در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر دارای ۴۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر۲ ارائه میگردد

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر :

در زمینه اجزاء سخت افزار کامپیوتر

– توانایی درک ساختمان CPU

۱-۱- 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.

۱- 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.

۲- 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.

۳- 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.

۴- 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

۲-۱- آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده

CPU از مجموع قطعات الکترونیکی مخصوصات تراتریستورهای مختلف تشکیل یافته است. مثلا اولین بار شرکت AMD با قرار دادن ۵۰۰۰۰۰ تراتریستور پردازنده های K6 را با به بازار عرضه نمود. یا شرکت Intel پردازنده SL 80368 را در آن ۸۵۵۰۰۰ تراتریستور بکار رفته و دارای ۳۲ بیت خط حامل داخلی و ۱۶ بیت خط حامل خارجی بود به بازار عرضه نمود. همچنین شرکت اینتل پروسسورهای ۸۰۵۸۶ را که بیش از یک میلیون تراتریستور تشکیل شده بود به بازار عرصه نموده است.

۳-۱- 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 ۱۰۰ 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 ۱۳۳ نیز بیشتر است.

۴-۱- آشنایی با سرعت ساعت داخلی

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.

۱-۴-۱- 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 ۵ ولت نوسان کند، داشت یعنی نوسان ساز را در مخارج از مدار با آی سی های (TTL) مانند ۷۴۰۴ 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 ۱۰۰ 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 (۸۰۵۶۸) و سرعت آن ۱۰۰ مگاهرتز است یا P5-200/MMX یعنی پردازنده پنتیوم یا سرعت ۲۰۰ مگاهرتز یا تکنولوژی MMX می‎باشد.

۵-۱- 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.

۶-۱- 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 ۲ ولتاژ مختلف یکی ۲.۵ ولت برای هسته ودیگری ۳.۳ 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 ۳.۳ 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.

۷-۱- آشنایی با خاصیت MMX در پردازنده ها

MMX تکنولوژی است که در ژانویه ۱۹۹۷ 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 ۵۷ دستور العمل است. یعنی ۴ نوع داده (data type) جدید و ۸ رجیستر ۶۴ 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.

-۶-۲- 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.

۳-۶-۲- 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.

۴-۶-۲- 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 ۴۸۶ با یک کمک پردازنده درونی یا همان FPU و به ۸ 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 ۴۸۶ 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.

۵-۶-۲- گذرگاه داده های ۶۴ بیتی در PENTIUM

پردازنده های ۴۸۶ با باس ۳۲ بیتی با دنیای خارج ارتباط برقرار می کرد و بنابراین پروسسور ۳۲ بیتی نامیده می‎شوند. یعنی درهر سیکل ساعت ۳۲ 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 ۶۴ بیت بوده و سرعت انتقال ۲ برابر می‎باشد.

۷-۲- 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 ۱۹۹۵ بوجود آمدند و تا قبل از سال ۱۹۹۷ 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 ۳۲ 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:

۲-۳- 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 ۸ 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 ۱ و یا ۲ 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 ۸۰۸۸ یا ۸۰۸۶ استفاده می‎کنند یک گذرگاه آدرس ۲۰ بیتی دارند، به این معنا که گذرگاه شامل ۲۰ 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 ۲^۱۰ یا ۱.۰۴۸.۵۷۶ آدرس مختلف را مشخص کند. این مقدار که به عنوان ۱ مگابایت شناخته می‎شود کل ظرفیت آدرس دهی حافظه پردازنده های ۸۰۸۸ و ۸۰۸۶ می‎باشد. پردازنده های ۸۰۲۸۶ و SX 80386 دارای ۶۴ خط آدرس می باشند بنابراین سیستمهایی که از تراشه های فوق استفاده کنند یک گذرگاه آدرس ۲۴ خطی داشته و می‎توانند ۲^۲۴ بایت یا ۱۶ مگابایت حافظه را آدرس دهی نمایند. سیستمهایی که از پردازنده های ۸۰۳۸۶ DX و ۸۰۴۸۶ و بالاتر استفاده می کنند دارای یک گذرگاه آدرس ۳۲ بیتی بوده و می‎توانند تا ۴ 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 ۸۰۸۸ 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 ۸۰۲۸۶ از گذرگاه داده ۱۶ بیتی استفاده می‎کند که می‎تواند در هر بار دو بایت داده را منتقل کند. پردازنده های ۸۰۳۸۶ یا ۸۰۴۸۶ قابلیت انتقال داده تا ۳۲ 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.