آشنایی با CPU (ریزپردازنده یا میکرو پروسسور)

ریزپردازنده واحد پردازش مرکزی یا مغز رایانه می باشد. این بخش مدار الکترونیکی بسیار گسترده و پیچیده ای می باشد که دستورات برنامه های ذخیره شده را انجام می دهد. جنس این قطعه کوچک (تراشه) نیمه رسانا است. CPU شامل مدارهای فشرده می باشد و تمامی عملیات یک میکرو رایانه را کنترل می کند. تمام رایانه ها (شخصی، دستی و...) دارای ریزپردازنده می باشند. نوع ریزپردازنده در یک رایانه می تواند متفاوت باشد اما تمام آنها عملیات یکسانی انجام می دهند. تاریخچه ریزپردازنده : ریزپردازنده پتانسیل های لازم برای انجام محاسبات و عملیات مورد نظر یک رایانه را فراهم می سازد. در واقع ریزپردازنده از لحاظ فیزیکی یک تراشه است. اولین ریزپردازنده در سال 1971 با نام Intel 4004 به بازار عرضه شد. این ریزپردازنده قدرت زیادی نداشت و تنها قادر به انجام عملیات جمع و تفریق 4 بیتی بود. تنها نکته مثبت این پردازنده استفاده از یک تراشه بود، زیرا تا قبل از آن از چندین تراشه برای تولید رایانه استفاده می شد. اولین نوع ریزپردازنده که بر روی کامپیوتر خانگی نصب شد. 8080 بود. این پردازنده 8 بیتی بود و بر روی یک تراشه قرار داشت و در سال 1974 به بازار عرضه گردید. پس از آن پردازنده ای که تحول عظیمی در دنیای رایانه بوجود آورد 8088 بود. این پردازنده در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و در سال 1982 عرضه گردید. بدین صورت تولید ریزپردازنده ها توسط شرکت های تولیدکننده به سرعت رشد یافت و به مدل های 80286، 80386، 80486، پنتیوم 2، پنتیوم 3، پنتیوم 4 منتهی شد. این پردازنده ها توسط شرکت Intel و سایر شرکت ها طراحی و به بازار عرضه شد. طبیعتاً پنتیوم های 4 جدید در مقایسه با پردازنده 8088 بسیار قوی تر می باشند زیرا که از نظر سرعت به میزان 5000 بار عملیات را سریعتر انجام می دهند. جدیدترین پردازنده ها اگر چه سریعتر هستند گران تر هم می باشند. کارآیی رایانه ها بوسیله پردازنده آن شناخته می شود. ولی این کیفیت فقط سرعت پروسسور را نشان می دهد نه کارآیی کل رایانه را. به طور مثال اگر یک رایانه در حال اجرای چند نرم افزار حجیم و سنگین است و پروسسور پنتیوم 4 آن 2400 کیگاهرتز است، ممکن است اطلاعات را خیلی سریع پردازش کند. اما این سرعت بستگی به هارددیسک نیز دارد. یعنی این که پروسسور جهت انتقال اطلاعات زمان زیادی را در انتظار می گذراند. پروسسورهای امروزی ساخت شرکت Intel، پنتیوم 4 و سلرون هستند. پروسسورها با سرعت های مختلفی برحسب گیگاهرتز (معادل یک میلیارد هرتز با یک میلیارد سیکل در ثانیه است) برای پنتیوم 4 از 4/1 گیگاهرتز تا 53/2 متغیر است و برای پروسسور سرعت از 85/0 گیگاهرتز تا 8/1 گیگاهرتز است. یک سلرون همه کارهایی را که یک پنتیوم 4 انجام می دهد را می تواند انجام دهد اما نه به آن سرعت. پردازنده دو عمل مهم انجام می دهد: 1- کنترل تمام محاسبات و عملیات 2- کنترل قسمت های مختلف پردازنده در رایانه های شخصی به شکل یک قطعه نسبتاً تخت و کوچک به اندازه 8 یا 10 سانتی متر مربع که نوعی ماده، مانند پلاستیک یا سرامیک روی آن را پوشانده است تشکیل شده در واقع فرآیند بوجود آمدن این مغز الکترونیکی به این گونه می باشد که از سیلیکان به علت خصوصیات خاصی که دارد جهت ایجاد تراشه استفاده می شود. بدین گونه که آن را به صورت ورقه های بسیار نازک و ظریف برش می دهند و این تراشه ها را در درون مخلوطی از گاز حرارت می دهند تا گازها با آنها ترکیب شوند و بدین صورت طبق این فرآیند شیمیایی سیلیکان که از جنس ماسه می باشد به فلز و بلور تبدیل می شود که امکان ضبط و پردازش اطلاعات را در بردارد. این قطعه کار میلیونها ترانزیستور را انجام می دهد. پردازنده وظایف اصلی زیر را برای رایانه انجام می دهد: 1- دریافت داده ها از دستگاه های ورودی 2- انجام عملیات و محاسبات و کنترل و نظارت بر آنها 3- ارسال نتایج عملیات با دستگاه های خروجی پردازنده مانند قلب رایانه است و از طریق کابلهای موجود با واحدهای دیگر مرتبط می شوند. در واقع از نظر فنی عملکرد پردازنده با دو ویژگی تعیین می شود: 1- طول کلید- تعداد بیت هایی که یک پردازنده در هر لحظه پردازش می کند و طول این کلمات معمولاً 4 و 8 و 16 و 32 و یا 64 بیتی می باشد. 2- تعداد ضربان الکترونیکی که در یک ثانیه تولید شده است و با واحد مگاهرتز سنجیده می شود. محل قرارگیری پردازنده ها بر روی مادربرد می باشد. بنابراین بایستی هماهنگی لازم بین مادربرد و پردازنده وجود داشته باشد. این هماهنگی باعث بالا رفتن عملیات رایانه می شود. در غیر این صورت نتیجه خوبی بدست نمی آید. نکته: بر روی پردازنده حروف و ارقامی دیده می شود که در واقع نشان دهنده شماره سریال ها ،سرعت، ولتاژ، مدل، نسل و نام سازنده آن می باشد. با توجه به نوع دستورالعمل ها یک ریزپردازنده با استفاده از واحد منطبق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عملیات محاسباتی مانند جمع و تفریق و ضرب و تقسیم است. البته پردازنده های جدید اختصاصی برای انجام عملیات مربوط به اعداد اعشاری نیز می باشند. ریزپردازنده قادر به انتقال داده ها از یک محل حافظه به محل دیگر می باشند و می توانند تصمیم گیری نمایند و از یک محل به محل دیگر پرش داشته باشد تا دستورالعمل های مربوط به تصمیم اتخاذ شده را انجام دهد. آموزش CPU (ریزپردازنده یا میکرو پروسسور) (بخش دوم) شرکت های تولید کننده پردازنده: با توجه به این که پردازنده ها دستورهای خاصی را می پذیرند و برنامه های خاصی را اجرا می کنند، طبیعتاً پردازنده های گوناگونی وجود دارند. این پردازنده ها توسط شرکت های مختلفی تولید می شوند. بعضی از آن ها مشابه و سازگارند و برخی دیگر ناسازگار. معروف ترین این شرکت ها عبارتنداز: Intel- IBM- AMD- Cyrix- Motorola- IDT- IIT- NEC- Nexgen- Rise- Metaflow- Chips & Technology معمولاً بر روی هر CPU نام شرکت تولید کننده نوشته می شود، ممکن است شماره آن نیز همراه با حرف اول و یا دو حرف اول تولید کننده نوشته شود. نسل های پردازنده ها مهم ترین عامل شناسایی پردازنده ها، نوع آنها می باشد که با شماره و یا نام اختصاصی مشخص می شود. از بین پردازنده های تولید شده نوع اینتل و موتورولا متداولتر از بقیه هستند. موتورولا پردازنده خود را به صورت 86xxx یا نام اختصاصی و اینتل به صورت 80x86 یا نام اختصاصی خود به بازار معرفی نمودند. بدین صورت x می تواند یک عدد دلخواه یک رقمی باشد که هر چه مقدار آن بیشتر باشد در نتیجه رقم آن بزرگ تر بوده و پردازنده جدید تر، سریعتر و کاراتر می باشد. قبل از پردازنده پنتیوم پردازنده ها یک شماره 5 رقمی داشتند که دو رقم سمت چپ معمولاً نام پردازنده و سه رقم سمت راست نسل پردازنده رامشخص می کنند. برخی سازندگان دیگر به جای شماره از نام های اختصاصی مانند K5 و K6 استفاده می نمودند. مدل پردازنده هر کدام از نسل های مختلف پردازنده ها دارای انواع متفاوتی می باشند که برای کارهای خاصی ساخته شده اند. به عنوان مثال پردازنده های 80486 داری انواع (SX- SLC- DX- DX2- DX3- DX4- DX5) می باشد که در آن DX اولین پردازنده با یک کمک پردازنده است که دارای 8 کیلوبایت حافظه زمان اولیه می باشد و سرعت آن50 برابر 8088 است، در صورتی که SX فاقد کمک پردازنده می باشد. نسل پنجم پردازنده اینتل دارای مدل های (کلاسیک، MMX) می باشد. نسل ششم پردازنده اینتل دارای مدل های (IIT,II ,PRO Celeron ) هستند. نسل هفتم پردازنده های اینتل دارای مدل های (ایتانیوم) 64 بیتی با سرعت یک گیگاهرتز) می باشد. سرعت پردازنده : یکی از مواردی که مستقیاً روی کارآیی پردازنده اثر می گذارد سرعت آن است که معمولاً بر روی آن نوشته می شود. هر چه پردازنده سریعتر باشد اطلاعات را سریعتر پردازش می کند. سرعت پردازنده ها بر حسب مگاهرتز بیان می شود و یک مگاهرتز، معادل یک میلیون چرخه در ثانیه است. بعضی تولید کنندگان سرعتی که بر روی پردازنده می نویسند واقعی نیست، بلکه آنها توانمندی پردازنده در مقابل اینتل را می سنجند و به آن سرعت معادل پنتیوم می گویند. عوامل مؤثر در کارآیی پردازنده فرکانس ساعت یا سرعت ساعت است که معمولاً به دو صورت می باشد: 1- سرعت ساعت داخلی: در این حالت پردازنده عملیات داخلی خود را براساس این ساعت انجام می دهد، این سرعت برابر سرعتی است که بر روی پردازنده ذکر شده است. در هنگام فروش نیز این سرعت را معرفی می کنند. مانند:P4/2.2Ghz 2- سرعت ساعت خارجی (سرعت گذرگاه سیستم): این سرعت درواقع مدار الکترونیکی است که خارج از تراشه قرار دارد و به پایه های مربوط به ساعت وصل می شود. اطلاعات خارج از پردازنده مانند اطلاعات حافظه اصلی رایانه بر این اساس سنجیده می شود. ولتاژ پردازنده : در ابتدای ساخت پردازنده ها از ولتاژ 5 ولتی به صورت استاندارد استفاده می شد، اما پس از ورود پردازنده های «486 دی ایکس 4» و «پنتیوم» از ولتاژهای پایین تر مانند 8/2 و 3/3 نیز استفاده می شود. جایگاه پردازنده : پردازنده معمولاً بر روی شبکه ای از سوراخ های کوچک بر روی مادربرد قرار می گیرد. به طور کلی تراشه گیر، محلی برای نصب پردازنده یا هر نوع آی سی است. پردازنده معمولاً روی مادربرد لحیم نمی شود تا بتوان آن را ارتقا یا تعویض نمود. گرماگیر پردازنده: پردازنده ها در زمان کار کردن گرمای زیادی تولید می کنند و اگر این گرما دفع نشود ممکن است پردازنده بسوزد. برای خنک نگه داشتن پردازنده از چند روش استفاده می کنند: 1- استفاده ازFan : قرارگیری یک پنکه کوچک بر روی پردازنده باعث حرکت هوا و هدایت گرما به بیرون می شود. معمولاً در جعبه اصلی رایانه پنکه ای برای بیرون بردن گرما وجود دارد. با این حال قرار دادن یک پنکه کوچک پردازنده را بهتر خنک می کند و کارآیی رایانه بالا می رود. بعضی از پنکه ها برای اتصال به پردازنده دارای یک گیره می باشد که باید توجه نمود در هنگام نصب نباید به مادربرد برخورد کند. 2- استفاده از گرماگیر: گرماگیر وسیله ای فلزی است که حرارت تولید شده را به وسیله یک قطعه الکتریکی جذب و به بیرون می فرستد. گرماگیر دارای پره های فلزی یا سرامیکی است. 3- استفاده از مواد پرکننده: این مواد بین پردازنده و پنکه قرار می گیرد و باعث خنک شدن پردازنده می شود. این ماده با نام چسب نیز شناخته می شود. پردازنده های تقلبی : جهت تشخیص پردازنده های تقلبی از اصل می توان از روش های زیر استفاده نمود: 1- روش چشمی: کج بودن نوشته های روی پردازنده - کم رنگ بودن نوشته ها - وجود خراش - وجود رنگ پریدگی چاپ قبلی - کوچک و بزرگ بودن حروف و عددها 2- شماره سریال: جهت دریافت شماره سریال های واقعی می توانید از برنامه ID CPUاستفاده نمایید و یا به سایت پردازنده مربوطه متصل شوید. 3- اطلاعات بایوس. 4- اطلاعات برنامه های عیب یاب. خرابی پردازنده ها یکی از علت های خوب کار نکردن رایانه می تواند خرابی پردازنده باشد که البته در اولویت قرار ندارد یعنی درصد خراب شدن آن بسیار کم می باشد. برنامه ای به نام پست خطای پردازنده را اعلام می کند که آن را با زدن بوق های پشت سر هم بیان می کند. برنامه دیگر در این رابطه Ndiags نورتن می باشد که پردازنده را تست و کنترل می کند.