کاربرد ALU
معماری von Neumann برای یک رایانه چهار بخش اصلی قائل می شود:
واحد محاسبه و منطق (ALU)، واحد کنترل، حافظه کامپیوتر و وسایل ورودی خروجی (که با هم I/O نامیده می شوند).
این بخش ها توسط یک مشت سیم (یک گذرگاه) به هم متصل و توسط یک تایمر (یا ساعت) هدایت می شود (هرچند رویدادهای دیگر هم می توانند مدار کنترلی را هدایت کنند).
واحد محاسبه و منطق یا ALU دستگاهی است که عملیات های ابتدایی مانند عملیات های ریاضی (جمع، تفریق و غیره) منطقی(و، یا، نه) و مقایسه ای (مثل بررسی تساوی محتویات دو بایت از حافظه) را انجام می دهد.
کار واقعی در این واحد انجام می شود.
واحد کنترل محل آدرس بایتی از حافظه که رایانه در حال اجرای دستورات آن است را نگهداری، کاری که ALU باید انجام دهد را به آن گفته، اطلاعات مورد نیاز را (از حافظه) به آن می رساند و نتایج را به محل مناسب در حافظه برمی گرداند.
بعد از هر بار انجام این عمل، واحد کنترل به سراغ دستور بعدی (که در شکاف آدرس حافظه بعدی قرار دارد) می رود( جز این که دستور یک دستور جهش باشد که رایانه را از محل دستور بعدی آگاه می کند).
این یکی از بخش های مهم رایانه است که در SDRAM، DDR RAM و RDRAM یافت می شود.
در کامپیوترهای امروزی ALU و واحد کنترل را در یک مدار مجتمع به نام واحد پردازش مرکزی یا CPU قرار داده اند.
حافظه رایانه روی چند مدار مجتمع در نزدیکی CPU قرار دارد.
جرم و حجم زیاد رایانه را دستگاه های جانبی و فرعی (مثل، منبع نیروی الکتریکی) و یا دستگاه های I/O تشکیل می دهد.
بعضی از کامپیوترهای بزرگ تر از یک جهت با مدل بالا متفاوت است – این کامپیوترها چند CPU و واحد کنترل دارند که همزمان کار می کنند.
تعداد محدودی کامپیوتر، که به طور عمده برای اهداف پژوهشی و محاسبات علمی به کار برده می شوند، خیلی با مدل بالا تفاوت پیدا کرده اند، اما این کامپیوترها چون مدل برنامه ریزشان هنوز استاندارد نشده کاربرد اقتصادی کمی داشته اند.
در اصل کار یک رایانه خیلی سر راست است.
با هر چرخش ساعت، رایانه دستورات وداده هایی را از حافظه می گیرد.
دستورات اجرا، نتیجه ذخیره و دستور بعدی گرفته می شود.
این روند تا رسیدن به دستور توقف تکرار می شود.
جدول زیر میتواند به شما کمک کند تا با سیر تکامل پردازشگر‌ها بیشتر آشنا شوید.
توجه داشته باشید که شرکت اینتل اولین تولید کننده پردازشگر است به همین دلیل نیز به پردازشگر‌های ساخت آن اشاره می‌کنیم.
جدول زیر میتواند به شما کمک کند تا با سیر تکامل پردازشگر‌ها بیشتر آشنا شوید.
توجه داشته باشید که شرکت اینتل اولین تولید کننده پردازشگر است به همین دلیل نیز به پردازشگر‌های ساخت آن اشاره می‌کنیم.
در جدول بالا باید به چند نکته اشاره کنیم: • منظور از میکرون، اندازه کوچکترین اتصال داخل مدار پردازشگر است در ابعاد میکرون.
ضخامت موی یک انسان عادی در حدود 100 میکرون است.
• ClockSpeed را در ادامه توضیح می‌دهیم.
• DataWidth یا پهنای دادهها ، شهنای اطلاعات ورودی به ALUاست.
ALU(Arithmetic And Logic Unit) یا واحد منطقی و حساب وظیفه اصلی انجام محاسبات منطقی و ریاضی را دارد.
یک ALU 8بیتی میتواند تمام اعمال ریاضی را روی دو مقدار 8بیتی انجام دهد.
در حالی که ALU 32 بیتی میتواند این عملیات را روی دو عدد 32 بیتی انجام دهد.
ALU 8 بیتی برای انجام عملیات روی دو عدد 32 بیتی باید آن را در چهار مرحله انجام دهد در حالی که ALU 32 بیتی میتواند همین کار را در یک بار محاسبه انجام دهد.
• MIPS شاخص پیچیده‌ای برای سنجش قدرت پردازشگر است.
با این‌حال (Millions Of Instructions Per Second) MIPS یا تعداد دستور‌ها در میلیون بر ثانیه میتواند شما را در مقایسه پردازشگر‌های مختلف کمک کند.
ریز پردازنده‌ها سه کار اصلی را بر عهده دارند: • با استفاده از ALU عملیات ریاضی و منطقی را انجام می‌دهد.
پردازشگر‌های جدید می‌توانند عملیات بسیار پیچیده و گیج کننده ریاضی را با اعداد شناور بزرگ انجام دهد.
• پردازشگر میتواند اطلاعات را از حافظه‌ای به حافظه دیگر منتقل کند.
[چطور حافظه کامپیوتر کار می‌کند؟] • پردازشگر میتواند کار خود را برنامه ریزی کند و عملیات را در مراحل مختلف انجام دهد.
پردازشگر را می‌توان به قسمت‌های زیر تقسیم کرد: • یک گذرگاه آدرس (Address Bus) که آدرس‌های محل اطلاعات را به حافظه می‌فرستد.
• یک گذرگاه دادهها (Data Bus) که اطلاعت و دستور‌هایی را به حافظه می‌فرستد تا اطلاعاتی را دریافت کند.
• یک خط(RD (Read یا خواندن و یک خط (WR (Write یا نوشتن برای دریافت و بازخوانی آدرس‌های محل دادهها از حافظه.
• Clock Line یا خط ساعت که به ساعت پردازشگر این اجازه را می‌دهد که پردازش‌ها را زمان‌بندی کند.
• Reset Line که شمارنده‌های پردازش‌ها را به صفر یا عددی پیش فرض بر می‌گرداند.
پنتیوم، مانند ریزپردازنده 486، واحد محاسباتیِ دیگری دارد که برای کار کردن با اعداد ممیزدار از قبیل 0.93 یا 35.2 یا 35.123 ساخته شده است.
تفاوت دیگر ریزپردازنده پنتیوم با ریزپردازنده 486 این است که در پنتیوم در هر لحظه 64 بیت اطلاعات میتواند وارد ریزپردازنده شود و یا از آن خارج گردد، این در حالی است که در ریزپردازنده 486 ، این مقدار 32 بیت بود.
(تفاوت دیگر پنتیوم با 486 این است که ) در ریزپردازنده 486 یک واحد ذخیره‌‌سازی موسوم به Cache وجود دارد که ظرفیت نگهداری 8 kbyte را داراست، ولی در ریزپردازنده پنتیوم، 2 واحد ذخیره‌‌سازی جداگانه به ظرفیت 8 kbyte وجود دارد.
یکی از این حافظه‌‌ها برای دادهها و دیگری برای نگهداری و دستورالعمل‌‌ها است و هدف از طراحی این واحدها حصول اطمینان از این که واحد ALU دائما" توسط دادهها و دستورالعمل‌‌های لازم تغذیه میشود ( و هرگز معطل و بیکار نمی‌‌ماند)، بوده است.
MIPSDataWidth (bit()MHz(ClockSpeedمیکرونتعداد ترانزیستورتاریخ تولیدنام0.648266000197480800.331653290001979808811661.5134000198280286532161.52750001985803862032251120000019898048610032600.831000001993PentiumI~300322330.3575000001997PentiumII~510324500.2595000001999PentiumIII~17003215000.18420000002000Pentium4~70003236000.091250000002004Pentium4