کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو
مترجم:مریم شکری حیاثوندی
ویرایش جدید
تایپ شده و رنگی
تعداد صفحات: 678
معماری کامپیوتر
فرمت :PDF
نویسنده: موریس مانو
درباره کتاب:
کامپیوتر دیجیتال سیستمی دیجیتالی[1] (رقمی) است که انواع کارهای محاسباتی را انجام می دهد کلمه دیجیتال بدان معنی است که اطلاعات در دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی توسط متغیرهایی که تعداد محدودی از مقادیر گسسته را بخود اختصاص می دهند نمایش داده می شوند. این مقادیر در داخل کامپیوتر بوسیله اجرائی که می توانند تعداد محدودی از حالت های گسسته را در خود حفظ کنند پردازش می شوند. مثلا ارقام دهدهی0،1،2،... 9، ده مقدار گسسته را فراهم می آورند. اولین کامپیوترهای الکترونیک دیجیتال که در اواخر دهه ۱۹۴۰ ساخته شدند اساسا برای محاسبات عددی بکار می رفتند، در این مورد عناصر گسسته أرقام هستند و در واقع اصطلاح کامپیوتر دیجیتال از این کاربرد گرفته شده است. در عمل، کامپیوترهای دیجیتال با قابلیت اطمینان بیشتری کار می کنند بشرطی که تنها از دو حالت استفاده شود. به دلیل محدودیت های فیزیکی اجزاء، و نیز بعلت گرایش انسان به منطق دودویی(یعنی بکارگیری عبارات صحیح و غلط، بله یا خیر) قطعات دیجیتال که مقید به نگهداری مقادیر گسسته هستند مقید به نگهداری و حفظ فقط در مقدار که دودویی[2] نامیده می شوند نیز می باشند.
کامپیوترهای دیجیتال از سیستم اعداد دودویی[3] استفاده میکنند که دو رقم بیشتر ندارد: 0 و 1 یک رقم دودویی بیت خوانده می شود. اطلاعات در کامپیوترهای دیجیتال بوسیله گروههایی از بیت ها نشان داده می شوند. با استفاده از تکنیک های کدگذاری، گروه های بین ها نه تنها برای نمایش اعداد دودویی بلکه برای سایر سمبل های گسسته، همچون ارقام دهدهی یا حروف الفبا نیز بکار برده می شوند. با استفاده صحیح از مجموعه های دودویی و بکارگیری روشهای مختلف کدگذاری می توان گروه های بیت ها را برای ساخت مجموعه های کامل دستورالعمل ها[4] جهت انجام محاسبات مختلف بکار برده برخلاف اعداد دهدهی متداول که سیستم مبنای 10 را بکار می برند، اعداد دودویی سیستم مینای 2 با دو رقم 0 و 1 را استفاده می نمایند. معادل دهدهی یک عدد دودویی را می توان با بسط آن به صورت یک سری از توان های 2 بدست آورد، مثلا عدد دودویی 1001011 كمیتی را نشان می دهد که قابل تبدیل به یک عدد دهدهی است و از ضرب هر بیت در توان صحیحی از 2 بترتیب زیر بدست می آید:
هفت بیت 1001011 یک عدد دودویی را نشان می دهند که معادل دهدهی آن 75 است. با این وجود همین گروه هفت بیتی وقتی بعنوان کد دودویی حروف الفبا در نظر گرفته شود نمایشگر حرف k است. این گروه می تواند یک کد کنترلی را هم برای مشخص کردن برخی تصمیمات منطقی در کامپیوترهای دیجیتال نمایش دهد. به بیان دیگر، گروه بیت ها در یک کامپیوتر دیجیتال برای نمایش بسیاری از چیزهاست.این مطلب شبیه به مفهوم استفاده از حروف الفبا یکسان در ساخت زبانهای مختلف مانند انگلیسی و فرانسه است.
گاهی اوقات یک سیستم کامپیوتر به دو بخش عملیاتی با ماهیت نرم افزاری[5] و سخت افزاری[6] تقسیم می گردد. سخت افزار کامپیوتر شامل دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی قطعات الکترونیکی و الکترومکانیک تشکیل دهنده ماهیت فیزیکی آن است. نرم افزار کامپیوتر از دستورالعمل ها و داده هایی[7] تشکیل شده که کامپیوتر برای انجام کارهای مختلف داده پردازی از آنها استفاده می نماید. رشته ای از دستورات به برنامه [8]خوانده می شود. داده هایی که برنامه با آنها کار می کند پایگاه داده ها[9] را تشکیل می دهد.
یک سیستم کامپیوتر از ترکیب سخت افزار و نرم افزار سیستم برای آن تشکیل شده است. نرم افزار سیستم یک کامپیوتر گزیده ای از برنامه هاست که هدف از کاربرد آن بهره گیری موثرتر از کامپیوتر می باشد. برنامه هایی که بصورت یک بسته نرم افزاری سیستم در آمده اند سیستم عامل[10] خواننده می شوند. این برنامه ها از برنامه هایی که کاربر برای حل مسائل خاصی می نویسد متمایز است. بعنوان مثال، یک برنامه به زبان سطح بالا که توسط کاربر برای حل یک داده پردازی خاص نوشته شده است یک٫ برنامه کاربردی است ولی یک کامپایلر[11] که برنامه زبان سطح بالا را به برنامه ای به زبان ماشین تبديل می کند یک برنامه سیستم است. خریداری که کامپیوتر را می خرد علاوه بر سخت افزار به انواع نرم افزارهای موجود برای بکارگیری موثرتر کامپیوتر هم نیاز دارد. نرم افزار سیستم بخش لاینفک یک سیستم کامپیوتری است. نقش آن جیران اختلافات موجود بین نیازهای کاربر و توانایی سخت افزار است.
سخت افزار کامپیوتر معمولا به سه بخش عمده مطابق شکل ۱-۱ تقسیم می شود. واحد پردازش مرکزی[12] CPU حاوی یک واحد حساب و منطق[13] ALL برای کار روی داده ها، تعدادی ثبات برای ذخیره کردن داده ها، واحدهای کنترل برای برداشت[14] و اجرای[15] دستورالعمل هاست. حافظه یک کامپیوتر محل نگهداری دستورالعمل ها و داده هاست. این حافظه حافظه با دستیابی تصادفی[16] خوانده می شود زیرا CPU قادر است به هر مکانی از حافظه دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی تصادفی دستیابی نموده و در یک فاصله زمانی ثابت اطلاعات دودویی را از آنجا بردارد. پردازنده[17] ورودی و خروجی (IOP) حاوی مدارات الکترونیک برای کنترل تبادل و انتقال اطلاعات بین کامپیوتر و دنیای خارج است. وسایل[18] ورودی - خروجی متصل به کامپیوتر عبارتند از صفحه کلیدها، چاپگرها، پایانه ها، راه انداز های دیسک مغناطیسی و سایر وسایل تبادل اطلاعات و ارتباطی دیگر است.
این کتاب دانش ابتدایی لازم را برای درک عملیات سخت افزاری یک سیستم کامپیوتر فراهم می سازد. گاهی اوقات موضوع، بسته به علاقه محقق، از سه دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی مورد بررسی قرار میگیرد بهنگام بحث درباره سخت افزار کامپیوتر لازم است تا بین سازمان کامپیوتر[19] ، طراحی کامپیوتر[20] و معماری کامپیوتر[21] تمایز قائل شویم.
سازمان کامپیوتر به نحوه عملکرد اجزاء قطعات سخت افزاری و چگونگی اتصالات آنها در تشکیل سیستم کامپیوتر اشاره دارد. فرض بر این است که قطعات مختلف در مکان های صحیح خود قرار دارند و آنچه لازم است انجام شود بررسی ساختار سازمانی است جهت تحقیق عملکرد کامپیوتر.
طراحی کامپیوتر به طراحی سخت افزاری کامپیوتر مربوط می شود. پس از تهیه مشخصات کامپیوتر، طراح باید سخت افزار سیستم را بوجود آورد. طراحی کامپیوتر به تعیین نوع سخت افزار مربوط می شود و نیز اینکه چگونه آنهابهم متصل گردند. این جنبه از سخت افزار کامپیوتر را گاهی پیاده سازی[22] کامپیوتر میخوانند.
معماری کامپیوتر به ساختار و رفتار کامپیوتر از دیدگاه کاربر مربوط می شود. این بحث شامل مطالبی درباره قالب اطلاعات، مجموعه دستورالعمل ها و تکنیک های آدرس دهی حافظه است.
طراحی معماری یک سیستم کامپیوتری درباره مشخصات انواع ماژول های[23] عملیاتی، مانند پردازنده ها و حافظه ها و ساختاردهی آنها برای تشکیل یک سیستم کامپیوتر بحث می کند.
این کتاب درباره هر دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی نوع موضوع مربوط به سخت افزار کامپیوتر بحث مینماید. در فصل های ۱ الی ۴ ما انواع قطعات دیجیتال را که در سازمان و طراحی کامپیوتر بکار رفته اند ارائه می نمائیم. فصل 1 تا ۷ مراحلی را که یک طراح باید در طراحی یک کامپیوتر دیجیتال ساده طی کند پوشش می دهد. فصل های ۸ و ۹ درباره معماری واحد پردازش مرکزی است. در فصل های ۱۱ و ۱۲ سازمان و معماری پردازنده ورودی و خروجی و واحد حافظه ارائه شده است.
2-1 گیت های منطقی
اطلاعات دودویی در کامپیوترهای دیجیتال با کمیتهایی فیزیکی که سیگنال نامیده میشود نمایش داده میشود. سیگنال های الکتریکی همچون ولتاژهای موجود در سرتاسر کامپیوتر در یکی از دو حالت قابل تشخیص از هم قرار دارند. این در حالت نماینده یک منفير دودویی هستند که می تواند برابر 1 یا 0 تصور شود. مثلا یک کامپیوتر دیجیتال ممکن است از یک سیگنال 3 ولت برای دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی 1 دو دویی و 0.5 ولت برای نشان دادن 0 دودویی استفاده نماید. پایانه های ورودی مدارهای دیجیتال سیگنال های 3 و 5 را پذیرفته و پایانه های خروجی هم با سیگنالهای 3 و 5 به ورودی ها پاسخ می دهند. ورودی ها و خروجی های 3 و0.5 بترتیب متناظر با مقادیر دودویی 1 و 0 می باشند.
منطق دودویی با متغیرهای دودویی و نیز با اعمالی که مفهوم منطقی دارند سروکار دارد. از این منطق برای توصیف عمليات و یا پردازش اطلاعات دودویی بصورت عبارات جبری و یا جداول استفاده می شود. دستکاری اطلاعات دودویی توسط مدارهای منطقی بنام گیت[24] انجام می شود. گیت ها بلاگ های سخت افزاری هستند که سیگنال های دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی 1 یا 0 را در خروجی، بسته به شرایط ورودی هایشان تولید می کنند. امروزه انواع گیت های منطقی در سیستم های کامپیوتر دیجیتال بكار برده می شوند. هر گیت سمپل گرافیک خاص خود را داشته و عملکردش توسط یک عبارت جبری نمایش داده می شود. رابطه ورودی و خروجی برای متغیرهای دودویی برای هر گیت را می توان توسط یک جدول بنام جدول درستی[25] نشان داد.
نام، سمبل گرافیکی، توابع جبری و جداول درستی هشت گیت منطقی در شکل ۲-۱ لیست شده اند.هرگیت دارای یک یا دو متغیر ورودی است که با A و B و یک خروجی که با مشخص شده است گیت AND تابع منطقي AND را تولید می کند، یعنی خروجی آن 1 است اگر هر دو ورودی A و B برابر 1 باشد؛ در غیر اینصورت خروجی آن بالا است. این شرایط برای گیت AND بصورت جدولی مشخص شده است. جدول همچنین نشان می دهد که ۷ برابر 1 است اگر هر دو ورودی A و B برابر 1 باشند. دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی جبری عملکرد تابع AND شبیه سعبل ضرب در حساب معمولی است. ما می توانیم برای نمایش عمل از یک نقطه در بین دو متغیر و یا بدون هر نوع علامتی در بین آنها استفاده کنیم، گیت های AND ممكن است بیش از دو ورودی داشته باشند و بنا به تعریف خروجی آنها هنگامی 1 است که تمام ورودی ها 1 باشند.
گیت OR تابع QR غیر انحصاری را تولید می کند، یعنی خروجی 1 است اگر ورودی A يا B یا هر در 1 باشند؛ در غیر اینصورت خروجی 0 است، سمبل جبری تابع OR علامت + است که شبیه علامت جمع حسابی است. گیت های OR ممكن است بیش از دو ورودی داشته باشند، و بنا به تعریف، خروجی هنگامی 1 است که هر یک از ورودی ها 1 باشند.
مدار معکوس کننده وضعیت منطقی هر سیگنال دودویی را معکوس می کند. این مدار تابع NOT یا متمم را تولید می نماید، سمبل جبری مورد استفاده برای متميم منطقی، علامت پریم با خط برای سمبل متغیر مورد نظر است. در این کتاب ما از دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی پریم برای متهم منطقی یک متغیر دودویی استفاده می کنیم و خط روی حرف را برای مشخص کردن زیر عمل متمم که در فصل ۴ تعریف خواهد شد نگه میداریم. دایره کوچک در خروجی سمبل گرافیکی معکوس کننده، مشخص کننده متمم منطقی است.
یک سمبل مثلثی شکل، مربوط به یک بافر (ميانگير) است. یک بافر هیچگونه تابع منطقی با تولید نمی کند چون مقدار دودویی خروجی آن برابر با مقدار دودویی دانلود کتاب معماری کامپیوتر موریس مانو ترجمه فارسی است، این مدار صرفا به منظور تقویت توان مورد استفاده قرار می گیرد. مثلاه بافری که ولتاژ 3 ولت را برای عدد دودویی اموره استفاده قرار می دهد. هرگاه در ورودی 3 ولت را دریافت کند خروجی 3 ولت را تولید خواهد کرد. با این وجود مقدار توان الکتریکی لازم در ورودی بافر بسیار کمتر از توان تولید شده در خروجی آن است. هدف اصلی از بکارگیری بافر راه اندازی سایر گیت هاست که توان قابل ملاحظه ای را نیاز دارند.
