سخت افزار کامپیوتر

توانایی درک ساختمان CUP
1-1- آشنایی با تعریف عملیاتی CPU
CPU یا Processor اساسی ترین جزء یک کامپیوتر می‎باشد. CPU یک آی سی یا تراشه یا chilp است که از مدارات مجتمع فشرده زیادی تشکیل شده است. بعبارت دیگر مهمترین آی سی یک کامپیوتر ریز پردازنده یا CPU آن است. محل قرار گرفتن آن روی برد داخلی و در جای ویژه ای از مادربرد قرار دارد.
در سراسر جهان شرکتاهی زیادی به تولید این آی سی پرداخته اند از معروفترین آنها میتوان ریز پردازنده Motorolla- intel و AMD و Cyrix را نام برد.
ریز پردازنده از واحدهای گوناگونی تشکیل شده که هر واحد وظیفه خاصی را انجام می‎دهد. با قرار گرفتن این واحدها در کنار یکدیگر یک ریز پردازنده به صورت یک مجموعه مجتمع و فشرده تشکیل می‎شود. هر ریز پردازنده از واحدهای زیر تشکیل شده است.
1- واحد محاسبه و منطق (ALU)
این واحد شامل مداراتی است که میتواند محاسبات برنامه های کامپیوتری را انجام دهد، مثلا مجموع دو عدد را بطور منطقی محاسبه می‎کند. ALU مخفف کلمات Aritmatic- Logic- Unit است.
1- واحد کنترل CU یا conmtrol- unit این واحد بر واحد ورودی و خروجی حافظه های گوناگونی نظارت می‎کند و چگونگی ورود و خروج آنها را کنترل می‎کند.
3- حافظه های ثابت یا Register
هر ریز پردازنده برای جمع آوری اطلاعات نیاز به یک محل موقت دارد تا داده ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نماید، که این محلهای موقت را حافظه های ثابت یا Register می گویند.
4- حافظه های پنهان یا cache
حافظه مخفی یا cache یک حافظه سریع است که مورد استفاده CPU قرار می‎گیرد. بعبارت دیگر چون سرعت عملیات CPU زیاد است لذا اطلاعات نیز باید با سرعت زیاد از حافظه اصلی خوانده و پردازش شود، اما سرعت حافظه اصلی کمتر از سرعت CPU است لذا خواندن اطلاعات با مکث همراه می شود، این حالت انتظار باعث کند شدن سرعت کامپیوتر می گردد . به منظور جبران این وضع از واحدی به نام Ca che استفاده می کنند که سرعت آن برابر سرعت CPU است. در نتیجه مقداری از محتویات حافظه اصلی که مورد استفاده CPU است به حافظه Cache منتقل می گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت cpu مطابقت داشته باشد.
پردازنده های کامپیوترهای شخصی معمولاً بصورت یک مستطیل یا مربع شکل است و بر روی آن حروف و ارقامی دیده می‎شود.
1. نام سازنده پردازنده
2. نسل پردازنده
3. مدل پردازنده
4. سرعت پردازنده
5. ولتاژ پردازنده و شماره سریال
1-2-آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده
CUP از مجموع قطعات الکترونیکی مخصوصات تراتریستورهای مختلف تشکیل یافته است. مثلا اولین بار شرکت AMD با قرار دادن 500000 تراتریستور پردازنده های K6 را با به بازار عرضه نمود. یا شرکت Intel پردازنده SL 80368 را در آن 855000 تراتریستور بکار رفته و دارای 32 بیت خط حامل داخلی و 16 بیت خط حامل خارجی بود به بازار عرضه نمود. همچنین شرکت اینتل پروسسورهای 80586 را که بیش از یک میلیون تراتریستور تشکیل شده بود به بازار عرصه نموده است.
3-1- آشنایی با سرعت ساعت سیستم
سرعت پردازنده مستقیما روی عملکرد آن اثر می گذارد. یعنی هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سریعتر است، معمولاً سرعت پردازنده ها برحسب مگاهرتز بیان می‎شود. و برخی از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعی آن نا گذاری نمی کنند بلکه سرعت آنها را بصورت مقایسه ای با پردازنده های IBM می نویسند و آن را با PR نمایش می دهند. مثلا PR 100 یعنی سرعت معادل 100 مگاهرتز است و اگر علام + در جلوی عدد نوشته شود به مفهوم این است که از سرعت نوشته شده نیز بیشتر است مثلا + PR133 یعنی سرعت پردازنده در مقایسه با پردازنده پتنیوم 133 نیز بیشتر است.
4-1- آشنایی با سرعت ساعت داخل ی
هر پردازنده عملیات داخلی خود را براساس سیگنالهای ساعت داخلی انجام می‎دهد. بعبارت دیگر سرعت داخلی هر پردازنده تقریبا برابر همان سرعتی است که روی پردازنده ذکر شده.
1-4-1- سرعت ساعت خارجی سیستم
بعضی از پردازنده ها نیاز به سیگنالهای ساعت خارجی دارند. مثلا Z80 که قلا در کامپیوترهای اولیه بکار می رفت نیاز بیک سیگنال ساعت خارجی که بین صفر تا 5 ولت نوسان کند، داشت یعنی نوسان ساز را در مخارج از مدار با آی سی های (TTL) مانند 7404 و یک کریستال می ساختند و بعدا وارد مدار ریز پردازنده می نمودند.
اکنون نیز همان سیستم ها برقرار است ولی با پیشرفت تکنولوژی از روشهای بهتر و مداراتی که دارای تشعشع کمتر و انرژی تلف شده کمتری می باشند استفاده می کنند مثلا در ریزپردازنده DX4 80486 ساخت شرکت اینتل از یک سیگنال ساعت داخلی یا سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.
توجه: چون سرعت پردازش در CPU ها بسیار اهمیت دارد در نامگذاری کامپیوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نیز بازگو می کنند مثلا P5-100 یعنی پردازنده این کامپیوتر پنتیوم (80568) و سرعت آن 100 مگاهرتز است یا P5-200/MMX یعنی پردازنده پنتیوم یا سرعت 200 مگاهرتز یا تکنولوژی MMX می‎باشد.
5-1- آشنایی با مدیریت انرژی پردازنده
بمنظور جلوگیری از انرژی تلف شده در پردازنده ها و کنترول توان مصرفی آنها در برنامه Setup سیستم بخشی به نام power management در نظر گرفته شده است تا در زمان استفاده نکردن از کامپیوتر پس از مدت زمانی که در تنظیم setup وجود دارد سیستم بحالت خاموش یا reset می رود. بدیهی است بمحض استفاده از کامپیوتر مجدداً بحالت فعال در آمده و عملیات خود را انجام می‎دهد.
توجه: در برنامه های NU و NC نیز گزینه های مانند contigure وجود دارد که میتوان انرژی سیستم و پردازنده و مانیتور را مدیریت و کنترل نمود.
6-1- آشنایی با ولتاژ عملیات پردازنده
پردازنده های پنتیوم سری p54c با یک ولتاژ کار می کرد. ولی پردازنده های P55C به علت تغییر در جریان برق تغذیه کننده، تکنولوژی دوگانه به کار رفته است. این پردازنده جهت کاهش حرارت به 2 ولتاژ مختلف یکی 2.5 ولت برای هسته ودیگری 3.3 ولت برای بخش ورودی / خروجی نیاز دارد.
بطور کلی یکی از تکنولوژی های تولید پردازنده این است که سیم کشی های درون آن نازکتر باشند که در این صورت پردازنده به ولتاژ و جریان کمتری نیاز خواهد داشت و همین مسئله باعث می‎شود که پردازنده ها با سرعت بیشتری کار کرده و گرمای کمتری تولید کنند. به همین دلیل پردازنده های با ولتاژ دوگانه طراحی شده است.
ولی بخش ورودی / خروجی (I/O) به 3.3 ولت نیاز دارد که در مادربردهای جدید Soket 7 بکار رفته و هر کارخانه سازنده با ولتاژهای مختلفی کار می کنند که در زیر، ولتاژ چند پر دازنده مختلف بعنوان نمونه ذکر شده است.
7-1- آشنایی با خاصیت MMX در پردازنده ها
MMX تکنولوژی است که در ژانویه 1997 به بازار آمد و هدف آن افزایش سرعت و کیفیت کارهای مالتی مدیا (چند رسانه ای) می باشد که در این پردازنده ها یک سری دستورالعملهای جدید ایجاد شده که حدودا 57 دستور العمل است. یعنی 4 نوع داده (data type) جدید و 8 رجیستر 64 بیتی به پردازنده های قبلی اضافه شده است که توانایی پردازنده را بالا برده و برنامه نویسان حرفه ای می‎تواند در برنامه هایشان از این دستور العمل ها استفاده نمایند تا سرعت اجرای برنامه افزایش یابد. برنامه هایی که با استفاده از دستورات mmx نوشته می‎شوند و در پردازنده های معمولی نیز اجرا می‎شوند ولی سرعت اجرای برنامه کمتر می‎باشد. CPU های MMX به P55C معروف می باشند.

2- توانایی شناخت نسلهای پردازنده
کامپیوترها از زمان تولد تا کنون دچار تحولات و تغییرات بسیار زیادی شده اند بطوریکه پردازنده ها که مغز اصلی کامپیوترها هستند، مرتبا در حال تکامل و پیشرفت می باشند و انواع جدید آنها با قیمتهای کم و سرعتهای بالا و هوشمند ببازار عرضه می‎شود. بدانجهت قبل از شناخت نسلهای پردازنده اشاره مختصری به نسلهای کامپیوتر خواهیم داشت.
1- نسل اول (لامپهای خلاء)
این نلس که در سال 1946 تا 1959 تولید شد براساس لامپهای خلاء ساخته و عرضه گردید. منتها بعلت بزرگی و مصرف انرژی زیاد و قیمت بالا و سرعت کم سریعا از رده خارج شد.
2- نسل دوم (ترانزیستوری)
این نسل از کامپیوترها از سال 1959 تا 1964 تولید شدند که پردازش اطلاعات آن توسط مدارات تراتریستوری انجام می گرفت و نسبت به نسل اول کوچگتر و دارای سرعت بالایی بودند. از معروفترین کامپیوترهای این نسل می‎توان به کامپیوترهای IBM اشاره نمود.
3- نسل سوم (مدارات مجتمع یا IC)
این نوع از کامپیوترها که از سال 1964 تا 1971 تولید شد. در مدارات خود از مدارات مجتمع یا IC که مخفف کلمات (Integrate circuits) است استفاده گردید. این نسلی از کامپیوترها دارای ویژگی بهتری نبست به نسل های قبلی بود و علاوه بر کوچک شدن حجم کامپیوتر سرعت آن نیز بالاتر رفته و عملیات پردازش اطلاعات سریعتر بود.
4- نسل چهارم (ریزپردازنده ها)
این نوع از کامپیوترها که از سال 1971 تا کنون ساخت می‎شوند از مدارات مجتمع پیچیده ای تشکیل شده اند که آنها از ریز پردازنده یا میکروپروسسور می گویند. واز ویژگی های این نسل کوچکتر شدن کامپیوترها و مصرف انرژی کم و هزینه ساخت کم است. میتوان کامپیوترهای شخصی را جزو این نسل را کامپیوتر داشت.
5- نسل پنجم (کامپیوترهای هوشمند)
این نوع کامپیوترها که از سال 1990 به بعد طراحی شد براساس منطق فازی پایه گذاری شده که می‎توان به با هوش بودن کامپیوترها اشاره کرد.
حال با توجه به مقدمه بالا نسلهای پردازنده را توضیح می‎دهیم:
شناخت نسلهای پردازنده:
پردازنده یا CPU مسئول ارسال و پردازش اطلاعات و اجرای دستورالعملها می‎باشد که در حقیقت به عنوان مغز کامپیوتر عمل می نماید.
همانطور که در شکل بالا مشاهده می‎کنید هر CPU دارای چندین پایه می باشد که براحتی در سوکت CPU بر روی مادربرد قرار می‎گیرد و اعمال زیر را انجام می‎دهد:
الف) کنترل تمام عملیات محاسباتی
ب) کنترل و پردازش اطلاعات
پردازنده را در کامپیوترهای شخصی مدار مجتمع یا آی سی (IC) chips (چیپ) یا تراشه، میکروپروسسور و یا ریز پردازنده می‎نامند.
معمولاً در ساختمان پردازنده ها از سیلیکون که خاصیت نیمه هادی دارد استفاده می کنند و هر شرکت روش مخصوصی برای ساخت پردازنده ها بکار می برند که در بخشهای دیگر توضیح بیشتری داده خواهد شد.
لازم است، هر پردازنده قبل از استفاده کاملاً شناخته شود زیرا هر کدام دارای مشخصاتی هستند که دستور العمل های بخصوصی را اجرا می کنند.
بر روی هر پر دازنده یک سری حروف و ارقام مشاهده می‎شود که اگر شناختی از این مشخصات داشته باشیم می توانیم به نسل پردازنده ها پی ببریم بدیهی است شرکتهای زیادی در تولید پردازنده ها فعال هستند مانند IBM ، Cyrix ، AMD موتورولا و غیره … که در بین آنها محصولات شرکتهای اینتل و موتورولا معروفتر و متداولتر است. این شرکتها پردازنده های خود را با شماره های اختصاص 86*80 و XXX 68 معرفی کرده که حرف X با توجه به تکامل پردازنده ها یک عدد یک رقمی می‎باشد. دو رقم سمت چپ نام پردازنده را مشخص می‎کند و سه رقم سمت راست نسل پردازنده را مشخص می نماید. مثلا در پردازنده 80286 عدد 80 نشان دهنده شرکت اینتل و 286 نوع پردازنده می‎باشد که نسل دوم را نمایش می‎دهد.
در این کتاب فقط پردازنده های شرکت اینتل توضیح داده می‎شود.
1-2- آشنایی با پردازنده مدل 8086/8088
پردازنده 8086 در سال 1978 و پردازنده 8088 د رسال 1979 توسط شرکت اینتل معرفی گردید و این پردازنده ها در زمان خود سریعترین پردازنده بحساب می آمد که از نظر کیفیت و قیمت و کنترل وسایل جانبی بهتر از پردازنده های دیگر بود و دارای سرعت 477 و 8 مگاهرتز بوده که حدودا 29 هزار تراتریستور در آن بکار رفته و حافظه آدرس پذیری آن یک مگابایت بود و جزو پردازنده های نسل اول بشمار می آمدند.
یکی از مزایای این پردازنده نسبت به پردازنده های قبلی این بود که اطلاعات به صورت 16 بیتی در داخل پردازش و بصورت 8 بیتی به گذرگاه خارجی اتصال داشت.
2-2آشنایی با پردازنده مدل XT 80186
IBM بعد از پردازنده 8086 و 8088 X در سال 1982 پردازنده های 80186 را معرفی نمود که این پردازنده ها به مقادیر کافی و در زمان های لازم برای طراحی یک کامپیوتر پر فروش در دسترس نبودند. این پردازنده در بعضی از بردهای اختیاری مانند کارت IBM ARTJC که یک پردازنده مخصوص real- time است استفاده گردید و جای این پردازنده سریعا توسط پردازنده 80286 در فوریه گرفته شد.
3-2- آشنایی با پردازنده XT 80286
این پردازنده که در سال 1982 توسط شرکت اینتل معرفی شد جزو پردازنده های نسل دوم است و قادر است 16 مگابایت حافظه را آدرس دهی نماید و همچنین 16 بیت اطلاعات را پردازش و به صورت 16 بیتی به گذرگاه خارجی اتصال یابد تعداد تراتریستورهای بکار رفته حدودا 130000 عدد می باشد.
علت استفاده شرکت اینتل از حروفات XT در آخر نام پردازنده استفاده از حافظه های الحاقی (Expanded- memory) است که در نسل های قبلی امکان پذیر نبود و یکی از مزایای این پردازنده شروع عملکرد چند برنامه ای یعنی توانائی انجام چند کار با برنامه های گوناگون بود به حالتهای real – mode یا (protected) از آن زمان ارائه گردید. البته سیستم عامل DOS چنین قابلیتی را نداشت اما سیستم عامل های بعدی مانند ویندوز چنین قابلیتی را ارائه داد.
شرکت IBM این پردازنده را در سال 1984 روی کامپیوترهای AT بکار برد و سرعت آنرا از 6 مگاهرتز ارتقاء داد.
4-2- آشنائی با پردازنده مدل 80386
این پردازنده در سال 1985 توسط شرکت اینتل ببازار معرفی شد و یکی از ایده های جدید این نسل 32 بیتی بودن آن است. یعنی قادر بود دو برابر داده را پردازش و با تجهیزات جانبی 32 بیتی ارتباط برقرار نماید و سرعت این پردازنده 16 و 20 و 25 و 33 مگاهرتز بوده و قادر است 4 گیگا بایت حافظه را آدرس دهی نماید و همچنین شرکت اینتل درسال 1988 پردازنده SX 80386 را وارد بازار کرد که از 275000 تراتریستور تشکیل شده بود و میتوانست با کمک پردازنده 80387 که یک پردازنده محاسباتی کمک بود کار نماید. این عمل باعث شد که این پردازنده بتواند با برنامه های گرافیکی و صفحه گسترده براحتی کار کند. یکی از مزایای خوب این پردازنده قیمت ارزان آن بود که این عمل موجب شد که پردازنده 80286 سریعا از رده خارج شود.
5-2- آشنائی با پردازنده 80486
از سال 1989 ساخت پردازنده های مدرن آغاز گردید. اولین پردازنده مدرن که 80486 نام گذاری گردید علاوه بر مزایای پردازنده 80386 از نظر سرعت، کمک پردازنده ها و حافظه های پنهان نیز داخل این پردازنده قرار گرفت و سرعت آن به 120 مگاهرتز ارتقاء یافت. این پردازنده با پسوندهای SX و DX عرضه گردید که هر دو نوع 32 بیتی بودند ولی نوع SX آن فاقد کمک پردازنده در داخل خود بود ولی سرعت آن تقریبا دو برابر سرعت DX 80386 بود و حافظه آدرس پذیری آن 4 گیگابایت و دارای 8 کیلو بایت حافظه پنهان Cache بود که میتوانست تازه ترین دستور العمل اجرا شده و یا دستوراتی که احتمال استفاده آنها می رفت در خود نگهداری نماید.
ضمناً این پردازنده حافظه های پنهان خارجی ثانویه را پشتیبانی می‎کند شرکت اینتل SL 80486 را در سال 1992 عرضه نمود که بیشتر در سیستمهای قابل حمل استفاده گردید و می توانست با 3.3 ولت کار کند و این عمل باعث می‎شد انرژی تلف شده کمتر بوده و کامپویتر با باطری نیز بخوبی کار کند.
بعدا پردازنده های DX2 80486 و DX4 80486 در سال 1994 طرح و ارائه گردید که از نظر سرعت و قدرت پردازش بسیار قوی بودند که یکی از مدل های این پردازنده 66-2 DX 486 است که سرعت آن 66 مگاهرتز و DX4 486 که سرعت آن حدود 100 مگاهرتز می‎باشد که دارای واحد محاسباتی اعشاری و واحد مدیریت حافظه نیز می باشند.
بعدا نیز شرکت AMD (American Micro Devces) که بزرگترین شرکت سازنده مدارات (IC) درآمریکاست پردازنده 100-4 DX 80486 را عرضه نمودکه از نظر کارآیی و مصرف برق و قمیت با دیگر پردازنده ها رقابت نمود. ضمناً تعداد تراتریستورهای بکار رفته 9000000 عدد بوده و خط حامل داخلی و خارجی آن 32 بیتی می‎باشد.
علاوه بر پردازنده هایی که توضیح داده شد در سال 1992 شرکت سایریکس (Cyrix) پردازنده DRUZ 486 CX را با سرعتهای 32 و 16-40 و 20 و 50 و 25 که 4 گیگابایت حافظه را آدرس دهی می نماید ارائه کرد که در بعضی از کامپیوترهای خانگی مورد استفاده قرار گرفت و یکی از مزایای آن پائین بودن قمیت پردازنده بود.
6-2- آشنائی با پردازنده پنتیوم (P5)
این پردازنده نیز در سال 1993 توسط شرکت اینتل به نام پنتیوم یا P5 به بازار عرضه گردید و یکی از تغییرات مهم این پردازنده 64 بیتی بودن آن است یعنی می توانست 64 بیت اطلاعات را پردازش و به 64 بیت گذرگاه خارجی اتصال یابد که این عمل علاوه بر بالا بردن سرعت پردازنده قدرت پردازش را بالا برد. بطوریکه میتوانست در هر ثانیه 100 میلیون دستور العمل را اجرا نماید. یا در پنتیوم با سرعت 200 مگاهرتز تعداد دستورالعملهای اجرائی به 300 میلیون دستور العمل رسید.
این نوع پردازنده ها که به نسل پنجم مشهور شده اند، دارای مدلهائی است که حداقل سرعت آنها 60 و حداکثر سرعت آنها 200 مگاهرتز می باشد این پردازنده می‎تواند محاسبات اعشاری را بخوبی اجرا و تصاویر گرافیکی را اجرا نماید.
یکی از معایب این پردازنده تولید گرمای زیاد بعلت سرعت پردازش زیاد آن است که شرکت با گذاشتن خنک کننده روی پردازنده این مشکل را حل کرده اند.
1-6-2- معماری فوق سنجش در PENTIUM
پردازنده 486 دستور العمل های صحیح را از طریق یک pipeline (لوله کشی) تکی در 5 مرحله مجزا می‎کند.
1. فراخوانی دستور العمل prefetch
2. از کد در آوردن (Decode)
3. تولید آدرس
4. اجرای دستور العمل
5. بازنیوسی و write back
وقتی 486 دستور العملی را اجرا می‎کند. لوله کشی تا زمانیکه دستور العمل به مرحله دیکود (decode) یا رمزگشائی منقل شود غیرقابل دسترس می ماند. فقط پس از انتقال به مرحله دیکود، لوله کشی برای آغاز عملیات دستور العمل بعدی آماده می گردد پنتیوم دارای دو لوله کشی مستقل یکی بنام U و دیگری V می‎باشد. این بدان معناست وقتی بر روی یک دستور العمل از طریق یک لوله کشی عمل می شود، دستور العمل بعدی می‎تواند توسط دومین لوله کشی اداره شود. بعضی از دستور العمل ها نمی تواند بطور همزمان اجرا شوند زیرا دستور العمل بعدی ممکن است وابسته به نتیجه اجرای دستور العمل قبلی باشد. به پردازنده ای که دارای چند pipleine برای اجرای دستور العمل ها باشد پردازنده با معماری فوق سنجش یا سوپر اسکالر گفته می شو دکه پنتیوم نیز پردازنده ای سوپر اسکالر می‎باشد. یعنی می‎تواند در هر باس ساعت بیش از یک دستور العمل را اجرا کند. معمولاً در هر باس 2 فرمان را اجرا می‎کند. از این نظر می‎توان آنرا با یک جفت 486 مقایسه کرد .
عملکرد دستور العمل های پردازشی نیز مورد بهینه سازی قرار گرفته است که یکی از جنبه های افزایش فرکانس ساعت پردازنده می‎باشد و هر چه فرکانس ساعت پردازنده زیاد باشد بهتر است.
امام پردازنده در هر پالس ساعت چه کاری انجام می‎دهد؟ این نکته روی راندمان کامپیوتر موثر می‎باشد مثلا اگر یک پرازنده 386 برای جمع کردن 2 عدد به 6 پالس ساعت نیاز داشت، یک 486 آن عمل را در دو پالس ساعت انجام می‎دهد چون دیکود کردن (رمزگشایی) دستور العمل های آن بسیار کارآمدتر می‎باشد.
در پردازنده های نسل پنجم و ششم چند فرمان بطور همزمان در یک پالس ساعت انجام می‎گیرد زیرا آنها چند خط پردازش pipeline دارند که بطور موازی کار می کنند.
2-6-2- پیش بینی انشعاب در PENTUM
هر پردازنده تعداد زیادی سیکل ساعت بر ای انجام انشعابات صرف می‎کند پنتیوم از بافر انشعاب مقصد (buffer target branch) که بطور اختصار BTB نامیده می‎شود استفاده می نماید.
BTB یک حافظه پنهان بسیار سریع کوچک می‎باشد در هنگام اجرای دستور العمل ها وقتی به یک دستور انشعاب (Branch) می رسیم دستور العمل و آدرس انشعاب آن (مقصد) در BTB ذخیره می گردد. در پیش بینی انشعاب کد دستور العمل در آدرس مقصد در حافظه پنهان دستور العمل بار می‎شود. اگر پیش بینی درست باشد بدون منتظر ماندن جهت بار شدن دستور العمل انشعاب انجام میگیرد.
3-6-2- پردازش ممیز شناور PENTIUM
اولین پردازنده ها فقط می توانستند با اعداد کار کنند. بنابراین هر جا که نیاز به محاسبات ریاضی بود استفاده از یک کمک پردازنده ریاضی ( co-processor) ضرورت داشت. بعدها این واحد ممیز شناور (floating point unit) FPU درون پردازنده قرار گرفت.
FPU های مربوط به CPU ها بصورت جدول زیر می‎باشد.
در پنتیوم واحد FPU به منظور حصول به توان بالاتر مجدداً طراحی گردیده است بسیاری از عملیات ممیز شناور می‎تواند در یک سیکل ساعت انجام شوند.
گفته می‎شود که واحد ممیز شناور (FPU) استفاده نکند. استفاده از واحد FPU بستگی به برنامه کاربردی مورد استفاده دارد. برنامه های دفتری متعارف از FPU استفاده نمی کنند. در صورتیکه گرافیک سه بعدی و برنامه هایی مانند AUTO CAD نیاز به FPU دارند. بازیهای سه بعدی به شدت وابسته به توان بالای واحد FPU می باشند.
4-6-2- حافظه پنهان پردازنده در PENTIUM
تبادل داده های پردازنده باید با سرعت زیادی انجام گیرد. از آنجا که زمان دسترسی به حافظه اصلی چند سیکل ساعت بیشتراز زمان دسترسی به حافظه داخلی پروسسور می‎باشد. از یک نوع RAM ویژه به نام Cache به عنوان بافر یا حافظه میانی استفاده می‎شود. برای دسترسی به توان بالای پردازنده باید از تبادلات پردازنده با محیط بیرون کم کرد و هر چه داده های بیشتری درون پردازنده بماند بازدهی بالاتر می رود، بنابراین پردازنده 486 با یک کمک پردازنده درونی یا همان FPU و به 8 کیلو بایت Cache L1 مجهز شد.
حافظه Cache در پردازنده هایی با فرکانس ساعت چند ساعت چند برابر شده مهم می‎باشد چون در آن پردازنده ها فرکانس داخلی از فرکانس بیرونی بیشتر می‎باشد.
حافظه cache با افزایش سرعت تبادل داده ها بین پردازنده و محیط خارج، موجب افزایش قدرت پردازنده می گردد. در پردازنده های 486 دولایه cache مطرح شدند. سریعترین حافظه داخل پردازنده قرار دارد و L 1 cache نامیده می‎شود. لایه بعدی cache 2 L می‎باشد که در قالب تراشه SRAM روی برد اصلی قرار گرفته است.
5-6-2- گذرگاه داده های 64 بیتی در PENTIUM
پردازنده های 486 با باس 32 بیتی با دنیای خارج ارتباط برقرار می کرد و بنابراین پروسسور 32 بیتی نامیده می‎شوند. یعنی درهر سیکل ساعت 32 بیت اطلاعات از حافظه اصلی به پروسسور منتقل می کردند. در صورتیکه پروسسورهای پنتیوم دارای باس داده (Data bus) 64 بیتی می‎باشد. بنابراین در هر سیکل ساعت میزان اطلاعاتی که پروسسور می‎تواند منتقل نماید 64 بیت بوده و سرعت انتقال 2 برابر می‎باشد.
7-2- آشنایی با پردازنده مدل PENTIUMPRO
ششمین نسل پردازنده ها یعنی pentium pro و pentium 11 سری تراشه های مخصوص به خود را دارند. که در سال 1995 بوجود آمدند و تا قبل از سال 1997 این نسل طرفداران زیادی نداشت و فقط پنتیوم پرو موفق شده بود که در کامپیوترهایی که به عنوان سرور استفاده می گردید بکار رود.
پنتیوم پرو یک پردازنده RISC خالص می‎باشد که برای پردازش های 32 بیتی در ویندوز NT یا os/2 بهینه شده است. مهمترین خاصیت آن وجود cach L2 تعبیه شده در داخل آن بود. مانند اینکه دو چیپ در داخل یک چیپ می‎باشد.
خاصیت های جدید pentium pro عبارتند از:
مقدار kb 256 یا kb 512 حافظه cache L2 در داخل آن تعبیه شده بود که از طریق یک باس 64 بیتی در داخل cpu به آن وصل می گردید.
5.5 میلیون ترانزیستور در داخل cpu 150 میلیون برای kb 256 حافظه cache L2 (برای هر بیت 6 ترانزیستور) بود.
دارای 4 مسیر برای اجرای همزمان دستور العمل ها بود.
دارای تکنولوژی پروسسور Bicmos چهار لایه ای 2.9 ولت بود و دارای خصوصیات دیگری می‎باشد که از حوصله کتاب حاضر خارج می‎باشد.
8-2- آشنای با پردازنده PENTIUM II
پردازنده های PENTIUM II حاوی مدل های MH2 233 تا 450 مگاهرتز می‎باشد و دارای 512 کیلو بایت حافظه نهانگاهی ثانویه می باشد. (;2) و سرعت باس آن در تراشه های 233 مگاهرتزی برابر 66 مگاهرتز بوده و در مدل های 350 مگا هرتزی و بالاتر سرعت باس آن 100 مگاهرتز می‎باشد. پردازنده های پنتیوم II مدل Xeon دارای حافظه گش ثانویه 512 کیلو بایت تا 2 مگابایت می‎باشد.
9-2- آشنایی با پردازنده مدل PENTIUM III
پردازنده pentium III در فوریه سال 1999 در سرعت های 450 و 500 مگاهرتزی ارائه شد. این پردازنده دارای 57 دستور العمل SIMD و 70 دستور العمل تخصصی معروف به SSE دارد. SIMD یعنی اینکه یک دستور العمل بتواند بر روی چندین داده عمل کند و در نتیجه سرعت پردازش به ویژه در پردازش های صوتی و تصویری را بالا می‎برد و به همین دلیل پنتیوم III در اجرای عملیات تصاویر سه بعدی، صوتی، تصویری، و اینترنت توانمندی بیشتری دارد.
در pentium III حافظه Cache در داخل پردازنده می بشد که این نوع معماری را (on- die cache) می گویند. این معماری ارتباط پردازنده را با حافظه cache سریعتر می نماید. حافظه caceh در پنتیوم Pentium III با سرعت پردازنده کار می‎کند. در نتیجه پردازنده جهت گرفتن داده ها در انتظار Buffer نمی ماند.
10-2- آشنایی با پردازنده مدل AMD K6
شرکت AMD که یکی از شرکت های سازنده پردازنده می‎باشد پردازنده های K6 را که سرعت پردازش آنها 300 MHZ می باشد و می‎توان گفت رقیب پردازنده های Pentium 233 mu2 می باشد ساخته است.
پردازنده های مدل بالاتر این شرکت K6-II و K6- III قرار گرفته که در مقابل پردازنده های اینتل Pentium II و Pentium III ساخته شده اند K6-2 پس از پردازنده K6 و پردازنده ای کاملتر می باشد که در سرعت های 300 تا 475 مگاهرتز موجود است و امکانات تکنولوژی 3D NOW را دارا می‎باشد که این تکنولوژی مانند دستور العمل های چند رسانه ای (Multimedia) پنتیوم II و III اینتل می‎باشد که یک مجموعه دستور العمل SIMD می باشد که اشمل 21 دستور العمل جدید برای بهینه سازی اجرای عملیاتی مالتی مدیا وگرافیک سه بعدی می‎باشد. خود K6-2 دارای حافظه نهانگاهی ثانویه (Secondery cache) نبوده و می‎توان آن را بر روی مادربرد نصب کرد.
K6-III پردازنده ای با حافظه نهانگاهی ثانیوه می‎باشد که سرعت آن 400 و 500 مگا هرتزی می‎باشد. حافظه secondery cache بر روی K6-III 256 کیلو بایت می‎باشد و علاوه بر آن 512 کیلو بایت الی 2 گیگا بایت حافظه نهانگاهی ثانویه برروی مادربرد قابل نصب است. این پردازنده شبیه Pentium III xeon می‎باشد.
11-2- آشنایی با پردازنده مدل Deschutes
پردازنده Deschutes ویرایش سومی از پردازنده های پنتیوم II می باشد که اینتل تولید کرده و با مدل pentium II 33 MHZ به بازار عرضه گردید. جهت ساخت آن بجای استفاده از تکنولوژی 0.35 میلیمتر از تکنولوژی 0.25 میلی متر استفاده شده و این بدان معنا می‎باشد که تولید کنندگان می‎توانند از یک ویفر چیپهای بیشتری استفاده کنند و در نتیجه مقدار تولید افزایش و قیمت آن پایین می‎آید. همچنین ولتاژ کاری هسته (vcore) از 2.8 ولت به 2 ولت کاهش یافته است که باعث کاهش اتلاف انرژی و تولید گرمای کمتر می‎شود و در نتیجه نسبت به مدل قبل خود Klamath که حدود 32 وات انرژی مصرف می کرد. مصرف انرژی آن با فرکانس 333 مگاهرتز حدود 15 وات می باشد. پردازنده Deechutes برای کار در عملیات دوگانه و منفرد مناسب است.
12-2- آشنایی با پردازنده مدل P7- merced
نسل جدیدی از ریزپردازنده که 64 بیتی می‎باشد ساخت مشترک شرکت اینتل و هیولت پاکارد می‎باشد.
و به نام IA- 64 یا آکا- میرسد (aka. Merced) نامیده می‎شود. هرسد معماری 32 بیتی x86 را به 64 بیت توسعه داده و یک مجموعه دستور العمل جدید را معرفی می نماید. همانگونه که معماری 32 بیتی 386 با پردازنده های 16 بیتی 486 . 8086 و 8088 سازگاری داشت. این معماری نیز با معماری x86 کنونی سازگاری دارد. و در این پردازنده از تکنولوژی VLIW (Very- long Instruct Word) استفاده شده است. و جهت استفاده از تمام امکانات مرسد نیاز به نرم افزارهای 64 بیتی می‎باشد. اولین سیستم عامل 64 بیتی برای Merced احتمالا یک محصول جدید یونیکس می‎باشد.
3- توانایی روش نصب مادربرد
قبل از نصب مادربرد لازم است در جعبه ابزار کامپویتر وسایل زیر را داشته باشید.
1. پیچ گوشتی تحت دو سو و چهارسو در اندازه های مختلف
2. دم باریک و انبردست کوچک
3. یک سری آچار در اندازه های مختلف
4. چند نوع انبرک
5. یک سری ابزار آی – سی در آر و آی – سی نصب کن
6. یک شیشه کوچک الکل و مقداری کهنه برای پاک کردن
7. یک دفترچه یادداشت جهت نوشتن رنگ سیمهای رابط و یا محل قطعات باز شده قبلی و یا شماره پایه های ارتباطی و غیره …
8. بمنظور حفاظت و ایمنی بیشتر، میز و صندلی کار را به سیم اتصال به زمین مجهز نمائید.
9. یک مولتی متر ساده که بتوان ولتاژهای AC و DC را اندازه گرفت.
10. استفاده از کتاب راهنمای مادربرد خریداری شده
روش نصب یک مادربرد:
مادربرد آماده را به آرامی در داخل قاب طوری قرار دهید که رابط صفحه کلید با سوراخ صفحه کلید در پشت قاب هماهنگ باشد سپس مادربرد را روی پایه های پلاستیکی مقابل سوراخهای آن به نحوی که هیچ قسمت مدار به قاب فلزی اتصال نداشتهباشد محکم نمائید. بعدا سوئیچها را طبق کتاب راهنمای دستور العمل نوع CPU تنظیم نمایید. بدیهی است که اگر در این کار اشتباه کنید احتمالا سرعت CPU تغییر خواهد کرد و مواظب باشید در موقع کارگذاشتن مادربرد خمیدگی درصفحه آن پیش نیاید و ضمناً در موقع بستن پیچ ها، از واشرهای پلاستیکی یا کاغذی استفاده نمائید تا اتصالی بین آنها ایجاد نشود.
سعی کنید این عملیات را با آرامش و به آرامی انجام دهید چون یک اشتباه ممکن است موجب سوختن مادربرد شود.
1-3- شناسائی اصول بررسی لوازم های ماردبردها
1-1-3- سوکت ZIF
سوکت ZIF یا (zero in force) یک سوکت CPU است که در بسیاری از مادربردها مورد استفاده قرار می‎گیرد و با این سوکت میتوان براحتی ریزپردازنده را از جای خود خارج و یا آنرا تعویض نمود.
لازم به یاد آوری است که در موقع تعویض CPU لازم است گیره Zif را بطرف بالا بکشید تا پین های سوکت کاملاً باز شود در شکل زیر یک نمونه از آن نشان داده شده است.
2-1-3- شکاف slot 1
تمام نقل و انتقال های داده ها داخل کامپیوتر از طریق گذرگاهها انجام می‎گیرد. گذرگاهها به طور کلی به دو نوع تقسیم می‎شود.
1. گذرگاههای سیستم که پردازنده را به RAM (حافظه) متصل می نماید.
2. گذرگاههای ورودی و خروجی (I/O) که پردازنده را به قسمت های دیگر متصل می نماید. گذرگاه سیستم روی مادربرد و متناسب با نوع پردازنده آن بر روی سیستم نصب می گردد.
سوکتی که پردازنده بر روی آن نصب می گردد سیستم می‎نامند که در سیستم های 386 سوکت PLCC بود و مادربورد هایی که پردازنده آنها DX 386 و یا بعضی از پردازنده های 486 بود سوکت PGA استفاده می گردید.
در سیستم هایی که برای پردازنده اهی 486 و پنتیوم (Pentiim) استفاده می گردید سوکت پردازنده از نوع ZIF می‎باشد.
و در سیستم های که از پردازنده های سری Pentium II و بالاتر استفاده می گردد سوکتی که برای نصب پردازنده استفاده می گردد به Slot one معروف است که در شکل های (2-3) ملاحظه می گردد.
3-1-3- معماری جامپرها و (Dip- switch) ها
جامپر یا جافنرها پین هایی روی مادربورد می باشند که با تنظیم جامپرها و یا تغییر محل روکش پلاستیکی و قرار دادن آنها در موقعیت های مختلف اعمال متفاوتی انجام می دهند از جمله تنظیم هایی که توسط جابجایی جامپرها انجام می‎گیرد.
– تغییر نوع پردازنده بر روی مادربورد
– تنظیم مقدار ولتاژ لازم برای CPU خاص
– انتخاب اندازه RAM در بعضی از مادربوردها
– تعیین مقدار حافظه کش (Cache)
– پاک کردن اطلاعات CMOS و …
که محل قرار گیری صحیح جامپرها در دفترچه راهنمای مادربورد که همراه با مادربورد است عرضه می گردد.
برای مثال تنظیم سوئیهای کامپیوتر IBM- PC- XT بصورت زیر است
سوئیچ 1: خاموش (روی صفر)
سوئیچ 2: خاموش (روی صفر) اگر کمک پردازنده نصب شده باشد. روشن (روی یک)
سوئیچ 3 و 4: دقیقا با مقدار حافظه نصب شده ارتباط دارد که از کتاب راهنما کمک بگیرید.
سوئیچ 5و 6: مربوط به نوع مونیتور است مثلا اگر از نوع CGA باشد 5 روشن و 6 خاموش است و اگر تک رنگ باشد 5 و 6 هر دو خاموش هستند.
سوئیچ 7 و 8: این سوئیچ ها مربوط به درایورهای فلاپی دیسک ها است یعنی 7 روشن و 8 خاموش به معنی یک فلاپی دیسک یا 7 خاموش و 8 روشن به معنی دو فلاپی دیسک است.
ممکن است در بعضی از مادربوردها سوئچی ها بصورت کشوئی یا بصورت الاکلنگی باشد و ممکن است صفر ویا یک علامت گذاری شده باشد که یک نشاندهنده روشن و صفر نشاندهنده خاموش است.
4-1-3- فن خنک کننده پردازنده
با توجه به افزایش سرعت در پردازنده ها و گرم شدن آنها نیاز به خنک کردن آنها می‎باشد. یکی از روشهای قدیمی گذاشتن فن در پشت (Case) است که با روشن شدن کامپیوتر راه انداز شده و موجب خنک شدن محیط سیستم می‎شود ولی اخیرا در کامپیوترهای پیشرفته فن خنک کننده را توسط گیره روی CPU نصب می کنند و بعضی شرکتها بمنظور خنک کردن پردازنده بجای استفاده از سوکت سرامیکی از سوکت های شبکه پلاستیکی استفاده کرده و سیمهای اتصال آن را از آلیاژ مس و کادیم انتخاب می کنند که عمل هدایت سریعتر انجام گیرد.
5-1-3- بانکهای حافظه RAM (72 پین و 168 پین)
بانک های حافظه 72 پین
حافظه های دینامیکی 72 پینی از نوع SIMM بر روی اکثر مادربردهای 486 و بالاتر یعنی Pentium I هم قابل نصب می‎باشد.
در صورتیکه خط انتقال اطلاعات از نوع 32 بیتی باشد، اگر یک بانک نیز پر باشد، سیستم کار خواهد کرد. زیرا این حافظه ها، 32 بیتی (4بیت نیز برای بیت توازن که هر بیت مربوط به 8 بیت می‎باشد) بوده و قابلیت دستیابی به حالت های 8 و 16 و 32 بیتی را نیز فراهم می‎آورد.
در سیستم های پنتیوم I که خط انتقال اطلاعات 64 بیتی می‎باشد حداقل باید ود اسلات حافظه 72 پین پر باشد تا سیستم کار کند.
در شکل زیر یک حافظه RAM از نوع 72 پین و نحوه قرار دادن آن در سوکت ملاحظه می‎شود.
بانکهای حافظه 168 پین
SDRAM ها که در حال حاضر بر روی مادربردهای جدید نصب می‎شوند به شکل ما جولهای 64 بیتی DIMM ساخته می‎شوند. تعداد پین های آنها 168 عدد بوده و برای نصب نیاز به سوکت خاصی می‎باشد. از آنجا که پهنای ما جول های DIMM 64 بیت می‎باشد یک عدد از آنها برای کار پردازنده کافی می‎باشد.
DIMM در ظرفیت های 8 و 16 و 32 و 64 و 128 و 256 مگابایتی موجود بوده دارای سرعت 6 و 8 و 10 و 12 نانو ثانیه ای می باشد وروی هر مادربرد 1 الی 3 سوکت برای این نوع RAM وجود دارد.
مزیت SDRAM ها در سرعت بالا می‎باشد که امکان افزایش فرکانس گذرگاه سیستم را بوجود می‎آورد.
همه تراشه های جدید توانایی کنترل SDRAM ها را دارند و بر روی بعضی از مادربردها امکان نصب هر دو نوع SDMM RAM و DIMM وجود دارد. هدف از این کار آن بوده که هر کدام از RAM ها که نیاز باشد بتوان بر روی مادربرد نصب گردد. البته نباید بصورت همزمان از هر دو نوع استفاده کرد در بعضی از مادربردها استفاده از ترکیب RAM ها امکان پذیر می‎باشد.
در شکل زیر یک DIMM نمایش داده شده است.
شرکت اینتل در سال های گذشته سرعت پردازنده هایش را تا 200 برابر افزایش داده ولی سرعت حافظه در این مدت فقط 20 بر ابر افزایش یافته است هم اکنون همه به امید RAMهای سریع می‎باشند تا به کمک آنها بتوان از تمام قابلیت های PC بهره ببرند. درماجول های DIMM جدید یک تراشه EPROM وجود دارد که اطلاعاتی درباره RAM در آن ذخیره شده است. در داخل این تراشه واحدی برای نگهداری اطلاعاتی در مورد نوع RAM می‎باشد. هدف از این کار آن بوده که Bios اطلاعات موجود در آن را خوانده و از روی آن گذرگاه سیستم و زمان بندی حافظه را جهت بازدهی بهتر تنظیم نماید.
2-3- شناسائی اصول نصب کارت های شکافهای توسعه مادربرد
مولفه های داخلی مختلف در تمام کامپیوترها بوسیله یک مدار الکتریکی بنام گذرگاه (BUS) به هم متصل می‎شوند. گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی می‎باشد که روی بورد اصلی سیستم قرار می‎گیرد. تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر، پردازنده، هر تراشه کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیرمستقیم به گذرگاه متصل می‎شوند. گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی می‎باشد که روی بورد اصلی سیستم قرار می‎گیرد. تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر، پردازنده، هر تراشه کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیرمستقیم به گذرگاه متصل می‎شوند. وقتی که داده ها از یک مولفه دیگر منتقل می گردند آنها از منبع به مقصد در طول این مسیر مشترک حرکت می کنند. وقتی که یک آداپتور جدید در یکی از شکافهای گسترش بورد اصلی وصل می‎شود در واقع بطور مستقیم به گذرگاه متصل می گردد و بدین ترتیب عنصر جدید جزء کل سیستم خواهد شد.
تمام اطلاعاتی که کامپیوتر استفاده می‎کند حداقل در یک محل در طول گذرگاه به طور موقت ذخیره می‎شود. ذخیره اولیه داده ها در حافظه اصلی یا RAM می‎باشد. در PC ها حافظه اصلی شامل هزارها یا میلیونها سلول حافظه منفرد است که هر یک از آنها می‎تواند 8 بیت یا یک بایت داده را نگه دارد. بعضی داده ها ممکن است برای مدت کوتاهی در یک پورت I/O یا یک ثبات پردازنده ذخیره شوند، یعنی همان زمانی که صبر می‎کند تا پردازنده آنها را به محل مناسب خود بفرستد. به طور کلی درگاهها و ثابتها فقط 1 و یا 2 بایت اطلاعات را در هر بار نگه می دارند که معمولاً از آنها بعنوان محلهای ذخیره موقت استفاده می‎شود تا اینکه داده ها از یک مکان به مکان دیگر فرستاده شوند. هر وقت داده ها به یک سلول حافظه یا پورت I/O فرستاده یا از آنها خوانده می‎شوند محل سلول یا درگاه توسط یک مقدار عددی یا آدرس مشخص می گردد. وقتی که انتقال داده انجام می‎شود آدرس آن روی گذرگاهی به نام گذرگاه آدرس (adress bus) منتقل می‎شود. همچنین گذرگاه قسمتی دارد به نام گذرگاه کنترل (control bus) که اطلاعات کنترلی را مانند سیگنالهای زمانی (از ساعت سیستم) و سیگنالهای وقفه ای حمل می‎کند. قسمت نهایی گذرگاه خطوط نیرو، نیروی الکتریکی را حمل می‎کند. به علت اهمیت آدرس گذرگاه داده در زیر به توضیح بیشتری در این رابطه پرداخته می‎شود.
گذرگاه آدرس (Address bus) : کامپیوترهایی که از پردازنده های 8088 یا 8086 استفاده می‎کنند یک گذرگاه آدرس 20 بیتی دارند، به این معنا که گذرگاه شامل 20 خط آدرس جدا می‎باشد. هر یک از این خطوط می‎توانند دو مقدار ممکن را داشته باشند:
روشن (نمایانگر یک ) یا خاموش (نمایانگر صفر). بنابراین کل گذرگاه آدرس می‎تواند 210 یا 1.048.576 آدرس مختلف را مشخص کند. این مقدار که به عنوان 1 مگابایت شناخته می‎شود کل ظرفیت آدرس دهی حافظه پردازنده های 8088 و 8086 می‎باشد. پردازنده های 80286 و SX 80386 دارای 64 خط آدرس می باشند بنابراین سیستمهایی که از تراشه های فوق استفاده کنند یک گذرگاه آدرس 24 خطی داشته و می‎توانند 224 بایت یا 16 مگابایت حافظه را آدرس دهی نمایند. سیستمهایی که از پردازنده های 80386 DX و 80486 و بالاتر استفاده می کنند دارای یک گذرگاه آدرس 32 بیتی بوده و می‎توانند تا 4 گیگا بایت حافظه را آدرس دهی کنند.
گذرگاه داده (Data bus) : گذرگاه داده با گذرگاه آدرس کار می‎کند تا داده را در کامپیوتر جابجا کند. پردازنده 8088 از گذرگاه داده ای استفاده می‎کند که هشت خط سیگنال دارد و هر یک از این خطوط یک بیت دو دویی (Binary) منفرد را حمل می‎کند به این معنا که هر بار در طول گذرگاه یک بایت داده منتقل می‎شود . پردازنده 80286 از گذرگاه داده 16 بیتی استفاده می‎کند که می‎تواند در هر بار دو بایت داده را منتقل کند. پردازنده های 80386 یا 80486 قابلیت انتقال داده تا 32 بیت را در هر بار دارند.
در ادامه بحث گذرگاهها باید به قسمت مهم دیگری که در امر انتقال داده ها تاثیر بسزایی دارد یعنی شکافهای گسترش که به آنها کانالهای ورودی و خروجی نیز گفته می‎شود اشاره نمود. از این کانالها برای توسعه امکانات سخت افزاری سیستم استفاده می‎شود تمام سیگنالهای اطلاعات، آدرس و کنترل از پردازنده و دیگر المانهای اصلی سیستم به آن وصثل شده است. شکافهای گسترش براساس تکنولوژی گذرگاهها ساخته شده است و در واقع صورت دیگری از گذرگاهها در ارتباط با وسایل ورودی و خروجی می‎باشد بر همین اساس چندین نوع شکاف گسترش موجود است که در ادامه بحث به آنها اشاره می‎شود.
1-2-3- شکاف گسترش ISA (Industy- standard- architect)
باس ISA از نوع 8 بیتی به همراه کامپیوترهای XT به بازار آمد و از آن جهت اضافه کردن سخت افزار با افزودن کارت در شکافهای گسترش استفاده می‎شود. همانگونه که قبلا گفته شد تقریبا تمام سیگنالهای بورد اصلی سیستم به ین شکافها متصل شده است.
این سیگنالها شامل خطوط آدرس، اطلاعات، کنترل، تغذیه و پالس ها می باشند. با آمدن کامپیوتر AT (حداقل 286 ) به بازار و افزایش خطوط آدرس و اطلاعات باید این خطوط به گذرگاه سیستم جهت استفاده و در کارتهای جانبی اضافه می شد اما باید به گونه ای عمل می شد که با مدلهای قبل سازگاری داشته باشد. بنابراین به گذرگاه ISA از نوع 8 بیتی دست زده نشد و فقط یک شکاف گسترش کوچک (SLOT) در انتهای شکاف قبلی اضافه شد. شکافهای گسترش جدید قابل انعطاف بوده و می‎توانند کارتهای اضافی 8 بیتی یا 16 بیتی را برای گسترش سیستم قبول کنند. مدار گذرگاه به طور خودکار می فهمد که کارت موجود 8 بیتی یا 16 بیتی است. برای کارتهای 8 بیتی فقط از 8 خط 16 بیتی برای انتقال داده استفاده می‎شود که شبیه یک گذرگاه 8 بیتی اصلی می‎باشد.
2-2-3- شکاف گسترش (Enhanced ISA) ELSA
بعد از معرفی گذرگاه معماری میکروکانال (MCA) توسط شرکت IBM سازندگان بفکر ایجاد یک طرح گذرگاه با کارایی بالا افتادند. اما نمی خواستند از معماری میکرو کانال استفاده کنند. گروهی از این کمپانیها برای ساخت گذرگاه E3ISA همکاری کردند. گذرگاه EISA یک گذرگاه 32 بیتی یا سرعت عملکرد بالاتر است و خصوصیات دیگری را ارائه می‎دهد که باعث می‎شود تا نسبت به گذرگاه ISA برتری داشته باشد. در موارد اجرایی گذرگاه EISA و MCA تقریبا معادل هم هستند با این حال از لحاظ الکتریکی و مکانیکی هر دو کاملاً متفاوت می باشند و کارتهای گسترش طراحی شده برای یک نوع گذرگاه نمی تواند در دیگری به کار رود.
3-2-3- شکاف گسترش (Micro channel Architecture) MCA
با کامپیوترهای PS/2 مدل 50 و 60 و 80 شرکت IBM یک طرح سخت افزار، گذرگاه جدیدی به نام معماری میکروکانال (MCA) معرفی کرد. گذرگاه MCA در بسیاری از سیستم های IBM به کار می رود و همچنین می‎تواند توسط بعضی سازندگان کامپیوترهای سازگار استفاده شود. گذرگاه M CA همان وظایف اساسی گذرگاه ISA یعنی انتقال آدرسها، داده ها و سیگنالهای کنترلی به کارت های متصل در شکافهای گسترش را انجام می‎دهد. به جز در مورد دستیابی RAM یا حمایت کنترل کننده های گذرگاه اصلی، گذرگاه MCA مانند یک گذرگاه داده 16 بیتی شبیه گذرگاه ISA عمل می‎کند. اما طوری طراحی شده است که در سرعتهای بالا اجرا شود و همچنین سیگنالهای کنترلی اضافی دارد که اجازه انعطاف بیشتری برای طرحهای سخت افزاری را می‎دهد. گذرگاه MCA با گذرگاه ISA دو تفاوت مهم دارد یکی در طراحی فیزیکی و دیگری در خصوصیات سیگنالهایش، از اینرو کارتی که می‎تواند با یکی از این دو گذرگاه کار کند با دیگری سازگار نخواهد بود
4-2-3- شکاف گسترش PCI
در بوردهای اصلی سیستم که به تازگی به بازار عرضه شده جدیدترین نوع گذرگاه دیده می‎شود. این نوع گذرگاه از نظر جاگیری بر روی بورد سیستم کوچکتر از EISA و حتی ISA شانزده بیتی است ولی از نظر توانایی از کلیه گذرگاههای که تا کنون بررسی گردید مفیدتر می‎باشد. این گذرگاه در دو مد 32 بیتی و 64 بیتی طراحی و ساخته شده است همچنین در دو حالت 5 ولت و 3.3 ولت نیز طبقه بندی شده است. این گذرگاه از نظر سرعت برتری چشمگیری بر انواع قبل دارد.
5-2-3- شکاف گسترش AGP
AGP یک باس می باشد که در سال 1997 معرفی شد و AGP (accelerated graphic Port) به معنای پورت گرافیکی شتابدهنده می‎باشد و مخصوص کارت گرافیکی می‎باشد. AGP با دو هدف ساخته شد: یکی به منظور آزاد سازی باس PCI و دیگری که مهمتر می‎باشد برای داشتن پهنای باند بیشتری در کارتهای گرافیکی بود.
AGP با پردازنده Pentium II و چیپ ست intel 82440 XL معرفی شد.
امروزه اسلات AGP دارای باس 64 بیتی بوده و سرعت آن و پهنای باند آن دو برابر PCI می‎باشد.
در شکل زیر یک مادربورد نشان داده شده است که در آن سوکتAGP را می بینید که شبیه به سوکت PCI می‎باشد اما دریک جای دیگر و با رنگ دیگر (معمولاً قهوه ای) بر روی بورد اصلی قرار دارد. در شکل زیر دو سوکت (سیاه رنگ) ISA و چهار سوکت PCI (سفید رنگ) و یک سوکت AGP (قهوه ای رنگ) دیده می‎شود.
3-3- شناسایی اصول روش نصب کارت I/O بر روی شکاف I/O
مسیرهایی که برای عبور داده ها بعنوان گذرگاه روی بورد اصلی قرار گرفته اند. اولین گذرگاه که گذرگاه سیستم می‎باشد پردازنده را به RAM ارتباط می‎دهد. و به آن LOCAL BUS یا گذرگاه محلی می گویند. پهنای باند این گذرگاه بستگی به پردازنده ای دارد که روی مادربرد نصب می‎شود. گذرگاههای متعارف دارای پهنای 64 بیتی و سرعت 66 مگاهرتز وقتی قصد ارتباط با کارتهای جانبی داریم باید سرعت آن کاهش یابد. فقط بعضی از کارتهای جانبی توانایی کار در سرعت بالاتر از 40 مگاهرتز دارند. مدارهای الکترونیکی کارتهای جانبی در سرعت بالا از کار می افتند. برای PC گذرگاههای دیگر نیز لازم است PC های اولیه فقط یک گذرگاه داشت که برای پردازنده RAM و دستگاههای ورودی و خروجی مشترک بود.
فرکانس اولین و دومین نسل پردازنده ها نسبتاً پایین بود به نحوی که قسمتهای مختلف کامپیوتر می توانستند بطور هماهنگ با آن کار کنند.
در سال 1987 شرکت compaq نشان داد که چگونه گذرگاه سیستم را از گذرگاه ورودی و خروجی می‎توان جدا کرد و آنها را با سرعتهای متفاوت به کار انداخت. و این همان تکنولوژی Multi Bus می‎باشد.
بطور کلی کاری که گذرگاههای ورودی / خروجی انجام می دهند این است که ارتباط پردازنده را با دیگر قطعات البته به جز RAM برقرار می کنند. داده ها از طریق گذرگاههای ورودی / خروجی بین قطعات مختلف و از قسمت های مختلف به پردازنده و RAM و برعکس جابجا می‎شوند. سرعت گذرگاههای ورودی / خروجی با سرعت گذرگاه سیستم متفاوت می‎باشد و همیشه از آن کندتر است.
انواع گذرگاهائیکه بر روی بورد اصلی استفاده می‎شود عبارتند از:
1- ISA گذرگاهی قدیمی و با سرعت کم و 16 بیتی می‎باشد.
– گذرگاه PCI که نسبتاً جدید و با سرعت بالا و 32 بیتی می‎باشد.
– گذرگاه USB و (Universla Serial BUS) گذرگاهی جدید اما کند است.
– گذرگاه AGP که تنها برای کارت گرافیکی استفاده می‎شود .
همانگونه که اشاره گردید گذرگاههای ورودی / خروجی در حقیقت شاخه ای از گذرگاه سیستم هستند. گذرگاهها نقش بسیار محوری در تبادل داده های یک PC دارند در حقیقت تمام قطعات به جز پردازنده با یکدیگر و با RAM از طریق گذرگاههای ورودی / خروجی مرتبط هستند. در شکل زیر چگونگی ارتباطات آنها دیده می‎شود.
کلیه کارت هایی که بر روی شکاف های ISA و PCI و AGP قرار می‎گیرند به عنوان یک واحد ورودی یا خروجی می‎باشد مانند کارت های فاکس/ مودم، کارت های صدا و کارت گرافیک و کنترلر انواع دستگاهها از قبیل اسکنر و هاردهای اسکازی و … در این شکاف ها قرار می گیرند که با توجه به نوع کارت که از کدام نوع ISA و PCI و AGP و شکاف مربوط به آنها بر روی مادربرد نشان داده شده است.
همانگونه که در شکل مادربرد دیده می‎شود تمام شکاف ها دارای دو قسمت می باشند.
یعنی در یک طرف نقاط اتصال بیشتری قرار داشته و در طرف دیگر کم می‎باشد و فاصله این دو قسمت دارای یک مرز می‎باشد. و در روی کارت ها نیز یک بریدگی وجود دارد که دریک بریدگی تعداد پین ها کمتر بوده و در طرف دیگر بیشتر می‎باشد و برای نصب کارت های مختلف در شکاف های مربوطه باید طوری نصب گردند که بریدگی روی کارت های مختلف در شکاف های مربوطه باید طوری نصب گردند که بریدگی روی کارت های در جایی روی شکاف قرار گیرند که به بریدگی بورد اصلی منطبق شود و در غیر از این حالت کارت ها در شکاف های مربوطه درست قرار نگرفته و اتصال انجام نمی گیرد.
1-3-3- شکاف درگاههای موازی LPT و سریال COM
انواع پورتهای سریال و پارالل و آدرس آنها
پورت کانالی است که بوسیله آن یک کامپیوتر می‎تواند با دنیای خارج ارتباط برقرار کند. PC ها می‎توانند با دو نوع پورت مجهز شوند پورت پارالل (موازی) و سریال (سری) پورت موازی یا سریال یک اتصال فیزیکی است که اجازه می‎دهد سیستم PC به یک ابزار مانند چاپگر یا مودم یا موس وصل گردد.
پورت های موازی: پورت های پارالل (موازی) بدین دلیل موازی نامیده می‎شود که داده به طریق موازی، 8 بیت (1 بایت) در هر بار، منتقل می گردد. اتصال پورت موازی شامل یک اتصال دهنده (کانکتور) با 25 پین به شکل D متشکل از 8 خط داده و 9 خط کنترل و 8 خط زمین می‎باشد. پورت موازی می‎تواند هم برای فرستادن و هم برای دریافت داده استفاده شود. بعضی از سازندگان از این قابلیت برای طرح مولفه های خارجی مانند دیسک های سخت قابل حمل استفاده کرده اند، که به کامپیوتر از طریق یک پورت موازی وصل می‎شود. اما در اکثر قریب به اتفاق سیستم ها، پورت موازی انحصارا برای اتصال PC به یک چاپگر به کار برده می‎شود. به این دلیل پورت موازی را بعضی وقت ها پورت چاپگر نیز می‎نامند.
هر PC می‎تواند سه پورت موازی داشته باشد، اما اکثر سیستم ها یک یا دو پورت دارند در سیستم های اولیه، پورت موازی اغلب در کارت آداپتور تصویر قرار می گرفت. ولی امروزه رایج تر است پورت موازی در کارت آداپتور مخصوص خودش یا در بورد سیستم قرار گیرد.
آدرسهائیکه برای پورت I/O موازی رزرو شده اند در جدول (2-3) نشان داده شده است.
با کمی دقت ممکن است متوجه شوید که پورت موازی در MDA فقط به 4 پورت I/O اختصاص داده می‎شود در حالی که ادر ماشین های غیر از IBM- PS/2 پورتهای موازی هر یک به هشت پورت I/O اختصاص داده می‎شوند. در واقع، فقط اولین سه پورت I/O نسبت داده شده عملا برای هر پورت موازی به کار برده می‎شوند. دیگر پورتها بدون استفاده می مانند. به عنوان مثال پورت موازی در MDA فقط از آدرس های 3BCH-I/O و 3BEH استفاده می کنند.
در طی روند شروع به کار سیستم، Rom Bios این سه بلوک پورت I/O را کنترل می‎کند تا ببیند آیا سخت افزار پورت موازی نصب شده است. ابتدا بلوکی که از 3BCH شروع می شود، سپس بلوک در 378H و در نهایت بلوک در 278H کنترل می شود، اولین پورت موازی که پیدا شود به عنوان رابط ( 0) توسط BIOS و LPT1 توسط MS.DOS آدرس دهی می گردد. پورتهای دوم وسوم، اگر موجود باشند، به عنوان رابط 1 و 2 بوسیله BIOS و به عنوان LPT2 و LPT 3 توسط MS.DOS آدرس دهی می گردند. BIOS این نامهای منطقی را با ذخیره هر آدرس I/O پایه پورت در ناحیه داده BIOS یک ناحیه رزرو شده حافظه پایین نسبت می‎دهد.
پورت های سریال (سری): همانطور که ممکن است حدس بزنید نام "پورت سری" از این واقعیت برخاسته است که این نوع پورت داده را به صورت سری، یک بیت در هر بار می فرستد. از پورتهای سری همچنین به عنوان پورتهای ارتباطات ناهمگام (آسنکرون) و پورتهای RS-232 نیز اشاره می گردند. پورتهای سری دو طرفه هستند آنها معمولاً برای قادر ساختن PC به ارتباط با شکبه ها PC های دیگر و انواع ابزارهای جانبی، از قبیل مودم ها، بعضی چاپگرها ، ماوس ها و پلاترهای قلمی (رسام) استفاده می‎شوند. در مقایسه با پورتهای موازی، پورتهای سریال نسبتاً کندتر هستند امام می‎توانند در مسافت های طولانی تر ارتباط برقرار کنند و با توجه به دو طرفه بودن انتقال داده انعطاف بیشتری دارند.
از نظر تئوری اتصال پورت سری حداقل به سه سیم نیاز دارد: یکی برای فرستادن داده یکی برای دریافت داده و یکی برای زمین در عمل، اتصالات سری چند سیم اضافی دیگر دارند که برای مبادله سیگنال های از قبل تعیین شده بین کامپیوتر و ابزار (Handshaking signals) به کار می روند. از آنجایی که اتصال سری دو طرفه می‎باشد. ابزارهای واقعی در دو انتهای اتصال از سیگنال های از قبل تعیین شده فوق برای هماهنگی با یکدیگر استفاده می کنند.
اتصال دهنده پورت سری یک کانکتور (اتصال دهنده) 9 پینی یا 25 پینی است که در قسمت عقب سیستم قرار دارد. از طرف دیگر، مدار پورت سری می‎تواند در یک کارت آداپتور قابل اتصال قرار داده شود یا می‎تواند داخل بورد سیستم ساخته شود. تمام PCها می‎توانند از حداکثر دو پور ت سری پشتیبانی کنند، که COM1 و COM2 نامیده می‎شوند. به دلیل اینکه بسیاری از کاربردهای PC به بیش از دو پورت نیاز داشتند بعضی سازندگان ابزارهای جانبی یک استاندارد غیررسمی برای دو پورت اضافی COM3 و COM4 ایجاد کردند. سیستم های PS/2 می‎توانند تا هفت پورت را حمایت کنند.
سرعت مخابره پورت سری به عنوان نرخ انتقال (Baud Rate) مشخص می گردد. نرخ انتقال تقریبا معادل تعداد بیت های فرستاده شده در ثانیه می‎باشد. پورت های سری در تمام PCها می‎توانند درنرخ انتقال 110، 300، 1200، 2400، یا 9600 تنظیم شوند. یک تنظیم 19200 علامت در ثانیه (baud) در بعضی سیستم ها امکان دارد. حداکثر سرعت 115000 بیت در ثانیه می‎باشد پارامترهای ارتباطی دیگر عبارتند از: ازطول کلمه (Word Length) توازن سنجی (Parity Checking) و تعداد بیت های توقف (Stop bits) طول کلمه، تعداد بیت هایی که هر واحد داده فرستاده شده را می سازند، مشخص می کند، سخت افزار پورت سری می‎تواند با طول های کلمه از 5 تا 8 بیت کار کند. اما Bios ، PC ها فقط از طول های 7 یا 8 بیت حمایت می‎کند. طول کلمه 7 برای فرستادن متن ساخته شده از کاراکترهایی با مقادیر اسکی در محدوده صفر تا 127، مناسب است. طول کلمه 8 باید برای فرستادن مجموعه اسکی توسعه یافته (مقادیر اسکی صفر تا 255) یا فرستادن داده دو دویی (باینری) به کار رود.

فهرست مطالب

توانایی درک ساختمان CUP 1
1-1- آشنایی با تعریف عملیاتی CPU 1
1-2-آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده 3
3-1- آشنایی با سرعت ساعت سیستم 3
4-1- آشنایی با سرعت ساعت داخل ی 4
5-1- آشنایی با مدیریت انرژی پردازنده 5
6-1- آشنایی با ولتاژ عملیات پردازنده 5
7-1- آشنایی با خاصیت MMX در پردازنده ها 6
2- توانایی شناخت نسلهای پردازنده 6
1- نسل اول (لامپهای خلاء) 7
2- نسل دوم (ترانزیستوری) 7
3- نسل سوم (مدارات مجتمع یا IC) 7
4- نسل چهارم (ریزپردازنده ها) 8
5- نسل پنجم (کامپیوترهای هوشمند) 8
1-2- آشنایی با پردازنده مدل 8086/8088 9
2-2آشنایی با پردازنده مدل XT 80186 10
3-2- آشنایی با پردازنده XT 80286 10
4-2- آشنائی با پردازنده مدل 80386 11
5-2- آشنائی با پردازنده 80486 12
6-2- آشنائی با پردازنده پنتیوم (P5) 13
7-2- آشنایی با پردازنده مدل PENTIUMPRO 18
8-2- آشنای با پردازنده PENTIUM II 19
9-2- آشنایی با پردازنده مدل PENTIUM III 19
10-2- آشنایی با پردازنده مدل AMD K6 20
11-2- آشنایی با پردازنده مدل Deschutes 21
12-2- آشنایی با پردازنده مدل P7- merced 21
3- توانایی روش نصب مادربرد 22
روش نصب یک مادربرد: 23
1-3- شناسائی اصول بررسی لوازم های ماردبردها 23
بانکهای حافظه 168 پین 27
2-3- شناسائی اصول نصب کارت های شکافهای توسعه مادربرد 28
2-2-3- شکاف گسترش (Enhanced ISA) ELSA 32
3-3- شناسایی اصول روش نصب کارت I/O بر روی شکاف I/O 34

1

43