پنل کاربر سبد خرید
ورود / عضویت



ورود
عضویت
بازیابی رمز
ورود / عضویت
۰
آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر
آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

تبلیغات
آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

ساختار اتصالات درونی و گذرگاه


رایانه مجموعه ای از قطعات است که به طور کلی آن ها را به سه ماژول شامل، پردازنده، حافظه و ورودی/ خروجی تقسیم می کنند که با یکدیگر تبادل اطلاعات دارند. در واقع می توان این سه ماژول را به عنوان ماژول های اصلی رایانه نامید که به صورت شبکه ای، از طریق برد اصلی با هم مرتبط هستند، پس باید مسیرهایی برای ارتباط ماژول ها وجود داشته باشد. مجموعه مسیرهای ارتباطی این ماژول ها را اتصالات درونی می گویند.

    ماژول حافظه

    کوچک ترین واحد معنی دار حافظه را کلمه می نامند. یک ماژول حافظه حاوی N کلمه با طول مساوی است و هر کلمه آدرس مخصوص خود را دارد. کلمه داده می تواند در حافظه نوشته شود یا از آن خوانده شود.

    ماژول ورودی/ خروجی

    هر دستگاهی که به عنوان یک جزء ورودی و خروجی به رایانه متصل شود، باید راهی برای ارتباط با پردازنده و دیگر اجزای سیستم و هم چنین کنترل آن دستگاه به وسیله ی پردازنده به وجود آورد. ماژول های ورودی/ خروجی برای کنترل یک یا چند دستگاه جانبی به کار می روند. برای اتصال هر دستگاه جانبی به رایانه از یک درگاه استفاده می شود که به هر یک از این درگاه ها آدرس مخصوصی تعلق می گیرد. وظیفه ی ماژول ورودی/ خروجی انجام عمل خواندن یا نوشتن به دستگاه جانبی مورد نظر با کنترل آدرس درگاه مورد نظر است. برای ورود و خروج داده به دستگاه های جانبی مسیرهای داده (گذرگاه) وجود دارد.

    ماژول پردازنده

    پردازنده نیز دستورات و داده ها را از حافظه ی اصلی می خواند و پس از پردازش، داده یا نتیجه ی عمل پردازش را در حافظه ی اصلی می نویسد.

    همان طور که مشخص است هر سه ماژول اصلی رایانه نیاز به خواندن و نوشتن داده دارند، برای انجام اعمال خواندن و نوشتن به وسیله ی این سه ماژول و ارتباط آن ها با یکدیگر، اتصالات درونی وجود دارد که به آن ها گذرگاه (Bus) می گویند.

    یک گذرگاه، مسیرهایی برای تبادل داده است و دو یا چند وسیله را به هم وصل می کند. سیستم های رایانه ای دارای چند گذرگاه مختلف هستند که مسیرهایی را بین اجزای رایانه ایجاد می کنند. گذرگاه هایی که اجزای اصلی رایانه را به هم وصل می کنند، گذرگاه سیستم نامیده می شوند. هر گذرگاه از چندین دسته خط جداگانه (خط های فلزی که رسانای الکتریکی هستند و به طور معمول روی برد اصلی قرار دارند) تشکیل شده است و هر دسته خط از گذرگاه به مفهوم یا کاری خاص اختصاص داده می شود. در هر گذرگاه، خطوط را براساس نوع عملکرد و کاری که انجام می دهند به سه گروه عملیاتی تقسیم می کنند:

    • - خطوط داده (گذرگاه داده)
    • - خطوط آدرس (گذرگاه آدرس)
    • - خطوط کنترل (گذرگاه کنترل)

    خطوط داده: بخشی از گذرگاه است که مسیری برای عبور داده بین ماژول های مختلف سیستم ایجاد می کند. به مجموعه خطوط داده، گذرگاه داده می گویند. هرگاه هرکدام از سه ماژول اصلی، داده ای را از ماژول دیگر بخواند و یا در آن بنویسد، باید دادە ی مورد نظر روی گذرگاه داده قرار گیرد. هر خط گذرگاه داده در هر پالس ساعت، تنها یک بیت داده را انتقال می دهد، بنابراین تعداد خطوط گذرگاه داده بیان کننده ی تعداد بیت های قابل انتقال در هر پالس ساعت است. تعداد خطوط هر گذرگاه داده را پهنای باند گذرگاه داده می نامند. می توان گفت که پهنای باند گذرگاه داده به دلیل تعیین سرعت سیستم در انتقال داده ها از عوامل اساسی در تعیین عملکرد سیستم است.

    خطوط آدرس: هر داده ای که روی گذرگاه داده قرار می گیرد باید از یکی از سه ماژول رایانه خوانده شده باشد و در یکی از این سه ماژول نوشته شود. برای تعیین مبدأ و مقصد داده ای که روی گذرگاه داده است، نیاز به آدرس آن ماژول است و برای اعلام آدرس مبدأ و مقصد داده به هر یک از ماژول های رایانه، از گذرگاه آدرس استفاده می شود. به طور مثال، اگر پردازنده برای انجام یک عمل پردازش نیاز به داده ای دارد که در مکانی از حافظه است، آدرس داده ی مورد نظر را روی گذرگاه آدرس قرار می دهد. آنگاه داده ی موجود در آن آدرس روی گذرگاه داده قرار می گیرد و پردازنده آن را دریافت می کند. تعداد خطوط گذرگاه آدرس به میزان حافظه ی رایانه بستگی دارد و باید تمام خانه های حافظه ی اصلی با استفاده از این خطوط قابل دسترسی باشد. همان طور که گفته شد دستگاه های جانبی که در ماژول ورودی/ خروجی دسته بندی شده اند، برای اتصال به رایانه از درگاه استفاده می کنند و هر درگاه آدرس مخصوص خود را دارد. گذرگاه آدرس، وظیفه آدرس دهی درگاه یا درگاه های ورودی/ خروجی را نیز به عهده دارند.

    داده ها در بسته بندی های متفاوت (۸، ۱۶، ۳۲، ۶۴ بیتی یا در مواردی بیشتر) به طور دائم و (در دو جهت گذرگاه ها)، بین پردازنده و سایر اجزای دیگر در حرکت هستند. تمام این تبادل داده ها به وسیله ی گذرگاه ها صورت می پذیرد. بر روی برد اصلی فقط یک گذرگاه وجود ندارد، بلکه چندین گذرگاه است ولی همه آن ها به هم وصل هستند تا داده ها بتوانند به راحتی به همه اجزا ارسال و یا از آن ها دریافت شوند.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    می توان گذرگاه سیستم را به چند شاخه تقسیم کرد، که هر بخشی از سیستم به یک شاخه وصل می شود. بیشتر اجزای سیستم با مقدار داده ی بسیار زیاد کار می کنند، مانند پردازنده، حافظه ی اصلی و کارت گرافیک، اما تعدادی از اجزای سیستم نیز با مقدار داده های کمی کار می کنند، مانند صفحه کلید و ماوس یا چاپگرها. به همین دلیل نمی توان آن ها را به یک گذرگاه مشابه وصل کرد و براساس نیاز هر کدام از اجزای سیستم، گذرگاه خاصی طراحی و پیاده سازی می شود.

    مهم ترین گذرگاه داده در رایانه بین پردازنده و حافظه ی اصلی قرار گرفته است و داده ها به طور دائم بین این دو رفت و آمد می کنند. به این گذرگاه، گذرگاه سیستم و یا (FSB (Front Side Bus گفته می شود. گذرگاهی که از یک طرف به پردازنده وصل است، جایی که بیشترین حجم داده ها در حال تبادل و پردازش هستند و از طرف دیگر به گذرگاه های دیگری متصل است که خود آن ها اتصال رایانه با اجزای دیگر را ایجاد می کنند. به دلیل اهمیت فراوان این گذرگاه در عملکرد و توانایی سیستم است که هر زمان پردازنده یا chipset یا برد اصلی جدیدی به بازار ارائه می شود، بیشتر روی عملکرد و توانایی این گذرگاه تأکید می شود.

    مهم ترین ارتباط در رایانه، ارتباط پردازنده با حافظه ی اصلی سیستم است و این ارتباط به وسیله ی گذرگاه سیستم برقرار می شود.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    در واقع حافظه ی اصلی داده ها را بر روی این گذرگاه ارسال و یا از آن دریافت می کند و این کار را با فرکانس پالس ساعت انجام می دهد. سرعت پردازنده خیلی بیشتر از حافظه ی اصلی است. به همین دلیل در طراحی های مختلف راه کارهای زیادی برای کم کردن اختلاف سرعت بین پردازنده و حافظه ی اصلی ارایه شده است.

    گذرگاه در رایانه های اولیه

    در طراحی رایانه های اولیه مانند مدل XT، پردازنده و حافظه ی اصلی و حتی ماژول های ورودی/خروجی که بعد از مدتی به سیستم اضافه شدند همگی از یک گذرگاه یکسان استفاده می کردند و با یک فرکانس پالس ساعت کار می کردند.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    در این سیستم زمان زیادی از پردازنده به دلیل هماهنگی با دیگر اجزای سیستم از دست می رفت و این یکی از دلایل کندی رایانه های اولیه است.

    اولین تفکیک گذرگاه ها

    با اضافه شدن دستگاه های جانبی و کندی طبیعی آن ها نسبت به پردازنده و حافظه ی اصلی و از طرفی پیشرفت در طراحی پردازنده ها و حافظه های اصلی، هماهنگی بین این اجزا با استفاده از یک گذرگاه راه حل مناسبی نبود. در سال ۱۹۸۷ براساس طرحی، گذرگاه اصلی سیستم را از گذرگاه ماژول های ورودی/ خروجی جدا کردند. این گذرگاه ها می توانستند با فرکانس پالس ساعت های متفاوت کار کنند. با این کار اجازه داده شد پردازنده و حافظه ی اصلی روی یک گذرگاه مخصوص به خودشان و مستقل از ماژول های ورودی/ خروجی کار کنند و فرکانس پالس ساعت آن را نیز افزایش دادند.

    در شکل زیر می بینید که پردازنده و حافظه ی اصلی به یک گذرگاه به نام گذرگاه سیستم وصل می شوند. در این گذرگاه سرعت پالس ساعت گذرگاه با سرعت پردازنده همسان است. در واقع می توان گفت که در این ساختار حافظه ی اصلی با فرکانس ساعت پردازنده کار می کند. در این ساختار گذرگاه سیستم از گذرگاه ورودی/ خروجی جدا شده است.

    در این ساختار ماژول های ورودی/ خروجی مانند کارت گرافیک و دیسک سخت برای ارتباط با رایانه از گذرگاه جداگانه ای استفاده می کنند وکند بودن آن ها باعث انتظار پردازنده نمی شود. ارتباط بین گذرگاه سیستم و گذرگاه ورودی/ خروجی به وسیله ی یک مدار کنترلر مدیریت می شود که کارش را مانند پل بین این دو مسیر انجام می دهد. این طرح مقدمه ای بود بر طراحی می شود بردهای اصلی با چند گذرگاه مختلف که امروزه متداول هستند.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    پردازنده با فرکانس دو گانه

    با معرفی پردازنده ی ۸۰۴۸۶ ( یکی از پردازنده های خانواده ی ۸۰۸۶ ، محصول شرکت اینتل( فرکانس ساعت پردازنده افزایش زیادی پیدا کرد تا حدی که حافظه ی اصلی دیگر نمی توانست با این فرکانس پالس ساعت کار کند. به همین دلیل طراحان به فکر استفاده از طرح دو گانه کردن فرکانس پالس ساعت افتادند. در آن زمان فرکانس پالس ساعت پردازنده ۶۶ مگاهرتز بود و حافظه های موجود در آن زمان قادر به کار کردن با این فرکانس نبودند. راه حل این مشکل این گونه بود که فرکانس کاری پردازنده را به دو قسمت تبدیل کنند:

    (An external clock frequency) پردازنده خارجی فرکانس-

    (An internal clock frequency) پردازنده داخلی فرکانس-

    در واقع با این تقسیم بندی بخش داخلی پردازنده با فرکانسی دو برابر فرکانس پالس ساعت گذرگاه سیستم کار می کند. گذرگاه ورودی/ خروجی در این طراحی با همان فرکانس پالس ساعت ۸ مگاهرتز کار می کرد.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    این طرح برای حافظه ی اصلی مناسب بود اما هنوز مشکل اصلی پردازنده حل نشده بود. همان طور که اشاره شد پردازنده با سرعت داخلی دو برابر کار می کرد و این یعنی باید پردازنده برای انجام پردازش هایش به نسبت گذرگاه سیستم قبلی به میزان دو برابر، از نظر داده تغذیه شود که با سرعت کم حافظه ها در آن زمان، این کار ممکن نبود و در نهایت با مشکل روبه رو شدند. برای حل این مشکل با قرار دادن حافظه ی نهان (CACHE) میان پردازنده و حافظه ی اصلی توانستند بین سرعت آن ها تعادل ایجاد کنند. در واقع حافظه ی نهان پهنای باند گذرگاه را افزایش نمی دهد و یا سرعت حافظه ی اصلی را بیشتر نمی کند اما، تأثیر بسیار زیادی در انتقال داده ها به پردازنده دارد. با سرعتی نزدیک به سرعت پردازنده، داده ی مورد نیاز آن را تأمین می کند.

    طرح پردازنده با فرکانس دوگانه باعث شد شرکت اینتل فرکانس پالس ساعت داخلی پردازنده های خود را بدون نگرانی از فرکانس پالس ساعت حافظه ی اصلی و یا فرکانس پالس ساعت گذرگاه اصلی روز به روز افزایش دهد. در این زمان رایانه های پنتیوم معرفی شدند و ماژول های حافظه ی اصلی جدید به بازار آمد و فرکانس پالس ساعت گذرگاه سیستم به ۶۶ مگاهرتز رسید. در سیستم های پنتیوم II و پنتیوم III فرکانس پالس ساعت به ۱۰۰ و ۱۳۳ مگاهرتز رسید و فرکانس پالس ساعت داخلی پردازنده چند برابر این فرکانس شد. در شکل زیرسرعت داخلی پردازنده (۱۲۰۰ مگا هرتز) ۹ برابر فرکانس پالس ساعت گذرگاه (۱۳۳ مگاهرتز) نشان داده شده است.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    براساس این طرح تاکنون پردازنده ها به فرکانس پالس ساعت داخلی چند گیگا هرتز دست یافته اند و حافظه ی اصلی نیز با افزایش سرعت انتقال داده در طراحی جدید روبه رو بوده است. با این حال باز هم سرعت پردازنده رشد خیلی بیشتری نسبت به سرعت انتقال داده ی حافظه ی اصلی داشته است که برای رفع این مشکل علاوه بر حافظه ی نهان سطح یک، از سطوح ۲ و ۳ این نوع حافظه ها نیز بهره جسته اند.

    ارتباط دستگاه های جانبی با پردازنده و حافظه ی اصلی

    دستگاه های جانبی نیز هم زمان با پیشرفت های پردازنده و حافظه ی اصلی از نظر تنوع و نحوه ی عملکرد، رشد چشم گیری داشته اند.

    به دلایل زیر، امکان اتصال دستگاه های جانبی به طور مستقیم به گذرگاه سیستم وجود ندارد و ضرورت نیاز به ماژول های ورودی/ خروجی آشکار می شود.

    - دستگاه های جانبی گوناگون با عملکرد های متفاوتی که دارند، تعداد زیادی مدار منطقی در پردازنده لازم دارند تا کارهای آن ها را کنترل کند که این باعث بزرگتر شدن پردازنده و کاهش سرعت آن می شود که در عمل قابل اجرا نیست.

    - سرعت انتقال داده به وسیله ی دستگاه های جانبی بسیار کندتر از پردازنده و حافظه ی اصلی است. بنابراین استفاده از یک گذرگاه سیستم سریع برای تبادل داده به صورت مستقیم با دستگاه های جانبی غیرعملی است.

    - دستگاه های جانبی بنابر شرایط طراحی و نیازمندی های گوناگون، قالب داده و طول کلمه ی متفاوتی نسبت به رایانه ای که به آن وصل هستند، دارند.

    با توجه به دلایل فوق در می یابیم که به یک یا چند ماژول ورودی/ خروجی نیاز است تا:

    - اتصال غیر مستقیم دستگاه های جانبی به گذرگاه سیستم و از طریق این گذرگاه به پردازنده و حافظه ی اصلی ممکن شود.

    - دستگاه های جانبی متفاوت با قالب داده های مخصوص خود با هم دیگر ارتباط برقرار کنند. به دلیل اینکه شرایط تولید و ساختاری دستگاه های جانبی با هم دیگر متفاوت هستند و با زبان های متفاوتی صحبت می کنند، راه خاصی وجود ندارد که پردازنده بتواند به صورت مستقیم دستگاه های جانبی را کنترل کند. در هر سیستم رایانه ای، بخش ورودی/ خروجی واسطه ی بین هسته ی مرکزی یعنی پردازنده و حافظه با دستگاه های جانبی دیگر است و با استفاده از گذرگاه ورودی/ خروجی با سیستم ارتباط برقرار می کند.

    ماژول های ورودی/ خروجی به گذرگاه خاص خود وصل می شوند و گذرگاه یک یا چند دستگاه خارجی را کنترل می کند. یک ماژول ورودی/ خروجی علاوه بر اینکه اتصالات فیزیکی (کنترلر یا شکاف) را برای ارتباط با دستگاه های خارجی به گذرگاه فراهم می کند، با استفاده از یک سری مدارهای منطقی (مدارهای واسط یا آداپتور) اجرای اعمال تبادلی و رد و بدل کردن داده ها بین دستگاه جانبی و گذرگاه را نیز انجام می دهد.

    آشنایی با ساختار اتصالات درونی گذرگاه مادربورد کامپیوتر

    تبلیغات
    برچسب ها
    منابع
    نویسنده
    آتوسا الهی
    آتوسا الهی

    نا مشخص
    مجموع پست ها: 35 مجموع سوالات: 0 مجموع پاسخ ها: 0
    مطالب مرتبط
    تبلیغات
    سایر آموزش های لوازم دیجیتال
    پرسش و پاسخ
    ۰ پاسخ
    ۴ امتیاز
    ۰ پاسخ
    ۰ امتیاز
    اندروید سیستم ریکاوری
    آموزش تصویری ریست فکتوری تبلت های لنوو Lenovo A7-40, A7-50
    ۰ پاسخ
    ۰ امتیاز
    اندروید سیستم ریکاوری
    آموزش تصویری ریست فکتوری تبلت های لنوو Lenovo A7-40, A7-50
    سوالتان را بپرسید
    تبلیغات
    محصولات آموزشی
    فروشگاه