دانلود مقاله ریز پردازنده ها

بخشی از مقاله

ريز پردازنده ها

ريز پردازنده ها و مشخصات آنها
مغز يا موتور PC ، پردازنده يا واحد پردازشگر مركزي ( CPU ) است . CPU وظيفه محاسبه و پردازش اطلاعات را به عهده دارد .پردازنده ، گرانترين تك عنصر سيستم مي باشد كه معمولاً قيمت آن تا چهاربرابر قيمت مادربرد مي باشد . شركت اينتل در سال 1971 پردازنده 4004 را به عنوان اولين ميكروپروسسور به دنيا عرضه نمود . امروزه اينتل هنوز در بازار پردازنده هاي PC حرف اول را مي زند . اين بدان معنا است كه همه سيستم هاي سازگار با PC از پردازنده هاي اينتل يا پردازنده هاي سازگار با اينتل ( محصول شركت هايي همانند AMD يا Cyrix ) استفاده مي كنند .

غلبه اينتل بر بازار ميكروپروسسورها هميشه قابل تضمين نيست . با وجودي كه افتخار معرفي اولين پردازنده به دنيا نصيب شركت شده است . اما تا اواخر 1970 دوتا از مجرب ترين پردازنده هاي كامپيوترهاي شخصي متعلق به اين شركت نبود . كامپيوترهاي شخص متعلق به اين شركت نبود . كامپيوترهاي شخص آن زمان ، اصولاً از پردازنده هاي Z80 متعلق به شركت Zilog و پردازنده 6502 متعلق به شركت Thechnology Mos استفاده مي نمودند . پردازنده Z80 نسخه بهبود يافته و ارزانتر پردازنده 8080 اينتل محسوب مي شود .

مشابه با روشي كه شركتهاي امروزي همانند Rise Thechnology , IDE . Cyrix . ADM در مورد پردازنده هاي پنتيوم اينتل انجام مي دهند . گرچه در مورد پردازنده Z80 نسخه بهبود يافته مجبوبتر از نسخه اصلي بود .
پردازنده Z80 در سيستم هاي ارائه شده و در اواخر دهه 70 و اوايل دهه 80 ميلادي كه از سيستم عامل CP / M استفاده مي نموده اند . در مورد استفاده قرار گرفت . در حالي كه پردازنده 6502 به عنوان بهترين انتخاب براي استفاده در كامپيوترهاي اوليه Apple در نظر گرفته مي شد ( قبل از مكينتاش ).

سرنوشت هر دو شركت اينتل و مايكروسافت در سال 1981 يعني زمانيكه شركت IBM كامپيوترهاي شخصي خود را كه مبتني بر پر8دازنده 8088 اينتل ( با فركانس ساعت 77/ 4 مگاهرتز ) و سيستم عامل MS – DOS بود تغيير يافت . از آن زمان كه اين تصميم سرنوشت ساز گرفته شد سيستم هاي سازگار با PC از يك مجموعه از پردازنده هاي اينتل يا سازگار با اينتل استفاده مي نمايند . در بخشهاي 2بعدي اين مقاله انواع مختلف تراشه هاي پردازنده را كه در كامپيوترهاي شخصي از اولين PC ها تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته اند را مورد بررسي قرار خواهيم داد . اين بخشها جزئيات فني اين تراشه ها را ارائه نموده و توضيح خواهند داد كه چرا يك نوع از تراشه CPU مي تواند كار بيشتري را نسبت به 2تراشه ديگر دريك پريود زماني انجام دهد .

ريز پردازنده ها و مشخصات آنها
تاريخچه ريز پردازنده هاي قبل از كامپيوترهاي شخصي :
جالب است توجه نماييد كه ريزپردازنده ، تقريبا ده سال قبل از ظهور PC ابداع گريده . ريزپردازنده توسط شركت اينتل در سال 1971 ابداع گرديد در حالي كه PC به وسيله شركت IBM در سال 1981 وارد بازار شد . اكنون با گذشت 21 سال از آن زمان ما هنوز از سيستم هايي مبتني بر طرح اولين PC استفاده مي نماييم . پردازنده هاي موجود در PC هاي امروز هنوز در بسياري از جنبه هاي با ريزپردازنده 8088 شركت اينتل كه در سال 1981 به وسيله شركت IBM ابداع گرديد ، سازگار است .

2پردازنده4004 در پانزدهم نوامبر سال 1971 معرفي گرديد و اصولاً با سرعت ساعت 108 كيلو هرتز اجرامي2 شد . پردازنده 4004 داراي 2300 ترانزيستور بود و بر اساس تكنولوژي 10 ميكرون ساخته شد . اين بدان معناست كه هر خط ارتباطي يا ترانزيستور مي تواند حدود 10 ميكرون از ساير بخشها فاصله داشته باشد . داده ها به صورت 4 بيتي ارسال مي شدند و حداكثر حافظه قابل آدرس دهي . فقط 640 بايت بود .

پردازنده 4004 براي استفاده در يك ماشين حساب طراحي گرديد ، اما پس از مدتي مشخص شد كه اين ريزپردازنده براي بسياري از امور ديگر به دليل قابليت برنامه ريزي آن مفيد خواهد بود .
در آوريل سال 1972 ، شركت اينتل ، پردازنده 8008 خود را كه اصولاً داراي فركانس ساعت 2000 كيلوهرتز بود به بازار عرضه نمود . پردازنده 8008 داراي 3500 ترانزيستور بود و بر اساس تكنولوژي 10 ميكرون ساخته شده بود . تغيير
بزرگ ايجاد شده در پردازنده 80082 باس داده 8 بيتي آن بود . بدان معنا كه مي توانست 8 بيت داده را در آن واحد انتقال دهد ( دو برابر تراشه قبلي ) اين تراشه همچنين مي توانست حافظه بيشتري راتا 16 كيلوبايت آدرس دهي نمايد . از اين تراشه در ابتدا در ماشين حساب هاي همه منظوره استفاده گرد8يد .

تراشه بعدي در خط توليد شركت اينتل ريز پردازنده 8080 بود كه در آوريل 1974 معرفي گشته و داراي فركانس سرعت 2 مگاهرتز بود . قدرت عملكرد اين تراشه تقريبا ده برابر ريز پردازنده 8008 بود . تراشه 8080 داراي 6000 ترانزيستور بود و بر اساس تكنولوژي 6 ميكرون ساخته شده بود . مشابه تراشه قبلي ريز پردازنده 8080 داراي يك باس داده 8 بيتي بود به طوري كه مي توانست 8 بيت داده را در آن واحدانتقال دهد . اين ريزپردازنده مي توانست تا 64 كيلوبايت حافظه را آدرس دهي نمايد .
2تراشه 8080 در واقع نقطه شروع انقلاب PC محسوب مي شود ،

زيرا اين تراشه براي اولين بار در اولين كامپيوتر شخصي معروف به Altair مورد استفاده قرار گرفت . سيستم عامل CP / M براي تراشه 8080 طراحي گرديد و در آن زمان شركت مايكروسافت تاسيس گرديدو اولين محصول خود را به نام مايكروسافت بيسيك براي كامپيوتر Altair معرفي نمود . اين ابزار هاي اوليه مبناي انقلاب نرم افزاري را پايه گذاري كردند به دليل آنكه هزاران برنامه براي اجرا روي اين پلات فورم نرم افزاري تهيه گرديد .

در حقيقت تراشه 8080 آنقدر محبوب شد كه از آن به صورت انبوه استفاده مي گرديد . شركتي به نام Zilog در اواخر سال 1975 ميلادي تاسيس گرديد كه پايه گذاران آن برخي از مهندسان شركت اينتل بودند كه در طراحي تراشه 8080 نقش مهمي داشتند . در ماه ژولاي سال 1976 اين شركت پردازنده Z80 را كه شكل بسيار بهبود يافته ريز پردازنده 8080 محسوب مي شود را به بازار عرضه نمود. ريزپردازنده Z80 به لحاظ پايه هاي تراشه با ريزپردازنده 8080 سازگار نبود اما در عوض وظايفي همچون ريزپردازنده Z80 يك فوق مجموعه از دستورالعمل هاي 8080 را اجرا نمايد . همچنين داراي دستورالعمل هاي جديد و رجيستر هاي داخلي جديد بود به طوري كه نرم افزار طراحي شد براي Z80 لزوما در مدل هاي تراشه اي 8080 قابل اجرا نبود .

فركانس ساعت تراشه Z80 در ابتدا 5/2 مگاهرتز بود و 8500 ترانزيستور را در بر دداشت . ‌( نسخه هاي بعدي تا فركانس 10 مگاهرتز ا پشتيباني نموند )
ريزپردازنده Z80 مي توانست تا 64 كيلوبايت حافظه را آدرس دهي نمايد .
شركت Radio shack پردازنده Z820‌‌‌ را براي اولين كامپيوتر شخصي خود به نام TRS – 80 مورد استفاده قرار داد . همچنين اين ترااشه اولين تراشه تراشه اي بود كه به وسيله بسياري ازسيستم هاي پيشرو در آن زمان مورد استفاده قرار گرفتند . ساير شركت ها نيز اين راه را در پيش گرفتند و به زودي ريزپردازنده Z80 تبديل به يك پردازنده استانداردي براي سيستم هايي كه سيستم عامل CP/ M را اجراي نمودند گرديد و نرم افزار محبوب آن زمان شد .

شركت اينتل پس از ريز پردازنده 8080 ريز پردازنده 8085 را 8 در ماه مارس ساسل 1976 به بازا عرضه نمود . با وجودي كه اين ريز پردازنده چند ماه قبل از Z80 وارد بازار گرديد هرگز نتوانست محبوبيت ريز پردازنده Z80 را در سيستم هاي كامپيوتري شخصي بيايد . فركانس ساعت اين ريزپردازنده 5 مگاهرتز بود و 6500 ترانزيستور را در برداشت و همچنين براي ساخت اين تراشه از پروسه 3 ميكرون استفاده گرديد و عرض باس داده آن 8 بيت بود. از طرف ديگر شركت MOS Thechnologis تراشه 6502 را در سال 1976 معرفي نمود .

اين تراشه به وسيله مندسان شركت موتورولا طراحي گرديد كه روي اولين پردازنده موتولار تحقيق مي كردند . نام اين پردازنده ، 6800 بود . ريزپردازنده 6502 يك پردازنده 8 بيتي همانند 8080 شركت اينتل هنگام معررفي آن 300 دلار بود . قيمت اين تراشه آنقدر وسوسه كننده بود كه Stive Wozniak از اين تراشه در طرح هاي pple 2 , Apple 1 استفاده نمود .

اين تراشه همچنين در دستگاههاي كمودور و ساير سيستمها مورد استفاده قرار گرفت . تراشه 6502 و اخلاف آن در بازيهاي كامپيوتري شامل NEC مورد استفاده قرار رفتند . موتورولا ، به توليد مجموعه تراشه هاي 6800 رو آورد كه مبنايي براي خط توليد كامپيوترهاي اپل مكينتاش گرديدند امروزه اين سيستم ها از تراشه Power PC استفاده مي نمايند .
همه اين تراشه هاي قبلي در واقع مراحل مختلف بكارگيري ريزپردازنده ها دراولين كامپيوترهاي شخصي بودند . اينتل درژوئن سال 1978 ميلادي ريز پردازنده 8086 را به بازار معرفي نمود . تراشه 8086 مجموعه دستور العمل X86 را به همراه داشت كه هنوز تراشه هاي سازگار با X86 همانند پنتيوم 4 يا سازگار با آن هستند . يك بهبود قابل توجه در تراشه هاي قبلي ريز پردازنده 8086 ( يك طرح 16 بيتي كامل با رجيستر هاي داخلي 16 بيتي و يك باس داده 16 بيتي ) بود.

اين بدان معنا است كه اين تراشه مي توانست روي اعداد 16 بيتي به طور داخلي اجرا گشته و همچنين 16 بيت داده را به طور همزمان به خارج و داخل تراشه ، انتقال دهد . ريز پردازنده 8086 ، 29 ترانزيستور را در بر داشت و داراي فركانس ساعت 5 مگاهرتز بود . اين تراشه همچنين از آدرس دهي 20 بيتي استفاده مي نمود به طوري كه ميتوانست مستقيما يك مگابايت حافظه را آدرس دهي نمايد . با وجودي كه مستقيما با مدلهاي قبلي سازگار نبود ، دستور العمل هاي 8086 و زبان مورد استفاده در آن ،

خيلي مشابه با برنامه هاي قديمي تر PC بود . با وجودي كه ريز پردازنده 8086 در تاريخ ريز پردازنده اهميت بالايي دارد اما در زمان خودش يك ريزپردازنده گران محسوب مي شد . مهمتر اين كه تراشه به يك پشتيباني طراحي بورد و تراشه 16 بيتي گرانقيمت نياز داشت .به منظور كمك در كاهش قيمت اين تراشه در سال 1979 شركت اينتل يك نسخه ساده شده از 8086 را به نام 8080 به بازار عرضه نمود .

پردازنده 8088 از همان هسته داخلي 8086 و همان رجيسترهاي 16 بيتي و قابليت 1 مگابايت آدرس دهي حافظه بهره گيري نمود . اما باس داده خارجي آن به 8 بيت كاهش يافت. اين مساله امكان داد كه از مادربوردهاي ارزانقيمت تر استفاده گردد به همين دليل بود كه شركت IBM از تراشه 8088 در اولين كامپيوتر PC خود استفاده نمود .
اين تصميم به چند لحاظ روي تاريخ كامپيوترهاي شخصي تاثير بسيار مهمي را گذاشت . پردازنده 8088 به طور كامل با 8086 سازگاري نرم افزاري داست . بنابر اين مي توانست نرم افزارهاي 16 بيتي را اجرا نمايد همچنين از آنجا كه مجموعه دستور العمل آن خيلي مشابه با مدل هاي قبلي يعني 8085 و 8080 بود . برنامه هاي تهيه شده براي اين تراشه هاي قديمي تر سريعا و به سادگي قابل اجرا روي اين تراشه بود . اين مساله باعث شد تا يك كتابخانه بزرگ از برنامه ها سريعاً براي IBM PC تهيه گشته و كمك نمود تا موفقيت بزرگي در اين زمينه حاصل شود.

از برخي جنبه ها موفقيت PC و معماري اينتل ،‌رشد كامپيوتر شخصي رامحدود نموده است .
از جنبه هاي ديگر اين موفقيت سبب گرديد تا تعداد بسيار زيادي از برنامه ها ، لوازم جانبي و سيستم نرم افزاري توسعه يافته و PC تبديل به يك استاندارد صنعتي گرديد . پردازنده 8088 كه در اولين PC مورد استفاده قرار گرفت نزديك به 30000 ترانزيستور داشت و داراي فركانس ساعت 5 مگاهرتز بود . شركت اينتل يك نسخه از ريزپردازنده پنتيوم III زئون را با دو مگابايت حافظه كاشه روي تراشه و 140 ميليون ترانزيستور عرضه نمود . همچنين اين شركت پردازنده هايي را با سرعت بيش از 2 گيگاهرتز به بازار عرضه نموده است و البته شركت AMD فاصله چنداني با آن ندارد .
اين پيشرفت متوقف نمي شود زيرا مطابق با قانون مورهر 5/1 تا 2 سال يك بار تعداد ترانزيستور روي ريزپردازنده ها دو برابر مي گردد .