آموزش کلي ميکرو کنترلر ها

آموزش کلي ميکرو کنترلر ها یک راهنمای قدم به قدم استفاده از اسکوپ نیز در انتهای مطالب قرار دارد تا مورد استفاده سریع شما قرار گیرد.
1- اسیلوسکوپ (oscilloscope)
اصولا کلمه oscilloscope به معنی نوسان نما یا نوسان سنج است و این وسیله برای نمایش دوبعدی سیگنال های متغیر با زمان است. که محور افقی نمایش زمان و محور عمودی محور اختلاف ولتاژ بین دو نقطه از مدار است. پس اسیلوسکوپ فقط توانایی نمایش ولتاژ رو داره و وسیله ای صرفا برای اندازه گیری است و یک اسکوپ ایده آل نباید هیچ تاثیری بر روی سیگنال ورودی داشته باشه و فقط اون رو نمایش بده.
2- تنظیمات پایه
اگرچه کلیدهای کنترلی اسکوپ های مختلف کمی با هم فرق می کنه ولی در مجموع در اسکوپ های آنالوگ یک سری کلید های اساسی وجود داره که اگرچه در ظاهر تفاوت هایی وجود داره ولی در نهایت وظیفه ی اونا در مدل های مختلف یکی هست.

a. انتخاب و ضعیت عمودی (کلید Vertical MODE در مرز مشترک قسمت 2 و 3)
بسته به این که بخواهیم از کدوم یک از ورودی های اسکوپ استفاده کنیم می تونیم کلید MODE رو تنظیم کنیم که به ترتیب از بالا به پایین اسکوپ، روی صفحه نمایش، کانال یک، کانال دو، دو موج را
همزمان و در وضعیت ADD، جمع ریاضی دو موج را نشان خواهد داد.
توجه1: بعضی از اسکوپ ها بجای کلید DUAL دو کلید دیگر به نام های ALT و CHOP دارند که هر دوی اون ها هم دو موج رو همزمان نمایش می دن اما تفاوت ALT و CHOP در اینه که ALT یک دوره تناوب از یک موج رو به طور کامل و بسیار سریع نمایش میده و بعد موج کانال دیگه رو. اما این تغییر انقدر سریع انجام میشه که ما اون رو حس نمی کنیم. اما وضعیت CHOP به صورت انتخابی بریده هایی از یک موج و بریده هایی ازیک موج دیگه رو هم زمان نشون میده که ممکنه شکل موج در فرکانس های پایین با نقطه هایی خالی نشون داده بشه.
توجه2http://l.yimg.com/us.yimg.com/i/mesg/emoticons7/2.gifMODE X-Y) در بعضی از اسکوپ ها دکمه ی تغییر وضعیت به X-Y در کنار همین دکمه های Vertical mode قرار داره و در بعضی در قسمت تریگر و برخی در قسمت های دیگه مثلا کلید MODE (نه Vertical MODE مثل چیزی که در بالا توضیح داده شد). اما چیزی که مهمه اینه که این وضعیت برای حذف بین دو کانال استفاده میشه و درواقع اونچه بر روی اسکوپ نشون داده میشه، مشخصه ی انتقالی بین دو نقطه است که محور عمودی معرف تغییرات کانال A و محور افقی نمایش تغییرات کانال B است.
b.کنترل زمان
همون طور که در شکل قسمت 1 می بینید صفحه نمایش (CRT) اسکوپ با واحدهایی مدرج شده که در مورد زمان برای پیدا کردن فرکانس موج استفاده می شه به این شکل که فرض کنیم یک موج به ورودی اسکوپ وارد شده(منبع اش می تونه مثلا یک سیگنال ژنراتور یا یک ترانس باشه که توضیح داده خواهد شد) و ما می خواهیم فرکانس اش رو پیدا کنیم. اول باید سوییچ Sweep time/Div رو به صورتی تنظیم کنیم که یک موج ثابت با حداقل یک دوره ی تناوب بر روی صفحه مشخص بشه، بعد از اون عددی رو که سوییچ روی اونه در واحد اون قسمت ضرب کنیم و به این ترتیب دوره ی تناوب یا پریود موج به دست می یاد که با معکوس کردن اون می تونیم فرکانس اش رو به دست بیاریم. مثلا فرض کنیم در مورد موج بالا اگه سوییچ time/div(بخونید تایم دیویژن) روی عدد 5 در قسمت ms باشه، نشون می ده که هر واحد افقی ما 5 میلی ثانیه رو نشون می ده و از اون جایی که موج ما در یک دوره ی تناوب در امتداد 4 خونه قرار گرفته، پس 4 تا 5 میلی ثانیه که 20 میلی ثانیه(یا 0.02 ثانیه) است دوره ی تناوب این موجه و در نتیجه فرکانس اون 0.02/1 یا پنجاه هرتزه که مثلا می تونه خروجی یه ترانس از برق شهری باشه.
c.کنترل ولتاژ یا دامنه
کنترل دامنه یا روش خوندن دامنه ی موج دقیقا مثل روش خوندن زمانه با این تفاوت که باید واحد های عمودی در Volt/Div (بخونید ولت دیویژن) ضرب بشه. مثلا در مورد موج بالا اگه بخواهیم ولتاژ P-P (پیک تو پیک یا از قله تا قله) رو اندازه بگیریم. با فرض اینکه Volt/Div بر روی عدد 1 باشه از قله تا قله ی موج ما 4 خونه رو اشغال کرده که ضربدر عدد یک، 4 ولت رو نشون میده. و این تنظیمات برای هر کانال ورودی باید به طور جداگانه انجام بشه و موج هر کانال باید بر اساس مقیاس خودش خونده بشه.
نکته ی مهم: در اکثر اسکوپ ها روی دستگیره های Time/Div و Volt/Div یه دستگیره ی کوچکتر وجود داره که برای کالیبره کردن اسکوپ استفاده میشه و ما همیشه باید قبل از تنظیم این سوییچ ها این دستگیره ی کوچکتر رو تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخونیم در غیر اینصورت اندازه گیری های ما صحیح نخواهد بود.
d. انتخاب وضعیت های AC , GND , DC
این کلید سه حالته که معمولا زیر Volt/Div قرار داره به ما امکان میده که نوع خروجی مون رو انتخاب کنیم به این صورا که اگر کلید در وضعیت AC قرار داشته باشه تنها مولفه ی AC سیگنال نمایش داده خواهد شد و مقدار DC یا آفست موج ما حذف خواهد شد. وضعیت GND ورودی ما را به زمین اتصال کوتاه می کند و امکان تنظیم عمودی سطح صفر رو به ما میده. و وضعیت DC موج رو دست نخورده و بدون تغییر به ما نشون می ده که این موج مقدار شامل DC و AC خواهد بود.
توجه: همیشه در ابتدای کار باید از تنظیم بودن وضعیت صفر اسکوپ مطمئن بشیم به این ترتیب که کلید رو در حالت GND قرار داده و با دستگیره های Position خط افقی را بر روی صفر قرار دهیم. اینکار را باید برای هر کانال به طور جداگانه باید انجام دهیم و برای تغیر وضعیت از یک کانال به کانال دیگه می تونیم از کلید MODE (که توضیح داده شد) استفاده کنیم.
نکته1: استفاده از وضعیت AC اگرچه می تونه باعث مسدود کردن مقدار DC موج بشه اما در فرکانس های پایین می تونه باعث اعوجاج و به هم ریختگی شکل موج بشه و دلیل این مسئله استفاده از خازن های ظرفیت بالایی است که برای حذف مقدار DC موج درون اسکوپ وجود داره.
نکته2: اگرچه استفاده از وضعیت AC، ممکنه مشکل مطرح شده در قسمت الف رو بوجود بیاره، اما استفاده ی مفید اون می تونه برای اندازه گیری ریپل های بسیار کوچک موجود بر روی ولتاژ های به ظاهر DC باشه.(چطوری؟)
نکته3: تنها مشکل وضعیت DC اینه که ممکنه مقدار DC موج، مزاحم اندازه گیری دقیق مقدار AC بشه.

اساسی ترین مسائل مربوط به اسکوپ رو بررسی کردیم ولی مطالب دیگه ای هم وجود داره که معمولا در استفاده های مقدماتی کمتر از اونا استفاده میشه مثل تریگر کردن اسکوپ با یک منبع خارجی(و کلا بخش Triggering) یا کالیبره کردن اسکوپ بوسیله ی سیگنال مربعی یی که اسکوپ در اختیارمون قرار میده و یا مسایل نسبتا گسترده در رابطه با پروب ها جهت اندازه گیری های بسیار دقیق و ... که در یک پست دیگه بعد از معرفی مولتی متر دیجیتال و سیگنال ژنراتور، اونا رو خواهم نوشت ولی تنظیم برخی از کلیدهای بخش Triggering رو (بدون دلیل) جهت اندازه گیری صحیح در قسمت راهنمای قدم به قدم نوشته ام.
راهنمای قدم به قدم استفاده از اسکوپ

• · قدم اول: روشن کردن اسکوپ!
• · قدم دوم: اطمینان از کالیبره بودن اسکوپ

کلید های Gain Variable Control رو که به صورت کلیدی کوچکتر بر روی کلیدهای Volt/Div و Time/Div وجود داره تا انتها در جهت عقربه های ساعت بچرخونید.

• · قدم سوم: تنظیم زمین اسکوپ

کلید سه حالته ی AC GND DC رو برای هر دو کانال در حالت GND قرار بدید و با دستگیره ی Position محور عمودی رو روی صفر قرار بدید. بوسیله ی کلیدهای Intensity و Focus به ترتیب شدت نور و نازکی موج رو تنظیم کنید و بعد از تنظیم زمین کلیدها رو در وضعیت DC قرار بدید.

• قدم چهارم: وصل مدار به اسکوپ

اگر از یک کانال می خواهید استفاده کنید با یک پروب و اگه از دو کانال با دو پروب باید مدار رو به اسکوپ وصل کنید. به این صورت که سوکت پروب رو به ورودی کانال مورد نظر وصل کنید و سر دیگه ی اون رو به دو سر المان یا قسمتی از مدار که می خواهید تغییرات ولتاژ اون رو بررسی کنید، وصل کنید

• قدم پنجم: پایداری موج

اگه موجی که روی صفحه نشون داده میشه یا سریع حرکت میکنه، دستگیره ی Trigger Level رو در حالت وسط قرار بدید و یه کم Time/Div رو هم تغییر بدید تا شکل موج واضحتر بشه و اگه موجتون ثابت بود به قدم بعد برید.

• · قدم ششم: انتخاب منبع

کانال مورد نظرتون رو برای نمایش روی صفحه بوسیله ی کلید چند حالته ی Vertical Mode انتخاب کنید. اگه هر دو کانال رو هم زمان می خواهید ببینید یکی از حالتهای ALT یا CHOP رو انتخاب کنید و اگه مجموع دو موج مورد نظرتونه وضعیت ADD رو انتخاب کنید.

• · قدم هفتم: اندازه گیری مشخصات موج

تعداد خونه های افقی رو که در امتداد یک دوره ی تناوب قرار گرفته اند در واحد Time/Div ضرب کنید و عدد به دست اومده رو معکوس کنید تا فرکانس موج بدست بیاد. برای بدست اوردن دامنه ی سیگنال، تعداد خونه های افقی رو از قله تا پایین ترین نقطه ی موج بشمارید و در Volt/Div اون کانال ضرب کنید. عدد به دست اومده اندازه ی دامنه ی P-P موج خواهد بود.
اگه مدارتون رو دست بسته باشید و اسکوپ تون هم سالم باشه باید بعد از این مراحل یک شکل موج ثابت رو بر روی اسکوپ ایجاد کرده باشید و مشخصات اون رو هم اندازه گیری کرده باشید. در غیر اینصورت باید دنبال پیدا کردن اشکال مدارتون یا اطمینان از سالم بودن اسکوپ باشید.

• معرفی پورت موازی

دوستی از من خواستن که در مورد پورت موازی توضیح بدم و من هم در این پست مختصری در مورد پورت موازی یا پارالل (Parralel) یا پورت پرینتر (LPT) توضیح داده ام.
به طور کلی کامپیوترهای سازگار با IBM دارای دو دسته پورت موازی و سری هستند و پورت موازی که مورد بحث ماست دارای یک کانکتور 25 پین Female در پشت کیس کامپیوتر است که این کانکتور D25 نام دارد. سیستم عامل ویندوز پورت موازی را با نام LPT می شناسد و پورت های سریال را با نام های COM2 ،COM1 و USB و اخیرا Firewire یا IEEE1394 که هر کدام دارای استاندارهای خاص خود می باشند و سعی می کنم در آینده در مورد ارتباطات سریال و استاندارهای ارتباطی آن (RS232 و RS485) که بسیار موضوع پرکاربرد و جالبی هستند، بنویسم.
می دانیم که در ارتباطات موازی یک بایت که شامل هشت بیت است به صورت موازی و همزمان منتقل می شود و در ارتباط سریال هر بایت توسط یک ثبات انتقالی (Shift Register) به شکل سریال در می آید و سپس توسط یک کانال انتقالی (یک بیت یا یک سیم سیگنال و یک سیم زمین) منتقل می شود. بنابراین کوچکتر بودن کانکتور سریال (معمولا 9 پین) نسبت به پورت موازی بدین دلیل است. امروزه پورت سریال کاربردهای نسبتا کمی دارد و تقریبا در آینده ای نزدیک جای خود را به اتصالات سریال و مخصوصا استاندارد سریع USB خواهد داد به طوری که امروزه حتی بخش عمده ای از پرینترها با اتصال USB وارد بازار می شوند. سرعت استاندارد پورت موازی بین 50 تا 100 کیلوبایت در ثانیه می باشد و وظیفه هر یک از پین های این پورت در زیر توضیح داده شده است:

پین 1: سیگنال strobe را حمل می کند. قابل ذکر است که زمان بندی و انتقال اطلاعات در هر بیت می تواند به دو صورت سنکرون و آسنکرون انجام شود که در روش سنکرون یک سیگنال زمانی به همراه اطلاعات فرستاده می شود تا مرجعی برای تشخیص و تفکیک بیت ها فراهم آورد که به این سیگنال Strobe گفته می شود. در ارتباطات سریال معمولا از روش آسنکرون استفاده می شود که در آن صورت بیت شروع و بیت پایان به همراه اطلاعات ارسال می شود و زمان بندی را انجام می دهد. (در این مورد در یادداشت ارتباطات سریال بیشتر توضیح خواهم داد.) سطح ولتاژ این پین معمولا بین 2.8 تا 5 ولت است اما زمان ارسال یک بایت اطلاعات به حدود 0.5 ولت کاهش می یابد.
پین 2 تا 9: این پین ها وظیفه حمل یک بایت اطلاعات (Data) را بر عهده دارند و در واقع یک منطقی معادل 5 ولت و 0 منطقی معادل حدود صفر ولت می باشد.
پین 10: وظیفه ی ارسال Acknowledgment را بر عهده دارد. بدین ترتیب که مانند سیگنال Strobe با ارسال 0 منطقی اعلان دریافت اطلاعات ارسال شده را بر عهده دارد.
پین 11: یک بودن این پین اعلام می کند که پرینتر مشغول است و با صفر شدن آن به کامپیوتر اجازه ی ارسال اطلاعات را می دهد.
پین 12: پرینتر با ارسال یک منطقی از طریق این پین اعلام می دارد که کاغذ ندارد!پین 13: پرینتر با ارسال یک اعلام می کند که به کامپیوتر متصل است.

پین 14: کامپیوتر با ارسال یک منطقی به صورت خودکار نقش جلوبرنده یا Auto Feed را بازی می کند.
پین 15: در صورت بروز مشکل برای پرینتر با ارسال صفر منطقی، کامپیوتر را بروز خطا مطلع می کند.
پین 16: کامپیوتر با ارسال صفر پرینتر را برای وظیفه ی بعدی آماده می کند.
پین 17: وظیفه اش این است که در صورت لزوم به صورت از راه دور با ارسال یک منطقی اتصال پرینتر را از کامپیوتر قطع کند.
پین 18 تا 25: زمین سیگنال هستند و به عنوان مرجع ولتاژ برای پین های دیگر استفاده می شوند.

ستون دوم مربوط استاندارد 36 پین Centronics که امروزه در کامپیوترهای سازگار با IBM کمتر استفاده می شود.
همان طور که ملاحظه می شود ارتباطات پورت موازی با استاندار اصلی به صورت Simplex یا یکطرفه می باشد. اما در سال های بعد از معرفی استاندارد اولیه، در سال 1991 استاندارد (Enhanced Parralel Port (EPP توسط شرکت های Intel, Xircom و Zenith معرفی شد. EPP سرعتی بین 500 کیلوبایت تا 2 مگابایت دارد و معمولا برای اتصالات وسائل جانبی غیر از پرینتر استفاده می شود. پس از آن در سال 1992 استاندارد (Extended Capabilities Port (ECP توسط Microsoft و Hewlett Packard برای بهبود عملکرد واسط پرینتر معرفی شد. و سرانجام یک سال بعد استاندارد IEEE 1284 توسط سازمان IEEE شد که مشخصات کار با هر دو نوع EPP و ECP را دارا بود.
در حال حاضر معمولا کامپیوترهای IBM از استاندارد ECP جهت پورت موازی یا LPT استفاده می کنند. (جهت اطلاع از این مسئله در سیستم عامل ویندوز در Device Manager شاخه ی Ports را بررسی کنید.

رعایت نکردن نکات زیر نیز خالی از ضرر نیست:
1. پورت موازی از امکان Hot Swapping یا تعویض در حین کار پشتیبانی نمی کند. بنابراین باید در زمانی که سیستم عامل بوت نشده و یا در زمان خاموش بودن آن باید تجهیزات را به این پورت متصل یا جدا کنید.
2. ولتاژهای ورودی نباید از 5 ولت بیشتر شوند و یا از صفر کمتر.
3. پورت موازی در مقابل جریان بیش از حد محافظت نشده بنابراین مراقب اتصال کوتاه باشید و برای بارهای بزرگ از بافر استفاده کنید.
میکروپروسسور به عنوان قلب یک کامپیوتر
جز اصلی تمام کامپیوتر ها ریزپردازنده ی آنها است. اگرچه ممکن است میکروپروسسورها در معماری با یکدیگر تفاوت داشته باشند اما تمام آنها یک وظیفه را انجام می دهند: "دریافت دستورالعمل ها و اجرای آن ها" در این مورد بیشتر صحبت خواهیم کرد اما چیزی که واضح است میکروپروسسور برای دریافت دستورالعمل ها نیاز به تعامل به وسایلی دیگر می باشد،
System Bus:
اصولا کلمه ی Bus به معنای گذرگاه عمومی، وسیله حمل و نقل عمومی یا اتوبوس می باشد. می توان System Bus را گذرگاه عمومی سیستم ترجمه کرد اما برای درک بهتر می توان معنی اتوبوس را در نظر گرفت و فرض کرد که CPU اطلاعات را از طریق اتوبوس به وسائل دیگر می فرستد و دریافت می کند!! اگر بخواهیم کمی دقیقتر به System Bus نگاه کنیم باید بگوییم که این گذرگاه خود از سه بخش مجزا به نام های Data Bus, Adress Bus و Control Bus تشکیل شده است:
Data Bus:
یا گذرگاه اطلاعات که وظیفه ی آن حمل و نقل اطلاعات از قبیل دستورالعمل ها (که باید اجرا شوند) و داده ها است. این گذرگاه یک مسیر دو طرفه است چون CPU هم اطلاعات را دریافت می کند و هم ارسال.
Adress Bus:
یا گذرگاه سیستم که از طریق آن CPU آدرس های لازم را برای وسائل دیگر فراهم می کند. اصولا اطلاعاتی که قرار است از طریق Data Bus منتقل شوند اگر آدرس نداشته باشند سرگردان خواهند شد!! در ضمن گذرگاه آدرس مسیری یکطرفه است زیرا CPU تامین کننده ی آدرس است. اگر مثال اتوبوس را به یاد داشته باشید قابل درک است که راننده ی اتوبوس همیشه از مسئول مافوق خود آدرس دریافت می کند و هیچ وقت به کسی نباید آدرس بدهد!! مثلا آدرس می گیرد که از خانه ی C4AF حافظه اطلاعات را به CPU ببرد و یا از CPU اطلاعات را به خانه ی مثلا 22D5 از حافظه ببرد و مسلما این راننده همیشه در Data Bus تردد می کند!!
Control Bus:
یا گذرگاه کنترل که در ساده ترین شکل خود وظیفه دستور به وسایل جانبی را دارد که آدرس قرار داده شده در آدرس باس چه کنند. مثلا فرض کنید که CPU آدرس 13BA را در گذرگاه آدرس قرار داده است حال راننده ی اتوبوس ما که در گذرگاه اطلاعات منتظر است نمی داند که اطلاعات این خانه ی حافظه را به CPU منتقل کند یا از CPU اطلاعات را به این خانه ی حافظه منتقل کند؟! راه حل در سیگنال فرستاده شده توسط گذرگاه کنترل است که یکی از دو فرمان لازم را می دهد.
اگرچه ممکن است این توضیحات کمی سطحی به نظر برسند ولی احتمالا در ایجاد درک پایه موثر خواهند بود. تا اینجا مفاهیمی از قبیل پردازنده 8 بیتی یا 16 بیتی قابل درک خواهد بود. مثلا در تاریخچه ی ریزپردازنده گفتیم 80486 پردازنده ای با گذرگاه داده ی 32 بیتی است یعنی همزمان می تواند 32 بیت از اطلاعات را برروی گذرگاه اطلاعات مبادله کند. واضح است که هرچه گذرگاه داده وسیع تر باشد در یک سیکل کاری امکان انتقال اطلاعات بیشتری وجود دارد و از سویی ممکن است CPU از توان محاسباتی بالایی برخوردار باشد ولی به علت کوچک بودن گذرگاه داده امکان انتقال اطلاعات محدود شود. همچنین گذرگاه آدرس نیز می توان تعیین کننده تعداد محل های حافظه ای باشد که CPU امکان دسترسی به آن ها را دارد مثلا یک کامپیوتر با گذرگاه آدرس 16 بیتی توانایی دسترسی به 2 به توان 16 یعنی 64 کیلو بایت حافظه را دارد. پردازنده های پنتیوم دارای گذرگاه آدرس 32 بیتی می باشند یعنی امکان دسترسی به حدود 4 گیگابایت حافظه را دارند. به تازگی پردازنده های شرکت AMD با گذرگاه آدرس 64 بیتی وارد بازار شده اند که امکان آدرس دهی 18 میلیارد گیگابایت حافظه را دارند!! تحقیقات نشان داده است که پردازنده ها دو سوم از وقتشان را صرف جابجایی اطلاعات می کنند بنابراین وسعت گذرگاه های سیستم تاثیر قابل ملاحظه ای بر عملکرد یک سیستم کامپیوتری دارد.

مختصری بر تاریخچه ی ریزپردازنده ها
در اواخر 1947 ترانزیستور در آزمایشگاه های بل بوسیله سه فیزیکدان اختراع شدو صنایع الکترونیک رو به شدت تحت تاثیر خودش قرار داد. حدود 10 سال بعد (سپتامبر 1958) با اختراع مدار مجتمع (IC) توسط Texas Instruments انقلابی مجدد در صنعت الکترونیک به وقوع پیوست و دریچه هایی تازه به روی این دانش باز شد. در سال 1968 شرکت اInte توسط Robert Noyce تاسیس شد و سه سال بعد یعنی در نوامبر 1971 این شرکت اولین میکروپروسسور را به نام 4004 معرفی کرد. این میکروپروسسور 4 بیتی شامل 2300 ترانزیستور بود و در ماشین حساب ها استفاده شد. در سال 1974 میکروپروسسور 8 بیتی 8008 به عنوان نسل دوم ریزپردازنده ها توسط اینتل معرفی شد و به دنبال آن سریعا 8080 وارد بازار شد. در همین زمان Motorola اولین میکروپروسسور خود را به نام 6800 منتشر کرد. 6800 میکروپروسسوری 8 بیتی با قدرتی تقریبا برابر با 8080 بود، اگرچه معماری 8080 با 6800 کاملا متفاوت بود و این روند متفاوت در آینده نیز حفظ شد. در ادامه اینتل نسخه ای شبیه 8080 به نام 8085 را معرفی کرد و پس از آن در 1978 با تولید میکروپروسسور 16 بیتی 8086 نسل سوم پردازنده ها متولد شد. 8086 در اولین کامپیوتر شخصی IBM استفاده شد. سپس اینتل ورژن ارزانتر 8086 را به نام 8088 (دارای 8 بیت دیتا باس مالتی پلکس شده) به بازار عرضه کرد. قابل توجه است که این سیاست اینتل (ارائه یک نسخه ی ارزانتر پس از یک پردازنده پرقدرت) هنوز هم ادامه دارد و هدف آن کنار زدن رقیبان بوده و هست به طوری که این مسئله بعدها در مورد 386DX و 486DX با ارائه ی 386SX و 486SX تکرار شد. در ادامه اینتل پردازنده های 16 بیتی (منظور 16 خط گذرگاه اطلاعات است) 80186 و 80286 را معرفی کرد. نسل پردازنده های 32 بیتی با ارائه ی 80386 ظهور کرد و پردازنده ی قدرتمند و 32 بیتی 80486 آخرین پردازنده ی 32 بیتی اینتل بود. پس از 80486 اولین ریزپردازنده ی 64 بیتی اینتل توسط خانواده ی پنتیوم وارد بازار شد و به سازندگان کامپیوتر اجازه تولید کامپیوترهایی قدرتمندتر داد. در همین زمان موتورولا پا به پای اینتل با ارائه ی پردازنده های 6805، 6808، 6811، 6820 و ... حرکت کرد به طوری که این میکروپروسسورها اغلب در کامپیوترهای اپل استفاده می شدند و آخرین آن ها که در کامپیوتر G5 اپل در سال گذشته معرفی شد توانست در آزمایش ها پردازنده 3 گیگاهرتزی پنتیوم 4 اینتل را پشت سر بگذارد. همزمان با اینتل شرکت هایی نظیر Advanced Micro Devices و Cyrix به ارائه ی پردازنده های خود پرداخته اند و اگرچه در بسیاری موارد این ریزپردازنده ها قابل رقابت با پردازنده های اینتل بوده اند اما همواره اینتل سهم عمده ی بازار را اختیار داشته است. شاید دلیل این موفقیت اینتل داشتن مشتری بزرگی همچون IBM بوده است و شاید هم بدشانسی AMD و دیگران !!
چرا میکروکنترلر؟
اول الکتریسیته نبود، یعنی بود ولی آدم نمی دیدش! گاهی وقتا رعد و برق رو تو آسمون می دید ولی نمی دونست چیه! بعد که فهمید کهربا می تونه کاه رو جذب می کنه بازم نمی دونست چرا ولی فلاسفه یونان باستان می گفتند کهربا روح داره که می تونه چیزی رو حرکت بده! خب بیچاره ها حق هم داشتند شاید اگه ماکسول هم اون موقع زندگی می کرد همین حرف رو میزد! بعد که یه دو سه هزار سالی گذشت تا یه بابایی به اسم گیلبرت اومد گفت نه بابا این به خاطر اینه که کهربا در اثر اصطکاک با بعضی از مواد می تونه باردار بشه و خرده کاه رو جذب کنن. تا اینجا هیچ خبری از بار متحرک نبود و فقط بار ساکن مورد توجه بود تا اینکه تو اوائل قرن هجدهم بنجامین فرانکلین گفت الکتریسیته می تونه جاری بشه و در اینجا بود که مدار الکتریکی متولد شد چون ذره ی باردار فقط تو مسیر بسته می تونه دور بزنه. حدود صد سال بعد در سال 1831 مایکل فارادی تئوری تولید جریان الکتریکی بوسیله ی تغییر میدان مغناطیسی رو ارائه کرد و چند سال بعد ژنراتورها ساخته شدند. از همین جا بود که بشر تصمیم گرفت الکترون ها رو به شکلهای مختلف تو مسیرهای مختلف (مدار) به گردش دربیاره و همش تقصیر فارادی بود !!!!
تا اینجا هم تا پنجاه شصت سال همه چیز به خوبی و خوشی! پیش می رفت ولی در اواخر صده ی نوزدهم بود که یک روز آقای ادیسون لامپ خلا رو کشف کردند و دانش الکترونیک متولد شد. این اختراع مفید به سرعت منجر به ساخت تقویت کننده و فرستنده های رادیویی شد. بازهم تا چهل پنجاه سال مهندسان الکترونیک سرشون به لامپ های خلا گرم بود و برای خودشون با این لامپ ها انواع و اقسام مدارات آنالوگ و دیجیتال از آمپلی فایر صوتی گرفته تا ماشین حساب های بزرگ و کامپیوتر رو ساخته بودند. اولین کامپیوترشون انیاک (ENIAC) بود با 30.000 تا لامپ و به اندازه یک ساختمان چند طبقه که قدرتش از ماشین حساب های جیبی شما هم کمتر بود!
این دفعه یه اتفاقی افتاد که تقصیر آزمایشگاه های بل بود که نیمه هادی ها رو به جون هم انداخت و ترانزیستور و دیود و ترایاک و انواع المان های غیرخطی با تولد اولین المان فیزیک حالت جامد (ترانزیستور) اختراع شدند و دنیا برای مهندسان الکترونیک گلستان شد!! لامپ های داغ، شکننده، گران، پرمصرف، حجیم و کم انعطاف جاشون رو به یک سوگلی سه پایه دادند که نه تنها داغ نمی شد و نمی شکست، خیلی کم مصرف و جمع و جور بود. تولد این جانور سه پا اولین انقلاب الکترونیک لقب گرفت ولی انقلاب اول زیاد دوام نداشت چون 10-15 سال بعد از اون دومین انقلاب که اختراع مدار مجتمع (IC) بود صورت گرفت. مدارهایی که قبلا یک بار با لامپ طراحی شده بودند و یک بار با ترانزیستور باز طراحی شدند این بار روی یک تراشه ی سیلیکونی به صورت یک بسته بندی وارد بازار شدند.
یک پرانتز برای جمله ی آخر:
همه ی مدارهایی که با عناصر گسسته ساخته شده بودند بعد از اختراع IC به صورت مجتمع ساخته نشدند چون اولا سیستم های کاربردی انقدر متنوعند که امکان تولید همه ی آن ها به صورت Package وجود ندارد و ثانیا گاهی ما نیاز به مداری داریم که فقط برای خودمان قابل استفاده است و بنابراین تا حد امکان مدارات مجتمع با کاربرد چند منظوره و به عنوان المان های اساسی تولید شدند و از آن ها در طراحی سیستم های مورد نیاز استفاده شد.
پرانتز بسته!
یه روز یه بابایی اومد گفت حالا که من برای طراحی یک سیستم باید از این همه المان استفاده کنم چقدر خوب می شد اگه یه المان داشتم که این سیستم رو توش جا می دادم!
خب با اینکه المان ها خیلی هاشون به صورت مجتمع و بسته تولید شده بودند ولی بازم این بابا حق داشت!! خب یه وقت می خواست یه مدار کنترلی طراحی کنه باید از چند ده جین المان استفاده می کرد. پس یه بابای دیگه حرفشو گوش کرد و یه المان براش ساخت که باهاش هرکاری که می خواست می تونست بکنه. اسم اون المان میکروکنترلر بود.
ولی میکروکنترلر خام بود باید بهش می گفت که ازش چی می خواد. این کار رو برنامه نویسی برای میکروکنترلر انجام داد و به این ترتیب بود که این المان انقدر محبوب شد که هنوز چیزی جانشین اش نشده و همچنان بعد از حل بسیاری از مسائل به دنبال مسائلی برای حل می گردد .
بررسی انواع حافظه ها
در یک دسته بندی کلی حافظه هایی که در سیستم های الکترونیکی استفاده می شوند به دو نوع حافظه های مغناطیسی (مثل فلاپی دیسک ها و دیسک های سخت) و نیمه هادی تقسیم می شوند. در اینجا هدف ما بررسی حافظه های نیمه هادی است. حافظه های نیمه هادی که بر خلاف حافظه های مغناطیسی فاقد اجزای متحرک و مکانیکی هستند از آرایه هایی از سلول های حافظه تشکیل شده اند که این آرایه ها بسته به نوع حافظه از تعدادی عنصر الکترونیکی مثل ترانزیستور و خازن تشکیل شده اند.


حافظه های RAM
RAM سرنام Random Access Memory یا حافظه ی با دستیابی تصادفی است که البته این نام گذاری حافظه ها تا حدودی جنبه ی تاریخی دارند و با توجه به اینکه دو نوع حافظه ی دیگر هم دارای این ویژگی هستند این نام ها تا حدودی مخدوش شده اند ولی همچنان از این اسامی استفاده می شود. مهم ترین ویژگی RAM ها ناپایدار بودن اطلاعات موجود در آن هاست یعنی تا زمانی که تغذیه به آن ها وصل باشد اطلاعات نگهداری می شوند. RAM ها به دو نوع DRAM و SRAM تقسیم می شوند که از لحاظ الکترونیکی تفاوت آن ها در اجزای سازنده ی آن ها ست. DRAM مخفف Dynamic RAM یا RAM پویا می باشد که دلیل آن استفاده از خازن در ساختمان این نوع حافظه می باشد بنابراین برای حفظ اطلاعات در آن باید اطلاعات موجود در سلول های حافظه نوسازی شوند تا خازن ها شارژ شوند. اما حافظه ها ی SRAM یا Static RAM از اجزایی به نام فلیپ فلاپ ها تشکیل شده اند و برای حفظ اطلاعات فقط نیاز به تغذیه دارند. واضح است که از لحاظ مداری حافظه ها DRAM از پیچیدگی کمتری در مقایسه با SRAM ها برخوردارند زیرا هر فلیپ فلاپ خود از چندین ترانزیستور تشکیل شده است. از طرف دیگر حافظه ی DRAMبه دلیل وجود خازن، بر خلاف نوع دیگر توانایی نگهداری اطلاعات را در غیاب تغذیه در حدود چند میلی ثانیه دارا می باشد. اما مهترین ویژگی SRAM در مقایسه با DRAM سرعت بالاتر (حدود 4 برابر) آن است زیرا DRAM در مدت نوسازی قادر به نوشتن یا خواندن اطلاعات نیست. بنابراین از SRAM ها معمولا در Cache پردازنده ها استفاده می شود. از سویی دیگر به دلیل ساده تر بودن ساختمان DRAM ها قیمت آن ها پایین تر می باشد بنابراین معمولا در سیستم های کامپیوتری از DRAM ها استفاده می شود. در مورد DRAM ها تقسیم بندی های دیگری نظیر PCMCIA memory card ,EDO DRAM ,FPM DRAM ,SDRAM, DDR AM, RDRAM و غیره و جود دارند که در حال حاضر این اسامی بیشتر جنبه تجاری دارند و برای مطالعه در مورد آن ها می توانید به سایت های شرکت های سازنده ی آن ها مراجعه کنید.
حافظه های ROM
ROM سرنام Read Only Memory یا حافظه ی فقط خواندنی است. ROM ها براساس روش نوشتن اطلاعات جدید و تعداد بازنویسی، تقسیم بندی می شوند. اصولا ROM ها از آرایه ای از ترانزیستور ها تشکیل شده اند که هر کدام از سلول ها دارای یک فیوز ذوب شدنی است که در زمان پروگرام شدن در صورتی که نیاز به وجود صفر منطقی باشد فیوز آن سلول ذوب می شود و در غیر اینصورت آن خانه حاوی یک منطقی می باشد. بنابراین اطلاعات موجود در ROM ها غیر فرار بوده و در غیاب تغذیه حفظ می شوند و معمولا برای نگهداری کد نرم افزارها در سیستم های میکروپروسسوری استفاده می شوند.
ROM ها به سه دسته تقسیم می شوند که یک نوع آن ROM پوششی یا Masked ROM می باشد که معمولا توسط کارخانه سازنده برنامه ریزی می شود. این نوع ROM ها پس از نوشتن قابل پاک شدن نیستند و معمولا در تیراژ تولیدی بالا بسیار ارزان قیمت هستند. یک مرحله بالاتر از ROM های پوششی، PROM ها یا ROM های قابل برنامه ریزی می باشند که بوسیله دستگاهی به نام پروگرامر اطلاعات مورد نیاز درون آن ها قرار می گیرد. PROM ها فقط یک بار برنامه ریزی می شوند از این رو آن ها (OTP Device (On-Time Programmable نیز می نامند. پس از PROM ها EPROM ها قرار دارند که همانند PROM ها قابل برنامه ریزی هستند اما اطلاعات موجود در آن ها قابل پاک شدن است. پاک کردن اطلاعات یا Reset کردن EPROM بوسیله ی اشعه ی فرابنفش انجام می شود بدین صورت که تراشه سیلیکونی بوسیله ی پنجره ای که روی Package آن قرار دارد در معرض اشعه ماورای بنفش قرار داده می شود و اطلاعات موجود در آن پاک می شود. البته در تعداد دفعات پاک شدن این حافظه ها محدودیت وجود دارد که برای اطلاع از این تعداد باید به برگه اطلاعاتی آن مراجعه کرد.
حافظه های ترکیبی یا Hybrid
با پیشرفت تکنولوژی حافظه ها در سال های اخیر، مرز بین ROM ها RAM محو شده است. بدین صورت که حافظه هایی ساخته شده اند که از یک سو اطلاعات موجود در آن ها در غیاب تغذیه حفظ می شود و از سویی دیگر بوسیله ی سیگنال های الکتریکی قابل بازنویسی هستند. بنابراین از این حافظه ها به نام ترکیبی یا Hybrid یاد می شود. حافظه های ترکیبی به سه نوع EEPROM, Flash و NVRAM تقسیم می شوند که دوتای اولی از نسل ROM ها هستند و NVRAM نوع تغییر یافته ای از RAM ها ست.

EEPROM که سرنام Electrically Erasable and Programmable ROM است، همانند EPROM قابل برنامه ریزی مجدد است اما برای پاک شدن نیازی به اشعه ی ماورا بنفش دارد و بصورت الکتریکی قابل پاک شدن است.
حافظه های Flash حاوی ترکیبی از بهترین مشخصات حافظه هایی که تاکنون بررسی شد هستند. این حافظه ها دارای چگالی بالا، قیمت پایین، غیر فرار، سرعت بالا (در خوندن) و نوشتن الکتریکی هستند از این رو این حافظه ها در بسیاری از موارد جایگزین حافظه های EEPROM شده اند. از دیدگاه نرم افزاری حافظه های Flash بسیار شبیه EEPROM ها هستند اما تفاوت آن ها در این است که در حافظه های Flash در لحظه امکان پاک شدن یک سکتور وجود دارد نه یک بایت. در حالی که EEPROM ها امکان پاک شدن بایت به بایت را دارند. معمولا سکتور ها اندازه ای بین 256 بایت تا 16 کیلو بایت را دارند. با وجود این مزیت EEPROM ها نسبت به Flash، حافظه های Flash از محبوبیت بیشتری برخوردارند و همان طور که اشاره شد جایگزین بسیاری از ROM ها شده اند.

سومین نوع از حافظه های ترکیبی NVRAM ها هستند. این نوع حافظه مثل ROM ها غیر فرار هستند اما از لحاظ ساختمانی تفاوت زیادی با ROM ها دارند. در واقع این نوع حافظه یک نوع SRAM هستند که دارای یک باتری پشتیبان هستند. وظیفه این
باتری این است که در زمان قطع تغذیه جریان لازم را برای حفط اطلاعات در حافظه تامین کند. اگرچه این نوع حافظه ها بدلیل وجود باتری گران قیمت هستند اما استفاده از آن ها محدود است و برای حفط مقدار کمی اطلاعات استفاده می شوند.
آشنایی با پورت سریال
فکر می کنید سابقه ی ارتباطات دیجیتال چند سال باشه؟ شاید تعجب کنید اگه بگم 160 سال! از زمانی که ساموئل مورس و همکارش آلفرد وایل اولین پیام تلگراف رو در در 24 می 1844 از مریلند به واشنگتن فرستادند تقریبا 160 سال میگذره. ممکنه بگید پس انسان های بدوی هم که با آتش با هم ارتباط برقرار می کردن لابد تو تاریخچه ی ارتباطات دیجیتال قرار می گیرند، پاسخ مثبته! اونها با هم ارتباط دیجیتال سریال آسنکرون داشته اند!!! البته پروتکل هم داشته ولی متاسفانه من اسمشو نمی دونم!
خب اونها با عبور دادن پارچه از روی آتش (به عنوان کریر) دود اون رو قطع و وصل میکردن و در واقع با ایجاد پف، دود رو مدوله می کردن و اینطوری صفر و یک منطقی تولید میکردن! و فرد گیرنده این پیام رو بر حسب یک قرارداد از پیش تعریف شده دیکد میکرده و پیام رو استخراج می کرده. حتی دقیقا یک بایت (کلمه) بیت شروع و پایان داشته! البته سرعتش خیلی پایین بود مثلا یک یا نیم بایت (حرف) در دقیقه!
اگه به این چیزایی که گفتم شک دارید، مدخل های Smoke Signal , Optical telegraph و Digital رو از دایره المعارف Wikipedia بخونید تا باورتون بشه! اما منظور من از تاریخچه ی مخابرات دیجیتال، شکل الکترونیکی اون بود که همونطور که گفتم این مسئله به اختراع تلگراف برمیگرده.
مثلا کد زیر به زبان مورس یعنی IBMW:
=.=...===.=.=.=...===.===...=.===.===
به صورتی که "=" معادل یک منطقی و "." معادل صفر منطقی است. مقایسه کنید با کد این کلمه در استاندارد اسکی:
01001001010000100100110101010111
که در اینجا "1" معادل یک منطقی و "0" معادل صفر منطقی است.
تلگراف به مرور زمان پیشرفت کرد و شبکه های تلکس بر مبنای آن به وجود آمدند تا جاییکه امروز ایمیل از نوادگان همان تلگراف است!
ارتباطات سریال
ü تعریف
مبادله ی بیت به بیت اطلاعات تنها از طریق یک کانال (البته بجز زمین) را ارتباط سریال می گویند.
ü انواع
سنکرون (همزمان):
یک سیگنال زمانی از طریق یک کانال مجزا همراه با پیام ارسال می شود. (مثل استاندارد I2C و RS232 )
آسنکرون (غیرهمزمان):
در این روش اطلاعات زمان بندی همراه با سیگنال ارسال می شود. (مثل RS232, RS485)
ü بررسی
از لحاظ تئوری تنها یک سیم برای انتقال اطلاعات سریال به صورت آسنکرون لازم است اما در واقعیت این مسئله عملی نیست. به عنوان مثال اگر یک بیت از اطلاعات بر اثر خطا یا نویز تغییر کند ممکن است کل اطلاعات بعد از آن یک بیت شیفت پیدا کند و پس از تفسیر و تبدیل به دیتای موازی کل اطلاعات مخدوش شود. بنابراین نیاز به استاندارهایی وجود دارد که امکان ارتباط قابل اطمینان را فراهم کند. یکی از این استانداردها RS232-C است که در سال 1969 توسط موسسه EIA تعریف شد. اگرچه نام این استاندارد RS232-C است اما معمولا به نام RS232 شناخته می شود و مخفف Recommended Serial می باشد. این استاندارد معمولا در پورت سریال کامپیوترهای شخصی استفاده می شود.
پروتکل ارتباطی RS232 در لایه ی هفتم مدل OSI قرار می گیرد و موارد زیر در آن تعریف شده است:
- مشخصات الکتریکی سیگنال از قبیل سطح ولتاژ، نرخ سیگنال، زمان بندی و Slew Rate، سطح مقاومت ولتاژ، رفتار اتصال کوتاه، بیشینه ی جریان ظرفیتی و طول کابل
- مشخصات مکانیکی واسط از قبیل سوکت اتصال و تعریف پین ها.
- عملکرد هر مدار در کانکتور واسط
- زیر مجموعه های استاندارد از مدارهای واسط برای آن کاربرد ارتباطی
همانطور که گفته شد این استاندارد در لایه های زیرین مدل OSI کار می کند و مشخصات لایه های بالا از جمله کدگذاری کاراکتر (مثلا ASCII) و همچنین قالب بندی کاراکتر (مثل بیت شروع و پایان یا بیت توازن) در قالب این استاندارد قرار نمی گیرد و معمولا بوسیله ی نرم افزار تعیین و تفسیر می شوند. این استاندارد سقف ماکزیمم نرخ بیت را 20.000 bps تعریف کرده است در حالی که بسیاری از تجهیزات جانبی مثل مودم ها از این اندازه تجاوز کرده و با نرخ هایی بالاتر از این (مثل: 38.400 ، 37.600 و 115.200) با سطح ولتاژ RS232 کار می کنند.

• مفهوم فرکانس ساعت پردازنده

اولین جایی که در علوم دیجیتال به واژه ی ساعت برمی خوریم در زمینه ی "فلیپ فلاپ ها" ست. همان طور که می دانیم فلیپ فلاپ جز پایه ی شمارنده هاست یعنی با ترکیب تعداد معینی از فلیپ فلاپ ها می توانیم در خروجی رشته ای از اعداد را شمارش کنیم. در اینجا سیگنال ساعت با هر تغییر خود در ورودی مدار شمارنده باعث ایجاد یک رقم افزایش در خروجی مدار می شود، پس می توانیم مرجعی برای ترتیب سلسله وظایف پردازنده داشته باشیم.

برای درک بهتر مفهوم کلاک یا ساعت کاری پردازنده از قیاس زیر استفاده می کنیم:
فرض کنید که رابطه پردازنده و ساعت مثل رابطه ی یک رقاص! و یک موزیک است. همانطور که هر حرکت رقصنده متناسب و هماهنگ با ضربه های موزیک است، پردازنده نیز ترتیب وظایف خود را با توجه به ساعت کاری انجام می دهد.
همان طور که در مقاله ی قبل اشاره شد، پردازنده تنها دو کار را به صورت متوالی انجام می دهد:
"واکشی یا فراخوانی دستور العمل ها و اجرای آنها" که در واقع هر کدام از اینها خود می توانند شامل چندین مرحله باشند. برای مثال واکشی یک دستورالعمل می تواند شامل این مراحل باشد: با اولین تغییر در سیگنال ساعت آدرس خانه ای از حافظه که دستور العمل در آن قرار دارد بر روی گذرگاه آدرس قرار گیرد، با تغییر بعدی در سیگنال ساعت یک سیگنال خواندن بر روی گذرگاه کنترل قرار گیرد و با ساعت بعدی اطلاعات آن خانه از حافظه خوانده شود و بر روی گذرگاه اطلاعات قرار گیرد. اما در مورد اجرای دستورالعمل ها قضیه کمی تفاوت دارد. معمولا دستورالعمل ها برای اجرا به یک یا چند سیکل ساعت نیاز دارند که این بستگی به نوع دستورالعمل و نوع پردازنده دارد. این مسئله می تواند تا حدود زیادی باعث کاهش سرعت پردازنده شود که در پردازنده های جدید برای غلبه بر این مشکل از روشی موسوم به Superscalar استفاده می شود که با استفاده از این نوآوری پردازنده قادر به اجرای بیش از یک دستورالعمل در یک سیکل کاری است.
با توجه به این توضیحات واضح است که هرچه فرکانس ساعت بالاتر باشد، پردازنده قادر به اجرای تعداد بیشتری دستورالعمل در یک ثانیه خواهد بود و در نتیجه توان پردازشی و سرعت پردازنده بالاتر خواهد بود. برای مثال پردازنده های اولیه داری ساعتی در حدود چندین مگاهرتز بودند اما با پیشرفت فناوری ریزپردازنده ها این رقم سریعا افزایش یافت به طوری که امروزه پردازنده های پنتیوم داری فرکانسی در حد چندین گیگاهرتز می باشند. به نظر می رسد آنچه که باعث محدودیت افزایش سرعت پردازنده ها می شود زمان تاخیر انتشار ترازیستورهای داخلی پردازنده است که این زمان با پیشرفت فناوری نیمه هادی ها و لیزر دائما در حال کاهش است.

• همه چيز در باره بايوس كامپيوترتان

اغلب برای افراد مشکل است که تفاوت بین سخت افزار و نرم افزار را درک نمایند و این به این دلیل است که این دو موضوع در طراحی،ساخت وپیاده سازی سیستم ها بسیار به هم وابسته اند . برای درک بهتر تفاوت بین آنها لازم است که ابتدا مفهوم BOIS را درک کنید.
BOISتنها کلمه ای است که می تواند تمام درایورهایی را که در یک سیستم به عنوان واسط سخت افزار سیستم و سیستم عامل کار می کنند ، را شرح دهد.
BOISدر حقیقت نرم افزار را به سخت افزار متصل می نماید . قسمتی از بایوس بر روی چیپ ROM مادربرد و قسمتی دیگر بر روی چیپ کارتهای وفق دهنده قرار دارد که FIRE WARE(یعنی میانه افزار یا سفت افزار)نامیده میشود .
یک PC می تواند شامل لایه هایی (بعضی نرم افزاری و بعضی سخت افزاری ) باشد که واسط بین یکدیگرند.
در اکثر اوقات شما می توانید یک کامپیوتر (PC) را به چهار لا یه تقسیم کنید که هر کدام از لایه ها به زیر مجموعه هایی کوچکتر تقسیم کنیم . در شکل 1-5 چهار لایه نمونه از یک PC را مشاهده می کنید . هدف از این نوع طراحی این است که سیستم عامل ها و نرم افزار های مختلف بر روی سخت افزار های مختلف اجرا شوند (حالت مستقل از سخت افزار ) . شکل 1-5 نشان می دهد که چگونه دو ماشین متفاوت با سخت افزار های مختلف که از یک نسخه بایوس استفاده می کنند ، می توانند انواع نرم افزارها و سیستم عامل های مختلف را اجرا کنند . بدین طریق دو ماشین با دو پردازنده مختلف، رسانه های ذخیره سازی متفاوت و دو نوع واحد گرافیکی و غیره ... ، یک نرم افزار را اجرا کنند .
در معماری این لایه ها برنامه های کاربردی با سیستم عامل از طریق API(Application Program Interface) ارتباط برقرار می کنند .
API بر اساس سیستم عاملی که مورد استفاده قرار می گیرد و مجموعه توابع و دستورالعملهایی که برای یک بسته نرم افزاری ارائه می دهد ، متغیر می باشد . به طور مثال یک بسته نرم افزاری می تواند از سیستم عامل برای ذخیره و بازیابی اطلاعات استفاده کند و خود نرم افزار مجبور نیست که این کارها را انجام دهد.
نرم افزارها طوری طراحی شده اند که ما می توانیم آنرا بر روی سیستمهای دیگر نصب و اجرا نمائیم و این به دلیل مجزا شدن سخت افزار از نرم افزار است و نرم افزار از سیستم عامل برای دستیابی به سخت اقزار سیستم استفاده می کند . سپس سیستم عامل از طریق واسط ها به لایه های بایوس دستیابی پیدا می کند .بایوس شامل نرم افزارهای گرداننده ای است که بین سخت افزار و سیستم عامل ارتباط برقرار می کند . به خودی خود سیستم عامل هیچگاه نمی تواند مستقیما به سخت افزار دستیابی پیدا کند ، در عوض مجبور است از طریق برنامه های گرداننده ای که به این کار تخصیص یافته اند عمل کند .
یکی از وظایف تولید کنندگان قطعات سخت افزاری آن است که گرداننده ای برای قطعات تولیدی خود ارائه دهند ، و چون گرداننده ها باید بین سخت افزار و نرم افزار عمل نمایند ، باید گرداننده های هر سیستم عامل مجزا تولید شوند . بنابراین کارخانه سازنده قطعات باید گرداننده های مختلفی ارائه دهد تا قطعه مورد نظر بتواند بر روی سیستم عاملهای مزسوم کار کند .
چون لایه های بایوس همانند یک سیستم عامل به نظر می رسند ، مهم نیست که با چه سخت افزاری کار می کند ، و ما می توانیم سیستم عاملها را بر روی هر کامپیوتری و با هر نوع مشخصات سخت افزاری نصب و استفاده نمائیم .
برای مثال شما می توانید Windows 98 را بر روی دو سیستم متفاوت با پردازنده ،هارد دیسک،و کارت گرافیکی و ... که متفاوت از یکدیگرند نصب و اجرا کنید، اما بر روی هر دو سیستم همان کارائی خود را داراست، و زیرا که گرداننده ها همان عملکرد پایه را انجام می دهند و مهم نیست که بر روی چه سخت افزاری کار می کنند .
معماری سخت افزار و نرم افزار بایوس
البته بایوس ، نرم افزاری است که شامل گرداننده های مختلفی است که که رابط بین سخت افزار و سیستم عامل هستند یعنی بایوس نرم افزاری است که همه آن از روی دیسک بارگذاری نمی شود بلکه قسمتی از آن ، قبلا بر روی چیپهای موجود در سیستم یا برروی کارتهای وفق دهنده نصب شده اند.
بایوس در سیستم به سه صورت وجود دارد :
1-ROM BIOS نصب شده بر روی مادر برد.
2- بایوس نصب شده بر روی کارتهای وفق دهنده (همانند کارت ویدئویی)
3- بارگذاری شده از دیسک(گرداننده ها)
چون بایوس مادربرد مقدمات لازم را برای گردادننده ها و نرم افزارها ی مورد نیاز فراهم میکند ،د اکثرا به صورت سخت افزاری که شامل یک چیپ ROM می باشد موجود است.
سالهای پیش هنگامی که سیستم عامل DOS بر روی سیستم اجرا میشد خود به تنهائی کافی بود و گرداننده ای (Driver) مورد نیاز نداشت . بایوس مادربرد به طور عادی شامل گرداننده هایی است که برای یک سیستم پایه همانند صفحه کلید، فلاپی درایو، هارد دیسک ، پورتهای سزیال و موازی و غیره ... است.
به جای اینکه برای دستکاههای جدید لازم باشد که بایوس مادربرد را ارتقاء دهید، یک نسخه از گرداننده آن را بر روی سیستم عامل خود نصب می نمائید تا سیستم عامل پیکربندی لازم را در هنگام بوت شدن سیستم را برای استفاده ار آن دستگاه انجام دهد ، برای مثال می توانیم CD ROM،Scanner،Printer،گرداننده های PC CARD را نام برد.چون این دستکاهها لازم نیستند که در هنگام راه اندازی سیستم فعال باشند ، سیستم ابتدا از هارد دیسک راه اندازی می شود وسپس گرداننده های آنرا بار گذاری می نماید.
البته بعضی از دستگاهها لازم است که در طول راه اندازی سیستم عامل فعال باشند ، اما این امر چگونه امکان پذیر است مثلا قبل از آنکه گرداننده کارت ویدئویی از ROM BIOS و یا از روی هارد دیسک فراخوانی شود شما چگونه می توانید اطلاعات را بر روی مانیتور ببینید ..
یک جواب این است که در ROM تمام گرداننده های کارت گرافیکی وحود داشته باشد اما این کار غیر ممکن نیست زیرا کارتهای بسیار متنوعی وجو دارد که هر کدام گرداننهده مربوط به خود را داراست که این خود باعث می شود صدها نوع ROM مادربرد به وجود آید که هر کدام مربوط به یک کارت گرافیکی می باشد.
اما هنگامی که IBM،PC های اولیه خود را اختراع نمود راه حل بهتری ارائه داد . او ROM مادربرد را طوری طراحی کرد که شکاف (Slot)کارت گرافیکی را برای پیدا کردن ROM نصب شده روی کارت گرافیکی را جستجو کند .
و اگر ROM روی کارت را می توانست پیدا می کرد ، مرحله اولیه راه اندازی را قبل از اینکه سیستم عامل از روی دیسک فراخوانی (Load) شود ،اجرا می نمود. بدین وسیله از تعویض ROM قرار داده شده بر روی مادربرد برای استفاده و فعال کردن دستگاه مورد نظر،ممانعت می کند.
کارتهای مختلفی که تقریبا بر روی همه آنها ROM وجود دارد ، شامل موارد زیر هستند :
کارتهای ویدئویی که همیشه دارای BIOS می باشند.
وفق دهنده های SCSI که امکان استفاده از دستگاههای با اتصالات SCSI را فراهم می آورد .
کارتهای شبکه که امکان راه اندازی سیستم با استفاده از فایل سرور که معمولا Boot Rom یا IPL(Initial Program Load) ROM نامیده می شوند، را فراهم می آورد.

استفاده از دستگاههای IDE
بردهای Y2K که برای کامل کردن CMOS RAM هستند .