مقاله بررسی سخت افزار کامپیوتر در 41 صفحه ورد قابل ویرایش

1- توانایی درک ساختمان CUP

1-1- آشنایی با تعریف عملیاتی CPU

CPU یا Processor اساسی ترین جزء یک کامپیوتر می‎باشد. CPU یک آی سی یا تراشه یا chilp است که از مدارات مجتمع فشرده زیادی تشکیل شده است. بعبارت دیگر مهمترین آی سی یک کامپیوتر ریز پردازنده یا CPU آن است. محل قرار گرفتن آن روی برد داخلی و در جای ویژه ای از مادربرد قرار دارد.

در سراسر جهان شرکتاهی زیادی به تولید این آی سی پرداخته اند از معروفترین آنها میتوان ریز پردازنده Motorolla- intel و AMD و Cyrix را نام برد.

ریز پردازنده از واحدهای گوناگونی تشکیل شده که هر واحد وظیفه خاصی را انجام می‎دهد. با قرار گرفتن این واحدها در کنار یکدیگر یک ریز پردازنده به صورت یک مجموعه مجتمع و فشرده تشکیل می‎شود. هر ریز پردازنده از واحدهای زیر تشکیل شده است.

1- واحد محاسبه و منطق (ALU)

این واحد شامل مداراتی است که میتواند محاسبات برنامه های کامپیوتری را انجام دهد، مثلا مجموع دو عدد را بطور منطقی محاسبه می‎کند. ALU مخفف کلمات Aritmatic- Logic- Unit است.

2- واحد کنترل CU یا conmtrol- unit این واحد بر واحد ورودی و خروجی حافظه های گوناگونی نظارت می‎کند و چگونگی ورود و خروج آنها را کنترل می‎کند.

3- حافظه های ثابت یا Register

هر ریز پردازنده برای جمع آوری اطلاعات نیاز به یک محل موقت دارد تا داده ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نماید، که این محلهای موقت را حافظه های ثابت یا Register می گویند.

4- حافظه های پنهان یا cache

حافظه مخفی یا cache یک حافظه سریع است که مورد استفاده CPU قرار می‎گیرد. بعبارت دیگر چون سرعت عملیات CPU زیاد است لذا اطلاعات نیز باید با سرعت زیاد از حافظه اصلی خوانده و پردازش شود، اما سرعت حافظه اصلی کمتر از سرعت CPU است لذا خواندن اطلاعات با مکث همراه می شود، این حالت انتظار باعث کند شدن سرعت کامپیوتر می گردد . به منظور جبران این وضع از واحدی به نام Ca che استفاده می کنند که سرعت آن برابر سرعت CPU است. در نتیجه مقداری از محتویات حافظه اصلی که مورد استفاده CPU است به حافظه Cache منتقل می گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت cpu مطابقت داشته باشد.

پردازنده های کامپیوترهای شخصی معمولاً بصورت یک مستطیل یا مربع شکل است و بر روی آن حروف و ارقامی دیده می‎شود.

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

2-1- آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده

CUP از مجموع قطعات الکترونیکی مخصوصات تراتریستورهای مختلف تشکیل یافته است. مثلا اولین بار شرکت AMD با قرار دادن 500000 تراتریستور پردازنده های K6 را با به بازار عرضه نمود. یا شرکت Intel پردازنده SL 80368 را در آن 855000 تراتریستور بکار رفته و دارای 32 بیت خط حامل داخلی و 16 بیت خط حامل خارجی بود به بازار عرضه نمود. همچنین شرکت اینتل پروسسورهای 80586 را که بیش از یک میلیون تراتریستور تشکیل شده بود به بازار عرصه نموده است.

3-1- آشنایی با سرعت ساعت سیستم

سرعت پردازنده مستقیما روی عملکرد آن اثر می گذارد. یعنی هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سریعتر است، معمولاً سرعت پردازنده ها برحسب مگاهرتز بیان می‎شود. و برخی از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعی آن نا گذاری نمی کنند بلکه سرعت آنها را بصورت مقایسه ای با پردازنده های IBM می نویسند و آن را با PR نمایش می دهند. مثلا PR 100 یعنی سرعت معادل 100 مگاهرتز است و اگر علام + در جلوی عدد نوشته شود به مفهوم این است که از سرعت نوشته شده نیز بیشتر است مثلا + PR133 یعنی سرعت پردازنده در مقایسه با پردازنده پتنیوم 133 نیز بیشتر است.

4-1- آشنایی با سرعت ساعت داخل ی

هر پردازنده عملیات داخلی خود را براساس سیگنالهای ساعت داخلی انجام می‎دهد. بعبارت دیگر سرعت داخلی هر پردازنده تقریبا برابر همان سرعتی است که روی پردازنده ذکر شده.

1-4-1- سرعت ساعت خارجی سیستم

بعضی از پردازنده ها نیاز به سیگنالهای ساعت خارجی دارند. مثلا Z80 که قلا در کامپیوترهای اولیه بکار می رفت نیاز بیک سیگنال ساعت خارجی که بین صفر تا 5 ولت نوسان کند، داشت یعنی نوسان ساز را در مخارج از مدار با آی سی های (TTL) مانند 7404 و یک کریستال می ساختند و بعدا وارد مدار ریز پردازنده می نمودند.

اکنون نیز همان سیستم ها برقرار است ولی با پیشرفت تکنولوژی از روشهای بهتر و مداراتی که دارای تشعشع کمتر و انرژی تلف شده کمتری می باشند استفاده می کنند مثلا در ریزپردازنده DX4 80486 ساخت شرکت اینتل از یک سیگنال ساعت داخلی یا سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.

توجه: چون سرعت پردازش در CPU ها بسیار اهمیت دارد در نامگذاری کامپیوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نیز بازگو می کنند مثلا P5-100 یعنی پردازنده این کامپیوتر پنتیوم (80568) و سرعت آن 100 مگاهرتز است یا P5-200/MMX یعنی پردازنده پنتیوم یا سرعت 200 مگاهرتز یا تکنولوژی MMX می‎باشد.

5-1- آشنایی با مدیریت انرژی پردازنده

بمنظور جلوگیری از انرژی تلف شده در پردازنده ها و کنترول توان مصرفی آنها در برنامه Setup سیستم بخشی به نام power management در نظر گرفته شده است تا در زمان استفاده نکردن از کامپیوتر پس از مدت زمانی که در تنظیم setup وجود دارد سیستم بحالت خاموش یا reset می رود. بدیهی است بمحض استفاده از کامپیوتر مجدداً بحالت فعال در آمده و عملیات خود را انجام می‎دهد.

توجه: در برنامه های NU و NC نیز گزینه های مانند contigure وجود دارد که میتوان انرژی سیستم و پردازنده و مانیتور را مدیریت و کنترل نمود.

6-1- آشنایی با ولتاژ عملیات پردازنده

پردازنده های پنتیوم سری p54c با یک ولتاژ کار می کرد. ولی پردازنده های P55C به علت تغییر در جریان برق تغذیه کننده، تکنولوژی دوگانه به کار رفته است. این پردازنده جهت کاهش حرارت به 2 ولتاژ مختلف یکی 2.5 ولت برای هسته ودیگری 3.3 ولت برای بخش ورودی / خروجی نیاز دارد.

بطور کلی یکی از تکنولوژی های تولید پردازنده این است که سیم کشی های درون آن نازکتر باشند که در این صورت پردازنده به ولتاژ و جریان کمتری نیاز خواهد داشت و همین مسئله باعث می‎شود که پردازنده ها با سرعت بیشتری کار کرده و گرمای کمتری تولید کنند. به همین دلیل پردازنده های با ولتاژ دوگانه طراحی شده است.

ولی بخش ورودی / خروجی (I/O) به 3.3 ولت نیاز دارد که در مادربردهای جدید Soket 7 بکار رفته و هر کارخانه سازنده با ولتاژهای مختلفی کار می کنند که در زیر، ولتاژ چند پر دازنده مختلف بعنوان نمونه ذکر شده است.

7-1- آشنایی با خاصیت MMX در پردازنده ها

MMX تکنولوژی است که در ژانویه 1997 به بازار آمد و هدف آن افزایش سرعت و کیفیت کارهای مالتی مدیا (چند رسانه ای) می باشد که در این پردازنده ها یک سری دستورالعملهای جدید ایجاد شده که حدودا 57 دستور العمل است. یعنی 4 نوع داده (data type) جدید و 8 رجیستر 64 بیتی به پردازنده های قبلی اضافه شده است که توانایی پردازنده را بالا برده و برنامه نویسان حرفه ای می‎تواند در برنامه هایشان از این دستور العمل ها استفاده نمایند تا سرعت اجرای برنامه افزایش یابد. برنامه هایی که با استفاده از دستورات mmx نوشته می‎شوند و در پردازنده های معمولی نیز اجرا می‎شوند ولی سرعت اجرای برنامه کمتر می‎باشد. CPU های MMX به P55C معروف می باشند.

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

جامپر یا جافنرها پین هایی روی مادربورد می باشند که با تنظیم جامپرها و یا تغییر محل روکش پلاستیکی و قرار دادن آنها در موقعیت های مختلف اعمال متفاوتی انجام می دهند از جمله تنظیم هایی که توسط جابجایی جامپرها انجام می‎گیرد.

- تغییر نوع پردازنده بر روی مادربورد

- تنظیم مقدار ولتاژ لازم برای CPU خاص

- انتخاب اندازه RAM در بعضی از مادربوردها

- تعیین مقدار حافظه کش (Cache)

- پاک کردن اطلاعات CMOS و …

که محل قرار گیری صحیح جامپرها در دفترچه راهنمای مادربورد که همراه با مادربورد است عرضه می گردد.

برای مثال تنظیم سوئیهای کامپیوتر IBM- PC- XT بصورت زیر است

سوئیچ 1: خاموش (روی صفر)

سوئیچ 2: خاموش (روی صفر) اگر کمک پردازنده نصب شده باشد. روشن (روی یک)

سوئیچ 3 و 4: دقیقا با مقدار حافظه نصب شده ارتباط دارد که از کتاب راهنما کمک بگیرید.

سوئیچ 5و 6: مربوط به نوع مونیتور است مثلا اگر از نوع CGA باشد 5 روشن و 6 خاموش است و اگر تک رنگ باشد 5 و 6 هر دو خاموش هستند.

سوئیچ 7 و 8: این سوئیچ ها مربوط به درایورهای فلاپی دیسک ها است یعنی 7 روشن و 8 خاموش به معنی یک فلاپی دیسک یا 7 خاموش و 8 روشن به معنی دو فلاپی دیسک است.

ممکن است در بعضی از مادربوردها سوئچی ها بصورت کشوئی یا بصورت الاکلنگی باشد و ممکن است صفر ویا یک علامت گذاری شده باشد که یک نشاندهنده روشن و صفر نشاندهنده خاموش است.

4-1-3- فن خنک کننده پردازنده

با توجه به افزایش سرعت در پردازنده ها و گرم شدن آنها نیاز به خنک کردن آنها می‎باشد. یکی از روشهای قدیمی گذاشتن فن در پشت (Case) است که با روشن شدن کامپیوتر راه انداز شده و موجب خنک شدن محیط سیستم می‎شود ولی اخیرا در کامپیوترهای پیشرفته فن خنک کننده را توسط گیره روی CPU نصب می کنند و بعضی شرکتها بمنظور خنک کردن پردازنده بجای استفاده از سوکت سرامیکی از سوکت های شبکه پلاستیکی استفاده کرده و سیمهای اتصال آن را از آلیاژ مس و کادیم انتخاب می کنند که عمل هدایت سریعتر انجام گیرد.

5-1-3- بانکهای حافظه RAM (72 پین و 168 پین)

بانک های حافظه 72 پین

حافظه های دینامیکی 72 پینی از نوع SIMM بر روی اکثر مادربردهای 486 و بالاتر یعنی Pentium I هم قابل نصب می‎باشد.

در صورتیکه خط انتقال اطلاعات از نوع 32 بیتی باشد، اگر یک بانک نیز پر باشد، سیستم کار خواهد کرد. زیرا این حافظه ها، 32 بیتی (4بیت نیز برای بیت توازن که هر بیت مربوط به 8 بیت می‎باشد) بوده و قابلیت دستیابی به حالت های 8 و 16 و 32 بیتی را نیز فراهم می‎آورد.

در سیستم های پنتیوم I که خط انتقال اطلاعات 64 بیتی می‎باشد حداقل باید ود اسلات حافظه 72 پین پر باشد تا سیستم کار کند.

در شکل زیر یک حافظه RAM از نوع 72 پین و نحوه قرار دادن آن در سوکت ملاحظه می‎شود.

بانکهای حافظه 168 پین

SDRAM ها که در حال حاضر بر روی مادربردهای جدید نصب می‎شوند به شکل ما جولهای 64 بیتی DIMM ساخته می‎شوند. تعداد پین های آنها 168 عدد بوده و برای نصب نیاز به سوکت خاصی می‎باشد. از آنجا که پهنای ما جول های DIMM 64 بیت می‎باشد یک عدد از آنها برای کار پردازنده کافی می‎باشد.

DIMM در ظرفیت های 8 و 16 و 32 و 64 و 128 و 256 مگابایتی موجود بوده دارای سرعت 6 و 8 و 10 و 12 نانو ثانیه ای می باشد وروی هر مادربرد 1 الی 3 سوکت برای این نوع RAM وجود دارد.

مزیت SDRAM ها در سرعت بالا می‎باشد که امکان افزایش فرکانس گذرگاه سیستم را بوجود می‎آورد.

همه تراشه های جدید توانایی کنترل SDRAM ها را دارند و بر روی بعضی از مادربردها امکان نصب هر دو نوع SDMM RAM و DIMM وجود دارد. هدف از این کار آن بوده که هر کدام از RAM ها که نیاز باشد بتوان بر روی مادربرد نصب گردد. البته نباید بصورت همزمان از هر دو نوع استفاده کرد در بعضی از مادربردها استفاده از ترکیب RAM ها امکان پذیر می‎باشد.

در شکل زیر یک DIMM نمایش داده شده است.

شرکت اینتل در سال های گذشته سرعت پردازنده هایش را تا 200 برابر افزایش داده ولی سرعت حافظه در این مدت فقط 20 بر ابر افزایش یافته است هم اکنون همه به امید RAMهای سریع می‎باشند تا به کمک آنها بتوان از تمام قابلیت های PC بهره ببرند. درماجول های DIMM جدید یک تراشه EPROM وجود دارد که اطلاعاتی درباره RAM در آن ذخیره شده است. در داخل این تراشه واحدی برای نگهداری اطلاعاتی در مورد نوع RAM می‎باشد. هدف از این کار آن بوده که Bios اطلاعات موجود در آن را خوانده و از روی آن گذرگاه سیستم و زمان بندی حافظه را جهت بازدهی بهتر تنظیم نماید.

2-3- شناسائی اصول نصب کارت های شکافهای توسعه مادربرد

مولفه های داخلی مختلف در تمام کامپیوترها بوسیله یک مدار الکتریکی بنام گذرگاه (BUS) به هم متصل می‎شوند. گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی می‎باشد که روی بورد اصلی سیستم قرار می‎گیرد. تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر، پردازنده، هر تراشه کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیرمستقیم به گذرگاه متصل می‎شوند. گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی می‎باشد که روی بورد اصلی سیستم قرار می‎گیرد. تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر، پردازنده، هر تراشه کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیرمستقیم به گذرگاه متصل می‎شوند. وقتی که داده ها از یک مولفه دیگر منتقل می گردند آنها از منبع به مقصد در طول این مسیر مشترک حرکت می کنند. وقتی که یک آداپتور جدید در یکی از شکافهای گسترش بورد اصلی وصل می‎شود در واقع بطور مستقیم به گذرگاه متصل می گردد و بدین ترتیب عنصر جدید جزء کل سیستم خواهد شد.

تمام اطلاعاتی که کامپیوتر استفاده می‎کند حداقل در یک محل در طول گذرگاه به طور موقت ذخیره می‎شود. ذخیره اولیه داده ها در حافظه اصلی یا RAM می‎باشد. در PC ها حافظه اصلی شامل هزارها یا میلیونها سلول حافظه منفرد است که هر یک از آنها می‎تواند 8 بیت یا یک بایت داده را نگه دارد. بعضی داده ها ممکن است برای مدت کوتاهی در یک پورت I/O یا یک ثبات پردازنده ذخیره شوند، یعنی همان زمانی که صبر می‎کند تا پردازنده آنها را به محل مناسب خود بفرستد. به طور کلی درگاهها و ثابتها فقط 1 و یا 2 بایت اطلاعات را در هر بار نگه می دارند که معمولاً از آنها بعنوان محلهای ذخیره موقت استفاده می‎شود تا اینکه داده ها از یک مکان به مکان دیگر فرستاده شوند. هر وقت داده ها به یک سلول حافظه یا پورت I/O فرستاده یا از آنها خوانده می‎شوند محل سلول یا درگاه توسط یک مقدار عددی یا آدرس مشخص می گردد. وقتی که انتقال داده انجام می‎شود آدرس آن روی گذرگاهی به نام گذرگاه آدرس (adress bus) منتقل می‎شود. همچنین گذرگاه قسمتی دارد به نام گذرگاه کنترل (control bus) که اطلاعات کنترلی را مانند سیگنالهای زمانی (از ساعت سیستم) و سیگنالهای وقفه ای حمل می‎کند. قسمت نهایی گذرگاه خطوط نیرو، نیروی الکتریکی را حمل می‎کند.