دانلود مقاله سخت افزار کامپیوتر

بخشی از مقاله

سخت افزار كامپيوتر
1- توانايي درك ساختمان CUP
1-1- آشنايي با تعريف عملياتي CPU

CPU يا Processor اساسي ترين جزء يك كامپيوتر مي‎باشد. CPU يك آي سي يا تراشه يا chilp است كه از مدارات مجتمع فشرده زيادي تشكيل شده است. بعبارت ديگر مهمترين آي سي يك كامپيوتر ريز پردازنده

يا CPU آن است. محل قرار گرفتن آن روي برد داخلي و در جاي ويژه اي از مادربرد قرار دارد.
در سراسر جهان شركتاهي زيادي به توليد اين آي سي پرداخته اند از معروفترين آنها ميتوان ريز پردازنده Motorolla- intel و AMD و Cyrix را نام برد.
ريز پردازنده از واحدهاي گوناگوني تشكيل شده كه هر واحد وظيفه خاصي را انجام مي‎دهد. با قرار گرفتن اين واحدها در كنار يكديگر يك ريز پردازنده به صورت يك مجموعه مجتمع و فشرده تشكيل مي‎شود. هر ريز پردازنده از واحدهاي زير تشكيل شده است.

1- واحد محاسبه و منطق (ALU)
اين واحد شامل مداراتي است كه ميتواند محاسبات برنامه هاي كامپيوتري را انجام دهد، مثلا مجموع دو عدد را بطور منطقي محاسبه مي‎كند. ALU مخفف كلمات Aritmatic- Logic- Unit است.
2- واحد كنترل CU يا conmtrol- unit اين واحد بر واحد ورودي و خروجي حافظه هاي گوناگوني نظارت مي‎كند و چگونگي ورود و خروج آنها را كنترل مي‎كند.

3- حافظه هاي ثابت يا Register
هر ريز پردازنده براي جمع آوري اطلاعات نياز به يك محل موقت دارد تا داده ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نمايد، كه اين محلهاي موقت را حافظه هاي ثابت يا Register مي گويند.
4- حافظه هاي پنهان يا cache
حافظه مخفي يا cache يك حافظه سريع است كه مورد استفاده CPU قرار مي‎گيرد. بعبارت ديگر چون سرعت عمليات CPU زياد است لذا اطلاعات نيز بايد با سرعت زياد از حافظه اصلي خوانده و پردازش شود، اما سرعت حافظه اصلي كمتر از سرعت CPU است لذا خواندن اطلاعات با مكث همراه مي شود، اين حالت انتظار باعث كند شدن سرعت كامپيوتر مي گردد . به منظور جبران اين وضع از واحدي به نام Ca che استفاده مي كنند كه سرعت آن برابر سرعت CPU است. در نتيجه مقداري از محتويات حافظه اصلي كه مورد استفاده CPU است

به حافظه Cache منتقل مي گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت cpu مطابقت داشته باشد.
پردازنده هاي كامپيوترهاي شخصي معمولاً بصورت يك مستطيل يا مربع شكل است و بر روي آن حروف و ارقامي ديده مي‎شود.
1. نام سازنده پردازنده
2. نسل پردازنده
3. مدل پردازنده
4. سرعت پردازنده
5. ولتاژ پردازنده و شماره سريال
2-1- آشنايي با تراكم عناصر ساختماني در پردازنده

CUP از مجموع قطعات الكترونيكي مخصوصات تراتريستورهاي مختلف تشكيل يافته است. مثلا اولين بار شركت AMD با قرار دادن 500000 تراتريستور پردازنده هاي K6 را با به بازار عرضه نمود. يا شركت Intel پردازنده SL 80368 را در آن 855000 تراتريستور بكار رفته و داراي 32 بيت خط حامل داخلي و 16 بيت خط حامل خارجي بود به بازار عرضه نمود. همچنين شركت اينتل پروسسورهاي 80586 را كه بيش از يك ميليون تراتريستور تشكيل شده بود به بازار عرصه نموده است.

3-1- آشنايي با سرعت ساعت سيستم
سرعت پردازنده مستقيما روي عملكرد آن اثر مي گذارد. يعني هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سريعتر است، معمولاً سرعت پردازنده ها برحسب مگاهرتز بيان مي‎شود. و برخي از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعي آن نا گذاري نمي كنند بلكه سرعت آنها را بصورت مقايسه اي با پردازنده هاي IBM مي نويسند و آن را با PR نمايش مي دهند. مثلا PR 100 يعني سرعت معادل 100 مگاهرتز است و اگر علام + در جلوي عدد نوشته شود به مفهوم اين است كه از سرعت نوشته شده نيز بيشتر است مثلا + PR133 يعني سرعت پردازنده در مقايسه با پردازنده پتنيوم 133 نيز بيشتر است.

4-1- آشنايي با سرعت ساعت داخل ي
هر پردازنده عمليات داخلي خود را براساس سيگنالهاي ساعت داخلي انجام مي‎دهد. بعبارت ديگر سرعت داخلي هر پردازنده تقريبا برابر همان سرعتي است كه روي پردازنده ذكر شده.
1-4-1- سرعت ساعت خارجي سيستم
بعضي از پردازنده ها نياز به سيگنالهاي ساعت خارجي دارند. مثلا Z80 كه قلا در كامپيوترهاي اوليه بكار مي رفت نياز بيك سيگنال ساعت خارجي كه بين صفر تا 5 ولت نوسان كند، داشت يعني نوسان ساز را در مخارج از مدار با آي سي هاي (TTL) مانند 7404 و يك كريستال مي ساختند و بعدا وارد مدار ريز پردازنده مي نمودند.

اكنون نيز همان سيستم ها برقرار است ولي با پيشرفت تكنولوژي از روشهاي بهتر و مداراتي كه داراي تشعشع كمتر و انرژي تلف شده كمتري مي باشند استفاده مي كنند مثلا در ريزپردازنده DX4 80486 ساخت شركت اينتل از يك سيگنال ساعت داخلي يا سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.
توجه: چون سرعت پردازش در CPU ها بسيار اهميت دارد در نامگذاري كامپيوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نيز بازگو مي كنند مثلا P5-100 يعني پردازنده اين كامپيوتر پنتيوم (80568) و سرعت آن 100 مگاهرتز است يا P5-200/MMX يعني پردازنده پنتيوم يا سرعت 200 مگاهرتز يا تكنولوژي MMX مي‎باشد.

5-1- آشنايي با مديريت انرژي پردازنده
بمنظور جلوگيري از انرژي تلف شده در پردازنده ها و كنترول توان مصرفي آنها در برنامه Setup سيستم بخشي به نام power management در نظر گرفته شده است تا در زمان استفاده نكردن از كامپيوتر پس از مدت زماني كه در تنظيم setup وجود دارد سيستم بحالت خاموش يا reset مي رود. بديهي است بمحض استفاده از كامپيوتر مجدداً بحالت فعال در آمده و عمليات خود را انجام مي‎دهد.

توجه: در برنامه هاي NU و NC نيز گزينه هاي مانند contigure وجود دارد كه ميتوان انرژي سيستم و پردازنده و مانيتور را مديريت و كنترل نمود.
6-1- آشنايي با ولتاژ عمليات پردازنده

پردازنده هاي پنتيوم سري p54c با يك ولتاژ كار مي كرد. ولي پردازنده هاي P55C به علت تغيير در جريان برق تغذيه كننده، تكنولوژي دوگانه به كار رفته است. اين پردازنده جهت كاهش حرارت به 2 ولتاژ مختلف يكي 2.5 ولت براي هسته وديگري 3.3 ولت براي بخش ورودي / خروجي نياز دارد.
بطور كلي يكي از تكنولوژي هاي توليد پردازنده اين است كه سيم كشي هاي درون آن نازكتر باشند كه در اين صورت پردازنده به ولتاژ و جريان كمتري نياز خواهد داشت و همين مسئله باعث مي‎شود كه پردازنده ها با سرعت بيشتري كار كرده و گرماي كمتري توليد كنند. به همين دليل پردازنده هاي با ولتاژ دوگانه طراحي شده است.

ولي بخش ورودي / خروجي (I/O) به 3.3 ولت نياز دارد كه در مادربردهاي جديد Soket 7 بكار رفته و هر كارخانه سازنده با ولتاژهاي مختلفي كار مي كنند كه در زير، ولتاژ چند پر دازنده مختلف بعنوان نمونه ذكر شده است.
7-1- آشنايي با خاصيت MMX در پردازنده ها
MMX تكنولوژي است كه در ژانويه 1997 به بازار آمد و هدف آن افزايش سرعت و كيفيت كارهاي مالتي مديا (چند رسانه اي) مي باشد كه در اين پردازنده ها يك سري دستورالعملهاي جديد ايجاد شده كه حدودا 57 دستور العمل است. يعني 4 نوع داده (data type) جديد و 8 رجيستر 64 بيتي به پردازنده هاي قبلي اضافه شده است كه توانايي پردازنده را بالا برده و برنامه نويسان حرفه اي

مي‎تواند در برنامه هايشان از اين دستور العمل ها استفاده نمايند تا سرعت اجراي برنامه افزايش يابد. برنامه هايي كه با استفاده از دستورات mmx نوشته مي‎شوند و در پردازنده هاي معمولي نيز اجرا مي‎شوند ولي سرعت اجراي برنامه كمتر مي‎باشد. CPU هاي MMX به P55C معروف مي باشند.

2- توانايي شناخت نسلهاي پردازنده
كامپيوترها از زمان تولد تا كنون دچار تحولات و تغييرات بسيار زيادي شده اند بطوريكه پردازنده ها كه مغز اصلي كامپيوترها هستند، مرتبا در حال تكامل و پيشرفت مي باشند و انواع جديد آنها با قيمتهاي كم و سرعتهاي بالا و هوشمند ببازار عرضه مي‎شود. بدانجهت قبل از شناخت نسلهاي پردازنده اشاره مختصري به نسلهاي كامپيوتر خواهيم داشت.

1- نسل اول (لامپهاي خلاء)
اين نلس كه در سال 1946 تا 1959 توليد شد براساس لامپهاي خلاء ساخته و عرضه گرديد. منتها بعلت بزرگي و مصرف انرژي زياد و قيمت بالا و سرعت كم سريعا از رده خارج شد.
2- نسل دوم (ترانزيستوري)
اين نسل از كامپيوترها از سال 1959 تا 1964 توليد شدند كه پردازش اطلاعات آن توسط مدارات تراتريستوري انجام مي گرفت و نسبت به نسل اول كوچگتر و داراي سرعت بالايي بودند. از معروفترين كامپيوترهاي اين نسل مي‎توان به كامپيوترهاي IBM اشاره نمود.

3- نسل سوم (مدارات مجتمع يا IC)
اين نوع از كامپيوترها كه از سال 1964 تا 1971 توليد شد. در مدارات خود از مدارات مجتمع يا IC كه مخفف كلمات (Integrate circuits) است استفاده گرديد. اين نسلي از كامپيوترها داراي ويژگي بهتري نبست به نسل هاي قبلي بود و علاوه بر كوچك شدن حجم كامپيوتر سرعت آن نيز بالاتر رفته و عمليات پردازش اطلاعات سريعتر بود.
4- نسل چهارم (ريزپردازنده ها)
اين نوع از كامپيوترها كه از سال 1971 تا كنون ساخت مي‎شوند از مدارات مجتمع پيچيده اي تشكيل شده اند كه آنها از ريز پردازنده يا ميكروپروسسور مي گويند. واز ويژگي هاي اين نسل كوچكتر شدن كامپيوترها و مصرف انرژي كم و هزينه ساخت كم است. ميتوان كامپيوترهاي شخصي را جزو اين نسل را كامپيوتر داشت.
5- نسل پنجم (كامپيوترهاي هوشمند)

اين نوع كامپيوترها كه از سال 1990 به بعد طراحي شد براساس منطق فازي پايه گذاري شده كه مي‎توان به با هوش بودن كامپيوترها اشاره كرد.
حال با توجه به مقدمه بالا نسلهاي پردازنده را توضيح مي‎دهيم:
شناخت نسلهاي پردازنده:
پردازنده يا CPU مسئول ارسال و پردازش اطلاعات و اجراي دستورالعملها مي‎باشد كه در حقيقت به عنوان مغز كامپيوتر عمل مي نمايد.

همانطور كه در شكل بالا مشاهده مي‎كنيد هر CPU داراي چندين پايه مي باشد كه براحتي در سوكت CPU بر روي مادربرد قرار مي‎گيرد و اعمال زير را انجام مي‎دهد:
الف) كنترل تمام عمليات محاسباتي
ب) كنترل و پردازش اطلاعات
پردازنده را در كامپيوترهاي شخصي مدار مجتمع يا آي سي (IC) chips (چيپ) يا تراشه، ميكروپروسسور و يا ريز پردازنده مي‎نامند.
معمولاً در ساختمان پردازنده ها از سيليكون كه خاصيت نيمه هادي دارد استفاده مي كنند و هر شركت روش مخصوصي براي ساخت پردازنده ها بكار مي برند كه در بخشهاي ديگر توضيح بيشتري داده خواهد شد.
لازم است، هر پردازنده قبل از استفاده كاملاً شناخته شود زيرا هر كدام داراي مشخصاتي هستند كه دستور العمل هاي بخصوصي را اجرا مي كنند.

بر روي هر پر دازنده يك سري حروف و ارقام مشاهده مي‎شود كه اگر شناختي از اين مشخصات داشته باشيم مي توانيم به نسل پردازنده ها پي ببريم بديهي است شركتهاي زيادي در توليد پردازنده ها فعال هستند مانند IBM ، Cyrix ، AMD موتورولا و غيره … كه در بين آنها محصولات شركتهاي اينتل و موتورولا معروفتر و متداولتر است. اين شركتها پردازنده هاي خود را با شماره هاي اختصاص 86*80 و XXX 68 معرفي كرده كه حرف X با توجه به تكامل پردازنده ها يك عدد يك رقمي مي‎باشد. دو رقم سمت چپ نام پردازنده را مشخص مي‎كند و سه رقم سمت راست نسل پردازنده را مشخص مي نمايد. مثلا در پردازنده 80286 عدد 80 نشان دهنده شركت اينتل و 286 نوع پردازنده مي‎باشد كه نسل دوم را نمايش مي‎دهد.

در اين كتاب فقط پردازنده هاي شركت اينتل توضيح داده مي‎شود.
1-2- آشنايي با پردازنده مدل 8086/8088
پردازنده 8086 در سال 1978 و پردازنده 8088 د رسال 1979 توسط شركت اينتل معرفي گرديد و اين پردازنده ها در زمان خود سريعترين پردازنده بحساب مي آمد كه از نظر كيفيت و قيمت و كنترل وسايل جانبي بهتر از پردازنده هاي ديگر بود و داراي سرعت 477 و 8 مگاهرتز بوده كه حدودا 29 هزار تراتريستور در آن بكار رفته و حافظه آدرس پذيري آن يك مگابايت بود و جزو پردازنده هاي نسل اول بشمار مي آمدند.

يكي از مزاياي اين پردازنده نسبت به پردازنده هاي قبلي اين بود كه اطلاعات به صورت 16 بيتي در داخل پردازش و بصورت 8 بيتي به گذرگاه خارجي اتصال داشت.
2-2- آشنايي با پردازنده مدل XT 80186
IBM بعد از پردازنده 8086 و 8088 X در سال 1982 پردازنده هاي 80186 را معرفي نمود كه اين پردازنده ها به مقادير كافي و در زمان هاي لازم براي طراحي يك كامپيوتر پر فروش در دسترس نبودند. اين پردازنده در بعضي از بردهاي اختياري مانند كارت IBM ARTJC كه يك پردازنده مخصوص real- time است استفاده گرديد و جاي اين پردازنده سريعا توسط پردازنده 80286 در فوريه گرفته شد.

3-2- آشنايي با پردازنده XT 80286
اين پردازنده كه در سال 1982 توسط شركت اينتل معرفي شد جزو پردازنده هاي نسل دوم است و قادر است 16 مگابايت حافظه را آدرس دهي نمايد و همچنين 16 بيت اطلاعات را پردازش و به صورت 16 بيتي به گذرگاه خارجي اتصال يابد تعداد تراتريستورهاي بكار رفته حدودا 130000 عدد مي باشد.
علت استفاده شركت اينتل از حروفات XT در آخر نام پردازنده استفاده از حافظه هاي الحاقي (Expanded- memory) است كه در نسل هاي قبلي امكان پذير نبود و يكي از مزاياي اين پردازنده شروع عملكرد چند برنامه اي يعني توانائي انجام چند كار با برنامه هاي گوناگون بود به حالتهاي real - mode يا (protected) از آن زمان ارائه گرديد. البته سيستم عامل DOS چنين قابليتي را نداشت اما سيستم عامل هاي بعدي مانند ويندوز چنين قابليتي را ارائه داد.
شركت IBM اين پردازنده را در سال 1984 روي كامپيوترهاي AT بكار برد و سرعت آنرا از 6 مگاهرتز ارتقاء داد.

4-2- آشنائي با پردازنده مدل 80386
اين پردازنده در سال 1985 توسط شركت اينتل ببازار معرفي شد و يكي از ايده هاي جديد اين نسل 32 بيتي بودن آن است. يعني قادر بود دو برابر داده را پردازش و با تجهيزات جانبي 32 بيتي ارتباط برقرار نمايد و سرعت اين پردازنده 16 و 20 و 25 و 33 مگاهرتز بوده و قادر است 4 گيگا بايت حافظه را آدرس دهي نمايد و همچنين شركت اينتل درسال 1988 پردازنده SX 80386 را وارد بازار كرد كه از 275000 تراتريستور تشكيل شده بود و ميتوانست با كمك پردازنده 80387 كه يك پردازنده محاسباتي كمك بود كار نمايد. اين عمل باعث شد كه اين پردازنده بتواند با برنامه هاي گرافيكي و صفحه گسترده براحتي كار كند. يكي از مزاياي خوب اين پردازنده قيمت ارزان آن بود كه اين عمل موجب شد كه پردازنده 80286 سريعا از رده خارج شود.
5-2- آشنائي با پردازنده 80486

از سال 1989 ساخت پردازنده هاي مدرن آغاز گرديد. اولين پردازنده مدرن كه 80486 نام گذاري گرديد علاوه بر مزاياي پردازنده 80386 از نظر سرعت، كمك پردازنده ها و حافظه هاي پنهان نيز داخل اين پردازنده قرار گرفت و سرعت آن به 120 مگاهرتز ارتقاء يافت. اين پردازنده با پسوندهاي SX و DX عرضه گرديد كه هر دو نوع 32 بيتي بودند ولي نوع SX آن فاقد كمك پردازنده در داخل خود بود ولي سرعت آن تقريبا دو برابر سرعت DX 80386 بود و حافظه آدرس پذيري آن 4 گيگابايت و داراي 8 كيلو بايت حافظه پنهان Cache بود كه ميتوانست تازه ترين دستور العمل اجرا شده و يا دستوراتي كه احتمال استفاده آنها مي رفت در خود نگهداري نمايد.

ضمناً اين پردازنده حافظه هاي پنهان خارجي ثانويه را پشتيباني مي‎كند شركت اينتل SL 80486 را در سال 1992 عرضه نمود كه بيشتر در سيستمهاي قابل حمل استفاده گرديد و مي توانست با 3.3 ولت كار كند و اين عمل باعث مي‎شد انرژي تلف شده كمتر بوده و كامپويتر با باطري نيز بخوبي كار كند.

بعدا پردازنده هاي DX2 80486 و DX4 80486 در سال 1994 طرح و ارائه گرديد كه از نظر سرعت و قدرت پردازش بسيار قوي بودند كه يكي از مدل هاي اين پردازنده 66-2 DX 486 است كه سرعت آن 66 مگاهرتز و DX4 486 كه سرعت آن حدود 100 مگاهرتز مي‎باشد كه داراي واحد محاسباتي اعشاري و واحد مديريت حافظه نيز مي باشند.