new5

آشنایی با سخت افزار کامپیوتر

9,500تومان

توضیحات

50 صفحه

فایل word

درون كامپيوتر

در اين بخش مقدمه اي را براي سازمان و كار دروني كامپيوترها فراهم مي آوريم. مدل بكار رفته يك مدل عمومي است، ولي مفاهيم مورد استفاده قابل اعمال به همه كامپيوترها از جمله ‍PS/2 , IBM و سازگار با آنهاست. قبل از آغاز اين مبحث،‌مروري بر تعاريف برخي از اصطلاحات در كامپيوتر،‌مانند كيلو (k) ، مگا،‌گيگا، بايت، RAM, ROM و غيره مفيد است.

بعضي اصطلاحات مهم

يكي از امكانات مهم يك كامپيوتر حافظه موجود در آن است. بنابراين اكنون اصطلاحات بكار رفته براي اندازه حافظه در IBM PC ها و سازگار با آنها را بيان مي كنيم. از بحث قبل بياد داريد كه بيت يك رقم دودويي بود كه مي توانست مقدار 0 يا 1 داشته باشد. بايت يك مجموعه 8 بيتي است. نيبل نصف يك بايت، يا 4 بيت است. كلمه دو بايت يا 16 بيت مي باشد. نمايش زير به منظور نشان دادن اندازه نسبي اين واحدها ارائه شده است. البته،‌آنها مي توانند هر تركيبي از صفرها و يك ها باشند.

بيت       0

نيبل      0000

بايت      0000    0000

كلمه      0000    0000    0000    0000

يك كيلوبايت،‌ 10 2 بايت يا 1024 بايت است. اغلب از K براي بيان آن استفاده مي شود. مثلاً برخي از فلاپي ديسك ها (يا ديسك نرم) k 356 داده را نگه مي دارند. يك مگابايت، يا ساده تر مگ، 20 2 بايت است. اين مقدار، كمي بيش از يك ميليون بايت است و مقدار دقيق آن 576/048/1 مي باشد. با گذري سريع در ظرفيت به گيگابايت يا 30 2 بايت مي رسيم (بيش از 1 بيليون يا ميليارد)، و يك ترابايت نيز 40 2 بايت است (بيش از 1 تريليون). براي مثالي از چگونگي كاربرد آنها،‌فرض كنيد كه كامپيوتري داراي 16 مگابايت حافظه باشد. اين مقدار برابر با 220 * 16 يا 220  * 4 2 يا 224 است. بنابراين 16 مگابايت 224 بايت مي باشد.

در ميكروكامپيوترها معمولا از دو نوع حافظه استفاده مي شود كه عبارتند از RAM ، كه به معني حافظه با دستيابي تصادفي است (گاهي هم حافظه خواندن / نوشتن ناميده مي شود) و ROM كه به معني حافظه فقط خواندني مي باشد. RAM بوسيله كامپيوتر براي ذخيره سازي موقت برنامه هاي در حال اجرا مورد استفاده قرار مي گيرد. اين برنامه ها يا اطلاعات بعد از خاموش شدن كامپيوتر از بين مي روند. به همين دليل، RAM را گاهي حافظه فرار هم مي خوانند. ROM براي برنامه ها و اطلاعات لازم در عملكرد كامپيوتر لازم است. اطلاعات در ROM دائمي است و قابل تعويض بوسيله كاربر نمي باشد و پس از خاموش شدن كامپيوتر هم از بين نمي رود. بنابراين آن را حافظه غيرفرار گوييم.

سازمان دروني كامپيوترها

بخش عملياتي هر كامپيوتر قابل تفكيك به سه قسمت است: CPU (واحد پردازش مركزي)، حافظه و وسايل I/O (ورودي / خروجي) ، شكل 9-0 ملاحظه شود. نقش CPU اجراي (پردازش) اطلاعات ذخيره شده در حافظه است. عمل وسايل I/O همچون صفحه كليد، مانيتور تصوير (ويدئو) ، تهيه مفاهيم ارتباط و محاوره با CPU است. CPU از طريق رشته اي از سيم ها به نام گذرگاه به حافظه و I/O متصل است. گذرگاه داخل يك كامپيوتر، درست مثل گذرگاههاي خياباني كه مردم رااز مكاني  به مكاني ديگر هدايت مي كنند، اطلاعات را از جايي به جاي ديگر انتقال مي دهند. در هر كامپيوتر سه نوع گذرگاه موجود است: گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه كنترل.

به منظور شناسايي يك وسيله (حافظه يا I/O ) توسط CPU ، بايد آدرسي به آن تخصيص داد. آدرس اختصاص يافته به يك وسله مورد نظر بايد منحصر به فرد باشد؛ يعني دو وسيله مختلف مجاز به داشتن يك آدرس نيستند. CPU آدرس را روي گذرگاه آدرس قرار مي دهد (البته به شكل دودويي) و مدار ديكد وسيله را مي يابد. آنگاه CPU از گذرگاه داده براي بدست آوردن داده از وسيله يا ارسال داده به آن استفاده مي نمايد. گذرگاههاي كنترل براي تهيه سيگنال هاي خواندن و نوشتن در وسيله و مطلع ساختن آن از تصميم CPU براي دريافت اطلاعات و يا ارسال اطلاعات به آن است. از سه گذرگاه فوق، آدرس و داده، توانمندي يك CPU را نشان مي دهند.

توضيحي بيشتر درباره گذرگاه داده

چون گذرگاههاي داده براي انتقال اطلاعات به و يا از CPU بكار مي روند، هر چه گذرگاههاي داده بيشتر باشند، CPU بهتر است. اگر گذرگاههاي داده را همچون خطوط اتوبان تصور كنيم، واضح است كه هر چه خطوط بيشتر باشند، مسير بين CPU و وسايل بيروني (مانند چاپگرها، ROM, RAM و غيره ، شكل 10-0 ملاحظه شود) بهتر خواهد بود. اما افزايش در تعداد خطوط، هزينه ساخت را افزايش مي دهد. گذرگاههاي حافظه بيشتر،‌بمعناي CPU و كامپيوتر گرانتر مي باشد. اندازه متوسط گذرگاه داده در CPU ها بين 8 و 64 متغير است، كامپيوترهاي اوليه مانند Apple2 از يك گذرگاه داده 8 بيت استفاده مي كردند، در حاليكه سوپركامپيوترهايي همچون Cray گذرگاه داده 64 بيتي را به كار مي برند. گذرگاههاي داده دو طرفه هستند، زيرا CPU از آنها به هنگام دريافت و يا ارسال داده استفاده مي كند. توان پردازش CPU به اندازه اين گذرگاهها وابسته است، زيرا يك گذرگاه 8 بيتي هر بار قادر است 1 بايت داده را بفرستد،‌ولي گذرگاه 16 بيتي، 2 بايت را هر بار ارسال مي كند كه در نتيجه دو برابر سريعتر خواهد بود.

توضيحي بيشتر درباره گذرگاه آدرس

چون گذرگاه آدرس براي شناسايي وسيله و حافظه متصل به CPU بكار مي رود، هر چه گذرگاههاي آدرس بيشتر باشند، تعداد وسايلي كه آدرس دهي مي شوند بيشتر خواهند بود. به بيان ديگر تعداد گذرگاههاي آدرس براي يك CPU ، تعداد مكان هايي را كه با آن محاوره مي كند افزايش مي دهد. همواره تعداد مكان ها  است كه در آن x تعداد خطوط آدرس مي باشد و ربطي به اندازه خطوط داده ندارد. مثلا يك CPU با 16 خط آدرس مي تواند 65536 (216 ) يا k 64 حافظه را آدرس دهي كند. هر مكان حداكثر 1 بايت داده دارد. به اين دليل است كه غالباً تمام ريزپردازنده هاي همه منظور را بايت آدرس پذير مي نامند. براي مثالي ديگر، كامپيوتر IBM PC AT از يك CPU با 24 خط آدرس و 16 خط داده استفاده مي كند. در اين حالت،‌كل حافظه قابل دسترس،‌16 مگابايت خواهد بود (مگابايت 16=224) در اين مثال 224 مكان وجود دارد، و چون هر مكان يك بايت است،‌16 مگابايت حافظه موجود خواهد بود. گذرگاه آدرس يك گذرگاه يك طرفه مي باشد، و به اين معني است كه CPU از گذرگاه آدرس فقط براي ارسال آدرس به خارج از خود استفاده مي كند. بطور خلاصه: تعداد كل حافظه هاي آدرس‌پذير بوسيله يك CPU هميشه برابر با x2 مي باشد كه در آن x تعداد بيت هاي آدرس است و ربطي به اندازه گذرگاه داده ندارد.

CPU و ارتباط آن با RAM و ROM

در پردازش اطلاعات بوسيله CPU ، داده بايد در RAM يا ROM ذخيره شود. وظيفه ROM در كامپيوترها ارائه اطلاعات ثابت و دائمي است. اين اطلاعات عبارتند از :‌جداول براي الگوي كاراكترهاي مورد نمايش روي صفحه مانيتور، يا برنامه هايي كه در كامپيوتر نقش اساسي دارند، مانند برنامه هايي كه كل RAM موجود در سيستم را مي يابند و يا تست مي كنند، و يا برنامه هايي كه اطلاعات را روي مانيتور نمايش مي دهند. بر عكس، RAM براي ذخيره اطلاعاتي بكار مي رود كه غير دائمي و قابل تغيير با زمان مي باشند، مانند انواع سيستم هاي عامل و بسته هاي كاربردي مثل بسته هاي پردازش كلمات و محاسبه مالياتي. اين برنامه ها را براي پردازش توسط CPU در RAM قرار داده مي شوند. CPU اطلاعات مورد پردازش را از RAM يا ROM دريافت مي نمايد. در صورتيكه آن را در آنجا نبايد شروع به جستجو در وسايل ذخيره سازي حجيم مانند ديسك مي نمايد، و سپس اطلاعات را به RAM منتقل مي كند به اين دليل، گاهي RAM و ROM را حافظه اصلي مي نامند و ديسك ها نيز حافظه ثانوي خوانده مي شوند.


درون CPU ها

برنامه ذخيره شده در حافظه دستورالعمل هائي را براي CPU فراهم مي سازد تا بر اساس آن عملي را انجام دهد. عمل مي تواند يك جمع داده ساده همچون صورتحساب و يا كنترل يك ماشين مانند روبات باشد. برداشت اين دستورات از حافظه و اجراي آنها بعهده CPU است. براي انجام اعمال برداشت و اجرا، تمام CPU ها مجهز به امكانات زير هستند:

1- قبل از هر چيز تعدادي ثبات در اختيار CPU قرار دارد. CPU از اين ثبات ها براي ذخيره موقت اطلاعات استفاده مي كند. اطلاعات مي تواند دو مقدار مورد پردازش و يا آدرس مقدار مورد نظري باشد كه بايد از حافظه برداشت شود. ثبات هاي درون CPU مي توانند 8 بيت ، 16 بيت، 32 بيت و يا حتي 64 بيت باشند. اندازه آنها به CPU بستگي دارد. بطور كلي هر چه ثبات ها بيشتر و بزرگتر باشند، CPU مناسب تر است. عيب ثبات هاي بيشتر و بزرگتر، گراني CPU مي باشد.

2- CPU داراي بخشي بنام ALU (واحد حساب/ منطق) است. بخش ALU در CPU مسئول انجام اعمال حسابي مانند جمع، تفريق، ضرب و تقسيم، و اعمال منطقي مانند AND ، OR و NOT مي باشد.

3- هر CPU داراي يك شمارنده برنامه است. نقش شمارنده برنامه اشارهبه آدرس دستورالعمل بعدي براي اجرا است. با اجراي هر دستورالعمل، شمارنده برنامه افزايش يافته و به آدرس دستورالعمل بعدي براي اجرا اشاره خواهد كرد. در اين اشاره، محتواي شمارنده برنامه روي گذرگاه آدرس قرار گرفته و دستورالعمل مورد نظر را يافته و آن را از مبدأ برداشت مي كند. در IBM PC شمارنده برنامه را IP يا اشاره گر دستورالعمل مي خوانند.

4- نقش ديكدر دستورالعمل ، تفسير دستور برداشت شده توسط CPU است. مي توان ديكدر دستورالعمل را همانند يك فرهنگ لغت تصور كرد كه مفهوم هر دستورالعمل را ذخيره نموده و CPU را در برداشت قدم هاي بعدي پس از دريافت دستورالعمل هدايت مي كند. همانطور كه فرهنگ لغت باتعريف هر چه بيشتر لغات نياز به صفحات بيشتري دارد، CPU هم در درك دستورالعمل هاي بيشتر نياز به ترانزيستورهاي بيشتري خواهد داشت.

عمليات دروني كامپيوتر

براي نمايش برخي از مفاهيم مورد بحث فوق، تحليل قدم به قدمي از پردازش يك CPU براي جمع سه عدد در زير داده شده است. فرض كنيد كه يك CPU فرضي داراي چهارثبات با نام هاي D,C,B,A باشد. اين پردازشگر داراي گذرگاه داده 8 بيتي و گذرگاه آدرس 16 بيتي است. بنابراين CPU مي تواند به حافظه هايي از 0000 تا FFFFH دسترسي داشته باشد (جمعاً H 10000 مكان) . عملي كه CPU مي خواهد انجام دهد عبارتست از قراردادن مقدار 21 در ثبات A و سپس جمع ثبات A با مقادير H42 و H12 فرض كنيد كه كد انتقال مقدار به ثبات A برابر (BOH) 10111000 و كد جمع يك مقدار به ثبات A نيز (04H ) 0100 0000 باشد. مراحل لازم و كد اجراي آنها برابر زير است:

اگر برنامه اجرايي فوق در مكان هايي از حافظه قرار گيرد كه از H 1400 شروع مي شود. محتواي هر مكان حافظه بقرارزيراست:

عملياتي كه CPU براي اجراي برنامه فوق طي مي كند بقرار زير است:

1- شمارنده برنامه CPU مي تواند مقداري بين 0000 و FFFFH داشته باشد. بايد 1400 را در شمارنده برنامه نشاند تا آدرس اولين دستورالعمل براي اجرا مشخص گردد. پس از باركردن شمارنده برنامه با آدرس اولين دستورالعمل، CPU آماده اجرا است.

2- CPU ، H 1400 را روي گذرگاه آدرس قرار داده و آن را به خارج ارسال مي دارد. مدار حافظه مكان را مي يابد و در اين هنگام CPU نيز سيگنال READ را فعال مي نمايد و به اين ترتيب بايت مكان H1400 را از حافظه درخواست مي كند. اين موجب مي شود تا محتواي حافظه در مكان H 1400 ، كه B0 است، روي گذرگاه قرار گيرد و به CPU انتقال يابد.

3- CPU دستورالعمل B0 را به كمك مدار ديكد دستورالعمل، ديكد مي كند. پس از يافتن تعريف دستورالعمل متوجه مي شود كه بايد محتوي مكان حافظه بعدي را به ثبات A در داخل CPU بياورد. بنابراين به مدار كنترل خود فرمان اجراي دقيق آن را صادر مي نمايد. وقتي كه مقدار H 21 را از مكان 1401  حافظه به درون آورد، دريچه هاي ورودي همه ثبات ها را بجز ثبات A ، مي بندد. بنابراين مقدار H 21  وقتي وارد CPU شود مستقيماً وارد ثبات A مي گردد. پس از تكميل يك دستورالعمل ، شمارنده برنامه به آدرس دستورالعمل بعدي براي اجرااشاره مي كند، كه در اين حالت 1402 است. سپس آدرس H 1402 به روي گذرگاه آدرس ارسال مي شود تا دستورالعمل بعدي برداشت شود.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “آشنایی با سخت افزار کامپیوتر”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

93 − 90 =

شناسه محصول: cccc-268 دسته: ,