پنل کاربر سبد خرید
ورود / عضویت



ورود
عضویت
بازیابی رمز
ورود / عضویت
۰
فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر
فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

فناوری های پردازش


یکی از راه های افزایش سرعت پردازش دستورها بهینه کردن ساختار هسته ی پردازنده و اجزای دیگر آن برای انجام کارهای بیشتر در هر پالس ساعت است. برای شرکت اینتل رفتن به معماری جدید که با معماری خانواده x86 سازگار نبود، کار سختی بود. ولی با توسعه فناوری و پیشرفت در بقیه ی زمینه های رایانه، پردازنده نیز مجبور به تغییر ساختار بود. هنگامی که تولید پردازنده های خانواده x86 در اواخر دهه ی ۱۹۷۰ شروع شد، پردازنده تنها از ده ها هزار ترانزیستور ساخته می شد و ساختار پردازنده به گونه ای بود که در هر سیکل تنها یک دستور اجرا می شد. به این نوع پردازنده ها پردازنده های تک چرخه ای می گویند. این نوع پردازنده ها پس از اجرای هر دستور، دستور بعدی را از حافظه واکشی می کردند و مراحل اجرای آن را طی می کردند و سپس به سراغ دستور بعدی می رفتند. در این فناوری پردازش، زمان های بسیار زیادی از پردازنده تلف می شد.

    فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

    در دهه ی ۱۹۸۰ پردازنده ها با صدها هزار ترانزیستور تولید می شدند که بسیار قوی تر از پردازنده های قبلی بودند. به همین دلیل طراحان به فکر استفاده بیشتر از امکانات پردازنده افتادند. برای این منظور با استفاده ی بهینه از زمان پردازنده سعی کردند تعداد کارهای بیشتری در یک سیکل اجرا به وسیله ی پردازنده انجام شود.

    رایانه یک سیستم سلسله مراتبی است و این طبیعت در همه سیستم های یک رایانه جاری است. یکی از راه های حل مسئله، تقسیم آن به کارهای کوچک تر است. در یکی از تکنیک های به کار گرفته شده در پردازنده نیز برنامه را به دستورالعمل های کوچک تر تقسیم می کنند و آن ها را برای اجرا پشت سرهم به پردازنده می فرستند تا در نهایت پس از اجرای آن ها برنامه ی اصلی انجام شود. این کار به پردازش خط لوله معروف شده است.

    پردازش با استفاده از تکنیک خط لوله همانند یک کارخانه دارای خط تولید است که تعدادی مرحله برای تولید دارد به طوری که در هر مرحله عملیات خاصی روی محصول انجام می گیرد تا وقتی که محصول نهایی آماده شود. مراحل چند گانه ی اجرای یک دستور ( واکشی، Decode و ...) را می توان به مراحل عملیات یک کارخانه برای تولید همانند دانست. همان گونه که در شکل زیر ( این تصاویر صرفا برای فهم بهتر مطلب است و ممکن است در عمل اتفاقات گوناگونی صورت پذیرد. ) می بینید، مدت ۹ پالس ساعت پردازنده نشان داده شده است. در این شکل در زمان یک تا چهار که بخش کنترل در حال ذخیره نتیجه ی پردازش قبلی در حافظه ی نهان است (Store to cache) واحد ALU در زمان چهار و پنج در حال محاسبه ی مربوط به دستور دیگر است (Calculate)، در همین حال پس از اتمام کار ذخیره به وسیله ی واحد کنترل، این واحد باید دستور بعدی را در زمان پنج تا هفت واکشی کند ( Fetch from cache ) و هم چنین باید در زمان هشت و نه به رمزگشایی ( Decode ) از دستور جدید بپردازد. حال اگر این کارها را بدون استفاده از خط لوله انجام می داد باید دوازده واحد ساعت (۴ ۴ ۲ ۲) طول می کشید و این اختلاف سه واحدی برای اجرای یک دستور است. در واقع این تصویر نشان دهنده استفاده از بیشترین زمان ممکن به وسیله پردازنده است. با این فناوری پردازش، برنامه نویسان می توانستند از زمان پردازنده بیشترین استفاده ممکن را برای پردازش دستورها داشته باشند.

    یکی از شرایط لازم برای استفاده بهینه از خطوط لوله این است که دستورها به صورت پشت سر هم و بدون وقفه در خط لوله در اختیار پردازنده قرار گیرند. در غیر این صورت مانند کارخانه ای است که دارای خط تولید است ولی مواد لازم برای بخش های مختلف به خوبی تأمین نمی شود. در واقع باید گفت که این خطوط لوله باید همیشه از دستور پر باشند. به همین دلیل در این فناوری پردازش دستورهای برنامه را به صورت زنجیر و پشت سرهم برای اجرا به پردازنده می فرستند به هر کدام از این رشته دستورها یک Thread می گویند.

    فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

    thread

    یک دنباله ای از دستورهای رایانه است که یک فرایند یا برنامه را می سازد. یک برنامه در صورت پشتیبانی در طراحی نرم افزاری، می تواند به صورت تک رشته ای Single-Thread یا چند رشته ای Multi - Thread اجرا شود. پردازنده های ۳۸۶ تا پردازنده های پنتیوم پرو و پنتیوم II از خط لوله ی تک رشته ای پشتیبانی می کردند. اما در Multi -Thread چندین رشته دستور به طور هم زمان و مستقل از یکدیگر اجرا می شوند. Multi -Thread باعث می شود که از کلیه ی زمان های پردازنده استفاده کنیم و زمان تلف شده کمتری داشته باشیم.

    فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

    در همین زمان طراحان به فکر منظم کردن دستور ها برای بهبود عملکرد خط لوله بودند که منجر به طراحی مجموعه دستور ها به روش RISC شد. ترکیب موفق خط لوله و طراحی RISC به سوپراسکالر معروف شد که به تولید پردازنده ی ۸۰۴۸۶ منتهی گردید. شرکت اینتل در همان زمان تلاش کرد سوپراسکالر را با ساختار CISC نیز اجرا کند. در نهایت طراحان به فکر استفاده از ترکیب طراحی های CISC ،RISC و روش سوپراسکالر با هم شدند که منجر به تولید پردازنده های معروف پنتیوم پرو، پنتیوم II تا پنتیوم IV شد.

    با افزایش مقدار حافظه قابل نصب روی سیستم های ۸۰۳۸۶، زمان دستیابی به داده ها در حافظه اصلی بیشتر شد. در واقع افزایش مقدار حافظه باعث کندی سرعت انتقال داده ها شد. به همین دلیل برای دسترسی سریع تر و کاهش زمان دستیابی به خانه های حافظه، آدرس های حافظه تقسیم کردند. برای دسترسی همزمان به آدرس های مختلف با استفاده از چند بانک حافظه، سیستم با تأخیر های کمتری روبه رو می شود. یکی از راه های دیگر کاهش زمان دسترسی به داده ها، استفاده هم زمان از حافظه ی نهان بود، که در کاهش زمان دسترسی به داده های حافظه تأثیر فراوان داشت. در واقع استفاده از حافظه ی نهان که در سیستم ۸۰۳۸۶ روی برد اصلی قرار می گرفت، از مزیت های این پردازنده است. حافظه ی نهان در نسل های بعدی پردازنده به یکی از ویژگی های مهم پردازنده تبدیل شد.

    فناوری پردازش Hyper - Threading

    هسته ی پردازنده ی پنتیوم IV در هر لحظه تنها قادر به پردازش یک دستورالعمل می باشد (شکل زیر). این در حالی هست که دستورالعمل ممکن است به همه ی توان پردازنده نیازی نداشته باشد، بنابراین بخشی از منابع سیستم بیکار می ماند، شرکت اینتل برای حل این مسئله فناوری Hyper- Threading را اولین بار در تراشه ی پنتیوم IV با سرعت پردازش ۳/۶۰ گیگاهرتز معرفی نمود. این تکنولوژی با استفاده از نظریه ی پردازش موازی قادر بود منابع پردازنده را دسته بندی کند تا امکان پردازش چند دستورالعمل به صورت همزمان پدید آید یا به نوعی این توانمندی شبیه سازی شود. با وجود این فناوری هسته ی پردازنده به صورت دو هسته مجازی به وسیله ی سیستم عامل شناسایی می شود.

    به عنوان مثال، پس از تغییرات اعمال شده روی یک تصویر در نرم افزارهای گرافیکی تحت پردازنده هایی کهHyper- Threading را پشتیبانی می کنند، به این صورت عمل می شود که رشته۱( Thread1 ) برای نمایش تصویر جدید و همزمان با آن رشته ی ۲ ( Thread2 ) برای نوشتن تصویر جدید ( با تغییرات جدید ) در حافظه استفاده می گردد.

    فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

    در مجموع این فناوری باعث گردید که سیستم عامل، یک پردازنده تک هسته ای را دو پردازنده ی مجزا یا یک پردازنده دو هسته ای در نظر بگیرد. زمانی که این فناوری فعال باشد، داده های بیشتری برای پردازش به هسته ارسال می شود و سیستم در کاربرد های چند وظیفه ای ( Multitasking ) عملکرد بهتری ارایه خواهد کرد. این فناوری زمانی تأثیرگذار است که کاربر از چند برنامه کاربردی یا از برنامه های با پشتیبانی از Hyper-Threading مانند Adobe Photoshop و Premiere استفاده کند. به دلیل اینکه پردازنده در اصل دارای یک هسته بیشتر نبود، هرگز کارایی که انتظار می رفت به وسیله Hyper- Threading برآورده نشد. هر چند این تکنولوژی وظیفه اش را خوب انجام می داد و برنامه های کاربردی که با این فناوری سازگار شده بودند کارایی فراتر از انتظاری داشتند، اما مشکل اینجا بود که بسیاری از برنامه های کاربردی در زمان ارائه ی Hyper-Threading برای این فناوری نوشته نشده بودند و با آن ارتباط مناسبی نداشتند، که سبب گردید این فناوری کارایی لازم را نداشته باشد.

    بعد از این اتفاقات، شرکت اینتل فناوری Hyper-Threading را در زمان عرضه ی خانواده دو هسته ای Core2 کنار گذاشت، اما با گذر از آن دوران شرکت اینتل به علت پایین بودن هزینه ها و همین طور تغییر کردن روش های کد نویسی برنامه های کاربردی و دستیابی به ظرفیت بسیار بالاتر حافظه ی نهان، برای کارایی بیشتر و بهتر پردازنده، مجدداً Hyper-Threading را در خانواده چند هسته ای Core i به کار گرفته است.

    همان گونه که در شکل زیر مشاهده می کنید خانه های آبی رنگ مربوط به زمان هایی است که Thread1 از منابع مختلف پردازنده استفاده می کند و رنگ نارنجی مربوط به زمان های مورد استفاده Thread2 است. در صورتی که سیستم از فناوری HT استفاده نکند، همان گونه که در بالای تصویر می بینید منابع پردازنده زمان زیادی (خانه های زرد رنگ) را بیکار می مانند (ده خانه ی زرد رنگ). درحالی که اگر سیستم از فناوری HT استفاده کند، همان گونه که در پایین تصویر می بینید Thread ها منابع پردازنده را بیشتر به کار می گیرند و این منابع زمان کمتری (خانه های زرد) را بیکار می مانند ( شش خانه ی زرد رنگ ).

    با استفاده از این فناوری می توان کارایی بین ۱۰ تا ۳۰ درصد بیشتر و بهتر را تجربه کرد. از آنجایی که هنوز بسیاری از کاربران به دلیل تجربه ی شکست این فناوری تمایلی به استفاده از آن ندارند، به همین دلیل آن را به گونه ای عرضه کرده اند که کاربران در صورت عدم تمایل به استفاده از آن، قادر باشد تا از طریق منو های بایاس، این قابلیت را غیر فعال نمایند.

    فناوری های پردازش پردازشگر (Cpu) در کامپیوتر

    یکی از خصوصیات پردازندە پنتیوم IV توان مصرفی بالای آن است. با توجه به فرکانس پالس ساعت بسیار بالای این پردازنده و پردازش های خیلی زیاد و همچنین افزایش تعداد ترانزیستورها، می توان نتیجه گرفت که توان مصرفی آن زیاد است. حداقل توان مصرفی برای نسخه های پردازنده پنتیوم IV مقدار ۵۰ وات است.

    برچسب ها
    منابع
    نویسنده
    آتوسا الهی
    آتوسا الهی

    نا مشخص
    مجموع پست ها: 35 مجموع سوالات: 0 مجموع پاسخ ها: 0
    مطالب مرتبط
    سایر آموزش های لوازم دیجیتال
    پرسش و پاسخ
    ۱ پاسخ
    ۰ امتیاز
    asus f102 تعویض باتری
    آموزش تعویض باتری لپ تاپ ایسوس Asus X551CA
    ۰ پاسخ
    ۰ امتیاز
    نوع رم برای dell5010?
    آموزش تعویض حافظه RAM لپ تاپ دل Dell Inspiron n5110
    ۰ پاسخ
    ۰ امتیاز
    سایز هارد لب تاب n5010
    آموزش تعویض هارد دیسک لپ تاپ دل Dell Inspiron n5110
    سوالتان را بپرسید
    محصولات آموزشی
    فروشگاه