آشنایی با میکروپروسسورها
میکروپروسسور یا ریزپردازنده در واقع قلب هر سیستم رایانه‌ای به شمار میرود. خوب است بدانید که برای خواندن همین مقاله نیز شما از این قطعات کمک گرفته‌اید. شرکت‌های مختلفی این قطعات پرمصرف را تولید نموده و به بازار عرضه میکنند. لازم بذکر است که با وجود تفاوت در برند، از ساز و کار تقریبا یکسانی برخوردار هستند. فرقی ندارد که دستگاه رایانه‌ای که با آن کار میکنید لپ تاپ باشد یا سرور یا PC. هر سیستم رایانه‌ای به هر حال برای آنکه قادر باشد تا کارایی لازم را داشته باشد نیاز به ریز پردازنده‌ها دارد. برای آشنایی بیشتر با این مقوله حتما ما را تا انتهای این مقاله همراهی فرمایید.
گروه صنعتی سپیانی فعال در زمینه تعمیر و نگهداری، مشاوره اتوماسیون صنعتی و اجرای اتوماسیون صنعتی از اینکه در ادامه این مقاله ما را همراهی میکنید، سپاسگزار است. جهت دریافت مشاوره رایگان میتوانید فرم درخواست مشاوره را تکمیل نمایید تا تکنسین‌های ما در کمترین زمان ممکن با شما تماس بگیرند.
میکروپروسسور چیست؟
این قطعه الکترونیکی کوچک که ریزپردازنده نیز نامیده میشود. به عنوان یک موتور محاسباتی عمل میکند. این قطعات بر روی یک تراشه قرار میگیرند. ریز پردازنده‌ها در واقع همان CPU و واحد پردازش در رایانه محسوب میشوند. برای اولین بار در سال 1971 میلادی اولین میکروپروسسور با نام اینتل 4004 طراحی و عرضه شد. این نسل دارای قدرت و توانایی زیادی نبود. اینتل 4004 تنها 4 بیت داشت و فقط قادر به انجام جمع و تفریق بود. اما مسئله شگفت‌آور درباره آن مربوط به این میشد که تمام آن تنها بر روی یک تراشه قرار میگرفت. در حقیقت این ریز پردازنده اولین سری از ماشین حساب‌های الکترونیکی به شمار می‌رفت که امکان حمل و جا‌به‌جایی داشت.
در تعریف میکروپروسسور باید گفت که این قطعه نوعی آی سی (IC) میباشد که دارای واحد cpu نیز است. از طرفی دیگر اجزای داخلی آی سی را ندارد. این مجموعه از بخش هایی مثل رم (RAM) و رام (ROM) که قادر به انجام یک کار معین هستند تشکیل نشده است. از این رو در طراحی آن از بخش‌های خارجی بهره برده‌اند.
مطلب مرتبط: میکروکنترلر چیست؟ کاربرد آن
سیر تکاملی میکروپروسسور
در سال 1974 اولین ریز پردازنده‌ای که به وسیله‌ی آن موفق به ساخت یک رایانه‌ی خانگی شدند اینتل 8080 نام داشت. این رایانه 8 بیتی بود و کاملا بر روی یک تراشه قرار داشت. اما چند سال بعد در سال 1982 یک رایانه‌ی شخصی با نام آی بی ام طراحی و ساخته شد. که در آن از ریز پردازنده ای اینتل 8088 استفاده شده بود. این رایانه و میکروپروسسور بکار رفته در آن که در سال 1979 ساخته شده بود توجه زیادی را به خود جلب کردند. به سرعت بازار سیستم‌های شخصی و رایانه‌های خانگی از اینتل به پنتیوم تبدیل شد. سرعت در ریز پردازنده‌های جدید 5000 برابر بیشتر از نسل قبلی است. سپس از سال 2004 ریز پردازنده هایی از نسل اینتل با چند هسته و متشکل از میلیون‌ها ترانزیستور طراحی شده و به بازار عرضه شدند.
منطق کار در میکروپروسسور چیست؟
ریز پردازنده‌ها دستوراتی که به آنها اعلام میکند چه کاری را انجام بدهند را کامل کرده و نیز پیگیری میکنند. به این شیوه سه گام مهم در این راستا بر می‌دارند:
1- به کمک واحد حساب و منطق عملیات ریاضی همچون جمع و تفریق را انجام می‌دهند. البته نوع مدرن این قطعات الکترونیکی نقطه شناور میباشند. و این تکنولوژی پیشرفته به آنها کمک میکند تا عملیات بسیار پیچیده را روی اعداد بزرگ به راحتی انجام دهند.
2- میکروپروسسورها قادر هستند تا درباره‌ی اجرای دستورالعمل‌های جدید اضافه شده به مجموعه تصمیم‌گیری نمایند و اقدام به انجام دادن آنها کنند.
3- این قطعات به ظاهر ساده اما پیچیده قادر هستند تا اطلاعات را از یک محل مشخص در حافظه دریافت کرده و به جای دیگری از حافظه منتقل کنند.
در کنار تمام مسئولیت‌های پیچیده‌ای که ریز پردازنده‌ها بر عهده دارند این سه گام و سه رویکرد را همواره انجام خواهند داد.
اجزای تشکیل‌دهنده میکروپروسسور
اجزای تشکیل دهنده‌ی این قطعات الکترونیک که توانایی‌های بسیار زیادی دارند در ادامه ملاحظه میفرمایید:
1- گذرگاه آدرس: این گذرگاه میتواند پهنایی معادل 8، 16 و یا 32 بیت داشته باشد. وظیفه‌ی این بخش ارسال داده‌ها به حافظه است.
2- گذرگاه داده: این بخش میتواند پهنایی معادل 8-16- و یا 32 بیت داشته باشد. و دیتا از طریق آن به حافظه ارسال و یا از حافظه فراخوانی میشوند.
3- یک خط خواندن و یک خط نوشتن: این بخش‌ها به حافظه خواهند گفت که مکان داده‌ی آدرس‌دهی شده را بگیرد یا آن را تنظیم کند.
4- خط ساعت: این خط این امکان را فراهم میکند تا پالس‌های مربوط به ساعت پردازنده دنبال شود.
5- خط ریسک: این خط نیز شمارنده‌ی موجود در برنامه‌ی میکروپروسسور را به صفر و یا هر داده ی دیگری که نیاز باشد باز نشانی خواهد کرد. سپس آن را دوباره شروع میکند.
حتما بخوانید:
شیوه کار در ریز پردازنده‌ها چگونه است؟
برای درک بهتر از شیوه‌ی کار ریز پردازنده‌ها حالت ساده‌تر آن را در نظر می‌گیریم. شرایطی که گذرگاه داده و گذرگاه آدرس هر دو 8 بیت پهنا داشته باشند.
مطابق شکل بالا ثبات‌های A-B-C به عنوان لچ هایی خواهند بود که از فلیپ فلاپ ساخته شده‌اند. لچ آدرس نیز مشابه میباشد. شمارنده ِ آدرس نیز در واقع یک لچ بوده که توانایی افزایش بخش 1 را دارد. البته به شرطی که کار انجام شود. ALU در این حالت مقدارهای 8 بیتی را جمع و تفریق خواهد کرد. همچنین رجیستر هم یک لچ است که بصورت ویژه قادر است تا مقادیر دریافتی در بخش قبل را در خود قرار دهد و نگهداری کند.
از مقادیر به حاصل برای انجام تصمیم‌گیری‌ها استفاده خواهد شد. بافرهای موجود در میکروپروسسورها نیز دارای سه حالت مختلف میباشند. این نوع از بافرها به چند خروجی این امکان را می‌دهند تا از یک سیم بهره‌گیری نمایند. البته تنها یکی از آنها حالت 0 یا 1 را روی خط قرار خواهد داد.
گروه صنعتی سپیانی پیشرو در عرصه ی اتوماسیون صنعتی و راه اندازی خط تولید در کنار شماست. تا تمام نیازهای شما اعم از تجهیزات و ابزار تا ماشین آلات و قطعات الکترونیکی را برآورده نماید. مهندسین و تکنیسین خبره‌ی گروه صنعتی سپیانی در تمام مراحل خرید در کنار شما خواهند بود. برای دریافت مشاوره همین الان با مشاورین تیم ما تماس حاصل نمایید.
حافظه در میکروپروسسورها
در قسمت پیشین با گذرگاه‌های آدرس و داده آشنا شدیم. این گذرگاه‌ها به قسمت‌های دیگری به رم و رام متصل هستند. گذرگاه‌ها میتوانند به یکی از دو بخش رم و رام و یا به هر دوی آنها متصل باشند. رام (ROM) به حافظه‌ای گفته میشود که فقط خواندنی است. در واقع این حافظه از مجموعه بایت هایی از پیش نوشته شده تشکیل میشود. وظیفه‌ی گذرگاه آدرس این است که به حافظه‌ی رام اعلام نماید کدام یک از بایت را بگیرد و کدام یکی را در گذرگاه جای دهد. تراشه‌ی رام بایتی که انتخاب شده است را بر روی گذرگاه داده به نمایش در می‌آورد.
اما حافظه‌ی رم (RAM) به بایت‌های حاوی اطلاعاتی می‌گویند که میکروپروسسور قادر است آنها را بخواند و یا تغییر دهد. مشکل اصلی در حافظه‌ی رم این است که با قطع شدن جریان برق به هر دلیلی کاملا پاک میشود. از این رو در سیستم‌های امروزی بیشتر از رام استفاده میشود. در واقع می‌توان رایانه‌ای درست کرد که حافظه‌ی رم نداشته باشد. این کار از طریق قرار دادن میکروکنترلرهای موردنیاز بر روی حافظه‌ی رام انجام خواهد شد. اما حالت بر عکس آن عملی نیست. یعنی نمیتوان حافظه‌ی رام را حذف نمود.
حتما بخوانید:
تفاوت PLC و DCS چیست؟ کاربرد هریک
سیستم DCS (کنترل توزیع شده) چیست؟
میکروپروسسورها چگونه سیستم عامل را اجرا میکنند؟
در سیستم‌های شخصی به رام سیستم خروجی و رودی نیز می‌گویند. با آغاز به کار ریزپردازنده‌ها دستورالعمل‌های رام مورد پیگیری و اجرا قرار خواهد گرفت. این دستورالعمل‌ها بخش‌هایی مانند آزمون‌های سخت افزاری سیستم را نیز در بر میگیرند. بعد از این مرحله برای واکشی از بخش بوت به قسمت هارد دیسک منتقل می‌گردند. در این مرحله میکروپروسسورها اقدام به اجرا نمودن دستورات رم میکنند. در واقع در بخش بوت به ریز پردازنده‌ها اعلام میشود که چه داده‌هایی را از هارد دیسک به رم وارد کنند. ریز پردازنده‌ها نیز آنها را اجرا میکنند. به این شیوه سیستم راه اندازی و اجرا خواهد شد.
ریز پردازنده‌ها چه کاربردهایی دارند؟
از این قطعات الکترونیک در ساختمان بسیاری از تجهیزات استفاده میشود:
– در کارت‌های هوشمند از میکروپروسسورها استفاده میکنند. این کارت‌ها شامل یک بخش پلاستیکی میشوند که ریزپردازند در درون آن تعبیه میشود. داده‌های مورد نیاز در این قطعه قرار میگیرند. حجم قابل استفاده نیز بستگی به نوع چیپی دارد که در آن وجود دارد. کارت‌های تماس نمونه‌ای از این کارت‌های هوشمند هستند. کارت‌هایی که در ساختار آنها ریز پردازنده‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، نسبت به نوع مغناطیسی این کارت‌ها از ایمنی و سرعت ذخیره‌ی اطلاعات بالاتری برخوردار هستند.
– به منظور کنترل کردن فرکانس نیز از میکروپروسسورها استفاده میشود. یک دستگاه فرکانس متوسط مانند 520 به وسیله‌ی این ریز پردازنده‌ها قابل کنترل است.
روندهای ریز پردازنده ها
یکی از عوامل تاثیر گذار در عملکرد این قطعات الکترونیکی کوچک تعداد ترانزیستورهایی است که در آن تعبیه میشود. در یک ریز پردازنده‌ی معمولی اجرای هر دستورالعمل به یک چرخه ی 15 مرحله‌ای نیاز دارد. به همین دلیل استفاده از ترانزیستورهای بیشتر در ساختار آن موجب خواهد شد تا قدرت ریز پردازنده بیشتر شود و حتی بتواند با سرعتی تک چرخه دستورالعمل‌ها را اجرا نماید. از دیگر مزیت‌های استفاده کردن از تعداد بیشتر ترانزیستورها ایجاد فناوری به نام خط لوله است. در این فناوری هم پوشانی بین اجرای دستورات وجود دارد.
در واقع در این حالت چرخه‌های مربوط به دستورات مختلف بصورت همزمان اجرا میشوند. میکروپروسسور های مدرن دستورات فراوانی دارند. هر کدام از آنها نیز خط لوله‌ی مخصوص به خود را دارد. البته باید گفت که اجرا کردن این روش از پیچیدگی‌های بسیار زیادی نیز برخوردار است. از این رو باید از تعداد زیادی ترانزیستور نیز استفاده نمود.
حتما بخوانید:
تفاوت کنترلرهای صنعتی IPC.PLC.PAC
آسیب‌دیدگی در ریز پردازنده ها
تمام دستورات سی پی یو توسط این قطعات قابل تشخیص و اجرا هستند. بنابراین آسیب دیدگی این قطعات میتواند موجب خرابی کل سیستم شود. اگر این قطعات الکترونیکی متحمل آسیب‌های سخت افزاری باشند. به وسیله‌ی تجهیزاتی مانند اسلیو سکوپ، انواع مختلف مولتی متر، پروپ لاجیکی میتواند اقدام به عیب‌یابی نمود. اما نکته‌ی بسیار مهم درباره‌ی میکروپروسسورها این است که باید میزان افزایش دما در آنها مورد کنترل قرار گیرد.
چراکه زمانی که این قطعه تحت فشار باشد دمای آن نیز متعاقبا بالا میرود. و این افزایش دما میتواند منجر به سوخت این قطعات گردد. از آن جایی که ریز پردازنده ها از تعداد زیادی ترانزیستور تشکیل میشوند پس هر گونه آسیب به ترانزیستورها نیز میتواند منتهی به آسیب دیدگی در ریز پردازنده ها شود.
مهندسین و تکنیسین‌های گروه صنعتی سپیانی خدمات مربوط به تعمیرات ابزار و تجهیزات الکترونیکی و ماشین‌آلات خط تولید را نیز ارائه میکنند. بنابراین برای نگهداری و پشتیبانی تجهیزات میتوانید همین الان با مشاورین ما تماس حاصل فرمایید. گروه صنعتی سپیانی گروهی معتبر و خوشنام در اتوماسیون صنعتی PLC و اتوماسیون صنعتی زیمنس و برق صنعتی است.
کلام آخر
میکروپروسسور ها قطعاتی بسیار کوچک الکترونیکی هستند. که در تجهیزات زیادی مورد استفاده قرار میگیرند. بدون ریزپردازنده ها دنیای مدرنی ایجاد نمی‌شد. این تجهیزات هر روز در حال پیشرفته‌تر شدن هستند. بطوری که تبدیل به CPU و پردازش کننده‌های اصلی رایانه‌های شخصی شده‌اند. البته باید توجه کرد که با وجودی که هر ریز پردازنده یک CPU است اما هر سی پی یو یک ریز پردازنده نیست.
