ساخت نخستین ریز پردازنده در سال 1971به وسیله ی شرکت اینتل موجب شد که اولین ریزرایانه ها در سال1981تولید شوند.امروزه نیز اکثر ریز پردازنده ها بر اساس استاندارد های شرکت های اینتل ساخته می شوند. ازآن زمان پیشرفت فناوری باعث رشد سریع تولید ریز پردازنده ها شد و شرکت های دیگر تولبد کننده ی ریزپردازنده هم وارد این عرصه شدند.شرکت اینتل در ابتدا ریزپردازنده های خانواده ی X86 80را ارایه کرد که عبارات بودند از :8086،8088،80286،80386،80486 و از سال 1993 خانواده ی پنتیوم را معرفی کرد
پیشرفت های زیادی که در فناوری ساخت قطعات اکترونیک به وجود آمد، موجب شد که شرکت های تولید کننده ی ریز پردازنده بتوانند ترانزیستورهای بیشتری را در درفضای کمتری جای دهند و به این ترتیب، توانسنتد سرعت پردازش و انتقال داده ها را بیشترکنند .مثلا حداکثرتعداد دستورالعمل هایی که به وسیله ی یک پنتویم2گیگاهرتزی در یک ثانیه انجام می شود،حدود70برابر تعداد دستورالعمل هایی است که ریزپردازنده ی8088 در همین زمان می تواند انجام دهد.همچنین پس از سری80386ثبات های 32بیتی جایگزین ثبات های 16بیتی قدیمی شدند.افزایش تعداد ترانزیستورها در ریز پردازنده ها و کم شدن فاصله ی آنها از یکدیگر باعث می شد که حرارت زیادی در ریزپردازنده ها و کم شدن فاصله ی آنها از یکدیگر باعث می شد که حرارت زیادی در زیرپردازنده به وجود بیاید.چون این حرارت زیاد عملکرد ریزپردازنده را دچار مشکل می کرد،پس از خانواه ی80486خنک کننده ای هم بر روی ریزپردازنده تعبیه شد.
قسمت های یک ریزپردازنده
هر ریزپردازنده از دو واحدعملیاتی کنترل و حساب و منطق وچند ناحیه ی کاری به نام ثباتنتشکیل می شود.
همانگونه که گفته شد واحد کنترل که از مدارهای الکرونیکی پیچیده ای تشکیل شده است،بر عملکرد ریزپردازنده نظارت می کند این واحد وظیفه ی اجرای دستورات را بر عهده ندارد،اما مشخص می کند که هر قسمت چه وظیفه ای دارد و ترتیب اجرای دستورالعنل ها را هم مشخص می کند.واکشی و رمزگشایی دستورالعمل ها دو عمل اصلی واحد کنترل هستند.منظوراز واکشی خارج کردن دستورالعمل ها از حافظه به واحد پردازش و منظور از رمزگشایی تفسیر دستورالعمل ها برای اجراست
نحوه عملکرد ریزپردازنده
هرپردازنده برای پردازش اطلاعات به این صورت کارمی کند که ابتدا واحد کنترل دستورها را از حافظه واکشی می کند و درمرحله ی بعد دستورالعمل رمزگشایی می شوداگر این دستور به داده هایی احتیاج داشته باشد داده هاپس از بازیابی در یکی ازثبات های واحدهای محاسبه و منطق قرار می گیرند و بعد دستور در واحد محاسبه ومنطق اجرا می شود.
به عنوان مثال فرض کنید که دستور ADD a,b به این معنی باشد که پردازنده محتوای خانه ی رابه محتوای خانه ی bاضافه کند و نتیجه را درخانه یa بعدی بگذارد که طی آن محتوای خانه ی سوم و چهارم حافظه با هم جمع شده و در خانه ی پنجم قرار می گیرد.واحد کنترل برتمامی عملکردها نظارت دارد.
گذرگاه
داده ها وآدرس ها از طریق گذرگاه(BAS) به پردازنده می رسند گذرگاه به خطوط ارتباطی میان اجزای داخلی رایانه گفته می شود.این خطوط ارتباطی مسیرهایی سخت افزاری هستند که از سیم های طریفی ساخته شده اند و ارتباط میان پردازنده و اجزای دیگر مانند حافظه را برقرار می کنند.
انواع گذرگاه
با توجه به نوع اطلاعاتی که در گذرگاه ها ردوبدل می شود سه نوع گذرگاه وجود دارد که عبارت اند:گذرگاه داده،گذرگاه آدرس وگذرگاه کنترل.
الف)گذرگاه داده
گذرگاه هایی که داده های بازیابی شده از حافظه را در اختیار CPUقرار می دهند و داده های پردازش شده را به حافظه منتقل می کنند گذرگاه داده نامیده می شوند.هرچه ظرفیت این گذرگاه ها بیشتر باشد داده های بیشتری به صورت همزمان منتقل می شوند.در یک رایانه ی 16 بیتی گذراه داده 16بیتی است و از16خط انتقال تشکیل شده است.در جدول2-5 ظرفیت گذرگاه های داده را در انواع ریز پردازنده ها مشاهده می کنید.
ب)گذرگاه آدرس
برای آنکه CPUبه اطلاعات درون خانه های حافظه دسترسی پیدا کند باید آدرس آن خانه ها را مشخص کند و برای این منظور این آدرس ها را در گذرگاه آدرس قرار می دهد.هرچه خطوط گذرگاه آدرس بیشتر باشد،حافظه های اصلی با ظرفیت بیشتری آدرس دهی می شوند.
ج)گذرگاه کنترل
گذرگاه های کنترل مسیرهایی هستند که سیگنال های کنترلی برای نظارت بر کلیه ی عملیات رایانه ها از طریق آنها ارسال می شود.واحد کنترل برای اعمال نظارت بر پخش های مختلف رایانه از این خطوط استفاده می کند.
ریز پردازنده ها دستورالعمل ها را تفسیرواجرا می کنند.هردستورالعمل از بک کد عملیاتی( که نشان دهنده ی نوع عمل است)و یک یا چند عملوند(که نشان دهنده ی داده های مورد استفاده در دستورالعمل هستند)تشکیل شده است.نظارت بر صحت اجرای دستورالعمل ها هم از وظایف ریزپردازنده هاست که به وسیله ی واحد کنترل انجام می شود.هرچه سرعت و قدرت این واحد ها بیشتر باشد،سرعت و قدرت پردازش ریزپردازنده هم بیشتر است.بعضی عامل های تاثیرگذاربرسرعت وقدرت پردازش ریزپردازنده هم بیشتر است.بعضی عامل های تاثیرگذاربرسرعت و قدرت پردازش،عبارت اند از:سرعت ساعت،تنوع و گستردگی دستورالعمل ها،ظرفیت گذرگاه داده و گذرگاه آدرس و ظرفیت ثبات ها.ساعت سیستم،هماهنگی زمانی اجرای عملیات را درCPU بر عهده دارد.باتوجه به سرعت ساعت،رایانه های اولیه یک میلیون دستورالعمل را درثانیه اجرا می کردند که این رقم امروزه به حدود800میلیون دستورالعمل در ثانیه رسیده است.ریز پرذازنده های رایانه های امروزی،ازسخت افزارهای جداگانه ای به نام مجموعه دستورات تشکیل شده اند که قادرند تعداد بیشتری از دستورالعمل های ریاضی را انجام دهند .
به عنوان متال وجود سخت افزار مجزا برای عمل ضرب در این رایانه ها موجب می شود که عمل ضرب به صورت مستقیم و نه از طریق جمع متوالی صورت پذیرد.همچنین افزایش تعداد دستورالعمل ها باعث شده است که برنامه نویسی برای این پردازنده ها آسانتر باشد.افزایش ظرفیت گذرگاه داده باعث می شود که در هر لحظه داده های بیشتری جابه جا شوند و نتیجه،سرعت پردازش بیشتر شود.همچنین میزان آدرس دهیCPU در رایانه های امروزی به طور قابل ملاحظه ای فزایش یافته است واین،باعث می شود کهCPU بتواند حافظه های اصلی با ظرفیت بیشتر را کنترل کند.
شیوه های پردازش:
رایانه ها به شیوه های مختلفی اطلاعات را پردازش می کنند.شیوه های پردازش اطلاعات را می توان به پردازش ترتیبی ,پردازش موازی،پردازش محاوره ای،پردازش دسته ای ،پردازش بلادرنگ و وپردازش به روش اشتراک زمانی طبقه بندی کرد.
1-پردازش ترتیبی
این نوع پردازش که روش معمولی پردازش در رایانه هاست،براساس معماری ترتیبی می باشد و پردازش دستورات به وسیله ی یک ریز پردازنده صورت می گیرد به این ترتیب که دستوراتیکی پس از دیگری اجرا می شوند.رایانه های شخصی عموما از روش پردازش ترتیبی و موازی مجازی استفاده می کنند.
2-پردازش موازی
در روش های نوین،طراحی براساس معماری موازی است که در آن هر برنامه به چند قسمت تفسیم می شود و قسمت ها به طور همزمان توسط چند پردازنده پردازش می شوند.به پردازش بااستفاده از چند پردازنده به طور همزمان در یک سیستم رایانه ای،پردازش موازی گفته می شود.
3-پردازش محاوره ای
ممکن است لازم باشد که پردازش بلافاصله پس از ورود داده ها به رایانه شروع شود و نتایج خروجی هم به سرعت تولید شودونوعی پرسش و پاسخ بین رایانه و کاربر صورت بگیرد به عنوان مثال درسیستم بانکی وقتی مشتری می خواهد مبلغی را به حساب خود واریزکند،تحویلدار بانک در پاسخ به پرسش نشان داده شده روی صفحه،شماره حساب مشتری را درپرونده ی حساب های پس انداز پیدا می کند و موچودی را به روز می کندواین روش پردازش, پردازش محاوره ای نامیده می شود.
4-پردازش دسته ای
در کاربردهایی که نیازبه پردازش بلافاصله ندارند—مانند سیستم محاسب هزینه ی مصرف آب و برق—از روش های پردازش دسته ای استفاده می شود.در این روش،داده ها جمع آوری می شوند وقبل از پردازش در یک گروه یا دسته قرار می گیرند،سپس در یک زمان وارد رایانه می شوند و پردازش می شوند.امروزه برای کاربرهایی که به پاسخ فوری نیاز دارند،پردازش محاوره ای جایگزین پردازش دسته ای شده است.
5-پردازش بلادرنگ
وازه بلادرنگ بیانگریک پردازش محاوره ای است که در آن با محدودیت های شدید زمانی مواجه هستیم.در این نوع پردازش،تغییرات ورودی باید سریعا به رایانه وارد شود تا در تصمیم گیری مفید واقع شود.در سیستم هایی که مبتنی برپردازش بلادرنگ هستند از خطوط ارتباطی با سرعت بالا که مستقیما با یک یا چند پردازنده در ارتباط هستند،استفاده می شود.در این روش داده ها در هر دقیقه به روز می شوند و با دستیابی به سابقه ها،در کسری از تانیه به پرس و جوی دریافتی ،پاسخ داده می شود.سیستم های ذخیره ی جا در هواپیما یا هتل و همچنین سیستم های کنترل ترافیک هوایی نمونه هایی از سیستم های کنترل ترافیک هوایی نمونه هایی از سیستم های بلادرنگ هستند.
6-پردازش اشتراک زمانی
در پردازش اشتراک زمانی،زمانCPU بین تعدادی کاربر همزمان تقسیم می شود به این صورت که در یک بازه ی زمانی بسیار کوتاه،عمل پردازش برای یک کاربر صورت می پذیرد.در ادامه،پردازش برای این کار بر قطع شده و CPUدر اختیار شخص دیگری قرار می گیرد و این چرخه ادامه پیدا می کند.البته زمان این بازه به قدری کوتاه است که هر کاربر احساس می کند که کل زمان CPUدر اختیار وی است.پردازش اشتراک زمانی می تواند درون یک رایانه و بین برنامه هایی باشد که در حال اجرا هستند،به این ترتیب که زمان CPUبه صورت متوالی و دربازه های زمانی بسیارکوتاه در اختیار برنامه ها قرار می گیرد که به آن پردازش موازی مجازی نیز گفته می شود.
ارسال نظر برای این مطلب
درباره ما
برق انقلابی ترین رشته ی جهان
اطلاعات کاربری
لینک دوستان
آمار سایت