آشنایی با چندخانواده از ریزپردازنده ها

آشنایی با چندخانواده از ریزپردازنده ها



خانواده 8051:خانواده 8051 يك خانواده ميكرو كامپيوتر (ميكرو كنترلر ) 8 بيتي تك تراشه اي استاندارد است كه بسيار محبوب و عامه پسند مي باشد و توسط سازندگان مختلف با قابليت هاي متفاوت توليد مي گردد. اين آي سي استاندارد اصلي كه اولين عضو اين خانواده مي باشد، 8051 است كه يك ميكرو كنترلر 40 پايه مي باشد. هم اكنون اين آي سي با پيكربندي هاي مختلف موجود مي باشد. 80C51 نوع cmos و كم مصرف اين خانواده است. 8751 داراي حافظه برنامه از نوع EPROM است كه عمدتاً در هنگام پياده سازي به كار برده مي شود. 89c51 نيز داراي حافظه فلش قابل برنامه ريزي و پاك شدن (PEROM) است لذا بدون نياز به پاك كردن با اشعه ماورابنفش ، مي توان حافظه برنامه را برنامه ريزي كرد.8052 عضو بهينه شده اين خانواده مي باشد و حافظه RAM آن بيشتر بوده و تعداد تايمر/شمارنده آن نيز بيشتر است. انواع مختلفي از خانواده 40 پايه وجود دارد كه داراي مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال ، مدولاتورهاي عرض پالس و نظاير آن هستند. در بخش پايين خانواده 8051 ، ميكرو كنترلر هاي 20 پايه قرار دارند كه از لحاظ كد ، سازگاري كاملي با انواع 40 پايه دارند و اين ادوات 20 پايه براي كاربردهايي با پيچيدگي كمتر كه نياز به خطوط I/O كمتري دارند و نيز براي كاربردهايي كه بايد مصرف توان كمتري داشته باشند (مثل سيستم هاي قابل حمل)،ساخته شده اند. آي سي هاي AT89C2051 و AT89C1051 (ساخت شركت Atmel)چنين ميكرو كنترلرهايي هستند كه از لحاظ كد سازگاري كاملي با خانواده 8051 دارند و مصرف توان آنها نيز كمتر است8051 يك ميكرو كنترلر 8 بيتي با مصرف كم و قابليت زياد است. تعداد زيادي از اعضاي خانواده 8051 داراي معماري مشابهي هستند و هر يك از اعضا با اعضاي ديگر سازگار مي باشند . قابليت هاي ميكرو كنترلر 8051 استاندارد به شرح زير مي باشد:

• 4 كيلو بايت حافظه برنامه

• 8*256 حافظه داده
• 32 خط I/O قابل برنامه ريزي
• دو عدد تايمر / شمارنده 16 بيتي

• 6 منبع وقفه
• درگاه UART سريال قابل برنامه ريزي

• قابليت اتصال به حافظه بيروني

• بسته بندي 40 پايه استاندارد
در 8051 هشت نوع آدرس دهی وجود دارد :

• آدرس دهی ثبات(Register Addressing)

• آدرس دهی مستقیم (Direct Addressing)

• آدرس دهی غیر مستقیم (Indirect Addressing)

• آدرس دهی فوری (Immediate Addressing)

• آدرس دهی نسبی (Relative Addressing)

• آدرس دهی مطلق( Absolute Addressing)

• آدرس دهی طولانی (Long addressing)

• آدرس دهی دهی اندیس دار (Index Addressing)

آدرس دهی ثبات:

در 8051 هشت ثبات با نام بانک ثبات وجود دارند که این ثبات ها به صورت تک تک با نام های R0-R7 شناخته می شوند تعدادی از دستور العمل های 8051 بر روی این ثبات ها کار می کنند این دستور العمل ها را دستور های با آدرس دهی ثبات گویند.البته چند دستور دیگر هم وجود دارند که فقط بر روی یک ثبات خاص عمل میکنند مانند ثبات های A,B و ثبات DPTR(همان اشاره گر داده) و بیت C (داده نقلی) ثبات PSW( کلمه وضعیت برنامه) این دستور العمل ها هم آدرس دهی ثبات را به کار گرفته اند.

مثالی از این نوع دستورات به صورت زیر است

ADD A,R0
INC DPTR
MUL AB
DIV AB
پنتيوم
پنتيوم که در سال 1993 پس از پردازنده های 486 به بازار معرفی شد در ابتدا قرار بود 586 نام بگيرد ولی به دليل اينكه از نظر حقوقی ثبت اعداد به عنوان نام تجاری ممکن نيست و اينتل نمي خواست رقبا بتوانند نام گذاری مشابهی برای محصولات خود داشته باشند نام آن را به پنتيوم تغيير داد. (که اين کار موجب شد رقيب بزرگ اينتل يعني AMD نام محصولات خود را به K5,K6 و Athlon تغيير دهد).
مهم ترين تغيير پنتيوم نسبت به 486 شامل معماری ابر اسکالار -Superscalar- (که به پردازنده اجازه می دهد در يك چرخه بيش از يك دستور العمل را اجرا کند)، باند 64 بيتي اطلاعات و مجموعه دستور العمل های MMX بود. پنتيوم عملا سالهاست که تنها پردازنده CISC مطرح جهان است و اين در حالی است که تمامی رقبای آن يعني Sparc , Mips , Alpha , PowerPC از معماری مدرن تر RISC استفاده می کنند. توضیحات بیشتر این اصطلاحات در سایر مقالات سایت میکرو رایانه آمده است.
البته پنتيوم های مدرن نيز در هسته اصلی خود دستور العمل ها را از CISC به RISC تبديل می کنند. پنتيوم نقطه ضعف های ديگري نيز نسبت به رقبای خود دارد که از جمله مي توان مصرف بالا، توليد حرارت زياد، استفاده از دستورالعمل های 32 بيتي (رقبا همگی 64 بيتي هستند) و نياز به فرکانس بالا برای رقابت با ساير پردازنده های هم نسل خود را نام برد.
پنتیوم پرو اینتل Pentium Pro
پردازنده پنتيوم پرو كه در سال 1995 ارائه شد، يكي از قويترين پردازنده هاي اينتل در زمان خود بود كه براي استفاده در كامپيوتر هاي سرور كه به حجم محاسبات زيادي نياز داشت، طراحي شده بود. تعداد ترانزيستور هاي اين پردازنده از حدود 3 ميليون ترانزيستوري كه در پردازنده هاي پنتيوم قبلي مورد استفاده قرار گرفته بود، به حدود 5.5 ميليون ترانزيستور افزايش يافت.
پنتيوم پرو داراي ابعاد بزرگتر و تعداد پين بيشتري نسبت به پردازنده هاي پنتيوم قبلي بود. زيرا هم تعداد ترانزيستور ها افزايش يافته بود و هم حافظه Cache ثانويه كه معمولاً روي مادر برد قرار داده مي شد، به داخل پردازنده منتقل شد. البته حافظه Cache اوليه كه L1 Cache ناميده مي شد و مقدار آن كمتر بود، قبلاً نيز در پردازنده پنتيوم به كار مي رفت، اما حافظه Cache ثانويه كه L2 Cache ناميده مي شد، بسيار بزرگتر بود. مثلاً در پردازنده پنتيوم پرو كه در سال 1995 ارايه شد، مقدار اين حافظه تا 512 KB رسيد. يك حافظه Cache ثانويه 512 KB، حدوداً از 31 ميليون ترنزيستور استفاده مي كرد كه باعث افزايش حجم و تعداد پين هاي CPU مي شد. استفاده از اين حافظه هاي Cache ثانويه داخلي، باعث شد كه پردازنده هاي پرو 180 و 200 مگا هرتزي، داراي سرعتي معادل 3 برابر سرعت پردازنده هاي پنتيوم مشابه خود باشند.
هر چند پردازنده پنتيوم پرو قابليتهاي فني بسيار زيادي داشت، اما معماري آن به طور خاص براي برنامه هاي 32 بيتي طراحي و بهينه سازي شده بود و در نتيجه براي استفاده در ويندوز NT، بسيار مناسب بود. ضمن اينكه اينتل اين امكان را فراهم كرده بود كه بتوان به طور هم زمان از چندين پردازنده پنتيوم پرو استفاده كرد. اما پنتيوم پرو نمي توانست كد 16 بيتي را با همان كارايي پردازش كند و در نتيجه كارايي اين پردازنده تحت DOS و ويندوز 95، چندان بالا نبود. همچنين ساخت حافظه Cache ثانويه در داخل پردازنده بسيار مشكل بود و در نتيجه عرضه اين پردازنده ها به بازار، با كندي و محدوديت صورت گرفت و اين امر قيمت آن را بالاتر مي برد. در ضمن وجود يك حافظه Cache بزرگ، افزايش هر چه بيشتر سرعت كلاك را دشوار مي ساخت. به همين دليل، پردازنده پنتيوم پرو براي همه كاربرد ها مناسب نبود و بيشتر براي سرور ها و كاربرد هاي حرفه اي به كار مي رفت به همين دليل در اين زمان شركتهاي AMD و Cyrix به عنوان رقباي بسيار جديد براي شركت اينتل مطرح شدند و در واقع پردازنده هاي پنتيوم 2 اينتل بود كه بار ديگر موقعيت اينتل را در بازار تثبيت كرد.



پنتیوم II
پردازنده پنتیوم II که در سال 1997 به بازار عرضه گردید باعث شد، که اینتل بار دیگر از رقبای نزدیک خود یعنی شرکتهای AMD و Cyrix، فاصله بگیرد. کمپانی اینتل در طراحی پنتیوم II، از تمام تجارب قبلی در طراحی پردازنده های پنتیوم پرو و پنتیوم MMX استفاده کرد.
پنتیوم II از هسته RISC و روش اجرای غیر متوالی دستورالعملها در پنتیوم پرو استفاده کرد و در کنار آن قابلیتهای MMX پردازنده های پنتیوم MMX را نیز بکار گرفت. ضمن اینکه حافظه Cache اولیه مربوط به داده ها و دستورالعملها نیز دو برابر شد و مجموع آنها به 32KB رسید. در نتیجه این تغییرات سرعت پردازنده های پنتیوم II بنحو چشمگیری افزایش یافت.
پردازنده پنتیوم II، برخلاف پردازنده پنتیوم پرو که با ولتاژ 3.3V کار می کرد، با ولتاژ 2.8V کار می کرد و بهمین دلیل ضمن افزایش سرعت Clock، توان کمتری نیز مصرف می کرد.
در سال 1998، اینتل پردازنده های پنتیوم II مدل XEON را نیز به بازار عرضه کرد که همانند پنتیوم پرو، برای سرور ها و کاربرد های حرفه ای طراحی شده بودند. حجم این پردازنده تقریباً دو برابر یک پردازنده پنتیوم معمولی و قیمت آن بطور قابل ملاحظه ای بیشتر از پردازنده های پنتیوم II معمولی بود.
پردازنده سلرن Celeron
اينتل پردازنده هاي Celeron خود را در سال 1998 به بازار عرضه كرد. Celeron براي مقابله با پردازنده هاي ارزان قيمت تر Cyrix و AMD ارائه شد، كه كماكان از همان اسلات Socket 7 كه اينتل براي پردازنده هاي قديمي خود استفاده كرده بود، سود مي بردند.
اين پردازنده ها نيز از ساختاري مشابه Pentium II استفاده مي كردند و با مادربردهاي Pentium II سازگار بودند. نمونه هاي اوليه Celeron با فرکانس 266 و 300 مگا هرتز عرضه شدند که داراي حافظه Cache ثانويه نبودند. برای توضیح بیشتر به سایر مقالات سایت میکرورایانه مراجعه کنید. ولي در مدلهاي بعدي آن، كه اينتل نام آن را Mendocino انتخاب كرد، از حافظه Cache داخلي 128KB استفاده شد. بر خلاف پردازنده هاي Pentium II كه حافظه Cache آنها مجزا بود ولي با يك گذرگاه اختصاصي سريع به CPU وصل مي شدند، در پردازنده هاي Celeron حافظه Cache داخل خود Cpu تعبيه شده و ديگر همانند پردازنده هاي Pentuim II از يك كارتريج SEC استفاده نمي شد.
پردازنده هاي Celeron با Package هاي مختلف BGA، PGA و SEPP به بازار عرضه شدند كه برخي از آنها فقط در يك نوع Package و برخي ديگر در انواع Package هاي مختلف به بازار عرضه شدند. اينتل عرضه پردازنده هاي Celeron با فركانس هاي Clock مختلف را در سالهاي بعد نيز ادامه داد.
اين پردازنده ها اگر چه كارائي كمتري نسبت به پردازنده هاي Pentium II, III داشتند اما قيمت آنها به مراتب پائين تر بود.
پنتيوم III
اولين پردازنده پنتيوم III در سال 1999 به بازار عرضه شد. تنها تغييري كه در ساختار اين پردازنده نسبت به پنتيوم II رخ داده بود افزايش قابليتهاي MMX پردازنده بود. اين پردازنده از همان اسلات Socket 1 پردازنده پنتيوم II استفاده مي كرد و داراي 32KB حافظه Cache اوليه و 512KB حافظه Cache ثانويه بود. سرعت Clock اين پردازنده بين 450 تا 550 مگاهرتز بود. توضیحات بیشتر این اصطلاحات در سایر مقالات سایت میکرورایانه آمده است.
همچنين اينتل مدل Tanner را نيز در همين سال به بازار عرضه كرد كه در واقع مدل پيشرفته ي Pentium II Xeon بود و براي كامپيوتر هاي سرور و كاربرد هاي حرفه اي طراحي شده بود پس از مدتي مدلهاي با 2MB حافظه Cache ثانويه اين پردازنده نيز به بازار عرضه شدند كه طبيعتاً قيمت بالاتري داشتند.
در همين زمان اينتل پردازنده هاي پنتيوم III جديدتري را به بازار عرضه كرد. در اين پردازنده ها نيز اينتل همان ايده حافظه ي Cache داخل پردازنده را كه در پردازنده هاي پنتيوم پرو و برخي پردازنده هاي Celeron استفاده كرده بود، بكار گرفت و بمنظور دستيابي به فركانس Clock بالا ، حافظه ي Cache استفاده شده در اين پردازنده تنها 256KB بود. در سال 2000 اينتل پردازنده هاي پنتيوم III جديدتري به بازار عرضه كرد كه مرز 1GHz را درنورديدند، هرچند شركت AMD رقيب اصلي اينتل با عرضه سريعتر پردازنده Athelon زودتر قادر به انجام اين كار شد .
پنتیوم 4 (pentium IV)
«Pentium4» براساس معمارى جديد «NetBurst» طراحى شده بود. به گفته اينتل اين معمارى «نوين» از چهار بخش تشکیل شده است: تكنولوژى پردازش موازى فوق لوله اى (Hyper Pipelined Technology)، موتور اجرايى سريع (Rapid Execution Engine)، حافظه نهان ردياب اجرا (Execution Trace Cache) و گذرگاه هاي چهار مگاهرتزى. توضیحات بیشتر این اصطلاحات در سایر مقالات سایت میکرورایانه آمده است.
پردازنده هاى Pentium 4 با استفاده از سوكت 423 به مادربرد متصل مى شدند. يكى از دلايلى كه اينتل از اين تكنولوژى براى اتصال پردازنده به مادربرد استفاده كرده بود، نگهدارنده های خنک کننده (Heat sink) پردازنده بود. اين نگهدارنده ها مانع آسيب رسيدن به تراشه پردازنده هنگام جا زدن خنک کننده مى شدند. البته اين سوكت ها زياد دوام نياوردند. نسل بعدى اين سوكت ها يعنى سوكت 478 انتخاب بعدى اينتل بود كه به همگان معرفى كرد.
البته همان طور كه مى دانيد Pentium 4 اينتل كمى گران است. از آنجايى كه هسته تراشه Pentium 4 كمى بزرگ است هزينه توليد هر پردازنده زياد مى شود. به همين دليل اينتل سعى كرد با به كارگيرى تكنولوژى0/31 ميكرونى «Northwood» به جاى تكنولوژى 0/81 ميكرونى «Willamette» تراشه هاى كوچكتر و در نتيجه ارزانتر و بيشترى توليد كند.
تراشه هاى «Northwood» به جاى 256 كيلوبايت Cache كه در Athlon XP ها به كار رفته بود، 512 کیلو بایت Cache سطح دوم داشتند كه اين مسئله هم در بزرگ شدن هسته پردازنده بى تاثير نبود.
سرانجام پردازنده های Prescoot , pentium 4 با حافظه توسعه يافته (Extended Memory) و با استفاده از فناوری 64 بيتي روانه بازار می شوند .
پردازنده های جديد اينتل pentium 4 که با عنوانEM64T شناخته می شوند بر روي مادر برد هايي بر پايه چيپ ست سری i915 و i925 نصب می شوند .
اینتل نمونه جديد تراشه Pentium 4 را كه هدف از طراحي آن تقويت رايانه هاي شخصي به عنوان دستگاه صوتي تصويري و سيستم هاي ويرايش عكس و ويديو است، عرضه كرده است. تراشه هاي تازه Pentium 4 كه Prescott ناميده مي شود، علاوه بر عملكرد بهتر در زمينه هاي صوتي و تصويري، در امور مهندسي و علمي نيز قابليت هاي گسترده تري دارند. تراشه جديد همچنين حافظه بيشتري دارد و براي اجراي متفاوت دستورات، تغييراتي در آن داده شده است تا عملكرد آن تقويت شود بر اساس تخمين كارشناسان اينتل، انتظار مي رود شركت هاي توليد رايانه هاي شخصي فروش دستگاه هاي مجهز به Prescott را فورا آغاز كنند.
تغييراتي كه اينتل در نحوه توليد تراشه تازه در نظر گرفته است شامل اصلاح سيليكوني است كه اين تراشه از آن ساخته مي شود تا خاصيت رسانايي آن بهبود يابد. اينتل همچنين براي جلوگيري از نشت جريان هاي الكتريكي ميان عناصر مختلف, از مواد جديدي براي توليد اين تراشه استفاده مي كند.
علاوه بر آن Prescott از جمله نخستين تراشه هايي است كه قطر عناصر آن تنها به 90 نانومتر (يك ميلياردم متر) مي رسد. (قطر عناصر تراشه هاي قبلي Pentium 4 برابر 130 نانومتر است.)
اينتل با استفاده از اين قابليت سعي كرده است عناصر بيشتري را در تراشه تازه بگنجاند تا حجم حافظه آن دو برابر شود سرعت تراشه Prescott از سلسله قبلي تراشه هاي Pentium 4 كه به نورتوود موسوم بود فراتر خواهد رفت. سرعت نخستين تراشه هاي Prescott دو و هشت دهم گیگاهرتز و سه و دو دهم گیگاهرتز خواهد بود و نمونه سريع تر آن كه سه و چهاردهم گیگاهرتز است
پنتیوم M
اگر چه پنتيوم M از آغاز سال 2004 با فرکانس هاي 1.3 و 1.4 و 1.5 و 1.6 و 1.7 گيگاهرتز به بازار آمده است اما گونه ولتاژ پايين (Low Voltage) آن با فرکانس های 1.1 و 1.2 گيگاهرتز و همچنين گونه خيلي ولتاژ پايين ( Ultra Low Voltage ) با فرکانس 900 مگاهرتز و 1 گيگاهرتز نيز وجود دارند.
توان مصرفي در گونه هاي LV و ULV به ترتيب برابر است با 13 و 7 وات. توان پنتيوم ام 1.7گيگاهرتزي 24.5 وات است اما مصرف متوسط آن از يك وات نيز كمتر است.
مصرف متوسط گونه هاي LV و ULV حتي از نيم وات هم كمتر است. ولتاژ هسته در پردازنده پنتيوم M كه با فن آوري 0.13 ميكروني ساخته شده 1.484 ولت است كه در حالت SpeedStep تا 0.956 ولت كاهش مي يابد. ولتاژ هسته گونه هاي كم ولتاژ و بسيار كم ولتاژ به ترتيب 1.18 و 1.004 ولت است. طبق برنامه اينتل، در سه ماهه نخست سال 2004 Dothan به ميدان مي آيد.
با Dothan پنتيوم M از ساختمان 0.13 ميكروني به ساختمان 90 نانومتري مي رود. علاوه بر دوبرابر شدن گنجايش Cache سطح دوم و رسيدن آن به 2 مگابايت، Enhanced Register Data Retrieval نيز با مديريت ثبات ها در عمليات خواندن/ نوشتن با طول هاي متغيير از عوامل افزايش توان پردازش اين پردازنده است.



پردازنده سنترینو centrino
بسياري از مردم فكر مي كنند كه سنترينو يك نوع پرسسور يا چيپ ست ساخت اينتل است. اما در حقيقت سنترينو يك اسم تجاري قراردادي براي كامپيوترهاي لپ تاپ است كه نشان مي دهد كه اين لپ تاپ داراي يك سري مشخصات سخت افزاري است. بديهي است در لپ تاپي كه سنترينو نباشد اين ويژگيها وجود ندارد. براي اينكه يك لپ تاپ سنترينو باشد بايد از سخت افزارهاي زير در آن استفاده شده باشد:
پرسسور Intel Pentium M
جيپ ست Intel 855 PM يا Intel 855 GM
Intel PRO/Wireless 2100 يا ورژن هاي جديدتر آن
چيپ ست PRO/Wireless 2100 باعث مشكلات بسياري براي برخي سازندگان بزرگ لپ تاپ شده است زيرا بسياري از آنها از چيپ ستهاي Wireless اينتل استفاده نمي كنند بنابراين سنترينو نيستند.