نشریه‌ی الکترونیکی رایانا

گروه کامپیوتر دبیرستان علامه حلی یک تهران (دوره اول)

نشریه‌ی الکترونیکی رایانا

گروه کامپیوتر دبیرستان علامه حلی یک تهران (دوره اول)

نشریه‌ی الکترونیکی رایانا

این وبلاگ تحت مدیریت گروه و انجمن علمی کامپیوتر دبیرستان علامه حلی یک (دوره اول) است.

آخرین نظرات
  • ۱۳ مهر ۹۹، ۱۹:۱۲ - mmvg02 mm
    The Last
  • ۶ مهر ۹۹، ۱۰:۴۶ - فائزه
    ممنون

مغز کامپیوتر، زیر ذره بین

يكشنبه, ۲۷ مرداد ۱۳۹۸، ۰۱:۲۴ ق.ظ

سلام

در این بخش، قراره در ارتباط با سی پی یو (CPU) و اجزای اون بصورت خلاصه وار اما مفید و قابل فهم بخونید smiley

CPU چیست؟

CPU، به عنوان مغز کامپیوتر ها شناخته می شود و وظیفه تعامل برقرار کردن با دیگر بخش های سخت افزاری کامپیوتر، پردازش داده ها و اجرای برنامه ها را بر عهده دارد؛

دقیقا همانند مغز یک انسان که بین عملکرد چشم، دست و پا و ... ارتباط برقرار می کند، تصویر مشاهده شده چشم و نور ها و رنگ ها را پردازش می کند و در نهایت به ما کمک می کند تا بپریم و مثلا توپی را که به سمتمان پرتاب شده را بگیریم.

ساخت CPU های معتبر و رایج توسط دو شرکت مشهور AMD و INTEL انجام می شود.

عملکرد CPU سخت با RAM در ارتباط است، بگونه ای که اطلاعات مورد نیاز (داده ها و دستورالعمل ها) را از داخل RAM گرفته(مرحله اول) و به زبانی قابل پردازش تبدیل می کند که برای آن قابل فهم باشد (مرحله دوم) و در نهایت بر روی اطلاعات حاصل تجزیه و تحلیل انجام می دهد که شامل عملیات های ریاضی (arithmetic) و منطقی (logic) می شود. پردازش ها عمدتا توسط قسمتی از CPU به نام ALU صورت می پذیرند و البته نکته مهمی است که ALU بعد از اتمام کارش نتیجه را باز در رم ذخیره می کند تا بعد مورد استفاده قرار بگیرد.(مرحله سوم)

نام مراحل سه گانه در زبان انگلیسی: fetch,decoding,execute 

خوب، حالا که عملکرد کلی CPU کمی روشن شده است، بیایید تا سری به حافظه مغز کامپیوتر بزنیم.

CACHE، نسبت به RAM در اولویت است

شاید در ابتدا تصورتان بر این باشد که پردازنده (CPU) تمام داده هایی که باید بررسی شوند را از .../RAM/ HARD بدست می آورد، ولی این در حالی است که قبل از همه این ها CPU به حافظه ای مراجعه می کند که متعلق به خودش است: CACHE که کَش خوانده می شود. این حافظه سرعتی بالاتر از رم دارد و اگر داده مورد نظر پردازنده در آن موجود نبود حالا نوبت به رم و ... می رسد.

*** کمی بیشتر بدانیم: کش ساختاری سه لایه ای دارد که به ترتیب به آنها L2 , L1 و L3 گفته می شود که L1 سرعت بیشتر و حافظه کمتر نسبت به L2، و به همین ترتیب لایه دوم سرعتی بیشتر و در عین حال حجم حافظه کمتر نسبت به سومی دارد. پس بیشترین سرعت متعلق به اولین لایه و بیشترین حافظه به سومی تعلق دارد.

این حافظه معمولا چندین مگابایت فضای ذخیره سازی اطلاعات دارد و یکی از دلایل افزایش قیمت CPU ها ، بیشتر بودن حافظه ی کش می باشد 

اما چرا CACHE ؟

فرض کنید شما دارید چایی میخورید و قند می خواهید. از طرفی می خواهید قند های ریز را مصرف کرده و هر چه سریع تر قند بیشتر در اختیارتان قرار دهند. 

حالت اول: قند ها در کیسه ای در آشپزخانه هستند و شما باید به ازای هر یک، به از مبل بلند شده، به آشپزخانه بروید و دنبال قند ریز در بین شلوغی بگردید.

حالت دوم: قند های مناسب در قنددان بغل دست شما قرار گرفته اند

نگاهی بر اجزای دیگر پردازنده

واحد کنترل (control unit; CU)

کلیه عملیات مثل ارسال داده ها، دریافت داده ها از حافظه، و ارسال نتایج پردازش از حافظه به خروجی-مثل مانیتور- طبق دستور العمل های برنامه و ...، همه و همه واحد کنترل هدایت می شوند. در اینجا به چند وظیفه اش اشاره شده است

آوردن دستورالعمل از حافظه و تجزیه و تحلیل نمودن آن از نظر نوع دستور و طول آن

مشخص کردن آدرس دستور العمل و داده های بعدی که باید بررسی هایی رویشان صورت بپذیرد

تعیین مسیر داده ها از حافظه تا واحد های سی پی یو مثل واحد محاسبه و منطق 

برقراری ارتباط بین اجزا (مثل ورودی ها و خروجی ها که باید با واحد مرکزی/ همان CPU هماهنگ باشند) و نظارت بر کلیه عملیات

*** برای انجام این عملیات، در واحد کنترل نیز حافظه های موقتی وجود دارد که آنها را ثِبات یا register می نامند.

واحد محاسبه و منطق (ALU)

پس از دریافت دستور ها از واحد کنترل، عملیات ریاضی و منطقی در واحد محاسبه و منطق انجام می شود. این واحد ورودی های خود را از حافظه دریافت کرده و پس از انجام محاسبات لازم نتیجه را دوباره به همان واحد بر می گرداند. خوب، لیستی از وظایفی که بر دوش دارد، نوشته شده است:

تفسیر علائم جبری

اجرای عملیات مربوط به محاسبات

انجام عمل مقایسه

تغییر مکان اعداد

تصمیم گیری در مورد تغییر ترتیب اجرای دستورالعمل ها

*** برای انجام این عملیات، در واحد محاسبه و منطق نیز دوباره حافظه های موقتی وجود دارد که آنها را ثبات یا register می نامند.

اما چرا ثبات ؟

بدیهی است که پردازنده، نتیجه کوچکترین عملیات ها، یا آدرس های داده ها و این اطلاعات را باید جایی ذخیره کند تا سریعا پس از چندی از آنها استفاده کند و کار را پیش ببرد و یک دستورالعمل کلی تر را به سرانجام برساند. مثلا فرض کنید شما پردازنده هستید، و باید  مثلا آشپزی کنید، برای فرزندتان کتاب بخوانید و ...

خوب برای آشپزی کردن، به پیاز، نخود فرنگی، و گوجه و بال مرغ و ... نیاز دارید. از طرفی باید پیاز را خورد کنید و به چاقو نیاز دارید. کاری که باید با چاقو انجام دهید، چنین الگوریتمی دارد که آن را بر روی بخشی مشخص از پیاز قرار دهید و سپس فشار داده و پیاز را به دو قسمت تبدیل کنید سپس بخشی دیگر را در همین نزدیکی خورد کنید و ... عمده آدرس ها و عملیات ها و ... می بایستی در جایی ذخیره شوند. قرار نیست هر لحظه از کَش یا حتی مثلا رم درخواست ذخیره این ریز اطلاعات را داشته باشیم. این کار را به رجیستر ها یا همان ثبات هایی می سپاریم که بغل دستمان هستند.

 

با ما همراه باشید تا هفته بعد، درباره تاریخچه پردازنده ها تعداد هسته پردازنده برایتان بگوییم. بدرود!

 

 

 

 

 

 

  • ۹۸/۰۵/۲۷
  • علی قاسملوی

نظرات (۱)

سلام .خیلی عالی و روشن توضیح میدهید.اما چطور اینهمه عملیات در یک تراشه کوچک صورت میگیره. داخل اون چیه؟

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی