دانلود مقاله CPU سی پی یو

- توانایی درک ساختمان CPU

1-1 آشنایی با تعریف عملیات CPU
CPU یا Processor اساسی‌ترین 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 زیر‌پردازنده یا CPU آن است.

محل قرار گرفتن آن روی برد داخلی و درجای ویژه‌ای از مادربرد قرار دارد.

در سراسر جهان شرکتهای زیادی به تولید این آی- سی پرداخته‌اند از معروفترین آنها می‌توان ریز‌پردازنده Motorolla-Intel و AMD و Cyrix را نام برد.
ریز‌پردازنده ، از واحدهای گوناگونی تشکیل شده که هر واحد وظیفه خاصی را انجام می‌دهد.

با قرار گرفتن این واحدها در کنار یکدیگر یک ریزپردازنده به صورت یک مجموعه مجتمع و فشرده تشکیل می‌شود.

هر ریزپردازنده از واحدهای زیر تشکیل شده است.
1- واحد محاسبه و منطق (ALU)
این واحد شامل مداراتی است که می‌تواند محاسبات برنامه‌های کامپیوتری را انجام دهد.

مثلاً مجموع دو عدد را بطور منطقی محاسبه می‌کند.

ALU مخفف کلمات Artimatic -Logic - Unit است.
2- واحد کنترل CU یا Control - Unit این واحد بر واحد ورودی و خروجی حافظه‌های گوناگونی نظارت می‌کند و چگونگی ورود و خروج آنها را کنترل می‌کند.
3- حافظه‌های ثابت یا Register
هر ریزپردازنده برای جمع‌آوری اطلاعات نیاز به یک محل موقت دارد تا داده‌ها را در داخل آنها قرار داده و در مواقع لزوم از آنها استفاده نماید، که این محلهای موقت را حافظه‌های ثابت یا Register می‌گویند.
4- حافظه‌های 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 می‌شود، این حالت انتظار باعث کند شدن سرعت کامپیوتر می‌گردد.

به منظور جبران این وضع از واحدی به نام Cache استفاده می‌کنندکه سرعت آن برابر سرعت CPU است.

در نتیجه مقداری از محتویات حافظه اصلی که مورد استفاده CPU است به حافظه Cache منتقل می‌گردد تا در موقع خواندن و نوشتن با سرعت CPU مطابقت داشته باشد.
پردازنده‌های کامپیوترهای شخصی معمولاً بصورت یک مستطیل یا مربع شکل است و بر روی آن حروف و ارقامی دیده می شود.
1- نام سازنده پردازنده
2- نسل پردازنده
3- مدل پردازنده
4- سرعت پردازنده
5- ولتاژ پردازنده و شماره سریال

2-1 آشنایی با تراکم عناصر ساختمانی در پردازنده
CPU از مجموع قطعات الکترونیکی مخصوصاً تراتریستورهای مختلف تشکیل یافته است.

مثلاً اولین بار شرکت AMD با قراردادن 500000 تراتریستور پردازنده‌های K6 را با به بازار عرضه نمود.

یا شرکت Intel پردازنده SL80386 را در آن 855000 تراتریستور بکار رفته و دارای 32 بیت خط حامل داخلی 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 عرضه نموده است.

3-1 آشنایی با سرعت ساعت سیستم
سرعت پردازنده مستقیماً روی عملکرد آن اثر می‌گذارد.

یعنی هر چه سرعت بالا باشد تبادل اطلاعات پردازنده سریعتر است، معمولاً سرعت پردازنده بر حسب مگاهرتز بیان می‌شود.

و برخی از سازندگان پردازنده خود را با سرعت واقعی آن نام‌گذاری نمی‌کنند بلکه سرعت آنها را بصورت مقایسه‌ای با پردازنده‌های IBM می‌نویسند و آن را با PR نمایش می‌دهند مثلاً 100PR یعنی سرعت معادل 100 مگاهرتز است و اگر علامت + در جلوی عدد نوشته شود به مفهوم این است که از سرعت نوشته شده نیز بیشتر است مثلاً +PR133 یعنی سرعت پردازنده در مقایسه با پردازنده پنتیوم 133 نیز بیشتر است.

4-1 آشنائی با سرعت ساعت داخلی
هر پردازنده عملیات داخلی خود را بر اساس سیگنالهای ساعت داخلی انجام می‌دهد.

بعبارت دیگر سرعت داخل هر پردازنده تقریباً برابر همان سرعتی است که روی پردازنده ذکر شده.
1-4-1سرعت ساعت خارجی سیستم
بعضی از پردازنده‌ها نیاز به سیگنالهای ساعت خارجی دارند.

مثلاًZ80 که قبلاً در کامپیوترهای اولیه بکار می‌رفت نیاز به یک سیگنال ساعت خارجی که بین صفر تا 5 ولت نوسان کند،داشت یعنی نوسان ساز را در خارج از مدار با آی‌سی‌های (TTL) مانند 7404 و یک کریستال می‌ساختند و بعداً وارد مدار ریزپردازنده می‌نمودند.
اکنون نیز همان سیستم‌ها برقرار است ولی با پیشرفت تکنولوژی از روشهای بهتر و مداراتی که دارای تشعشع کمتر و انرژی تلف شده کمتری می‌باشند استفاده می‌کنند مثلاً در ریزپردازندهDX4 80486 ساخت شرکت اینتل از یک سیگنال ساعت داخلی با سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.
اکنون نیز همان سیستم‌ها برقرار است ولی با پیشرفت تکنولوژی از روشهای بهتر و مداراتی که دارای تشعشع کمتر و انرژی تلف شده کمتری می‌باشند استفاده می‌کنند مثلاً در ریزپردازندهDX4 80486 ساخت شرکت اینتل از یک سیگنال ساعت داخلی با سرعت 100 مگاهرتز استفاده شده است.

توجه: چون سرعت پردازش در CPUها بسیار اهمیت دارد در نامگذاری کامپیوترها ضمن اسم بردن از پردازنده سرعت ساعت آنرا نیز بازگو می‌کنند مثلاً 100-P5 یعنی پردازنده این کامپیوتر پنتیوم (80586) و سرعت آن 100 مگاهرتز است یا P5-200/MMX یعنی پردازنده پنتیوم با سرعت 200 مگاهرتز یا تکنولوژی MMX می‌باشد.

5-1 آشنایی با مدیریت انرژی پردازنده بمنظور جلوگیری از انرژی تلف شده در پردازنده‌ها و کنترل 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 می‌رود.

بدیهی است بمحض استفاده از کامپیوتر مجدداً بحالت فعال درآمده و عملیات خود را انجام می‌دهد.

توجه: در برنامه‌های NU و NC نیز گزینه‌های مانند Configure وجود دارد که می‌توان انرژی سیستم و پردازنده و مانیتور را مدیریت و کنترل نمود.

6-1 آشنایی با ولتاژ عملیات پردازنده پردازنده‌های پنتیوم سری P54C با یک ولتاژ کار می‌کرد.

ولی پردازنده‌های P55C به علت تغییر در جریان برق تغذیه کننده، تکنولژی دوگانه به کار رفته است.

این پردازنده جهت کاهش حرارت به 2 ولتاژ مختلف یکی 8/2 ولت برای هسته و دیگری 3/3 ولت برای بخش ورودی/خروجی نیاز دارد.

بطور کلی یکی از تکنولوژی‌های تولید پردازنده‌ها این است که سیم‌کشی‌های درورن آن نازکتر باشند که در این صورت پردازنده‌ به ولتاژ و جریان کمتری نیاز خواهد داشت.

و همین مسئله باعث می‌شود که پردازنده‌ها با سرعت بیشتری کار کرده و گرمای کمتری تولید کنند.

به همین دلیل پردازنده‌های با ولتاژ دوگانه طراحی شده است.ولی بخش ورودی / خروجی (I/O) به 3/3 ولت نیاز دارد که در مادربردهای جدید Soket7 بکار رفته و هر کارخانه سازنده با ولتاژهای مختلفی کار می‌کنند که در زیر، ولتاژ چند پردازنده مختلف بعنوان نمونه ذکر شده است.

7-1 آشنایی با خاصیت در پردانده‌ها تکنولوژی است که در ژانویه 1997 به بازار آمد و هدف آن افزایش سرعت و کیفیت کارهای مالتی مدیا ( چندرسانه‌ای ) می‌باشد که در این پردازنده‌ها یک سری دستورالعملهای جدید ایجاد شده که حدوداً 57 دستورالعمل است.

یعنی 4 نوع داده (data type) جدید و 8 ریجیستر 64 بیتی به پردازنده‌های قبلی اضافه شده است که توانایی پردازنده‌ را بالا برده و برنامه نویسان حرفه‌ای می‌تواند در برنامه‌هایشان از این دستورالعمل‌ها استفاده نمایند تا سرعت اجرای برنامه افزایش یابد.

برنامه‌هایی که با استفاده از دستورات نوشته می‌شوند در پردازنده‌ها معمولی نیز اجرا می‌شوند ولی سرعت اجرای برنامه کمتر می‌باشد.CPUهای به P55C معروف می‌باشند.

شناسایی اصول بررسی لوازم روی مادربردها سوکت ZIF شکاف Slot 1 معماری جامپرها و Dip - Switchها فن خنک کننده پردازنده بانکهای حافظه RAM 72 پین و 168 پین شناسایی اصول نصب کارتهای شکاف‌ها شکاف‌ ISA شکاف EISA شکاف MCA شکاف PCI شکاف AGP نصب کارت I/O بر روی شکاف I/O شکاف LPT‌ و Com شکافهای IDE و FDC شناسایی پایه‌های کنترل مادربرد AT ، ATX پایه‌های کنترل Turbo - Power - soft شناسایی پایه‌های خبری PowerLED/TurboLED Speaker LED روش نصب مادربرد لوازم مورد نیاز مادربرد رعایت نکات ایمنی مراحل برق‌دهی مادربرد روش ارتقاء Bios ‌ لوازم مورد نیاز جهت ارتقاء Bios تعیین نوع Bios نحوه ارتقاء 2- توانایی روش نصب مادربرد قبل از مادربرد لازم است در جعبه ابزار کامپیوتر وسایل زیر را داشته باشید.

پیچ‌گوشتی تحت دو سو و چهارسو در اندازه‌های مختلف دم‌باریک و انبردست کوچک یک سری آچار در اندازه‌های مختلف چند نوع انبرک یک سری ابزار آی - سی در آر و آی - سی نصب کن یک شیشه کوچک الکل و مقداری کهنه برای پاک کردن یک دفترچه یادداشت جهت نوشته رنگ سیمهای رابط و یا محل قطعات باز شده قبلی و یا شماره پایه‌های ارتباطی و غیره ...

بمنظور حفاظت و ایمنی بیشتر ، میز و صندلی کار را به سیم اتصال به زمین مجهز نمایید.

یک مولتی متر ساده که بتوان ولتاژهای AC و DC را اندازه گرفت.

10- استفاده از کتاب راهنمای مادربرد خریداری شده .

روش نصب یک مادربرد: مادربرد آماده را به آرامی در داخل قاب طوری قرار دهید که رابط صفحه کلید با سوراخ صفحه کلید در پشت قاب هماهنگ باشد سپس مادربر را روی پایه‌های پلاستیکی مقابل سوراخهای آن به نجوی که هیچ قسمت مدار به قاب فلزی اتصال نداشته باشد محکم نمایید .

بعداً سوئیچها را طبق کتاب راهنمای دستورالعمل نوع CPU تنظیم نمایید .

بدیهی است اگر در این کار اشتباه کنید احتمالاً سرعت CPU تغییر خواهد کرد و مواظب باشید در موقع کار گذاشتن مادربرد خمیدگی در صفحه آن پیش نیاید و ضمناً در موقع بستن پیچ‌ها ، از واشرهای پلاستیکی یا کاغذی استفاده نمایید تا اتصالی بین آنها ایجاد نشود.

سعی کنید این عملیات را با آرامش و به آرامی انجام دهید چون یک اشتباه ممکن است موجب سوختن مادربرد شود.

1-2 شناسائی اصول بررسی لوازم روی مادربردها 1-1-2 سوکت ZIF سوکت ZIF یا (Zero In Force) یک سوکت CPU است که در بسیاری از مادربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد و با این سوکت می‌توان براحتی ریزپردازنده را از جای خود خارج و یا آنرا تعویض نمود.

لازم به یادآوری است که در موقع تعویض CPU لازم است گیره Zif را بطرف بالا بکشید تا پین‌ها سوکت کاملاً باز شود.

2-1-2 شکاف Slot1 تمام نقل و انتقال‌های داده‌ها داخل کامپیوتر از طریق گذرگاهها ایجاد می‌گیرد.گذرگاهها به طور کلی به دو نوع تقسیم می‌شود.

1- گذرگاههای سیستم که پردازنده‌ را به RAM ( حافظه) متصل می‌نماید.

2- گذرگاههای ورودی و خروجی (I/O) که پردازنده را قسمتهای دیگر متصل می‌نماید گذرگاه سیستم روی مادربرد و متناسب با نوع پردازنده آن بر روی سیستم نصب می‌گردد.

سوکتی که پردازنده بر روی آن نصب می‌گردد گذرگاه سیستم می‌نامند.که در سیستم‌های 386 سوکت بود و مادربردهایی که پردازنده آنها DX 386 و یا بعضی از پردازنده‌های 486 بود، سوکت استفاده می‌گردید.

در سیستم‌هایی که برای پردازنده‌های 486 و پنتیوم (Pentium I) استفاده می‌گردید، سوکت پردازنده‌ از نوع ZIF می‌باشد.

در سیستم‌هایی که از پردازنده‌های سری Pentium II و بالاتر استفاده می‌گردد سوکتی که برای نصب پردازنده استفاده می‌گردد به Slot one معروف است.

3-1-2 معماری جامپرها و (Dip-Switch)ها جامپر یا جافنرها پین‌هایی روی مادربرد می‌باشند که با تنظیم جامپرها و یا تغییر محل روکش پلاستیکی و قراردادن آنها در موقعیت‌های مختلف اعمال متفاوتی انجام می‌دهند از جمله تنظیم‌هایی که توسط جابه‌جایی جامپرها انجام می‌گیرد.

تغییر نوع پردازنده بر روی مادربرد تنظیم مقدار ولتاژ لازم برای CPU خاص انتخاب اندازه RAM در بعضی از مادربردها تعیین مقدار حافظه کش (Cache) پاک کردن اطلاعات و ...

که در محل قرارگیری صحیح جامپرها در دفترچه راهنمای مادربرد که همراه مادربرد است عرضه می‌گردد.

برای مثال تنظیم سوئیچ‌های کامپیوتر - PC - XT بصورت زیر است.

سوئیچ1 خاموش ( روی صفر) سوئیچ2 خاموش ( روی صفر) اگر کمک پردازنده نصب شده باشد.

(روشن روی یک).

سوئیچ3و4 دقیقاً با مقدار حافظه نصب شده ارتباط دارد که از کتاب راهنما کمک بگیرید.

سوئیچ5و6 مربوط به نوع مونیتور است مثلاً اگر از نوع باشد 5 روشن و 6 خاموش است و اگر تک رنگ باشد 5 و6 هر دو خاموش است.

سوئیچ7و8 این سوئیچ‌ها مربوط به درایوهای فلاپی دیسک‌ها 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 مادربردها سوئیچ‌ها بصورت کشوئی یا بصورت الاکلنگی باشد و ممکن است صفر و یا یک علامت‌گذاری شده باشد که یک نشاندهنده روشن و صفر نشاندهنده خاموش است.

4-1-2 فن خنک‌کننده پردازنده با توجه به افزایش سرعت در پردازنده‌ها و گرم شدن آنها نیاز به خنک‌کردن آنها می‌باشد.یکی از روشهای قدیمی گذاشتن فن در پشت (case) است که با روشن شدن کامپیوتر راه‌اندازی شده و موجب خنک شدن محیط سیستم می‌شود ولی اخیراً در کامپیوترهای پیشرفته این فن خنک کننده را توسط گیره روی CPU نصب می‌کنند.

و بعضی شرکتها به منظور خنک‌کردن پردازنده بجای استفاده از سوکت سرامیکی از سوکت‌های شبکه پلاستیکی استفاده کرده و سیمهای اتصال آن را از آلیاژ مس و کادمیم انتخاب می‌کنند که عمل هدایت سریعتر انجام گیرد.

5-1-2 بانکهای حافظه RAM ( 72 پین و 168 پین ) بانک‌های حافظه 72 پین حافظه‌‌های دنیامیکی 72 پینی 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 حافظه‌ها، 32 بیتی ( 4 بیت نیز برای بیت توازن که هر بیت مربوط به 8 بیت می‌باشد) بوده و قابلیت دستیابی به حالتهای 8 و 16 و 32 بیتی را نیز فراهم می‌آورد.

در سیستم‌های پنتیومI که خط انتقال اطلاعات 64 بیتی می‌باشد حداقل باید دو اسلات حافظه 72 پین باشد تا سیستم کار کند.

بانکهای حافظه 168 پین SDRAMها که در حال حاضر بر روی مادربردهای جدید نصب می‌شوند به شکل ما جول‌های 64 بیتی DIMM ساخته می‌شوند.

تعداد پین‌های آنها 168 عدد بوده و برای نصب نیاز به سوکت خاصی می‌باشد.از آنجا که پهنای ماجول‌های DIMM ، 64 بیت می‌باشد یک عدد از آنها برای کار پردازنده کافی می‌باشد.

DIMM ها در ظرفیت‌های 8و16و32و64و128و256 مگابایتی موجود بوده و دارای سرعت 6و8و10و12 نانو ثانیه‌ای می‌باشد و روی هر مادربرد 1 الی 3 سوکت برای این نوع RAM وجود دارد.

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

همه تراشه‌های جدید توانایی کنترل SDRAMها 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 RAMها 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 امکان‌پذیر می‌باشد.

شرکت اینتل در سال‌های گذشته سرعت پردازنده‌هایش را تا 200 برابر افزایش داده ولی سرعت حافظه در این مدت فقط 20 برابر افزایش یافته است.

هم اکنون همه به امید RAMهای سریع می‌باشند تا به کمک آنها بتوان از تمام قابلیت‌های PC بهره ببرند.

در ماجول‌های 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 زمان‌بندی حافظه را جهت بازدهی بهتر تنظیم نماید.

2-2 شناسائی اصول نصب کارت‌های شکافهای توسعه مادربرد مولفه‌های داخلی مختلف در تمام کامپیوترها بویسله یک مدار الکتریکی بنام گذرگاه (BUS) به هم متصل می‌شوند.

گذرگاه به سادگی یک مجموعه اتصالات موازی می‌باشدکه روی بورد اصلی سیستم قرار می‌گیرد.

تمام اجزای کنترل کننده کامپیوتر ، پردازنده ، هر تراشته کنترلی و هر بایت حافظه به طور مستقیم یا غیر مستقیم به گذرگاه متصل می‌شوند.

وقتی که داده‌ها از یک مولفه دیگر منتقل می‌گردند آنها از منبع به مقصد در طول این مسیر مشترک حرکت می‌کنند.

وقتی که یک آداپتور جدید در یکی از شکافهای گسترش بورد اصلی وصل می‌شود در واقع بطور مستقیم به گذرگاه متصل می‌گردد 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 داده‌ها درحافظه اصلی یا RAM می‌باشد.

در PCها 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 داده‌ها 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 یا 2 بایت اطلاعات را در هر بار نگه می‌دارند که معمولاً از آنها بعنوان محلهای ذخیره موقت استفاده می‌شود تا اینکه داده‌ها از یک مکان به مکان دیگر فرستاده شوند.

هر وقت داده‌ها به یک سلول حافظه I/O فرستاده یا از آنها خوانده می‌شوند محل سلول یا درگاه توسط یک مقدار عددی یا آدرس مشخص می‌گردد.وقتی که انتقال داده انجام می‌شود، آدرس آن روی گذرگاهی بنام گذرگاه آدرس (address 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 وقفه‌ای حمل می‌کند.

قسمت نهایی گذرگاه، خطوط نیرو، نیروی الکتریکی را حمل می‌کند.

به علت اهمیت آدرس گذرگاه آدرس (Address Bus) : کامپیوترهایی که از پردازنده‌های 8088 یا 8086 استفاده می‌کنند یک گذرگاه آدرس 20 بیتی دارند، به این معنا که گذرگاه شامل 20 خط آدرس جدا می‌باشد.

هر یک از این خطوط می‌توانند دو مقدار ممکن را داشته باشند: روش (نمایانگر یک ) یا خاموش (نمایانگر صفر) .

بنابراین کل گذرگاه آدرس می‌تواند 210 یا 576/048/1 آدرس دهی حافظه پردازنده‌های 8088 و 8086 می‌باشد.پردازنده‌های 80286 و SX80386 دارای 24 خط آدرس می‌باشند بنابراین سیستمهایی که از تراشه‌های فوق استفاده کنند یک گذرگاه آدرس 24 خطی داشته و می‌تواند 224 بایت یا 16 مگابایت حافظه را آدرس‌دهی نمایند.

سیستمهایی که از پردازنده‌های 80386DX و 80486 بالاتر استفاده می‌کنند دارای یک گذرگاه آدرس 32 بیتی بوده و می‌توانند تا 4 گیگابایت حافظه را آدرس‌دهی کنند.

گذرگاه داده (Data Bus) : گذرگاه داده با گذرگاه آدرس کار می‌کند تا داده را در کامپیوتر جابجا کند.

پردازنده 8088 از گذرگاه داده‌ای اسنفاده می‌کند که هشت خط سیگنال دارد و هر یک از این خطوط یک بیت دو دویی (Binary) منفرد را حمل می‌کند به این معنا که هر بار در طول گذرگاه یک بایت داده منتقل می‌شود.

پردازنده 80286 از گذرگاه داده 16 بیتی استفاده می‌کند که می‌تواند در هر بار دو بایت داده را منتقل کند.

پردازنده‌های 80386 یا 80486 قابلیت انتقال داده تا 32 بیت را در هر بار دارند.

در ادامه بحث گذرگاهها باید به قسمت مهم دیگری که درامر انتقال داده‌ها تاثیر بسزایی دارد یعنی شکافهای گسترش که به آنها کانالهای ورودی و خروجی نیز گفته می‌شود اشاره نمود.از این کانالها برای توسعه امکانات سخت‌افزاری سیستم استفاده می‌شود.

تمام سیگنالهای اطلاعات ، آدرس و کنترل از پردازنده‌ و دیگر المانهای اصلی سیستم به آن وصل شده است.

شکافهای گسترش بر اساس تکنولوژی گذرگاهها ساخته شده است و در واقع صورت دیگری ازگذرگاهها در ارتباط با وسایل ورودی و خروجی می‌باشد.

بر همین اساس چندین نوع شکاف گسترش موجود است که در ادامه به آنها اشاره می‌شود.

1-2-2 شکاف گسترش(Industry - Standard - Architect) ISA باس ISA از نوع 8 بیتی به همراه کامپیوترهای XT به بازار آمد و از آن، جهت اضافه کردن سخت‌افزار با افزودن کارت در شکافهای گسترش استفاده می‌شود.

همانگونه که قبلاً گفته شد تقریباً تمام سیگنالهای بورد اصلی سیستم به این شکافها متصل شده است.

این سیگنالها شامل خطوط آدرس ، اطلاعات، کنترل ،‌تغذیه و پالس‌ها می‌باشند.

با آمدن کامپیوترAT (حداقل 286 ) به بازار و افزایش خطوط آدرس و اطلاعات ، باید این خطوط به گذرگاه سیستم جهت استفاده و در کارتهای جانبی اضافه می‌شد اما باید به گونه‌ای عمل می‌شد که با مدلهای قبل سازگاری داشته باشد .

بنابراین به گذرگاه ISA از نوع8 بیتی دست زده نشد و فقط یک شکاف گسترش کوچک (Slot) در انتهای شکاف قبلی اضافه شد.

شکافهای گسترش جدید قابل انعطاف بوده و می‌توانند کارتهای اضافی 8 بیتی یا 16 بیتی را برای گسترش سیستم قبول کنند.مدار گذرگاه به طور خودکار می‌فهمد که کارت موجود 8 بیتی یا 16 بیتی است.

برای کارتهای 8 بیتی فقط از 8 خط 16 بیتی برای انتقال داده استفاده می‌شود که شبیه یک گذرگاه 8 بتی اصلی می‌باشد.

2-2-2 شکاف گسترش (Enhanced ISA)ELSA بعد از معرفی گذرگاه معماری میکروکانال (MCA) توسط شرکت IBM سازندگان بفکر ایجاد یک طرح گذرگاه با کارایی بالا افتاند.

اما نمی خواستند از معماری میکروکانال استفاده کنند.

گروهی از این کمپانیها برای ساخت گذرگاه EISA همکاری کردند.گذرگاه EISA یک گذرگاه 32 بیتی یا سرعت عملکرد بالاتر است و خصوصیات دیگری را ارائه می‌دهد که باعث می‌شود تا نسبت به گذرگاه ISA برتری داشته باشد.

در موارد اجرایی گذرگاه EISA و MCA تقریباً معادل هم هستند با این حال از لحاظ الکتریکی و مکانیکی هر دو کاملاً متفاوت می‌باشند و کارتهای گسترش طراحی شده برای یک نوع گذرگاه نمی‌تواند در دیگری به کار رود.

3-2-2 شکاف گسترش (Micro channel Architecture) MCA با کامپیوترهای PS/2 مدل 50 و 60 و 80 شرکت IBM یک طرح سخت‌افزار ، گذرگاه جدیدی به نام معماری میکروکانال (MCA) معرفی کرد.گذرگاه MCA در بسیاری از سیستم‌های به کار می‌رود و همچنین می‌تواند توسط بعضی سازندگان کامپیوترهای سازگار استفاده شود.گذرگاه MCA همان وظایف اساسی گذرگاه ISA یعنی انتقال آدرسها ، داده‌ها و سیگنالهای کنترلی به کارتهای متصل در شکافهای گسترش را انجام می‌دهد.

به جزدر مورد دستیابی RAM یا حمایت کنترل‌کننده‌های گذرگاه اصلی، گذرگاه MCA مانند یک گذرگاه داده 16 بیتی شبیه گذرگاه ISA عمل می‌کند.

اما طوری طراحی شده است که در سرعتهای بالاتر اجرا شود و همچنین سیگنالهای کنترل اضافی دارد که اجازه انعطاف بیتشری برای طرحهای سخت‌افزاری را می‌دهد.گذرگاه MCA با گذرگاه ISA دو تفاوت مهم دارد ، یکی در طراحی فیزیکی و دیگری در خصوصیات سیگنالهایش، از اینرو کارتی که می‌تواند با یکی از این دو گذرگاه کار کند با دیگری سازگار نخواهد بود.

4-2-2 شکاف گسترش PCI در بوردهای اصلی سیستم که به تازگی به بازار عرضه شده جدیدترین نوع گذرگاه دیده می‌شود.

این نوع گذرگاه از نظر جاگیری بر روی بورد سیستم کوچکتر از EISA و حتی ISA شانزده بیتی است ولی از نظر تواناییی از کلیه گذرگاههایی که تاکنون بررسی گردیده مفیدتر می‌باشد.

این گذرگاه در دو مد 32 بیتی و 64 بیتی طراحی و ساخته شده است.

همچنین در دو حالت 5 ولت و 3/3 ولت نیز طبقه‌بندی شده است.این گذرگاه از نظر سرعت برتری چشمگیری بر انواع قبل دارد.

5-2-2 شکاف گسترش AGP AGP یک باس می‌باشد که در سال 1997 معرفی شد و AGP () به معنای پورت گرافیکی شتابدهنده می‌باشد و مخصوص کارت گرافیکی می‌باشد.

AGP با دو هدف ساخته شد: یکی به منظور آزادسازی باس PCI و دیگری که مهمتر می‌باشد برای داشتن پهنای باند بیشتر در کارتهای گرافیکی بود.

AGP با پردازنده Pentium II و چیپ‌ست Intel82440 معرفی شد.

امروزه اسلات AGP دارای باس 64 بیتی بوده و سرعت آن و پهنای باند آن دو برابر PCI می‌باشد.

3-2 شناسایی اصول روش نصب کارت I/O بر روی شکاف I/O مسیرهایی برای عبور داده‌ها بعنوان گذرگاه روی بورد اصلی قرار گرفته‌اند.

اولین گذرگاه که گذرگاه سیستم می‌باشد پردازنده را به RAM ارتباط می‌دهد.

و به آن BUS LOCAL یا گذرگاه محلی می‌گویند.

پهنای باند این گذرگاه بستگی به پردازنده‌ای دارد که روی مادربرد نصب می‌شود.

گذرگاههای متعارف دارای پهنای 64 بیتی و سرعت 66 مگاهرتز می‌باشد.

که این سرعت ممکن است در سیستم ایجاد Noise یا پارازیت کند.

بنابراین وقتی قصد ارتباط با کارتهای جانبی را داریم باید سرعت آن کاهش یابد.

فقط بعضی از کارتهای جانبی توانایی کار در سرعت بالاتر از 40 مگاهرتز دارند.

مدارهای الکترونیکی کارتهای جانبی در سرعت بالا از کار می‌افتند.

برای PC گذرگاههای دیگر نیز لازم است.

PCهای اولیه فقط یک گذرگاه داشت که برای پردازنده ، RAM و دستگاههای ورودی و خروجی مشترک بود.

فرکانس اولین و دومین نسل پردازنده‌ها نسبتاً پایین بود به نحوی که قسمتهای مختلف کامپیوتر می‌توانستند بطور هماهنگ با آن کار کنند.

در سال 1987 شرکت Compaq نشان داد که چگونه گذرگاه سیستم را از گذرگاه ورودی و خروجی می‌توان جدا کرد و آنها را با سرعتهای متفاوت به کار انداخت.

و این همان تکنولوژی Multi Bus می‌باشد.

بطور کلی کاری که گذرگاههای ورودی / خروجی انجام می‌دهند این است که ارتباط پردازنده را با دیگر قطعات البته به جز RAM برقرار می‌کنند.

داده‌ها از طریق گذرگا‌ههای ورودی / خروجی بین قطعات مختلف و از قسمت‌های مختلف به پردازنده‌ و RAM و بر عکس جابجا می‌شوند.

سرعت گذرگاههای ورودی/ خروجی با سرعت گذرگاه سیستم متفاوت می‌باشد و همیشه از آن کندتر است.

انواع گذرگاههاییکه بر روی بورد اصلی استفاده می‌شود عبارتند از : 1- ISA گذرگاهی قدیمی و با سرعت کم و 16 بیتی می‌باشد.

- گذرگاه PCI که نسبتاً جدید و با سرعت بالا و 32 بیتی می باشد.

- گذرگاه USB و (Universal Serial BUS) گذرگاهی جدید، اما کند است.

- گذرگاه AGP که تنها برای کارت گرافیکی استفاده می‌شود.

همانگونه که اشاره گردید گذرگاههای ورودی/خروجی در حقیقت شاخه‌ای از گذرگاه سیستم هستند.

گذرگاهها نقش بسیار محوری در تبادل داده‌های یک PC دارند در حقیقت تمام قطعات به جز پردازنده با یکدیگر و یا RAM از طریق گذرگاههای ورودی / خروجی مرتبط هستند.

کلیه کارتهایی که بر روی شکاف‌های ISA و PCI و AGP قرار می‌گیرند به عنوان یک واحد ورودی یا خروجی می‌باشد مانند کارت‌های فاکس / مودم ، کارت‌های صدا و کارت گرافیک و کنترلر انواع دستگاهها از قبیل اسکنر و هاردهای اسکازی و ...

در این شکاف‌ها قرار می‌گیرند که با توجه به نوع کارت که از کدام نوع ISA.

و PCI و AGP باشد در شکاف‌های مربوط بکار می‌رود.

1-3-2 شکاف درگاههای موازی LPI و سریال COM انواع پورتهای سریال و پارالل و آدرس آنها پورت کانالی است که بوسیله آن یک کامپیوتر می‌تواند با دنیای خارج ارتباط برقرار کند.

PCها می‌توانند با دو نوع پورت مجهز شوند پورت پارالل ( موازی) و سریال ( سری) پورت موازی یا سریال یک اتصال فیزیکی است که اجازه می‌دهد، سیستم PC به یک ابزار مانند چاپگر یا مودم یا موس وصل گردد.

پورت‌های موازی : پورت‌های پارالل ( موازی ) بدین دلیل موازی نامیده می‌شود که داده، به طریق موازی، 8 بیت (1بایت) در هر بار، منتقل می‌گردد.

اتصل پورت موازی شامل یک اتصال دهنده (کانکتور) با 25 پین به شکل D متشکل از 8 خط داده و 9 خط کنترل و 8 خط زمین می‌باشد.

پورت موازی می‌تواند هم برای فرستادن و هم برای دریافت داده استفاده شود.

بعضی از سازندگان از این قابلیت برای طرح مولفه‌های خارجی مانند دیسک‌های سخت قابل حمل استفاده‌ کرده‌اند،‌که به کامپیوتر از طریق یک پورت موازی وصل شود.

اما در اکثر قریب به اتفاق سیستم‌ها ،‌پورت موازی انحصاراً برای اتصال PC به یک چاپگر به کار برده می‌شود.

به این دلیل ‌،پورت موازی را بعضی وقت‌ها پورت چاپگر نیز می‌نامند.

هر PC می‌تواند سه پورت موازی داشته باشد، اما اکثر سیستم‌ها یک یا دو پورت دارند.

در سیستم‌های اولیه ، پورت موازی اغلب در کارت آداپتور تصویر قرار می‌گرفت ولی امروزه رایج‌تر است پورت موازی در کارت آداپتور مخصوص خودش یا در بورد سیستم قرار گیرد.

آدرسهایی که برای پورت I/O موازی رزرو شده‌اند، در جدول زیر نشان داده شده است.

با کمی دقت ممکن است متوجه شوید که پورت موازی در فقط به 4 پورت I/O اختصاص داده می‌شود،در حالی که در ماشین‌های غیر از - Ps/2 ، پورتهای موازی هر یک به هشت پورت I/O اختصاص داده می‌شوند.

در واقع، فقط اولین سه پورت I/O نسبت داده شده عملاً برای هر پورت موازی به کار برده می‌شوند.

دیگر پورتها بدون استفاده می‌مانند.به عنوان مثال، پورت موازی در MDA فقط از آدرس‌های 3BCH - I/Oو3BEH استفاده می‌کنند.

در طی روند شروع به کار سیستم، Rom Bios این سه بلوک پورت I/O را کنترل می‌کند شروع می‌شود، سپس بلوک در 375H و در نهایت بلوک در 278H کنترل می‌شود، اولین پورت موازی که پیدا شود به عنوان رابط (0) توسط BIOS و LPT1 توسط MS.DOS آدرس دهی می‌گردد.پورتهای دوم و سوم ، اگر موحود باشند ، به عنوان رابط 1 و 2 بوسیله BIOS و به عنوان LPT2 و LPT3 توسط MS.DOS آدرس دهی می‌گردند.

BIOS این نامهای منطقی را با ذخیره هر آدرس I/O پایه پورت در ناحیه داده BIOS، یک ناحیه رزرو شده حافظه پایین، نسبت می‌دهد.

پورت‌های سریال (سری): همانطور که ممکن است حدس بزنید نام « پورت سری » از این واقعیت برخاسته است که این نوع پورت ،‌داده را به صورت سری،یک بیت در هر بار می‌فرستد.

از پورتهای سری همچنین به عنوان پورتهای ارتباطات ناهمگام (آسنکرون) و پورتهای RS-232 نیز اشاره می‌گردند.

پورتهای سری دو طرفه هستند، آنها معمولاً برای قادر ساختن PC به ارتباط با شبکه‌ها ،PC ‌های دیگر و انواع ابزارهای جانبی، از قبیل مودم‌ها، بعضی چاپگرها،ماوس‌ها و پلاترهای قلمی (رسام) استفاده می‌شوند.

در مقایسه با پورتهای موازی، پورتهای سریال نسبتاً کندتر هستند اما می‌توانند در مسافت‌های طولانی‌تر ارتباط برقرار کنند و با توجه به دو طرفه بودن انتقال داده، انعطاف بیشتری دارند.

از نظر تئوری اتصال پورت سری حداقل به سه سیم نیاز دارد: یکی برای فرستادن داده، یکی برای دریافت داده و یکی برای زمین در عمل ، اتصالات سری چند سیم‌اضافی دیگر دارند،‌ که برای مبادله سیگنال‌های از قبل تعیین شده بین کامپیوتر و ابزار (Handshaking Signals) به کار می‌روند.

از آنجایی که اتصال سری دو طرفه می‌باشد.

ابزارهای واقع در دو انتهای اتصال از سیگنال‌های از قبل تعیین شده فوق برای هماهنگی با یکدیگر استفاده می‌کنند.

اتصال دهنده پورت سری یک کانکتور ( اتصال دهنده) 9 پینی یا 25 پینی است که در قسمت عقب سیستم قرار دارد.

از طرف دیگر ، مدار پورت سری می‌تواند در یک کارت آداپتور فایل اتصال قرار داده شود یا می‌تواند داخل بورد سیستم ساخته شود.

تمام PCها می‌توانند از حداکثر دو پورت سری پشتیبانی کنند، که COM1 و2 COM نامیده می‌شوند.

به دلیل اینکه بسیاری از کاربردهای PC به بیش از دو پورت نیاز داشتند، بعضی از سازندگان ابزارهای جانبی یک استاندارد غیر رسمی برای دو پورت اضافی، COM3 و COM4 ایجاد کرده‌اند.

سیستم‌های PS/2 می‌توانند تا هفت پورت را حمایت کنند.

سرعت مخابره پورت سری به عنوان نرخ انتقال (Baud Rate) مشخص می‌گردد.

نرخ انتقال تقریباً معادل تعداد بیت‌های فرستاده شده در ثانیه می‌باشد.

پورتهای سری در تمام PC ها می‌توانند در نرخ انتقال 2400،1200،300،110 یا 9600 تنظیم شوند.یک تنظیم 19200 علامت در ثانیه (baud) در بعضی سیستم‌ها امکان دارد.

حداکثر سرعت 115000 بیت در ثانیه می‌باشد پارامترهای ارتباطی دیگر عبارتند: از طول کلمه (Word Length) ، توازن سنجی (Parity Checking) و تعداد بیت‌های توقف (Stop bits) طول کلمه ، تعداد بیت‌هایی که هز واحد داده فرستاده شده را می‌سارند، مشخص می‌کند، سخت‌افزار پورت سری می‌تواند با طول‌های کلمه از 5 تا 8 بیت کار کند.

اما Bios،PCها فقط از طول‌های 7یا 8 بیت حمایت می‌کند.

طول کلمه 7 برای فرستادن متن ساخته شده از کاراکترهایی با مقادیر اسکی در محدوده صفر تا 127 ، مناسب است.

طول کلمه 8 باید برای فرستادن مجموعه اسکی توسعه یافته ( مقادیر اسکی صفر تا 255) یا فرستادن داده دو دویی ( باینری) به کار ‌رود.

توازن‌سنجی ، وقتی که استفاده گردد ، باعث می‌شود که 1 بیت به هر کلمه داده اضافه شود.

سخت‌افزار پورت سری بیت توازن را برای بازبینی صحت داده دریافت شده استفاده می‌کند.