فصل اول - تاریخچه

همزمان با شناسائي عدد، براي بشر اين نياز پيدا شد تا راهي بيابد كه محاسبه را ساده‌تر انجام دهد. اولين وسيله‌اي كه انسان از آن در امر شمارش كمك گرفت است، شايد انگشتان دست باشد. در مراحل بعدي «چوب خط» به عنوان يك ماشين ساده كه مي‌توانست در امر شمارش انسان كمك كند، به كار آمد. گاهي نيز دسته‌هاي ني و چوب‌هاي باريك جانشين «چوب خط» مي‌شد و زماني نيز سنگ ريزه‌ها همين نقش را ايفامي كردند. بعدها، چرتكه به عنوان يك ماشين حساب كار آمد مورد بهره برداري قرار گرفت، تا اين كه در قرن هفدهم، اولين ماشين حساب واقعي تاريخ پا به عرصه هستي نهاد.

در سال 1641، فردي فرانسوي به نام بيلز پاسكال ماشين جالبي ساخت كه به «ماشين حساب پاسكال» معروف شد. در ماشين حساب پاسكال 6 چرخ دندانه دار نصب شده بود و هر چرخ ده دندانه داشت. هر دندانه نمايشگر يكي از ارقام صفر تا 9 بود. اين چرخ‌ها طوري در جوار يكديگر قرار گرفته بودند كه دوران كامل يك چرخ، دوران چرخ‌هاي بعدي به‌اندازه يك دندانه را باعث مي‌شد. علاوه بر اين، چرخها از راست به چپ به ترتيب نماينده مرتبه‌هاي يكان، دهگان، صدگان،...عدد بودند.

سي سال پس از پاسكال، يك رياضي دان آلماني به نام لايبنيتز در تكميل اختراع پاسكال كوشيد و ماشيني ساخت كه به كمك آن مي‌شد اعمال ضرب و تقسيم را نيز انجام داد و حتي جذر گرفت. ابتكار لايبنيتز بسياري از مشكلات فني ماشين را برطرف كرد و راه را براي تكامل اين ماشينها گشود. با اين حال، موضوع ماشينهاي حساب سالها به بوته فراموشي سپرده شد و تنها صاحبان صنايع براي ساخت و رواج اين ماشينها كوششهايي انجام دادند.

در قرن نوزدهم يك رياضيدان انگليسي به نام چارلزبابيج به فكر طرح يك ماشين حساب خودكار افتاد كه با كارتهاي سوراخ شده ، اطلاعات و ارقام را مي‌پذيرفت. در سال 1890دانشمند جواني به نام هلريت، با توجه به نيازهاي آمارگران، از كارتهاي سوراخ شده و دستگاههاي شمارنده اين كارتها استفاده كرد. مثلاً براي تفكيك زن و مرد، سمت چپ يا راست كارت سوراخ مي‌شد و با تكامل دستگاه هلريت، وي ماشينهايش را در نيويورك، پاريس و سن پترزبورگ به نمايش گذاشت. علي رغم استقبال كم از اين دستگاه، جمعي از بازرگانان آمريكايي، ازجمله توماس واتسون، به فكر خريد امتياز ساخت ماشينهاي هلريت افتادند. او بنيانگذار International Business Machines يا IBM است.

نسل اول كامپيوترها

اولين كامپيوتر در سال 1937 در آمريكا اختراع شد. پروفسور«ايكن» با استفاده از لامپهاي خلاء(Diode) اين كار را به انجام رسانيد(لامپهاي خلاء Diode و Triodeيا دوقطبي و سه قطبي، اغلب در راديوها استفاده مي‌شود. اين لامپها خاصيت يك سو كننده جريان برق را دارند). با ديودها مشكل ايجاد حافظه و دسترسي به آن حل شد. اما، در سال 1937 ديودها، لامپي و حجيم بودند و با روشن شدن حرارت زيادي توليد مي‌كردند.

اولين پيشرفت در جهت استفاده بهتر از كامپيترهاي نسل اول جايگزيني مبناي دودويي به جاي مبناي 10 بود. زيرا در طرح پروفسور ايكن، براي معرفي هر كاراكتر وجود ده ديود ضروري بود كه بايد يكي روشن و بقيه خاموش مي‌ماندند. اين امر، در افزايش خانه‌هاي حافظه در كامپيوترهاي آن زمان، محدوديت مهمي به شمار مي‌رفت. به هر حال، در سال 1947، دانشگاه پنسيلوانيا با استفاده از اين روش، كامپيوتري به نام ENIAC را طراحي كرد.

با اختراع EDSAC[1] در سال 1949، انگلستان اولين كامپيوتر به معناي واقعي را عرضه داشت. اين دستگاه برنامه و دستورالعملها را در خود ذخيره مي‌كرد. در سال 1951، رمينگتون، UNIVAC-1 كه بزرگترين كامپيوتر آن زمان براي مقاصد بازرگاني بود را عرضه داشت.

نسل دوم كامپيوترها

در سال 1948، باردين، ترانزيستور را اختراع كرد ولي ده سال طول كشيد كه از سطح آزمايشگاهي به سطح استفاده صنعتي برسد. ترانزيستور، در پيشرفت صنايع الكترونيك نقش مهمي را برعهده داشت.

ترانزيستور از لامپ خلاء به مراتب كوچكتر است. به انرژي كمي نياز دارد، حرارت كمتري توليد مي‌كند و ارزان‌تر نيز هست. به اين دلايل ترانزيستور به زودي جاي خود را در ساختمان كامپيوتر گشود و جايگزين لامپهاي خلاء در حافظه شد. به اين ترتيب، نسل دوم كامپيوتر به دنيا آمد. كامپيوترهايي با تعداد خانه‌هاي حافظه بيشتر و امكانات و كارآيي وسيع‌تر. ترانزيستور، كامپيوترهاي نسل دوم را كوچك‌تر و ارزان‌تر كرد.

تحول مهم ديگري كه در نسل دوم كامپيوترها پديد آمد، زبانهاي برنامه نويسي كامپيوتري بود. در نسل اول كامپيوترها، از زبانهاي سطح پايين، كه در آنها آشنايي با جزئيات ماشين ضرورت داشت، استفاده مي‌شد. يعني، مجموعه‌اي از اعداد و ارقام كه كدهايي قابل فهم براي كامپيتر بود. در نسل دوم، زبانها براي كاربردهاي عمومي‌تر آماده شد. اين امر رواج استفاده از كامپيوتر در امور تجاري و اداري را سرعت بخشيد. كامپيوترهاي اين نسل، حصار دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقيقاتي را شكستند و به گونه‌اي گسترده در مؤسسات دولتي و شركهاي صنعتي و بازرگاني به كار گرفته شدند.

نسل سوم كامپيوترها

از سال 1964، به جاي لامپها و ترانزيستورها، از خاصيت آهن ربايي حلقه‌ها يا ميله‌ها در اثر عبور جريان برق استفاده شد. در حقيقت، به جاي لامپ و ترانزيستور مورد استفاده در نسسلهاي پيشين، سمت عبور جريان برق را قطب‌هاي آهنربا تعيين مي‌كرد. در نتيجه دو حالت صفر يا يك به وجود مي‌آمد. اما انتخاب جنس حلقه و آلياژ لازم براي حلقه مطرح بود. در نسل دوم، اكسيد آن به سبب توانايي خود پاسخگوي اين نياز بود. معروف‌ترين كامپيوتر اين نسل IBM/360  مي‌باشد.

نسل چهارم كامپيوتر

كامپيوترهاي نسلهاي اول، دوم و سوم از نظر مشخصات به سادگي قابل تفكيك اند. ولي مرز بين نسل سوم و چهارم چندان مشخص نيست. آنچه مسلم است آنكه كامپيوترهاي نسل چهارم از نظر طرح واحد پردازش مركزي و دستاههاي پيراموني، توانايي بيشتر، عمر طولاني‌تر قطعات و اطمينان بيشتري را عرضه مي‌كنند. مهمترين تغييرات سخت اَفزاري در كامپيوترهاي نسل چهارم عبارتند از:

- به كارگيري مدارهاي مجتمع با تراكم زياد؛

-  استفاده از «ريزپردازنده»؛

- توسعه امكان پردازش مستقيم به جاي پردازش با رسانه‌هاي ورودي(Batch).

نسل پنجم كامپيوتر ها

در نسل پنجم كامپيوترها، به سادگي استفاده كاربران از كامپيوتر و برنامه نويسي توجه بسيار زيادي شده است. چرا كه با كاهش قيمت سخت افزار، مخارج استفاده از كامپيوتر به مراتب از قيمت خود آن بيشتر خواهد بود. استفاده كنندگان خواهند توانست بودن اطلاع از طرز كار و جزئيات داخلي قسمتهاي مختلف، آنها را به صورت آماده تهيه كرده و به دلخواه خود سيستم‌هايي كامپيوتري(نرم‌افزارهاي كاربردي) بسازند. امروزه، به كمك نرم‌افزارهاي موجود، مهندسين تعميرات كامپيوتر، مي‌توانند بسياري از خرابي‌ها را تشخيص دهند. ارتباط با كامپيوتر از طريق صوت و تصوير نيز امكان پذير خواهد بود. اطلاعات از همان زمان پيدايش به صورت مناسب براي كامپيوتر ذخيره شده و در هنگام لزوم، از طريق سيستم‌هاي كامپيوتري مورد استفاده قرار خواهد گرفت. استفاده از حافظه‌هاي نوري- حافظه‌هايي با حجم كم و گنجايش غير قابل تصور- ويژگي مهم اين نسل است. استفاده از هوش مصنوعي و قدرت تفكر و استنتاج كامپيوتري، از ديگر ويژگيهاي كامپيوترهاي اين نسل است.

نسل ششم كامپيوترها

كامپيوترهاي نوع پنتيوم را مي‌توان نسل ششم ناميد. از جمله ويژگي‌هاي محسوس اين نسل مي‌توان استفاده غير قابل اجتناب از سيستم چند رسانه‌اي را بر شمرد. امكانات جانبي، جاذبه‌هاي بسياري را براي كامپيوترهاي فراهم مي‌آورد.

تعريف كامپيوتر

فصل دوم

تعريف كامپيوتر

كامپيوتر ماشيني است برنامه‌پذير براي ذخيره، پردازش و بازيابي اطلاعات.

توضيح چند اصطلاح

داده ها: هر نوع و هر شكل از اطلاعات كه به كامپيوتر داده مي‌شود تا عمليات بعدي بر روي آنها اجرا شود. داده‌ها ممكن است از نوع اطلاعات متني، تصاوير، فيلم‌هاي ديجيتالي، نقشه‌ها يا انواع ديگر باشند. داده‌ها ممكن است قبلاً نيز، تحت پردازش قرار گرفته باشند.

ورودي:هرچيزي كه بتوان از طريق دستگاههاي ورودي به كامپيوتر وارد كنيم.

پردازش:هر نوع عمليات هدفدار و برنامه پذير كه كامپيوتر بر روي داده‌ها انجام مي‌دهد.محاسبات، تبديلها، تغييرات، ترسيمات و مقايسه و ... از نوع پردازشهاي كامپيوتري محسوب مي‌شوند.

اطلاعات:داده‌هايي كه مورد پردازش كامپيوتري قرار گرفته و به شيوه مورد نظر كاربر تبديل شده اند. بانكهاي اطلاعاتي مرتب شده، تصاوير ديجيتالي تغيير يافته، فيلمهاي ديجيتالي پردازش شده، ترسيمات انجام گرفته توسط كامپيوتر و ... نمونه‌هايي از اطلاعات هستند.

ذخيره: نگهداري داده‌ها يا اطلاعات پردازش شده در كامپيوتر و در يكي از وسايل ذخيره سازي به منظور حفظ موقتي، دايمي و يا جابجايي و انتقال اطلاعات.

حافظه: مكان حفظ و نگهداري اطلاعات داخل كامپيوتر يا بيرون آن در يكي از وسايل ذخيره سازي.

برنامه پذير:توانايي كامپيوترها براي درك و اجراي يك سري پي در پي از دستورات هدفدار نوشته شده توسط انسانها.

ويژگيهاي كامپيوتر

1- كامپيوتر ماشيني است كه فقط بر اساس برنامه‌ها و داده‌هاي عرضه شده به آن كار مي‌كند.

2- هر كامپيوتر از دو بخش كلي سخت افزار و نرم افزار تشكيل شده است. هر نوع قطعات فيزيكي و قابل لمس در كامپيوتر را سخت افزار مي‌نامند. هر نوع اطلاعات و برنامه‌هاي موجود در كامپيوتر و غير قابل لمس را نرم افزار مي‌نامند.

3- كامپيوتر ماشيني به شدت منظم و برنامه پذير است. هر برنامه مجموعه‌اي هماهنگ از دستوراتي است كه سخت افزار كامپيوتر را وادار به اجراي عمليات پي‌در‌پي و هدفدار مي‌كند.

4- كامپيوتر حافظه دارد. حافظه نوعي انبار مجازي است كه انواع اطلاعات و برنامه‌ها و نتايج مباني و نهايي عمليات كامپيوتر در آن ذخيره مي‌شوند.

5- كامپيتر منطقي است.

شباهتها و تفاوتهاي انسان و كامپيوتر

انسان براي انجام فعاليتهاي روزمره نياز به كسب اطلاعات دارد. اطلاعات مورد نياز انسان يا از حافظه فراخواني شده و يا توسط حواس پنجگانه دريافت و به مغز منتقل مي‌شوند. مغز انسان بر اساس تواناييهاي ذاتي و نيز بر اساس آموزشهاي اندوخته و آموخته و به روشهاي الكتروشيميايي قادر به انجام انواع پردازش است. خاصل پردازش اطلاعات در مغز به شكل فرامين و دستورات به قسمتهاي مختلف بدن صادر شده و يا در حافظه ذخيره شده و يا به شكل خروجي به ديگران تحويل داده مي‌شود.

كامپيوتر نيز اطلاعات مورد نياز را از حافظه فراخواني كرده يا از طريق وسايل ورودي دريافت كرده و سپس براساس برنامه‌ها و دستورات از پيش تعيين شده(برنامه ها) اقدام به اجراي انواع عمليات پردازشي مي‌كند. حاصل پردازش اطلاعات به شكل فرمانهاي مختلف به قسمتهاي ديگر صادر شده و يا در حافظه كامپيوتر ذخيره شده و يا به شكل خروجي قابل فهم توسط انسان تحويل داده مي‌شوند.

عمليات پردازش در كامپيوتر توسط مدارهاي منطقي و نرم‌افزارهاي موجود انجام مي‌گيرد. مدارهاي منطقي و نرم‌افزارهاي كامپيوتر از ابتدا تا كنون بسيار سريعتر و پيچيده‌تر شده اند. كامپيوترهاي امروزي كارهاي عجيب و پيچيده اي انجام مي‌دهند. اما حتي بزرگترين و سريعترين كامپيوتر نيز فاقد شعور، احساس و خلاقيت است.

البته دانشمندان تلاش مي‌كنند تا مدارهاي هوشمندي بسازند كه توانايي شبيه سازي برخي فعاليتهاي خلاق را داشته باشند. عده ديگري از دانشمندان تلاش مي‌كنند تا فعاليتهاي احساسي و خلاقيت مغز انسان را تحت نظم و قاعده منطقي در آورند. اگر تلاش شبانه روزي اين دانشمندان با موفقيت همراه باشد، در آينده كامپيوترها، توانايي انجام عمليات خلاق و احساسي و تصميم گيري مستقل راخواهند داشت. رؤياي شور انگيز و خوفناك روباتهاي هوشمند و شبه انساني به زودي تحقق خواهد يافت.

خلاصه‌اي از شباهتها و تفاوتهاي انسان و كامپيوتر

1-كامپيوتر مانند انسان براي اجراي عمليات نياز به گرفتن اطلاعات از حافظه يا از خارج دارد. فرآيند دريافت اطلاعات توسط كامپيوتر نسبت به انسان بسيار دقيق‌تر است.

2-كامپيوتر مانند انسان بر اساس برنامه‌ها و اندوخته‌هاي قبلي اقدام به پردازش اطلاعات مي‌كند. كامپيوتر در مقايسه با انسان، عمليات پردازش را به دقت، با سرعت و با پيچيدگي و تنوع بيشتري انجام مي‌دهد.

3-نتايج حاصل از پردازش اطلاعات در كامپيوتر هميشه درست و قابل اطمينان است(به شرط آنكه داده‌ها و برنامه درست باشند) در حالي كه ضريب خطا در فعاليتهاي انساني بسيار زياد است.

4-كامپيوتر مانندانسان توانايي ذخيره سازي و نگهداري اطلاعات در حافظه را دارد. اما كامپيوتر بر خلاف انسان قادر است حجم انبوهي از انواع اطلاعات را در فضايي اندك و به مدت نامحدود حفظ كند و سپس در هر زمان دلخواه اطلاعات ذخيره شده را به همان شكل قبل به كاربران تحويل دهد.

5-سرعت، دقت و توانايي بازيابي اطلاعات ذخيره شده در كامپيوتر بسيار بالاتر از انسان است.

6-كامپيوتر بر خلاف انسان به هنگام اجراي وظايف هرگز دچار خستگي، ملالت، بي‌حوصلگي و احساسات نخواهد شد. طولاني بودن مدت فعاليت، زياد بودن حجم اطلاعات و تكراري بودن پردازشها تأثير در صحت نتايج كامپيوتر ندارند(اگر چه بر سرعت اجراي عمليات تأثير دارند).

7-كامپيوتر بر خلاف انسان قادر است همزمان چند عمليات گوناگون را انجام داده يا مديريت كند.

8-كامپيوتر بر خلاف انسان قدرت تصميم گيري مستقل و انتخاب و ادامه عمليات در شرايط پيش بيني نشده را ندارد. [1]

9-كامپيوتر بر خلاف انسان فاقد خلاقيت و ابتكار است.

10-كامپيوتر بر خلاف انسان فاقد حس زيبايي شناسي و سليقه است.

11-كامپيتر بر خلاف انسان توانايي روياپردازي و تصورات خلاف واقع را ندارد.

كاربردهاي كامپيوتر

هدف اوليه از طراحي و ساخت كامپيوترها، انجام دقيق‌تر و سريع‌تر محاسبات بود. اما با توجه به موارد برتري كامپيوتر نسبت به انسان، به تدريج كاربردهاي متنوعي براي كامپيوتر ابداع شد. همگام با پيشرفتهاي سخت افزاري و پيچيده شدن مدارها و افزايش قابليتهاي كامپيوترها و همچنين ابداع و ظهور انواع نرم افزارها، به تدريج كاربرهاي گسترده اي براي كامپيوتر‌ها ايجاد شد. اين روند همچنان رو به گسترش است. در اين قسمت فقط برخي از كاربردهاي رايج و مهم كامپيوتر را ذكر مي‌كنيم.

كاربرد كامپيوتر در صنعت

- طراحي قطعات و دستگاههاي صنعتي

- توليد صنعتي به كمك كامپيوتر

- خودكار سازي كنترل و تنظيم شرايط محيطي توليد براي محصولات بسيار حساس.

- استفاده از روبات به جاي كارگر در كارهاي سخت و خيلي ظريف.

- كنترل كيفي و كمي محصولات و مواد اوليه.

- شبيه سازي شرايط و انجام آزمايشات كه اجراي واقعي آنها مستلزم خطرات جاني و مالي و زيست محيطي است.

كاربرد كامپيوتر در طراحي سازه‌ها

كاربرد كامپيوتر در طراحي و اجراي سازه‌ها 

- كاربرد كامپيوتر براي طراحي و نقشه كشي و معماري(نرم افزار AUTOCAD و ARCHICAD)

- كاربرد كامپيوتر براي تجزيه و تحليل انواع سازه ها.

- كاربرد كامپيوتر براي نقشه برداري و تهيه انواع نقشه ها.

كاربرد كامپيوتر در پزشكي

- دستگاههاي تشخيص پزشكي.

- ابزارهاي اندازه گيري و ثبت و تنظيم و كنترل آثار حياتي بيمار.

- نگهداري سابقه و اطلاعات پزشكي بيماران.

- تشخيص و درمان بيماران از راه دور.

كاربرد كامپيوتر در تجارت

- عمليات بانكي به كمك كامپيوتر.

- عمليات حسابداري و انبارداري به كمك كامپيوتر.

- اطلاع رساني و بازاريابي و ارائه خدمات و سفارشات به كمك كامپيوتر.

- تجارت الكترونيكي كالاها و خدمات.

- تجزيه و تحليل اطلاعات مالي و پيش بيني تغييرات ارزش سهام در بورس اوراق بهادار.

كاربرد كامپيوتر در مديريت

- نگهداري و ثبت و كنترل و تجزيه و تحليل اطلاعات پرسنلي.

- تجزيه و تحليل و كنترل پروژه ها.

- خودكار سازي سيستم‌هاي اطلاعات مديريت(MIS).

كاربرد كامپيوتر در گرافيك

- طراحي دو بعدي مانند برچسب كالاها، بسته بندي، پوستر، لفافه.

- طراحي و متحرك سازي سه بعدي.

- عكاسي ديجيتالي و پردازش تصاوير.

كاربرد كامپيوتر در امور انتشاراتي

- حروفچيني و صفح آرايي كتاب، روزنامه و مجلات.

- طراحي جلدها.

- چاپ ديجيتالي.

كاربرد كامپيوتر در آموزش

- كاربرد كامپيوتر به عنوان يك وسيله مؤثر كمك آموزشي.

- كاربرد كامپيوتر و نرم‌افزارهاي آموزشي براي آموزش افراد.

- كاربرد كامپيوتر در شبكه‌هاي اطلاع رساني به عنوان شيوه تبادل اطلاعات علمي.

كاربرد كامپيوتر در سرگرميها

- شنيدن موسيقي از طريق اجراي CD صوتي.

- ديدن فيلمها از طريق اجرايDVD.

- اجراي بازيهاي كامپيوتري.

كاربرد كامپيوتر در ارتباطات

- انجام مكالمات تلفني از طريق كامپيوتر و شبكه‌هاي اطلاع رساني.

- برگزاري كنفرانسهاي ويديويي به كمك كامپيوتر و بزرگراههاي اطلاع رساني.

- استفاده از امكانات فوق‌العاده اينترنت و خدمات جانبي آن.

- استفاده از امكانات پست الكترونيكي به عنوان جايگزين پست سنتي.

به اطراف خود نگاه كنيد تا كاربردهاي ديگري از كامپيوتر را مشاهده نماييد. در حال حاضر تعداد كامپيوترها و عمق كاربرد آن در هر جامعه يكي از معيارهاي توسعه يافتگي است. در جوامع پيشرفته كار و زندگي بدون كامپيوتر ناممكن شده است. به همين دليل در جهان، بخث سواد كامپيوتري مطرح شده و افراد را به دو دسته با سواد كامپيوتري و بيسواد كامپيوتري تقسيم مي‌كنند.

________________________________________

1- امروزه با به وجود آمدن هوش مصنوعي  تا حدودی اين امر ميسر شده است. 

تقسيمات علوم كامپيوتر

فصل سوم

تقسيمات علوم كامپيوتر

هركامپيوتر از دو بخش مجزا و در عين حال مكمل تشكيل شده است: سخت افزار و نرم افزار.

نرم‌افزار (Soft Ware)

هرچيز غير قابل لمس و غير فيزيكي مربوط به كامپيوتر را نرم افزار مي‌نامند. داده ها، برنامه‌هاي موجود در كامپيوتر، سيستم‌هاي عامل و ... همگي در گروه نرم افزار قرار دارند.

سخت‌افزار (Hard Ware)

هر چيز قابل لمس و فيزيكي مربوط به كامپيوتر را سخت‌افزار مي‌نامند. بدنه كامپيوتر، واحد پردازش مركزي(CPU)، بورد اصلي، حافظه، رابطها، كانكتورها، سيم ها، و كابلها، و اتصالات و صفحه كليد و ماوس و مانيتور و ... و انواع ديسكهاي فلاپي و سخت و نوارهاي ذخيره سازي در گروه سخت افزار قرار دارند.

طبقه بندي كامپيوترها بر اساس قدرت پردازش

تعريف پردازش داده‌ها (Data Processing)

هر نوع عملياتي كه سبب تغيير هدفمند داده‌ها در كامپيوتر شود. اين عمليات ممكن است شامل محاسبات، مقايسات، ترسيمات و يا هر نوع عمل ديگري باشد. گاهي پردازش را دستكاري داده‌ها نيز مي‌نامند.

1- ابر كامپيوترها (Super Computer يا Maxi)

اين نوع كامپيوترها 5 ميليون بار سريعتر از كامپيوترهاي عادي عمل مي‌كنند. كامپيوترهاي عادي براي حل مسأله از روش مراحل پي در پي(مانند انسان) اما با سرعت بسيار زياد استفاده مي‌كنند.

بدين ترتيب حل مسائل بزرگ يا پيچيده در كامپيوترهاي عادي مستلزم زمان زيادي است. اما در ابر كامپيوترها از پردازنده‌هاي موازي استفاده مي‌شوند كه چند محاسبه را به طور همزمان اجرا مي‌كنند. اولين ابر كامپيوتر با نام ILLIAC-IV توانايي اجراي 64 محاسبه مختلف به طور همزمان داشت. در كامپيوتر فوق از واحد بزرگ كنترل استفاده شده بود كه دستورات را به 64 واحد پردازش همزمان ارسال مي‌كرد.

2- كامپيوترهاي بزرگ(mainframe يا  Midi)

اين نو كامپيوتر‌ها نياز به فضاي زيادي دارند. همزمان تا 200 نفر مي‌توانند از اين كامپيوترها استفاده نمايند. كليه كامپيوتهاي اوليه در نسل سوم داراي سرعت 5 تا يكصد ميليون دستور در هر ثانيه دراين گروه قرار داشتند.

3- سوپر ميني كامپيوترها (Super mini computer)

اين نوع كامپيوترها در سالهاي اخير ابداع شده اند. اين نو ع كامپيوتر‌ها 32 يا 64 بيتي عمل مي‌كنند. كامپيوترهاي VAX-11 و 780/8600 و TDC 332 نمونه‌هايي از اين گروه كامپيوترها هستند.

4-كامپيوترهاي كوچك(Mini Computer)

اين نوع كامپيوترها حداقل 5 با سريعتر از ميكرو كامپيوترها هستند. CPU آنها با سرعت 3000 كيلو دستور در هر ثانيه، عمل مي‌كند. حافظه آنها بين 256MB تا 12GB است.

اين كامپيوترها 32 بيتي عمل مي‌كنند. از آنها به طور همزمان 4 تا 8 كاربر استفاده مي‌كنند.

ميکروكامپيوترها

انتخاب نام ميكروكامپيوتر براي اين نوع كامپيوترها دو دليل دارد:

1-كوچك بودن اندازه آنها

2-استفاده از ميكروپرسسورها.

ميكروپروسسور، قلب هر كامپيوتر امروزي است. هر كامپيوتر 5 قسمت اصلي دارد: دستگاههاي ورودي، خروجي، واحد پردازش مركزي، واحد كنترل و واحد حافظه. واحد پردازش مركزي يا CPU در يك تراشه بسيار كوچك و گاهي بر روي چند تراشه قرار دارد. در برخي انواع ميكرو كامپيوترها، حتي واحد ورودي و خروجي نيز در يك تراشه قرار دارند.

كامپيوترهاي شخصي(PC)

اين نوع كامپيوترها براي استفاده افراد و مؤسسات كوچك طراحي و ساخته مي‌شوند. انواع كامپيوتر شخصي ساخت شركت IBM با استقبال عمومي مواجه شد. به همين دليل امروزه كامپيوترهاي شخصي سازگار با (IBM Compatible) نوعي استاندارد محسوب مي‌شود.

منظور از كامپيوترهاي شخصي سازگار با IBM، كامپيوتري است كه حافظه و زمان چرخه عمليات و تراشه‌هاي مورد استفاده آن همسان با كامپيوتر ساخت IBM باشند و توانايي پشتيباني از نرم افزارهاي توليدي IBM را داشته باشند.

طبقه بندي كامپيوترها براساس عملكرد داخلي و نحوه پردازش

كامپيوترها را مي‌توان بر اساس نوع عملكرد داخلي آنها طبقه بندي نمود:

1-كامپيوتر‌هاي قياسي يا آنالوگ(Analog)

2-كامپيوترهاي رقمي يا ديجيتال(Digital)

3-كامپيوترهاي پيوندي يا تركيبي(Hybrid)

در اين قسمت، نوع و عملكرد و ويژگيهاي اين كامپيوترها را بررسي مي‌كنيم.

كامپيوترهاي قياسي يا آنالوگ

آنالوگ(Analog) لغتي يوناني و به معناي پيوستگي دو مقدار است. در كامپيوترهاي قياسي، مقادير به شكل جريان يا سيگنال ولتاژ نشان داده مي‌شوند. در كامپيوترهاي آنالوگ به جاي شمارش از اندازه گيري استفاده ميشود. نشانگر سرعت سنج يك اتومبيل مثال خوبي از شيوه عمل كامپيوترهاي قياسي است.

كامپيوترهاي رقمي يا ديجيتال

در كامپيوترهاي ديجيتال براي معرفي عبارتهاي رياضي و مقادير از سيستم باينري(1,0) استفاده مي‌شود. كامپيوتر ديجيتال فقط عمليات جمع را مي‌داند. ساير عمليات مانند ضرب و تقسيم و توان ابتدا به عمليات جمع تبديل و سپس محاسبه ميشوند. اما سرعت محاسبات آنقدر زياد است كه ما فكر مي‌كنيم كامپيوترهاي ديجيتال متخصص انجام عمليات پيچيده رياضي هستند.

ساختمان كلي كامپيوتر

فصل چهارم

ساختمان كلي كامپيوتر

هر كامپيوتر ازچهار بخش اصلي ساخته مي‌شود:

1- واحد پردازش مركزي (CPU)

2- واحد حافظه.   

3- واحد ورودي( (INPUT UNIT

4-  واحد خروجي( (OUTPUT UNIT

ريزپردازنده (Microprocessor)

ريز پردازنده يا ميكروپروسسور چيزي نيست جز CPU(واحد پردازش مركزي) و گذرگاه و درگاههاي ارتباطي آن. اين بخش مانند قلب و مغز كامپيوتر عمل كرده و شامل سه قسمت اصلي است:

1- واحد حساب و منطق (ALU)

2- حافظه ثبات يا به طور خلاصه حافظه كه به دو شكل وجود دارد:

الف- حافظه اصلي يا ذخيره با دسترسي آني (IAS).

ب- حافظه كمكي يا جانبي.

3- واحد كنترل (CU).

واحد پردازش مركزي (CPU)

CPU مغز يك كامپيوتر شخصي است  كه نرم افزارها را اجرا و كنترل مي‌كند. سرعت CPU اغلب مهمترين وجه تمايز هر كامپيوتر شخصي است. امروزه سرعت رايج CPU بين 800 تا يك هزار مگاهرتز (MHZ) است. يعني CPU امروزي توانايي انجام 800 ميليون تا يك بيليون عمليات در هر ثانيه را دارد. وظايف اصلي CPU عبارتند از:

1- ذخيره و نگهداري داده ها و دستورات (برنامه‌ها).

2- كنترل ترتيب اجراي عمليات.

3- صدور دستورات به ساير قسمتهاي سيستم كامپيوتر.

4- حمل داده‌هاي پردازش شده و ارسال آن به واحد خروجي.

بديهي است كه CPU براي انجام وظايف و ارتباط با ساير اجزاء در سيستم كامپيوتر به گذرگاههايي(BUS) نياز دارد كه نقش آنها را در بعداً آموزش مي‌دهم. همچنين CPU براي تبادل اطلاعات با واحدهاي ورودي و خروجي به مكانهايي به نام درگاه (PORT) نياز دارد.

CPU از سه قسمت با نام واحد حساب و منطق،‌ واحد كنترل و حافظه ثبات تشكيل شده است. در اين قسمت وظايف و ويژگيهاي واحد ALU را آموزش مي‌دهم. اين واحد عمليات لازم بر روي داده‌هاي موجود در حافظه اصلي (IAS) را انجام داده و داده‌هاي پردازش شده را مجدداً به حافظه اصلي برمي‌گرداند. ALU دو نوع عمليات انجام مي‌دهد:

1- عمليات محاسباتي مانند جمع و تفريق و ضرب و تقسيم.

2- عمليات منطقي و مقايسه بر اساس توابع AND و OR منطقي.

ALU از تعدادي انباشتگر و رجيستر تشكيل شده است. ALU داده‌ها را تحت نظارت واحد كنترل از حافظه اصلي گرفته و آنها را در انباشتگر ALUبارگذاري مي‌كند. مثلاً اگر قرار است دو عدد A و B را جمع كنيم،‌واحد كنترل ابتدا عدد A را بر اساس آدرس آن در حافظه يافته و به واحد ALU تحويل مي‌دهد. عمل جمع بين A و B در ALU انجام شده و حاصل عمليات در انباشتگر نگهداري مي‌شود تا عمليات بعدي اجرا شود. و يا حاصل عمليات با هدايت واحد كنترل به حافضه اصلي منتقل مي‌شود.

واحد كنترل CU وظيفه كنترل و هدايت كليه عمليات كامپيوتر را انجا ممي‌دهد. دريافت داده ها و برنامه‌ها و هدايت نتايج عمليات از وظايف اصلي واحد كنترل است.

واحد حافظه

حافظه كامپيوتر محل ضبط و نگهداري اطلاعات است. داده‌هاي ورودي به همراه دستورالعمل‌ها در حافظه كامپيوتر ضبط مي‌شوند و سپس به واحد محاسبه و منطق مي‌روند و در آنجا عمليات خواسته شده روي داده‌ها انجام مي‌گيرد. كوچكترين عنصر حافظه(بيت) مي‌باشد. مجموع هشت بيت [1] كه معرف يك كاراكتر است را بایت [2] مي‌نامند. ساختمان بيت در طول تكامل كامپيوتر تغيير يافته است. ظرفيت حافظه با كيلوبايت(KB) برابر با 210 يا 1024 بايت يا مگابايت(MB) برابر با 1024 بايت يا گيگابايت(GB) برابر با 1024 (حدوداً يك ميليارد بايت) بيان مي‌شود. به دليل حجم وسيع حافظه براي دسترسي سريع به آنها، هريك از بايتهاي حافظه يك آدرس دارند. آدرس بايتها از صفر شروع شده و تا آخرين حد ظرفيت حافظه ادامه مي‌يابند. دسترسي به بايتها بر مبناي همين آدرسها صورت مي‌پذيرد. آدرس بايتهاي حافظه همواره ثابت است ولي محتواي آنها بسته به داده‌هايي كه در آنها ذخيره مي‌شوند تغيير مي‌كند.

انواع حافظه‌هاي اصلي

1- حافظه فقط خواندني (ROM)

حافظه‌هاي فقط خواندني به حافظه‌هايي اطلاق مي‌شود كه اطلاعات آنها براي يك بار با دستگاه مخصوص پرشده و از آن پس، اين اطلاعات به سادگي پاك نمي‌شود.اين حافظه‌ها براي نگهداري دستورات اساسي و كليدي كامپيوتر كه فرمان‌هاي مهمي جهت هدايت سخت‌افزار سيستم صادر مي‌كنند، ضروري است. از ويژگي‌هاي مهم اين نو ع حافظه اين است كه با قطع برق اطلاعات آن پاك نمي شود.

2- حافظه موقتي (RAM)

حافظه موقتي يا اصلي كه به Read/Write Memory نيز معروف مي‌باشند، همان بخش اصلي حافظه كامپيوتر است. معمولاًبرنامه‌ها قبل از اجرا و داده‌ها قبل از پردازش در حافظه بارگذاري مي‌شوند و پس از پردازش، نتايج حاصله نيز دراين حافظه‌ها ثبت مي‌گردد و سپس به حافظه‌هاي جانبي منتقل مي‌شوند. با قطع جريان برق، اطلاعات درون آنها پاك مي‌شود. در اين نوع حافظه سرعت دسترسي به اطلاعات زياد است و اين عامل، يعني سرعت دسترسي، يكي از معيارهاي اساسي انتخاب آنهاست. اطلاعاتي كه معمولاً درون حافظهRAM قرار مي‌گيرند عبارتند از:

- هسته مركزي سيستم عامل كه تمامي اعمال سيستم عامل و دستگاه‌هاي جانبي را كنترل مي‌كند؛

- برنامه‌هاي لايه‌هاي بالاتر سيستم عامل؛

- داده‌هايي كه روي صفحه نمايش ظاهر مي‌شوند و اطلاعات ساعت كه دائماً تغيير مي‌كند؛

- برنامه‌هاي كاربردي در مواقعي كه براي اجرا فراخواني مي‌شوند؛

- همه يا بخشي از داده‌ها كه توسط برنامه‌هاي كاربردي استفاده مي‌شوند؛

3- حافظه جانبي(Auxiliary)

معمولاً مقدار اطلاعات و برنامه‌هايي كه در يك سيستم كامپيوتري موجودند به قدري زياد است كه تمام پرونده‌هاي اطلاعاتي و برنامه‌اي در حافظه اصلي كامپيوتر نمي گنجد. از طرفي، تمام اين اطلاعات و برنامه‌ها نيز در آن واحد مورد نياز نيستند. مثلاً لزومي ندارد كه اطلاعات پروندة پزشكي بيماري كه سالي دوبار به بيمارستان مراجعه مي‌كند هميشه در حافضه اصلي كامپيوتر نگهداري شده و بيهوده فضاي آن را اشغال كند. زيرا اين پرونده فقط هر شش ماه يك بار مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ويژگي‌هاي عمده حافظه‌هاي جانبي

اين حافظه‌ها غيرفرار بوده و به منبع دائمي الكتريسيته نياز ندارد و در اثر جابجايي نيز پاك نمي شوند؛

حافظه‌هاي جانبي نسبت به حافظه‌هاي اصلي ارزان‌تر هستند.

قابليت جابجايي، نقل و انتقال و كپي برداري از اطلاعات به وسيله حافظه‌هاي خارجي نيز از خصوصياتي است كه در رشد كامپيوتر مؤثر است.

انواع حافظه‌هاي جانبي

1- نوار مغناطيسي

ذخيره اطلاعات روي نوارهاي مغناطيسي بسيار شبيه ذخيره آن بر روي نوار ضبط صوت است با اين تفاوت كه در اين جا اطلاعات كد شده، دو دو يي است ولي كاستهاي صوتي به شكل پيوسته مي‌باشد. ظرفيت يك نوار به وسيله واحد بايت در اينچ سنجيده مي‌شود. استفاده از نوار در كامپيوترهاي بزرگ بسيار معمول است. از بارزترين مشخصات يك نوار آنست كه اطلاعات روي آن به صورت ترتيبي [3] ضبط مي‌شوند. به همين دليل زمان دستيابي [4] به اطلاعات در نوار زياد است.

2- ديسك سخت

اين ديسك داراي ظرفيت بسيار زيادي براي پذيرش اطلاعات مي‌باشد. كوچكترين هاردديسك، 170 مگابايت ظرفيت داشت و اكنون حجم هاردديسك‌ها تا 60 و حتي 80 و 120 گيگابايت افزايش يافته است. اين ديسك در درون System unit قرار دارد و ما به عنوان كاربر [5] كامپيوتر كاري با جسم آن نداريم. هنگاميكه ديسك گردان مربوط به اين ديسك در حال كار باشد چراغ مخصوص آن روشن مي‌شود، اين ديسك گردان به وسيله سيستم عامل Dos، با علامت(C) گزارش مي‌شود كه مي‌توان درايوهاي:D و :E و غيره را نيز از آن منشعب كرد.

3- ديسك نرم

كه نام ديگر آن DISKETTE به معني ديسك كوچك مي‌باشد. با اين ديسكها مي‌توان اطلاعات موجود در يك ديسك سخت را به ديسك سخت ديگر منتقل نمود. نسبت هاردديسك به ديسكت مانند نسبت حوض است به سطل و به همين جهت است كه به ديسك سخت، ديسك ثابت [6] نيز اطلاق مي‌شود.

ديسكتهاي 5/3 اينچ

اين ديسكتها داراي جسم محكم و سخت مي‌باشند و قسمت‌هاي آسيب‌پذير ديسك به طور اتوماتيك از گزند برخورد با محيط اطراف محفوظ مي‌باشد. دو تصوير زير شكل پشت و روي اين ديسكت را نمايش مي‌دهد.

4-ديسك نوري

شما ممكن است نام CD-Rom را شنيده باشيد. اين عبارت مخفف كلمات Compact Disk Read-only-Memory است. اين درايوها از نوع درايو نوري هستند كه ابتدا فقط مي‌شد از اطلاعات موجود در آنها استفاده نمود و به همين جهت به آنها Read-only-memory (حافظه فقط خواندني) گفته مي‌شود. اين گونه درايوها داراي ظرفيت بسيار زيادي براي ذخيره اطلاعات است. براي نمونه ظرفيت نسبي يك CD-Rom حداقل 650 مگابايت است.

با پيشرفت تكنولوژي سخت افزاري، ريزكامپيوترها به سرعت توانايي‌هاي خود را گسترش داده و هر روز به كامپيوتهاي بزرگ نزديك مي‌شوند. سرعت عملياتيCPU، حجم حافظه اصلي، كوچك شدن حجم سخت افزار و ... باعث شد كه اكثراً كارهايي كه قبلاً فقط به وسيله كامپيترهاي بزرگ قابل انجام بودند، بر روي PC پياده شوند. اما در زمينه حافظه‌هاي جانبي با وجود پيشرفت سريع تكنولوژي، ديسكهاي مغناطيسي (از نظر كمّي) نيازهاي روز را برطرف نمي‌كند. ظهور تكنولوژي حافظه‌هاي نوري يا ديسكهاي ليزري باعث شد كه چگالي اطلاعات بر روي ديسك به شدت افزايش يافته و لذا حجم‌هاي بسياربالا به راحتي قابل دسترسي باشد. اين ديسكهاي ليزري با استفاده از تكنيك انعكاس نور قادر به خواندن اطلاعات مي‌باشند. در مواردي كه انعكاس نور قوي باشد مقدار، 1 و مواردي كه انعكاس ضعيف باشد مقدار، 0 مي‌باشد. برتري ديسكهاي نوري نسبت به ديسك سخت، قيمت پايين تر، حجم كمتر و آسيب پذيري كمتر آن است. امروزه تكنولوژي برتر ديسكهاي نوري. قابليات ذخيره سازي را تا 650 مگابايت گسترش داده است. لذا مي‌توان انواع سيستم‌هاي صوتي و تصويري را بر روي ديسك نوري ارائه كرد. از انواع ديسكهاي نوري مي‌توان به ديسك نوري برنامه اي، ديسك نوري صوتي و ديسك نوري تصويري اشاره كرد.

واحد ورودي (INPUT UNIT)

واحد ورودي وظيف دريافت اطلاعات از كاربر و انتقال آن به داخل كامپوتر را بر عهده دارد. در هر سيستم كامپيوتري يك واحد ورودي وجود دارد. اين واحد از يك طرف با كاربر در ارتباط است و اطلاعات را از وي دريافت مي‌كند. اين واحد از سوي ديگر ارتباط يكطرفه‌اي با كامپيوتر دارد تا اطلاعات را به داخل كامپيوتر منتقل كند. واحد ورودي اطلاعات را به شكل قابل فهم توسط انسان از طرف كار بر دريافت كرده و آنها را به شكل قابل فهم براي كامپيوتر به سخت افزار تحويل مي‌دهد. وسايل ورودي بسيار متنوع هستند. اما همه آنها وظيفه وارد نمودن انواع اطلاعات به داخل كامپيوتر را انجام مي‌دهند. برخي از وسايل ورودي رايج عبارتند از:

1- ماوس

3- صفحه كليد

4- اسكنرها

5- قلم نوری

واحد خروجي (OUTPUT UNIT)

اطلاعات مورد نياز كامپيوتر از طريق ورودي و يا حافظه تأمين مي‌شود. پردازشها توسط ريز پردازنده انجام مي‌گيرد. حاصل اجراي عمليات يا در حافظه كامپيوتر ذخيره مي‌شود و يا به شكل قابل فهم براي انسان خارج شود. واحد خروجي در سيستم كامپيوتر وظيفه گرفتن حاصل عمليات پردازشي و تبديل آن به يكي از شكلهاي قابل فهم براي انسان را بر عهده دارد.

وسايل خروجي كامپيوتر بسيار متنوع هستند. برخي از وسايل خروجي رايج را معرفي مي‌كنم:

1- مانيتور

2- چاپگرها

3- پلاتر

4- بلندگو

مانيتور

مانيتور يا صفحه نمايشگر، از متداول‌ترين اجزاي خروجي ر كامپيوتر است. به اين معني كه به طور طبيعي كليه اطلاعات خارج شده از واحد پردازنده مركزي توسط اين دستگاه نمايش داده مي‌شود.

رايج‌ترين نوع مانيتور كه در سيستم‌هاي كامپيوتري از آن استفاده مي‌شود به مانيتورهايCRT  [7] معروف مي‌باشند. لامپ تصوير اين مانيتورها از يك جدار فسفري تشكيل شده است كه در اثر پرتاب الكترون به ‌آن روشن مي‌شود.

در تصوير، مي‌توان دقت [8] نمايش يك مانيتور را تعريف كرد. صفحه مانيتور از تعدادي Pixel تشكيل شده است. دقت نمايش به تعداد اين خانه‌ها در يك اينچ بستگي دارد و يا اساساً به تعداد Pixelهاي افقي و عمودي آن وابسته است اصطلاحاً به مانيتورهايي كه‌اندازه هر پيكسل آنها 28/0 ميليمتر مي‌باشد، مانيتورهاي SVGA [9] مي‌گويند. چنانچه‌اندازه هر Pixel از آن بزرگتر تا 39/0 ميليمتر باشد آن را VGA مي‌گويند.

تكنيك ديگري كه براي ساختن مانيتور وجود دارد استفاده از نوعي مايع خاص است كه اين مايع در مقابل تنشهاي الكتروني از خود واكنش نشان مي‌دهد. به اين نوع مانيتورLCD  [10] مي‌گويند. اين نوع مانيتور معمولاً در ساخت كامپيوترهاي Note Books استفاده مي‌شود. مانيتورهاي ديگري وجود دارند كه به مانيتور گاز پلاسما معروف مي‌باشند. در اين نوع مانيتورها معمولاً از گاز نئون استفاده مي‌شود. نوع ديگري از مانيتورها وجود دارد كه به مانيتور پروژكتوري معروف است. اين مانيتورها از يك صفحه خارجي براي نمايش اطلاعات و يا تصاوير استفاده مي‌نمايند.

حداقل سرعت مجاز پويش بيش از 60بار در ثانيه است تا تصوير قابل مشاهده باشد. سرعتي كمتر از اين، لرزش و يا سوسو زدن تصوير را به همراه خواهد داشت.نمايشگرها در حالت [11] متن و گرافيك كار مي‌كنند. روشي كه ميزان روشني هر نقطه

نظرات شما عزیزان:

:: برچسب‌ها: تاريخچه كامپيوتر,