whatsapp call admin

تحقیق در مورد CPU

word قابل ویرایش
36 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

مقدمه
سی پی یو یا به عبارتی واحد پردازشگر مرکزی در حکم مغز و اداره کننده ی کامپیوتر است و مسئولیت انجام محاسبات ریاضی داخلی کامپیوتر و فرمان دادن به دیگر اجزا را به عهده دارد. تمام کامپیوترها اعم از کامپیوترهای شخصی ، کامپیوترهای دستی و … دارای ریزپردازنده می باشند. نوع ریزپردازنده استفاده شده در یک کامپیوتر می تواند متفاوت باشد ولی تمام آنها عملیات یکسانی را انجام خواهند داد.
سی پی یو محاسبات داخلی کامپیوتر را به وسیله ی دو عدد ۰ و ۱ ( صفر و یک ) انجام میدهد. کلیه ی قطعات داخل کامپیوتر برای انجام کارها و محاسبات خود نیازمند این قطعه ی کوچک هستند که این ارتباط را از طریق خطوطی با نامIRQ ( در خواست وقفه ) برقرار میکنند. ساختمان داخلی سی پی یوها نیز متشکل از ترانزیستور های بسیار ریز است که به تعداد بسیار زیاد و دقت بسیار بیشتر در کنار هم قرار داده شده اند. برای مثال یک سی پی یو متعلق به کمپانی اینتل با سرعت ۳٫۴ گیگا هرتز متشکل از ۱۲۵ میلیون ترانزیستور کنار هم قرار داده شده است که سایز هر کدام از انها ۹۰ نانو متر معادل ۰٫۰۹ میکرون است! رقمهایی اعجاب انگیر که حاکی از پیچیده و اسیب پذیر بودن ساختار این قطعه دارند.

مراحل ساخت پردازنده
۱: ماده اولیه
امروزه همه می دانند که ماده اولیه پردازنده ها همچون دیگر مدارات مجتمع الکترونیکی، سیلیکون است.در واقع سیلیکون همان ماده سازنده شیشه است که از شن استخراج می شود. البته عناصر بسیار دیگری هد در این فرایند به کار برده می شوند و لیکن از نظر درصد وزنی، سهم مجموع این عناصر نسبت به سیلیکون به کار رفته در محصول نهایی بسیار جزئی است.

آلمینیوم یکی از موارد دیگری است که در فرایند تولید پردازنده های مدرن، مس به تدریج جایگزین آلمینیوم می شود. علاوه بر آنکه فلز مس دارای ضریب هدایت الکتریکی بیشتری نسبت به آلمینیوم است،دلیل مهم تری هم برای استفاده از مس در طراحی پردازنده های مدرن امروزی وجود دارد. یکی از بزرگ ترین مسائلی که در طراحی پردازنده ها ی امروزی مطرح است، موضوع نیاز به ساختارهای فیزیکی ظریف تر است. به یاد دارید که اندازه ها در پردازنده های امروزی در حد چند ده نانو متر هستند. پس از آنجایی که با استفاده از فلز مس، می توان اتصالات ظریف تری ایجاد کرد، این فلز جایگزین آلومینوم شده است.
۲: آماده سازی

فرایندهای تولید قطعات الکترونیکی از یک جهت با بسیاری از فرایندهای تولید دیگر متفاوت است. در فرایندهای تولید قطعات الکترونیک، درجه خلوص مواد اولیه مورد نیاز در حد بسیار بالایی اهمیت بسیار زیادی دارند.
اهمیت این موضوع در حدی است که از اصطلاح electronic grade برای اشاره به درجه خلوص بسیار بالایی مواد استفاده می شود.
به همین دلیل مرحله مهمی به نام آماده سازی در تمامی فرایندهای تولید قطعات الکترونیک وجود دارد. در این مرحله درجه خلوص موارد اولیه به روش های گوناگون و در مراحل متعدد افزایش داده می شود تا در نهایت به مقدار خلوص مورد نظر برسد. درجه خلوص مواد اولیه مورد نیاز در این صنعت به اندازه ای بالاست که توسط واحدهایی مانند ppm به معنی چند اتم نا خالصی در یک میلیون اتم ماده اولیه،بیان می شوند.

آخرین مرحله خالص سازی ماده سیلیکون،به این صورت انجام می شود که یک بلور خالص سیلیکون درون ظرف سیلیکون مذاب خالص شده قرار داده می شود، تا بلور باز هم خالص تری در این ظرف رشد کند ( همان طور که بلورهای نبات در درون محلول اشباع شده به دور یک ریسمان نازک رشد می کنند ) . در واقع به این ترتیب، ماده سیلیکون مورد نیاز به صورت یک شمش تک کریستالی تهیه می شود ( یعنی تمام یک شمش بیست سانتی متری سیلیکون، یک بلور پیوسته و بدون نقض باید باشد!). این روش در صنعت تولید چیپ به روش cz معروف است. تهیه چنین شمش تک بلوری سیلیکون آن قدر اهمیت دارد که یکی از

تحقیقات اخیر اینتل و دیگر شرکت های تولید کننده پردازنده، معطوف تولید شمش های سی سانتی متری سیلیکون تک بلوری بوده است. در حالی که خط تولید شمش های بیست سانتی متری سیلیکون هزینه ای معادل ۵/۱ میلیارد دلار در بر دارد، شرکت های تولید کننده پردازنده ، برای بدست آوردن خط تولید شمش های تک بلوری سیلیکون سی سانتی متری، ۵/۳ میلیارد دلار هزینه می کنند. موضوع جالب توجه در این مورد ان است که تغییر اندازه شمش های تک بلوری ، تاکنون سریع تر از یک بار در هر ده سال نبوده است. پس از آنکه یک بلور سیلیکونی غول آسا به شکل یک استوانه تهیه گشت، گام بعدی ورقه ورقه بریدن این بلور است. هر ورقه نازک از این سیلیکون، یک ویفر نامیده می شود که اساس ساختار پردازنده ها را تشکیل می دهد. در واقع تمام مدارات یا

ترانزیستورهای لازم،بر روی این ویفر تولید می شوند. هر چه این ورقه ها نازک تر باشند،عمل برش بدون آسیب دیدن ویفر مشل تر خواهد شد. از طرف دیگر این موضوع به معنی افزایش تعداد چیپ هایی است که میتوان با یک شمش سیلیکونی تهیه کرد. در هر صورت پس از آنکه ویفرهای سیلیکونی بریده شدند.نوبت به صیقل کاری آنها می رسد. ویفرها آنقدر صیقل داده می شوند که سطوح آنها آیینه ای شود. کوچکترین نقص در این ویفرها موجب عدم کارکرد محصول نهایی خواهد بود. به همین دلیل،یکی دیگر از مراحل بسیار دقیق بازرسی محصول در این مرحله صورت می گیرد. در این گام،علاوه بر نقص های بلوری که ممکن است در فرایند تولید شمش سیلیکون ایجاد شده باشند، نقص های حاصل از فرایند برش کریستال نیز به دقت مورد کنکاش قرار می گیرند.

۳: ساخت ترانزیستورها بر روی ویفر سیلیکونی
برای این کار لازم است که مقدار بسیار دقیق و مشخصی از ماده دیگری به درون بلور سیلیکون تزریق شود. بدین معنی که بین هر مجموعه اتم سیلیکون در ساختار بلوری دقیقا” یک اتم از ماده دیگر قرار گیرد. در واقع در این مرحله نخستین گام فرایند تولید ماده نیمه هادی محسوب می شود که اساس ساختمان قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور را تشکیل می دهد. ترانزیستورهایی که در پردازنده های امروزی به کار گرفته می شوند،توسط تکنولوژی CMOS تولید می شوند.CMOS مخخف عبارتComplementary Metal Oxide Semiconductor است . در اینجا منظور از واژه Complementary آن است که در این تکنولوژی از تعامل نیمه هادی های نوع n و p استفاده می شود.

در این مرحله، بر اثر تزریق مواد گوناگون و همچنین ایجاد پوشش های فلزی فوق نازک ( در حد ضخامت چند اتم ) در مراحل متعدد، یک ساختار چند لایه ای و ساندویچی بر روی ویفر سیلیکونی اولیه شکل می گیرد. در طول این فرایند ، ویفر ساندویچی سیلیکونی در کوره ای قرار داده می شود تا تحت شرایط کنترل شده و بسیار دقیق ( حتی در اتمسفر مشخص) پخته می شود و لایه ای از sio2 بر روی ویفر ساندویچی تشکیل شود. در جدید ترین فناوری اینتل به تکنولوژی ۹۰ نانو متری معروف است، ضخامت لایه sio2 فقط ۵ اتم است! این لایه در مراحل بعدی دروازه یا Gate هر ترانزیستور واقع در چیپ پردازنده خواهد بود که جریان الکتریکی عبوری را در کنترل خود دارد ترانزیستورهای تشکیل دهنده تکنولوژی CMOS از نوع ترازیستورهای اثر میدانی field Efect Transistor:FET نامیده می شوند. جریان الکتریکی از اتصالی بنام Source به اتصال دیگری به نام Drain جریان می یابد. وظیفه اتصال سوم به نام Gate در این ترانزیستور، کنترل و مدیریت بر مقدار و چگونگی عبور جریان الکتریکی از یک اتصال به اتصال دیگر است.

آخرین مرحله آماده سازی ویفر، قرار دادن پوشش ظریف دیگری بر روی ساندویچ سیلیکونی است که photo-resist نام دارد. ویژگی این لایه آخر همان طور که از نام آن مشخص می شود، مقاومت در برابر نور است. در واقع این لایه از مواد شیمیایی ویژه ای ساخته شده است که اگر در معرض تابش نور قرار گرفته شود، می توان آن را در محلول ویژه ای حل کرده و شست و در غیر این صورت ( یعنی اگر نور به این پوشش تابانده نشده باشد)، این پوشش در حلال حل نخواهد شد. فلسفه استفاده از چنین ماده ای را در بخش بعدی مطالعه خواهید کرد.
۴: ماسک کردن

این مرحله از تولید پردازنده ها، به نوعی از مراحل قبلی کار نیز مهم تر است. در این مرحله عمل فتولیتو گرافی ( photolithography ) بر وروی ویفر ساندویچی انجام می شود. در واقع آنچه در این مرحله انجام می شود آن است که بر روی ویفر سیلیکونی، نقشه و الگوی استنسل مشخصی با استفاده از فرایند فتو لیتو گرافی چاپ می شود، تا بتوان در مرحله بعدی با حل کردن و شستن ناحیه های نور دیده به ساختار مورد نظر رسید ( از آنجایی که قرار است نقشه پیچیده ای بر روی مساحت کوچکی چاپ شود، از روش فتو لیتو گرافی کمک گرفته می شود. در این روش نقشه مورد نظر در مقیاس های بزرگتر – یعنی در اندازه هایی که بتوان در عمل آنرا تولید کرد، مثلا” در مربعی به مساحت یک متر مربع – تهیه می شود.سپس با تاباندن نور به الگو و استفاده از روش های اپتیکی، تصویر الگو را بر روی ناحیه بسیار کوچک ویفر می تاباند. مثلا” الگویی که در مساحت یک متر مربع تهیه شده بود به تصویر کوچکی در اندازه های چند میلیمتر مربع تبدیل می شود!) در این موارد چند نکته جالب توجه وجود دارد. نخست آنکه الگوها و نقشه هایی که باید بر وری ویفر چاپ شوند. آنقدر پیچیده هستند که برای توصیف

آنها به ۱۰ گیگابایت داده نیاز است. در واقع می توان این موضوع را به حالتی تشبیه کرد که در آن قرار است نقشه ای مانند یک شهر بزرگ با تمام جزئیات شهری و ساختمانی آن بر روی ویفر سیلیکونی به مساحت چند میلی متر مربع چاپ شود. نکته دیگر آنکه در ساختمان چیپ های پردازنده بیش از بیست لایه مختلف وجود دارد که برای هر یک از آنها لازم است چنین نقشه هایی لیتو گرافی شود. موضوع دیگر آن است که همانطور که از دروس دبیرستانی ممکن است به یاد داشته باشید. نور در لبه های اجسام دچار انحراف از مسیر راست می شود.(پدیده ای که به پراش یا Diffraction معروف است). هر چه لبه های

اجسامی که در مسیر تابش واقع شده اند،کوچکتر یا ظریف تر باشند،پدیده پراش شدیدتر خواهد بود . در واقع یکی از بزرگ ترین موانع تولید پردازنده هایی که در آنها از ساختارهای ظریف تری استفاده شده باشد، همین موضوع پراکندگی یا تفریق نور است که باعث مات شدن تصویری می شود که قرار است بر روی ویفر چاپ شود . برای مقابله با این مسئله، یکی از موثرترین روش ها، آن است که از نوری در عمل فتولیتو گرافی استفاده کنیم که دارا ی طول موج کوچکتری است( بر اساس اصول اپتیک،هر چه طول موج نور تابنده شده کوچک تر باشد، شدت پدیده پراکندگی نور در لبه های اجسام کمتر خواهد بود.) برای همین منظور در

تولید پردازنده ها، از نور uv ( ماورای بنفش ) استفاده می شود. در واقع برای آنکه بتوان تصویر شفاف و ظریفی در اندازه ها و مقیاس آنچنانی بر روی ویفرها تولید کرد، تنها طول موج ماورای بنفش جوابگو خواهد بود. پس از آنکه نقشه مورد نظر بر روی ویفر چاپ شود،ویفر در درون محلول شیمیایی ویژه ای قرار داده می شود تا جاهایی که در معرض تابش واقع شده اند، در آن حل شوند. بدین ترتیب شهر مینیاتوری را بروی ویفر سیلیکونی تجسم کنید که در این شهر خانه ها دارای سقفی از جنس sio2 هستند ( مکان هایی که نور ندیده اند و در نتیجه لایه مقاوم در برابر حلال مانع از حل شدن (sio2 بوده است).خیابان های این شهر فرضی نواحی که مورد تابش نور واقع شده اند و لایه مقاوم آن و همچنین لایه sio2 در حلال حل شده اند ) از جنس سیلیکون هستند.

۵: تکرار
پس از این مرحله، لایه photo-resist باقی مانده از روی ویفر بر داشته می شود. در این مرحله ویفری در اختیار خواهیم داشت که در آن دیواره ای از جنس sio2 در زمینی از جنس سیلیکون واقع شده اند. پس از این گام، یکبار دیگر یک لایه sio2 به همراه پلی سیلیکون (polysilicon ) بر روی ویفر ایجاد شده و بار دیگر لایه photo-resist جدیدی بر روی ویفر پوشانده می شود.

همانند مراحل قبلی، چندین بار دیگر مراحل تابش نور و در حلال قرار دادن ویفر انجام می شوند. بدین ترتیب پس از دست یافتن به ساختار مناسب،ویفر در معرض بمباران یونی مواد مختلف واقع می شود تا نیمه هادی نوع n و p بر روی نواحی سیلیکونی باقی مانده تشکیل شوند. به این وسیله،مواد مشخصی در مقادیر بسیار کم و دقیق به درون بلور سیلیکون نفوذ داده می شوند تا خواص نیمه هادی نوع n و p به دست آیند. تا اینجای کار، یک لایه کامل از نقشه الکترونیکی ترانزیستوری دو بعدی بر روی ویفر سیلیکونی تشکیل شده است. با تکرار مراحل فوق، عملا” ساختار لایه ای سه بعدی از مدارات الکترونیکی درون پردازنده تشکیل می شود. در بین هر چند لایه، از لایه ای فلزی استفاده می شود که با حک کردن الگوها ی مشخصی بر روی آنها به همان روش های قبلی، لایه های سیم بندی بین المان ها ساخته شوند. پردازنده های امروزی اینتل، مثلا” پردازنده پنتیوم چهار ، از هفت لایه فلزی در ساختار خود بهره می گیرد. پردازنده AMD Athlon 64 از ۹ لایه فلزی استفاده می کند.

۶: غربال کردن
تولید ساندویچ های پیچیده تشکیل شده از لایه های متعدد سیلیکون، فلز و مواد دیگر،فرایندی است که ممکن است روزها و حتی هفته ها به طول انجامد. در تمامی این مراحل ، آزمایش های بسیار دقیقی بر روی ویفر سیلیکونی انجام می شود تا مشخص شود که آیا در هر مرحله عملیات مربوطه به درستی انجام شده اند یا خیر. علاوه بر آن در این آزمایش ها کیفیت ساختار بلوری و بی نقصی ماندن ویفر نیز مرتبا” آزمایش می شود. پس از این مراحل چیپ هایی که نقص داشته باشند، از ویفر بریده می شوند و برای انجام مراحل بسته بندی و نصب پایه ها ی پردازنده ها به بخش ها ی ویژه ا ی هدایت می شوند. این مراحل

واپسین هم دارای پیچیدگی ها ی فنی خاصی است. به عنوان مثال پردازنده های امروزی به علت سرعت بسیار بالایی که دارند در حین کار گرم می شود. با توجه به مساحت کوچک ویفر پردازنده ها و ساختمان ظریف آنها، در صورتی که تدابیر ویژه ای برای دفع حرارتی چیپ ها اندیشیده نشود، گرمای حاصل به چیپ ها آسیب خواهد رساند. بدین معنی که تمرکز حرارتی چیپ به حدی است که قبل از جریان یافتن شار حرارتی به رادیاتور خارجی پردازنده، چیپ دچار آسیب خواهد شد. برای حل این مشکل، پردازنده های امروزی در درون خود دارای لایه های توزیع دما هستند تا اولا” تمرکز حرارتی در بخش های کوچک چیپ ایجاد نشود و ثانیا” سرعت انتقال حرارت به سطح چیپ و سپس خنک کننده خارجی، افزایش یابد.

اما چیپ های آزمایش شده باز هم برای تعیین کیفیت و کارایی چندین بار آزمایش می شوند. واقعیت آن است که کیفیت پردازنده ها ی تولید شده حتی در پایان یک خط تولید و د ر یک زمان ، ثابت نیست و پردازنده ها در این مرحله درجه بندی می شوند! ( مثل میوه هایی که در چند درجه از نظر کیفیت طبقه بندی می شوند.) برخی از پردازنده ها در پایان خط تولید واجد خصوصیاتی می شوند که می توانند مثلا” تحت ولتاژ یا فرکانس بالاتری کار کنند. این موضوع یکی از دلایل اصلی تفاوت قیمت پردازنده ها است.

گروه دیگری از پردازنده ها ، دچار نقص در بخش هایی می شوند که همچنان آنها را قابل استفاده نگاه می دارد. به عنوان مثال ، ممکن است برخی از پردازنده ها در ناحیه حافظه نهان ( cache ) دچار نقص باشند. در این مورد، می توان به روش هایی بخش های آسیب دیده را از مدار داخلی پردازنده خارج ساخت. بدین ترتیب پردازنده هایی به دست می ایند که مقدار حافظه نهان کمتری دارند.
بدین ترتیب پردازنده هایی مانند celeron در اینتل و sempron در شرکت AMD ، در خط تولید پردازنده های Full cache این شرکت ها نیز تولید می شوند!

شرکت های تولید کننده پردازنده
با توجه به این که پردازنده ها دستورهای خاصی را می پذیرند و برنامه های خاصی را اجرا می کنند، طبیعتاً پردازنده های گوناگونی وجود دارند. این پردازنده ها توسط شرکت های مختلفی تولید می شوند. بعضی از آن ها مشابه و سازگارند و برخی دیگر ناسازگار. معروف ترین این شرکت ها عبارتنداز: Intel- IBM- AMD- Cyrix- Motorola- IDT- IIT- NEC- Nexgen- Rise- Metaflow- Chips & Technology معمولاً بر روی هر CPU نام شرکت تولید کننده نوشته می شود، ممکن است شماره آن نیز همراه با حرف اول و یا دو حرف اول تولید کننده نوشته شود.

تاریخچه ریزپردازنده ها
اولین ریزپردازنده در سال ۱۹۷۱ و با نام Intel 4004 معرفی گردید. ریزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا” قادر به انجام عملیات جمع و تفریق چهار بیتی بود. نکته مثبت پردازنده فوق، استفاده از صرفا” یک تراشه بود.قبل از آن مهندسین و طراحان کامپیوتر از چندین تراشه و یا عصر برای تولید کامپیوتر استفاده می کردند
اولین ریزپردازنده ای که بر روی یک کامپیوتر خانگی نصب گردید ، ۸۰۸۰ بود. پردازنده فوق هشت بیتی و بر روی یک تراشه قرار داشت . این ریزپردازنده در سال ۱۹۷۴ به بازار عرضه گردید.اولین پردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنیای کامپیوتر شد ، ۸۰۸۸ بود. ریزپردازنده فوق در سال ۱۹۷۹ توسط شرکت IBM طراحی و اولین نمونه آن در سال ۱۹۸۲ عرضه گردید. وضعیت تولید ریزپردازنده توسط شرکت های تولید کننده بسرعت رشد و از مدل ۸۰۸۸ به ۸۰۲۸۶ ، ۸۰۳۸۶ ، ۸۰۴۸۶ ، پنتیوم ، پنتیوم II ، پنتیوم III و پنتیوم ۴ رسیده است . تمام پردازنده های فوق توسط شرکت اینتل و سایر شرکت های ذیربط طراحی و عرضه شده است . پردازنده های پنتیوم ۴ در مقایسه با پردازنده ۸۰۸۸ عملیات مربوطه را با سرعتی به میزان ۵۰۰۰ بار سریعتر انجام می دهد! جدول زیر ویژگی هر یک از پردازنده های فوق بهمراه تفاوت های موجود را نشان می دهد.

Name Date Transistors Microns Clock speed Data width MIPS
8080 1974 6,000 6 2 MHz 8 bits 0.64
8088 1979 29,000 3 5 MHz 16 bits
8-bit bus 0.33
80286 1982 134,000 1.5 6 MHz 16 bits 1
80386 1985 275,000 1.5 16 MHz 32 bits 5
80486 1989 1,200,000 1 25 MHz 32 bits 20
Pentium 1993 3,100,000 0.8 60 MHz 32 bits
64-bit bus 100
Pentium II 1997 7,500,000 0.35 233 MHz 32 bits
64-bit bus ~300
Pentium III 1999 9,500,000 0.25 450 MHz 32 bits
64-bit bus ~510
Pentium 4 2000 42,000,000 0.18 1.5 GHz 32 bits
64-bit bus ~1,700

توضیحات جدول :
ستون Date نشاندهنده سال عرضه پردازنده است.
ستون Transistors تعدا ترانزیستور موجود بر روی تراشه را مشخص می کند. تعداد ترانزیستور بر روی تراشه در سال های اخیر شتاب بیشتری پیدا کرده است.

ستون Micron ضخامت کوچکترین رشته بر روی تراشه را بر حسب میکرون مشخص می کند. ( ضخامت موی انسان ۱۰۰ میکرون است(.

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

ستون Data Width پهنای باند واحد منطق و محاسبات (ALU) را نشان می دهد.
یک واحد منطق و حساب هشت بیتی قادر به انجام عملیات محاسباتی نظیر: جمع ، تفریق ، ضرب و … برای اعداد هشت بیتی است. در صورتیکه یک واحد منطق و حساب ۳۲ بیتی قادر به انجام عملیات بر روی اعداد ۳۲ بیتی است . یک واحد منطق و حساب ۸ بیتی بمنظور جمع دو عدد ۳۲ بیتی می بایست چهار دستورالعمل را انجام داده در صورتیکه یک واحد منطق وحساب ۳۲ بیتی عملیات فوق را صرفا” با اجرای یک دستورالعمل انجام خواهد داد.در اغلب موارد گذرگاه

خارجی داده ها مشابه ALU است . وضعیت فوق در تمام موارد صادق نخواهد بود مثلا” پردازنده ۸۰۸۸ دارای واحد منطق وحساب ۱۶ بیتی بوده در حالیکه گذرگاه داده ئی آن هشت بیتی است . در اغلب پردازنده های پنتیوم جدید گذرگاه داده ۶۴ بیتی و واحد منطق وحساب ۳۲ بیتی است . ستون MIPS مخفف کلمات ( Millions of instruction per Second میلیون دستورالعمل در هر ثانیه ) بوده و واحدی برای سنجش کارآئی یک پردازنده است.

پردازنده وظایف اصلی زیر را برای رایانه انجام می دهد:
۱- دریافت داده ها از دستگاه های ورودی
۲- انجام عملیات و محاسبات و کنترل و نظارت بر آنها

۳- 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:
۱- 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).
۲- تعداد ضربان الکترونیکی که در یک ثانیه تولید شده است و با واحد مگاهرتز سنجیده می شود.

درون یک پردازنده
یک ریزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل ها را اجراء می کند. دستورالعمل های فوق ماهیت و نوع عملیات مورد نظر را برای پردازنده مشخص خواهند کرد. با توجه به نوع دستورالعمل ها ، یک ریزپردازنده سه عملیات اساسی را انجام خواهد داد :
یک ریزپردازنده با استفاده از واحد منطق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عملیات محاسباتی نظیر: جمع ، تفریق، ضرب و تقسیم است. پردازنده های جدید دارای پردازنده های اختصاصی برای انجام عملیات مربوط به اعداد اعشاری می باشند.
یک ریزپردازنده قادر به انتقال داده از یک محل حافظه به محل دیگر است .
یک ریزپردازنده قادر به اتخاذ تصمیم ( تصمیم گیری ) و پرش به یک محل دیگر برای اجرای دستورالعمل های مربوطه بر اساس تصمیم اتخاذ شده است.

شکل زیر یک پردازنده ساده را نشان می دهد.

پردازنده فوق دارای :
● یک گذرگاه آدرس (Address Bus) است که قادر به ارسال یک آدرس به حافظه است. (گذرگاه فوق می تواند ۸ ،۱۶ ،۳۲ و یا ۶۴ بیتی باشد)
● یک گذرگاه داده (Data Bus) است که قادر به ارسال داده به حافظه و یا دریافت داده از حافظه است (گذرگاه فوق می تواند ۸ ،۱۶ ،۳۲ و یا ۶۴ بیتی باشد).
● یک خط برای خواندن (RD) و یک خط برای نوشتن (WR) است که آدرسی دهی حافظه را انجام می دهند. آیا قصد نوشتن در یک آدرس خاص وجود داشته و یا مقصود، خواندن اطلاعات از یک آدرس خاص حافظه است؟
● یک خط Clock که ضربان پردازنده را تنظیم خواهد کرد.

● یک خط Reset که مقدار ” شمارنده برنامه ” را صفر نموده و یا باعث اجرای مجدد یک فرآیند می گردد.
فرض کنید پردازنده فوق هشت بیتی بوده واز عناصر زیر تشکیل شده است:
– ریجسترهای A,B,C نگاهدارنده هائی بوده که از فلیپ فلاپ ها ساخته شده اند.
– شمارنده برنامه (Program Counter) نوع خاصی از یک نگهدارنده اطلاعات است که قابلیت افزایش بمیزان یک و یا پذیرش مقدار صفر را دارا است
– 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 است .

– ریجستر 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 وتشخیص مساوی و یا نامساوی بودن آنها است . ریجستر Test همچنین قادر است یک Carry bit که ماحصل آخرین مرحله عملیات جمع است را نگهداری کند . ریجستر فوق مقادیر مورد نظر را در فلی

پ فلاپ ها ذخیره و در ادامه Instruction Decoder “تشخیص دهنده دستورالعمل ها ” با استفاده از مقادیر فوق قادر به اتخاذ تصمیمات لازم خواهد بود.
– ریجستر Instruction و Instruction Decoder مسئولیت کنترل سایر عناصر را برعهده خواهند داشت . بدین منظور از خطوط کنترلی متفاوتی استفاده می گردد. خطوط فوق در شکل فوق نشان داده نشده اند ولی می بایست قادر به انجام عملیات زیر باشند:
– به ریجستر A اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
– به ریجستر B اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
– به ریجستر C اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.

– به ” شمارنده برنامه ” اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
– به ریجستر Address اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
– به ریجستر Instruction اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
– به ” شمارنده برنامه ” اعلام نماید که مقدار خود را افزایش دهد.

– به ” شمارنده برنامه ” اعلام نماید که مقدار خود را صفر (Reset) نماید.
– به واحد منطق و حساب نوع عملیاتی را که می بایست انجام گیرد، اعلام نماید.
– به ریجستر Test اعلام نماید که بیت های ماحصل عملیات ALU را در خود نگاهدارد.
) RD _ خواندن (
) WR _ نوشتن (

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 36 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد