اصطلاحات رایج درباره CPU:
گذرگاه داده ها:
گذرگاه داده ها مجموعه ای از سیم ها و مدارات است که وظیفه انتقال اطلاعات به داخل و یا خارج از پردازنده را به عهده دارند.مثل یک بزرگراه،هرچه گذرگاه عریض تر باشد، عبور داده ها روانتر شده و انتقال بیشتری صورت می گیرد.
پردازنده های "Pentium" و "Pentium Pro" گذرگاه های خارجی 64بیتی برای داده ها داشتند که می توانست در یک زمان 8 بایت داده را منتقل کند.پردازنده های قدیمی486، از گذرگاه باریکتر 32بیتی استفاده می کردند.
بطور کلی،عرض گذرگاه داده ها،در داخل و یا خارج پردازنده یکسان است.در طراحی پردازنده لازم است که تعدادی از پین های آن را به گذرگاه داده ها اختصاص دهند که این عمل باعث افزایش حجم مدار پردازنده و Socket آن،همچنین خطوط ارتباطی روی Motherboard می شود.هرچند تمام این پین ها برای داده ها بکار نمیرود، ولی عریض شدن گذرگاه به معنای بالا رفتن کارایی آن است.
گذرگاه آدرس:
گذرگاه آدرس از یک سری " سیم " تشکیل شده که وظیفه آنها حمل Bit هایی است که برای مشخص کردن محل قرار گرفتن اطلاعات در حافظه سیستم مورد استفاده قرار می گیرند. هرچه تعداد بیت ها بیشتر باشد، پردازنده می تواند به حافظه فیزیکی بیشتری دسترسی یابد.
CPU فقط بازه مشخصی از آدرس ها را می تواند به حافظه های فیزیکی اختصاص دهد.میزان تراشه های حافظه ای که کامپیوتر می تواند بطور موثر مورد استفاده قرار دهد، توسط تعداد آدرس های حافظه ای که CPU می تواند به آن اختصاص دهد، محدود می شود.
کمترین تعداد آدرس حافظه ای که یک CPU می تواند استفاده کند، 1MBاست.
سرعت:
برد سیستم یک ساعت دارد که یک پالس ساعت برای بسیاری از فعالیت های سیستم فراهم می کند.با افزایش تعداد این پالس ها در ثانیه، CPU دستورالعمل ها را سریعتر اجرا می کند.برای اندازه گیری سرعت پالس ها از واحد MHz استفاده می شود. یک MHz برابر با 1000000 پالس در ثانیه است.
اگر ریز پردازنده ای در داخل با سرعت 150 MHzو در خارج تراشه با سرعت 75Mhz کار کند، در این حالت سرعت پردازنده 150Mhz و سرعت گذرگاه حافظه 75Mhz است.مدارات داخل پردازنده ها می توانند با سرعت بالای 200مگاهرتز کار کنند.سرعت انتقال داده ها و اطلاعات در داخل پردازنده ها، 2یا3 برابر سرعت انتقال اطلاعات در خارج آن است.
برای تنظیم سرعت گذرگاه حافظه از Jumperهایی که روی برد سیستم قرار دارند، استفاده می شود.همچنین برای برطرف کردن سرعت کم گذرگاه رویMotherboard نسبت به پردازنده، از حافظه Cache استفاده می شود.
ماکزیمم حافظه:
حافظه Cache می تواند با در دسترس نگه داشتن اطلاعات و دستورالعمل هایی که اغلب استفاده می شوند، باعث افزایش کارایی دستگاه گردد.
دو نوع حافظه پنهان وجود دارد:
حافظه پنهان اولیه که در داخل پردازنده قرار گرفته ، و حافظه پنهان ثانویه که در خارج از آن قرار گرفته و بزرگتر از حافظه اولیه است.
حافظه پنهان اولیه مقدار زیادی از فضای مفید پردازنده را مصرف می کند و با استفاده از الگوریتم های پیچیده،پیش بینی می کند که پردازنده در مراحل بعدی پردازش به چه اطلاعاتی نیاز خواهد داشت. چون این موضوع باعث بالا رفتن کارایی سیستم می شود، اشغال فضای پردازنده توسط حافظه پنهان، نادیده گرفته خواهد شد. دلیل استفاده از آن اینست که، پردازنده با سرعت بیشتری می تواند بیت های اطلاعاتی را از فضای داخل خود بدست آورد تا اینکه آنها را از حافظه اصلی سیستم استخراج کند. پس هرچه حافظه درون پردازنده بیشتر باشد، کارایی نیز بیشتر است.
اگر کد یا اطلاعات مورد نیاز پردازنده در حافظه پنهان وجود نداشته باشد، پردازنده مدتی را برای این جستجو از دست می دهد.به همین دلیل الگوریتم هایی برای "پیش مرور " اطلاعات مورد نیاز پردازنده بکار گرفته می شوند تا بتوانند داده های مناسب را در اختیار پردازنده
قرار دهند.
IRQ و DMA :
منابع سیستمی به 4گروه IRQها، آدرسهای ورودی/خروجی،آدرسهای حافظه و کانالهای DMA تقسیم می شوند.تمامی این 4منبع سیستم به خطوط مشخصی از یک گذرگاه برد سیستم وابسته اند. بعضی از این خطوط به IRQها، بعضی به آدرسها (هم آدرسهای حافظه و هم آدرسهای ورودی/خروجی) و بعضی دیگر به کانالهای DMA اختصاص دارند.
IRQ چیست؟
خطوط در خواست وقفه (IRQ) خطوط سخت افزاری هستند كه وسایلی مثل درگاه های I/O ، صفحه كليد، ديسك درايوها و كارت شبكه می توانند وقفه يا درخواست خود را برای سرويس گرفتن از ميكروپروسسور کامپيوتر از طريق آن ارسال كنند.
خطوط در خواست وقفه جزء سخت افزار كامپيوتر هستند و با اولويتهاي متفاوت درجه بندي شده اند تا ميكروپروسسور كامپيوتر بتواند تشخيص دهد كدام وقفه مهم تر و دارای اولويت بندی است. وقتی كارت شبكه يك درخواست به كامپيوتر می فرستد از يك وقفه استفاده می كند. يعنی يك سيگنال الكترونيكی به CPU كامپيوتر فرستاده می شود. هر دستگاه كامپيوتر بايد از يك خط درخواست وقفه (IRQ) جداگانه استفاده کند. خط وقفه به هنگام پيكر بندی دستگاه مشخص می شود. در اغلب مواقع IRQ 3 يا IRQ 5 براي كارت شبكه مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از وقفه 5 در صورت وجود توصيه می شود،كه در اكثر سيستم ها به صورت پيش فرض براي كارت شبكه انتخاب می گردد.
زمانیکه یک دستگاه سخت افزاری برای انجام بعضی کارهای خود به CPU نیاز پیدا می کند (مثل حالتی که صفحه کلید برای تشخیص کلید فشرده شده به CPU احتیاج دارد) باید راهی را برای آشکار کردن این خواسته به CPU پیدا کند.همچنین CPU باید بداند که چه کاری برای دستگاه سخت افزاری باید انجام دهد. این نوع وقفه دادن به CPU، وقفه سخت افزاری نام دارد و دستگاه سخت افزاری با افزایش ولتاژ خط معینی از گذرگاه که به آن متصل شده، این وقفه را درخواست می کند.
این خطوط شماره گذاری شده اند و هر کدام از آنها به یک شماره درخواست وقفه یا IRQ اشاره می کند. وجود ولتاژ روی این خط به ریزپردازنده اطلاع می دهد که یک دستگاه سخت افزاری درخواستی مبنی بر پردازش داده دارد. برای اطلاع از اينكه كدام يك از IRQ ها آزاد هستند، از يك برنامه تشخيص مانند MSD و يا Noliags استفاده می شود.
در مادربرد های قدیمی، 8خط IRQ توسط یک ریزتراشه شرکت Intel که تراشه کنترل کننده وقفه (تراشه 8259اینتل) نام داشت، کنترل می شد.این تراشه مستقیما با ریزپردازنده در ارتباط بود و هنگامی که یک خط IRQ فعال می شد، به ریزپردازنده اطلاع می داد.در این حالت ریزپردازنده نمی توانست تشخیص دهد که کدام IRQ فعال شده است، چون مدیریت خطوط درخواست وقفه با کنترل کننده وقفه 8259 بود. اگر در یک لحظه بیش از یک IRQ فعال می شد، کنترل کننده وقفه، خطوط درخواست وقفه ای که کمترین مقدار را داشت برای پردازش انتخاب می کرد.مثلا اگر کاربر یک کلید از Keyboard را فشار دهد و همزمان ماوسی که روی COM1 نصب است حرکت دهد، چون صفحه کلید از IRQ1 و ماوس از IRQ4 استفاده می کند، فرایند فشرده شدن کلید قبل از حرکت ماوس پردازش می شود.
معمولا CPU با فرمانهای داده شده توسط کاربر، دستورات را تک تک اجرا می کند.این کار بطور معمول هنگام انجام عملیاتی مثل محاسبات،sortکردن داده ها و... صورت می گیرد.
اولین روشی که سیستم با استفاده از آن می تواند به ورودی دریافتی از کاربر پاسخ دهد، اینست که مرتبا چک کند که آیا ورودی از کاربر دریافت شده یا نه. به این روش Pooling می گویند.مشکلی که در این روش وجود دارد، اتلاف زمان است، چون در واقع سیکل هایی از سیستم صرف کارهای دیگر شود،هدر می رود. با استفاده از IRQ لازم نیست CPU عمل Pooling را برای پورت های I/O انجام دهد،در نتیجه سرعت سیستم بالا می رود.
اصولا وظیفه IRQ هشداردادن به ریزپردازنده است وبا یک بار درخواست وقفه کار آن تمام می شود.اما آدرس های حافظه تا وقتی که به دستگاه سرویس داده می شود، مورد استفاده قرار می گیرد.
تعداد وقفه هایی كه در سیستم مورد استفاده قرار می گیرند 256 عدد است كه از صفر تا 255 شماره گذاری می شوند.هر وقفه دارای زير برنامه ای مربوط به خود است كه می توان به آن وقفه پاسخ داد . آدرس زير برنامه های پاسخگویی به وقفه ها در جدولی به نام جدول بردار وقفه قرار دارد.وقتی وقفه ای اتفاق می افتد آدرس زير برنامه ای كه بايد به وقفه پاسخ دهد ، از جدول بردار وقفه پيدا شده،اجرای آن آغاز می شود . آدرس شروع هر زير برنامه پاسخگویی به وقفه ، بر اساس آدرس ناحيه و تفاوت مكان در آن ناحيه محاسبه می شود (يعنی آدرس شروع زير برنامه پاسخگویی وقفه ، 32 بيتی است) چون 256 وقفه ممكن است وجود داشته باشد،لذا ميزان حافظه ای كه برای جدول بردار وقفه در نظر گرفته می شود برابر با (1024 = 4*256 ) بايت است.برای پيدا كردن آدرس زير برنامه مربوط به يك وقفه ، شماره آن وقفه در 4 ضرب می شود نتيجه حاصل محلی از جدول بردار وقفه است كه آدرس زير برنامه پاسخگویی به آن وقفه را مشخص می كند.
در کامپیوتر به اجزای مختلف یک شماره مخصوص IRQ اختصاص می یابد و وقتی یکی از خطوط IRQ فعال شود، با استفاده از تنظیمات قبلی، کامپیوتر می تواند تشخیص دهد که کدام وسیله به آن Interrupt داده است. مثلا پرینتر به بعد از انجام عملیات خود، یک وقفه به سیستم ارسال می کند.این سیگنال موقتا در عملکرد کامپیوتر وقفه ایجاد می کند تا وقتی که کامپیوتر تصمیم بگیرد که چه پردازشی باید انجام دهد.
از آنجا که دو وسیله مختلف، نمیتواند بطور مشترک از یک خط IRQاستفاده کنند، بنابراین باید به هر جزء، یک شماره IRQ اختصاص داده شود. دستگاه سخت افزاری و یا نرم افزار با استفاده از وقفه ها می توانند با فرستادن یک سیگنال به CPU ارتباط را آغاز کنند.
قبل از ظهور ویژگی Plug & Play کاربر مجبور بود هنگام اضافه کردن یک وسیله جدید، مقادیر IRQ را بطور دستی تنظیم کند. باپیدایش Plug & Play این کار به صورت اتوماتیک انجام می شود.
تعویض شماره IRQ با استفاده از جامپر:
اکثر کارتهای افزودنی از این ویژگی و یا پیکربندی نرم افزاری برای پیکربندی خود استفاده می کنند. تقریبا همه کارتهای PCI و ISA این خاصیت را دارند.گاهی اوقات با کارتهایی مواجه می شویم که برای کنترل تنظیمات خود از جامپر استفاده می کنند.
کارتهای ISA نمی توانند بطور مشترک از خطوط IRQ استفاده کنند.
تعویض شماره IRQ به صورت نرم افزاری:
کارت هایی که از این روش استفاده می کنند، حد واسط بین کارتهای با جامپر و کارتهای PnP هستند. در این روش، بدون برداشتن درپوش کیس و کارت، می توان پیکربندی آنرا تغییر داد، ولی این کارتها بخوبی کارتهای PnP نیستند.
برای تست اینگونه کارتها، ابتدا کارت را در اسلات قرار داده و پس از آن برنامه پیکربندی را از نرم افزار مربوطه اجرا می کند. پس از نصب و اجرا،تنظیمات مربوط به IRQ کارت می تواند تنظیم شود.
*وقتی دو وسیله روی یک Bus قرار گرفته باشند، و این گذرگاه از نوع PCI,EISAباشد، این دو وسیله می توانند از یک IRQ استفاده کنند.
انواع IRQ :
تایمر سیستم IRQ 0à
کنترلر صفحه کلیدIRQ 1à
کنترلر اینتراپت ثانویه که بصورت Cascade استفاده شده استIRQ 2à
IRQ 3à COM1
IRQ 4à COM2
صدا/IRQ 5à LPT2
کنترلر فلاپی IRQ 6à
IRQ 7à LPT 1
IRQ 8à Real Time Clock
قابل استفاده توسط کاربرIRQ 9/10/11 à
ماوسIRQ 12à PS/2,
کمک پردازنده ریاضیIRQ 13à
کنترلر هارد دیسک اولیه IRQ 14à
کنترلر هارد دیسک ثانویهIRQ 15à
کانال های دسترسی مستقیم حافظه(DMA):
یکی دیگر از منابع سیستم که توسط سخت افزار و نرم افزار مورد استفاده قرار می گیرد،کانالهای DMA است. در این روش بدون استفاده از ریزپردازنده، دستگاه ورودی/خروجی می تواند با حافظه تبادل داشته باشد.یک تراشه روی برد سیستم قرار دارد که شامل منطق DMA است و این فرایند را کنترل می کند. در کامپیوترهای قدیمی 4کانال DMA با شماره های 0،1،2،3 وجود داشت. با پیدایش گذرگاه های 16بیتی ISA کانال های 5,6و7هم اضافه شدند.
با استفاده از DMA ابزار ورودی می توانند داده های ورودی را مستقیما به مکانی در حافظه منتقل کنند تا CPU بتواند به آنها دسترسی داشته باشد.این کار به این خاطر صورت می گیرد که سرعت تبادل داده با حافظه، بسیار بالاتر از سرعت تبادل داده با ورودی یا خروجی از طریق گذرگاه سیستم است.این روش به دستگاه های جانبی موجود روی گذرگاه های جانبی اجازه می دهد که به حافظه دستیابی مستقیم (DMA) داشته باشند. دستیابی مستقیم به حافظه به ادوات جانبی اجازه می دهد که بدون دخالت CPU داده ها را به حافظه منتقل کند. انجام این کار باعث می شود که حجم کار CPU برای پردازش ورودی یا انتقال داده به کارت، بطور محسوسی کاهش یابد.
برای کنترل هر کانال دو خط نیاز است.یکی برای کنترل کننده DMA برای درخواست آزادسازی از ریزپردازنده و دیگری برای ریزپردازنده به منظور تایید آزادبودن کنترل کننده DMA برای ارسال داده ها از طریق گذرگاه داده و بدون تداخل با ریزپردازنده استفاده می شود.
بعضی از دستگاه ها مثل درایو سخت برای استفاده از کانال های DMA طراحی شده اند و بعضی دیگر مثل ماوس خیر.آنهایی که از کانال های DMA استفاده می کنند ممکن است فقط قادر باشد تا از یک کانال مشخص استفاده کند.BIOS ممکن است گزینه ای برای تغییر شماره کانال DMA به منظور جلوگیری از سایر دستگاه ها داشته باشد.
تداخل وقتی پیش می آید که بیش از یک دستگاه از یک کانال DMA استفاده کنند. به دلیل اینکه طراحی کانال های DMA در مقایسه با روش های جدیدتر سرعت کمتری دارند، محبوبیت آنها کاهش یافته است.هرچند ممکن است دستگاه های کندتر مثل کارت صدا و فلاپی درایو، همچنان از کانال های DMA استفاده کنند.
SATA و IDE چه هستند؟
تكنولوژي ديسك سخت ( HARD DRIVE ) بر پايه پروسس موازي اطلاعات عمل مي كنند و بدين معناست كه اطلاعات به صورت بسته هايي به روشهاهي مختلف ( رندوم ) به باس اطلاعاتي فرستاده مي شوند. اطلاعات از ديسك سخت در فاصله هاي زماني كاملاً تصادفي مي آيند و وارد باس اطلاعاتي شده و در نهايت به سمت مقصد نهايي مي رود. IDE مخفف Integrated Drive Electronics مي باشد همينطور كه مي دانيد رابط IDE گاهي با عنوان ATA شناخته مي شود كه مخفف AT Attachment است.
اين تكنولوژي از سال 1990 به عنوان استاندارد كامپيوترهاي شخصي (PC ) براي هارد ديسك ها بوده است و اين زماني بود كه تكنولوژي مذكور جاي درايوهاي ESDI و MFM را گرفت يعني زماني كه هارد ديسك ها به طور متوسط حجمي معادل 200 مگا بايت داشتند. در سال 1990 اولين هارد ديسك يك گيگا بايتي وارد بازار شد و قيمتي برابر 200 دلار در بازار آمريكا داشت. از آن پس تا كنون IDE تكنولوژي مورد استفاده بوده زيرا هارد ديسكها را با قيمت پايين در اختيار مصرف كننده قرار مي داد، جاي كمتري مي گرفت و سرعت مناسبي داشت.
همتاي IDE در آن زمان SCSI ( كه مخفف Small Computer System Interface است) بود. SCSIكمي از IDE سريعتر است اما بسيار گرانتر است. به علاوه احتياج به خريد يك ادپتر SCSI كه ارزان هم نيست احتياج داريد. به عبارت ديگر IDE بازار هارد ديسكهاي كامپيوتر هاي شخصي را در انحصار خود گرفت. آنطر كه به نظر مي رسد كارخانه هاي معتبر حداقل يك تا دو سال ديگر به توليد هارد ديسكهاي با تكنولوژي IDE ادامه دهند.
هارد ديسكهاي IDE از كابلهاي ريبون پهني استفاده مي كنند كه در داخل كامپيوتر بسيار به چشم مي آيند و مرتب كردن اين كابلها در داخل كامپيوتر خود هنري است.
تكنولوژي هارد ديسك هاي ساتا ( SATA ) بر اساس پردازش اطلاعات متوالي ( سريال ) است. يعني انتقال اطلاعات از هارد ديسك به باس ديتا و در جهت عكس به طور منظم و در دورهاي زماني مشخص انجام مي گيرد.
هارد ديسكهاي ساتا از كابلهاي ريبون با پهناي كمتر استفاده مي كنند كه براي كساني كه آنرا اسمبل مي كنند باعث بسي خوشبختي است. اين كابلهاي نازك داراي كانكتورهاي بست داري هستند كه كار كردن با آنها را ساده تر مي كند.
هارد ديسكهاي ساتا اطلاعات را با سرعت متوسط 150Mb بر ثانيه انتقال مي دهند. اما مقاله هاي زيادي روي اينترنت در مورد هارد ديسكهاي با سرعت 3Gb در ثانيه خواهيد يافت.اما بياييد اين دو را در عمل با يكديگر مقايسه كنيم و ببينيم چرا صنعت در آينده تكنولوژي SATA را بر خواهد گزيد.
تا كنون در مقايسه دو هارد ديسك به قيمت هم توجه داشتيم اما حالا بدون در نظر گرفتن قيمت و تكنولوژي مرسوم كارايي را بررسي مي كنيم.آزمايش از اين قرار بود. يك كامپيوتر قديمي را به يك هارد SATA مجهز كرديم. و بعد از آن دو كامپيوتر امروزي ( پنتيوم 4 ) با سرعت متعارف را با هارد ديسك هايIDE براي مقايسه انتخاب كرديم. آزمايش ها و نتايج به قرار زير بودند.
آزمايش 1
آين آزمايش يك انتقال فايل معمولي بود. براي اينكه در هر سه كامپيوتر انتقال اطلاعات كاملاً مشابه باشد در ويندوز XP شاخه :
c:\windows\system32
انتخاب شد در يك سيستم كه در آن ويندوز XP اجرا مي شود اين شاخه در حدود 330 مگابايت حجم دارد. و حدود 2000 فايل در آن وجود دارد. يك فولدر جدير در درايو C (پارتيشن C ) از هارد ديسك ايجاد شد سپس در DOS فرمان
copy>c:>windows> system32>*.*
اجرا شد كه همانطور كه مي دانيد اين دستور همه فايلهاي داخل شاخه system32 را در فولدر جديد كپي مي كند و نتايج جالب بدست آمده آز اين قرار بود:
كامپيوتر و نوع هارد ديسك
زمان انتقال اطلاعات
سيستم جديد اول همراه با IDE
127 ثانيه
سيستم جديد دوم همراه با IDE
151 ثانيه
سيستم قديمي همراه با SATA
44 ثانيه
آزمايش 2
دومين آزمايش زمان بوت شدن است كه زمانهايي كه مربوط به سخت افزار است حذف شده است. يعني از لحظه اي كه تصوير آغازين ويندوز به نمايش در مي آيد تا لحظه اي كه دسك تاپ كامپيوتر به حالت عادي در مي آيد زمان اندازه گرفته شد نتايج به قرار زير است
كامپيوتر و نوع هارد ديسك
زمان بوت
سيستم جديد اول همراه با IDE
28 ثانيه
سيستم جديد دوم همراه با IDE
28 ثانيه
سيستم قديمي همراه با SATA
17 ثانيه
توجه: در اين تستها به كارخانه سازنده ديسكها اشاره نشده است مطمئناً با در نظر گرفتن اين فاكتور تغيير خواهد كرد ولي هر دو مدل IDE و SATA از هارد ديسك ساخت يك كارخانه استفاده شده است
گذرگاه داده ها:
گذرگاه داده ها مجموعه ای از سیم ها و مدارات است که وظیفه انتقال اطلاعات به داخل و یا خارج از پردازنده را به عهده دارند.مثل یک بزرگراه،هرچه گذرگاه عریض تر باشد، عبور داده ها روانتر شده و انتقال بیشتری صورت می گیرد.
پردازنده های "Pentium" و "Pentium Pro" گذرگاه های خارجی 64بیتی برای داده ها داشتند که می توانست در یک زمان 8 بایت داده را منتقل کند.پردازنده های قدیمی486، از گذرگاه باریکتر 32بیتی استفاده می کردند.
بطور کلی،عرض گذرگاه داده ها،در داخل و یا خارج پردازنده یکسان است.در طراحی پردازنده لازم است که تعدادی از پین های آن را به گذرگاه داده ها اختصاص دهند که این عمل باعث افزایش حجم مدار پردازنده و Socket آن،همچنین خطوط ارتباطی روی Motherboard می شود.هرچند تمام این پین ها برای داده ها بکار نمیرود، ولی عریض شدن گذرگاه به معنای بالا رفتن کارایی آن است.
گذرگاه آدرس:
گذرگاه آدرس از یک سری " سیم " تشکیل شده که وظیفه آنها حمل Bit هایی است که برای مشخص کردن محل قرار گرفتن اطلاعات در حافظه سیستم مورد استفاده قرار می گیرند. هرچه تعداد بیت ها بیشتر باشد، پردازنده می تواند به حافظه فیزیکی بیشتری دسترسی یابد.
CPU فقط بازه مشخصی از آدرس ها را می تواند به حافظه های فیزیکی اختصاص دهد.میزان تراشه های حافظه ای که کامپیوتر می تواند بطور موثر مورد استفاده قرار دهد، توسط تعداد آدرس های حافظه ای که CPU می تواند به آن اختصاص دهد، محدود می شود.
کمترین تعداد آدرس حافظه ای که یک CPU می تواند استفاده کند، 1MBاست.
سرعت:
برد سیستم یک ساعت دارد که یک پالس ساعت برای بسیاری از فعالیت های سیستم فراهم می کند.با افزایش تعداد این پالس ها در ثانیه، CPU دستورالعمل ها را سریعتر اجرا می کند.برای اندازه گیری سرعت پالس ها از واحد MHz استفاده می شود. یک MHz برابر با 1000000 پالس در ثانیه است.
اگر ریز پردازنده ای در داخل با سرعت 150 MHzو در خارج تراشه با سرعت 75Mhz کار کند، در این حالت سرعت پردازنده 150Mhz و سرعت گذرگاه حافظه 75Mhz است.مدارات داخل پردازنده ها می توانند با سرعت بالای 200مگاهرتز کار کنند.سرعت انتقال داده ها و اطلاعات در داخل پردازنده ها، 2یا3 برابر سرعت انتقال اطلاعات در خارج آن است.
برای تنظیم سرعت گذرگاه حافظه از Jumperهایی که روی برد سیستم قرار دارند، استفاده می شود.همچنین برای برطرف کردن سرعت کم گذرگاه رویMotherboard نسبت به پردازنده، از حافظه Cache استفاده می شود.
ماکزیمم حافظه:
حافظه Cache می تواند با در دسترس نگه داشتن اطلاعات و دستورالعمل هایی که اغلب استفاده می شوند، باعث افزایش کارایی دستگاه گردد.
دو نوع حافظه پنهان وجود دارد:
حافظه پنهان اولیه که در داخل پردازنده قرار گرفته ، و حافظه پنهان ثانویه که در خارج از آن قرار گرفته و بزرگتر از حافظه اولیه است.
حافظه پنهان اولیه مقدار زیادی از فضای مفید پردازنده را مصرف می کند و با استفاده از الگوریتم های پیچیده،پیش بینی می کند که پردازنده در مراحل بعدی پردازش به چه اطلاعاتی نیاز خواهد داشت. چون این موضوع باعث بالا رفتن کارایی سیستم می شود، اشغال فضای پردازنده توسط حافظه پنهان، نادیده گرفته خواهد شد. دلیل استفاده از آن اینست که، پردازنده با سرعت بیشتری می تواند بیت های اطلاعاتی را از فضای داخل خود بدست آورد تا اینکه آنها را از حافظه اصلی سیستم استخراج کند. پس هرچه حافظه درون پردازنده بیشتر باشد، کارایی نیز بیشتر است.
اگر کد یا اطلاعات مورد نیاز پردازنده در حافظه پنهان وجود نداشته باشد، پردازنده مدتی را برای این جستجو از دست می دهد.به همین دلیل الگوریتم هایی برای "پیش مرور " اطلاعات مورد نیاز پردازنده بکار گرفته می شوند تا بتوانند داده های مناسب را در اختیار پردازنده
قرار دهند.
IRQ و DMA :
منابع سیستمی به 4گروه IRQها، آدرسهای ورودی/خروجی،آدرسهای حافظه و کانالهای DMA تقسیم می شوند.تمامی این 4منبع سیستم به خطوط مشخصی از یک گذرگاه برد سیستم وابسته اند. بعضی از این خطوط به IRQها، بعضی به آدرسها (هم آدرسهای حافظه و هم آدرسهای ورودی/خروجی) و بعضی دیگر به کانالهای DMA اختصاص دارند.
IRQ چیست؟
خطوط در خواست وقفه (IRQ) خطوط سخت افزاری هستند كه وسایلی مثل درگاه های I/O ، صفحه كليد، ديسك درايوها و كارت شبكه می توانند وقفه يا درخواست خود را برای سرويس گرفتن از ميكروپروسسور کامپيوتر از طريق آن ارسال كنند.
خطوط در خواست وقفه جزء سخت افزار كامپيوتر هستند و با اولويتهاي متفاوت درجه بندي شده اند تا ميكروپروسسور كامپيوتر بتواند تشخيص دهد كدام وقفه مهم تر و دارای اولويت بندی است. وقتی كارت شبكه يك درخواست به كامپيوتر می فرستد از يك وقفه استفاده می كند. يعنی يك سيگنال الكترونيكی به CPU كامپيوتر فرستاده می شود. هر دستگاه كامپيوتر بايد از يك خط درخواست وقفه (IRQ) جداگانه استفاده کند. خط وقفه به هنگام پيكر بندی دستگاه مشخص می شود. در اغلب مواقع IRQ 3 يا IRQ 5 براي كارت شبكه مورد استفاده قرار می گیرد. استفاده از وقفه 5 در صورت وجود توصيه می شود،كه در اكثر سيستم ها به صورت پيش فرض براي كارت شبكه انتخاب می گردد.
زمانیکه یک دستگاه سخت افزاری برای انجام بعضی کارهای خود به CPU نیاز پیدا می کند (مثل حالتی که صفحه کلید برای تشخیص کلید فشرده شده به CPU احتیاج دارد) باید راهی را برای آشکار کردن این خواسته به CPU پیدا کند.همچنین CPU باید بداند که چه کاری برای دستگاه سخت افزاری باید انجام دهد. این نوع وقفه دادن به CPU، وقفه سخت افزاری نام دارد و دستگاه سخت افزاری با افزایش ولتاژ خط معینی از گذرگاه که به آن متصل شده، این وقفه را درخواست می کند.
این خطوط شماره گذاری شده اند و هر کدام از آنها به یک شماره درخواست وقفه یا IRQ اشاره می کند. وجود ولتاژ روی این خط به ریزپردازنده اطلاع می دهد که یک دستگاه سخت افزاری درخواستی مبنی بر پردازش داده دارد. برای اطلاع از اينكه كدام يك از IRQ ها آزاد هستند، از يك برنامه تشخيص مانند MSD و يا Noliags استفاده می شود.
در مادربرد های قدیمی، 8خط IRQ توسط یک ریزتراشه شرکت Intel که تراشه کنترل کننده وقفه (تراشه 8259اینتل) نام داشت، کنترل می شد.این تراشه مستقیما با ریزپردازنده در ارتباط بود و هنگامی که یک خط IRQ فعال می شد، به ریزپردازنده اطلاع می داد.در این حالت ریزپردازنده نمی توانست تشخیص دهد که کدام IRQ فعال شده است، چون مدیریت خطوط درخواست وقفه با کنترل کننده وقفه 8259 بود. اگر در یک لحظه بیش از یک IRQ فعال می شد، کنترل کننده وقفه، خطوط درخواست وقفه ای که کمترین مقدار را داشت برای پردازش انتخاب می کرد.مثلا اگر کاربر یک کلید از Keyboard را فشار دهد و همزمان ماوسی که روی COM1 نصب است حرکت دهد، چون صفحه کلید از IRQ1 و ماوس از IRQ4 استفاده می کند، فرایند فشرده شدن کلید قبل از حرکت ماوس پردازش می شود.
معمولا CPU با فرمانهای داده شده توسط کاربر، دستورات را تک تک اجرا می کند.این کار بطور معمول هنگام انجام عملیاتی مثل محاسبات،sortکردن داده ها و... صورت می گیرد.
اولین روشی که سیستم با استفاده از آن می تواند به ورودی دریافتی از کاربر پاسخ دهد، اینست که مرتبا چک کند که آیا ورودی از کاربر دریافت شده یا نه. به این روش Pooling می گویند.مشکلی که در این روش وجود دارد، اتلاف زمان است، چون در واقع سیکل هایی از سیستم صرف کارهای دیگر شود،هدر می رود. با استفاده از IRQ لازم نیست CPU عمل Pooling را برای پورت های I/O انجام دهد،در نتیجه سرعت سیستم بالا می رود.
اصولا وظیفه IRQ هشداردادن به ریزپردازنده است وبا یک بار درخواست وقفه کار آن تمام می شود.اما آدرس های حافظه تا وقتی که به دستگاه سرویس داده می شود، مورد استفاده قرار می گیرد.
تعداد وقفه هایی كه در سیستم مورد استفاده قرار می گیرند 256 عدد است كه از صفر تا 255 شماره گذاری می شوند.هر وقفه دارای زير برنامه ای مربوط به خود است كه می توان به آن وقفه پاسخ داد . آدرس زير برنامه های پاسخگویی به وقفه ها در جدولی به نام جدول بردار وقفه قرار دارد.وقتی وقفه ای اتفاق می افتد آدرس زير برنامه ای كه بايد به وقفه پاسخ دهد ، از جدول بردار وقفه پيدا شده،اجرای آن آغاز می شود . آدرس شروع هر زير برنامه پاسخگویی به وقفه ، بر اساس آدرس ناحيه و تفاوت مكان در آن ناحيه محاسبه می شود (يعنی آدرس شروع زير برنامه پاسخگویی وقفه ، 32 بيتی است) چون 256 وقفه ممكن است وجود داشته باشد،لذا ميزان حافظه ای كه برای جدول بردار وقفه در نظر گرفته می شود برابر با (1024 = 4*256 ) بايت است.برای پيدا كردن آدرس زير برنامه مربوط به يك وقفه ، شماره آن وقفه در 4 ضرب می شود نتيجه حاصل محلی از جدول بردار وقفه است كه آدرس زير برنامه پاسخگویی به آن وقفه را مشخص می كند.
در کامپیوتر به اجزای مختلف یک شماره مخصوص IRQ اختصاص می یابد و وقتی یکی از خطوط IRQ فعال شود، با استفاده از تنظیمات قبلی، کامپیوتر می تواند تشخیص دهد که کدام وسیله به آن Interrupt داده است. مثلا پرینتر به بعد از انجام عملیات خود، یک وقفه به سیستم ارسال می کند.این سیگنال موقتا در عملکرد کامپیوتر وقفه ایجاد می کند تا وقتی که کامپیوتر تصمیم بگیرد که چه پردازشی باید انجام دهد.
از آنجا که دو وسیله مختلف، نمیتواند بطور مشترک از یک خط IRQاستفاده کنند، بنابراین باید به هر جزء، یک شماره IRQ اختصاص داده شود. دستگاه سخت افزاری و یا نرم افزار با استفاده از وقفه ها می توانند با فرستادن یک سیگنال به CPU ارتباط را آغاز کنند.
قبل از ظهور ویژگی Plug & Play کاربر مجبور بود هنگام اضافه کردن یک وسیله جدید، مقادیر IRQ را بطور دستی تنظیم کند. باپیدایش Plug & Play این کار به صورت اتوماتیک انجام می شود.
تعویض شماره IRQ با استفاده از جامپر:
اکثر کارتهای افزودنی از این ویژگی و یا پیکربندی نرم افزاری برای پیکربندی خود استفاده می کنند. تقریبا همه کارتهای PCI و ISA این خاصیت را دارند.گاهی اوقات با کارتهایی مواجه می شویم که برای کنترل تنظیمات خود از جامپر استفاده می کنند.
کارتهای ISA نمی توانند بطور مشترک از خطوط IRQ استفاده کنند.
تعویض شماره IRQ به صورت نرم افزاری:
کارت هایی که از این روش استفاده می کنند، حد واسط بین کارتهای با جامپر و کارتهای PnP هستند. در این روش، بدون برداشتن درپوش کیس و کارت، می توان پیکربندی آنرا تغییر داد، ولی این کارتها بخوبی کارتهای PnP نیستند.
برای تست اینگونه کارتها، ابتدا کارت را در اسلات قرار داده و پس از آن برنامه پیکربندی را از نرم افزار مربوطه اجرا می کند. پس از نصب و اجرا،تنظیمات مربوط به IRQ کارت می تواند تنظیم شود.
*وقتی دو وسیله روی یک Bus قرار گرفته باشند، و این گذرگاه از نوع PCI,EISAباشد، این دو وسیله می توانند از یک IRQ استفاده کنند.
انواع IRQ :
تایمر سیستم IRQ 0à
کنترلر صفحه کلیدIRQ 1à
کنترلر اینتراپت ثانویه که بصورت Cascade استفاده شده استIRQ 2à
IRQ 3à COM1
IRQ 4à COM2
صدا/IRQ 5à LPT2
کنترلر فلاپی IRQ 6à
IRQ 7à LPT 1
IRQ 8à Real Time Clock
قابل استفاده توسط کاربرIRQ 9/10/11 à
ماوسIRQ 12à PS/2,
کمک پردازنده ریاضیIRQ 13à
کنترلر هارد دیسک اولیه IRQ 14à
کنترلر هارد دیسک ثانویهIRQ 15à
کانال های دسترسی مستقیم حافظه(DMA):
یکی دیگر از منابع سیستم که توسط سخت افزار و نرم افزار مورد استفاده قرار می گیرد،کانالهای DMA است. در این روش بدون استفاده از ریزپردازنده، دستگاه ورودی/خروجی می تواند با حافظه تبادل داشته باشد.یک تراشه روی برد سیستم قرار دارد که شامل منطق DMA است و این فرایند را کنترل می کند. در کامپیوترهای قدیمی 4کانال DMA با شماره های 0،1،2،3 وجود داشت. با پیدایش گذرگاه های 16بیتی ISA کانال های 5,6و7هم اضافه شدند.
با استفاده از DMA ابزار ورودی می توانند داده های ورودی را مستقیما به مکانی در حافظه منتقل کنند تا CPU بتواند به آنها دسترسی داشته باشد.این کار به این خاطر صورت می گیرد که سرعت تبادل داده با حافظه، بسیار بالاتر از سرعت تبادل داده با ورودی یا خروجی از طریق گذرگاه سیستم است.این روش به دستگاه های جانبی موجود روی گذرگاه های جانبی اجازه می دهد که به حافظه دستیابی مستقیم (DMA) داشته باشند. دستیابی مستقیم به حافظه به ادوات جانبی اجازه می دهد که بدون دخالت CPU داده ها را به حافظه منتقل کند. انجام این کار باعث می شود که حجم کار CPU برای پردازش ورودی یا انتقال داده به کارت، بطور محسوسی کاهش یابد.
برای کنترل هر کانال دو خط نیاز است.یکی برای کنترل کننده DMA برای درخواست آزادسازی از ریزپردازنده و دیگری برای ریزپردازنده به منظور تایید آزادبودن کنترل کننده DMA برای ارسال داده ها از طریق گذرگاه داده و بدون تداخل با ریزپردازنده استفاده می شود.
بعضی از دستگاه ها مثل درایو سخت برای استفاده از کانال های DMA طراحی شده اند و بعضی دیگر مثل ماوس خیر.آنهایی که از کانال های DMA استفاده می کنند ممکن است فقط قادر باشد تا از یک کانال مشخص استفاده کند.BIOS ممکن است گزینه ای برای تغییر شماره کانال DMA به منظور جلوگیری از سایر دستگاه ها داشته باشد.
تداخل وقتی پیش می آید که بیش از یک دستگاه از یک کانال DMA استفاده کنند. به دلیل اینکه طراحی کانال های DMA در مقایسه با روش های جدیدتر سرعت کمتری دارند، محبوبیت آنها کاهش یافته است.هرچند ممکن است دستگاه های کندتر مثل کارت صدا و فلاپی درایو، همچنان از کانال های DMA استفاده کنند.
SATA و IDE چه هستند؟
تكنولوژي ديسك سخت ( HARD DRIVE ) بر پايه پروسس موازي اطلاعات عمل مي كنند و بدين معناست كه اطلاعات به صورت بسته هايي به روشهاهي مختلف ( رندوم ) به باس اطلاعاتي فرستاده مي شوند. اطلاعات از ديسك سخت در فاصله هاي زماني كاملاً تصادفي مي آيند و وارد باس اطلاعاتي شده و در نهايت به سمت مقصد نهايي مي رود. IDE مخفف Integrated Drive Electronics مي باشد همينطور كه مي دانيد رابط IDE گاهي با عنوان ATA شناخته مي شود كه مخفف AT Attachment است.
اين تكنولوژي از سال 1990 به عنوان استاندارد كامپيوترهاي شخصي (PC ) براي هارد ديسك ها بوده است و اين زماني بود كه تكنولوژي مذكور جاي درايوهاي ESDI و MFM را گرفت يعني زماني كه هارد ديسك ها به طور متوسط حجمي معادل 200 مگا بايت داشتند. در سال 1990 اولين هارد ديسك يك گيگا بايتي وارد بازار شد و قيمتي برابر 200 دلار در بازار آمريكا داشت. از آن پس تا كنون IDE تكنولوژي مورد استفاده بوده زيرا هارد ديسكها را با قيمت پايين در اختيار مصرف كننده قرار مي داد، جاي كمتري مي گرفت و سرعت مناسبي داشت.
همتاي IDE در آن زمان SCSI ( كه مخفف Small Computer System Interface است) بود. SCSIكمي از IDE سريعتر است اما بسيار گرانتر است. به علاوه احتياج به خريد يك ادپتر SCSI كه ارزان هم نيست احتياج داريد. به عبارت ديگر IDE بازار هارد ديسكهاي كامپيوتر هاي شخصي را در انحصار خود گرفت. آنطر كه به نظر مي رسد كارخانه هاي معتبر حداقل يك تا دو سال ديگر به توليد هارد ديسكهاي با تكنولوژي IDE ادامه دهند.
هارد ديسكهاي IDE از كابلهاي ريبون پهني استفاده مي كنند كه در داخل كامپيوتر بسيار به چشم مي آيند و مرتب كردن اين كابلها در داخل كامپيوتر خود هنري است.
تكنولوژي هارد ديسك هاي ساتا ( SATA ) بر اساس پردازش اطلاعات متوالي ( سريال ) است. يعني انتقال اطلاعات از هارد ديسك به باس ديتا و در جهت عكس به طور منظم و در دورهاي زماني مشخص انجام مي گيرد.
هارد ديسكهاي ساتا از كابلهاي ريبون با پهناي كمتر استفاده مي كنند كه براي كساني كه آنرا اسمبل مي كنند باعث بسي خوشبختي است. اين كابلهاي نازك داراي كانكتورهاي بست داري هستند كه كار كردن با آنها را ساده تر مي كند.
هارد ديسكهاي ساتا اطلاعات را با سرعت متوسط 150Mb بر ثانيه انتقال مي دهند. اما مقاله هاي زيادي روي اينترنت در مورد هارد ديسكهاي با سرعت 3Gb در ثانيه خواهيد يافت.اما بياييد اين دو را در عمل با يكديگر مقايسه كنيم و ببينيم چرا صنعت در آينده تكنولوژي SATA را بر خواهد گزيد.
تا كنون در مقايسه دو هارد ديسك به قيمت هم توجه داشتيم اما حالا بدون در نظر گرفتن قيمت و تكنولوژي مرسوم كارايي را بررسي مي كنيم.آزمايش از اين قرار بود. يك كامپيوتر قديمي را به يك هارد SATA مجهز كرديم. و بعد از آن دو كامپيوتر امروزي ( پنتيوم 4 ) با سرعت متعارف را با هارد ديسك هايIDE براي مقايسه انتخاب كرديم. آزمايش ها و نتايج به قرار زير بودند.
آزمايش 1
آين آزمايش يك انتقال فايل معمولي بود. براي اينكه در هر سه كامپيوتر انتقال اطلاعات كاملاً مشابه باشد در ويندوز XP شاخه :
c:\windows\system32
انتخاب شد در يك سيستم كه در آن ويندوز XP اجرا مي شود اين شاخه در حدود 330 مگابايت حجم دارد. و حدود 2000 فايل در آن وجود دارد. يك فولدر جدير در درايو C (پارتيشن C ) از هارد ديسك ايجاد شد سپس در DOS فرمان
copy>c:>windows> system32>*.*
اجرا شد كه همانطور كه مي دانيد اين دستور همه فايلهاي داخل شاخه system32 را در فولدر جديد كپي مي كند و نتايج جالب بدست آمده آز اين قرار بود:
كامپيوتر و نوع هارد ديسك
زمان انتقال اطلاعات
سيستم جديد اول همراه با IDE
127 ثانيه
سيستم جديد دوم همراه با IDE
151 ثانيه
سيستم قديمي همراه با SATA
44 ثانيه
آزمايش 2
دومين آزمايش زمان بوت شدن است كه زمانهايي كه مربوط به سخت افزار است حذف شده است. يعني از لحظه اي كه تصوير آغازين ويندوز به نمايش در مي آيد تا لحظه اي كه دسك تاپ كامپيوتر به حالت عادي در مي آيد زمان اندازه گرفته شد نتايج به قرار زير است
كامپيوتر و نوع هارد ديسك
زمان بوت
سيستم جديد اول همراه با IDE
28 ثانيه
سيستم جديد دوم همراه با IDE
28 ثانيه
سيستم قديمي همراه با SATA
17 ثانيه
توجه: در اين تستها به كارخانه سازنده ديسكها اشاره نشده است مطمئناً با در نظر گرفتن اين فاكتور تغيير خواهد كرد ولي هر دو مدل IDE و SATA از هارد ديسك ساخت يك كارخانه استفاده شده است