آشنايي با CPU (ريزپردازنده يا ميكرو پروسسور) (بخش اول)

ريزپردازنده واحد پردازش مركزي يا مغز رايانه مي باشد. اين بخش مدار الكترونيكي بسيار گسترده و پيچيده اي مي باشد كه دستورات برنامه هاي ذخيره شده را انجام مي دهد. جنس اين قطعه كوچك (تراشه) نيمه رسانا است. CPU شامل مدارهاي فشرده مي باشد و تمامي عمليات يك ميكرو رايانه را كنترل مي كند. تمام رايانه ها (شخصي، دستي و...) داراي ريزپردازنده مي باشند. نوع ريزپردازنده در يك رايانه مي تواند متفاوت باشد اما تمام آنها عمليات يكساني انجام مي دهند.

تاريخچه ريزپردازنده
ريزپردازنده پتانسيل هاي لازم براي انجام محاسبات و عمليات مورد نظر يك رايانه را فراهم مي سازد. در واقع ريزپردازنده از لحاظ فيزيكي يك تراشه است. اولين ريزپردازنده در سال ۱۹۷۱ با نام Intel ۴۰۰۴ به بازار عرضه شد. اين ريزپردازنده قدرت زيادي نداشت و تنها قادر به انجام عمليات جمع و تفريق ۴ بيتي بود. تنها نكته مثبت اين پردازنده استفاده از يك تراشه بود، زيرا تا قبل از آن از چندين تراشه براي توليد رايانه استفاده مي شد. اولين نوع ريزپردازنده كه بر روي كامپيوتر خانگي نصب شد. ۸۰۸۰ بود. اين پردازنده ۸ بيتي بود و بر روي يك تراشه قرار داشت و در سال ۱۹۷۴ به بازار عرضه گرديد. پس از آن پردازنده اي كه تحول عظيمي در دنياي رايانه بوجود آورد ۸۰۸۸ بود. اين پردازنده در سال ۱۹۷۹ توسط شركت IBM طراحي و در سال ۱۹۸۲ عرضه گرديد. بدين صورت توليد ريزپردازنده ها توسط شركت هاي توليدكننده به سرعت رشد يافت و به مدل هاي ۸۰۲۸۶، ۸۰۳۸۶، ۸۰۴۸۶، پنتيوم ۲، پنتيوم ۳، پنتيوم ۴ منتهي شد.
اين پردازنده ها توسط شركت Intel و ساير شركت ها طراحي و به بازار عرضه شد. طبيعتاً پنتيوم هاي ۴ جديد در مقايسه با پردازنده ۸۰۸۸ بسيار قوي تر مي باشند زيرا كه از نظر سرعت به ميزان ۵۰۰۰ بار عمليات را سريعتر انجام مي دهند. جديدترين پردازنده ها اگر چه سريعتر هستند گران تر هم مي باشند. كارآيي رايانه ها بوسيله پردازنده آن شناخته مي شود. ولي اين كيفيت فقط سرعت پروسسور را نشان مي دهد نه كارآيي كل رايانه را. به طور مثال اگر يك رايانه در حال اجراي چند نرم افزار حجيم و سنگين است و پروسسور پنتيوم ۴ آن ۲۴۰۰ كيگاهرتز است، ممكن است اطلاعات را خيلي سريع پردازش كند. اما اين سرعت بستگي به هاردديسك نيز دارد. يعني اين كه پروسسور جهت انتقال اطلاعات زمان زيادي را در انتظار مي گذراند.
پروسسورهاي امروزي ساخت شركت Intel، پنتيوم ۴ و سلرون هستند. پروسسورها با سرعت هاي مختلفي برحسب گيگاهرتز (معادل يك ميليارد هرتز با يك ميليارد سيكل در ثانيه است) براي پنتيوم ۴ از ۴/۱ گيگاهرتز تا ۵۳/۲ متغير است و براي پروسسور سرعت از ۸۵/۰ گيگاهرتز تا ۸/۱ گيگاهرتز است. يك سلرون همه كارهايي را كه يك پنتيوم ۴ انجام مي دهد را مي تواند انجام دهد اما نه به آن سرعت.
پردازنده دو عمل مهم انجام مي دهد:
۱- كنترل تمام محاسبات و عمليات
۲- كنترل قسمت هاي مختلف
پردازنده در رايانه هاي شخصي به شكل يك قطعه نسبتاً تخت و كوچك به اندازه ۸ يا ۱۰ سانتي متر مربع كه نوعي ماده، مانند پلاستيك يا سراميك روي آن را پوشانده است تشكيل شده در واقع فرآيند بوجود آمدن اين مغز الكترونيكي به اين گونه مي باشد كه از سيليكان به علت خصوصيات خاصي كه دارد جهت ايجاد تراشه استفاده مي شود. بدين گونه كه آن را به صورت ورقه هاي بسيار نازك و ظريف برش مي دهند و اين تراشه ها را در درون مخلوطي از گاز حرارت مي دهند تا گازها با آنها تركيب شوند و بدين صورت طبق اين فرآيند شيميايي سيليكان كه از جنس ماسه مي باشد به فلز و بلور تبديل مي شود كه امكان ضبط و پردازش اطلاعات را در بردارد. اين قطعه كار ميليونها ترانزيستور را انجام مي دهد.
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.
محل قرارگيري پردازنده ها بر روي مادربرد مي باشد. بنابراين بايستي هماهنگي لازم بين مادربرد و پردازنده وجود داشته باشد. اين هماهنگي باعث بالا رفتن عمليات رايانه مي شود. در غير اين صورت نتيجه خوبي بدست نمي آيد.
نكته: بر روي پردازنده حروف و ارقامي ديده مي شود كه در واقع نشان دهنده شماره سريال ها ،سرعت، ولتاژ، مدل، نسل و نام سازنده آن مي باشد. با توجه به نوع دستورالعمل ها يك ريزپردازنده با استفاده از واحد منطبق و حساب خود (ALU) قادر به انجام عمليات محاسباتي مانند جمع و تفريق و ضرب و تقسيم است. البته پردازنده هاي جديد اختصاصي براي انجام عمليات مربوط به اعداد اعشاري نيز مي باشند. ريزپردازنده قادر به انتقال داده ها از يك محل حافظه به محل ديگر مي باشند و مي توانند تصميم گيري نمايند و از يك محل به محل ديگر پرش داشته باشد تا دستورالعمل هاي مربوط به تصميم اتخاذ شده را انجام دهد.