CPU چیست ؟

CPUچیست ؟

یک central processing unit CPU که گاهی اوقات آن را پردازنده (Processor) نیز می‌نامند ؛ یکی از اجزاء رایانه‌های رقمی می‌باشند که فرامین را در رایانه‌ها تفسیر می‌نماید و اطلاعات را مورد پردازش قرار می‌دهد . واحدها ی مرکزی پرداش ویژگی پایه‌ای قابل برنامه ریزی شدن را در رایانه‌های رقمی را فراهم می‌کنند ؛ و یکی از مهمترین اجزاء رایانه‌ها در حافظهٔ اولیه ؛امکانات ورودی/خروجی هستند .یک پردازندهٔ مرکزی مداری یکپارچه می‌باشد که معمولا به عنوان ریزپردازنده شناخته می‌شود . امروزه عبارت CPU‌ها معمولا برای ریزپردازندها به کار می‌روند .عبارت «central process unit»)واحد پردازندهٔ مرکزی) یک ردهٔ خاص از ماشین را معرفی می‌کند که می‌تواند برنامه‌های رایانه را اجرا کند .این عبارت گسترده می‌تواند به راحتی به بسیاری از رایانه‌هایی که بسیار قبل تر از عبارت "CPU" بودند تعمیم داد . به هر حال ؛این عبارت و شروع استفاده از آن در صنعت رایانه حداقل از اوایل سال ۱۹۶۰ رایج شد. شکل ,طراحی و پیاده سازی پرازنده‌ها نسبت به طراحی اولیه تغییر کرده‌است ولی عملگرهای بنیادی آن همچنان به همان شکل باقی مانده‌است .پردازنده‌های اولیه که به عنوان یک بخش از چیزی بزرگتر که معمولا یک نوع رایانه ‌است ؛دارای طراحی سفارشی بودند . در هر صورت این روش طراحی سفارشی پردازنده‌ها ،کاری گران قیمت برای یک بخش خاص، به مقدار زیادی راه تولید را به تعداد زیاد که برای اهداف زیادی قابل استفاده بود را فراهم کرد .این استانداردسازی روند عمومی را در عصر transistor mainframes و minicomputer گسسته و شتابدار کردن تعمیم مدارات مجتمع(IC)را شروع کرد . IC امکان افزایش پیچیدگی ها برای طراحی پردازنده‌ها و ساختن آنها در مقیاس کوچک (در حد میلیمتر) امکان پذیر می‌سازد. هر دو فرآیند کوچک سازی و استاندارد سازی پردازنده‌ها حضور این تجهیزات رقمی در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند رایانه برد .ریزپردازنده‌های جدید در هر چیزی چون خودروها تا تلفن‌های همراه و حتی اسباب بازی‌های کودکان وجود دارند






تاریخچه:
پیش از ظهور اولین ماشین که به پردازنده‌های امروزی شباهت داشت ؛ کامپوتر‌های مثل انیاک(‍‍‍‍‌‍ENIAC) مجبور بودند برای اینکه کارهای مختلفی را انجام دهند دوباره سیم کشی کنند . این ماشین‌ها اغلب به رایانه هایی، با برنامهٔ ثابت اطلاق می‌شد تا زمانیکه توانایی اجرای چند برنامه را پیدا کردند. عبارت "CPU" از زمانی برای ابزار اجرا کنندهٔ نرم افزار(برنامهٔ رایانه) تعریف شد ؛ اولین ابزارهای که که عبارت "CPU" به آن‌ها اطلاق شد همراه ظهور اولین برنامهٔ ذخیره شدهٔ در رایانه بود.ایدهٔ برنامهٔ ذخیره شده مربوط بعه زمان طراحی ENIAC بود . در ۳۰ ژوئن سال ۱۹۴۵ (۹ تیر ماه ۱۳۲۴) قبل از اینکه انیاک کامل شود , دانشمند ریاضیدان جان فون نیومان در مقاله‌ای به نام «[[First Draft of a Report on the EDVAC» آن را شرح داده بود .سرانجام شکل کلی ارائه داده شده برای برنامهٔ قابل ذخیره شدن در رایانه در آگوست سال ۱۹۴۹(تیر ماه ۱۳۲۸) کامل شد .EDVAC برای اجرا یک سری دستوالعمل‌های معین (یا عملگرهای خاص) برای گونه‌های متفاوت ،طراحی شده بود .این دستورالعمل‌ها می‌توانستند ترکیب شوند تا برنامه‌های مفید را بر روی EDVAC اجرا کنند . از نکات قابل توجه این بود که برنامه‌ای که برای EDVAC نوشته شده بود در یک حافظهٔ رایانه‌ای سریع؛ ذخیره شده بود که سریعتر از ثبت سخت افزاری است این پیروزی یک محدودیت شدید را بر ENIAC ایجاد می‌کرد و آن عبارت بود از این که مقدار بسیار زیادی از زمان و تلاش آن صرف تنظیمات دوباره برای انجام یک کار(پردازشی) جدید بود .با طراحی فون نیومان ؛برنامه یا نرم افزار که EDVAC اجرا می‌کرد می‌توانست تغییری ساده با محتوای حافظهٔ رایانه تغییر دهد .دستگاه‌های رقمی حال حاضر ،همه با پردازنده‌هایی توزیع شده‌اند که به مدار گسسته و بنابراین به تعدادی تغییر المان برای متفاوت بودن و تغییر حالات احتیاج دارند . قبل از تجاری شدن ترانریستور ؛ برای تغییر المانها از electrical relays و vacum tubes به صورت عمومی استفاده می‌شد . اگرچه اینها از مزایایی چون سرعت - به خاطر ساز و کار عمومی شان- برخوردار بودند ولی به خاطر بعضی مسایل غیرقابل اطمینان بودند .
ترانزیستور و مدارات مجتمع گسسته پردازنده ها
پیچیدگی طراحی پردانده‌ها همزمان با افزایش سریع فن آوری‌های متنوع که ساختارهای کوچکتر و قابل اطمینان تری را در وسایل الکترونیک باعث می‌شد، افزایش یافت . اولین موفقیت با ظهور اولین ترانزیستورها حاصل شد . پردازنده‌های ‍‍ترانزیستوری در طول دهه‌های ۵۰ و ۶۰ میلادی زمان زیادی نبود که اختراع شده بود و این در حالی بود که آنها بسیار حجیم، غیر قابل اعتماد و دارای المانهای سوئیچینگ شکننده مانند لامپ‌های خلا و رله‌های الکتریکی بودند. با چنین پیشرفتی پردازنده‌هایی با پیچیدگی و قابلیت اعتماد بیشتری بر روی یک یا چندین برد مدار چاپی که شامل قسمتهای تفکیک شده بودند ساخته شدند.
در طول این مدت ، یک روش برای تولید تعداد زیادی ترانزیستور روی یک فضای فشرده نظر اکثریت را به خود جلب کرد. مدارات مجتمع (IC)‌ها ،این امکان را فراهم کردند که تعداد زیادی از ترانزیستورها روی یک پایه نیمه رسانا لایه لایه شده یا «چیپ»ساخته شوند. در ابتدا تنها مدارات غیر تخصصی پایه مانند گیتهای منطقی NOR به صورت مدارات مجتمع ساخته شدند. پردازنده‌هایی که بر اساس چنین واحد سیستم پایه‌ای مدارات مجتمع ساخته شدند به طور کلی جزو مدارات مجتمع مقیاس کوچک (SSI) محسوب می‌شدند.مدارات مجتمع SSI مانند آنچه که در راهنمای کامپیوتر آپولو آورده شده ،معمولا شامل ترانزیستورها با تعداد ضرایبی از ۱۰ می‌باشند. ساخت یک پردازنده یکپارچه و بی عیب و نقص بدون استفاده از مدارات مجتمع SSI نیازمند هزاران چیپ مجزا می‌باشد ، اما همچنان مقدار حجم و توان مصرفی بسیار کمتری نسبت به طراحی به وسیله مدارات ترانزیستوری گسسته نیازمند است.چنین تکنولوژی میکرو الکترونیک پیشرفته‌ای باعث افزایش تعداد ترانزیستورهای موجود در ICها شد و بدین ترتیب کاهش تعداد ICهای منفردی را در پی داشت که به یک پردازنده کامل نیاز داشتند. درمدارات مجتمع سری MSI و LSI (مدارات مجتمع مقیاس متوسط و بزرگ) میزان ترانزیستورها تا صدها و سپس تا هزاران ترانزیستور افزایش یافت.در سال ۱۹۶۴ شرکت IBM سیستم معماری ۳۶۰ کامپیوتر را معرفی کرد که در یک سری از کامپیوترها که می‌توانستند یک برنامه را با چندین سرعت و شکل مختلف اجرا کنند مورد استفاده قرار گرفت. این کار در زمانی که بیشتر کامپیوترهای الکترونیکی با یکدیگر نا سازگار بودند ، حتی آنهایی که توسط یک کارخانه ساخته می‌شدند ،بسیار حائز اهمیت بود. به منظور تسهیل در چنین پیشرفتی شرکت IBM از یک راهکار به نام ریز برنامه (ریز دستورالعمل)استفاده کرد ، که همچنان به صورت گسترده‌ای در پردازنده‌های مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم معماری ۳۶۰ آنچنان به شهرت رسید که چندین دهه بر بازار سیستمهای کامپیوتری قدرتمند حکمفرما بود و چیزی از خود بر جای گذاشت که روند آن همچنان نیز به وسیله کامپیوترهای مدرن مشابه مانند کامپیوترهای سریZ شرکت IBM ادامه دارد. در همان سال (۱۹۶۴) انجمن تجهیزات دیجیتالی (DEC) یک کامپیوتر قدرتمند با هدف کاربرد علمی و تحقیقاتی به بازا عرضه کرد (PDP-۸.(DEC بعدها یک سیستم با نام PDP-۱۱عرضه کرد که به نهایت شهرت دست یافت و این سیستم در اصل با مدارات مجتمع SSI ساخته شده بود با این تفاوت که نهایتا با اجزاء LSI تکمیل شده بود و به یکباره به کاربرد عملی رسید. بر خلاف SSI و MSIهای قبلی ، اولین پیاده سازی LSI از PDP-۱۱ شامل پردازنده‌های مرکب از چهار LSI مدار مجتمع می‌باشد.
(انجمن تجهیزات دیجیتالی ۱۹۷۵(
کامپیوترهای با ترانزیستور پایه دارای چندین مزیت ممتاز بود. گذشته از تسهیل و ساده سازی ، قابلیت اعتماد بالا و توان مصرفی پایین تری داشتند. ترانزیستورها همچنین به پردازنده‌ها اجازه می‌دادند تا با سرعت بالاتری مورد استفاده قرار گیرد و این به علت زمان سوئیچینگ کوتاه یک ترانزیستور در مقایسه با یک لامپ الکترونی یا رله می‌باشد. در نتیجه برای هر دو حالت افزایش اعتماد و متناسب با آن افزایش چشمگیرسرعت ، المانهای سوئیچینگ پالس ساعت پردازنده در دهگان مگا هرتز در طول این دوره بدست آمد. به علاوه زمانیکه ترانزیستورهای گسسته و ICهای ریزپردازنده‌ها مورد استفاده زیادی قرار گیرند ، طراحی‌های جدید با کیفیت بالا مانند SIMD (دستورالعمل‌های منفرد بااطلاعات چندگانه) پردازنده‌های جهت دار آشکار می‌شود. این طراحی آزمایشگاهی اخیر بعدها باعث شکل گیری عصر تخصصی ابر کامپیوترها مانند نمونه ساخته شده توسط کری اینک گردید.






ریزپردازنده‌ها:
ريزپردازنده اينتل DX28048 در يک بسته سراميکیپیدایش ریز پردازنده‌ها در سال ۱۹۷۰ به طور قابل توجهی در طراحی و پیاده سازی پردازنده‌ها تاثیر گذار بود. از زمان ابداع اولین ریزپردازنده (اینتل۴۰۰۴)در سال ۱۹۷۰ و اولین بهره برداری گسترده از ریزپردازنده اینتل ۸۰۸۰ در سال ۱۹۷۴ ، این روند رو به رشد ریزپردازنده‌ها از دیگر روشهای پیاده سازی واحدهای پردازش مرکزی (CPU) پیشی گرفت ،کارخانجات تولید ابر کامپیوترها و کامپیوترهای شخصی در آن زمان اقدام به تولید مدارات مجتمع با برنامه ریزی پیشرفته نمودند تا بتوانند معماری قدیمی کامپیوترهای خود را ارتقا دهند و در نهایت ریز پردازنده‌ای سازگار با مجموعه دستورالعمل‌ها ی خود تولید کردند که با سخت افزار و نرم افزارهای قدیمی نیز سازگار بودند. با دستیابی به چنین موفقیت بزرگی امروزه در تمامی کامپیوترهای شخصی CPUها منحصرا از ریز پردازنده‌ها استفاده می‌کنند.
نسل قبلی ریزپردازنده‌ها از اجزا و قسمتهای بیشمار مجزا از هم تشکیل می‌شد که در یک یا چندین برد مداری قرار داشتند. اما ریزپردازنده‌ها ، CPUهایی هستند که با تعداد خیلی کمی IC ساخته می‌شوند ، معمولا فقط از یک IC ساخته می‌شوند. کارکرد در یک قالب مداری به مفهوم زمان سوئیچینگ سریعتر به دلیل حذف عوامل فیزیکی می‌باشد. مانند کاهش بهره پارازیتی خازنها ، که همگی در نتیجه کوچکی اندازه CPU هاست. این حالت باعث همزمان سازی ریزپردازنده‌ها می‌شود تا بتوانند پالس ساعتی در رنج چند ده مگا هرتز تا چندین گیگا هرتز داشته باشند. به علاوه تعداد مینی ترانزیستورها روی یک IC افزایش می‌یابد و پیچیدگی عملکرد با افزایش ترانزیستورها در یک پردازنده به طرز چشمگیری باعث افزایش قابلیت CPUها می‌شود. این واقعیت به طور کامل مبین قانون مور می‌باشد که در آن بطور کامل و دقیق رشد افزایشی ریزپردازنده‌ها و پیچیدگی آنها با گذر زمان پیش بینی شده بود.
در حالیکه پیچیدگی ، اندازه ، ساختمان و شکل کلی ریزپردازنده‌ها نسبت به ۶۰ سال گذشته کاملا تغییر کرده ، این نکته قابل توجه‌است که طراحی بنیادی و ساختاری آنها تغییر چندانی نکرده‌است. امروزه تقریبا تمام ریزپردازنده‌های معمول می‌توانندپاسخگوی اصل نیومن در مورد ماشینهای ذخیره کننده برنامه باشند.
مطابق قانون مور که در حال حاضر نیز مطابق آن عمل می‌شود ، روی کرد استفاده از فناوری جدید کاهش در مدارات مجتمع ترانزیستوری مد نظر است. در نهایت مینیاتوری کردن مدارهای الکترونیکی باعث ادامه تحقیقات و ابداع روشهای جدید محاسباتی مانند ایجاد کامپیوترهای ذره‌ای (کوانتومی) شد . به علاوه موجب گسترش کاربرد موازی سازی و روشهای دیگر که ادامه دهنده قانون سودمند کلاسیک نیومن است گردید.عملکرد ریزپردازنده‌ها :
کارکرد بنیادی بیشتر ریزپردازنده‌ها علیرغم شکل فیزیکی که دارند ، اجرای ترتیبی برنامه‌های ذخیره شده را موجب می‌شود. بحث در این مقوله نتیجه پیروی از قانون رایج نیومن را به همراه خواهد داشت. برنامه توسط یک سری از اعداد که در بخشی از حافظه ذخیره شده‌اند نمایش داده می‌شود.چهار مرحله که تقریبا تمامی ریزپردازنده‌هایی که از [ قانون نیومن] در ساختارشان استفاده می‌کنند از آن پیروی می‌کنند عبارتند از : فراخوانی ،رمز گشایی ، اجرا ، بازگشت برای نوشتن مجدد.
بلوک دیاگرامی که نمایشگرچگونگی رمز گشایی يک MIPS32 است.مرحله اول ، فراخوانی ، شامل فراخوانی یک دستورالعمل (که به وسیله یک عدد و یا ترتیبی از اعداد نمایش داده می‌شود) از حافظه برنامه می‌باشد. یک محل در حافظه برنامه توسط شمارنده برنامه(PC) مشخص می‌شود که در آن عددی که ذخیره می‌شود جایگاه جاری برنامه را مشخص می‌کند.به عبارت دیگر شمارنده برنامه از مسیرهای پردازنده در برنامه جاری نگهداری می‌کند. بعد از اینکه یک دستورالعمل فراخوانی شد شمارنده برنامه توسط طول کلمه دستورالعمل در واحد حافظه افزایش می‌یابد. گاهی اوقات برای اینکه یک دستورالعمل فراخوانی شود بایستی از حافظه کند بازخوانی شود. که این عمل باعث می‌شود ریزپردازنده همچنان منتظر بازگشت دستورالعمل بماند. این موضوع به طور گسترده‌ای در پردازنده‌های مدرن با ذخیره سازی و معماری مخفی سازی در حافظه‌های جانبی مورد توجه قرار گرفت. دستورالعملی که پردازنده از حافظه بازخوانی می‌کند باید معین شده باشد که چه عملی را CPU می خواهد که انجام دهد. در مرحله رمزگشایی ، دستورالعمل به بخشهایی که قابل فهم برای قسمتهای پردازنده هستند تفکیک می‌شود. روشی که در آن مقادیر دستورالعمل شمارشی ترجمه می‌شود توسط معماری مجموعه دستورالعمل‌ها (ISA) تعریف می‌شود. اغلب یک گروه از اعداد در یک دستورالعمل که شناسنده نامیده می‌شوند بیانگر این هستند که کدام فرایند باید انجام گیرد. قسمت باقیمانده اعداد معمولا اطلاعات مورد نیاز برای دستور را در بر دارند ، مانند عملوندهای یک عملیات اضافی که در واقع چنین عملوندهایی ممکن است به عنوان یک مقدار ثابت داده شوند(مقدار بیواسطه) ، یا اینکه به عنوان یک محل برای مکان یابی یک مقدار ، یک ثبات و یا آدرس حافظه که به وسیله گروهی از مدهای آدرس دهی تعیین می‌گردد داده شوند. در طرحهای قدیمی سهم پردازنده‌ها یی که در رمزگشایی دستورالعملها نقش داشتند از واحد سخت افزاری غیر قابل تغییر برخوردار بودند. اگرچه در بیشتر پردازنده‌ها و ISA‌های انتزاعی و پیچیده اغلب یک ریز برنامه دیگر جهت ترجمه دستورالعمل به صورت ترکیب سیگنالهای مختلف برای CPU ‌ها وجود دارد. این ریز برنامه گاهی قابلیت دوباره نویسی را دارد ، بنابر این آنها می‌توانند برای تغییر نحوه رمز گشایی دستورالعملها حتی پش از آنکه CPU ها تولید شدند اصلاحاتی را مجددا انجام دهند.
بلوک دياگرام يک پردازنده سادهبعد از مراحل فراخوانی و رمزگشایی مرحله اجرای دستور انجام می‌گیرد. در طول این مرحله قسمتهای مختلفی از پردازنده با هم مرتبط هستند و می‌توانند یک عملکرد مطلوب ایجاد کنند. برای مثال اگر یک عملکرد اضافی درخواست شود واحد محاسبه و منطق (ALU)با یک سری از ورودی‌ها و خروجی‌ها مرتبط خواهد شد. ورودی‌ها اعداد مورد نیاز برای افزوده شدن را فراهم می‌کنند و خروجیها شامل جمع نهایی اعداد می‌باشند. ALU شامل مجموعه‌ای از مدارهاست تا بتواند عملیاتهای ساده محاسباتی و منطقی را روی ورودی‌ها انجام دهد. اگر فرایند اضافی نتیجه بزرگی برای کارکرد پردازنده ایجاد کند یک پرچم سر ریز محاسباتی در ثبات پرچمها ایجاد می‌شود.
مرحله پایانی یعنی بازگشت به مکان اولیه و آمادگی برای نوشتن مجدد پس از مرحله اجرا در قسمتی از حافظه به وجود می‌آید. گاهی اوقات نتایج محاسبات در ثباتهای پردازنده‌های خارجی نوشته می‌شوند که اینکار برای دسترسی سریع به وسیله دستورهایی که بعدا به برنامه داده می‌شود انجام می‌گیرند. در حالت دیگر ممکن است نتایج با سرعت کمتری نوشته شوند اما در حجم بزرگتر و ارزش کمتر ، که این نتایج در حافظه اصلی ذخیره خواهند شد. برخی از دستورات شمارنده برنامه که قابل تغییر هستند نسبت به آن دسته از اطلاعاتی که مستقیما نتایج را تولید می‌کنند ترجیح داده می‌شوند. در اصل همگی این موارد خیزش نامیده می‌شوند و رفتارهایی شبیه حرکت در یک لوپ ، زمان اجرای برنامه (در طول استفاده از خیزش‌های شرطی) و همچنین روند توابع در برنامه‌ها را تسهیل می‌دهند. تعداد بسیاری از دستورات وضعیت یک رقم در ثبات پرچمها را تغییر می‌دهند. این پرچمها می‌توانند برای تاثیر گذاری در چگونگی عملکرد یک برنامه مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال یک نوع از دستورات مقایسه‌ای به مقایسه یک عدد و مقدار موجود در ثبات پرچمها رسیدگی می‌کند. این پرچم ممکن است بعدا با یک دستورالعمل جهشی برای مشخص کردن روند برنامه مورد استفاده قرار بگیرد.
بعد از اجرای دستورالعمل و نوشتن مجدد روی اطلاعات منتجه فرآیند به طور کامل تکرار می‌شود و با دستور بعدی چرخه به طور معمول مقدار بعدی را از ترتیب شمارشی فراخوانی می‌کند، که این عمل به دلیل روند افزایشی مقدار شمارنده برنامه می‌باشد. در پردازنده‌های خیلی پیچیده تر نسبت به آنچه توضیح داده شد چندین دستورالعمل قابل فراخوانی ، رمز گشایی و اجرا به صورت همزمان می‌باشند. این امر به طور کلی بیان می‌دارد که چه مباحثی به روش زمانبندی کلاسیک RISC مربوط می‌شود ، که در حقیقت این فرایند در پردازنده‌های معمولی که در بسیاری از دستگاههای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند متداول است. (ریز کنترل کننده یا میکرو کنترولر)طراحی و پیاده سازی
دامنه صحیح (رنج کاری(
روشی که یک پردازنده از طریق آن اعداد را نمایش می‌دهد یک روش انتخابی در طراحی است که البته در بسیاری از راههای اصولی اثر گذار است. در برخی از کامپیوترهای دیجیتالی اخیر از یک مدل الکترونیکی بر پایه سیستم شمارش دسیمال (مبنای ده) برای نمایش اعداد استفاده شده‌است. برخی دیگر از کامپیوترها از یک سیستم نامتعارف شمارشی مانند سیستم سه تایی(مبنای سه) استفاده می‌کنند. در حال حاضر تمامی پردازنده‌های پیشرفته اعداد را به صورت دودویی (مبنای دو) نمایش می‌دهند که در آن هر عدد به وسیله چندین کمیت فیزیکی دو ارزشی مانند ولتاژ بالا و پایین نمایش داده می‌شوند.
ریز پردازنده MOS۶۵۰۲ در بسته دوتایی که به صورت رايج 8بيتی طراحی شده‌استعلت نمایش دهی از طریق اعداد حجم کم و دقت بالا در اعدادی است که پردازشگر می‌تواند نمایش دهد. در حالت دودویی پردازنده‌ها , یک بیت به یک مکان مشخص در پردازنده اطلاق می‌شود که پردازنده با آن به صورت مستقیم در ارتباط است. ارزش بیت (مکانهای شمارشی) یک پردازنده که برای نمایش اعداد بکار برده می‌شود «بزرگی کلمه»، «پهنای بیت»،«پهنای گذرگاه اطلاعات» و یا «رقم صحیح» نامیده می‌شود.که البته این اعداد گاهی در بین بخشهای مختلف پردازنده‌های کاملا یکسان نیز متفاوت است. برای مثال یک پردازنده ۸ بیتی به محدوده‌ای از اعداد دسترسی دارد که می‌تواند با هشت رقم دودویی (هر رقم دو مقدار می‌تواند داشته باشد) ۲ یا ۲۵۶ عدد گسسته نمایش داده شود. نتیجاتا مقدار صحیح اعداد باعث می‌شود که سخت افزار در محدوده‌ای از اعداد صحیح که قابل اجرا برای نرم افزار باشد محدود شود و بدین وسیله توسط پردازنده مورد بهره برداری قرار گیرد.
دامنه صحیح همچنین می‌تواند در تعداد مکانهایی از حافظه که قابل آدرس دهی در پردازنده هستند تاثیر گذار باشد. به عنوان مثال اگر یک پردازنده از ۳۲ بیت برای نمایش آدرس حافظه استفاده کند و هر آدرس حافظه‌ای یک بایت (۸بیت) را نمایش دهد ، ماکزیمم مقدار حافظه چنین پردازنده‌ای می‌تواند ۲ بایت یا ۴ گیگا بایت را آدرس دهی کند. این یک نمای ساده از فضای آدرس دهی پردازنده هاست و بسیاری از طراحی‌ها از روشهای آدرس دهی پیشرفته تری مانند استفاده از حافظه‌های مجازی استفاده می‌کنند تا بتوانند مکانهای بیشتری از حافظه را آدرس دهی کنند.'
سطوح بالا تر دامنه صحیح (رنج کاری) به تشکیلات بیشتری برای رسیدگی به رقمهای افزوده نیازمند است و بنابراین پیچیدگی ، اندازه ،توان مصرفی و حتی هزینه عمومی بیشتری را در پی خواهد داشت.و این امر به هیچ وجه مقبول نیست. بنابر این استفاده از ریز کنترل کننده‌های ۴و ۸ بیتی که در کاربردها پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد متداول تر است. هرچند پردازنده‌های با دامنه کاری بالاتر (مثل ۱۶ ،۳۲ ،۶۴ ویا حتی ۱۲۸ بیتی)نیز موجود می‌باشد. میکرو کنترل کننده‌های ساده تر معمولا ارزانتر بوده و توان مصرفی کمتری دارند و نتیجاتا گرمای کمتری نیز تولید می‌کنند که همگی این موارد در طراحی قطعات الکترونیکی مدنظر قرار می‌گیرند. به عنوان مثال سیستم ۳۷۰ شرکت IBM از یک پردازنده‌ای استفاده می‌کند که در حالت اولیه ۳۲ بیتی است اما در قسمت متغیردرونی خود از ۱۲۸ بیت برای تسهیل و دقت بیشتر استفاده می‌کند. بسیاری از پردازنده‌های اخیر از پهنای بیت ترکیبی مشابهی استفاده می‌کنند ، خصوصا زمانیکه پردازنده برای کاربردهای عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرد و نیازمند ایجاد تعادل بین قسمت متغیر و صحیح می‌باشد.
پالس ساعت:
اکثر پردازنده‌ها و در حقیقت اکثر دستگاههایی که با منطق پالسی و تناوبی کار می‌کنند به صورت طبیعی باید سنکرون یا همزمان باشند. این بدان معناست که آنها به منظور همزمان سازی سیگنالها طراحی و ساخته شده‌اند. این سیگنالها به عنوان سیگنال ساعت(پالس ساعت) شناخته می‌شوند و معمولا به صورت یک موج مربعی پریودیک (متناوب) می‌باشند. برای محاسبه بیشترین زمانی که سیگنال قادر به حرکت از قسمتهای مختلف مداری پردازنده‌است ، طراحان یک دوره تناوب مناسب برای پالس ساعت انتخاب می‌کنند. این دوره تناوب باید از مقدار زمانی که برای حرکت سیگنال یا انتشار سیگنال در بدترین شرایط ممکن صرف می‌شود بیشتر باشد. برای تنظیم دوره تناوب باید پردازنده‌ها باید مطابق حساسیت به لبه‌های پایین رونده یا بالا رونده حرکت سیگنال در بدترین شرایط تاخیر طراحی و ساخته شوند. در واقع این حالت هم از چشم انداز طراحی و هم از نظر میزان اجزای تشکیل دهنده یک مزیت ویژه در ساده سازی پردازنده‌ها محسوب می‌شود. اگرچه معایبی نیز دارد ، از جمله اینکه پردازنده باید منتظر المانهای کندتر بماند ، حتی اگر قسمتهایی از آن سریع عمل کنند. این محدودیت به مقدار زیادی توسط روشهای گوناگون افزایش قدرت موازی سازی (انجام کارها به صورت همزمان) پردازنده‌ها قابل جبران است.
با وجود این پیشرفت معماری کامپیوترها ، به تنهایی قادر به حل اشکالات عدم همزمان سازی سرتاسری و جهانی پردازنده‌ها نیست. برای مثال یک پالس ساعت تابع تاخیرهای موجود در هر سیگنال دیگر است. پالس ساعت‌های بالاتر در پردازنده‌های پیچیده و ترکیبی برای نگه داریشان در یک فاز (همزمانی) در طول یک واحد ، بسیار مشکل ساز خواهد بود. این مشکل بسیاری از پردازنده‌های پیشرفه را به سوی سیگنالهای ساعت متعیر سوق داده‌است تا بتواند ازتاخیرهای سیگنال-سیگنال جلوگیری به عمل آورد.موضوع مهم دیگر در زمینه پالس ساعت ، افزایش چشمگیر میزان گرمایی است که توسط پردازنده تولید می‌شود.تغییر دائمی کلاک پالسها باعث می‌شوند تا اجزای بیشتری بدون در نظر گرفتن اینکه آیا در آن زمان مورد استفاده قرار می‌گیرند یا نه تغییر وضعیت پیدا کنند. به طور کلی جزئی که تغییر وضعیت می‌دهد انرژی بیشتری نسبت به المانی که ثابت است مصرف می‌کند. بنابر این وقتی که پالس ساعت افزایش یابد باعث اتلاف گرمای بیشتری می‌شود و در نتیجه پردازنده نیازمند راه حل‌های مناسب تری برای انجام خنک کاریست.

مشخصه با اهمیت ریز پردازنده ها عبارتند از :
× . سرعت .
× . پهنای گذرگاه داده .
× . پهنای گذرگاه آدرس .
× . ماکزیمم حافظه .
علاوه بر این مشخصه ها تعداد ترانزیستور با کار گرفته شده ، cache داخلی ، پهنای پالس ، اندازه رجیستر های داخلی در پردازنده ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند . همه پردازنده ها سه عمل اساسی را انجام می دهند :× . انتقال اطلاعات
× . حساب و منطق
× . تصمیم گیری

مشخصات فنی پردازنده ها
پردازنده ها به عنوان یکی از اصلی ترین عناصر در یک کامپیوتر به صورت یک تراشه به شکل مربع روی برد اصلی قرار می گیرد . معمولا هر پردازنده دارای خصوصیات ویژه ای است که توسط تعدادی حروف و ارقام که بر روی هر کدام از آن ها چاپ شده ، مشخص می شوند . این اطلاعات شامل موارد زیر می باشد :- نام شرکت سازنده .
- نسل پردازنده .
- مدل و نوع پردازنده .
- سرعت پردازنده (MHZ ) .
- ولتاژ مورد نیاز پردازنده .
- شماره سریال پردازنده .

- در ادامه به توضیح برخی از این مشخصه ها می پردازیم :

- نام شرکت سازنده پردازنده
- پردازنده ها توسط شرکت های مختلفی ساخته و ارائه شده اند. شرکت های
- شهور سازنده پردازنده عبارتند از :
- Intel - IBM - AMD - Syrex - Motorola- IDT- NIC- IITگاهی بر روی پردازنده ها نام شرکت سازنده به صورت کامل و گاهی به صورت علائم اختصاری مخصوص شرکت مشخص می شود . مثلا برای محصولات شرکت از AMD برای مشخص کردن نام پردازنده عبارت ADVANCED شرکتهای MICRO DEVICES که کلمه AMD از آن گرفته شده چاپ می شود.

مدل پردازنده :
هر کدام از نسل های پردازنده دارای مدلهای مختلفی می باشد که دارای مشخصات متفاوت می باشند . مثلا در مورد پردازنده و 80386 مدلهای DX , SX و برای 80486 مدلهای SX , DX , DXII , DX4 , DX5 برای پنتیوم (نسل پنجم) مدل های پنتیوم کلاسیک و MMX ، برای نسل ششم مدل های پنتیوم پرو ، پنتیوم II و پنتیوم III پنتیوم سلرون برای نسل هفتم مدل اتیانیوم را می توان اشاره نمود .
سرعت پردازنده
یکی دیگر از پارامتر های مهم برای پردازنده که معمولا روی پردازنده چاپ می شود ، سرعت پردازنده است . سرعت پردازنده بر حسب مگاهرتز (MHZ) مشخص می شود . گاهی سرعت پردازنده ها معادل سرعت پردازنده مشابه Intel بر روی آن چاپ می شود. در این پردازنده ها که شبیه پردازنده های پنتیوم Intel هستند ، برای نشان دادن سرعت AMD-K5 که در سطر دوم آن عبارت PR100 چاپ شده است ، بدین معنی است که این پردازنده دارای سرعتی معادل سرعت پردازنده های پنتیوم اینتل با سرعت 100MHZ می باشد . هر چند ممکن است سرعت واقعی این پردازنده کمتر باشد . چنانچه بعد از PR100 علامت + هم داشته باشیم یعنی سرعت این پردازنده حتی از پردازنده اینتل با سرعت 100MHZ هم بیشتر می باشد.

مانیتور های LCD

مقدمه:
آموخته ایم که ماده سه حالت جامد ، مایع و گاز دارد که به تازگی هم دو حالت دیگر به آن اضافه شده است. جامدات شکل خاصی دارند، یعنی مولکولهای آنها موقعیت خاصی نسبت به یکدیگر داشته و نمی توانند آزادانه به هر سو حرکت کنند . ولی مولکول های مایعات چنین قیدی نسبت به هم ندارند و در کل حجم آن در حرکت اند . کریستالهای مایع موادی هستند که ظاهر مایع دارند، اما مولکولهای آنها آرایش خاصی نسبت به یکدیگر دارند ، درست مانند جامدات که در شکل هم به راحتی دیده می شود. به همین دلیل کریستال مایع خصوصیاتی شبیه به مایع و جامد داشته و به همین دلیل با چنین اسم متناقضی خوانده می شوند .
این مواد به شدت به دما حساس اند و اندکی حرارت لازم است تا آنها را به مایع واقعی درآورد و یا اندکی سرما تا به معمولی تبدیل شود. به همین دلیل است که LCD ها در مقابل تغییرات دما عکس العمل نشان داده و به عنوان دماسنج طبی استفاده می شوند . جالب این است که به دلیل همین حساسیت نمی توان از کامپیوترهای کیفی یا نظایر آن در هوای بسیار سر و یا مثلاً در آفتاب داغ ساحل دریا استفاده کرد . در این وضعیت معمولاً LCD ها عکس العمل های عجیب و غریبی از خود نشان می دهند .
انواع مختلفی از مواد شناخته شده اند که در دمای معمولی چنین خصوصیاتی دارند. اما دسته ای از آنهاهستند که به جریان الکتریسیته هم حساس هستند و مولکولهای آن متناسب با جریان برق ورودی می چرخند و تغییر زاویه می دهند . این خصوصیت عجیب اثر جالبی هم دارد. وقتی نور از درون یک کریستال مایع این چنین عبور کند، پلاریزاسیون یا قطبش آن هم جهت با مولکولهای کریستال می شود .
از همین خاصیت برای LCD ها استفاده شد. با این توضیح که چون کریستالهای مایع شفاف و هادی الکتریسیته هستند ، به راحتی می توان آنها را در جریان الکتریسیته قرار داد و نور را از آن عبور داد.
برای این کار به جز کریستال مایع به 2 تکه از این شیشه پلاروید یا قطبشگر هم نیاز است. احتمالاً این شیشه ها را دیده اید. اگر دو تکه از این شیشه ها را روی هم قرار دهید. نور به راحتی از آن عبور می کند . اما وقتی یکی از آنها را 90 درجه نسبت به دیگری بچرخانید ، دیگر نور رد نمی شود . این اتفاق به این دلیل روی می دهد که هر شیشه نو را فقط در جهت خاص محور خود عبور می دهد . اگر دو شیشه هم محور باشند نور به راحتی عبور می کند اما اگر محورها با هم زاویه 90 درجه داشته باشند نور رد نخواهد شد .

برای ساخت LCD دو شیشه پلاروید را با 90 درجه اختلاف نسبت به یکدیگر قرار می دهند و یک کریستال مایع بین آنها می گذارند . وقتی کریستال به جریان برق وصل نباشد؛ نور از قطبشگر اول می گذرد و وارد کریستال مایع می شود جهتش 90 درجه تغییر کرده و به همین دلیل از قطبشگر دوم هم عبور کرده و به چشم می رسد. اما وقتی که جریان به کریستال وصل باشد ،نور دیگر چرخشی نخواهد داشت و نمی تواند از کریستال دوم عبور کند .

طرز كار مانيتور هاي كريستال مايع :

اگر از کاربران رايانه باشيد، احتمالا اسمهايي از قبيل مانيتور فلت و LCD ها را شنيده ايد. لغتهايي که امروزه به قدري باب شده اند که حتي کودکان 5 6ساله هم که گاهي آنها را به زبان مي آورند.
آيا صفحه هاي فلت ، LCDو پلاسمايي يکي هستند يا معاني جدايي دارند و ما از روي ناآگاهي آنها را به جاي هم به کار مي بريم؟
واقعيت اين است که اينها معاني متفاوتي هستند که برحسب اشتباه از آنها به صورت جايگزين استفاده مي کيم. احتمالا هر روزه از وسايل متفاوتي استفاده مي کنيم که شامل LCDها هستند.
رايانه هاي لپ تاپ ، برخي مانتيورها، ساعتهاي ديجيتالي ، اجاقهاي مايکروويو، دستگاه پخش سي دي و دستگاه هاي الکترونيکي فراوان ديگر شامل LCD ها هستند. براي تشخيص LCD بودن يک صفحه کافي است ، براي چند ثانيه انگشت خود را روي آن صفحه قرار دهيد و حرکت امواج را در ناحيه اطراف دستتان مشاهده کنيد.البته اين کار به هيچ عنوان توصيه نمي شود. چرا که در درازمدت به مانيتور شما آسيب مي رساند. LCD يا Liquid Crystal Display به دليل مزيت هايي از قبيل نازک بودن ، وضوح بيشتر و مصرف برق کمتر متداول شده اند.
LCDها يا کريستال هاي مايع اولين بار در سال 1988از سوي يک گياه شناس اتريشي به نام فردريک رينيتز کشف شد. او مشاهده کرد زماني که يک ماده شبيه کلستريل را ذوب مي کند، اين مايع که در ابتدا تيره بوده و با بالا رفتن حرارت ، رنگ آن روشن مي شود پس از خنک کردن ، مايع قبل از تبلور نهايي به رنگ آبي تبديل مي شود.از ساخت آزمايشي اولين LCDدر سال 1986، مدت 18سال مي گذرد. از آن هنگام سازندگان LCDها آن را به لحاظ تکنولوژيکي توسعه دادند و LCDها را از لحاظ تکنيکي به سطح بالايي رساندند و روند رو به رشد فناوري ساخت اين وسيله همچنان رو به فزوني است.
کريستال هاي مايع بسته به چگونگي تحريک و نحوه آرايش مولکول ها به گروه هاي مختلفي تقسيم مي شوند. اين نوع کريستال ها نسبت به تغيير دما و در بعضي موارد فشار واکنش نشان مي دهند و جهت گيري مولکولها در آنها از الگوي خاصي پيروي مي کند که اغلب يک منشا خارجي جهت دهنده دارد.
از شواهد برمي آيد که کريستال هاي مايع به حالت مايع نزديک تر هستند تا جامد. آنها مقادير متوسطي از گرما را دريافت مي کنند تا يک ماده مناسب را از يک حالت جامد به کريستال مايع تبديل کنند و فقط مقدار بيشتري گرما را براي تبديل همان کريستال مايع به حالت مايع واقعي دريافت مي کنند.
به خاطر اين که کريستال هاي مايع به درجه حرارت بسيار حساس هستند، انتخاب مناسبي براي کاربرد در دماسنج ها هستند. از اينجا دلايل وضوح صفحه مانيتور کامپيوتر لپ تاپ در يک هواي سرد يا در خلال يک روز داغ در کنار ساحل روشن مي شود. يک LCD وسيله اي است که از 4 الگو يا واقعيت فيزيکي بهره مي گيرد: اول اين که نور مي تواند قطبيده شود، دوم اين که کريستال هاي مايع مي توانند منتقل شوند و نور قطبيده شده را تغيير دهند. سوم اين که ساختار کريستال هاي مايع مي توانند از سوي جريان الکتريکي تغيير يابند و آخرين مورد اين که مواد شفافي موجودند که قادرند جريان الکتريسيته را هدايت کنند.


سيستم LCD :
دو نوع LCD در رايانه وجود دارد ؛ ماتريس غيرفعال passive matrix و ماتريس فعال .active matrixهاي ماتريس غيرفعال از يک شبکه ساده ، براي تامين شارژ پيکسل هاي موجود روي نمايشگر استفاده مي کنند. ايجاد شبکه درواقع يک مرحله پردازش است که با دو لايه شفاف آغاز مي شود.
به يکي از اين لايه ها ستون ها و به ديگري رديف هايي واگذار مي شود که از مواد هادي و شفاف ساخته مي شوند که معمولا از جنس اکسيد قلع هستند. ستونها و رديفها به مدارهاي مجتمع (IC ها) مرتبط مي شوند و زماني که شارژ از ستون يا سطر خارج شود، اين مدارها، کنترل خواهد شد.
مواد کريستال مايع مابين دو لايه شفاف قرار خواهد گرفت ، يک فيلم قطبيده به بخش خارجي از هر يک از اين لايه اضافه مي شود. سادگي سيستم ماتريس غيرفعال جالب است اما نواقصي نيز به همراه دارد، از جمله زمان پاسخ کوتاه و کنترل ولتاژ بدون دقت.راحت ترين راه براي مشاهده زمان پاسخ کوتاه در يک LCDماتريس غيرفعال اين است که نشانگر ماوس را بسرعت از سمت صفحه نمايش به سمت ديگر حرکت دهيد. درحالتي که اين حرکت انجام مي شود به حالت سايه هايي که در پي نشانگر ظاهر مي شود، توجه کنيد.
کنترل ولتاژ با عدم دقت از توانايي ماتريس غيرفعال جلوگيري مي کند و در يک زمان تنها بر يک پيکسل تاثير مي گذارد. زماني که ولتاژ براي از هم باز کردن يک پيکس به کار گرفته مي شود، پيکس هاي اطراف آن نيز تا حدي از هم باز مي شود که باعث مي شود تصاوير تار به نظر آيد و کنتراست خود را از دست بدهد.
LCDهاي ماتريس فعال به TFTها وابسته هستند. اساسا TFTها ترانزيستورها و خازن هاي کوچک سوئيچ شونده هستند. آنها در يک ماتريس و روي يک لايه شفاف مرتب مي شوند. براي آدرس دهي يک پيکسل ، رديف مناسب سوييچ مي شود و سپس شارژ به ستون اصلي ارسال مي شود. خازن قادر به نگهداري شارژ تا به دوره تازه سازي بعدي است.
اگر دقيقا مقدار ولتاژي که براي يک کريستال تامين مي شود، کنترل گردد، خواهيد توانست آن را از هم باز کنيد. بيشتر نمايشگرهاي امروزي در هر پيکسل 256سطح روشنايي پيشنهاد مي کنند. فناوري LCDها بسرعت در حال رشد است.اندازه نمايشگر محدود به مشکلات کنترل کيفيت مي شود که به سازنده هاي آنها برمي گردد. بتازگي شرکت اپل بزرگترين مانيتور LCDجهان را دراندازه 30اينچي به بازار عرضه کرد که کيفيت تصويري بسيار بالا دارد.پس براي داشتن وضوح و کيفيت قابل توجه ،بايد بهاي زيادي بپردازيم.


چرا LCDهاكريستالهاي مايع( liquid crystal) ناميده مي‌شوند؟به نظر مي‌رسد عنوان كريستال مايع تضادي به همراه داشته باشد؛ عبارت كريستال(crystal) تداعي كننده يك ماده جامد نظير كوارتز (معمولا به سختي يك سنگ) است، در حالي كه مايع متفاوت از كريستال است. در اين مطلب خواهيد فهميد كه چگونه كريستال مايع ترفندهاي جالبي مي‌زند و پي به تكنولوژي اساسي كه باعث مي‌شود LCDها كار كنند، خواهيم برد. همچنين خواهيد آموخت كه چگونه ويژگي‌هاي عجيب كريستال‌هاي مايع مورد استفاده واقع مي‌شوند تا نوع جديدي از شاتر(shutter) ايجاد شده و چگونه شبكه‌هاي اين شاترهاي ريز، باز و بسته مي‌شوند(تا مدلهايي ايجاد نمايد كه اعداد، كلمات و تصاوير را به نمايش دهند.

تاريخچه LCDها
امروزه به هر كجا كه بنگريم LCDها را مي‌بينيم، رشد اين تكنولوژي مدت زماني را سپري نمود. زمان طولاني از زمان كشف كريستالهاي مايع به كثرت كاربردهاي اين وسيله طي شد تا اينكه ما از استفاده اين وسيله لذت ببريم.كريستالهاي مايع اولين بار در سال 1888 توسط يك گياه‌شناس اطريشي به نام فردريك رينيتزر(Friedrinch Rreinitzer) كشف شد. او مشاهده كرد زماني كه يك ماده شبيه كلستريل را ذوب مي‌كند (اسيد بنزوئيك كلستريل)، در ابتدا يك مايع تيره بوده و سپس در صورتي كه درجه حرارت بالا رود، روشن مي‌شود. پس از خنك كردن، مايع قبل از تبلور نهايي به رنگ آبي تبديل مي‌شود.
از ساخت آزمايشي اولين LCD در سال 1968، مدت 80 سال مي‌گذرد. از آن هنگام سازندگان LCD گونه‌هاي ماهرانه و جالبي از اين وسيله را به لحاظ تكنولوژيكي توسعه دادند و LCDها را از لحاظ تكنيكي به سطح بالايي رساندند و روند رو به رشد تكنولوژي ساخت اين وسيله همچنان رو به فزوني است.تاكنون مدل هاي متفاوتي از LCD ها مطرح و عرضه شده است : - شركت IBM در سال 1981 مانتيورهاي CGA)Color Graphic Adapte) را معرفي كرد. مانتيورهاي فوق قادر به نمايش چهار رنگ با وضوح تصوير 320 پيكسل افقي و 200 پيكسل عمودي مي باشند.
- شركت IBM در سال 1984 مانيتورهاي EGA)Enhanced Graphiv Adapter) را معرفي كرد. مانيتورهاي فوق قادر به نمايش شانزده رنگ و وضوح تصوير 350 * 640 بودند.
- شركت IBM در سال 1987 سيستم VGA)Video Graphiv Array) را معرفي كرد. مانيتورهاي فوق قادر به نمايش 256 رنگ و وضوح تصوير 600 * 800 بودند. - شركت IBM در سال 1990 سيستم XGA)Extended Graphics Array) را معرفي كرد. سيستم فوق با وضوح تصوير 600*800 قادر به ارائه 8/ 16 ميليون رنگ و با وضوح تصوير 768 * 1024 قادر به نمايش 65536 رنگ است . اغلب صفحات نمايشگر كه امروزه در سطح جهان عرضه مي گردند ، UXGA)Ultra Extended Graphics Array) استاندارد را حمايت مي نمايند. UXGA قادر به ارائه 8 / 16 ميليون رنگ با وضوح تصوير 1200 * 1600 پيكسل است
. كريستالهاي مايع( liquid crystals)
همه ما مي‌دانيم كه ماده داراي سه حالت عمومي است؛ جامد، مايع و گاز. مولكولهاي جامدات هميشه و در همان محلي كه قرار دارند موقعيت خودشان را نسبت به بقيه حفظ مي‌كنند.
مولكولهاي موجود در مايعات برعكس جامدات هستند و قادرند وضعيت خودشان را تغيير دهند و در يك حالت غير عادي وجود دارند؛ در صورتي كه مواد فراواني هستند كه در يك حالت غير عادي وجود دارند؛ يعني به نوعي شبيه به يك مايع و نيز شبيه يك جامد! هستند. زماني كه مواد در اين حالت قرار مي گيرند، مولكولهايشان گرايش دارند كه وضعيت خودشان را حفظ نمايند. شبيه مولكولهاي موجود در يك جامد. اما به طرف موقعيت‌هاي متفاوت نيز در حركت خواهند بود. شبيه مولكولهاي موجود در مايع. اين توضيحات بدين خاطر ذكر شد كه به اين نكته اشاره شود كه كريستالها هم مايع، جامد و يا مايع هستند.
بنابراين آيا كريستالهاي مايع شبيه جامدات عمل مي‌كنند يا مايعات و يا شبيه چيز ديگري؟
از شواهد بر مي‌آيد كه كريستالهاي مايع به حالت مايع نزديك‌تر هستند تا جامد. آنها مقادي متوسطي از گرما را دريافت كرده تا يك ماده مناسب را از يك حالت جامد به كريستال مايع تبديل كنند و فقط مقدار بيشتري گرما را جهت تبديل همان كريستال مايع به حالت مايع واقعي دريافت مي‌كنند. به خاطر اين كه كريستالهاي مايع به درجه حرارت بسيار حساس هستند، آنها براي ساختن دماسنجها و ... كاربرد دارند. دليل اينكه چرا صفحه نمايش يك كامپيوتر لپ‌تاپ در يك هواي سرد يا در خلال يك روز داغ در كنار ساحل به خوبي نمايش مي‌دهد، به خاطر همين كريستالها مي‌باشد!.همانگونه كه انواع زيادي از جامدات و مايعات وجود دارد، انواع زيادي از مواد داراي خاصيت كريستال مايع نيز موجود است. بدليل حرارت و طبيعت مواد، كريستالهاي مايع در چندين حالات متفاوت مي‌توانند باشند. در اين مطلب درباره حالت نماتيك(nematic) از كريستالهاي مايع صحبت خواهيم كرد.
يك مشخصه از كريستالهاي مايع اين است كه تحت تاثير جريان الكتريكي قرار مي‌گيرند. يك نوع ويژه از كريستال مايع نماتيك، نماتيكهاي بهم تابيده (TN)ناميده مي‌شود. پراكندن يك جريان الكتريكي به اين كريستالهاي مايع، آنها را به درجات متنوعي بسته به مقدار ولتاژ جريان، از بهم تابيدگي خارج مي‌سازد. LCDها از اين كريستالهاي مايع استفاده مي‌كنند، به خاطر اينكه به جريان الكتريكي به عنوان كنترل گذر نور واكنش نشان مي‌دهند.

انواع كريستالهاي مايع

بيشتر مولكولهاي كريستال مايع به شكل تركه هستند و در گروه‌هاي ترموتروپيك(thermotropic) و ليتروپيك(lytrotropic) هستند. كريستالهاي مايع ترموتروپيك براي تغييرات در درجه حرارت يا در بعضي حالات، در فشار واكنش نشان مي‌دهند. واكنش كريستال مايع ليتروپيك كه در ساخت صابون و مواد پاك كننده استفاده مي‌شود، بستگي به نوع حلالي دارد كه مخلوط مي‌شوند. كريستالهاي مايع ترموتروپيك يا از نوع ايزوتراپيك(isotropic) و يا نماتيك(nematic) هستند. تفاوتهاي كليدي اين دو در اين است كه مولكولها در مواد كريستالهاي مايع از نوع ايزوتراپيك در آرايش، بدون ترتيب هستند، در حالي كه نماتيك‌ها داراي نظم تعريف شده‌اي بوده وداراي مدل هستند.در حال نماتيك، كريستالهاي مايع مي‌توانند بيشتر در راهي كه مولكولها خودشان جهت‌گيري مي‌كنند طبقه بندي شوند. سماتيك، لايه‌هايي از مولكولها را ايجاد مي‌كند. تعداد فراواني از حالات سماتيك موجود است، نظير سماتيك نوع c كه مولكولها در يك لايه به يك زاويه‌اي از لايه قبلي زاويه‌دار مي‌شوند. حالت متداول ديگر حالت كلستريك (cholestric) مي‌باشد كه به نماتيك كايرال (chiral nematic) نيز شهرت دارد؛ در اين حالت مولكولها تا اندازه‌اي از يك لايه به لايه ديگر منحرف مي‌شوند و در يك ساختار مارپيچي شكل مي‌گيرند.
كريستالهاي مايع فروالكترونيك (FLC) (4)
از مواد كريستال مايع استفاده مي‌كنند كه داراي مولكولهاي كايرال هستند و در يك نظم سماتيك نوع C هستند. به خاطر اينكه طبيعت مارپيچي از اين مولكولها اجازه زمان پاسخ سوييچ ميكروثانيه‌اي را مي‌دهد، به طور اخص FLCها را براي نمايشگرهاي پيشرفته، مناسب مي‌سازد. كريستالهاي مايع فروالكترونيك با سطح مقاوم(SSFLC) (5) فشار كنترل شده را از طريق استفاده از سطح شفاف بكار مي‌گيرد؛ از حالت مارپيچي مولكولها، براي ايجاد سوييچ سريعتر جلوگيري مي‌كند.
ايجاد يك LCD ساده
تركيب 4 نكته زير امكان LCDها را فراهم مي‌سازد:
* نور مي‌تواند پلاريزه شود.
* كريستالهاي مايع مي‌توانند منتقل شوند و نور پلاريزه شده را تغيير دهند.* ساختار كريستالهاي مايع مي‌توانند توسط جريان الكتريكي تغيير يابند.* مواد شفافي موجودند كه قادرند جريان الكتريسيته را هدايت كنند.يك LCD وسيله‌اي است كه اين 4 الگو را بكار مي‌گيرد. براي ايجاد يك LCD دو بخش شفاف پلاريزه شده بايد در اختيار باشد. يك پليمر خاصي كه شيارهاي ميكروسكوپي در سطح ايجاد مي‌كند و در كنار بخش شفافي كه فيلم پلاريزه شده بر روي آن نيست، كشيده مي‌شود. شيارها بايستي در همان جهتي كه فيلم پلاريزه مي‌شود، باشند. سپس نوبت افزودن روكشي از كريستالهاي مايع نماتيك به يكي از فيلترها مي‌باشد. شيارها اولين لايه از مولكولها براي تنظيم كردن (با جهت -----) را سبب مي‌شود. سپس دومين قطعه از بخش شفاف با فيلم پلاريزه شده در جهت زاويه راست به اولين قطعه اضافه مي‌شود. هر لايه متوالي از مولكولهاي TN، بتدريج منحرف مي‌شوند تا اينكه فوقاني‌ترين لايه در يك زاويه 90 درجه تا انتها باشد و فيلترهاي بخش شفاف پلاريزه شده را به هم جفت مي‌كند.
چنانچه نور به اولين ----- برخورد كند آن پلاريزه مي‌شود و چنانچه نور از ميان لايه‌هاي كريستالهاي مايع بگذرد مولكولهاي سطح نور ارتعاش پيدا مي‌كند و براي جور شدن زاويه‌شان تغيير مي‌يابد. در صورتي كه نور به دورترين جهت از مواد كريستال مايع برسد آن در همان زاويه (در لايه پاياني مولكولها) مرتعش مي‌شوند. اگر آخرين لايه با دومين ----- شفاف پلاريزه شده همخواني داشته باشد نور گذر خواهد كرد.اگر ما يك شارژ الكتريكي را براي مولكولهاي كريستال مايع به كار گيريم آنها از هم باز خواهند شد. زماني كه آنها مرتب شدند زاويه نوري كه از ميان آنها مي‌گذرد تغيير مي‌يابد و بنابراين زماني نمي‌گذرد كه با زاويه ----- پلاريزه شده فوقاني يك جور در خواهد آمد در نتيجه هيچ نوري از ميان ناحيه‌اي ازLCD كه آن ناحيه را تيره‌تر از نواحي اطراف مي‌كند، عبور نمي‌كند.
ساخت يك LCD ساده، آسان است. اين كار مي‌تواند با قرارگيري سطح شفاف(شيشه‌اي) و كريستالهاي مايع كه قبلا به آنها اشاره شده است و با افزودن دو الكترود شفاف به آن آغاز شود. به عنوان مثال تصور كنيد كه شما مي‌خواهيد كه ساده‌ترين LCD ممكن را فقط با يك الكترود بر روي آن ايجاد كنيد. لايه‌ها شبيه شكل 2 خواهند بود.
اين LCD كه به آن پرداخته مي‌شود ساده و مقدماتي است. در قسمت پشت، يك آينه است(A)، اين آينه كار انعكاس نور LCD را بر عهده دارد. بعد از اين يك بخش شفاف (B) با فيلم پلاريزه شده بر روي بخش انتهايي و يك سطح الكترود (C) كه از اكسيداينديم ساخته مي‌شود، اضافه مي‌شود. يك سطح تمام فضاي LCDرا مي‌پوشاند. بالاي آن لايه‌اي از ماده كريستال مايع است(D)، بعد از اين لايه بخش ديگري از سطح شفاف وجود دارد(E)؛ با الكترودي به شكل مستطيلي در بخش انتهايي و در قسمت فوقانيLCD، فيلم پلاريزه شده و ديگري(F) هست كه نسبت به اولي در زاويه راست وجود دارد.
الكترود به يك منبع تغذيه وصل مي‌شود(شبيه يك باتري)، زماني كه جرياني نباشد، نور از رو به روي LCD وارد مي‌شود و به سادگي به آينه برخورد كرده و به حالت اول خويش برمي‌گردد. زماني كه باتري جريان لازم را براي الكترودها فراهم مي‌سازد، كريستالهاي مايع مابين الكترود سطح مشترك و الكترود مستطيلي شكل، نور را در آن ناحيه، از عبور كردن متوقف مي‌كنند. اين عمل باعث مي‌شود كه LCD مستطيل را به صورت يك ناحيه تيره نشان دهد.
توجه داشته باشيد كه LCD ساده مورد نظر شما به يك منبع نور خارجي نياز دارد. مواد كريستال مايع هيچ نوري از خودشان ساطع نمي‌كنند. LCDهاي كوچك و ارزان غالبا منعكس كننده هستند؛ يعني چيزي را كه نمايش مي‌دهند، بايستي نور را از منابع نور خارجي انعكاس دهند. به عنوان نمونه در مورد LCD يك ساعت، اعداد بر روي صفحه نمايش داده مي‌شود؛ جايي كه الكترودهاي كوچك، كريستالهاي مايع را شارژ مي‌كنند، بنابراين نور از ميان فيلم پلاريزه منتقل نمي‌شود.
بيشتر نمايشگرهاي كامپيوتر توسط لامپ‌هاي فلورسنت داخلي، روشنايي توليد مي‌كنند؛ كنار، بالا و يا پشت LCD يك سطح انتشار سفيد در پشت LCD نور را هدايت كرده و آن را پخش مي‌نمايد. در اين مسير از ميان فيلترها، لايه‌هاي كريستال مايع و لايه‌هاي الكترود، مقادير زيادي از اين نور از دست مي‌رود (گاهي اوقات بيش از نيمي از آن.)در اين مثال، شما يك سطح الكترود مشترك و يك الكترود داريد كه كنترل مي‌كند كريستالهاي مايع به يك شارژ الكتريكي پاسخ دهد. اگر لايه طوري در اختيار گرفته شود كه شامل تعداد بيشتري الكترودهاي منفرد باشد مي‌توان نمايشگرهاي پيشرفته‌تري ساخت.
انواع LCD
LCDهاي از نوع سطح مشترك يا (common-plane-Based) براي نمايشگرهاي معمولي مناسب است؛ نياز دارد همان اطلاعات را از نو به كرات نمايش دهد. ساعت و تايمرهاي مايكروويو در اين مجموعه جاي دارند. هر چند نمايشگر با نوع الكترود و با فرمت شش ضلعي از قبل براي اين نمايشگرها معمول بود و لي تقريبا امكان شناخت با هر شكل ديگري وجود دارد. براي رويت شكلهاي الكترودها مي‌توانيد به كارتهاي بازي، ماشينهاي مراسلات و… مراجعه كنيد.
دو نوع اصلي از LCD در كامپيوترها وجود دارد؛ ماتريس غير فعال( passiv matrix) و ماتريس فعال (active matrix) LCD هاي ماتريس غير فعال از يك شبكه ساده، براي تامين شارژ پيكسلهاي موجود بر روي نمايشگر استفاده مي‌كنند. ايجاد شبكه در واقع يك مرحله پردازشي است. آن با دو لايه شفاف آغاز مي‌شود. به يكي از اين لايه‌ها ستونها و به ديگري رديف‌هايي واگذار مي‌شود كه از مواد هادي و شفاف ساخته مي‌شود؛ اينها معمولا اكسيداينديم قلع هستند. ستونها و رديفها به مدارات مجتمع(ICها) مرتبط مي‌شوند و زماني كه شارژ از ستون يا سطر خارج شود با اين مدارات، كنترل خواهد شد. مواد كريستال مايع مابين دو لايه شفاف ذكر شده قرار خواهد گرفت؛ يك فيلم پلاريزه به بخش خارجي از هر يك از اين لايه اضافه مي‌شود.
سادگي سيستم ماتريس غيرفعال جالب است اما نواقصي نيز به همراه دارد؛ از جمله زمان پاسخ كوتاه و كنترل ولتاژ بدون دقت. زمان پاسخ به توانايي LCD براي تازه‌سازي(refresh) نمايش تصوير بر مي‌گردد. راحت‌ترين راه براي مشاهده زمان پاسخ كوتاه در يك LCD ماتريس غير فعال اين است كه نشانگر ماوس را به سرعت از سمت صفحه نمايش به سمت ديگر حركت دهبد؛ در حالتي كه اين حركت انجام مي‌شود به "سايه"هايي كه در پي نشانگر ظاهر مي‌شود توجه كنيد. كنترل ولتاژ با عدم دقت از توانايي ماتريس غير فعال جلوگيري مي‌كند و در يك زمان تنها بر يك پيكسل تاثير مي‌گذارد. زماني كه ولتاژ براي از هم باز كردن يك پيكسل بكار گرفته مي‌شود، تصاوير پيكسلهاي اطراف نيز تا حدي از هم باز مي‌شود كه باعث مي‌شود تصاوير تار به نظر آمده و كنتراست خود را از دست بدهد.
LCDهاي ماتريس فعال به TFTها وابسته هستند. اساسا TFTها ترانزيستورها و خازنهاي كوچك سوييچ شونده هستند. آنها در يك ماتريس و بر روي يك لايه شفاف مرتب مي‌شوند. براي آدرس‌دهي يك پيكسل، رديف مناسب سوييچ شده و سپس شارژ به ستون اصلي ارسال مي‌شود. خازن قادر به نگهداري شارژ تازه به دوره تازه‌سازي بعدي مي‌باشد. اگر دقيقا مقدار ولتاژي كه براي يك كريستال تامين مي‌شود كنترل گردد، خواهيد توانست آن را از هم باز كنيد(فقط براي گذر مقداري از نور)، بيشتر نمايشگرهاي امروزي در هر پيكسل 256 سطح روشنايي پيشنهاد مي‌كنند.
پيشرفت‌هاي LCD
تكنولوژي LCD مدام در حال رشد است. LCDهاي امروزي چندين گونه از تكنولوژي كريستال مايع را بكار مي‌گيرند كه شامل اين موارد هستند:
(7)STN، (8)DSTN ، (10) FLC و (10)SFLC .اندازه نمايشگر محدود به مشكلات كنترل كيفيت(QC) مي‌شود كه به سازنده‌هاي آنها برمي‌گردد. جهت افزايش اندازه نمايشگر سازنده‌ها بايستي پيكسلها و ترانزيستورهاي بيشتري به محصول اضافه كنند. چنانچه آنها تعداد پيكسلها و ترانزيستورها را اضافه كنند شانس وجود ترانزيستورهاي با كيفيت پايين را افزايش مي‌دهند. سازندگان بزرگ LCD غالبا در حدود 40 درصد از آنها در خط توليد خود رد مي‌كنند. سطح برگشتي‌ها مستقيما بر روي قيمت LCD اثر گذار خواهد بود؛ چون فروش LCDهاي خوب قيمت ساخت (چه جنس خوب و چه بد آن ) را پوشش مي‌دهد. تنها، پيشرفت در ساخت، به خريد نمايشگر‌هايي كه قدرت خريدش براي مشتريان امكان پذير است. در تعداد بسيار زياد منجر مي‌شود.

آشنائی با مدارک رسمی Microsoft

اين مدارك كه به مجموعه آنها MCP (MICROSOFT CERTIFIED PROFESSIONAL) گفته مى شود،در امتحانات استانداردى به افرادى كه در بكارگيرى يا پياده كردن يكى از محصولات يا فناورى هاى مايكروسافت مهارت كافى كسب كرده اند داده مى شود. كسب اين مدرك نشان دهنده آن است كه دارنده مدرك مى تواند به بعضى از اطلاعات فنى موجود در سايت مايكرسافت دسترسى مستقيم داشته باشد همچنين مايكروسافت دارندگان اين مدرك را به كنفرانس ها و سمينارهاى فنى خود دعوت مى كند و مجله اى را هم مخصوص اين افراد منتشر مى كند. حال انواع مختلف اين مدارك كدامند؟ مدرك MCSA :مدرك MICROSOFT SYSTEM ADMINISTER CERTIFIED به افرادى داده مى شود كه در زمينه مديريت شبكه و محيط هاى سيستمى مبتنى بر سيستم عامل هاى ويندوز مهارت كافى داشته باشند. در حال حاضر اين مدرك روى ويندوز ۲۰۰۰ داده مى شود و براى كسب آن بايد از توانايى مديريت اين سيستم عامل و مدريت شبكه با استفاده از آن برخوردار بود. كسى كه نامزد دريافت اين مدرك مى شود و براى دريافت آن در آزمون شركت مى كند بايد ۶ تا ۱۲ ماه تجربه پياده كردن و مديريت يك سيستم عامل روى شبكه و مديريت يك سيستم عامل روى رايانه شخصى و يا پياده كردن و مديريت يك سيستم عامل روى شبكه هايى با بيش از ۲۰۰ كاربر را داشته باشد. مدرك MCSE :افرادى كه به تحليل نياز هاى يك طرح تجارى طراحى و پياده كردن يك زير ساخت مبتنى بر محصولات و سيستم عامل هاى MICROSOFT مى پردازند و بر اين اساس راه حل هايى را به كارفرمايان ارائه مى دهند.مدرك MCSE ( MICROSOFT CERTIFIED SYSTEM ENGINEER) را به عنوان تأييد توانايهايشان اخذ مى كنند. در واقع اين مدرك براى مهندسان سيستم مهندسان پشتيبانى فنى تحليل گران و سيستم تحليل گران شبكه مناسب است لازم به ذكر است كه اين مدرك از پرطرفدارترين مدارك فنى به حساب مى آيد كسى كه براى دريافت اين مدرك اقدام مى كند بايد دست كم تجربه اى يك ساله در پياده كردن و مديريت يك سيستم عامل تحت شبكه با ۲۰۰۰ كاربر و در ۵ نقطه فيزيكى داشته باشد علاوه بر آن نامزد MCSE بايد دست كم يك سال تجربه در زمينه پياده كردن و مديريت سيستم عامل روى رايانه شخصى و طراحى زير ساخت شبكه داشته باشد. مدرك MCDBA :MCDBA مخفف عبارت MICROSOFT CERTITFIED DATABASE ADMINISTRATOR به مديران پايگاه داده هاى SQL اختصاص دارد كه به طراحى پياده سازى و مديريت اين كار گذار SERVER مشغول اند. در حال حاضر اين مدرك روى SQL SERVER ۲۰۰۰ ارائه مى شود. مدرك MCTX :دارندگان اين مدرك MCT (MICROSOFT CERTIFIED TRAINED) استادانى هستند كه از سوى مايكروسافت براى تدريس و آموزش دوره هاى مايكروسافت تأييد شده اند .