يكي از مهمترين سخت‌افزارهاي تشکيل دهندهء يك كامپيوتر كه ارتباط تمامي سخت‌افزارها توسط آن انجام مي‌شود Mother Board است. Mother Board يك برد الكترونيكي است كه از تعداد زيادي المان الكترونيكي تشكيل شده و معمولاً داراي يك IC یا مدارمجتمع اصلي و تعدادي IC جانبي براي پردازش سخت‌افزارها است.
Mother Boardها داراي محل‌‌هاي متعددي براي اتصالات خاص هستند، معمولاً اين اتصالات داراي اشكال منحصر به فرد و مشخصي هستند و امكان جابجايي در اتصالات وجود ندارد.
كارتها يا بردهاي الكترونيكي، چاپگر، صفحه كليد و ماوس همگي به برد اصلي وصل مي‌شوند و مهمتر از همه CPU که روي Mother Board سوار مي‌شود.
نحوه اتصالات هر يك از قطعات متفاوت است، عده‌اي از طريق درگاهها یا port ها ، برخي از طريق شيارهاي توسعه یا Slot ها و بعضي به وسيله كابلها متصل مي‌شوند. البته لازم به ذكر است كه اتصالات به دو شكل داخلي و خارجي وجود دارند، اتصالات داخلي به قطعات Internal مربوط است كه داخل Case قرار مي‌گيرند و اتصالات خارجي به قطعات External مربوط است كه از بيرون Case به مادر برد متصل مي‌شوند.

اتصالات داخلي عبارتند از :
محل سوار شدن CPU
محل قرارگيري RAM
اتصالات IDE
محل اتصال Floppy
محل اتصال كابل برق
محل اتصال سيم‌هاي Case
شيارهاي توسعه یا Slot
پين‌هاي اتصالي USB
پين‌هاي اتصال كابل Audio
که اکنون به توضیح هر کدام می پردازیم .
محل سوار شدن CPU، بستگي به نوع Suport یا پشتيباني Mother Board از CPU دارد . مثلاً در صورتي‌كه Mother Board ،يک CPU از نوع Intel Pentium 4 را Suport نمايد، محل سوارشدن CPU از نوع Socket 478 بوده و در صورتي‌كهMother board یک CPU از نوع AMD Athlon را Suport نماید ، اين محل از نوع Socket A خواهد بود، برخي از Mother Boardها داراي 2 يا 4 محل براي سوار كردن CPU هستند، از اين نوع Mother Boardها معمولا در کامپيوتر هاي Server استفاده مي‌شود. براي قرار دادن CPU روي Mother Board ، ابتدا دستة متحرك جانبي را بالا آورده سپس تراشة CPU را با توجه به لبه‌ء برش خورده و فلش موجود، که در يکي از چهار گوشهء آن قراردارد ، روي محل مورد نظر قرار مي‌دهيم و سپس دستة متحرك را به سمت پايين آورده تا در جاي خود قرار گرفته و پايه‌هاي CPU را محكم كند. فراموش نكنيم كه Fan مربوط به CPU را روي آن قرار داده و پايه‌هاي آن را در جاي خود محكم نموده و سيم برق آن‌ را نيز در محل تعيين شده بر روي Mother Board وصل‌كنيم.
محل قرارگيري RAM، که به آن بانک RAM مي گويند نوعي شيار است، كه بستگي به پشتيباني مقدار RAM و نوع آن دارد. Mother Boardهاي قديمي‌تر داراي شيارهاي كوتاهتري بودند که اصطلاحاً SIMM ناميده مي‌شدند. ولي Mother Board هاي امروزي داراي دو نوع شيار هستند، يك نوع براي قرارگيري RAMهاي SDR و نوع ديگر براي قرارگيري RAMهاي DDR. سمت قرارگيري RAM روي Mother Board ، از محل وجود شكافهاي روي RAM و برجستگي‌هاي داخل شيار مشخص مي‌گردد. براي قرار دادن RAM روي Mother Board دسته‌هاي موجود در دو سر شيار را باز كرده و RAM را در امتداد عمود به سمت پايين به صورت اله کلنگي فشار مي‌دهيم تا در جاي خود قرار گيرد و دسته‌ها بسته شوند.
اتصالات IDE، محل اتصال كابل اطلاعات درايوها به كامپيوتر است . درايوهاي ديسك‌سخت یا HardDisk ، DVDROM، CD-Writer، CDROM و ديگر درايوهاي از اين نوع معمولا بوسيله اين اتصالات به Mother Board متصل مي‌شوند. محل اتصال اين كابلها به شكل مستطيلي است که داراي 40 پين يا پايه مي‌باشد. اين پين‌ها در دو رديف قرار دارند و معمولاً يك پين در وسط پينها وجود ندارد، كه تعداد آنها را به 39 پين مي‌رساند .
معمولا روي هر Mother Board دو اتصال يا port IDE وجود دارد و به هر كدام دو وسيله یا Device يا درايو متصل مي‌شود. همانطور که متوجه شديد معمولا چهار سخا افزار از اين طريق به mother board متصل مي شود. نام اين چهار وسيله از نظر Mother Board و به ترتيب اولويت عبارتند از :
IDE يک شامل :
IDE Primary Master
IDE Primary Slave
IDE دو شامل :
IDE Secondary Master
IDE Secondary Slave
محل اتصال Floppy مشابه با محل اتصال كابل IDE بوده ولي داراي پين‌هاي كمتر و اندازه كوچكتري مي‌باشد، تعداد پين‌ها در اين نوع اتصال 33 پين است. به اين كابل نيز دو درايو فلاپي متصل مي‌شود كه اولي با نام درايو A و دومي با نام درايو B شناخته مي‌شوند. خوب است بدانيم در صورت اتصال برعكس اين كابل در يك يا دو سر آن، چراغ درايو فلاپي به طور مداوم روشن خواهد ماند.
محل اتصال كابل برق كه از Power يا منبع تغذيه Case به Mother Board متصل مي‌شود، شامل20 رشته سيم مي‌باشد که ازدو دسته سيم 10 تايي تشکيل شده است. در كامپيوترهاي قديمي‌تر اين دو دسته از يكديگر مجزا بودند. ولي در كامپيوترهاي امروزي متصل و به صورت يك سوكت 20 رشته‌اي مي‌باشند .
البته در كامپيوترهاي Intel P4، يك كابل چهار رشته‌اي نيز وجود دارد كه به Mother Board متصل مي‌شود و در صورت عدم اتصال آن، كامپيوتر قادر به راه‌اندازي یا Boot شدن نخواهد بود.
محل اتصال سيم‌هاي Case روي Mother Board به منظور ارتباط مادربرد با Case در نظر گرفته شده اند . این سیمها عبارتند از :
سیم روشن و خاموش سیستم برای روشن یا خاموش کردن چراغ مربوطه بر روی کیس
سبم هارد دیسک برای روشن و خاموش شدن چراغ هارد دیسک در روی کیس به عنوان تبادل اطلاعات در هارد
سیم reset برای فعال نمودن این کلید بر روی کیس
سیم بلندگوی داخلی سیستم
شيارهاي توسعه یا Slot ها نيز محل‌هايي براي سوار نمودن بردهاي الكترونيكي افزودني به كامپيوتر هستند. بر روي اين شيارها مي‌توان، انواع كارت صدا ، کارت گرافيك ، مودم ، كارت شبكه ، كارت تلويزيون، کارت ماهواره و ديگر بردها از اين نوع را سوار نمود. در كامپيوترهاي امروزي سه نوع Slotها مشاهده مي‌شوند که عبارتند از :
ISA
PCI
AGP
 ISA ؛ مخفف Industry Standard Architecture بوده و يك شيار بلند است، كه معمولاً به رنگ مشكي بوده و توسط يك لبه از داخل به دو قسمت مساوي تقسيم شده‌است، اين شيار قديمي‌ترين Slot روي Mother Boardهاي امروزي است. در حال حاضر و در صورت وجود اين شيار روي يك Mother Board ، كارتهاي صدا يا گرافيك قديمي روي آن سوار مي‌شوند.
 PCI ؛ مخفف Peripheral component Interconnect بوده و يك شيار معمولاً سفيد رنگ است، كه توسط لبه‌اي از داخل به دو قسمت نامساوي تقسيم شده است، اين شيار مرسوم‌ترين Slot امروزي است و نسبت به شيار ISA ، داراي سرعت بيشتري مي‌باشد. تقريباً تمامي بردهاي جديد، به جز كارت گرافيك روي اين شيار قابل نصب و اتصال هستند. از اين نوع شيار حداقل یک عدد بر روي Mother Boardها قرار دارد و حتی ممكن است که یک Mother board دارای 5 پورت PCI نیز باشد .
 AGP ؛ مخفف Accelerated Graphics Port بوده و جديدترين و پرسرعت‌ترين Slot حال حاضر مي‌باشد، كه معمولاً با رنگ قهوه‌اي مشخص مي‌شود. اين Slot از لحاظ سرعت با علامت 1x، 2x، 4x و 8x شناخته شده و متناسب با سرعت كارت سوار شده بر روي آن كه يك كارت گرافيك مي‌باشد، تنظيم مي‌شود. از اين نوع شيار معمولاً تنها يك عدد روي Mother Boardها وجود دارد.

پين‌هاي اتصالي USB يكي ديگر از اتصالات داخلي كامپيوتر محسوب مي‌شود. اين پين‌ها در دو رديف 4 و 5 تايي قرار دارند.
پين‌هاي اتصال كابل (CD-RW)، كه يك سيم 4 رشته‌اي را بطور مستقيم، از CD Drive به Mother Board های دارای کارت صدای On board متصل مي‌نمايد. وجود اين كابل باعث مي‌شود تا كاربر بتواند از صداي CD موسيقي Audio كه درداخل CD Drive قرار دارد به صورت مستقل از هر نرم افزاری استفاده نماید .

در پشت Case نیز اتصلاتی وجود دارد که به شكل‌هاي منحصر به فردي به چشم مي‌خورند، اما نوع چيدمان و قرارگيري آنها در Mother Boardهاي مختلف، متفاوت است. با معرفي آنها شما نيز مي‌توانيد به راحتي آنها را از يكديگر تشخيص دهيد . این اتصالات عبارتند از :
اتصلات PS2
اتصال سریال یا Com
اتصال LPT1
اتصال Game یا Midi
و اتصالات صدا
يک اتصال PS2 به رنگ بنفش براي متصل نمودن صفحه كليد است .. اتصال PS2 به شكل دايره و داراي 6 پين ورودي مي‌باشد و برجستگي چهارگوش روي كابل PS2 باعث مي‌شود كه كاربر براي اتصال كابل به درگاه PS2 دچار اشتباه نشود.
يک اتصال PS2 نیز براي نيز اتصال ماوس در كامپيوترهاي امروزي وجود دارد، كه كاملاً شبيه به اتصال صفحه‌کليد است، با اين تفاوت که معمولاً سبز رنگ مي‌باشد. البته تفاوت اصلي در اينجاست که هنگام نگاه کردن به پشت Case ، محل اتصال ماوس در سمت راست و محل اتصال صفحه‌کليد در سمت چپ وجود دارد.
اتصال سريال يا Com، يك نوع درگاه است كه براي چندين اتصال مختلف به كار مي‌رود. اين درگاه در گذشته عمدتاً براي اتصال ماوس استفاده مي‌شد و پس از آن اغلب براي اتصال Modemهاي External و يا وسايل خاص، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. Com معمولاً به صورت 2 درگاه كنار هم در پشت كامپيوترها وجود دارد. درگاه Com از 9 پين كه در دو رديف 5 و 4 تايي چيده شده است تشکيل مي‌شود. به اين دو درگاه Com2, Com1 مي‌گويند، Com4 , Com3 نيز معمولاً به صورت مجازي براي اتصال مودم‌هاي Internal وجود دارند. البته برخي از MotherBoardها تنها داراي يک درگاه Com مي باشند .
اتصال LPT1، port يا درگاهي با 25 پين ورودي است، كه در دو رديف 12 و 13 تايي قرار دارند. از اين درگاه معمولاً براي وصل نمودن چاپگريا اسكنر استفاده مي‌شود . البته ديگر استفاده اين درگاه اتصال قفل‌هاي سخت‌افزاري به آن است. اين درگاه معمولاً با رنگ صورتي يا قرمز ديده مي‌شود.
اتصال Game/MIDI، درگاهي است با 15 پين ورودي که براي اتصال دستةبازي يا Joystick استفاده مي‌شود. البته اين Port جزئي از كارت صدا است ولي در Mother Boardهايي كه كارت‌ صداي آنها به‌صورت Onboard ميباشد، مي‌توان آنرا در پشت کامپيوتر ديد. اين درگاه معمولاً با رنگ زرد مشخص مي‌شود.
اتصالات صدا كه به دليل Onboard بودن كارت صدا بين اتصالات Mother Board ديده مي‌شود ، معمولا سه‌تا هستند كه هر سه به وسيلة يک فيش متوسط به Speaker، راديوپخش و ميكروفن متصل مي‌شوند.

اجزاي ديگري نيز روي يک  MainBoardقرار دارد که اکنون به توضيح انها مي پردازيم :
Bios،که مخفف Basic input/output system بوده و يك مدار مجتمع یا IC است كه كامپيوتر براي راه‌اندازي اوليه و قبل از بارگذاري سيستم عامل، از آن استفاده مي‌كند. در Bios اطلاعاتي راجع به سخت‌افزارهاي متصل و تنظيماتي راجع به ساعت كامپيوتر و ديگر ابزار ها و سخت‌افزارها قرار دارد كه مي‌توان اطلاعات آن را به نوعي تغيير داد. گفتني است كه Bios يك حافظه از نوع E2PROM است که فقط اطلاعات از روي آن خوانده مي شود .
باطري Bios، يك باطري با طول عمر زيادی در 5 سال است، كه از آن براي نگهداري اطلاعات روي Bios استفاده مي‌شود. در كامپيوترهاي قديمي‌تر براي Reset كردن و برنامه‌ريزي دوبارة Bios، باطري آن را برداشته و پس از مدتي در جاي خود قرار مي‌دادند، اما در Mother Boardهاي جديد يك jumper و يا اتصال دو Pin پين باعث Reset شدن Bios و بارگذاري اطلاعات قبلي و پيش فرض آن مي شود .
يکي از اجزاي ديگري که بارها ديده‌ايم Chipset است. اين كلمه عنواني است براي مدارات مجتمعي كه اصولاً هسته‌هاي مركزي يك MotherBoard را تشکيل مي دهند . البته اغلب Mother Boardها يك Chipset اصلي دارند، كه ساخت كارخانه‌هاي مختلف و البته معروفي است. برخي از اين كارخانه‌ها عبارتند از Solteck, MSI, ALI, VIA, GIGA, Intel, Abit .

اکنون که ارائه توضيحات فني mother board به اتمام رسيد به توضيح مطالبي که در هنگام خريد يک mother board مهم مي باشد بپردازيم .
اولين موضوع در مورد خريد يک MainBoard سازگاري و پشتيباني آن از نوع و سرعت CPU است. با توجه به مطالب گفته شده در مورد نوع Socketها براي بارگذاري CPU ، بايد نوع MainBoard را انتخاب نمود که به اين سوکتها معمولا Zif Socket مي گويند . مثلاً اگر شما يک CPU ازنوع Sempron انتخاب نموديد، بايد مادر بوردي انتخاب نماييد، که اولاً CPU را بتوان روي آن سوار نمود، يعني محل نصب پردازنده از نوع Socket 7 باشد و دوماً پهناي باند سرعت انتقال اطلاعات CPU و MainBoard با هم سازگاري داشته باشند. يکي از راه‌هاي مناسب براي انتخاب يک MainBoard مناسب مراجعه به WebSite شرکت سازندهء CPU ، ودريافت نام و مدل بهترين MainBoard از نظر شرکت مذکور مي‌باشد.
پس از انتخاب نوع MainBoard از لحاظ نوع CPU ، نوبت به ديگر مشخصات يک MainBoard مي‌رسد، که يک به يک به آنها مي‌پردازيم :
1- پشتيباني نهايي CPU ؛ که عبارتست از بهترين CPU ، با بالاترين سرعت، که MainBoard پشتيباني مي‌کند. به عنوان مثال شما يک CPU با سرعت 2.4GHz انتخاب‌نموده‌ايد، اما بهتر است مادر بوردي انتخاب‌نماييد که بتواند يک پردازنده با سرعت 3.0GHz را نيز پشتيباني‌کند، زيرا دراين‌‌صورت اگر بعدها به فکر ارتقاء سيستم خود بيافتيد، کافي است تنها CPU کامپيوتر خود را تعويض نموده تا سرعت سيستم خود را افزايش دهيد .
موضوع بعدي، نوع جايگاه RAM يا بانک Ram و سرعت انتقال اطلاعات RAM در MainBoard است. در اين مورد بايد دقت شود، که MainBoard چه نوعي از RAM را پشتيباني مي‌کند؟ DDR يا SDR . همچنين مهم است که يک MainBoard از چه ميزان BUS براي RAM پشتيباني ‌کند؟ . اين مقدار براي RAMهاي SDR در رنجِ 66، 100 و 133 مگا هرتز و براي RAMهاي DDR در محدودهء 266، 333 ، 400 و 533 مگا هرتز مي باشد . که البته هرچه اين ميزان بيشتر باشد سرعت کامپيوتر بيشتر خواهد‌بود. گفتني است جديدترين مادر برد هاي امروزي ، قابليت پشتيباني از Ram های DDR2 را داراست.
نکته ديگر پهناي باند انتقال اطلاعات در MainBoard است، که اصطلاحاً به آن FSB گويند. اين پهناي باند براي انتقال اطلاعات بين سخت افزارهاي تعبيه شده در داخل MainBoard است، که مي‌توان آنرا با مقاديري مانند 266، 300، 333، 400، 533 و 800 مگا هرتز مشاهده نمود. البته به تازگي شرکت Intel يک تراشه براي پشتيباني از بردهاي اصلي با FSB معادل 1066 توليدنموده‌است.
علاوه بر نکات گفته شده ، نوع و تعداد Slotهاي روي MainBoard نيز حائز اهميت است، بدين شکل که بهتر است تا تعداد Slotها طوري باشد که علاوه بر رفع نياز ما، حداقل يک يا دو Slot نيز براي نيازهاي بعدي خالي بماند. مثلاً اگر ما از کارت يا برد الکترونيکي استفاده مي‌کنيم، که روي شيار ISA نصب مي‌شود، MainBoard انتخابي، حتماً بايد داراي اين شيار باشد.
نکته مهم ديگر وجود شيار AGP روي MainBoard و داشتن سرعت مناسب است. اهميت اين مسئله در اين است که در حال حاضر تقريبا تمام کارتهاي گرافيک پرقدرت موجود در بازار بر روي اين شيار نصب مي‌شوند . البته سرعت اين شيار هرچه بيشتر باشد ، چون مي‌تواند از کارتهاي گرافيک کم سرعت‌تر نيز پشتيباني‌کند، مفيدتر خواهد بود.
همچنين بسيار مهم است که يک MainBoard امروزي درگاه USB و USB2 داشته باشد، زيرا همانطور که مي‌دانيد بسياري از وسايل و ابزارهاي جانبي، مانند دوربين‌هاي فيلم‌برداري و عکاسي ديجيتال، چاپگرها، اسکنرها و بسياري ديگر از اين دست، به اين درگاه متصل مي‌شوند، پس بهتر است که مادر برد ما داراي اين درگاه نيز باشد .
همچنين ممکن است روي جعبه MainBoard ، چند نوشته برجسته و مشخص ديگر نيز مشاهده شود. کلمه Dual Bios يکي از آنهاست. وجود اين مشخصه بدين‌معني است که MainBoard موجود داراي دو Bios است. يکي براي استفاده عادي است و ديگري به عنوان BackUp . Bios دوم هنگامي استفاده مي‌شود که به هر علتي ، Bios اول دچار مشکل حادي گردد و يا مشکلي ناهنجار براي آن به وجود آيد. البته از اين امکان به عنوان يک انقلاب! در ساخت MainBoard ها ياد ‌شده است.
گزينه ديگري که ممکن است به چشم بخورد، EasyTune و يا چيزي مشابه آن است. اين واژه به معني وجود يک نرم‌افزار براي دريافت گزارش و ايجاد کنترل روي MainBoard است، که البته در محيط Windows قابل استفاده مي‌باشد.
و فراموش نکنيم که ، چه خوب است به گارانتي هر سخت افزاري که مي‌خريم، توجه کنيم

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 . واحدهای مرکزی پردازش ویژگی پایه‌ای قابل برنامه ریزی شدن را در رایانه‌های رقمی فراهم می‌کنند ؛ و یکی از مهم‌ترین اجزاء رایانه‌ها در حافظهٔ اولیه ؛امکانات ورودی/خروجی هستند .یک پردازندهٔ مرکزی مداری یکپارچه می‌باشد که معمولاً به عنوان ریزپردازنده شناخته می‌شود . امروزه عبارت CPU‌ها معمولاً 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 معمولاً 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 وminicomputer 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 ؛ کامپیوتر‌هایی مثلانیاک(‍‍‍‍‌‍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 عبارت "CPU" به آن‌ها اطلاق شد همراه ظهور اولین برنامهٔ ذخیره شدهٔ در رایانه بود.
ایدهٔ برنامهٔ ذخیره شده مربوط به بعد 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 ENIACایجاد 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 ترانزیستور ؛ برای تغییر المانها از electrical relays و vacum tubes به صورت عمومی استفاده می‌شد . اگر چه 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 پردازنده‌ها هم ‌زمان 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. در مدارات 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 IBMسیستم 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 سری Z 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. بعدها یک سیستم با نام ۱۱ PDP-عرضه 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 MSI های قبلی ، اولین پیاده سازی LSI از ۱۱PDP- 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 چشمگیر سرعت ، المانهای سوئیچینگ پالس ساعت پردازنده در دهگان مگاهرتز 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 با اطلاعات 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.

CPU چیست ؟ - ریزپردازنده‌ها 

پیدایش ریز پردازنده‌ها در سال ۱۹۷۰ به طور قابل توجهی در طراحی و پیاده سازی پردازنده‌ها تأثیر 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 دستورالعمل‌های 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 ICساخته می‌شوند ، معمولاً 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 کاملاً تغییر کرده ، این نکته قابل توجه‌است که طراحی بنیادی و ساختاری آنها تغییر چندانی نکرده‌است. امروزه تقریباً تمام ریزپردازنده‌های معمول می‌توانند پاسخگوی 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 تقریباً تمامی ریزپردازنده‌هایی که از [ قانون نیومن] در ساختارشان استفاده می‌کنند از آن پیروی می‌کنند عبارت‌اند از : فراخوانی ،رمز گشایی ، اجرا ، بازگشت برای نوشتن مجدد.


 

بلوک دیاگرامی که نمایشگر چگونگی رمز گشایی یک 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 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 معمولاً 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 بی واسطه) ، 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 ، بنابراین آنها می‌توانند برای تغییر نحوه رمز گشایی دستورالعملها حتی پیش از آنکه CPU ها تولید شدند اصلاحاتی را مجدداً انجام دهند.


 

بلوک دیاگرام یک پردازنده ساده

بعد 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 تأثیر 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 کلاسیکRISC 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 ۶۵۰۲ MOS در بسته دوتایی که به صورت رایج 8بیتی طراحی شده‌است.

علت 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 کاملاً 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 تأثیر 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 معمولاً 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 شرکتIBM از یک پردازنده‌ای استفاده می‌کند که در حالت اولیه ۳۲ بیتی است اما در قسمت متغیر درونی 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 معمولاً 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 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 پیشرفته را به سوی سیگنالهای ساعت متغیر سوق داده‌است تا بتواند از تاخیرهای 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.