فرمت فایل: ورد - Word  

مرجع فایل - قابل ویرایش ) 

تعداد صفحه : 13
واحدپردازشمرکزی سی‌پی‌یو (بهانگلیسی: Central Processing UnitیاCPU) یاپردازنده (بهانگلیسی: Processor)،یکیازاجزاءرایانهمی‌باشدکهفرامینواطلاعاتراموردپردازشقرارمی‌دهد. واحدهایپردازشمرکزیویژگیپایه‌ایقابلبرنامه‌ریزی‌شدنرادررایانه‌هایرقمیفراهممی‌کنند،ویکیازمهم‌تریناجزاءرایانه‌هاهستند. یکپردازندهٔمرکزی،مدارییکپارچهمی‌باشدکهمعمولاًبهعنوانریزپردازندهشناختهمی‌شود. امروزهعبارتCPUمعمولاًبرایریزپردازنده‌هابهکارمی‌رود. عبارت «Central Processor Unit» (واحدپردازندهٔمرکزی) یکردهٔخاصازماشینرامعرفیمی‌کندکهمی‌تواندبرنامه‌هایرایانهرااجراکند. اینعبارتگستردهرامی‌توانبهراحتیبهبسیاریازرایانه‌هاییکهبسیارقبل‌ترازعبارت "CPU" بوجودآمدهبودندنیزتعمیمداد. بههرحالاینعبارتوشروعاستفادهازآندرصنعترایانه،ازاوایلسال ۱۹۶۰ رایجشد. شکل،طراحیوپیاده‌سازیپرازنده‌هانسبتبهطراحیاولیهآنهاتغییرکرده‌استولیعملگرهایبنیادیآنهاهمچنانبههمانشکلباقیمانده‌است. پردازنده‌هایاولیهبهعنوانیکبخشازسامانه‌ایبزرگ‌ترکهمعمولاًیکنوعرایانه‌است،دارایطراحیسفارشیبودند. اینروشگرانقیمتطراحیسفارشیپردازنده‌هابراییکبخشخاص،بهشکلقابلتوجهی،مسیرتولیدانبوهآنراکهبرایاهدافزیادیقابلاستفادهبودفراهمنمود. ایناستانداردسازیروندقابلملاحظه‌ایرادرعصرمجزایابررایانه‌هایترانزیستوریوریزکامپیوترهاآغازنمودوراهعمومینمودنمداراتمجتمع(ICیاIntegrated Circuit) راسرعتفراوانیبخشید. یکمدارمجتمع،امکانافزایشپیچیدگی‌هابرایطراحیپردازنده‌هاوساختنآنهادرمقیاسکوچکرا (درحدمیلیمتر) امکانپذیرمی‌سازد. هردوفرآیند (کوچکسازیواستانداردسازیپردازنده‌ها)،حضوراینتجهیزاترقمیرادرزندگیمدرنگسترشدادوآنرابهفراترازیکدستگاهخاصمانندرایانهتبدیلکرد. ریزپردازنده‌هایجدیدرادرهرچیزیازخودروهاگرفتهتاتلفن‌هایهمراهوحتیاسباببازی‌هایکودکانمیتوانیافت. مدتزمانانجامیککاربه‌وسیلهرایانه،بهعواملمتعددیبستگیداردکهاولینآنها،سرعتپردازشگررایانه‌است. پردازشگریکتراشهالکترونیکیکوچکدرقلبکامپیوتراستوسرعتآنبرحسبمگاهرتزیاگیگاهرتزسنجیدهمی‌شود. هرچهمقداراینپارامتربیشترباشد،پردازشگرسریعترخواهدبودودرنتیجهقادرخواهدبود،محاسباتبیشتریرادرهرثانیهانجامدهد. سرعتپردازشگربهعنوانیکیازمشخصه‌هاییککامپیوتربهقدریدرتعیینکارآییآناهمیتداردکهمعمولاًبهعنوانیکیازاجزایتشکیلدهندهنامکامپیوترازآنیادمی‌شود. تراشهپردازشگرواجزایالکترونیکیکهآنراپشتیبانیمی‌کنند،مجموعابهعنوانواحدپردازشمرکزییاCPUشناختهمی‌شوند. واحدپردازشمرکزیواحدمحاسباتی (ALU) وکنترلی (CU) رایانه‌استکهدستورالعمل‌هاراتفسیرواجرامی‌کند. رایانه‌هایبزرگوریزرایانه‌هایقدیمیبردهاییپرازمدارهایمجتمعداشته‌اندکهعملپردازشراانجاممیداده‌اند. تراشه‌هاییکهریزپردازندهنامیدهمی‌شوند،امکانساخترایانه‌هایشخصیوایستگاه‌هایکاری (Work Station) رامیسرساخته‌اند. دراصطلاحعامیانهCPUبهعنوانمغزرایانهشناختهمی‌شود. تاریخچه پیشازظهوراولینماشینکهبهپردازنده‌هایامروزیشباهتداشت؛کامپوترهایمثلانیاک(‍‍‍‍‌‍ENIAC) مجبوربودندبرایاینکهکارهایمختلفیراانجامدهنددوبارهسیمکشیکنند. اینماشین‌هااغلببهرایانه‌هایی،بابرنامهٔثابتاطلاقمی‌شدتازمانیکهتواناییاجرایچندبرنامهراپیداکردند. عبارت "CPU" اززمانیبرایابزاراجراکنندهٔنرم‌افزار(برنامهٔرایانه) تعریفشد؛اولینابزارهایکهکهعبارت "CPU" بهآن‌هااطلاقشدهمراهظهوراولینبرنامهٔذخیرهشدهٔدررایانهبود. ایدهٔبرنامهٔذخیرهشدهمربوطبهبعدزمانطراحیENIACبود. در ۳۰ ژوئنسال ۱۹۴۵ (۹ تیرماه ۱۳۲۴) قبلازاینکهانیاککاملشود،دانشمندریاضیدانجانفوننیوماندرمقاله‌ایبهنام «[[First Draft of a Report on the EDVAC» آنراشرحدادهبود.سرانجامشکلکلیارائهدادهشدهبرایبرنامهٔقابلذخیرهشدندررایانهدرآگوستسال ۱۹۴۹(تیرماه ۱۳۲۸) کاملشد.EDVACبرایاجرایکسریدستوالعمل‌هایمعین (یاعملگرهایخاص) برایگونه‌هایمتفاوت،طراحیشدهبود.ایندستورالعمل‌هامی‌توانستندترکیبشوندتابرنامه‌هایمفیدرابررویEDVACاجراکنند. ازنکاتقابلتوجهاینبودکهبرنامه‌ایکهبرایEDVACنوشتهشدهبوددریکحافظهٔرایانه‌ایسریع؛ذخیرهشدهبودکهسریعترازثبتسخت‌افزاریاستاینپیروزییکمحدودیتشدیدرابرENIACایجادمی‌کردوآنعبارتبودازاینکهمقداربسیارزیادیاززمانوتلاشآنصرفتنظیماتدوبارهبرایانجامیککار(پردازشی) جدیدبود.باطراحیفوننیومان؛برنامهیانرم‌افزارکهEDVACاجرامی‌کردمی‌توانستتغییریسادهبامحتوایحافظهٔرایانهتغییردهد.دستگاه‌هایرقمیحالحاضر،همهباپردازنده‌هاییتوزیعشده‌اندکهبهمدارگسستهوبنابراینبهتعدادیتغییرالمانبرایمتفاوتبودنوتغییرحالاتاحتیاجدارند. قبلازتجاریشدنترانریستور؛برایتغییرالمانهاازelectrical relaysوvacum tubesبهصورتعمومیاستفادهمی‌شد. اگرچهاینهاازمزایاییچونسرعت - بهخاطرسازوکارعمومیشان- برخورداربودندولیبهخاطربعضیمسایلغیرقابلاطمینانبودند. ترانزیستورهایگسستهومداراتمجتمع (واحدپردازشمرکزی) پیچیدگیطراحیپردانده‌هاهم‌زمانباافزایشسریعفنآوری‌هایمتنوعکهساختارهایکوچک‌تروقابلاطمینانتریرادروسایلالکترونیکباعثمی‌شد،افزایشیافت. اولینموفقیتباظهوراولینترانزیستورهاحاصلشد. پردازنده‌های ‍‍ترانزیستوریدرطولدهه‌های ۵۰ و ۶۰ میلادیزمانزیادینبودکهاختراعشدهبودوایندرحالیبودکهآنهابسیارحجیم،غیرقابلاعتمادودارایالمانهایسوئیچینگشکنندهمانندلامپ‌هایخلاورله‌هایالکتریکیبودند. باچنینپیشرفتیپردازنده‌هاییباپیچیدگیوقابلیتاعتمادبیشتریبرروییکیاچندینبردمدارچاپیکهشاملقسمت‌هایتفکیکشدهبودندساختهشدند. درطولاینمدت،یکروشبرایتولیدتعدادزیادیترانزیستورروییکفضایفشردهنظراکثریترابهخودجلبکرد. مداراتمجتمع (IC)‌ها،اینامکانرافراهمکردندکهتعدادزیادیازترانزیستورهاروییکپایهنیمهرسانالایهلایهشدهیا «چیپ»ساختهشوند. درابتداتنهامداراتغیرتخصصیپایهمانندگیتهایمنطقیNORبهصورتمداراتمجتمعساختهشدند. پردازنده‌هاییکهبراساسچنینواحدسیستمپایه‌ایمداراتمجتمعساختهشدندبهطورکلیجزومداراتمجتمعمقیاسکوچک (SSI) محسوبمی‌شدند.مداراتمجتمعSSIمانندآنچهکهدرراهنمایکامپیوترآپولوآوردهشده،معمولاًشاملترانزیستورهاباتعدادضرایبیاز ۱۰ می‌باشند. ساختیکپردازندهیکپارچهوبیعیبونقصبدوناستفادهازمداراتمجتمعSSIنیازمندهزارانچیپمجزامی‌باشد،اماهمچنانمقدارحجموتوانمصرفیبسیارکمترینسبتبهطراحیبهوسیلهمداراتترانزیستوریگسستهنیازمنداست.چنینتکنولوژیمیکروالکترونیکپیشرفته‌ایباعثافزایشتعدادترانزیستورهایموجوددرICهاشدوبدینترتیبکاهشتعدادICهایمنفردیرادرپیداشتکهبهیکپردازندهکاملنیازداشتند. درمداراتمجتمعسریMSIوLSI (مداراتمجتمعمقیاسمتوسطوبزرگ) میزانترانزیستورهاتاصدهاوسپستاهزارانترانزیستورافزایشیافت.درسال ۱۹۶۴ شرکتIBMسیستممعماری ۳۶۰ کامپیوتررامعرفیکردکهدریکسریازکامپیوترهاکهمی‌توانستندیکبرنامهراباچندینسرعتوشکلمختلفاجراکنندمورداستفادهقرارگرفت. اینکاردرزمانیکهبیشترکامپیوترهایالکترونیکیبایکدیگرناسازگاربودند،حتیآنهاییکهتوسطیککارخانهساختهمی‌شدند،بسیارحائزاهمیتبود. بهمنظورتسهیلدرچنینپیشرفتیشرکتIBMازیکراهکاربهنامریزبرنامه (ریزدستورالعمل)استفادهکرد،کههمچنانبهصورتگسترده‌ایدرپردازنده‌هایمدرنمورداستفادهقرارمی‌گیرد. سیستممعماری