بخش میکروپروسسور ها Microprocessor (ریزپردازنده)

آشنایی بیشتر با مکانیسم (Timer تایمِر یا ساعت) میکرو پروسِسورها Microprocessor 

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

نکته:ریزپردازنده - همچنین به عنوان میکرو پروسِسورها یا واحد پردازش مرکزی شناخته می شود - یک موتور محاسباتی کامل است که بر روی یک تراشه واحد ساخته می شود.برای تایمر های سیستم جدید، ورودی ‌های فهرست پیوندی ساختار های داده timer_list  بررسی می‌ شوند.هر تایمر منقضی شده از لیست حذف می شود و روال آن فراخوانی می شود. مکانیسم جدید تایمر این مزیت را دارد که می‌تواند آرگومان را به روال تایمر منتقل کند.

اولین میکرو پروسِسور یا ریزپردازنده خیلی قدرتمند نبود. تنها کاری که می توانست انجام دهد جمع و تفریق بود و فقط می توانست این 4 بیت را در یک زمان انجام دهد.ترانزیستور تعداد ترانزیستور های روی تراشه است. می بینید که تعداد ترانزیستور های یک تراشه در طول سال ها به طور پیوسته افزایش یافته است. میکرون عرض کوچکترین سیم روی تراشه بر حسب میکرون است. برای مقایسه، موی انسان 100 میکرون ضخامت دارد. با کاهش اندازه ویژگی روی تراشه، تعداد ترانزیستورها افزایش می یابد. سرعت ساعت حداکثر نرخی است که تراشه می تواند با آن کلاک شود. سرعت ساعت در بخش بعدی معنی بیشتری خواهد داشت. عرض داده، عرض ALU است. یک ALU 8 بیتی می تواند اضافه/کاهش/ضرب/غیره کند. دو عدد 8 بیتی، در حالی که یک ALU 32 بیتی می تواند اعداد 32 بیتی را دستکاری کند. یک ALU 8 بیتی باید چهار دستورالعمل را برای اضافه کردن دو عدد 32 بیتی اجرا کند، در حالی که یک ALU 32 بیتی می تواند آن را در یک دستورالعمل انجام دهد. در بسیاری از موارد، گذرگاه داده خارجی همان عرض ALU است، اما نه همیشه. 8088 دارای یک ALU 16 بیتی و یک گذرگاه 8 بیتی بود، در حالی که پنتیوم های مدرن 64 بیت را در یک زمان برای ALU های 32 بیتی خود واکشی می کنند. MIPS مخفف «میلیون ‌ها دستورالعمل در ثانیه» است و معیاری تقریبی از عملکرد یک CPU است. پردازنده‌ های مدرن می‌توانند کارهای مختلفی انجام دهند که رتبه‌بندی ‌های MIPS معنای خود را از دست می ‌دهند، اما می‌توانید از این ستون یک حس کلی از قدرت نسبی پردازنده ‌ها دریافت کنید.

عملکرد تایمر یا ساعت در یک (میکرو پروسِسور) در حال فعالیت (تصویر بالا)


(میکرو پروسِسور) ریزتراشه را مدار مجتمع نیز می نامند. به طور کلی یک قطعه کوچک و نازک از سیلیکون است که ترانزیستور های سازنده ریزپردازنده روی آن حک شده اند. یک تراشه ممکن است به اندازه یک اینچ در یک طرف بزرگ باشد و می تواند شامل ده ها میلیون ترانزیستور باشد. پردازنده‌های ساده‌تر ممکن است شامل چند هزار ترانزیستور باشند که روی یک تراشه فقط چند میلی‌متر مربع حک شده‌اند.


حافظه ریزپردازنده در بخش قبل در مورد آدرس و گذرگاه های داده و همچنین خطوط RD و WR صحبت شد. این اتوبوس ها و خطوط یا به RAM یا ROM وصل می شوند -- به طور کلی هر دو. در ریزپردازنده نمونه ما، یک گذرگاه آدرس با عرض 8 بیت و یک گذرگاه داده با عرض 8 بیت داریم. این بدان معناست که ریزپردازنده می تواند (28) 256 بایت حافظه را آدرس دهی کند و می تواند 8 بیت از حافظه را در یک زمان بخواند یا بنویسد. بیایید فرض کنیم که این ریزپردازنده ساده دارای 128 بایت ROM است که از آدرس 0 شروع می شود و 128 بایت RAM از آدرس 128 شروع می شود. ROM مخفف حافظه فقط خواندنی است. یک تراشه ROM با مجموعه ای دائمی از بایت های از پیش تعیین شده برنامه ریزی شده است. گذرگاه آدرس به تراشه ROM می گوید که کدام بایت را بگیرد و روی گذرگاه داده قرار دهد. هنگامی که خط RD تغییر حالت می دهد، تراشه ROM بایت انتخاب شده را بر روی گذرگاه داده ارائه می دهد. RAM مخفف حافظه با دسترسی تصادفی است. RAM حاوی بایت‌هایی از اطلاعات است و ریزپردازنده می‌تواند بسته به اینکه خط RD یا WR سیگنال داده شده باشد، آن بایت‌ها را بخواند یا بنویسد. یکی از مشکلات تراشه های رم امروزی این است که با قطع برق همه چیز را فراموش می کنند. به همین دلیل کامپیوتر به رام نیاز دارد. تراشه RAM به هر حال، تقریباً همه رایانه ها حاوی مقداری ROM هستند (می توان یک رایانه ساده ایجاد کرد که فاقد RAM باشد -- بسیاری از میکروکنترلر ها این کار را با قرار دادن تعداد انگشت شماری بایت رم بر روی خود تراشه پردازنده انجام می دهند -- اما به طور کلی غیرممکن است یک رام بدون رام ایجاد کنید). در رایانه شخصی، رام BIOS (سیستم ورودی/خروجی پایه) نامیده می شود. هنگامی که ریز پردازنده شروع به کار می کند، شروع به اجرای دستورالعمل هایی می کند که در BIOS پیدا می کند. دستورالعمل‌ های BIOS کار هایی مانند تست سخت‌افزار در دستگاه را انجام می ‌دهند، و سپس برای واکشی بخش بوت به هارد دیسک می‌رود (برای جزئیات به نحوه کار دیسک‌های سخت مراجعه کنید). این بخش بوت یکی دیگر از برنامه های کوچک است و BIOS پس از خواندن آن از روی دیسک، آن را در RAM ذخیره می کند. سپس ریزپردازنده شروع به اجرای دستورالعمل های بخش بوت از RAM می کند. برنامه بخش راه‌اندازی به ریزپردازنده می ‌گوید که چیز دیگری را از دیسک سخت به رم بیاورد، که ریزپردازنده سپس آن را اجرا می ‌کند و غیره. به این ترتیب ریزپردازنده کل سیستم عامل را بارگذاری و اجرا می کند.

منطق ریزپردازنده برای درک اینکه چگونه یک ریزپردازنده کار می کند، نگاه کردن به داخل و یادگیری در مورد منطق استفاده شده برای ایجاد آن مفید است. در این فرآیند شما همچنین می توانید در مورد زبان اسمبلی - زبان مادری یک ریزپردازنده - و بسیاری از کارهایی که مهندسان می توانند برای افزایش سرعت یک پردازنده انجام دهند، بیاموزید. یک ریزپردازنده مجموعه ای از دستورالعمل های ماشین را اجرا می کند که به پردازنده می گوید که چه چیزی چیست. انجام دادن. بر اساس دستورالعمل‌ها، یک ریزپردازنده سه کار اساسی را انجام می‌دهد: با استفاده از ALU (واحد حساب/منطقی)، یک ریزپردازنده می‌تواند عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم را انجام دهد. ریزپردازنده های مدرن شامل پردازنده های ممیز شناور کاملی هستند که می توانند عملیات بسیار پیچیده ای را روی اعداد ممیز شناور بزرگ انجام دهند. یک ریزپردازنده می تواند داده ها را از یک مکان حافظه به مکان دیگر منتقل کند. 

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک