تحقیق مقاله چیپ های مخصوص سرعت دوبله

مادربورد های اولیه باتوجه به سرعت CPU دارای سرعت محدودی بودند که از 5MHZ تجاوز نمی کرد. اگر چه افزایش سرعت کار CPU کار چندان آسانی نبود ولی مشکل اصلی در افزایش سرعت کامپیوترها ، سرعت مادربورد بود. در زمانی که صحبت از سرعتهای حداکثر 20MHZ در میان بود، شرکت اینتل در اوائل 1990 به معرفی CPU جدید خود یعنی 80486DX پرداخت و همه سازندگان مادربورد را متحیر ساخت . بسیاری از خریداران کامپیوتر نیز از ترس اینکه یکسال بعد کامپیوتر آنها بسیار قدیمی به حساب خواهد آمد از خرید خودداری کردند. به این دلیل شرکت اینتل راه حل دیگری را پیش گرفت که عبارت بود از استفاده از چیپهای سرعت دوبله (Clock Doubler )

اولین نوع این چیپهایک 80486 مخصوص بود که روی یک مادربورد 25MHZ قرار می گرفت. اما این 80486 عادی نبود بلکه طوری ساخته شده بودکه از دیدگاه مادر بورد با سرعت 25MHZ کار می کرد اما در درون خود سرعت 50MHZ را داشت . یعنی کلیه اعمال داخلی مثل محاسبات و انتقال داده ها را با سرعت 50 انجام می داد اما اعمال خارجی مثل انتقال اطلاعات روی هارد دیسک با سرعت 25 انجام میگرفت.

این چیپ جدید با نام 80486DX2-50 معروف شد. منظور از عدد 2 همان دو سرعته بودن آن است و 50 نیز نشاندهنده حداکثر سرعت چیپ است . البته بعدا چیپ 486DX-50 و بالاتر از آن نیز عرضه شد.

چیپهای مخصوص سرعت دوبله

در سال 1994 شرکت اینتل یک چیپ 80486 جدید را عرضه کرد که تا سرعت 75MHZ و 100 کار می کرد ولی برای هماهنگی با مادر بورد سرعت خارجی آن 25 یا 33MHZ بود . البته این چیپ دارای 16K حافظه cache داخلی نیز بود ( دو برابر قبلی ) و نام آن DX4 گذاشته شد ( البته DX4 خالی و بدون پیشوند 80486)

این شیوه همچنان ادامه یافته و بعدا پنتیوم 150MHZ نیز عرضه شد که میتواند در مادربوردهای 50MHZ کارکند.

اما دیگر سرعت چهار برابر از طرف اینتل معرفی نشد بلکه با ظاهر شدن پنتیوم سرعت «یک و نیم برابر » مورد استفاده قرار گرفت . مثلا پنتیومهای اولیه دارای سرعت 60 و 66 بودند ولی با افزایش سرعت یک و نیم برابر ، با سرعتهاسی 90 و 100 عرضه شدند و کد آنها P54C است. یک پنتیوم 200MHZ نیز در واقع حالت سوبله 66MHZ است .

روی مادربورد های پنتیوم سوئیچهایی وجود دارد که برای تعیین فرکانس داخلی و خارجی و تنظیم فرکانسهای CPU و مادربورد استفاده می شود . (CPU INT/EXT FREQ RATIO )‌. بهنگام مونتاژ کامپیوتر حتما باید با مراجعه به جزوه راهنمای مادربورد این سوئیچها را تنظیم کنید . اطلاعات بیشتر در قسمتهای دیگر کتاب ارائه شده است .

چیپ دیگری که در همین رابطه از سوی اینتل عرضه شد Pentium Over drive است که می تواند سرعت برخی از مدلهای 486  را دو و نیم برابر کند.

باس (BUS) چیست ؟

در هر کامپیوتری CPU باید این امکان را داشته باشد که با حاظفه ، کارتهای مختلف مربوط به ابزارهای جانبی ، صفحه کلید و امثالهم ارتباط برقرارکند زیرا به تنهایی از عهده هیچ کاری بر نمی آید . این ارتباط از طریق خطوط فلزی که روی مدارهای چاپی مادربورد قرار دارد و معمولا به رنگ نقره ای یا طلائی است صورت میگیرد. این خطوط فلزی در واقع مسیر یا گذرگاه یا BUS سیستم برای ارتباط با ابزارهای دیگر هستند  واطلاعات بصورت علائم یا سیگنالهای الکتریکی از طریق آنها رفت و آمد می کنند. کارتها یا بوردهای مربوط به ابزارهای جانبی که جزو مادربورد محسوب نمی شوند نیز با قرار گرفتن در شکافهای مخصوص Slot با آن خطوط یا گذرگاه مرتبط شده و با CPU ارتباط برقرار می کنند.

در روزهای ‌آغازین عصر کامپیوتر های شخصی ، هر کامپیوتری باس مخصوص خود را داشت و کامپیوترهای PC و XT که دارای CPU مدل 8088 بودند فقط امکان کار با داده های هشت بیتی را داشتند و در نتیجه خطوط داده یا مسیر داده ها در آنها هشت بیتی بود.

به زبان دیگر باس موجود در این کامپیوتر ها هشت بیتی بود . توجه داشته باشید که ظرفیت باس به تعداد خطوط داده ها data lines بستگی دارد و نه به تعداد کل خطوطی که در یک شکاف slot مشاهده میشود . مثلا کامپیوترهای PC که در سال 1981 عرضه شدند دارای شکاف 62 خطی بودند در صورتی که ظرفیت باس آنها فقط هشت بود.

امروزه CPU های پنتیوم دارای خطوط داده 64 تائی هستند (64 bit data path) اما هنوز هم میتوانند با کارتهای هشت بیت مربوط به PC های قدیم کار کنند . تنها اجبار آنها این استکه باید هر درخواست خود را به هشت قسمت تقسیم کرده و در هر بار فقط 8 بیت جابجا کنند . البته واقع امر این است که هم اکنون نیز باس ها عمدتا 16بیتی هستند نه 64 بیتی.

حافظه و باس

همچنانکه می دانید خطوط آدرس در یک سیستم کامپیوتری دو وظیفه به عهده دارند : 1 آدرس دهی حافظه 2 آدرس دهی ورودی / خروجی . تفاوت بین این دو نوع آدرس دهی با استفاده از چند پایه دیگر CPU که خطوط مربوط به آنها جزو خطوط باس است انجام می شود . علاوه بر این در یک باس ( و در نتیجه در شکاف) باید خطوط دیگری وجود داشته باشند که مثلا کار هماهنگی ساعت و تجدید حافظه و غیره را انجام دهند . به همین دلیل استکه تعداد خطوط یک باس یا شکاف بسیار بیشتر از خطوط داده است .

از دیگر خطوط موجود در باس یک سیستم 6 خط وقفه یا IRQ است ( از IRQ2 تا IRQ7 ) زیرا برخی از کارتها برای جلب توجه CPU از خطوط وقفه استفاده می کنند . هم چننی برخی از کارتها نیاز به انتقال اطلاعات به حافظه سیستم بصورت بسیار سریع و بدون دخالت CPU دارند که اینکار از طریق کانالهای DMA صورت می گیرد ( با توجه به اهمیت IRQ و DMA در این مورد مفصلا صحبت خواهد شد ) و در نتیجه خطوط مربوط به DMA نیز باید در باس حاضر باشند.

باس ISA

به هنگام ساخت سری جدید کامپیوترهای AT توسط IBM بدلیل 16 بیتی بودن خطوط داده در 80286 ، باس این سیستم نیز به 16 بیت ارتقاء یافت . به منظور حفظ سازگاری این باس جدید با باس قدیمی ، شکاف قبلی که دارای کانکتور 62 خطی بود حفظ شد  و تنها یک کانتکتور 36 خطی در کنار آن قرار داده شد. باس جدید دارای مزایای زیر است :

1 هشت خط داده بیشتر از قبلی دارد.

2 چهار خط آدرس بیشتر دارد یعنی جمعا 24 خط که می تواند 16 میلیون بایت حافظه را آدرس دهی کند.

3 چهار کانال اضافی DMA دارد ( کانال 4 تا 7)

4 پنج خط وقفه IRQ بیشتراز قبلی دارد که عبارتند از IRQ10 و 11 و 12 و 13 و 14 و 15 . ( وقفه 13 مختص پردازشگر است و وقفه 9 برای اتصال به IRQ2 بکار رفته و IRQ8 به سیستم ساعت / تقویم متصل است )

نام این باس مدتها AT  BUS بود اما از سال 1988 به تدریج به نام( Architecture Industry Srandard)  تغییر یافت . تفاوت این باس با باسهای قبلی به خوبی از ظاهر شکافها معلوم است و در نتیجه کارتهای مربوط به هر یک نیز بخوبی از روی کانکتور آنها قابل تشخیص است .

سرعت باس

یکی از خطوط موجود در هر باس ، خط ساعت است که برای کارکردن چیپهای روی کارتهای مختلف موجود در شکافها ضروری است . حال این سئوال پیش می آید که چطور هر کارتی می تواند با کامپیوترهائی با سرعتهای متفاوت کار کند ؟ مثلا چطور یک کارت ویدئو که برای کامپیوترهای قدیمی با سرعت 12MHZ ساخته شده است روی کامپیوترهای پنتیوم 100MHZ نیز کار می کند؟

البته همچنان که قبلا گفته شد سرعت 100 برای پنتیوم داخلی است و سرعت خارجی آ“ 66 است اما این جواب سئوال بالا نیست .

در مدلهای اولیه کامپیوتر سرعت باس معادل سرعت کامپیوتر بود اما با معرفی کامپیوترهای جدیدتر امکان کارکردن کارتهای قدیمی با آنها وجود نداشت در حالیکه هنوز کارتهای جدیدی نیز از سوی تولید کنندگان مختلف به بازار نیامده بود. شرکت کامپک برای حل این مسئله در کامپیوترهای جدید خود خط ساعت اصلی سیستم را از باس جدا کرد و در حالیکه CPU دارای سرعت 12MHZ بود خط ساعت باس را روی 8MHZ تنظیم کرد تا خریداران بتوانند از کارتهای مختلف موجود در بازار که سرعت 8MHZ داشتند استفاده کنند. از آن پس سرعت 8MHZ برای ISA بصورت استاندارد درآمد.

اما زیان عمده این کار این بود که برخی از کارتها مثلا حافظه لزوما باید با سرعت CPU کار می کردند زیرا در غیر این صورت افزایش سرعتCPU نمی توانست تاثیر چندانی بر سرعت سیستم بگذارد. به همین دلیل بود که لزوم ایجاد یک استاندارد جدید احساس شد.

شرکت کامپک با معرفی کامپیوتر جدید 80386 خود شروع به قرار دادن یک شکاف 32 بیتی جدید روی مادربوردهای این شرکت نمود که فقط کارتهای خاصی امکان کار با آن را داشتند ولی سرعت آن 16MHZ بود. دیگر تولید کنندگان نیز دست به اقدامات مشابهی زده و هر یک باس مخصوص خود را ساختند.

وجه مشترک این باسها عبارت بود از :

خطوط داده 32 بیتی

کار با سرعت CPU که معمولا 16 ، 20 ، 25 ، 32 مگا هرتز بود .

امکان کار فقط با کارتهای ساخته شده توسط سازنده مادربورد.

به اینگونه باسها ، باس خصوصی (Private) و بعدا ابس موضعی یا محلی (Local) گفته شد زیرا مخصوص یک مادر بورد بودند و نسبت به آن محلی به حساب می آمدند. در این باسها ساعت سیستم مستقیما به باس وصل بود . این باسها در واقع

اجداد باسهایی هستند که امروزه به آنها (VLB) VESA Local Bus گفته می شود .

EISA

در ر این حالت شرکت IBM باس جدید خود را روی سیستمهای جدید PS/2 معرفی نمود که به آن MCA گفته می شد اما به دلیل شرایط خاص این شرکت این باس فراگیر نشد. در پاسخ شرکت کامپک به اتفاق هست شرکت دیگر اقدام به توسعه سیستم باس جدیدی نمودند که ضمن سازگاری با مدل قدیمی ISA قابلیتهای جدیدی داشته باشد . این باس جدید (Extended ISA ) EISA نامیده شد. این سیستم نسبتا موفق بود و امروزه عمدتا همراه با یکی از باسهای جدید VLB یا PCI عرضه می شود . ویژگیهای آن عبارتند از :

خطوط داده 32 بیتی

آدرس دهی تا 4 گیگا بایت

آدرس دهی I/O تا 64K

 امکان تنظیم کارتها با نرم افزار و بدون استفاده از جامپر یا DIP سوئیچ

سرعت 8MHZ ( متاسفانه )

فقدان خطوط IRQ یا DMA اضافی

امکان کار کردن با کارتهای با  اندازه بزرگتر که ساخت آنها ارزانتر تمام می شود ( طراحی کارتهای کوچک گران تمام می شود )

امکان استفاده از Bus Mastering ( نوعی DMA که می تواند بدون دخالت CPU داده ها را بین دو ابزار جانبی جابجا کند )

البته EISA یک باس محلی حساب نمی شود . علت سرعت کم آن لزوم سازگاری با ISA است و به همین دلیل سازندگان مادربورد مجبور شدند برای بالا بردن سرعت دسترسی به حافظه شکافهای مخصوص دیگری در آن ایجاد کنند.

البته مسئله سرعت در همه کارتها مطرح نیست مثلا در درایو فلاپی یا چاپگر یا مودم سرعت زیادی لازم نیست اما در برخی دیگر مثل حافظه یا کارت ویدئو این امر ضروری است .

VLB

در مورد باسهایی محلی کمی پیش صحبت شد. به همت گروهی از صنایع کامپیوتری و برای از بین بردن مسئله ناسازگاری بین باسهای محلی مختلف ، استانداردی برای اینگونه باسها معرفی شد که به آن VESA می گویند . (Video Electronic Standard Association) اگر چه این باس دیگر یکباس محلی حساب نمی شود اما هنوز هم نام محلی بر روی آن مانده و به آن VESA Local Bus  یا VLB میگویند.

در صورت نیاز به خرید یک کارت ویدئو از نوع VLB حتما چک کنید که چیپ های روی آن یکی از انواع ATI , S3 یا Trident باشد زیرا مارکهای دیگر به هنگام کار با محطیهای جدید گرافیک دچار اشکال می شوند .