مقاله کامل سخت افزار کامپیوتر

/
فهرست مطالب
1-1- مقدمه 1
فصل اول 3
2-1 اصطلاحات فني 3
3-1 واحد پردازش مركزي 3
4-1 حافظه نيمه رسانا: RAMROM 4
5-1 گذرگا‌ه‌ها : آدرس‌،‌ داده و كنترل 5
6-1 ابزارهاي ورودي / خروجي 7
1-6-1 ابزارهاي ذخيره سازي انبوه 7
2-6-1 ابزارهاي رابط با انسان 7
3-6-1 ابزارهاي كنترل / نظارت 8
7-1 برنامه‌ها : بزرگ و كوچك 8
8-1 ميكروها‌،‌ ميني‌ها و كامپيوترهاي مركزي 10
9-1 مقايسه ريز پردازند‌ه‌ها با ميكروكنترلرها 11
1-9-1 معماري سخت افزار 11
2-9-1 كاربردها 12
3-9-1 ويژگيهاي مجموعه دستور العمل‌ها 12
10-1 مفاهيم جديد 14
خلاصه سخت افزار 16
1-2 مروري بر خانواده MCS-51TM 16
2-2 بررسي اجمالي پاي‌ه‌ها 17
1-2-2 درگاه 0 18
2-2-2 درگاه 1 18
3-2-2 درگاه 2 19
4-2-2 درگاه 3 19
5-2-2 (Program Store Enable) PSEN 19
6-2-2 (Address Latch Enabel) ALE 19
7-2-2 (External Access) 20
8-2-2 ورودي‌هاي نوسان ساز روي تراشه 20
9-2-2 اتصالات تغذيه 20
3-2 ساختار درگاه I/O 21
فصل دوم 22
منابع تغذيه و UPS‌ها 22
مرور كلي 22
نگاهي به منبع تغذيه 23
تكنولوژي سوئيچ كننده 25
استاندارد منبع تغذي‌ه‌ها 25
استفاده از منبع تغذيه 25
مشكلات منبع تغذيه 25
جلوگيري از نوسانات برق‌،‌ اولين مرحله محافظت از سيستم 26
منابع تغذيه وقفه ناپذير (UPS) 27
چكيده مطلب 27
انواع UPS‌ها 27
Standby UPS 28
Online UPS 28
Line-Interactive UPS 28
ويژگيهاي ديگر 29
نكاتي در مورد دستگا‌ه‌هاي قابل حمل 30
خريد منبع تغذيه و محافظ برق 30
منبع تغذيه 31
چه منبع تغذيه اي مورد نياز است؟ 31
اندازة منبع تغذيه برق 31
خريد تجهيزات محافظ برق: UPS و محافظهاي جريان 32
خريد محافظ برق 33
تشخيص عيب و رفع عيب 33
مسير برق را كنترل كنيد 33
خرابي منبع تغذيه 34
نصب يك منبع تغذيه در كامپيوتر 35
خلاصه 36
فصل سوم 37
هارد ديسكها 37
مباني‌هارد ديسك 37
كالبد شكافي‌هارد ديسك 38
ذخيره سازي داد‌ه‌ها 43
منابع 46
1-1- مقدمه
گر چه كامپيوترها تنها چند دهه اي است كه با ما همراهند‌،‌ با اين حال تأثير عميق آنها بر زندگي ما با تأثير تلفن‌،‌ اتومبيل و تلويزيون رقابت مي كند‌.‌ همگي ما حضور آنها را احساس مي كنيم‌،‌ چه برنامه نويسان كامپيوتر و چه دريافت كنندگان صورت حساب‌هاي ماهيانه كه توسط سيستم‌هاي كامپيوتري بزرگ چاپ شده و توسط پست تحويل داده مي شود‌.‌ تصور ما از كامپيوتر معمولا داده پردازي است كه محاسبات عددي را بطور خستگي ناپذيري انجام مي دهد‌.
ما با انواع گوناگوني از كامپيوترها برخورد مي كنيم كه وظايفشان را زيركانه و بطرزي آرام‌،‌ كارا و حتي فروتنانه انجام مي دهند و حتي حضور آنها اغلب احساس نمي شود‌.‌ ما كامپيوترها را به عنوان جزء مركزي بسياري از فرآورد‌ه‌هاي صنعتي و مصرفي از جمله‌، ‌در سوپرماركت‌ها داخل صندوق‌هاي پول و ترازوها؛ در خانه‌،‌ در اجاق‌ها‌،‌ ماشين‌هاي لباسشويي‌،‌ ساعت‌هاي داراي سيستم خبردهنده و ترموستات‌ها؛ در وسايل سرگرمي همچون اسباب بازي‌ها‌،‌ VCR‌ها‌،‌ تجهيزات استريو و وسايل صوتي؛ در محل كار در ماشين‌هاي تايپ و فتوكپي؛ و در تجهيزات صنعتي مثل مته های فشاري و دستگا‌ه‌هاي حروفچيني نوري مي يابيم‌.‌ در اين مجموعه‌ها كامپيوترها وظيفه «كنترل» را در ارتباط با “دنياي واقعي”‌،‌ براي روشن و خاموش كردن وسايل و نظارت بر وضعيت آنها انجام مي هند‌.‌ ميكروكنترلرها (برخلاف ميكروكامپيوترها و ريزپردازند‌ه‌ها) اغلب در چنين كاربردهايي يافت مي شوند‌.
با وجود اين كه بيش از بيست سال از تولد ريزپردازنده نمي گذرد‌،‌ تصور وسايل الكترونيكي و اسباب بازي‌هاي امروزي بدون آن كار مشكلي است‌.‌ در 1971 شركت اينتل 8080 را به عنوان اولين ريزپردازنده موفق عرضه كرد‌.‌ مدت كوتاهي پس از آن‌،‌ موتورولا‌،‌ RCA و سپس MOS Technology و zilogانواع مشابهي را به ترتيب به نام‌هاي 6800‌،‌ 1801‌،‌ 6502 و Z80 عرضه كردند‌.‌ گر چه اين مدارهاي مجتمع‌ (IC ‌ها) به خودي خود فايده چنداني نداشتند اما
به عنوان بخشي از يك كامپيوتر تك بورد(SBC)‌،‌ به جزء مركزي فرآورد‌ه‌هاي مفيدي براي آموزش طراحي با ريزپردازند‌ه‌ها تبديل شدند‌.
از اين SBC‌ها كه بسرعت به آزمايشگا‌ه‌هاي طراحي در كالج‌ها‌، ‌دانشگا‌ه‌ها و شركت‌هاي الكترونيك راه پيدا كردند مي توان براي نمونه از D2 موتورولا‌،‌ KIM-1 ساخت MOS Technology و SDK-85 متعلق به شركت اينتل نام برد‌.
ميكروكنترلر قطعه اي شبيه به ريزپردازنده است‌.‌ در 1976 اينتل 8748 را به عنوان اولين قطعه خانواده ميكروكنترلرهاي MCS-48TM معرفي كرد‌.‌ 8748 با 17000 ترانزيستور در يك مدار مجتمع‌، ‌شامل يك CPU‌، ‌1 كيلوبايت EPROM‌،‌ 27 پايه I/O و يك تايمر 8 بيتي بود‌.‌ اين IC و ديگر اعضاي MCS-48TMكه پس از آن آمدند‌،‌ خيلي زود به يك استاندارد صنعتي در كاربردهاي كنترل گرا تبديل شدند‌.‌ جايگزين كردن اجزاء الكترومكانيكي در فرآورد‌ه‌هايي مثل ماشين‌هاي لباسشويي و چراغ‌هاي راهنمايي از ابتداي كار‌،‌ يك كاربرد مورد توجه براي اين ميكروكنترلرها بودند و همين طور باقي ماندند‌.‌ ديگر فرآورد‌ه‌هايي كه در آنها مي توان ميكروكنترلر را يافت عبارتند از اتومبيل‌ها‌، ‌تجهيزات صنعتي‌،‌ وسايل سرگرمي و ابزارهاي جانبي كامپيوتر(افرادي كه يك IBM PC دارند كافي است به داخل صفحه كليد نگاه كنند تا مثالي از يك ميكروكنترلر را در يك طراحي با كمترين اجزاء ممكن ببينند)‌.
توان‌،‌ ابعاد و پيچيدگي ميكروكنترلرها با اعلام ساخت 8051‌،‌ يعني اولين عضو خانوادة‌ميكروكنترلرهاي MCS-51TMدر 1980 توسط اينتل پيشرفت چشمگيري كرد‌.‌ در مقايسه با 8048 اين قطعه شامل بيش از 60000 ترانزيستور‌،‌ K4 بايت ROM‌،‌ 128 بايت RAM‌، ‌32 خط I/O‌،‌ يك درگاه سريال و دو تايمر 16 بيتي است‌.‌ كه از لحاظ
مدارات داخلي براي يك IC بسيار قابل ملاحظه است‌،‌ امروزه انواع گوناگوني از اين IC وجوددارند كه به صورت مجازي اين مشخصات را دوبرابر كرده اند‌.‌ شركت زيمنس كه دومين توليد كنندة‌قطعات MCS-51TMاست SAB80515 را به عنوان يك 8051 توسعه يافته در يك بستة 68 پايه با شش درگاه I/O 8 بيتي‌،‌ 13 منبع وقفه‌،‌ و يك مبدل آنالوگ به ديجيتال با 8 كانال ورودي عرضه كرده است‌.‌ خانواده 8051 به عنوان يكي از جامعترين و قدرتمندترين ميكروكنترلرهاي 8 بيتي شناخته شده و جايگاهش را به عنوان يك ميكروكنترلر مهم براي سالهاي آينده يافته است‌.
اين كتاب درباره خانواده ميكروكنترلرهاي MCS-51TM نوشته شده است فصل‌هاي بعدي معماري سخت افزار و نرم افزار خانواده MCS-51TM را معرفي مي كنند و از طريق مثالهاي طراحي متعدد نشان مي دهند كه چگونه اعضاي اين خانواده مي توانند در طراحي‌هاي الكترونيكي با كمترين اجزاء اضافي ممكن شركت داشته باشند‌.
در بخش‌هاي بعدي از طريق يك آشنايي مختصر با معماري كامپيوتر‌،‌ يك واژگان كاري از اختصارات و كلمات فني كه در اين زمينه متداولند (و اغلب با هم اشتباه مي شوند) را ايجاد خواهيم كرد‌.‌ از آنجا كه بسياري اصطلاحات در نتيجة تعصب شركت‌هاي بزرگ و سليقه مؤلفان مختلف دچار ابهام شده اند‌، ‌روش كار ما در اين زمينه بيشتر عملي خواهد بود تا آكادميك‌.‌ هر اصطلاح در متداولترين حالت با يك توضيح ساده معرفي شده است‌.
فصل اول
2-1 اصطلاحات فني
يك كامپيوتر توسط دو ويژگي كليدي تعريف مي شود: (1) داشتن قابليت برنامه ريزي براي كاركردن روي داده بدون مداخله انسان و (2) توانايي ذخيره و بازيابي داده ‌.‌ عموماً يك سيستم كامپيوتري شامل ابزارهاي جانبي براي ارتباط با انسان‌ها به علاوه برنامه‌هايي براي پردازش داده نيز مي باشد‌.‌ تجهيزات كامپيوتر و سخت افزار‌، ‌و برنامه‌هاي آن نرم افزار نام دارند‌.‌ در آغاز اجازه بدهيد كار خود را با سخت افزار كامپيوتر آغاز مي كنيم‌.
نبود جزئيات در شكل عمدي است و باعث شده تا شكل نشان دهنده كامپيوترهايي در تمامي انداز‌ه‌ها باشد‌.‌ همانطور كه نشان داده شده است‌، يك سيستم كامپيوتري شامل يك واحد پردازش مركزي(CPU) است كه ازطريق گذرگاه آدرس‌،‌ ‌گذرگاه داده و گذرگاه كنترل به حافظه قابل دستيابي تصادفيRAM) وحافظه فقط خواندني(ROM) متصل مي باشد‌.‌ مدارهاي واسطه گذرگا‌ه‌هاي سيستم را به وسايل جانبي متصل مي كنند‌.‌
3-1 واحد پردازش مركزي
CPU‌،‌ به عنوان “مغز” سيستم كامپيوتري‌،‌ تمامي فعاليت‌هاي سيستم را اداره كرده و همه عمليات روي داده را انجام مي دهد‌.‌ انديشة اسرار آميز بودن CPU در اغلب موارد نادرست است زيرا اين تراشه فقط مجموعه اي از مدارهاي منطقي است كه بطور مداوم دو عمل را انجام مي دهند‌.‌ واكشي دستورالعمل‌ها‌،‌ و اجراي آنها‌.‌ CPU توانايي درك و اجراي دستورالعمل‌ها را براساس مجموعه اي از كدهاي دودويي دارد كه هر يك از اين كدها نشان دهنده يك عمل ساده است‌.‌ اين دستورالعمل‌ها معمولا
حسابي (جمع‌،‌ تفريق‌،‌ ضرب و تقسيم)‌،‌ منطقي (NOT, OR, AND و غيره) انتقال داده يا عمليات انشعاب هستند و يا مجموعه اي از كدهاي دودويي با نام مجموعه دستورالعمل‌ها نشان داده مي شوند‌.
مجموعه اي از ثباتها را براي ذخيره سازي موقت اطلاعات‌،‌ يك واحد عمليات حسابي و منطقي(ALU) براي انجام عمليات روي اين اطلاعات‌، ‌يك واحد كنترل و رمزگشايي دستورالعمل (كه عملياتي را كه بايد انجام شود تعيين مي كند و اعمال لازم را براي انجام آنها شروع مي نمايد) و دو ثبات اضافي را هم دارد‌.
ثبات دستور العمل (IR) كد دودويي هر دستورالعمل را در حال اجرا نگه مي دارد و شمارنده برنامه (PC) آدرس حافظه دستورالعمل بعدي را كه بايد اجرا شود نشان مي‌دهد‌.
1- واكشي يك دستورالعمل از RAM سيستم يكي از اساسي ترين اعمالي است كه توسط CPU انجام مي شود و شامل اين مراحل است: (الف) محتويات شمارندة برنامه در گذرگاه آدرس قرار مي گيرد (ب) يك سيگنال كنترل READ فعال مي شود (پ) داده (كد عملياتي دستورالعمل) از RAM خوانده مي شود و روي گذرگاه قرار مي گيرد (ت) كد عملياتي در ثبات داخلي دستورالعمل CPU ذخيره مي شود و (ث) شمارنده برنامه يك واحد افزايش مييابد تا براي واكشي بعدي از حافظه آماده شود‌.
2- مرحلة‌ اجرا مستلزم رمزگشايي كد عملياتي و ايجاد سيگنال‌هاي كنترلي براي گشودن ثبات‌هاي دروني به داخل و خارج از ALU است‌.‌ همچنين بايد به ALU براي انجام عمليات مشخص شده فرمان داده شود‌.‌ به علت تنوع زياد عمليات ممكن‌،‌ اين توضيحات تا حدي سطحي مي باشند و در يك عمليات ساده مثل
افزايش يك واحدي ثبات مصداق دارند‌.‌ دستورالعمل‌هاي پيچيده تر نياز به مراحل بيشتري مثل خواندن بايت دوم و سوم به عنوان داده براي عمليات دارند‌.
يك سري از دستورالعمل‌ها كه براي انجام يك وظيفه معنادار تركيب شوند برنامه يا نرم افزار ناميده مي شود‌،‌ و نكته واقعاً‌اسرارآميز در همين جا نهفته است‌.‌ معيار اندازه گيري براي انجام درست وظايف‌،‌ بيشتر كيفيت نرم افزار است تا توانايي تحليل CPU سپس برنامه‌هاCPU را راه اندازي مي كنند و هنگام اين كار آنها گهگاه به تقليد از نقطه ضعف‌هاي نويسندگان خود‌،‌ اشتباه هم مي كنند‌.‌ عباراتي نظير “كامپيوتر اشتباه كرد “ گمراه كننده هستند‌.‌ اگر چه خرابي تجهيزات غير قابل اجتناب است اما اشتباه در نتايج معمولا نشاني از برنامه‌هاي ضعيف يا خطاي كاربر مي باشد‌.
4-1 حافظه نيمه رسانا: RAMROM
برنامه‌ها و داده در حافظه ذخيره مي شوند‌.‌ حافظ‌ه‌هاي كامپيوتر بسيار متنوعند و اجراي همراه آنها بسيار‌،‌ و تكنولوژي بطور دائم و پي در پي موانع را برطرف ميكند‌،‌ بگونه اي كه اطلاع از جديدترين پيشرفت‌ها نياز به مطالعه جامع و مداوم دارد‌.‌ حافظ‌ه‌هايي كه به طور مستقيم توسط CPU قابل دستيابي مي باشند‌، ‌IC‌هاي (مدارهاي مجتمع) نيمه رسانايي هستند كه RAM و ROM ناميده مي شوند دو ويژگي RAM و ROM را از هم متمايز مي سازد: اول آن كه RAM حافظه خواندني / نوشتني است در حاليكه ROM حافظه فقط خواندني است و دوم آن كه RAM فرار است (يعني محتويات آن هنگام نبود ولتاژ تغذيه پاك مي شود) در حاليكه ROM غير فرار مي باشد‌.
اغلب سيستم‌هاي كامپيوتري يك ديسك درايو و مقدار اندكي ROM دارند كه براي نگهداري روال‌هاي نرم افزاري كوتاه كه دائم
مورد استفاده قرار مي گيرند و عمليات ورودي / خروجي را انجام مي دهند كافي است‌.‌ برنامه‌هاي كاربران و داده‌،‌ روي ديسك ذخيره مي گردند و براي اجرا به داخل RAM بار مي شوند‌.‌ با كاهش مداوم در قيمت هر بايت RAM‌،‌ سيستم‌هاي كامپيوتري كوچك اغلب شامل ميليون‌ها بايت RAM مي باشند‌.
5-1 گذرگا‌ه‌ها : آدرس‌،‌ داده و كنترل
يك گذرگاه عبارت است از مجموعه اي از سيم‌ها كه اطلاعات را با يك هدف مشترك حمل مي كنند‌.‌ امكان دستيابي به مدارات اطراف CPU توسط سه گذرگاه فراهم مي‌شود: گذرگاه آدرس‌،‌ گذرگاه داده و گذرگاه كنترل‌.‌ براي هر عمل خواندن يا نوشتن‌، ‌CPU موقعيت داده (يا دستورالعمل) را با قراردادن يك آدرس روي گذرگاه آدرس مشخص مي كند و سپس سيگنالي را روي گذرگاه كنترل فعال مي نمايد تا نشان دهد كه عمل مورد نظر خواندن است يا نوشتن‌.‌ عمل خواندن‌،‌ يك بايت داده را از مكان مشخص شده در حافظه بر مي دارد و روي گذرگاه داده قرار مي دهد‌.‌ CPU داده را مي خواند و در يكي از ثبات‌هاي داخلي خود قرار مي دهد‌.‌ براي عمل نوشتن CPU داده را روي گذرگاه داده مي گذارد‌.‌ حافظه‌،‌ تحت تأثير سيگنال كنترل‌،‌ عمليات را به عنوان يك سيكل نوشتن‌،‌ تشخيص مي دهد و داده را در مكان مشخص شده ذخيره مي كند‌.
اغلب‌،‌ كامپيوترهاي كوچك 16 يا 20 خط آدرس دارند‌.‌ با داشتن n خط آدرس كه هر يك مي توانند در وضعيت بالا (1) يا پايين (0) باشند‌،‌ مكان دستيابي است‌.‌ بنابراين يك گذرگاه آدرس 16 بيتي مي تواند به مكان‌،‌ دسترسي داشته باشد و براي يك آدرس 20 بيتي مكان قابل دستيابي است‌.‌ علامت اختصاري K (براي كيلو) نماينده مي باشد‌،‌ بنابراين 16 بيت مي تواند مكان را آدرس دهي كند در حاليكه 20 بيت مي تواند (يا Meg 1) را آدرس دهي نمايد‌.

فایل : 66 صفحه

فرمت : Word