پردازنده یا واحد پردازنده مرکزی (CPU) اصلی ترین بخش کامپیوتر است . این قطعه وظایف مهمی از قبیل عملکرد های ریاضی ، منطقی ، مقایسه ای و محاسبه های مربوط به آدرس دهی در کامپیوتر را به عهده دارد . CPU مهم ترین تراشه بر روی برد اصلی هر کامپیوتر می باشد و آن مدیریت کلیه مراحل پردازش داده ها را به عهده دارد . این قطعه به صورت مستقیم و یا غیر مسقیم سایر قطعات روی برد اصلی و سایر قسمتهای کامپیوتر را نظارت و مقداردهی می کند . پردازنده ها هر چند دارای ابعاد فیزیکی بسیار کوچکی هستند ولی از ابتدایی ترین آنها که از ۲۹۰۰۰ ترانزیستور تا انواع پیشرفته آنها که ۷/۵ میلیون ترانزیستور می باشد ، ابعاد فیزیکی آنها بسیار محدود و در حد ۲ تا ۳ اینچ مربع می باشند.
مشخصه با اهمیت ریز پردازنده ها عبارتند از :
ـ سرعت .
ـ پهنای گذرگاه داده .
ـ پهنای گذرگاه آدرس .
ـ ماکزیمم حافظه .
علاوه بر این مشخصه ها تعداد ترانزیستور با کار گرفته شده ، cache داخلی ، پهنای پالس ، اندازه رجیستر های داخلی در پردازنده ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند . همه پردازنده ها سه عمل اساسی را انجام می دهند :
ـ انتقال اطلاعات
ـ حساب و منطق
ـ تصمیم گیری
● مشخصات فنی پردازنده ها
پردازنده ها به عنوان یکی از اصلی ترین عناصر در یک کامپیوتر به صورت یک تراشه به شکل مربع روی برد اصلی قرار می گیرد . معمولا هر پردازنده دارای خصوصیات ویژه ای است که توسط تعدادی حروف و ارقام که بر روی هر کدام از آن ها چاپ شده ، مشخص می شوند . این اطلاعات شامل موارد زیر می باشد
نام شرکت سازنده .
نسل پردازنده .
مدل و نوع پردازنده .
سرعت پردازنده (MHZ ) .
ولتاژ مورد نیاز پردازنده .
شماره سریال پردازنده .
در ادامه به توضیح برخی از این مشخصه ها می پردازیم
● نام شرکت سازنده پردازنده
پردازنده ها توسط شرکت های مختلفی ساخته و ارائه شده اند. شرکت های مشهور سازنده پردازنده عبارتند از :
Intel
IBM
AMD
Syrex
Motorola
IDT
NIC
IIT
گاهی بر روی پردازنده ها نام شرکت سازنده به صورت کامل و گاهی به صورت علائم اختصاری مخصوص شرکت مشخص می شود . مثلا برای محصولات شرکت از AMD برای مشخص کردن نام پردازنده عبارت ADVANCED شرکتهای MICRO DEVICES که کلمه AMD از آن گرفته شده چاپ می شود .
● نسل پردازنده
پردازنده ها بسته به تنوع در مدل و عملکرد آن ها دارای مدل های مختلفی می باشند . معمولا هر گاه یک تغییر اساسی در ساختار یا پردازنده به وجود آمده است نسل جدیدی برای آن نام گذاری شده است . معمولا نسل های مختلف پردازنده ها را با نام ، علائم یا شماره های مختلف نشان می دهند . شرکتهای سازنده پردازنده تولیدات خود را بر اساس یک روش استاندارد نام گذاری می کنند . مثلا شرکت Intel تولیداتش را به صورت ۸۰x۸۶ و شرکت Motorola به صورت ۶۸xxx نام گذاری می کنند ، که معمولا علامت x جایگزین نسل و مدل پردازنده می شود . مثلا در مورد پردازنده های Intel نسل های اول تا هفتم به صورت زیر می باشد :
همانگونه که مشاهده می کنید از نسل چهارم (۸۰۴۸۶) به بعد نامگذاری پردازنده های Intel به صورت ۸۰x۸۶ نمی باشد بلکه از نام پنتیوم استفاده شده است.
● مدل پردازنده
هر کدام از نسل های پردازنده دارای مدلهای مختلفی می باشد که دارای مشخصات متفاوت می باشند . مثلا در مورد پردازنده و ۸۰۳۸۶ مدلهای DX , SX و برای ۸۰۴۸۶ مدلهای SX , DX , DXII , DX۴ , DX۵ برای پنتیوم (نسل پنجم) مدل های پنتیوم کلاسیک و MMX ، برای نسل ششم مدل های پنتیوم پرو ، پنتیوم II و پنتیوم III پنتیوم سلرون برای نسل هفتم مدل اتیانیوم را می توان اشاره نمود.
● سرعت پردازنده
یکی دیگر از پارامتر های مهم برای پردازنده که معمولا روی پردازنده چاپ می شود ، سرعت پردازنده است . سرعت پردازنده بر حسب مگاهرتز (MHZ) مشخص می شود . گاهی سرعت پردازنده ها معادل سرعت پردازنده مشابه Intel بر روی آن چاپ می شود. در این پردازنده ها که شبیه پردازنده های پنتیوم Intel هستند ، برای نشان دادن سرعت AMD K۵ که در سطر دوم آن عبارت PR۱۰۰ چاپ شده است ، بدین معنی است که این پردازنده دارای سرعتی معادل سرعت پردازنده های پنتیوم اینتل با سرعت ۱۰۰MHZ می باشد . هر چند ممکن است سرعت واقعی این پردازنده کمتر باشد . چنانچه بعد از PR۱۰۰ علامت + هم داشته باشیم یعنی سرعت این پردازنده حتی از پردازنده اینتل با سرعت ۱۰۰MHZ هم بیشتر می باشد .
● ولتاژ پردازنده
پردازنده های قدیمی (قبل از کار ۴۶۸DX۴) با ولتاژ ۵v کار می کردند . پردازنده هایی که بعد از ۴۸۶DX۴ به بازار ارائه شد با ولتاژ ۳.۳v کار می کردند . امروزه پردازنده های K۶ از شرکت AMD با ولتاژهای پایین تر از ۳.۳v (۲.۲v می کنند . طبیعی است هر چه پردازنده با ولتاژ کمتری کار کند توان مصرفی آن کمتر شده و در نتیجه پردازنده کمتر داغ می شود.
● ریز پردازنده های پنتیوم IIII
اگر بخواهیم به پردازنده پنتیوم ۴ به جای تخصیص نام، یک شماره اختصاص دهیم، می بایست آنرا پردازنده ۷۸۶ بنامیم زیرا این پردازنده نسل جدیدی ا پردازنده ها را پس از پردازنده های کلاس قبلی ۶۸۶ ارائه می نماید.
ویژگی ها و مشخصات فنی اصلی پردازنده پنتیوم ۴ عبارتند از:
▪ سرعت آن از ۳/۱ گیگاهرتز در پردازنده های اولیه این خانواده آغاز گشته و به مقادیر بالاتر از ۲ گیگا هرتز می رسد.
▪ ۴۲ میلیون ترانزیستور در داخل آن تعبیه گشته و از تکنولوژی ۱۸/۰ میکرون استفاده می کند.
▪ با پردازنده های ۳۲ بیتی قبلی اینتل سازگاری نرم افزاری دارد.
▪ باس پردازنده دارای فرکانس ۴۰۰ مگاهرتزی می باشد.
▪ واحد حسابی / منطقی (ALU) با فرکانسی دو برابر فرکانس هسته پردازنده اجرا می شود.
▪ از یک تکنولوژی ۲۰ مرحله ای Hyper pipelined استفاده می کند.
▪ قابلیت اجرای خارج از ترتیب دستورالعمل ها را با قدرت خیلی زیاد ارائه می نماید.
▪ قابلیت پیش بینی انشعاب پیشرفته
▪ دارای ۲۰ کیلوبایت حافظه کاشه L۱، دارای ۲۵۶ کیلوبایت حافظه کاشه L۲ با سرعت کامل پردازنده
▪ حافظه کاشه L۲ می تواند تا ۴ گیگابایت حافظه RAM را پشتیبانی نماید.
▪ مجموعه دستورالعمل های SSE۲ (۱۴۴ دستورالعمل SSE۲)
▪ واحد ممیز اعشار پیشرفته
▪ چندین حالت دارای مصرف پایین
به لحاظ داخلی، پردازنده پنتیوم ۴، یک معماری جدید از شرکت اینتل را با نام NetBurst microarchitecture معرفی می نماید که در برگیرنده تکنولوژی Hyper Pipelined، یک موتور اجرای سریع، یک باس سیستم ۴۰۰ مگاهرتزی و یک کاشه execution trace می باشد. تکنولوژی Hyper Pipelined، ژرفای خط لوله دستورالعمل را در مقایسه با پردازنده پنتیوم III دو برابر می کند بدان معنا که مراحل بیشتر و کوچکتری برای اجرای دستورالعمل ها مورد نیاز است. البته این مسئله همچنین امکان سرعت های خیلی بالاتری را برای این پردازنده ایجاد می نماید.
موتور اجرایی سریع پردازنده امکان می دهد تا ۲ واحد حسابی / منطقی عدد صحیح پردازنده (ALUها) در فرکانسی دوبرابر فرکانس هسته پردازنده اجرا شوند. بدان معنا که دستورالعمل ها در ۲/۱ سیکل ساعت اجرا می شود. باس ۴۰۰ مگاهرتزی سیستم، امکان می دهد تا داده ها با سرعت ۴ بار به ازای هر سیکل ساعت، انتقال داده شوند. واحد execution trace. یک کاشه L۱ پرقدرت می باشد که امکان ذخیره سازی ۱۲ کیلو ریز دستورالعمل رمزگشایی شده را فراهم می نماید. اینکار باعث می گردد تا نیازی به دیکدر دستورالعمل در داخل خط لوله اجرای اصلی نباشد و به این صورت عملکرد پردازنده بهبود می یابد. از میان واحدهای نام برده شده، باس پردازنده از همه مهمتر می باشد. به لحاظ فنی، باس این پردازنده یک باس ۱۰۰ مگاهرتزی quad pumpedمی باشد که سرعت انتقال آن به ازای هر سیکل ۴ برابر می شود. از آنجائی که باس این پردازنده، ۶۴ بیت عرض دارد، نرخ ارسال بیت این باس، ۳۲۰۰ مگابایت بر ثانیه است. این عدد با سرعت حافظه RDRAM با کانال دوگانه که ۱۶۰۰ مگابایت به ازای هر کانال می باشد یا در کل ۳۲۰۰ مگابایت بر ثانیه است. دقیقا سازگار است.
استفاده از حافظه RD RAM دو کاناله بدان معناست که RIMMها می بایست بصورت مزدوج اضافه گردند.
درمعماری داخلی خط لوله ۲۰ مرحله ای جدید این پردازنده، تک تک این دستورالعمل ها به تعداد زیادی اجزاء کوچکتر تقسیم می شوند و این پردازنده را به چیزی شبیه پردازنده RISC تبدیل می کنند. متاسفانه این مسئله می تواند به تعداد سیکلهای مورد نظر برای اجرای دستورالعمل ها اضافه گردد (اگر نرم افزار مربوط به این پردازنده بهینه سازی نشود)، benchmarkهای اولیه روی نرم افزار موجود نشان دادند که پردازنده پنتیوم III یا پردازنده های آتلون شرکت AMD به راحتی توانستند همگام با پنتیوم ۴ اجرا شوند و حتی در برخی موارد آنرا پشت سر بگذارند اما با اصلاحات انجام شده روی نرم افزار پنتیوم ۴ این مشکل برطرف شده است و در واقع پردازنده های پنتیوم ۴ توانستند به قدرت واقعی خود دست یابند.
پردازنده پنتیوم ۴ همچنین یک سوکت جدید CPU را ارائه می نماید.
پنتیوم ۴ اولین ریزپردازنده شرکت اینتل می باشد که از سوکت ۴۲۳ استفاده می کند و دارای ۴۲۳ پایه می باشد.( در آرایش ۳۹X۳۹ SPGAانتخاب ولتاژ از طریق یک رگولاتور اتوماتیک ولتاژ که روی مادربرد نصب شده است، صورت می گیرد.
● ملزومات حافظه
با وجــــــودی کـــــه مــــــادربردهای فعلی مـبتنی بر پنتیوم ۴، از ماژول های (RD RAM RAMBUS)RAM که برای چیت ست های مورد استفاده در مادربردهای پنتیوم III طراحی شده بود استفاده می کنند، کانالهای دو گانه RD RAM شما را ملزم می کنند که یک زوج ماژول مشابه بنام RIMM را نصب کنید. اگر مادربرد پنتیوم III از SDRAM استفاده می کند شما می بایست یک حافظه کاملا جدید RDRAM را برای ارتقاء پنتیوم خود خریداری کنید. اگر برد پنتیوم III شما از SDRAM استفاده می کند اما دارای ۲ ماژول RIMM کاملا مشابه نیست، شما می بایست از RIMMهای مکمل برای سازگاری با این ماژول ها استفاده کنید با وجودی که چیت ست های مادربرد اولیه پنتیوم ۴ فقط از حافظه RD RAM پشتیبانی می کردند، چیت ست های جدیدتر از حافظه های استانداردتر همانند DDR و SDRAM پشتیبانی می کنند.
● مسائل مربوط به منبع تغذیه
پنتیوم ۴ به مقدار زیادی توان الکتریکی نیاز دارد و به این دلیل اغلب مادربردهای پنتیوم ۴ از یک ماژول رگولاتور ولتاژ با طرح جدید استفاده می کنند که بجای ۳/۳ ولت یا ۵ ولت از ولتاژ ۱۲ ولت تغذیه می شود. با استفاده از این توان ۱۲ ولت، راندمان سیستم افزایش یافته و جریان کل جاری در سیستم با استفاده از ولتاژ بالاتر بعنوان یک منبع، شدیدا کاهش می یابد. منابع تغذیه PC، توان ۱۲ ولت بسیار دقیقتری را تولید می کنند اما منابع تغذیه و مادربرد ATX اصولا دارای فقط یک پین توان ۱۲ ولت هستند.( هر پین فقط ۶ آمپر جریان می کشد). بنابراین خطوط ارسال توان ۱۲ ولت اضافی برای حمل این توان به مادربرد لازم بود. برای رفع این مشکل از یک کانکتور توان سوم بنام کانکتور ATX۱۲V استفاده می شود. این کانکتور جدید علاوه بر کانکتور منبع تغذیه استاندارد ۲۰ پایه ATX و کانکتور ۶ پایه کمکی (۳.۳/۵V) می باشد خوشبختانه خود منبع تغذیه نیازی به طراحی مجدد ندارد.
شرکت Sentilla مجموعه نرم افزار پذیرفته شده برای برنامه های جاوا را معرفی کرده است تا بر روی ریز پردازنده های قدرت پایین اجرا شود. Joes Polastre مدیر ارشد تکنولوژی و یکی از موسسان Sentilla گفت، Sentilla Software Suite به کاربران اجازه توسعه و بکارگیری نرم افزار مبتنی بر جاوا را در ریز پردازنده های قدرت پایین و باریک داخلی دیوایس ها می دهد. کاربران می توانند آن برنامه ها را با استفاده از پلاتفرم، به صورت بی سیم اداره کنند.
Polastre گفت، پلاتفرم به میلیون ها توسعه دهنده جاوا اجازه خلق برنامه ها برای ریز پردازنده های حاضر در آبجکت هایی را که با یکدیگر ارتباط دارند را می دهد. وی افزود، این در رقابت های اجرای جاوا در دیوایس های باریک با حافظه کوچک بوسیله احاطه کامل محیط جاوا در ریز پردازنده ها پیروز می شود. پلاتفرم از مدیریت حافظه و ذخیره سازی در دیوایس استفاده می کند تا کد جاوا را در داخل و خارج حافظه در صورت نیاز تعویض نماید، که موجب می شود تا پلاتفرم از برنامه های بزرگ بدون draining منابع استفاده کند.
برنامه های جاوا، استفاده از محیط توسعه ابزار را در کامپیوتر توسعه داده اند و در ریز پردازنده بکار برده می شوند. سپس ابزار مدیریت مجموعه، برنامه های جاوا شامل تهیه روزرسانی ها و تامین استحکام را اداره می نمایند.
Polastre اضافه کرد، پلاتفرم با ریز پردازنده MSP۴۳۰ شرکت Texas Instruments، پردازشگر ۱۶ بیتی RISC (کامپیوتر مجموعه دستور کاهش یافته) کار می کند، اما اکثر ریز پردازنده ها آن را در آینده پشتیبانی می نمایند.
وی افزود، این مجموعه هوش را به دیوایس هایی که با یکدیگر عمل متقابل انجام می دهند، اضافه می کند. Polastre به ریز پردازنده ها همانند "کامپیوترهای کوچک" می نگرد که مفهوم کامپیوتری نفوذکننده را در جائیکه دیوایس ها دائما با سایرین بدون بی سیم و یا بواسطه سایر تکنولوژی های ارتباطی رابط برقرار می کنند توسعه می دهد.
Polastre گفت، کامپیوتر را به هر چیزی در دنیا می توان متصل نمود. آنان انواع کارهای جالب توجه برای مردم را انجام می دهند. کارهایی مثل توسعه و تکمیل برنامه های محافظتی در سیستم های Sprinkler تا بلادرنگ فضاها سبز و گلخانه ها را آبیاری و معتدل نمایند.
وی ادامه داد، برنامه های هوشمند در ریز پردازنده ها برای شرکت های بزرگ و اورژانس توسعه می یابند، که به گروه های امداد امکان برنامه ریزی را ارائه می دهند تا به صورت بی سیم اطلاعات بیمار را بلادرنگ جمع آوری و ارسال نمایند. شرکت های بزرگ می توانند از این پلاتفرم جهت پیگیری انتقال کالاها استفاده کنند.
Sentilla که سابقا به عنوان Moteiv شناخته می شد، با شرکت سان مایکروسیستمز همکاری می کند تا پلاتفرم جاوا را برای برنامه های امدادرسانی کامپیوتری ایجاد کند.
