مقاله سخت افزار کامپیوتر

مقدمه
سخت افزار کامپیوتر به عنوان بستر فیزیکی پردازش اطلاعات، هسته اصلی عملکرد هر سیستم رایانه ای را شکل می دهد. در میان اجزای مختلف سخت افزار، پردازنده مرکزی یا CPU جایگاهی کاملاً محوری دارد؛ عنصری که تمام دستورات، محاسبات و جریان های کنترلی سیستم از طریق آن انجام می شود. درک ساختمان CPU و ساز و کار داخلی آن، نه تنها برای شناخت عمیق تر سخت افزار کامپیوتر ضروری است، بلکه پایه ای برای فهم نحوه تعامل سایر اجزا مانند حافظه ها، مادربرد و گذرگاه های داده به شمار می رود. پردازنده در ساده ترین تعریف، یک مدار مجتمع بسیار متراکم است که میلیون ها ترانزیستور را در فضایی کوچک در خود جای داده و به صورت مداوم داده ها را دریافت، پردازش و ارسال می کند.

CPU یا ریزپردازنده، مهم ترین آی سی موجود در کامپیوتر است که روی مادربرد و در محل مشخصی نصب می شود. این تراشه از واحدهای مختلفی تشکیل شده که هر یک وظیفه ای دقیق و تعریف شده دارند و در کنار هم یک مجموعه منسجم را می سازند. واحد محاسبه و منطق یا ALU بخشی است که عملیات ریاضی و منطقی را اجرا می کند و هسته محاسباتی پردازنده به حساب می آید. در کنار آن، واحد کنترل یا CU قرار دارد که وظیفه هماهنگی و نظارت بر جریان داده ها بین حافظه، واحدهای ورودی و خروجی و سایر بخش های داخلی پردازنده را بر عهده دارد. این هماهنگی دقیق باعث می شود دستورات به ترتیب صحیح اجرا شوند و از بروز اختلال در پردازش جلوگیری گردد.

از دیگر عناصر مهم در ساختمان CPU، ثبات ها یا Register ها هستند. این حافظه های بسیار سریع به عنوان محل های موقت ذخیره داده ها و نتایج میانی عملیات به کار می روند. وجود Register ها باعث می شود پردازنده بدون نیاز به مراجعه مداوم به حافظه اصلی، داده های مورد نیاز خود را با بیشترین سرعت در دسترس داشته باشد. در کنار ثبات ها، حافظه های پنهان یا Cache نقش کلیدی در افزایش کارایی سیستم ایفا می کنند. اختلاف سرعت زیاد بین CPU و حافظه اصلی موجب ایجاد تأخیر در پردازش می شود و Cache با قرار گرفتن بین این دو، بخشی از داده های پرکاربرد را با سرعتی نزدیک به سرعت پردازنده ذخیره می کند تا وقفه های پردازشی کاهش یابد.

یکی از شاخص های مهم در بررسی سخت افزار پردازنده، میزان تراکم عناصر ساختمانی آن است. CPU ها از میلیون ها ترانزیستور تشکیل شده اند و افزایش تعداد این عناصر در طول زمان، امکان اجرای دستورهای پیچیده تر و سریع تر را فراهم کرده است. نمونه های اولیه پردازنده ها تنها شامل ده ها هزار ترانزیستور بودند، در حالی که نسل های بعدی با عبور از مرز میلیون ها ترانزیستور، تحولی اساسی در توان پردازش ایجاد کردند. این افزایش تراکم، مستقیماً با پیشرفت فناوری ساخت نیمه هادی ها و کوچک تر شدن ابعاد ترانزیستورها مرتبط است.

سرعت ساعت سیستم از عوامل تعیین کننده در عملکرد پردازنده محسوب می شود. این سرعت که معمولاً بر حسب مگاهرتز بیان می گردد، نشان دهنده تعداد سیکل هایی است که CPU در هر ثانیه انجام می دهد. هر چه سرعت ساعت بالاتر باشد، تبادل داده و اجرای دستورها سریع تر صورت می گیرد. در برخی پردازنده ها، سرعت به صورت مقایسه ای و با شاخص هایی مانند PR نمایش داده می شود که بیانگر عملکرد معادل آن در مقایسه با پردازنده های مرجع است. علاوه بر سرعت ساعت سیستم، سرعت ساعت داخلی و خارجی نیز مطرح است؛ به طوری که برخی پردازنده ها برای همگام سازی عملیات خود به سیگنال های ساعت خارجی متکی بوده اند، در حالی که در نسل های جدید، این فرآیند با دقت و پایداری بیشتری در داخل خود تراشه انجام می شود.

مدیریت انرژی پردازنده از دیگر مباحث مهم در سخت افزار کامپیوتر است. با افزایش سرعت و پیچیدگی CPU ها، کنترل مصرف انرژی و کاهش اتلاف توان اهمیت بیشتری یافته است. سیستم های مدیریت انرژی امکان می دهند پردازنده در زمان های عدم استفاده به حالت های کم مصرف یا غیرفعال منتقل شود و در صورت نیاز، مجدداً با سرعت کامل وارد چرخه پردازش گردد. این ویژگی نه تنها بر پایداری سیستم اثر می گذارد، بلکه در نام گذاری و شناسایی مدل های مختلف پردازنده نیز نقش دارد.

بررسی نسل های مختلف پردازنده ها، از لامپ های خلأ تا ریزپردازنده های پیشرفته، نشان دهنده مسیر تکامل سخت افزار کامپیوتر است. هر نسل با تغییر در ساختار داخلی، فناوری ساخت و قابلیت های پردازشی، گامی رو به جلو در افزایش سرعت، دقت و کارایی سیستم های رایانه ای برداشته است. شناخت این سیر تحول، چارچوبی منسجم برای فهم جایگاه CPU در معماری کامپیوتر فراهم می کند و تصویر روشنی از نقش آن در عملکرد کلی سخت افزار ارائه می دهد.

فهرست مطالب
توانایی درک  ساختمان CUP    ۱
۱-۱- آشنایی با تعریف عملیاتی CPU    ۱
۱-۲-آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده    ۳
۳-۱- آشنایی با سرعت ساعت سیستم    ۳
۴-۱- آشنایی با سرعت ساعت داخل ی    ۴
۵-۱- آشنایی با مدیریت انرژی پردازنده    ۵
۶-۱- آشنایی با ولتاژ عملیات پردازنده    ۵
۷-۱- آشنایی با خاصیت MMX در پردازنده ها    ۶
۲- توانایی شناخت نسلهای پردازنده    ۶
۱- نسل اول (لامپهای خلاء)    ۷
۲- نسل دوم (ترانزیستوری)    ۷
۳- نسل سوم (مدارات مجتمع یا IC)    ۷
۴- نسل چهارم (ریزپردازنده ها)    ۸
۵- نسل پنجم (کامپیوترهای هوشمند)    ۸
۱-۲- آشنایی با پردازنده مدل ۸۰۸۶/۸۰۸۸    ۹
۲-۲آشنایی با پردازنده مدل XT 80186    ۱۰
۳-۲- آشنایی با پردازنده XT 80286    ۱۰
۴-۲- آشنائی با پردازنده مدل ۸۰۳۸۶    ۱۱
۵-۲- آشنائی با پردازنده ۸۰۴۸۶    ۱۲
۶-۲- آشنائی با پردازنده پنتیوم (P5)    ۱۳
۷-۲- آشنایی با پردازنده مدل PENTIUMPRO    ۱۸
۸-۲- آشنای با پردازنده PENTIUM II    ۱۹
۹-۲- آشنایی با پردازنده مدل PENTIUM III    ۱۹
۱۰-۲- آشنایی با پردازنده مدل AMD K6    ۲۰
۱۱-۲- آشنایی با پردازنده مدل Deschutes    ۲۱
۱۲-۲- آشنایی با پردازنده مدل P7- merced    ۲۱
۳- توانایی روش نصب مادربرد    ۲۲
روش نصب یک مادربرد:    ۲۳
۱-۳- شناسائی اصول بررسی لوازم های ماردبردها    ۲۳
بانکهای حافظه ۱۶۸ پین    ۲۷
۲-۳- شناسائی اصول نصب کارت های شکافهای توسعه مادربرد    ۲۸
۲-۲-۳- شکاف گسترش (Enhanced ISA) ELSA    ۳۲
۳-۳- شناسایی اصول روش نصب کارت I/O بر روی شکاف I/O    ۳۴