وقتي در حال خواندن اين صفحه از اينترنت هستيد، قطعهاي از کامپيوتر شما در حال انجام ميليونها پردازش منطقي و رياضي است.
اين قطعه که شايد به اندازه کف دست شما هم نباشد، ريز پردازنده (Micro Processor) نام دارد. در کامپيوترها اين قطعه به نام (Central Processing Unit CPU)يا واحد پردازش مرکزي نيز شناخته شده است.
قبل از شروع به توضيح در مورد ريزپردازندهها بهتر است کمي در مورد پردازش و مفهوم پردازشها منطقي بحث کنيم.
کامپيوتر و در کل هر وسيلهاي که اطلاعات (در اينجا سيگنالهاي ديجيتالي) را از ورودي دريافت ميکند و با تغيير و تبديل آن و انجام عملياتي روي آن، خروجي مشخصي را توليد ميکند، بايد داراي يک سري دستورالعملهايي براي اينکار باشد. وقتي حجم اطلاعات ورودي بالا ميرود و دستورالعملها پيچيدهتر ميشوند، نياز به وسيلهاي داريم که بتواند دستورالعملها را به نوبت و با نظم خاصي اجرا کند.
پردازشها و دستورالعملها در کامپيوتر، عملگرهاي منطقي و رياضي هستند. در ادامه به تکامل پردازشگرها و ساختار آنها ميپردازيم.
اولين ريزپردازنده کامپيوتر توسط شرکت اينتل معرفي شد. Intel4004 در سال 1971 به بازار آمد و در مقايسه با چيزي که امروزه به نام پردازشگر ميشناسيم کاملاً پيش پا افتاده و ضعيف بود.
4004 تنها ميتوانست 4 عمل اصلي رياضي را تنها در 4بيت در يک لحظه انجام دهد.نکته جالب طراحي اين پردازشگر در آن زمان اين بود که همه چيز روي يک چيپ(Chip) قرار گرفته بود. تا قبل از آن واحدهاي پردازش در چندين چيپ قرار داشتند يا اينکه فقط از چنيدن ترانزيستور متصل به هم ساخته ميشدند.
اولين پردازشگري که به کامپيوترهاي خانگي راه پيدا کرد Intel8080 بود که پردازشگري 8بيتي بود و در سال 1974 معرفي شد. ولي پردازشگري که بازار را متحول کرد، Intel8088 بود و در سال 1974 معرفي شد و کمتر از 10 سال بعد از آن در کامپيوترهاي IBM ظاهر شد. بعد از آن مدلهاي ديگري به بازار آمدند تا اينکه Pentium بازار کامپيوتر را متحول کرد.
Pentium4 ميتوانست همان عملياتي را که 8088 قديمي انجام ميداد را انجام دهد ولي 5هزار برابر سريعتر!
جدول زير ميتواند به شما کمک کند تا با سير تکامل پردازشگرها بيشتر آشنا شويد. توجه داشته باشيد که شرکت اينتل اولين توليد کننده پردازشگر است به همين دليل نيز به پردازشگرهاي ساخت آن اشاره ميکنيم.
MIPS | DataWidth (bit) | (MHz)ClockSpeed | ميکرون | تعداد ترانزيستور | تاريخ توليد | نام |
0.64 | 8 | 2 | 6 | 6000 | 1974 | 8080 |
0.33 | 16 | 5 | 3 | 29000 | 1979 | 8088 |
1 | 16 | 6 | 1.5 | 134000 | 1982 | 80286 |
5 | 32 | 16 | 1.5 | 275000 | 1985 | 80386 |
20 | 32 | 25 | 1 | 1200000 | 1989 | 80486 |
100 | 32 | 60 | 0.8 | 3100000 | 1993 | PentiumI |
~300 | 32 | 233 | 0.35 | 7500000 | 1997 | PentiumII |
~510 | 32 | 450 | 0.25 | 9500000 | 1999 | PentiumIII |
~1700 | 32 | 1500 | 0.18 | 42000000 | 2000 | Pentium4 |
~7000 | 32 | 3600 | 0.09 | 125000000 | 2004 | Pentium4 Prescott |
در جدول بالا بايد به چند نکته اشاره کنيم:
• منظور از ميکرون، اندازه کوچکترين اتصال داخل مدار پردازشگر است در ابعاد ميکرون. ضخامت موي يک انسان عادي در حدود 100 ميکرون است.
• ClockSpeed را در ادامه توضيح ميدهيم.
• DataWidth يا پهناي دادهها ، شهناي اطلاعات ورودي به ALUاست. ALU(Arithmetic And Logic Unit) يا واحد منطقي و حساب وظيفه اصلي انجام محاسبات منطقي و رياضي را دارد. يک ALU 8بيتي ميتواند تمام اعمال رياضي را روي دو مقدار 8بيتي انجام دهد. در حالي که ALU 32 بيتي ميتواند اين عمليات را روي دو عدد 32 بيتي انجام دهد. ALU 8 بيتي براي انجام عمليات روي دو عدد 32 بيتي بايد آن را در چهار مرحله انجام دهد در حالي که ALU 32 بيتي ميتواند همين کار را در يک بار محاسبه انجام دهد.
• MIPS شاخص پيچيدهاي براي سنجش قدرت پردازشگر است. با اينحال (Millions Of Instructions Per Second) MIPS يا تعداد دستورها در ميليون بر ثانيه ميتواند شما را در مقايسه پردازشگرهاي مختلف کمک کند.
حال بهتر است به داخل پردازشگر نگاهي بيندازيم.
ريز پردازندهها سه کار اصلي را بر عهده دارند:
• با استفاده از ALU عمليات رياضي و منطقي را انجام ميدهد. پردازشگرهاي جديد ميتوانند عمليات بسيار پيچيده و گيج کننده رياضي را با اعداد شناور بزرگ انجام دهد.
• پردازشگر ميتواند اطلاعات را از حافظهاي به حافظه ديگر منتقل کند. [چطور حافظه کامپيوتر کار ميکند؟]
• پردازشگر ميتواند کار خود را برنامه ريزي کند و عمليات را در مراحل مختلف انجام دهد.
پردازشگر را ميتوان به قسمتهاي زير تقسيم کرد:
• يک گذرگاه آدرس (Address Bus) که آدرسهاي محل اطلاعات را به حافظه ميفرستد.
• يک گذرگاه دادهها (Data Bus) که اطلاعت و دستورهايي را به حافظه ميفرستد تا اطلاعاتي را دريافت کند.
• يک خط(RD (Read يا خواندن و يک خط (WR (Write يا نوشتن براي دريافت و بازخواني آدرسهاي محل دادهها از حافظه.
• Clock Line يا خط ساعت که به ساعت پردازشگر اين اجازه را ميدهد که پردازشها را زمانبندي کند.
• Reset Line که شمارندههاي پردازشها را به صفر يا عددي پيش فرض بر ميگرداند.
توجه داشته باشيد که گذرگاهها و RD و WR به حافظههاي کامپيوتر از جمله RAM و ROM و حافظههاي ديگر.[چطور حافظه کامپيوتر کار ميکند؟]
اساساً پردازشگرها کارهاي خود را با اجراي دستورات انجام ميدهند و حتي سادهترين پردازشگرها نيز داراي مجموعهاي از دستورات هستند.
هر دستور در پردازشگر با مقدار يک بيتي شناسايي ميشود و به هنگام بازخواني هر بيت دستور اجرا ميشود. مجموعه اين دستورات که براي پردازشگر قابل اجراست زباني به نام Assembly را تشکيل ميدهد.
تعداد ترانزيستورهايي که بر روي مدار پردازشگر قرار ميگيرد نقش به سزايي در کارکرد پردازشگر دارد. با استفاده از فنآوري ساخت پردازشگرها به نام Pipelining ميتوان پردازشها را به طور موازي در پردازشگر قرار داد. به اين ترتيب ممکن است يک پردازش مدت زماني طول بکشد ولي چندين پردازش را ميتوان در همان زمان يکسان انجام داد به اين ترتيب با شکستن پردازشها در قسمتهاي مختلف و پردازش هر کدام به طور موازي ميتوان سرعت را افزايش داد.
منبع:www.hamshahrionline.ir/س