آشنایی با میکروپرسسور

آشنایی با میکروپرسسور

واحد مدیریت حافظه شامل مدارات قطعه بندی و صفحه بندی جهت ترجمه آدرس های منطقی داخلی به آدرس های فیزیکی خارجی که واحد مسیر می تواند در تولید سیکل از آنها استفاده نماید، می باشد. آدرس های منطقی که توسط نرم افزار و واحدهای داخلی جهت دنبال نمودن اطلاعات پردازش شده مورد استفاده قرار می گیرند توسط مدارات قطعه بندی بنابر درخواست واحد کنترل به آدرس های خطی ترجمه می شوند. اگر صفحه بندی فعال باشد مدارات صفحه بندی درون واحد مدیریت حافظه این آدرس های خطی را به آدرس های فیزیکی ترجمه می کنند. در غیر این صورت آدرس خطی با آدرس فیزیکی برابر می شود. ادرس های فیزیکی به واحد مسیر فرستاده می شوند تا به طور همزمان به دستگاه های دیگر pc شما رسانده شوند.

واحد مسیر میکروپرسسور

واحد مسیر مسئول مبادله اطلاعات بین مسیر خارجی میکروپروسسور و واحدهای داخلی میکروپروسسور است. و با در خواست های داخلی سر و کار دارد مانند انتقال داده از واحد کنترل و واکشی دستور العمل از واحد prefetch. بعلاوه واحد مسیر، سیگنال های لازم را جهت اجرای سیکل مسیر میکروپروسسور تولید می کند. این سیگنال ها شامل آدرس داده و سیگنالهای کنترل استفاده شده جهت صحبت با کنترلرها، حافظه و I/O می‌باشند.

هر دستور العمل به طور ترتیبی توسط میکروپروسسور پردازش می شود. جهت افزایش کارایی پردازش دستورالعمل، هر واحد داخلی م یتواند به طور موازی با دیگر واحدها عمل کند. بنابراین چندین دستورالعمل هر کدام در مرحله متفاوتی از اجرا میتوانند به طور همزمان درون میکروپروسسور پردازش شوند. این عمل به عنوان pipeline  کردن دستور العمل شناخته می شود.واحد حساب و منطق، مسئول انجام تمام عملیات منطقی و حسابی تعیین شده توسط مجموعه دستور العمل می باشد. که این شامل جمع، تفریق، ضرب ، تقسیم و مقایسه دو عدد( که عملوند نامیده می شوند) می شود.

عملوندها در میکروپرسسور

عملوندهای استفاده شده توسط ALU ممکن است در حافظه اصلی مستقر شده باشند که مستلزم درگیر شدن واحد مسیر است یا بطور موقتی در عناصر ذخیره ساز محلی 32 بیتی(کلمه مضاعف) درون میکروپروسسور که به عنوان  ثبات ها شناخته می شوند ذخیره شده باشند دریافت عملوندها از این ثبات های روی چیپ (on-chip) خیلی سریع تر( کسری از یک سیکل ساعت) از واکشی عمولندها زا حافظه اصلی که حداقل دو سیکل ساعت وقت می گیرد. می باشد.

واحد کنترل

واحد کنترل، نقاط ورود ریز دستوالعمل دریافت شده از صف دستورالعمل را ترجمه می کنند. واحد کنترل شامل ریز دستور العمل میکروپروسسور است که مجموعه ای از دستورات سطح پایین داخل میکروپروسسور است که به طور واضح به او می گوید که موقع اجرای یک دستور العمل چه کاری انجام دهد. برای مثال دستورالعمل ADD ریز دستوالعملی دارد که استفاده از واحد حساب و منطق را صریحاً  مشخص می کند. به واحد مسیر می گوید که دو قلم (item) داده ای را که باید با یکدیگر جمع شوند از حافظه واکشی نماید و نتیجه را در محل دیگری در حافظه ذخیره نماید. بسیاری از دستورالعمل ها می تواند رد یک سیکل ساعت اجرا شوند زیرا انها تنها دارای یک خط ریز دستورالعمل هستند.

واحد رمزگشا

واحد رمز گشایی دستورالعمل ها را از صف prefetch می گیرد و انها را به فرایند دو مرحله ای ترجمه می کند: سیگنال های کنترل سطح پایین و نقاط ورودی ریز دستورالعمل.سپس دستور العمل های از رمز در امده در یک صف  دستورالعمل ذخیره یم شوند تا هنگامی که توسط واحد کنترل مورد درخواست واقع شوند. اغلب دستورالعملهای میکروپروسسورمی توانند در یک سیکل ساعت رمز گشایی شوند.

 واحد prefetch مسئول مشغول نگهداشتن بقیه قسمت های میکروپورسسور به پردازش دستورالعمل ها و  داده ها است. وقتی واد مسیر در حال اجرای سیکل های مسیر برای اجرای یک دستورالعمل نیست، واحد prefetch از واحد مسیر برای واکشی ترتیبی دستورالعملهای بعدی برای استفاده توسط واحدهای دیگر سود می برد. دستورالعمل های prefetch شده رد ناحیه انتظار مخصوصی در میکروپورسسور که به عنوان صف prefetch شناخته می شود، ذخیره می شوند. زمان prefetch کردن دستورالعمل به زمانی تقریباً برابر صفر یعنی مقدار زمانی که واحدهای دیگر در میکروپورسسور باید منتظر دستورالعمل بعدی شوند، کاهش می یابد.

کنترل کننده در PC شما

کنترلرهای گرداننده دیسک سخت  ممکن است نسبتاً  ساده باشند مانند IDE ( دستگاه های الکترونیکی مجتمع) و یا ممکن است پیچیده باشند مانند SCSI (رابطه سیستمهای کامپیوتری کوچک) یک گرداننده IDE شامل بیشترین مدارات کنترلی بر روی خود گرداننده سخت است. بنابراین مستلزم کمترین جا برروی برد مدار چاپی است. SCSI و قالب جدیدترSCSI-2 از کنترل های پیچیده برای حمایت بیش از هفت گرداننده استفاده می کند  که شمل گرداننده های دیسک سخت با گنجایش بسیار زیاد و گرداننده های CD-ROM می باشد.

کنترلر صفحه کلید مسئول ترجمه کدهای اسکن(اطلاعاتی که از طریق صفحه کلید دریافت می شود) به کاراکترهای اسکی معرف حرف، اعداد و یا کارکترهای کنترلی می باشد. کنترلر صفحه کلید مسئول ترجمه پالسهای الکتریکی که از ماوس می رسد به داده حرکتی برای اشاره گر در سیستمهای عامل گرافیکی نیز می باشد.

واحد حافظه داخلی

BIOS ROM شامل میان افزاری است که نرم افزار اختصاص یافته ای است که در PC شما قرار داده شده است. این میان افزار در ارتباط با میکروپروسسور هنگام روشن نمودن دستگاه، برای مقدار دهی اولیه کنترلرها، تست کردن بی عیب و نقصی و اندازه حافظه، تشخیص و پیکر بندی کارت های افزودنی و سپس برگرداندن کنترل روی سیستم عامل کار می کند. این فرآیند به عنوان POST یا آزمایش صحت دستگاه در هنگام روشن شدن معروف می باشد.

واحد حافظه خارجی

کنترلر گرداننده فلاپی دیسک مسئول کنترل کردن موتور گرداننده فلاپی دیسک و قالب بندی اطلاعات نوشته شده بر روی فلاپی دیسک است. کنترلر گرداننده فلاپی (    3 اینچ یا      5  اینچ)  مورد استفاده قرار گرفته است و نیز می تواند تعیین نماید که اطلاعات در کجای فلاپی دیسک ذخیره شده و کدام محل ها برای ذخیره اطلاعات جدید قابل دسترسی هستند.

کنترلر DRAM (حافظه دستیابی تصادفی پویا) مسئول ترجمه درخواست میکروپروسسور برای اطلاعات به سیکل هایی که به حافظه کامپیوتر شما انها را خواهند فهمید می باشند. حافظه اصلی کامپیوتر شما می تواند شامل چیپ های DRAM باشد که برای اینکه به سادگی حافظه اصلی upgrade شود.  یا مستقیماً روی برد مدار چاپی لحیم شده است و یا داخل ماجول هایی( که9 به عنوان SIMM یا ingle in- line memory modules شناخته می شوند) می باشد.  سیستم های عامل و برنامه های کاربردی زمانی که از فلاپی دیسک یا گرداننده دیسک سخت بارگذاری می شوند در DRAM ذخیره می شوند.

کنترلر ویدئو

 کنترلر ویدئو مسئول ترجمه اطلاعاتی است که در حافظه وجود دارد و انها را به سیگنالهایی تفسیر می کند که قابل نمایش بر روی مانیتور کامپیوتر شما می باشند. کنترلر ویدئو چیپ ویژه ای را معروف به palette/ DAC (تبدیل کننده رقمی به قیاسی) مورد استفاده قرار یم دهد تا اطلاعات رقمی برای هر پیکسل را به سیگنال های الکتریکی قیاسی  تبدیل کند تا اینکه مانیتور شما بتواند برای نمایش گرافیک های رنگی و متن از انها استفاده نماید.

کنترلر I/O

کنترلر I/O شامل منابع اصلی است که در تمام کامپیوتر های شخصی یافت می شود: کنترلرهای وقفه کنترل کننده های DMA کنترلر های زمان بند/ شمارنده و کنترلرهای شکاف توسعهI/O کنترلرهای وقفه DMA  و زمان بند/ شمارنده به منظور کاهش درگیری میکروپروسسور در هر تک وظیفه ای که توسط کامپیوتر شخصی انجام می گیرد استفاده می شوند. کنترلر شکاف توسعه I/O در خواست هایی را که از میکروپروسسور صادر می شود به سیکل هایی ترجمه می کند که کارت های افزودنی آنها را خواهند فهمید. برخی از کنترل کننده های I/O شامل مداراتی برای مدخل های سریال و موازی نیز می باشند.

کنترلر حافظه پنهان از تعداد کمی حافظه با سرعت بسیار بالا جهت سرویس دهی بدون تأخیر اغلب درخواست هایی که مکرراً از طرف میکروپروسسور صادر می شود استفاده می کند. کنترلر حافظه پنهان بین میکروپروسسور حافظه اصلی قرار داده شده است. حافظه پنهان خیلی سریعتر از حافظه اصلی DRAM می تواند در دسترس قرار گیرد. حافظه پنهان اغلب اطلاعاتی را که مکرراً بازیابی می شوند در SRAM (حافظه با دسترسی تصادفی ایستا) نگهداری می نمایند بنابراین تعداد دسترسی ها به حافظه با سرعت کمتر DRAM را کاهش داده و کارایی سیستم را به طور کافی بهبود می بخشد.