تاریخچه   cpu؟

تاریخچه مختصری از ریزپردازنده ها :
ریزپردازنده، پتانسیل های اساسی برای انجام محاسبات و عملیات مورد نظر در یک کامپیوتر را فراهم می نماید. ریزپردازنده از لحاظ فیزیکی یک تراشه است. اولین ریزپردازنده در سال 1971 و با نام Intel 4004 معرفی گردید. ریزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا" قادر به انجام عملیات جمع و تفریق چهار بیتی بود. نکته مثبت پردازنده فوق، استفاده از یک تراشه بود. قبل از آن مهندسین و طراحان کامپیوتر از چندین تراشه برای تولید CPU استفاده می کردند.
اولین ریزپردازنده ای که بر روی یک کامپیوتر خانگی نصب گردید، 8080 بود. پردازنده فوق هشت بیتی و بر روی یک تراشه قرار داشت. این ریزپردازنده در سال 1974 به بازار عرضه گردید. اولین ریزپردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنیای کامپیوتر شد، 8088 بود. ریزپردازنده فوق در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و اولین نمونه آن در سال 1982 عرضه گردید.
وضعیت تولید ریزپردازنده توسط شرکت های تولید کننده بسرعت رشد کرده و مثلا ریزپردازنده های شرکت اینتل از مدل 8088 به 80286، 80386، 80486، پنتیوم، پنتیوم II، پنتیوم III و پنتیوم 4 رسیده است. ریزردازنده های پنتیوم 4 در مقایسه با ریزپردازنده 8088 عملیات مربوطه را با سرعتی به میزان 5000 بار سریعتر انجام می دهد. 

cpu   چیست؟
پردازنده یا واحد پردازنده مرکزی (CPU) اصلی ترین بخش کامپیوتر است . این قطعه وظایف مهمی از قبیل عملکرد های ریاضی ، منطقی ، مقایسه ای و محاسبه های مربوط به آدرس دهی در کامپیوتر را به عهده دارد . CPU مهم ترین تراشه بر روی برد اصلی هر کامپیوتر 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 کامپیوتر را نظارت و مقداردهی می کند . پردازنده ها هر چند دارای ابعاد فیزیکی بسیار کوچکی هستند ولی از ابتدایی ترین آنها که از 29000 ترانزیستور تا انواع پیشرفته آنها که 7/5 میلیون ترانزیستور می باشد ، ابعاد فیزیکی آنها بسیار محدود و در حد 2 تا 3 اینچ مربع می باشند .
مشخصه با اهمیت ریز پردازنده ها عبارتند از :
× . سرعت .
× . پهنای گذرگاه داده .
× . پهنای گذرگاه آدرس .
× . 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 :
× . انتقال اطلاعات
× . حساب و منطق
× . تصمیم گیری

 مهمترین خصوصیات ویژه یک ریزپردازنده:

1-3-3-2  نام شرکت سازنده .
2-3-3-2   نسل پردازنده .
3-3-3-2  مدل و نوع پردازنده .
4-3-3-2  سرعت پردازنده (MHZ ) .
5-3-3-2   ولتاژ مورد نیاز پردازنده .
در ادامه به توضیح برخی از این مشخصه ها می پردازیم :
1-3-3-2  نام شرکت سازنده پردازنده:
پردازنده ها توسط شرکت های مختلفی ساخته و ارائه شده اند.

نام 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 .
2-3-3-2 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 نشان می دهند . شرکتهای سازنده پردازنده تولیدات خود را بر اساس یک روش استاندارد نام گذاری می کنند . مثلا شرکت Intel تولیداتش را به صورت 80x86 و شرکت Motorola به صورت 68xxx 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 (80486) به بعد نامگذاری پردازنده های Intel به صورت 80x86 نمی باشد بلکه از نام پنتیوم استفاده شده است .
3-3-3-2مدل پردازنده :
هر کدام از نسل های پردازنده دارای مدلهای مختلفی می باشد که دارای مشخصات متفاوت می باشند . مثلا در مورد پردازنده و 80386 مدلهای DX , SX و برای 80486 مدلهای SX , DX , DXII , DX4 , DX5 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 .
4-3-3-2سرعت 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-K5 که در سطر دوم آن عبارت PR100 چاپ شده است ، بدین معنی است که این پردازنده دارای سرعتی معادل سرعت پردازنده های پنتیوم اینتل با سرعت 100MHZ می باشد . هر چند ممکن است سرعت واقعی این پردازنده کمتر باشد . چنانچه بعد از PR100 علامت + هم داشته باشیم یعنی سرعت این پردازنده حتی از پردازنده اینتل با سرعت 100MHZ هم بیشتر می باشد .
5-3-3-2 ولتاژ پردازنده :
پردازنده های قدیمی (قبل از کار 468DX4) با ولتاژ 5v کار می کردند . پردازنده هایی که بعد از 486DX4 به بازار ارائه شد با ولتاژ 3.3v کار می کردند . امروزه پردازنده های K6 از شرکت AMD با ولتاژهای پایین تر از 3.3v (2.2v 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 .

ساختمان داخلی یک cpu:

به منظور آشنائی با نحوه عملکرد یک ریزپردازنده، در حالت کلی، لازم است نگاهی به ساختمان داخلی یک ریزپردازنده بیندازیم و با نحوه عملکرد آن بیشتر آشنا شویم. یک ریزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل ها را اجراء می کند. این دستورالعمل نوع عملیات مورد نظر را برای ریزپردازنده مشخص خواهند کرد. با توجه به نوع دستورالعمل ها، یک ریزپردازنده سه عملیات اساسی را انجام خواهد داد :
1 - یک ریزپردازنده با استفاده از واحد محاسبات و منطق خود (ALU) قادر به انجام عملیات محاسباتی نظیر: جمع، تفریق و عملیات منطقی نظیر and و غیره ؛که بر روی بیت ها انجام می گیرد؛ است. ریزپردازنده های جدید دارای پردازنده های اختصاصی برای انجام عملیات مربوط به اعداد اعشاری نیز می باشند.
2 - یک ریزپردازنده قادر به انتقال داده از یک محل حافظه به محل دیگر است .
3 - یک ریزپردازنده قادر به اتخاذ تصمیم (تصمیم گیری) و پرش به یک محل دیگر برای اجرای دستورالعمل های مربوطه بر اساس تصمیم اتخاذ شده است .

?گذرگاه آدرس (Address Bus ) که آدرس از طرف ریزپردازنده بر روی این گذرگاه قرار می گیرد. اصطلاحات اجزاء این شکل در سایر مقالات سایت میکرورایانه آمده است. ریزپردازنده قادر به ارسال آدرس به حافظه یا مدارات جانبی جهت تعیین دستگاه ورودی- خروجی است. تعداد بیتهای آدرس (و بالطبع خطوط گذرگاه آدرس) بستگی به طراحی و نوع ریزپردازنده دارد. مثلا در            ریزپردازنده های مختلف گذرگاه فوق 8، 16، 32 بیتی و ... است.
?گذرگاه داده ها (Data Bus ) که داده ها بر روی خطوط این گذرگاه قرار گرفته و از طرف حافظه یا دستگاه ورودی - خروجی به ریزپردازنده ارسال می شود یا از ریزپردازنده به سمت آنها فرستاده می شود.

قرارداد:
قرارداد می کنیم که ریزپردازنده محور نام گذاری برای عناوین ارسال و دریافت داده ها باشد. بنابراین منظور از دریافت داده ها یعنی دریافت به ریزپردازنده و ارسال داده ها یعنی ارسال از طرف ریزپردازنده به سمت دستگاهای I/O. گذرگاه فوق می تواند 8، 16، 32 و ... بیتی باشد.

? یک خط برای صدور فرمان خواندن از طرف ریزپردازنده (RD ) و یک خط برای صدور فرمان نوشتن از طرف ریزپردازنده (WR ) است و فعال شدن هر کدام از طرف ریزپردازنده (به ترتیب) تعیین می نماید که آیا ریزپردازنده در حال ارسال داده یا دریافت داده می باشد.

? خط Clock که پالس های ساعت ورودی به ریزپردازنده را تعیین می کند و ریزپردازنده خود را با پالس های ساعت ورودی به این خط همزمان خواهد کرد.

? یک خط Reset که مقدار شمارنده برنامه را صفر نموده و یا باعث اجرای مجدد یک فرآیند می گردد.

فرض کنید پردازنده هشت بیتی بوده واز عناصر زیر تشکیل شده است:

- ثبات (Register)های A,B,C ثبات (نگاهدارنده) هائی بوده که از فلیپ فلاپ ها ساخته شده اند.

- Address Latch مشابه ثبات های A,B,C است.

- شمارنده برنامه (Program Counter ) نوع خاصی از یک نگهدارنده اطلاعات است که قابلیت افزایش به میزان یک و یا پذیرش مقدار صفر (یا هر مقدار دیگری) را داراست.

- واحد منطق و حساب (ALU ) می تواند یک مدار ساده جمع کننده هشت بیتی بوده و یا مداری است که قابلیت انجام عملیات جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را دارا باشد.

- ثبات Test یک نوع خاص نگاهدارنده بوده که قادر به نگهداری نتایج حاصل از انجام مقایسه ها توسط ALU است. ALU قادر به مقایسه دو عدد و تشخیص مساوی و یا نامساوی بودن آنها است. ثبات Test همچنین قادر به نگهداری یک بیت نقلی (Carry bit) ماحصل بیت انتقالی آخرین مرحله عملیات جمع است. ثبات فوق مقادیر مورد نظر را در فلیپ فلاپ ها ذخیره می کند که در ادامه Instruction Decoder (تشخیص دهنده دستورالعمل ها) با استفاده از مقادیر فوق قادر به اتخاذ تصمیمات لازم خواهد بود.
- همانگونه که در شکل فوق مشاهده می گردد از شش بافر سه حالته 3-State استفاده شده بافرهای فوق قادر به عبور دادن مقادیر صفر و یا یک و یا حالت سوم یعنی قطع خروجی مربوطه می باشند. وجود این نوع بافرها امکان ارتباط چندین خروجی را از طریق یک مسیر ارتباطی (سیم) فراهم می نماید. در چنین حالتی فقط یکی از خروجی ها قادر به انتقال (حرکت) صفر و یا یک بر روی خط خواهد بود.
- ریجستر Instruction و Instruction Decoder مسئولیت کنترل سایر عناصر را برعهده خواهند داشت. بدین منظور از خطوط کنترلی متفاوتی استفاده می گردد. خطوط فوق در شکل فوق نشان داده نشده اند ولی مثلا می بایست قادر به انجام عملیات زیر باشند:
- به ریجستر A اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاه دارد. (Latch )
- به ریجستر B اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاه دارد. (Latch )
- به ریجستر C اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاه دارد. (Latch )
- به " شمارنده برنامه " اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه آدرس را در خود نگاه دارد. (Latch )
- به ریجستر Address اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه آدرس را در خود نگاه دارد. (Latch )
- به ریجستر Instruction اعلام نماید که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاه دارد. (Latch )
- به " شمارنده برنامه " اعلام نماید که مقدار خود را افزایش دهد. - به " شمارنده برنامه " اعلام نماید که مقدار خود را صفر (Reset ) نماید.
- به واحد منطق و حساب نوع عملیاتی را که می بایست انجام گیرد، اعلام نماید.
- به ریجستر Test اعلام نماید که بیت های ماحصل عملیات ALU را در خود نگاه دارد.
- فعال نمودن خط RD ( خواندن )
- فعال نمودن خط WR ( نوشتن )

 تفاوت cpu AMD,intel:

 
 AMD براساس معماری اجرایی 9 مرحله ای ساخته شده است اما معماری پردازنده های          

Intel    شش مرحله ای می باشد.بدین معنا که AMDدر هر چرخه کاری 9عملیات را انجام میدهد در حالی که Intel فقط 6 عمل را می تواند انجام دهد.
  AMD از640Kb Cache برخوردار است در حالی که Intel ، از 532Kb بر خوردار است هر چقدر که میزان Cache پردازنده بیشتر باشد ، پردازنده کارایی بیشتری خواهد داشت اطلاعات بیشتری میتواند ذخیره کند ودیگر لازم نیست پردازنده برای بدست آوردن اطلاعات یا دستور ها مدت زمان بیشتری را رفت و برگشت به حافظه برد اصلی برای جذب اطلاعات یا دستور العمل ها صرف کند.
 AMD از مس برای اتصال ترانزیستور های بکار رفته در پردازنده ها استفاده میکند در صورتی که در ساختمان پردازنده های Intel آلومینیوم بکار رفته است.مس هادی الکترسیته بهتری است ، ازاین رو پهنای اتصالهای بین ترانزیستورها را به میزان چشمگیری کاهش می یابد .که این امر باعث مصرف کمتر مواد اولیه و در نتیجه منجر به کاهش هزینه می شود این دلیل ارزان تر بودن AMD نسبت به P4 است.
 از دیگر تفاوت های میان AMD وIntel میتوان به راندمان Cache بروی چیپ اشاره کرد ، AMD از معماری انحصاری استفاده میکند که راندمان بیشتری نسبت بیشتری نسبت به طراحی معماری غیر انحصاری Intel دارد.
 از تکنولوژی پردازش موازی در مقایسه با Hyper -Threading اینتل استفاده میکند ، در بسیاری از      کاربردهای امروزی فعال بودن Hyper -Threading کارائی پائین تری ارائه میدهد ، نتایج تحقیقات بیشمار منتشر شده در نشریات رایانه ای و پایگاهای اطلاعاتی معتبر بیانگوی این پدیده هستند.
 یکی دیگر از مهمترین نکات برتر پردازنده های AMD واحد ممیز شناور آن است که از FPU اینتل بسیار قویتر میباشد که این امر باعث اجرای سریع تر برنامه های چند  منظوره( MultiMedia) میشود.
  زمانی که اینتل P4 را طراحی کرد طول PIPELINE را از 10 مرحله در P3 به 20 مرحله افزایش داد Intel همین تغیر توانست که تعداد عملیاتی که در چرخه عملیاتی انجام می شود بصورت قابل ملاحظه ای کاسته میشود و از طرف دیگر افزایش طول PIPELINE نیازمند افزایش تعداد ترانزیستور ها برای انجام همان تعداد عملیات میباشد که این امر باعث افزایش اندازه هسته و بالا رفتن قیمت تولید میشود . در حالی که AMD با وجود افزایش فرکانس پردازنده های خود طول pipeline را به همان اندازه p3 یا k6 ثابت نگهدارد .

نویسنده دانیال کیانی

منبع : http://www.aiapir.com

 نوشته شده توسط حسین سلیمانی در دوشنبه 90/4/13 و ساعت 1:8 عصر | نظرات دیگران()