ترانزیستور های گسسته و مدارات مجتمع (واحد پردازش مرکزی)
پنجشنبه, ۲۶ آبان ۱۳۹۰، ۰۱:۴۹ ب.ظ
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، معمولاً 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.
