردازنده 8008 سازگاری كامل داشت و تمام دستورالعمل های 8008 برروی آن قابل اجرا بود، ضمن اینكه تعداد دستورالعمل های آن به 79 دستورالعمل رسید و فضای حافظه قابل آدرس دهی نیز به 64 KB افزایش پیدا كرد.
قبل از ارائه اولین ریزپردازنده 16 بیتی كه 8086 نام داشت، اینتل ریزپردازنده 8 بیتی 8085 را به بازار عرضه كرد. هر چند سرعت این ریزپردازنده، از ریزپردازنده 8080 بیشتر بود، اما كاملاً با آن سازگاری داشت.

شمارنده برنامه (Program Counter ) نوع خاصی از یک نگهدارنده اطلاعات است که قابلیت افزایش به میزان یک و یا پذیرش مقدار صفر (یا هر مقدار دیگری) را داراست.
- واحد منطق و حساب (ALU ) می تواند یک مدار ساده جمع کننده هشت بیتی بوده و یا مداری است که قابلیت انجام عملیات جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را دارا باشد.
- ثبات Test یک نوع خاص نگاهدارنده بوده که قادر به نگهداری نتایج حاصل از انجام مقایسه ها توسط ALU است. ALU قادر به مقایسه دو عدد و تشخیص مساوی و یا نامساوی بودن آنها است. ثبات Test همچنین قادر به نگهداری یک بیت نقلی (Carry bit) ماحصل بیت انتقالی آخرین مرحله عملیات جمع است. ثبات فوق مقادیر مورد نظر را در فلیپ فلاپ ها ذخیره می کند که در ادامه Instruction Decoder (تشخیص دهنده دستورالعمل ها) با استفاده از مقادیر فوق قادر به اتخاذ تصمیمات لازم خواهد بود.
- همانگونه که مشاهده می گردد از شش بافر سه حالته 3-State استفاده شده بافرهای فوق قادر به عبور دادن مقادیر صفر و یا یک و یا حالت سوم یعنی قطع خروجی مربوطه می باشند. وجود این نوع بافرها امکان ارتباط چندین خروجی را از طریق یک مسیر ارتباطی (سیم) فراهم می نماید. در چنین حالتی فقط یکی از خروجی ها قادر به انتقال (حرکت) صفر و یا یک بر روی خط خواهد بود.
ریزپردازنده 8086
در سال 1978 شركت اینتل اولین ریزپردازنده ی 16 بیتی خود را تحت عنوان 8086 روانه بازار كرد. تمام رجیستر های داخلی، گذرگاه داده و دستور العملهای 8086، شانزده بیتی بودند. البته گذرگاه آدرس این ریزپردازنده 20 بیتی بود و بهمین دلیل تا 1mb حافظه را می توانست آدرس دهی كند. (توضیح بیشتر در سایر مقالات سایت میکرورایانه) ضمن اینكه برای افزایش سرعت اجرای محاسبات ریاضی، کمک پردازنده ریاضی 8087 نیز برای کار در كنار پردازنده اصلی تولید شد.
این نخستین ریزپردازنده ای بود که برای آن زبانهای برنامه نویسی سطح بالا و سیستم های عامل قدرتمند فراهم بود. این عوامل سبب شد که این ریز پردازنده پایه ساخت کامپیوترهای کوچک آی بی ام گردد که بعدا بنام Pc نامگذاری شد. همه سیستم های سازگار با Ibm نیز بر پایه ریز پردازنده 8086 ساخته شدند. همه جانشین های 8086 نیز باید این ریز پردازنده را شبیه سازی می کردند تا برنامه ها و نرم افزاری که برای ریزپردازنده 8086 نوشته شده بود، روی ریزپردازنده های بعدی اجرا می شد.

تراشه 8086 یک تراشه مستطیلی شکل با 40 پایه است. این تراشه بر روی سوکتی (جایگاه Ic) در روی برد مادر نصب می شد و محل آن هم معمولا کنار شکافهای گسترش و جلوی رابط ورودی صفحه کلید بود. طرح ریز پردازنده 8086 بر اساس ساختمان داخلی 16 بیتی انجام گرفت. یعنی تمام ثبات های داخلی آن 16 بیتی بود و بنابراین کار با داده های 16 بیتی را هم به صورت داخلی و هم به صورت خارجی (گذرگاه داده ها) امکان پذیر می ساخت. با این همه، قیمت بالای حافظه و تراشه های جانبی از متداول شدن و همه گیر شدن استفاده از این ریزپردازنده، جلوگیری می کرد.
نوشته:مرتضی علیقلیزاده  

پيوندها
 
 
تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است |طراحی : پیچک
 
  • دانلود فیلم
  • دانلود نرم افزار
  • قالب وبلاگ