بررسی ساختار RAM و CPU -آکا

در این مقاله از سایت آکاایران مطلبی در مورد بررسی ساختار RAM و CPU ارائه شده است ، همچنین برای مشاهده مقالات بیشتر در دسته از سایت ترفند آکاایران مقالات بیشتری را مشاهده نمایید

بررسی ساختار RAM و CPU
,[categoriy]

آکاایران: بررسی ساختار RAM و CPU

آکاایران: به گزارش آکاایران: ● حافظه RAM

 

حافظه (RAM)Random Access Memory شناخته ترین نوع حافظه در دنیای رایانه است . روش دستیابی به این نوع از حافظه ها تصادفی است . چون می توان به هر سلول حافظه مستقیما" دستیابی یافت کرد . در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره و صرفا" امکان دستیابی به آنها بصورت ترتیبی وجود خواهد داشت. ( نظیر نوار کاست ) در صورتیکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر یک از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد. حافظه های SAM در مواردیکه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشند ( نظیر حافظه موجود بر روی کارت های گرافیک ). داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود.

 

● مبانی حافظه های RAM

حافظه RAM ، یک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از میلیون ها ترانزیستور و خازن تشکیل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگیری یک خازن و یک ترانزیستور می توان یک سلول را ایجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری یک بیت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بیت را که یک و یا صفر است ، در خود نگهداری خواهد کرد.عملکرد ترانزیستور مشابه یک سوییچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخیره شده در خازن و یا تغییر وضعیت مربوط به آن ، فراهم می نماید.خازن مشابه یک ظرف ( سطل) بوده که قادر به نگهداری الکترون ها است . بمنظور ذخیره سازی مقدار" یک" در حافظه، ظرف فوق می بایست از الکترونها پر گردد. برای ذخیره سازی مقدار صفر، می بایست ظرف فوق خالی گردد.

 

مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدین ترتیب پس از گذشت چندین میلی ثانیه یک ظرف مملو از الکترون تخلیه می گردد. بنابراین بمنظور اینکه حافظه بصورت پویا اطلاعات خود را نگهداری نماید ، می بایست پردازنده و یا " کنترل کننده حافظه " قبل از تخلیه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار "یک" باشند.بدین منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات را بازنویسی می نماید.عملیات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در یک ثانیه تکرار خواهد شد.علت نامگذاری DRAM بدین دلیل است که این نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پویا خواهند بود. فرآیند تکراری " بازخوانی / بازنویسی اطلاعات" در این نوع حافظه ها باعث می شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.

 

 

سلول های حافظه بر روی یک تراشه سیلیکون و بصورت آرائه ای مشتمل از ستون ها ( خطوط بیت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکیل می گردند. نقطه تلاقی یک سطر و ستون بیانگر آدرس سلول حافظه است .

 

حافظه های DRAM با ارسال یک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزیستور در هر بیت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعیتی خواهند شد که خازن می بایست به آن وضغیت تبدیل گردد. در زمان خواندن Sense amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گیری می نماید. در صورتیکه سطح فوق بیش از پنجاه درصد باشد مقدار "یک" خوانده شده و در غیراینصورت مقدار "صفر" خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عملیات فوق بسیار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانیه ( یک میلیاردم ثانیه ) اندازه گیری می گردد. تراشه حافظه ای که دارای سرعت ۷۰ نانوثانیه است ، ۷۰ نانو ثانیه طول خواهد کشید تا عملیات خواندن و بازنویسی هر سلول را انجام دهد.

 

 

سلول های حافظه در صورتیکه از روش هائی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمایند، بتنهائی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراین لازم است سلول های حافظه دارای یک زیرساخت کامل حمایتی از مدارات خاص دیگر باشند.مدارات فوق عملیات زیر را انجام خواهند داد :

ـ مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )

 

ـ نگهداری وضعیت بازخوانی و باز نویسی داده ها ( شمارنده )

ـ خواندن و برگرداندن سیگنال از یک سلول ( Sense amplifier)

 

ـ اعلام خبر به یک سلول که می بایست شارژ گردد و یا ضرورتی به شارژ موجود نیست Write enable) )

سایر عملیات مربوط به "کنترل کننده حافظه" شامل مواردی نظیر : مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است .

 

 

حافظه های SRAM دارای یک تکنولوژی کاملا" متفاوت می باشند. در این نوع از حافظه ها از فلیپ فلاپ برای ذخیره سازی هر بیت حافظه استفاده می گردد. یک فلیپ فلاپ برای یک سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزیستور استفاده می کند . حافظه های SRAM نیازمند بازخوانی / بازنویسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراین سرعت این نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه های DRAM بیشتر است .با توجه به اینکه حافظه های SRAM از بخش های متعددی تشکیل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی یک تراشه بمراتب بیشتر از یک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود.

 

در چنین مواردی میزان حافظه بر روی یک تراشه کاهش پیدا کرده و همین امر می تواند باعث افزایش قیمت این نوع از حافظه ها گردد. بنابراین حافظه های SRAM سریع و گران و حافظه های DRAM ارزان و کند می باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور افزایش سرعت پردازنده استفاده از Cache) و از حافظه های (DRAM برای فضای حافظه RAM در رایانه استفاده می گردد.

 

● ما ژول های حافظه

تراشه های حافظه در کامییوترهای شخصی در آغاز از یک پیکربندی مبتنی بر Pin با نام (DIP)Dual line Package استفاده می کردند. این پیکربندی مبتنی بر پین، می توانست لحیم کاری درون حفره هائی برروی برداصلی رایانه و یا اتصال به یک سوکت بوده که خود به برد اصلی لحیم شده است .همزمان با افزایش حافظه ، تعداد تراشه های مورد نیاز، فضای زیادی از برد اصلی را اشغال می کردند.از روش فوق تا زمانیکه میزان حافظه حداکثر دو مگابایت بود ، استقاده می گردید.

 

 

راه حل مشکل فوق، استقرار تراشه های حافظه بهمراه تمام عناصر و اجزای حمایتی در یک برد مدار چاپی مجزا (Printed circut Board ) بود. برد فوق در ادامه با استفاده از یک نوع خاص از کانکنور ( بانک حافظه ) به برد اصلی متصل می گردید. این نوع تراشه ها اغلب از یک پیکربندی pin با نام Small Outline J lead ( soj ) استفاده می کردند .

 

برخی از تولیدکنندگان دیگر که تعداد آنها اندک است از پیکربندی دیگری با نام Thin Small Outline Package )tsop) استفاده می نمایند. تفاوت اساسی بین این نوع پین های نوین و پیکربندی DIP اولیه در این است که تراشه های SOJ و TSOR بصورت surface mounted در PCB هستند. به عبارت دیگر پین ها مستقیما" به سطح برد لحیم خواهند شد .

 

تراشه ها ی حافظه از طریق کارت هائی که " ماژول " نامیده می شوند قابل دستیابی و استفاده می باشند.. شاید تاکنون با مشخصات یک سیستم که میزان حافظه خود را بصورت ۳۲ * ۸ , یا ۱۶ * ۴ اعلام می نماید ، برخورده کرده باشید.اعداد فوق تعداد تراشه ها ضربدر ظرفیت هر یک از تراشه ها را که بر حسب مگابیت اندازه گیری می گردند، نشان می دهد. بمنظور محاسبه ظرفیت ، می توان با تقسیم نمودن آن بر هشت میزان مگابایت را بر روی هر ماژول مشخص کرد.مثلا" یک ماژول ۳۲ * ۴ ، بدین معنی است که ماژول دارای چهار تراشه ۳۲ مگابیتی است .با ضرب ۴ در ۳۲ عدد ۱۲۸ ( مگابیت) بدست می آید . اگر عدد فوق را بر هشت تقسیم نمائیم به ظرفیت ۱۶ مگابایت خواهیم رسید.

 

 

نوع برد و کانکتور استفاده شده در حافظه های RAM ، طی پنج سال اخیر تفاوت کرده است . نمونه های اولیه اغلب بصورت اختصاصی تولید می گردیدند . تولید کنندگان متفاوت رایانه بردهای حافظه را بگونه ای طراحی می کردند که صرفا" امکان استفاده از آنان در سیستم های خاصی وجود داشت .

 

در ادامه (SIMM (Single in line memory مطرح گردید. این نوع از بردهای حافظه از ۳۰ پین کانکتور استفاده کرده و طول آن حدود ۳/۵ اینچ و عرض آن یک اینچ بود ( یازده سانتیمتر در ۲/۵ سانتیمتر ) .در اغلب کامپیوترها می بایست بردهای SIMM بصورت زوج هائی که دارای ظرفیت و سرعت یکسان باشند، استفاده گردد. علت این است که پهنای گذرگاه داده بیشتر از یک SIMM است . مثلا" از دو SIMM هشت مگابایتی برای داشتن ۱۶ مگابایت حافظه بر روی سیستم استفاده می گردد.

 

هر SIMM قادر به ارسال هشت بیت داده در هر لحظه خواهد بود با توجه به این موضوع که گذرگاه داده شانزده بیتی است از نصف پهنای باند استفاده شده و این امر منطقی بنظر نمی آید.در ادامه بردهای SIMM بزرگتر شده و دارای ابعاد ۲۵ / ۴ * ۱ شدند( ۱۱ سانتیمتر در ۲/۵ سانتیمتر ) و از ۷۲ پین برای افزایش پهنای باند و امکان افزایش حافظه تا میزان ۲۵۶ مگابایت بدست آمد.

 

بموازات افزایش سرعت و ظرفیت پهنای باند پردازنده ها، تولیدکنندگان از استاندارد نوین دیگری با نام dual in line memory module)DIMM) استفاده کردند.این نوع بردهای حافظه دارای ۱۶۸ پین و ابعاد ۱ * ۵/۴ اینچ ( تقریبا" ۱۴ سانتیمتر در ۲/۵ سانتیمتر ) بودند.ظرفیت بردهای فوق در هر ماژول از هشت تا ۱۲۸ مگابایت را شامل و می توان آنها را بصورت تک ( زوج الزامی نیست ) استفاده کرد. اغلب ماژول های حافظه با ۳/۳ ولت کار می کنند. در سیستم های مکینتاش از ۵ ولت استفاده می نمایند. یک استاندارد نوین دیگر با نام Rambus in line memory module ، RIMM از نظر اندازه و پین با DIMM قابل مقایسه است ولی بردهای فوق ، از یک نوع خاص گذرگاه داده حافظه برای افزایش سرعت استفاده می نمایند.

 

 

اغلب بردهای حافظه در کامپیوترهای دستی (notebook) از ماژول های حافظه کاملا" اختصاصی استفاده می نمایند ولی برخی از تولیدکنندگان حافظه از استاندارد small outline dual in line memory module) SODIMM استفاده می نمایند. بردهای حافظه SODIMM دارای ابعاد ۱* ۲ اینچ ( ۵ سانتیمنتر در ۵ /۲ سانتیمنتر ) بوده و از ۱۴۴ پین استفاده می نمایند. ظرفیت این نوع بردها ی حافظه در هر ماژول از ۱۶ مگابایت تا ۲۵۶ مگابایت می تواند باشد.

 

● بررسی خطاء

اکثر حافظه هائی که امروزه در رایانه استفاده می گردند دارای ضریب اعتماد بالائی می باشند.در اکثر سیستم ها ،" کنترل کننده حافظه " درزمان روشن کردن سیستم عملیات بررسی صحت عملکرد حافظه را انجام می دهد. تراشه های حافظه با استفاده از روشی با نام Parity ، عملیات بررسی خطاء را انحام می دهند. تراشه های Parity دارای یک بیت اضافه برای هشت بیت داده می باشند.روشی که Parity بر اساس آن کار می کند بسیار ساده است. در ابتداParity زوج بررسی می گردد. زمانیکه هشت بیت ( یک بایت) داده ئی را دریافت می دارند، تراشه تعداد یک های موجود در آن را محاسبه می نماید.

 

در صورتیکه تعداد یک های موجود فرد باشد مقدار بیت Parity یک خواهد شد. در صورتیکه تعداد یک های موجود زوج باشد مقدار بیت parity صفر خواهد شد. زمانیکه داده از بیت های مورد نظر خوانده می شود ، مجددا" تعداد یک های موجود محاسبه و با بیت parity مقایسه می گردد.درصورتیکه مجموع فرد و بیت Parity مقدار یک باشد داده مورد نظر درست بوده و برای پردازنده ارسال می گردد. اما در صورتیکه مجموع فرد بوده و بیت parity صفر باشد تراشه متوجه بروز یک خطاء در بیت ها شده و داده مورد نظر کنار گذاشته می شود. parity فرد نیز به همین روش کار می کند در روش فوق زمانی بیت parity یک خواهد شد که تعداد یک های موجود در بایت زوج باشد.

 

 

مسئله مهم در رابطه با Parity عدم تصحیح خطاء پس از تشخیص است . در صورتیکه یک بایت از داده ها با بیت Parity خود مطابقت ننماید داده دور انداخته شده سیستم مجددا" سعی خود را انجام خواهد داد. کامپیوترها نیازمند یک سطح بالاتربرای برخورد با خطاء می باشند.برخی از سیستم ها از روشی با نام به error correction code)ECC) استفاده می نمایند. در روش فوق از بیت های اضافه برای کنترل داده در هر یک از بایت ها استفاده می گردد. اختلاف روش فوق با روش Parity در این است که از چندین بیت برای بررسی خطاء استفاده می گردد. ( تعداد بیت های استفاده شده بستگی به پهنای گذرگاه دارد ) حافظه های مبتنی بر روش فوق با استفاده از الگوریتم مورد نظر نه تنها قادر به تشخیص خطا بوده بلکه امکان تصحیح خطاهای بوجود آمده نیز فراهم می گردد. ECCهمچنین قادر به تشخیص خطاها در مواردی است که یک یا چندین بیت در یک بایت با مشکل مواجه گردند .

 

● انواح حافظه RAM

Static random access memory)SRAM) . این نوع حافظه ها از چندین ترانزیستور ( چهار تا شش ) برای هر سلول حافظه استفاده می نمایند. برای هر سلول از خازن استفاده نمی گردد. این نوع حافظه در ابتدا بمنظور cache استفاده می شدند.

 

 

Dynamic random access memory)DRAM) . در این نوع حافظه ها برای سلول های حافظه از یک زوج ترانزیستورو خازن استفاده می گردد .

 

Fast page mode dynamic random access memory)FPM DRAM) . شکل اولیه ای از حافظه های DRAM می باشند.در تراشه ای فوق تا زمان تکمیل فرآیند استقرار یک بیت داده توسط سطر و ستون مورد نظر، می بایست منتظر و در ادامه بیت خوانده خواهد شد.( قبل از اینکه عملیات مربوط به بیت بعدی آغاز گردد) .حداکثر سرعت ارسال داده به L۲ cache معادل ۱۷۶ مگابایت در هر ثانیه است .

 

 

Extended data out dynamic random access memory)EDO DRAM) . این نوع حافظه ها در انتظار تکمیل و اتمام پردازش های لازم برای اولین بیت نشده و عملیات مورد نظر خود را در رابطه با بیت بعد بلافاصله آغاز خواهند کرد. پس از اینکه آدرس اولین بیت مشخص گردید EDO DRAM عملیات مربوط به جستجو برای بیت بعدی را آغاز خواهد کرد. سرعت عملیات فوق پنج برابر سریعتر نسبت به حافظه های FPM است . حداکثر سرعت ارسال داده به L۲ cache معادل ۱۷۶ مگابایت در هر ثانیه است .

 

Synchronous dynamic random access memory)SDRM) از ویژگی "حالت پیوسته " بمنظور افزایش و بهبود کارائی استفاده می نماید .بدین منظور زمانیکه سطر شامل داده مورد نظر باشد ، بسرعت در بین ستون ها حرکت و بلافاصله پس از تامین داده ،آن را خواهد خواند. SDRAM دارای سرعتی معادل پنج برابر سرعت حافظه های EDO بوده و امروزه در اکثر کامپیوترها استفاده می گردد.حداکثر سرعت ارسال داده به L۲ cache معادل ۵۲۸ مگابایت در ثانیه است .

 

 

Rambus dynamic random access memory )RDRAM) یک رویکرد کاملا" نوین نسبت به معماری قبلی DRAM است. این نوع حافظه ها از Rambus in line memory module)RIMM) استفاده کرده که از لحاظ اندازه و پیکربندی مشابه یک DIMM استاندارد است. وجه تمایز این نوع حافظه ها استفاده از یک گذرگاه داده با سرعت بالا با نام "کانال Rambus " است . تراشه های حافظه RDRAM بصورت موازی کار کرده تا بتوانند به سرعت ۸۰۰ مگاهرتز دست پیدا نمایند.

 

Credit card memory یک نمونه کاملا" اختصاصی از تولیدکنندگان خاص بوده و شامل ماژول های DRAM بوده که دریک نوع خاص اسلات ، در Laptop ها استفاده می گردد .

 

 

PCMCIA memory card .نوع دیگر از حافظه شامل ماژول های DRAM بوده که در Laptop استفاده می شود.

 

FlashRam نوع خاصی از حافظه با ظرفیت کم برای استفاده در دستگاههائی نظیر تلویزیون، VCR بوده و از آن به منظور نگهداری اطلاعات خاص مربوط به هر دستگاه استفاده می گردد. زمانیکه این نوع دستگاهها خاموش باشند همچنان به میزان اندکی برق مصرف خواهند کرد. در رایانه نیز از این نوع حافظه ها برای نگهداری اطلاعاتی در رابطه با تنظیمات هارد دیسک و ... استفاده می گردد.

 

 

VideoRam)VRAM) یک نوع خاص از حافظه های RAM بوده که برای موارد خاص نظیر : آداپتورهای ویدئو و یا شتا ب دهندگان سه بعدی استفاده می شود. به این نوع از حافظه ها multiport dynamic random access memory) MPDRAM) نیز گفته می شود.علت نامگذاری فوق بدین دلیل است که این نوع از حافظه ها دارای امکان دستیابی به اطلاعات، بصورت تصادفی و سریال می باشند . VRAM بر روی کارت گرافیک قرار داشته و دارای فرمت های متفاوتی است. میزان حافظه فوق به عوامل متفاوتی نظیر : " وضوح تصویر " و " وضعیت رنگ ها " وابسته است.

 

● به چه میزان حافظه نیاز است ؟

حافظه RAM یکی از مهمترین فاکتورهای موجود در زمینه ارتقاء کارآئی یک رایانه است . افزایش حافظه بر روی یک رایانه با توجه به نوع استفاده می تواند در مقاطع زمانی متفاوتی انجام گیرد. در صورتیکه از سیستم های عامل ویندوز ۹۵ و یا ۹۸ استفاده می گردد حداقل به ۳۲ مگابایت حافظه نیاز خواهد بود.

 

( ۶۴ مگابایت توصیه می گردد) .اگر از سیستم عامل ویندوز ۲۰۰۰ استفاده می گردد حداقل به ۶۴ مگابایت حافظه نیاز خواهد بود.( ۱۲۸ مگابایت توصیه می گردد) در ویندوز ایکس پی میزان نیاز به حافظه رم به ۱۲۸ مگابایت افزایش یافته است ..سیستم عامل لینوکس صرفا" به ۴ مگابایت حافظه نیاز دارد.

 

در صورتیکه از سیستم عامل اپل استفاده می گردد به ۱۶ مگابایت حافظه نیاز خواهد بود.( ۶۴ مگابایت توصیه می گردد). میزان حافظه اشاره شده برای هر یک از سیستم های فوق بر اساس کاربردهای معمولی ارائه شده است . دستیابی به اینترنت ، استفاده از برنامه های کاربردی خاص و سرگرم کننده ، نرم افزارهای خاص طراحی، انیمیشن سه بعدی و... مستلزم استفاده از حافظه بمراتب بیشتری خواهد بود .

 

 

حافظه RAM، یک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از میلیون ها ترانزیستور و خازن تشکیل شده است. در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگیری یک خازن و یک ترانزیستور می توان یک سلول را ایجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری یک بیت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بیت را که یک و یا صفر است، در خود نگهداری خواهد کرد.

 

حافظه (RAM(Random Access Memory شناخته ترین نوع حافظه در دنیای رایانه است . روش دستیابی به این نوع از حافظه ها تصادفی است . چون می توان به هر سلول حافظه مستقیما" دستیابی یافت کرد . در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره و صرفا" امکان دستیابی به آنها بصورت ترتیبی وجود خواهد داشت. (نظیر نوار کاست) در صورتیکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر یک از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد. حافظه های SAM در مواردیکه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشند ( نظیر حافظه موجود بر روی کارت های گرافیک). داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود.

 

● CPU را بشناسیم

 

پردازنده یا واحد پردازنده مرکزی (CPU) اصلی ترین بخش رایانه است . این قطعه وظایف مهمی از قبیل عملکرد های ریاضی ، منطقی ، مقایسه ای و محاسبه های مربوط به آدرس دهی در رایانه را به عهده دارد . CPU مهم ترین تراشه بر روی برد اصلی هر رایانه می باشد و آن مدیریت کلیه مراحل پردازش داده ها را به عهده دارد . این قطعه به صورت مستقیم و یا غیر مسقیم سایر قطعات روی برد اصلی و سایر قسمتهای رایانه را نظارت و مقداردهی می کند . پردازنده ها هر چند دارای ابعاد فیزیکی بسیار کوچکی هستند ولی از ابتدایی ترین آنها که از ۲۹۰۰۰ ترانزیستور تا انواع پیشرفته آنها که ۷/۵ میلیون ترانزیستور می باشد ، ابعاد فیزیکی آنها بسیار محدود و در حد ۲ تا ۳ اینچ مربع می باشند.

مشخصه با اهمیت ریز پردازنده ها عبارتند از :

 

ـ سرعت .

ـ پهنای گذرگاه داده .

 

ـ پهنای گذرگاه آدرس .

ـ ماکزیمم حافظه .

 

علاوه بر این مشخصه ها تعداد ترانزیستور با کار گرفته شده ، cache داخلی ، پهنای پالس ، اندازه رجیستر های داخلی در پردازنده ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند . همه پردازنده ها سه عمل اساسی را انجام می دهند :

ـ انتقال اطلاعات

 

ـ حساب و منطق

ـ تصمیم گیری

 

 

● مشخصات فنی پردازنده ها

 

پردازنده ها به عنوان یکی از اصلی ترین عناصر در یک رایانه به صورت یک تراشه به شکل مربع روی برد اصلی قرار می گیرد . معمولا هر پردازنده دارای خصوصیات ویژه ای است که توسط تعدادی حروف و ارقام که بر روی هر کدام از آن ها چاپ شده ، مشخص می شوند . این اطلاعات شامل موارد زیر می باشد

نام شرکت سازنده .

 

نسل پردازنده .

مدل و نوع پردازنده .

 

سرعت پردازنده (MHZ ) .

ولتاژ مورد نیاز پردازنده .

 

شماره سریال پردازنده .

در ادامه به توضیح برخی از این مشخصه ها می پردازیم

 

 

● نام شرکت سازنده پردازنده

 

پردازنده ها توسط شرکت های مختلفی ساخته و ارائه شده اند. شرکت های مشهور سازنده پردازنده عبارتند از :

Intel

 

IBM

AMD

 

Syrex

Motorola

 

IDT

NIC

 

IIT

گاهی بر روی پردازنده ها نام شرکت سازنده به صورت کامل و گاهی به صورت علائم اختصاری مخصوص شرکت مشخص می شود . مثلا برای محصولات شرکت از AMD برای مشخص کردن نام پردازنده عبارت ADVANCED شرکتهای MICRO DEVICES که کلمه AMD از آن گرفته شده چاپ می شود .

 

 

● نسل پردازنده

 

پردازنده ها بسته به تنوع در مدل و عملکرد آن ها دارای مدل های مختلفی می باشند . معمولا هر گاه یک تغییر اساسی در ساختار یا پردازنده به وجود آمده است نسل جدیدی برای آن نام گذاری شده است . معمولا نسل های مختلف پردازنده ها را با نام ، علائم یا شماره های مختلف تلاش می کنند . شرکتهای سازنده پردازنده تولیدات خود را بر اساس یک روش استاندارد نام گذاری می کنند . مثلا شرکت Intel تولیداتش را به صورت ۸۰x۸۶ و شرکت Motorola به صورت ۶۸xxx نام گذاری می کنند ، که معمولا علامت x جایگزین نسل و مدل پردازنده می شود . مثلا در مورد پردازنده های Intel نسل های اول تا هفتم به صورت زیر می باشد :

همانگونه که مشاهده می کنید از نسل چهارم (۸۰۴۸۶) به بعد نامگذاری پردازنده های Intel به صورت ۸۰x۸۶ نمی باشد بلکه از نام پنتیوم استفاده شده است.

 

 

● مدل پردازنده

 

هر کدام از نسل های پردازنده دارای مدلهای مختلفی می باشد که دارای مشخصات متفاوت می باشند . مثلا در مورد پردازنده و ۸۰۳۸۶ مدلهای DX , SX و برای ۸۰۴۸۶ مدلهای SX , DX , DXII , DX۴ , DX۵ برای پنتیوم (نسل پنجم) مدل های پنتیوم کلاسیک و MMX ، برای نسل ششم مدل های پنتیوم پرو ، پنتیوم II و پنتیوم III پنتیوم سلرون برای نسل هفتم مدل اتیانیوم را می توان اشاره نمود.

 

● سرعت پردازنده

یکی دیگر از پارامتر های مهم برای پردازنده که معمولا روی پردازنده چاپ می شود ، سرعت پردازنده است . سرعت پردازنده بر حسب مگاهرتز (MHZ) مشخص می شود . گاهی سرعت پردازنده ها معادل سرعت پردازنده مشابه Intel بر روی آن چاپ می شود. در این پردازنده ها که شبیه پردازنده های پنتیوم Intel هستند ، برای نشان دادن سرعت AMD K۵ که در سطر دوم آن عبارت PR۱۰۰ چاپ شده است ، بدین معنی است که این پردازنده دارای سرعتی معادل سرعت پردازنده های پنتیوم اینتل با سرعت ۱۰۰MHZ می باشد . هر چند ممکن است سرعت واقعی این پردازنده کمتر باشد . چنانچه بعد از PR۱۰۰ علامت + هم داشته باشیم یعنی سرعت این پردازنده حتی از پردازنده اینتل با سرعت ۱۰۰MHZ هم بیشتر می باشد .

 

 

● ولتاژ پردازنده

 

پردازنده های قدیمی (قبل از کار ۴۶۸DX۴) با ولتاژ ۵v کار می کردند . پردازنده هایی که بعد از ۴۸۶DX۴ به بازار ارائه شد با ولتاژ ۳.۳v کار می کردند . امروزه پردازنده های K۶ از شرکت AMD با ولتاژهای پایین تر از ۳.۳v (۲.۲v می کنند . طبیعی است هر چه پردازنده با ولتاژ کمتری کار کند توان مصرفی آن کمتر شده و در نتیجه پردازنده کمتر داغ می شود.

 

● ریز پردازنده های پنتیوم IIII

اگر بخواهیم به پردازنده پنتیوم ۴ به جای تخصیص نام، یک شماره اختصاص دهیم، می بایست آنرا پردازنده ۷۸۶ بنامیم زیرا این پردازنده نسل جدیدی ا پردازنده ها را پس از پردازنده های کلاس قبلی ۶۸۶ ارائه می نماید.

 

ویژگی ها و مشخصات فنی اصلی پردازنده پنتیوم ۴ عبارتند از:

▪ سرعت آن از ۳/۱ گیگاهرتز در پردازنده های اولیه این خانواده آغاز گشته و به مقادیر بالاتر از ۲ گیگا هرتز می رسد.

 

▪ ۴۲ میلیون ترانزیستور در داخل آن تعبیه گشته و از تکنولوژی ۱۸/۰ میکرون استفاده می کند.

▪ با پردازنده های ۳۲ بیتی قبلی اینتل سازگاری نرم افزاری دارد.

 

▪ باس پردازنده دارای فرکانس ۴۰۰ مگاهرتزی می باشد.

▪ واحد حسابی / منطقی (ALU) با فرکانسی دو برابر فرکانس هسته پردازنده اجرا می شود.

 

▪ از یک تکنولوژی ۲۰ مرحله ای Hyper pipelined استفاده می کند.

▪ قابلیت اجرای خارج از ترتیب دستورالعمل ها را با قدرت خیلی زیاد ارائه می نماید.

 

▪ قابلیت پیش بینی انشعاب پیشرفته

▪ دارای ۲۰ کیلوبایت حافظه کاشه L۱، دارای ۲۵۶ کیلوبایت حافظه کاشه L۲ با سرعت کامل پردازنده

 

▪ حافظه کاشه L۲ می تواند تا ۴ گیگابایت حافظه RAM را پشتیبانی نماید.

▪ مجموعه دستورالعمل های SSE۲ (۱۴۴ دستورالعمل SSE۲)

 

▪ واحد ممیز اعشار پیشرفته

▪ چندین حالت دارای مصرف پایین

 

 

به لحاظ داخلی، پردازنده پنتیوم ۴، یک معماری نوین از شرکت اینتل را با نام NetBurst microarchitecture معرفی می نماید که در برگیرنده تکنولوژی Hyper Pipelined، یک موتور اجرای سریع، یک باس سیستم ۴۰۰ مگاهرتزی و یک کاشه execution trace می باشد. تکنولوژی Hyper Pipelined، ژرفای خط لوله دستورالعمل را در مقایسه با پردازنده پنتیوم III دو برابر می کند بدان معنا که مراحل بیشتر و کوچکتری برای اجرای دستورالعمل ها مورد نیاز است. البته این مسئله همچنین امکان سرعت های خیلی بالاتری را برای این پردازنده ایجاد می نماید.

 

موتور اجرایی سریع پردازنده امکان می دهد تا ۲ واحد حسابی / منطقی عدد صحیح پردازنده (ALUها) در فرکانسی دوبرابر فرکانس هسته پردازنده اجرا شوند. بدان معنا که دستورالعمل ها در ۲/۱ سیکل ساعت اجرا می شود. باس ۴۰۰ مگاهرتزی سیستم، امکان می دهد تا داده ها با سرعت ۴ بار به ازای هر سیکل ساعت، انتقال داده شوند. واحد execution trace. یک کاشه L۱ پرقدرت می باشد که امکان ذخیره سازی ۱۲ کیلو ریز دستورالعمل رمزگشایی شده را فراهم می نماید. اینکار باعث می گردد تا نیازی به دیکدر دستورالعمل در داخل خط لوله اجرای اصلی نباشد و به این صورت عملکرد پردازنده بهبود می یابد.

 

از میان واحدهای نام برده شده، باس پردازنده از همه مهمتر می باشد. به لحاظ فنی، باس این پردازنده یک باس ۱۰۰ مگاهرتزی quad pumpedمی باشد که سرعت انتقال آن به ازای هر سیکل ۴ برابر می شود. از آنجائی که باس این پردازنده، ۶۴ بیت عرض دارد، نرخ ارسال بیت این باس، ۳۲۰۰ مگابایت بر ثانیه است. این عدد با سرعت حافظه RDRAM با کانال دوگانه که ۱۶۰۰ مگابایت به ازای هر کانال می باشد یا در کل ۳۲۰۰ مگابایت بر ثانیه است. دقیقا سازگار است.

 

 

استفاده از حافظه RD RAM دو کاناله بدان معناست که RIMMها می بایست بصورت مزدوج اضافه گردند.

درمعماری داخلی خط لوله ۲۰ مرحله ای نوین این پردازنده، تک تک این دستورالعمل ها به تعداد زیادی اجزاء کوچکتر تقسیم می شوند و این پردازنده را به چیزی شبیه پردازنده RISC تبدیل می کنند. متاسفانه این مسئله می تواند به تعداد سیکلهای مورد نظر برای اجرای دستورالعمل ها اضافه گردد (اگر نرم افزار مربوط به این پردازنده بهینه سازی نشود)، benchmarkهای اولیه روی نرم افزار موجود نشان دادند که پردازنده پنتیوم III یا پردازنده های آتلون شرکت AMD به راحتی توانستند همگام با پنتیوم ۴ اجرا شوند و حتی در برخی موارد آنرا پشت سر بگذارند اما با اصلاحات انجام شده روی نرم افزار پنتیوم ۴ این مشکل برطرف شده است و در واقع پردازنده های پنتیوم ۴ توانستند به قدرت واقعی خود دست یابند.

 

 

پردازنده پنتیوم ۴ همچنین یک سوکت نوین CPU را ارائه می نماید.

پنتیوم ۴ اولین ریزپردازنده شرکت اینتل می باشد که از سوکت ۴۲۳ استفاده می کند و دارای ۴۲۳ پایه می باشد.( در آرایش ۳۹X۳۹ SPGAانتخاب ولتاژ از طریق یک رگولاتور اتوماتیک ولتاژ که روی مادربرد نصب شده است، صورت می گیرد.

 

 

● ملزومات حافظه

 

با وجــــــودی کـــــه مــــــادربردهای فعلی مـبتنی بر پنتیوم ۴، از ماژول های (RD RAM RAMBUS)RAM که برای چیت ست های مورد استفاده در مادربردهای پنتیوم III طراحی شده بود استفاده می کنند، کانالهای دو گانه RD RAM شما را ملزم می کنند که یک زوج ماژول مشابه بنام RIMM را نصب کنید. اگر مادربرد پنتیوم III از SDRAM استفاده می کند شما می بایست یک حافظه کاملا نوین RDRAM را برای ارتقاء پنتیوم خود خریداری کنید. اگر برد پنتیوم III شما از SDRAM استفاده می کند اما دارای ۲ ماژول RIMM کاملا مشابه نیست، شما می بایست از RIMMهای مکمل برای سازگاری با این ماژول ها استفاده کنید با وجودی که چیت ست های مادربرد اولیه پنتیوم ۴ فقط از حافظه RD RAM پشتیبانی می کردند، چیت ست های جدیدتر از حافظه های استانداردتر همانند DDR و SDRAM پشتیبانی می کنند.

 

● مسائل مربوط به منبع تغذیه

پنتیوم ۴ به مقدار زیادی توان الکتریکی نیاز دارد و به این دلیل اغلب مادربردهای پنتیوم ۴ از یک ماژول رگولاتور ولتاژ با طرح نوین استفاده می کنند که بجای ۳/۳ ولت یا ۵ ولت از ولتاژ ۱۲ ولت تغذیه می شود. با استفاده از این توان ۱۲ ولت، راندمان سیستم افزایش یافته و جریان کل جاری در سیستم با استفاده از ولتاژ بالاتر بعنوان یک منبع، شدیدا کاهش می یابد. منابع تغذیه PC، توان ۱۲ ولت بسیار دقیقتری را تولید می کنند اما منابع تغذیه و مادربرد ATX اصولا دارای فقط یک پین توان ۱۲ ولت هستند.( هر پین فقط ۶ آمپر جریان می کشد). بنابراین خطوط ارسال توان ۱۲ ولت اضافی برای حمل این توان به مادربرد لازم بود. برای رفع این مشکل از یک کانکتور توان سوم بنام کانکتور ATX۱۲V استفاده می شود. این کانکتور نوین علاوه بر کانکتور منبع تغذیه استاندارد ۲۰ پایه ATX و کانکتور ۶ پایه کمکی (۳.۳/۵V) می باشد خوشبختانه خود منبع تغذیه نیازی به طراحی مجدد ندارد.

 

 

شرکت Sentilla مجموعه نرم افزار پذیرفته شده برای برنامه های جاوا را معرفی کرده است تا بر روی ریز پردازنده های قدرت پایین اجرا شود. Joes Polastre مدیر ارشد تکنولوژی و یکی از موسسان Sentilla گفت، Sentilla Software Suite به کاربران اجازه توسعه و بکارگیری نرم افزار مبتنی بر جاوا را در ریز پردازنده های قدرت پایین و باریک داخلی دیوایس ها می دهد. کاربران می توانند آن برنامه ها را با استفاده از پلاتفرم، به صورت بی سیم اداره کنند.

 

Polastre گفت، پلاتفرم به میلیون ها توسعه دهنده جاوا اجازه خلق برنامه ها برای ریز پردازنده های حاضر در آبجکت هایی را که با یکدیگر ارتباط دارند را می دهد. وی افزود، این در رقابت های اجرای جاوا در دیوایس های باریک با حافظه کوچک بوسیله احاطه کامل محیط جاوا در ریز پردازنده ها پیروز می شود. پلاتفرم از مدیریت حافظه و ذخیره سازی در دیوایس استفاده می کند تا کد جاوا را در داخل و خارج حافظه در صورت نیاز تعویض نماید، که موجب می شود تا پلاتفرم از برنامه های بزرگ فاقد draining منابع استفاده کند.

 

 

برنامه های جاوا، استفاده از محیط توسعه ابزار را در رایانه توسعه داده اند و در ریز پردازنده بکار برده می شوند. سپس ابزار مدیریت مجموعه، برنامه های جاوا شامل تهیه روزرسانی ها و تامین استحکام را اداره می نمایند.

Polastre اضافه کرد، پلاتفرم با ریز پردازنده MSP۴۳۰ شرکت Texas Instruments، پردازشگر ۱۶ بیتی RISC (رایانه مجموعه دستور کاهش یافته) کار می کند، اما اکثر ریز پردازنده ها آن را در آینده پشتیبانی می نمایند.

 

 

وی افزود، این مجموعه هوش را به دیوایس هایی که با یکدیگر عمل متقابل انجام می دهند، اضافه می کند. Polastre به ریز پردازنده ها همانند "کامپیوترهای کوچک" می نگرد که مفهوم کامپیوتری نفوذکننده را در جائیکه دیوایس ها دائما با سایرین فاقد بی سیم و یا بواسطه سایر تکنولوژی های ارتباطی رابط برقرار می کنند توسعه می دهد.

Polastre گفت، رایانه را به هر چیزی در دنیا می توان متصل نمود. آنان انواع کارهای جالب توجه برای مردم را انجام می دهند. کارهایی مثل توسعه و تکمیل برنامه های محافظتی در سیستم های Sprinkler تا بلادرنگ فضاها سبز و گلخانه ها را آبیاری و معتدل نمایند.

 

 

وی ادامه داد، برنامه های هوشمند در ریز پردازنده ها برای شرکت های بزرگ و اورژانس توسعه می یابند، که به گروه های امداد امکان برنامه ریزی را ارائه می دهند تا به صورت بی سیم اطلاعات بیمار را بلادرنگ جمع آوری و ارسال نمایند. شرکت های بزرگ می توانند از این پلاتفرم جهت پیگیری انتقال کالاها استفاده کنند.

Sentilla که سابقا به عنوان Moteiv شناخته می شد، با شرکت سان مایکروسیستمز همکاری می کند تا پلاتفرم جاوا را برای برنامه های امدادرسانی کامپیوتری ایجاد کند.

گردآوری و تنظیم:گروه علم و فن آوری آکا ایران
.

منبع :

بررسی ساختار RAM و CPU گردآوری توسط بخش ترفندهای سخت افزار سایت آکاایران

اخبار اکاایران

اخرین مطالب آکاایران

تبلیغات