مقاله بررسی سخت افزار كامپيوتر

دسته بندي : فنی و مهندسی » کامپیوتر و IT
مقاله بررسي سخت افزار كامپيوتر در 41 صفحه ورد قابل ويرايش

1- توانايي درك ساختمان CUP

1-1- آشنايي با تعريف عملياتي CPU

CPU يا Processor اساسي ترين جزء يك كامپيوتر مي‎باشد. CPU يك آي سي يا تراشه يا chilp است كه از مدارات مجتمع فشرده زيادي تشكيل شده است. بعبارت ديگر مهمترين آي سي يك كامپيوتر ريز پردازنده يا CPU آن است. محل قرار گرفتن آن روي برد داخلي و در جاي ويژه اي از مادربرد قرار دارد.

در سراسر جهان شركتاهي زيادي به توليد اين آي سي پرداخته اند از معروفترين آنها ميتوان ريز پردازنده Motorolla- intel و AMD و Cyrix را نام برد.

ريز پردازنده از واحدهاي گوناگوني تشكيل شده كه هر واحد وظيفه خاصي را انجام مي‎دهد. با قرار گرفتن اين واحدها در كنار يكديگر يك ريز پردازنده به صورت يك مجموعه مجتمع و فشرده تشكيل مي‎شود. هر ريز پردازنده از واحدهاي زير تشكيل شده است.

1- واحد محاسبه و منطق (ALU)

اين واحد شامل مداراتي است كه ميتواند محاسبات برنامه هاي كامپيوتري را انجام دهد، مثلا مجموع دو عدد را بطور منطقي محاسبه مي‎كند. ALU مخفف كلمات Aritmatic- Logic- Unit است.

2- واحد كنترل CU يا conmtrol- unit اين واحد بر واحد ورودي و خروجي حافظه هاي گوناگوني نظارت مي‎كند و چگونگي ورود و خروج آنها را كنترل مي‎كند.

3- حافظه هاي ثابت يا Register

هر ريز پردازنده براي جمع آوري اطلاعات نياز به يك محل موقت دارد تا داده ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نمايد، كه اين محلهاي موقت را حافظه هاي ثابت يا Register مي گويند.

4- حافظه هاي پنهان يا cache

حافظه مخفي يا cache يك حافظه سريع است كه مورد استفاده CPU قرار مي‎گيرد. بعبارت ديگر چون سرعت عمليات CPU زياد است لذا اطلاعات نيز بايد با سرعت زياد از حافظه اصلي خوانده و پردازش شود، اما سرعت حافظه اصلي كمتر از سرعت CPU است لذا خواندن اطلاعات با مكث همراه مي شود، اين حالت انتظار باعث كند شدن سرعت كامپيوتر مي گردد . به منظور جبران اين وضع از واحدي به نام Ca che استفاده مي كنند كه سرعت آن برابر سرعت CPU است. در نتيجه مقداري از محتويات حافظه اصلي كه مورد استفاده CPU است به حافظه Cache منتقل مي گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت cpu مطابقت داشته باشد.

پردازنده هاي كامپيوترهاي شخصي معمولاً بصورت يك مستطيل يا مربع شكل است و بر روي آن حروف و ارقامي ديده مي‎شود.

نام سازنده پردازنده
نسل پردازنده
مدل پردازنده
سرعت پردازنده
ولتاژ پردازنده و شماره سريال

2-1- آشنايي با تراكم عناصر ساختماني در پردازنده

CUP از مجموع قطعات الكترونيكي مخصوصات تراتريستورهاي مختلف تشكيل يافته است. مثلا اولين بار شركت AMD با قرار دادن 500000 تراتريستور پردازنده هاي K6 را با به بازار عرضه نمود. يا شركت Intel پردازنده SL 80368 را در آن 855000 تراتريستور بكار رفته و داراي 32 بيت خط حامل داخلي و 16 بيت خط حامل خارجي بود به بازار عرضه نمود. همچنين شركت اينتل پروسسورهاي 80586 را كه بيش از يك ميليون تراتريستور تشكيل شده بود به بازار عرصه نموده است.

3-1- آشنايي با سرعت ساعت سيستم

سرعت پردازنده مستقيما روي عملكرد آن اثر مي گذارد. يعني هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سريعتر است، معمولاً سرعت پردازنده ها برحسب مگاهرتز بيان مي‎شود. و برخي از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعي آن نا گذاري نمي كنند بلكه سرعت آنها را بصورت مقايسه اي با پردازنده هاي IBM مي نويسند و آن را با PR نمايش مي دهند. مثلا PR 100 يعني سرعت معادل 100 مگاهرتز است و اگر علام + در جلوي عدد نوشته شود به مفهوم اين است كه از سرعت نوشته شده نيز بيشتر است مثلا + PR133 يعني سرعت پردازنده در مقايسه با پردازنده پتنيوم 133 نيز بيشتر است.

4-1- آشنايي با سرعت ساعت داخل ي

هر پردازنده عمليات داخلي خود را براساس سيگنالهاي ساعت داخلي انجام مي‎دهد. بعبارت ديگر سرعت داخلي هر پردازنده تقريبا برابر همان سرعتي است كه روي پردازنده ذكر شده.

1-4-1- سرعت ساعت خارجي سيستم

بعضي از پردازنده ها نياز به سيگنالهاي ساعت خارجي دارند. مثلا Z80 كه قلا در كامپيوترهاي اوليه بكار مي رفت نياز بيك سيگنال ساعت خارجي كه بين صفر تا 5 ولت نوسان كند، داشت يعني نوسان ساز را در مخارج از مدار با آي سي هاي (TTL) مانند 7404 و يك كريستال مي ساختند و بعدا وارد مدار ريز پردازنده مي نمودند.

اكنون نيز همان سيستم ها برقرار است ولي با پيشرفت تكنولوژي از روشهاي بهتر و مداراتي كه داراي تشعشع كمتر و انرژي تلف شده كمتري مي باشند استفاده مي كنند مثلا در ريزپردازنده DX4 80486 ساخت شركت اينتل از يك سيگنال ساعت داخلي يا سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.

توجه: چون سرعت پردازش در CPU ها بسيار اهميت دارد در نامگذاري كامپيوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نيز بازگو مي كنند مثلا P5-100 يعني پردازنده اين كامپيوتر پنتيوم (80568) و سرعت آن 100 مگاهرتز است يا P5-200/MMX يعني پردازنده پنتيوم يا سرعت 200 مگاهرتز يا تكنولوژي MMX مي‎باشد.

5-1- آشنايي با مديريت انرژي پردازنده

بمنظور جلوگيري از انرژي تلف شده در پردازنده ها و كنترول توان مصرفي آنها در برنامه Setup سيستم بخشي به نام power management در نظر گرفته شده است تا در زمان استفاده نكردن از كامپيوتر پس از مدت زماني كه در تنظيم setup وجود دارد سيستم بحالت خاموش يا reset مي رود. بديهي است بمحض استفاده از كامپيوتر مجدداً بحالت فعال در آمده و عمليات خود را انجام مي‎دهد.

توجه: در برنامه هاي NU و NC نيز گزينه هاي مانند contigure وجود دارد كه ميتوان انرژي سيستم و پردازنده و مانيتور را مديريت و كنترل نمود.

6-1- آشنايي با ولتاژ عمليات پردازنده

پردازنده هاي پنتيوم سري p54c با يك ولتاژ كار مي كرد. ولي پردازنده هاي P55C به علت تغيير در جريان برق تغذيه كننده، تكنولوژي دوگانه به كار رفته است. اين پردازنده جهت كاهش حرارت به 2 ولتاژ مختلف يكي 2.5 ولت براي هسته وديگري 3.3 ولت براي بخش ورودي / خروجي نياز دارد.

بطور كلي يكي از تكنولوژي هاي توليد پردازنده اين است كه سيم كشي هاي درون آن نازكتر باشند كه در اين صورت پردازنده به ولتاژ و جريان كمتري نياز خواهد داشت و همين مسئله باعث مي‎شود كه پردازنده ها با سرعت بيشتري كار كرده و گرماي كمتري توليد كنند. به همين دليل پردازنده هاي با ولتاژ دوگانه طراحي شده است.

ولي بخش ورودي / خروجي (I/O) به 3.3 ولت نياز دارد كه در مادربردهاي جديد Soket 7 بكار رفته و هر كارخانه سازنده با ولتاژهاي مختلفي كار مي كنند كه در زير، ولتاژ چند پر دازنده مختلف بعنوان نمونه ذكر شده است.

7-1- آشنايي با خاصيت MMX در پردازنده ها

MMX تكنولوژي است كه در ژانويه 1997 به بازار آمد و هدف آن افزايش سرعت و كيفيت كارهاي مالتي مديا (چند رسانه اي) مي باشد كه در اين پردازنده ها يك سري دستورالعملهاي جديد ايجاد شده كه حدودا 57 دستور العمل است. يعني 4 نوع داده (data type) جديد و 8 رجيستر 64 بيتي به پردازنده هاي قبلي اضافه شده است كه توانايي پردازنده را بالا برده و برنامه نويسان حرفه اي مي‎تواند در برنامه هايشان از اين دستور العمل ها استفاده نمايند تا سرعت اجراي برنامه افزايش يابد. برنامه هايي كه با استفاده از دستورات mmx نوشته مي‎شوند و در پردازنده هاي معمولي نيز اجرا مي‎شوند ولي سرعت اجراي برنامه كمتر مي‎باشد. CPU هاي MMX به P55C معروف مي باشند.

3-1-3- معماري جامپرها و (Dip- switch) ها

جامپر يا جافنرها پين هايي روي مادربورد مي باشند كه با تنظيم جامپرها و يا تغيير محل روكش پلاستيكي و قرار دادن آنها در موقعيت هاي مختلف اعمال متفاوتي انجام مي دهند از جمله تنظيم هايي كه توسط جابجايي جامپرها انجام مي‎گيرد.

- تغيير نوع پردازنده بر روي مادربورد

- تنظيم مقدار ولتاژ لازم براي CPU خاص

- انتخاب اندازه RAM در بعضي از مادربوردها

- تعيين مقدار حافظه كش (Cache)

- پاك كردن اطلاعات CMOS و …

كه محل قرار گيري صحيح جامپرها در دفترچه راهنماي مادربورد كه همراه با مادربورد است عرضه مي گردد.

براي مثال تنظيم سوئيهاي كامپيوتر IBM- PC- XT بصورت زير است

سوئيچ 1: خاموش (روي صفر)

سوئيچ 2: خاموش (روي صفر) اگر كمك پردازنده نصب شده باشد. روشن (روي يك)

سوئيچ 3 و 4: دقيقا با مقدار حافظه نصب شده ارتباط دارد كه از كتاب راهنما كمك بگيريد.

سوئيچ 5و 6: مربوط به نوع مونيتور است مثلا اگر از نوع CGA باشد 5 روشن و 6 خاموش است و اگر تك رنگ باشد 5 و 6 هر دو خاموش هستند.

سوئيچ 7 و 8: اين سوئيچ ها مربوط به درايورهاي فلاپي ديسك ها است يعني 7 روشن و 8 خاموش به معني يك فلاپي ديسك يا 7 خاموش و 8 روشن به معني دو فلاپي ديسك است.

ممكن است در بعضي از مادربوردها سوئچي ها بصورت كشوئي يا بصورت الاكلنگي باشد و ممكن است صفر ويا يك علامت گذاري شده باشد كه يك نشاندهنده روشن و صفر نشاندهنده خاموش است.

4-1-3- فن خنك كننده پردازنده

با توجه به افزايش سرعت در پردازنده ها و گرم شدن آنها نياز به خنك كردن آنها مي‎باشد. يكي از روشهاي قديمي گذاشتن فن در پشت (Case) است كه با روشن شدن كامپيوتر راه انداز شده و موجب خنك شدن محيط سيستم مي‎شود ولي اخيرا در كامپيوترهاي پيشرفته فن خنك كننده را توسط گيره روي CPU نصب مي كنند و بعضي شركتها بمنظور خنك كردن پردازنده بجاي استفاده از سوكت سراميكي از سوكت هاي شبكه پلاستيكي استفاده كرده و سيمهاي اتصال آن را از آلياژ مس و كاديم انتخاب مي كنند كه عمل هدايت سريعتر انجام گيرد.

5-1-3- بانكهاي حافظه RAM (72 پين و 168 پين)

بانك هاي حافظه 72 پين

حافظه هاي ديناميكي 72 پيني از نوع SIMM بر روي اكثر مادربردهاي 486 و بالاتر يعني Pentium I هم قابل نصب مي‎باشد.

در صورتيكه خط انتقال اطلاعات از نوع 32 بيتي باشد، اگر يك بانك نيز پر باشد، سيستم كار خواهد كرد. زيرا اين حافظه ها، 32 بيتي (4بيت نيز براي بيت توازن كه هر بيت مربوط به 8 بيت مي‎باشد) بوده و قابليت دستيابي به حالت هاي 8 و 16 و 32 بيتي را نيز فراهم مي‎آورد.

در سيستم هاي پنتيوم I كه خط انتقال اطلاعات 64 بيتي مي‎باشد حداقل بايد ود اسلات حافظه 72 پين پر باشد تا سيستم كار كند.

در شكل زير يك حافظه RAM از نوع 72 پين و نحوه قرار دادن آن در سوكت ملاحظه مي‎شود.

بانكهاي حافظه 168 پين

SDRAM ها كه در حال حاضر بر روي مادربردهاي جديد نصب مي‎شوند به شكل ما جولهاي 64 بيتي DIMM ساخته مي‎شوند. تعداد پين هاي آنها 168 عدد بوده و براي نصب نياز به سوكت خاصي مي‎باشد. از آنجا كه پهناي ما جول هاي DIMM 64 بيت مي‎باشد يك عدد از آنها براي كار پردازنده كافي مي‎باشد.

DIMM در ظرفيت هاي 8 و 16 و 32 و 64 و 128 و 256 مگابايتي موجود بوده داراي سرعت 6 و 8 و 10 و 12 نانو ثانيه اي مي باشد وروي هر مادربرد 1 الي 3 سوكت براي اين نوع RAM وجود دارد.

مزيت SDRAM ها در سرعت بالا مي‎باشد كه امكان افزايش فركانس گذرگاه سيستم را بوجود مي‎آورد.

همه تراشه هاي جديد توانايي كنترل SDRAM ها را دارند و بر روي بعضي از مادربردها امكان نصب هر دو نوع SDMM RAM و DIMM وجود دارد. هدف از اين كار آن بوده كه هر كدام از RAM ها كه نياز باشد بتوان بر روي مادربرد نصب گردد. البته نبايد بصورت همزمان از هر دو نوع استفاده كرد در بعضي از مادربردها استفاده از تركيب RAM ها امكان پذير مي‎باشد.

در شكل زير يك DIMM نمايش داده شده است.

شركت اينتل در سال هاي گذشته سرعت پردازنده هايش را تا 200 برابر افزايش داده ولي سرعت حافظه در اين مدت فقط 20 بر ابر افزايش يافته است هم اكنون همه به اميد RAMهاي سريع مي‎باشند تا به كمك آنها بتوان از تمام قابليت هاي PC بهره ببرند. درماجول هاي DIMM جديد يك تراشه EPROM وجود دارد كه اطلاعاتي درباره RAM در آن ذخيره شده است. در داخل اين تراشه واحدي براي نگهداري اطلاعاتي در مورد نوع RAM مي‎باشد. هدف از اين كار آن بوده كه Bios اطلاعات موجود در آن را خوانده و از روي آن گذرگاه سيستم و زمان بندي حافظه را جهت بازدهي بهتر تنظيم نمايد.

2-3- شناسائي اصول نصب كارت هاي شكافهاي توسعه مادربرد

مولفه هاي داخلي مختلف در تمام كامپيوترها بوسيله يك مدار الكتريكي بنام گذرگاه (BUS) به هم متصل مي‎شوند. گذرگاه به سادگي يك مجموعه اتصالات موازي مي‎باشد كه روي بورد اصلي سيستم قرار مي‎گيرد. تمام اجزاي كنترل كننده كامپيوتر، پردازنده، هر تراشه كنترلي و هر بايت حافظه به طور مستقيم يا غيرمستقيم به گذرگاه متصل مي‎شوند. گذرگاه به سادگي يك مجموعه اتصالات موازي مي‎باشد كه روي بورد اصلي سيستم قرار مي‎گيرد. تمام اجزاي كنترل كننده كامپيوتر، پردازنده، هر تراشه كنترلي و هر بايت حافظه به طور مستقيم يا غيرمستقيم به گذرگاه متصل مي‎شوند. وقتي كه داده ها از يك مولفه ديگر منتقل مي گردند آنها از منبع به مقصد در طول اين مسير مشترك حركت مي كنند. وقتي كه يك آداپتور جديد در يكي از شكافهاي گسترش بورد اصلي وصل مي‎شود در واقع بطور مستقيم به گذرگاه متصل مي گردد و بدين ترتيب عنصر جديد جزء كل سيستم خواهد شد.

تمام اطلاعاتي كه كامپيوتر استفاده مي‎كند حداقل در يك محل در طول گذرگاه به طور موقت ذخيره مي‎شود. ذخيره اوليه داده ها در حافظه اصلي يا RAM مي‎باشد. در PC ها حافظه اصلي شامل هزارها يا ميليونها سلول حافظه منفرد است كه هر يك از آنها مي‎تواند 8 بيت يا يك بايت داده را نگه دارد. بعضي داده ها ممكن است براي مدت كوتاهي در يك پورت I/O يا يك ثبات پردازنده ذخيره شوند، يعني همان زماني كه صبر مي‎كند تا پردازنده آنها را به محل مناسب خود بفرستد. به طور كلي درگاهها و ثابتها فقط 1 و يا 2 بايت اطلاعات را در هر بار نگه مي دارند كه معمولاً از آنها بعنوان محلهاي ذخيره موقت استفاده مي‎شود تا اينكه داده ها از يك مكان به مكان ديگر فرستاده شوند. هر وقت داده ها به يك سلول حافظه يا پورت I/O فرستاده يا از آنها خوانده مي‎شوند محل سلول يا درگاه توسط يك مقدار عددي يا آدرس مشخص مي گردد. وقتي كه انتقال داده انجام مي‎شود آدرس آن روي گذرگاهي به نام گذرگاه آدرس (adress bus) منتقل مي‎شود. همچنين گذرگاه قسمتي دارد به نام گذرگاه كنترل (control bus) كه اطلاعات كنترلي را مانند سيگنالهاي زماني (از ساعت سيستم) و سيگنالهاي وقفه اي حمل مي‎كند. قسمت نهايي گذرگاه خطوط نيرو، نيروي الكتريكي را حمل مي‎كند.