انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه 

پایان نامه‏ کامپیوتر

انجام پایان نامه‏ ارشد کامپیوتر

مقدمه
سي پي يو يا به عبارتي واحد پردازشگر مركزي در حكم مغز و اداره كننده ي كامپيوتر است و مسئوليت انجام محاسبات رياضي داخلي كامپيوتر و فرمان دادن به ديگر اجزا را به عهده دارد. تمام کامپيوترها اعم از کامپيوترهای شخصی ، کامپيوترهای دستی و ... دارای ريزپردازنده می باشند. نوع  ريزپردازنده استفاده شده در يک کامپيوتر می تواند متفاوت باشد ولی تمام آنها عمليات يکسانی را انجام خواهند داد.
سي پي يو محاسبات داخلي كامپيوتر را به وسيله ي دو عدد 0 و 1 ( صفر و يك ) انجام ميدهد. كليه ي قطعات داخل كامپيوتر براي انجام كارها و محاسبات خود نيازمند اين قطعه ي كوچك هستند كه اين ارتباط را از طريق خطوطي با نامIRQ  ( در خواست وقفه ) برقرار ميكنند. ساختمان داخلي سي پي يوها نيز متشكل از ترانزيستور هاي بسيار ريز است كه به تعداد بسيار زياد و دقت بسيار بيشتر در كنار هم قرار داده شده اند. براي مثال يك سي پي يو متعلق به كمپاني اينتل با سرعت 3.4 گيگا هرتز متشكل از 125 ميليون ترانزيستور كنار هم قرار داده شده است كه سايز هر كدام از انها 90 نانو متر معادل 0.09 ميكرون است! رقمهايي اعجاب انگير كه حاكي از پيچيده و اسيب پذير بودن ساختار اين قطعه دارند.








مراحل ساخت پردازنده
1: ماده اوليه
امروزه همه مي دانند كه ماده اوليه پردازنده ها همچون ديگر مدارات مجتمع الكترونيكي، سيليكون است.در واقع سيليكون همان ماده سازنده شيشه است كه از شن استخراج مي شود. البته عناصر بسيار ديگري هد در اين فرايند به كار برده مي شوند و ليكن از نظر درصد وزني، سهم مجموع اين عناصر نسبت به سيليكون به كار رفته در محصول نهايي بسيار جزئي است.
آلمينيوم يكي از موارد ديگري است كه در فرايند توليد پردازنده هاي مدرن، مس به تدريج جايگزين آلمينيوم مي شود. علاوه بر آنكه فلز مس داراي ضريب هدايت الكتريكي بيشتري نسبت به آلمينيوم است،دليل مهم تري هم براي استفاده از مس در طراحي پردازنده هاي مدرن امروزي وجود دارد. يكي از بزرگ ترين مسائلي كه در طراحي پردازنده ها ي امروزي مطرح است، موضوع نياز به ساختارهاي فيزيكي ظريف تر است. به ياد داريد كه اندازه ها در پردازنده هاي امروزي در حد چند ده نانو متر هستند. پس از آنجايي كه با استفاده از فلز مس، مي توان اتصالات ظريف تري ايجاد كرد، اين فلز جايگزين آلومينوم شده است.
2: آماده سازي
فرايندهاي توليد قطعات الكترونيكي از يك جهت با بسياري از فرايندهاي توليد ديگر متفاوت است. در فرايندهاي توليد قطعات الكترونيك، درجه خلوص مواد اوليه مورد نياز در حد بسيار بالايي اهميت بسيار زيادي دارند.
اهميت اين موضوع در حدي است كه از اصطلاح electronic grade براي اشاره به درجه خلوص بسيار بالايي مواد استفاده مي شود.
به همين دليل مرحله مهمي به نام آماده سازي در تمامي فرايندهاي توليد قطعات الكترونيك وجود دارد. در اين مرحله درجه خلوص موارد اوليه به روش هاي گوناگون و در مراحل متعدد افزايش داده مي شود تا در نهايت به مقدار خلوص مورد نظر برسد. درجه خلوص مواد اوليه مورد نياز در اين صنعت به اندازه اي بالاست كه توسط واحدهايي مانند ppm به معني چند اتم نا خالصي در يك ميليون اتم ماده اوليه،بيان مي شوند.
آخرين مرحله خالص سازي ماده سيليكون،به اين صورت انجام مي شود كه يك بلور خالص سيليكون درون ظرف سيليكون مذاب خالص شده قرار داده مي شود، تا بلور باز هم خالص تري در اين ظرف رشد كند ( همان طور كه بلورهاي نبات در درون محلول اشباع شده به دور يك ريسمان نازك رشد مي كنند ) . در واقع به اين ترتيب، ماده سيليكون مورد نياز به صورت يك شمش تك كريستالي تهيه مي شود ( يعني تمام يك شمش بيست سانتي متري سيليكون، يك بلور پيوسته و بدون نقض بايد باشد!). اين روش در صنعت توليد چيپ به روش cz معروف است. تهيه چنين شمش تك بلوري سيليكون آن قدر اهميت دارد كه يكي از تحقيقات اخير اينتل و ديگر شركت هاي توليد كننده پردازنده، معطوف توليد شمش هاي سي سانتي متري سيليكون تك بلوري بوده است. در حالي كه خط توليد شمش هاي بيست سانتي متري سيليكون هزينه اي معادل 5/1 ميليارد دلار در بر دارد، شركت هاي توليد كننده پردازنده ، براي بدست آوردن خط توليد شمش هاي تك بلوري سيليكون سي سانتي متري، 5/3 ميليارد دلار هزينه مي كنند. موضوع جالب توجه در اين مورد ان است كه تغيير اندازه شمش هاي تك بلوري ، تاكنون سريع تر از يك بار در هر ده سال نبوده است. پس از آنكه يك بلور سيليكوني غول آسا به شكل يك استوانه تهيه گشت، گام بعدي ورقه ورقه بريدن اين بلور است. هر ورقه نازك از اين سيليكون، يك ويفر ناميده مي شود كه اساس ساختار پردازنده ها را تشكيل مي دهد. در واقع تمام مدارات يا ترانزيستورهاي لازم،بر روي اين ويفر توليد مي شوند. هر چه اين ورقه ها نازك تر باشند،عمل برش بدون آسيب ديدن ويفر مشل تر خواهد شد. از طرف ديگر اين موضوع به معني افزايش تعداد چيپ هايي است كه ميتوان با يك شمش سيليكوني تهيه كرد. در هر صورت پس از آنكه ويفرهاي سيليكوني بريده شدند.نوبت به صيقل كاري آنها مي رسد. ويفرها آنقدر صيقل داده مي شوند كه سطوح آنها آيينه اي شود. كوچكترين نقص در اين ويفرها موجب عدم كاركرد محصول نهايي خواهد بود. به همين دليل،يكي ديگر از مراحل بسيار دقيق بازرسي محصول در اين مرحله صورت مي گيرد. در اين گام،علاوه بر نقص هاي بلوري كه ممكن است در فرايند توليد شمش سيليكون ايجاد شده باشند، نقص هاي حاصل از فرايند برش كريستال نيز به دقت مورد كنكاش قرار مي گيرند.

3: ساخت ترانزيستورها بر روي ويفر سيليكوني
براي اين كار لازم است كه مقدار بسيار دقيق و مشخصي از ماده ديگري به درون بلور سيليكون تزريق شود. بدين معني كه بين هر مجموعه اتم سيليكون در ساختار بلوري دقيقا” يك اتم از ماده ديگر قرار گيرد. در واقع در اين مرحله نخستين گام فرايند توليد ماده نيمه هادي محسوب مي شود كه اساس ساختمان قطعات الكترونيك مانند ترانزيستور را تشكيل مي دهد. ترانزيستورهايي كه در پردازنده هاي امروزي به كار گرفته مي شوند،توسط تكنولوژي CMOS توليد مي شوند.CMOS مخخف عبارتComplementary Metal Oxide Semiconductor است . در اينجا منظور از واژه Complementary آن است كه در اين تكنولوژي از تعامل نيمه هادي هاي نوع n و p استفاده مي شود.
در اين مرحله، بر اثر تزريق مواد گوناگون و همچنين ايجاد پوشش هاي فلزي فوق نازك ( در حد ضخامت چند اتم ) در مراحل متعدد، يك ساختار چند لايه اي و ساندويچي بر روي ويفر سيليكوني اوليه شكل مي گيرد. در طول اين فرايند ، ويفر ساندويچي سيليكوني در كوره اي قرار داده مي شود تا تحت شرايط كنترل شده و بسيار دقيق ( حتي در اتمسفر مشخص) پخته مي شود و لايه اي از sio2 بر روي ويفر ساندويچي تشكيل شود. در جديد ترين فناوري اينتل به تكنولوژي 90 نانو متري معروف است، ضخامت لايه sio2 فقط 5 اتم است! اين لايه در مراحل بعدي دروازه يا Gate هر ترانزيستور واقع در چيپ پردازنده خواهد بود كه جريان الكتريكي عبوري را در كنترل خود دارد ترانزيستورهاي تشكيل دهنده تكنولوژي CMOS از نوع ترازيستورهاي اثر ميداني field Efect Transistor:FET ناميده مي شوند. جريان الكتريكي از اتصالي بنام Source به اتصال ديگري به نام Drain جريان مي يابد. وظيفه اتصال سوم به نام Gate در اين ترانزيستور، كنترل و مديريت بر مقدار و چگونگي عبور جريان الكتريكي از يك اتصال به اتصال ديگر است.
آخرين مرحله آماده سازي ويفر، قرار دادن پوشش ظريف ديگري بر روي ساندويچ سيليكوني است كه photo-resist نام دارد. ويژگي اين لايه آخر همان طور كه از نام آن مشخص مي شود، مقاومت در برابر نور است. در واقع اين لايه از مواد شيميايي ويژه اي ساخته شده است كه اگر در معرض تابش نور قرار گرفته شود، مي توان آن را در محلول ويژه اي حل كرده و شست و در غير اين صورت ( يعني اگر نور به اين پوشش تابانده نشده باشد)، اين پوشش در حلال حل نخواهد شد. فلسفه استفاده از چنين ماده اي را در بخش بعدي مطالعه خواهيد كرد.
4: ماسك كردن
اين مرحله از توليد پردازنده ها، به نوعي از مراحل قبلي كار نيز مهم تر است. در اين مرحله عمل فتوليتو گرافي ( photolithography ) بر وروي ويفر ساندويچي انجام مي شود. در واقع آنچه در اين مرحله انجام مي شود آن است كه بر روي ويفر سيليكوني، نقشه و الگوي استنسل مشخصي با استفاده از فرايند فتو ليتو گرافي چاپ مي شود، تا بتوان در مرحله بعدي با حل كردن و شستن ناحيه هاي نور ديده به ساختار مورد نظر رسيد ( از آنجايي كه قرار است نقشه پيچيده اي بر روي مساحت كوچكي چاپ شود، از روش فتو ليتو گرافي كمك گرفته مي شود. در اين روش نقشه مورد نظر در مقياس هاي بزرگتر – يعني در اندازه هايي كه بتوان در عمل آنرا توليد كرد، مثلا” در مربعي به مساحت يك متر مربع – تهيه مي شود.سپس با تاباندن نور به الگو و استفاده از روش هاي اپتيكي، تصوير الگو را بر روي ناحيه بسيار كوچك ويفر مي تاباند. مثلا” الگويي كه در مساحت يك متر مربع تهيه شده بود به تصوير كوچكي در اندازه هاي چند ميليمتر مربع تبديل مي شود!) در اين موارد چند نكته جالب توجه وجود دارد. نخست آنكه الگوها و نقشه هايي كه بايد بر وري ويفر چاپ شوند. آنقدر پيچيده هستند كه براي توصيف آنها به 10 گيگابايت داده نياز است. در واقع مي توان اين موضوع را به حالتي تشبيه كرد كه در آن قرار است نقشه اي مانند يك شهر بزرگ با تمام جزئيات شهري و ساختماني آن بر روي ويفر سيليكوني به مساحت چند ميلي متر مربع چاپ شود. نكته ديگر آنكه در ساختمان چيپ هاي پردازنده بيش از بيست لايه مختلف وجود دارد كه براي هر يك از آنها لازم است چنين نقشه هايي ليتو گرافي شود. موضوع ديگر آن است كه همانطور كه از دروس دبيرستاني ممكن است به ياد داشته باشيد. نور در لبه هاي اجسام دچار انحراف از مسير راست مي شود.(پديده اي كه به پراش يا Diffraction معروف است). هر چه لبه هاي اجسامي كه در مسير تابش واقع شده اند،كوچكتر يا ظريف تر باشند،پديده پراش شديدتر خواهد بود . در واقع يكي از بزرگ ترين موانع توليد پردازنده هايي كه در آنها از ساختارهاي ظريف تري استفاده شده باشد، همين موضوع پراكندگي يا تفريق نور است كه باعث مات شدن تصويري مي شود كه قرار است بر روي ويفر چاپ شود . براي مقابله با اين مسئله، يكي از موثرترين روش ها، آن است كه از نوري در عمل فتوليتو گرافي استفاده كنيم كه دارا ي طول موج كوچكتري است( بر اساس اصول اپتيك،هر چه طول موج نور تابنده شده كوچك تر باشد، شدت پديده پراكندگي نور در لبه هاي اجسام كمتر خواهد بود.) براي همين منظور در توليد پردازنده ها، از نور uv ( ماوراي بنفش ) استفاده مي شود. در واقع براي آنكه بتوان تصوير شفاف و ظريفي در اندازه ها و مقياس آنچناني بر روي ويفرها توليد كرد، تنها طول موج ماوراي بنفش جوابگو خواهد بود. پس از آنكه نقشه مورد نظر بر روي ويفر چاپ شود،ويفر در درون محلول شيميايي ويژه اي قرار داده مي شود تا جاهايي كه در معرض تابش واقع شده اند، در آن حل شوند. بدين ترتيب شهر مينياتوري را بروي ويفر سيليكوني تجسم كنيد كه در اين شهر خانه ها داراي سقفي از جنس sio2 هستند ( مكان هايي كه نور نديده اند و در نتيجه لايه مقاوم در برابر حلال مانع از حل شدن (sio2 بوده است).خيابان هاي اين شهر فرضي نواحي كه مورد تابش نور واقع شده اند و لايه مقاوم آن و همچنين لايه sio2 در حلال حل شده اند ) از جنس سيليكون هستند.

5: تكرار
پس از اين مرحله، لايه photo-resist باقي مانده از روي ويفر بر داشته مي شود. در اين مرحله ويفري در اختيار خواهيم داشت كه در آن ديواره اي از جنس sio2 در زميني از جنس سيليكون واقع شده اند. پس از اين گام، يكبار ديگر يك لايه sio2 به همراه پلي سيليكون (polysilicon ) بر روي ويفر ايجاد شده و بار ديگر لايه photo-resist جديدي بر روي ويفر پوشانده مي شود.
همانند مراحل قبلي، چندين بار ديگر مراحل تابش نور و در حلال قرار دادن ويفر انجام مي شوند. بدين ترتيب پس از دست يافتن به ساختار مناسب،ويفر در معرض بمباران يوني مواد مختلف واقع مي شود تا نيمه هادي نوع n و p بر روي نواحي سيليكوني باقي مانده تشكيل شوند. به اين وسيله،مواد مشخصي در مقادير بسيار كم و دقيق به درون بلور سيليكون نفوذ داده مي شوند تا خواص نيمه هادي نوع n و p به دست آيند. تا اينجاي كار، يك لايه كامل از نقشه الكترونيكي ترانزيستوري دو بعدي بر روي ويفر سيليكوني تشكيل شده است. با تكرار مراحل فوق، عملا” ساختار لايه اي سه بعدي از مدارات الكترونيكي درون پردازنده تشكيل مي شود. در بين هر چند لايه، از لايه اي فلزي استفاده مي شود كه با حك كردن الگوها ي مشخصي بر روي آنها به همان روش هاي قبلي، لايه هاي سيم بندي بين المان ها ساخته شوند. پردازنده هاي امروزي اينتل، مثلا” پردازنده پنتيوم چهار ، از هفت لايه فلزي در ساختار خود بهره مي گيرد. پردازنده AMD Athlon 64 از 9 لايه فلزي استفاده مي كند.

6: غربال كردن
توليد ساندويچ هاي پيچيده تشكيل شده از لايه هاي متعدد سيليكون، فلز و مواد ديگر،فرايندي است كه ممكن است روزها و حتي هفته ها به طول انجامد. در تمامي اين مراحل ، آزمايش هاي بسيار دقيقي بر روي ويفر سيليكوني انجام مي شود تا مشخص شود كه آيا در هر مرحله عمليات مربوطه به درستي انجام شده اند يا خير. علاوه بر آن در اين آزمايش ها كيفيت ساختار بلوري و بي نقصي ماندن ويفر نيز مرتبا” آزمايش مي شود. پس از اين مراحل چيپ هايي كه نقص داشته باشند، از ويفر بريده مي شوند و براي انجام مراحل بسته بندي و نصب پايه ها ي پردازنده ها به بخش ها ي ويژه ا ي هدايت مي شوند. اين مراحل واپسين هم داراي پيچيدگي ها ي فني خاصي است. به عنوان مثال پردازنده هاي امروزي به علت سرعت بسيار بالايي كه دارند در حين كار گرم مي شود. با توجه به مساحت كوچك ويفر پردازنده ها و ساختمان ظريف آنها، در صورتي كه تدابير ويژه اي براي دفع حرارتي چيپ ها انديشيده نشود، گرماي حاصل به چيپ ها آسيب خواهد رساند. بدين معني كه تمركز حرارتي چيپ به حدي است كه قبل از جريان يافتن شار حرارتي به رادياتور خارجي پردازنده، چيپ دچار آسيب خواهد شد. براي حل اين مشكل، پردازنده هاي امروزي در درون خود داراي لايه هاي توزيع دما هستند تا اولا” تمركز حرارتي در بخش هاي كوچك چيپ ايجاد نشود و ثانيا” سرعت انتقال حرارت به سطح چيپ و سپس خنك كننده خارجي، افزايش يابد.
اما چيپ هاي آزمايش شده باز هم براي تعيين كيفيت و كارايي چندين بار آزمايش مي شوند. واقعيت آن است كه كيفيت پردازنده ها ي توليد شده حتي در پايان يك خط توليد و د ر يك زمان ، ثابت نيست و پردازنده ها در اين مرحله درجه بندي مي شوند! ( مثل ميوه هايي كه در چند درجه از نظر كيفيت طبقه بندي مي شوند.) برخي از پردازنده ها در پايان خط توليد واجد خصوصياتي مي شوند كه مي توانند مثلا” تحت ولتاژ يا فركانس بالاتري كار كنند. اين موضوع يكي از دلايل اصلي تفاوت قيمت پردازنده ها است.
گروه ديگري از پردازنده ها ، دچار نقص در بخش هايي مي شوند كه همچنان آنها را قابل استفاده نگاه مي دارد. به عنوان مثال ، ممكن است برخي از پردازنده ها در ناحيه حافظه نهان ( cache ) دچار نقص باشند. در اين مورد، مي توان به روش هايي بخش هاي آسيب ديده را از مدار داخلي پردازنده خارج ساخت. بدين ترتيب پردازنده هايي به دست مي ايند كه مقدار حافظه نهان كمتري دارند.
بدين ترتيب پردازنده هايي مانند celeron در اينتل و sempron در شركت AMD ، در خط توليد پردازنده هاي Full cache اين شركت ها نيز توليد مي شوند!

شركت هاي توليد كننده پردازنده
با توجه به اين كه پردازنده ها دستورهاي خاصي را مي پذيرند و برنامه هاي خاصي را اجرا مي كنند، طبيعتاً پردازنده هاي گوناگوني وجود دارند. اين پردازنده ها توسط شركت هاي مختلفي توليد مي شوند. بعضي از آن ها مشابه و سازگارند و برخي ديگر ناسازگار. معروف ترين اين شركت ها عبارتنداز: Intel- IBM- AMD- Cyrix- Motorola- IDT- IIT- NEC- Nexgen- Rise- Metaflow- Chips & Technology معمولاً بر روي هر CPU نام شركت توليد كننده نوشته مي شود، ممكن است شماره آن نيز همراه با حرف اول و يا دو حرف اول توليد كننده نوشته شود.

تاريخچه ريزپردازنده ها
اولين ريزپردازنده در سال 1971 و با نام Intel 4004  معرفی گرديد. ريزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا" قادر به انجام عمليات جمع و تفريق  چهار بيتی بود. نکته مثبت پردازنده فوق، استفاده از صرفا" يک تراشه بود.قبل از آن مهندسين و طراحان کامپيوتر از چندين تراشه و يا عصر برای توليد کامپيوتر استفاده می کردند
اولين ريزپردازنده ای که بر روی يک کامپيوتر خانگی نصب  گرديد ، 8080 بود. پردازنده فوق هشت بيتی و بر روی يک تراشه قرار داشت . اين ريزپردازنده در سال 1974 به بازار عرضه گرديد.اولين پردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنيای کامپيوتر شد ، 8088 بود. ريزپردازنده فوق در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و اولين نمونه آن در سال 1982 عرضه گرديد. وضعيت توليد ريزپردازنده توسط شرکت های توليد کننده بسرعت رشد و از مدل  8088 به 80286 ، 80386  ، 80486 ، پنتيوم ، پنتيوم II ، پنتيوم III و پنتيوم 4  رسيده است . تمام پردازنده های فوق توسط شرکت اينتل و ساير شرکت های  ذيربط طراحی و عرضه شده است . پردازنده های پنتيوم 4 در مقايسه با پردازنده 8088 عمليات مربوطه را با سرعتی به ميزان 5000 بار سريعتر انجام می دهد! جدول زير ويژگی هر يک از پردازنده های فوق بهمراه تفاوت های موجود  را نشان می دهد.


Name    Date    Transistors    Microns    Clock speed    Data width    MIPS
8080    1974    6,000    6    2 MHz    8 bits    0.64
8088    1979    29,000    3    5 MHz    16 bits
8-bit bus    0.33
80286    1982    134,000    1.5    6 MHz    16 bits    1
80386    1985    275,000    1.5    16 MHz    32 bits    5
80486    1989    1,200,000    1    25 MHz    32 bits    20
Pentium    1993    3,100,000    0.8    60 MHz    32 bits
64-bit bus    100
Pentium II    1997    7,500,000    0.35    233 MHz    32 bits
64-bit bus    ~300
Pentium III    1999    9,500,000    0.25    450 MHz    32 bits
64-bit bus    ~510
Pentium 4    2000    42,000,000    0.18    1.5 GHz    32 bits
64-bit bus    ~1,700








 توضيحات جدول :
ستون Date نشاندهنده سال عرضه پردازنده است.    
ستون Transistors تعدا ترانزيستور موجود بر روی تراشه را مشخص می کند. تعداد ترانزيستور بر روی تراشه در سال های اخير شتاب بيشتری پيدا کرده است.

ستون Micron ضخامت کوچکترين رشته  بر روی تراشه را بر حسب ميکرون مشخص می کند. ( ضخامت موی انسان 100 ميکرون است(.
    
ستون Clock Speed حداکثر سرعت Clock تراشه را مشخص می نمايد.

ستون Data Width پهنای باند واحد منطق و محاسبات (ALU) را نشان می دهد.
يک واحد منطق و حساب هشت بيتی قادر به انجام عمليات محاسباتی نظير: جمع ، تفريق ، ضرب و ... برای اعداد هشت بيتی است. در صورتيکه يک واحد منطق و حساب 32 بيتی قادر به انجام عمليات بر روی اعداد  32 بيتی  است . يک واحد منطق و حساب 8 بيتی بمنظور جمع دو عدد 32 بيتی می بايست چهار دستورالعمل را انجام داده در صورتيکه يک واحد منطق وحساب 32 بيتی عمليات فوق را صرفا" با اجرای يک دستورالعمل انجام خواهد داد.در اغلب موارد گذرگاه خارجی داده ها مشابه ALU است . وضعيت فوق در تمام موارد صادق نخواهد بود مثلا" پردازنده 8088 دارای واحد منطق وحساب 16 بيتی بوده در حاليکه گذرگاه داده ئی آن هشت بيتی است . در اغلب پردازنده های پنتيوم جديد گذرگاه داده 64 بيتی و واحد منطق وحساب 32 بيتی است . ستون MIPS  مخفف کلمات ( Millions of instruction per Second  ميليون دستورالعمل در هر ثانيه ) بوده و واحدی برای سنجش کارآئی يک پردازنده است.

پردازنده وظايف اصلي زير را براي رايانه انجام مي دهد:
۱- دريافت داده ها از دستگاه هاي ورودي
۲- انجام عمليات و محاسبات و كنترل و نظارت بر آنها
۳- ارسال نتايج عمليات با دستگاه هاي خروجي
پردازنده مانند قلب رايانه است و از طريق كابلهاي موجود با واحدهاي ديگر مرتبط مي شوند.
در واقع از نظر فني عملكرد پردازنده با دو ويژگي تعيين مي شود:
۱- طول كليد:( تعداد بيت هايي كه يك پردازنده در هر لحظه پردازش مي كند و طول اين كلمات معمولاً ۴ و ۸ و ۱۶ و ۳۲ و يا ۶۴ بيتي مي باشد).
۲- تعداد ضربان الكترونيكي كه در يك ثانيه توليد شده است و با واحد مگاهرتز سنجيده مي شود.

 درون يک پردازنده
يک ريزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل ها را  اجراء می کند. دستورالعمل های فوق ماهيت و نوع عمليات مورد نظر را برای پردازنده مشخص خواهند کرد. با توجه به نوع دستورالعمل ها ، يک ريزپردازنده سه عمليات اساسی را انجام خواهد داد :
يک ريزپردازنده با استفاده از واحد منطق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عمليات محاسباتی نظير: جمع ، تفريق، ضرب و تقسيم است. پردازنده های جديد دارای پردازنده های اختصاصی برای انجام عمليات مربوط به اعداد اعشاری می باشند.
يک ريزپردازنده قادر به انتقال داده از يک محل حافظه به محل ديگر است .
يک ريزپردازنده قادر به اتخاذ تصميم ( تصميم گيری ) و پرش به يک محل ديگر برای اجرای دستورالعمل های مربوطه بر اساس تصميم اتخاذ شده است.


 
شکل زير يک پردازنده ساده  را نشان می دهد.
 
پردازنده فوق دارای :
 ● يک گذرگاه آدرس (Address Bus)  است که قادر به ارسال يک آدرس به حافظه است. (گذرگاه فوق می تواند 8 ،16 ،32 و يا 64 بيتی باشد)
 ● يک گذرگاه داده (Data Bus) است که قادر به ارسال داده به حافظه و يا دريافت داده از حافظه است (گذرگاه فوق می تواند 8 ،16 ،32 و يا 64  بيتی باشد).
 ● يک خط برای خواندن (RD) و يک خط برای  نوشتن (WR) است که  آدرسی دهی  حافظه را انجام می دهند. آيا قصد نوشتن در يک آدرس خاص وجود داشته و يا مقصود، خواندن اطلاعات از يک آدرس خاص حافظه است؟
● يک خط Clock که ضربان پردازنده را تنظيم خواهد کرد.  
● يک خط Reset که مقدار " شمارنده برنامه " را صفر نموده و يا باعث اجرای مجدد يک فرآيند می گردد.
فرض کنيد پردازنده فوق هشت بيتی بوده واز عناصر زير تشکيل شده است:
 - ريجسترهای A,B,C  نگاهدارنده هائی بوده که از فليپ فلاپ ها ساخته شده اند.
- شمارنده برنامه (Program Counter)  نوع خاصی از يک نگهدارنده اطلاعات است  که قابليت افزايش بميزان يک و يا پذيرش مقدار صفر را دارا است
- واحد منطق و حساب (ALU) می تواند يک مدار ساده جمع کننده هشت بيتی بوده و يا مداری است که قابليت انجام عمليات جمع ، تفريق ، ضرب و تقسيم را دارا است .
- ريجستر Test يک نوع خاص نگاهدارنده بوده که قادر به نگهداری نتايج  حاصل از انجام مقايسه ها توسط ALU است. ALU قادر به مقايسه دو عدد وتشخيص مساوی و يا نامساوی بودن آنها است . ريجستر Test همچنين قادر است يک Carry bit  که ماحصل آخرين مرحله عمليات جمع  است را نگهداری کند . ريجستر فوق مقادير مورد نظر را در فليپ فلاپ ها ذخيره و در ادامه Instruction Decoder "تشخيص دهنده دستورالعمل ها " با استفاده از مقادير فوق قادر به اتخاذ تصميمات لازم خواهد بود.
- ريجستر Instruction و Instruction Decoder مسئوليت کنترل ساير عناصر را برعهده خواهند داشت . بدين منظور از خطوط کنترلی متفاوتی استفاده می گردد. خطوط فوق در شکل فوق نشان داده نشده اند ولی می بايست قادر به انجام عمليات زير باشند:
 - به ريجستر A اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
-  به ريجستر B اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
- به ريجستر C اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
-  به " شمارنده برنامه " اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
-  به ريجستر Address اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
-  به ريجستر Instruction اعلام نمايد که مقدار موجود بر روی گذرگاه داده را در خود نگاهدارد.
- به " شمارنده برنامه " اعلام نمايد که مقدار خود را افزايش دهد.
- به " شمارنده برنامه " اعلام نمايد که مقدار خود را صفر (Reset) نمايد.
-  به واحد منطق و حساب نوع عملياتی را که می بايست انجام گيرد، اعلام نمايد.
- به ريجستر Test اعلام نمايد که بيت های ماحصل عمليات ALU را در خود نگاهدارد.
) RD _  خواندن (
) WR _ نوشتن (

ريجستر و Cache
با توجه به سرعت بسيار بالای پردازنده حتی در صورت استفاده از Bus عريض وسريع همچنان مدت زمانی طول خواهد کشيد تا داده ها از حافظه RAM برای پردازنده ارسال گردند. Cache با اين هدف  طراحی شده است که داده های مورد نياز پردازنده را که احتمال استفاده از آنان  بيشتر است ، در دسترس تر  قرار دهد . عمليات فوق از طريق بکارگيری مقدار اندکی از حافظه   Cache  که Primary و يا Level 1 ناميده می شود صورت می پذيرد. ظرفيت حافظه های فوق بسيار اندک بوده و از دو کيلو بايت تا شصت و چهار کيلو بايت را، شامل می گردد.  نوع دوم Cache  که Secodray و يا level 2 ناميده می شود بر روی يک کارت حافظه و در مجاورت پردازنده قرار می گيرد. اين نوع Cache دارای يک ارتباط مستقيم با پردازنده است. يک مدار کنترل کننده  اختصاصی بر روی برد اصلی که " کنترل کننده L2 " ناميده می شود مسئوليت عمليات مربوطه  را برعهده خواهد گرفت . با توجه به نوع پردازنده ، اندازه حافظه فوق متغير بوده و دارای  دامنه ای بين 256Kb تا 2MB است. برخی از پردازنده های با کارائی بالا اخيرا" اين نوع Cache را بعنوان جزئی جداناپذير در کنار خود دارند. ( بخشی از تراشه  پردازنده ) در اين نوع پردازنده ها با توجه به اينکه  Cache  بخشی از پردازنده محسوب می گردد، اندازه آن متغير بوده و بعنوان يکی از مهمترين شاخص ها در کارائی پردازنده مطرح است.








انجام پایان نامه

انجام پایان نامه کامپیوتر، انجام پایان نامه ارشد کامپیوتر، انجام پایان نامه، پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

 

سفارش پایان نامه

نقشه