این درس در مورد ساختار وچگونگی طراحی کامپیوتر های دیجیتالی است . این مطلب معروف به “معماری کامپیوتر” است (که شامل معماری مجموعه دستورالعمل + سازماندهی سخت افزاری می باشد ) .

پاورپوینت معماری کامپیوتر در 38 اسلاید زیبا و قابل ویرایش با فرمت pptx

مقدمه

در تقریبا طی 60 سال از زمانی که نسل اول کامپیوتر بوجود آمده تکنولوژی کامپیوتر پیشرفت چشمگیری داشته است.

امروز یک کامپیوتر شخصی با عملکرد خوب را می توان کمتر از 500 دلار خریداری کرد. کامپیوتری که دارای حافظه بالا و ذخیره دیسک بیشتری است در مقایسه با سال 1985چنین کامپیوتری یک میلیون دلار هزینه بر می داشت .با رشد سریع همراه با مزایا ی تولید انبوه ریزپردازنده ها منجر به کسر فزاینده تجارت کامپیوتر مبتنی بر ریزپردازنده ها گردید.علاوه بر این از موفقیت تجاری برخوردار گردید

که این موفقیت به دو دلیل است:

اولا: حذف مجازی برنامه نویسی زبان اسمبلی نیاز به سازگاری کد- شئ را کاهش داد.

ثانیا: تولید استاندارد شده سیستم هایی مانند unix,linux هزینه ریسک برای ایجاد معماری جدید را کاهش داد. این تغییرات امکان توسعه موفقیت آمیز یک سری معماری ها با دستورات ساده تر را امکان پذیر ساخت که مجموعه دستورات کامپیوتری کاهش یافته (RISC) نامیده می شود. ماشینهای مبتنی بر RISC با توجه طراحان به دو تکنیک عملکردی ، حساس بود یعنی از عملیات موازی و موازی سازی سطح دستورات استفاده کنیم و همچنین استفاده از حافظه پنهان cache .

شکل 1-1 نشان می دهد که ترکیب پیشرفت های سازمانی و معماری منجر به رشد 16 ساله در عملکرد رشد و سرعت سالانه بالغ بر 50% وضیعت کامپیوتر گردیده است. همچنین این شکل رشد در عملکرد پردازنده از اواسط دهه 1980 را نشان می دهد.

طبقه بندی کامپیوترها

در دهه 1960 کامپیوتر مرکزی یا Mainframe شکل رایج کامپیوتر بود. که میلیونها دلار قیمت داشت . و در اتاق های کامپیوتری نگهداری می شد که با اپراتورهای جداگانه ای از آن حفاظت می کردند.

دهه 1970 تولد کامپیوترهای کوچکتر بود که در آزمایشگاههای علمی کاربرد داشت. در این دهه همچنین ظهور ابر کامپیوترهایی با سرعت محاسبات علمی بالا بود. اگر چه تعداد آنها کم است ولی از نظر تاریخی اهمیت دارند زیرا این کامپیوترها در ابداعات که بعداً منجر به تولید کامپیوتر های ارزان تر شد پیشگام بودند.

دهه 1980 افزایش کامپیوترهای رومیزی که مبتنی بر ریزپردازنده هایی به شکل کامپیوتر های شخصی و هم ایستگاه کاری بود.

کامپیوترهای شخصی منجر به کامپیوترهای اشتراکی گردید. و منجر به افزایش سرورها شد . دهه 1990 ظهور اینترنت و وب جهانی که اولین وسایل محاسباتی موفقیت آمیز (دستیاران دیجیتالی شخصی یا PDA) بود. و ظهورابزارهای الکترونیکی دیجیتالی با عملکرد بالا شامل بازیهای ویدئویی و جعبه های نصب میباشد . برای این کاربرد ها اخیرا از کامپیوتر توکار استفاده می کنند . این تغییرات مرحله تغییر حساس در چگونگی دیدگاه ما از محاسبه و کاربردهای محاسباتی را ایجاد کرده است

شکل2-1 طبقات جریان اصلی محیط های محاسباتی و مشخصات مهم آنها را خلاصه می کند.

شکل 2-1 همچنین خلاصه سه جریان اصلی طبقه بندی محاسبات و ویژگی های سیستمی آنها را نشان می دهد.

سرورها

هنگامی که تغییری در محاسبه رومیزی رخ داد، نقش سرورها در تهیه فایلی با مقیاس بزرگ و معتبرتر و خدمات محاسباتی بهتر توسعه یافت . وب جهانی این تمایل را سرعت بخشید بدلیل رشد سریع در تقاضا و پیچیدگی خدمات مبتنی بر وب .

برای سرورها ویژگی های متفاوتی اهمیت دارند:

ویژگی اول وابستگی به انتقاد سرورهایی که گوگل را هدایت میکنند که دستور می گیرند برای Cisco یا نامگذاری واج در eBay در گوگل.

عدم موفقیت چنین سرورهای سیستمی خیلی بیشتر اهمیت دارد تا یک سرور تنها زیرا این سرورها باید 7 روز هفته را 24 ساعته کار کنند.

تعریف معماری کامپیوتر

وظیفه ای که یک کامپیوتر با آن مواجه می شود وظیفه ای پیچیده است ابتدا مشخص می کنید چه صفات و ویژگی هایی برای یک کامپیوتر جدید مهم است و سپس یک کامپیوتر را طراحی می کنید برای به حداکثر رساندن عملکرد آن ضمن حفظ قیمت، قدرت و قابلیت در دسترس بودن آن .

این وظیفه جنبه های گوناگونی دارد شامل طراحی مجموعه دستورات ، ساختار عملکردی طراحی منطقی و پیاده سازی . در گذشته اصطلاح معماری کامپیوتر اغلب تنها به طراحی یک مجموعه دستورات محدود می شد و جنبه های دیگر طراحی کامپیوتر را پیاده سازی می نامیدند.

پاورپوینت روشهای طراحی CPU

وظایف:

•ALU : مجری دستورات

•CU : ایجاد سیگنالهای کنترلی لازم

•REGISTERS : ذخیره داده های میانی

روش های طراحی:

•سازمان تک انباره ای

•سازمان چند ثباتی

•سازمان پشته ای

سازمان ثبات عمومی:

•GENERAL REGISTER

•تمامی ثباتها می توانند به عنوان اپراند دستورالعملهای ALU بکار برده شوند

•مثال : رجیسترهای داده در پردازنده پنتیوم