سخت افزار - پایگاه دانلود رایگان کتاب | دانلود کتاب

نیاز به انجام محاسبات در زمینه های تجارت و نجوم باعث شد که ۶۰۰ سال قبل از میلاد مسیح، چینی ها چرتکه را اختراع نمایند (در تاریخ علم، چرتکه را اولین ماشین حساب نامیدند)، ایرانیها هم به علم محاسبات یاری رساندند ازجمله خوارزمی بزرگترین دانشمند حسابداری کاربردی در زمان خودش بود که آثار خود را به فارسی و عربی می نوشت، او ماشین حساب چوبی را ساخت و خدمات ارزنده ای انجام داد. لازم به ذکر است که لغت الگوریتم از نام او (الخوارزمی) گرفته شده است، الگوریتم بیانگر روش حل هر مساله می باشد، کسی میتواند برنامه نویسی کند که با الگوریتم آشنایی داشته باشد. منطق توسط معلم اول (ارسطو) معرفی و توسط معلم ثانی (فارابی) گسترش یافت، کامپیوتر بر مبنای منطق استوار است. پاسکال بزرگترین ریاضیدان کاربردی در زمان خودش می باشد. او اولین ماشین حساب مکانیکی را ساخت، این سومین ماشین حساب و اولین ماشین حساب مکانیکی است که می توانست ۴ عمل اصلی (جمع، تفریق، ضرب و تقسیم) را انجام دهد. لایب نیتز ماشین پاسکال را گسترش داد و ماشینی ساخت که می توانست جذر بپذیرد.به تدریج ماشین حسابهای دیگری نیز ساخته شد. در این زمان عده ای منتقد پیدا شدند و گفتند که این ماشین ها انسان را سر کار می گذارند و در واقع منظورشان این بود که این ماشینها عمل پذیر هستند و ما باید ماشین برنامه پذیر بسازیم. مخترعان در کار خود از طبیعت الهام می گیرند و در ساخت کامپیوتر نیز از انسان الهام گرفته اند.

۲) برنامه: مجموعه ای از عمل ها که انجام همگی آنها، ما را به هدف مشخصی برساند.

اگر سیستم کامپیوتری را با سیستم انسانی مقایسه کنیم به نتایج زیر می رسیم:

۱- اگر انسان مغز دارد کامپیوتر CPU دارد.

۲- اگر انسان مرکز کنترل اعصاب دارد، کامپیوتر واحد کنترل دارد،

در واقع واحد کنترل به تمام اجزاء کامپیوتر دسترسی دارد و آنها را کنترل و بر آنها مدیریت می کند.

۳- اگر انسان شعور دارد، کامپیوتر واحد حساب و منطق دارد. این واحد می تواند دستورالعمل های برنامه ها را اجرا نماید و از واحد کنترل دستور می گیرد. کامپیوتر برای نگهداری دائمی اطلاعات و داده ها از حافظه های جانبی استفاده می نماید.

۴- حافظه انسان در مغزش قرار دارد و در آن معلومات و اطلاعات مورد نیاز ذخیره می شود و به صورت دائمی نگهداری می گردد، این حافظه قابل توسعه وتعمیم است یعنی می توان معلومات و اطلاعات جدید به آن افزود. حافظه اصلی کامپیوتر در خارج از مغز کامپیوتر قرار دارد. این حافظه الکترونیکی بوده و فقط برای اجرای برنامه ها ازآن استفاده می نماییم، به این معنی که اگر کامپیوتر بخواهد برنامه ای را اجرا کند ابتدا باید یک کپی از برنامه را داخل این حافظه قرار دهد و بعد واحد محاسبه و منطق با مدیریت واحد کنترل برنامه را دستور به دستور اجرا نماید. اگر کامپیوتر را خاموش کنیم محتوای حافظه اصلی پاک می گردد. سوال این است که برنامه ها را در کجا بصورت دائمی نگهداری می کنیم؟ پاسخ این است که آنها را حافظه های جانبی ذخیره کرده و نگه می داریم. این حافظه ها عبارتند از: دیسک سخت، فلاپی، CD ها، DVD ها، نوارهای مغناطیسی و فلش مِموری (Flash memory) که در بین آنها دیسک سخت از همه مهم تر است.

۵- اگر انسان اعضاء و جوارحی دارد که هر کدام وظیفه محدودی را بر عهده دارند، کامپیوتر به جای آنها دستگاههای جانبی دارد که هر کدام برای کاری مناسب است از قبیل صفحه کلید، مانیتور، ماوس، چاپگر، دستگاه دیسک سخت، دستگاه فلاپی، دستگاه CD، دستگاه DVD، اسکنر، قلم نوری، پلاتر و … .

– مقایسه سیستم انسانی با سسیستم کامپیوتری:

سرعت و دقت کامپیوتر بیشتر از انسان است، ضمن اینکه لوازم جانبی جدیدی را می توان به آن افزود. در عن حال انسان موجود خلاق، مبتکر، نوآور بوده ولی کامپیوتر وابسته به انسان است.

کامپیوتر از مجموعه ای از صفر و یک ها بوجود آمده است، در بعضی از کامپیوتر ها با ولتاژ سر و کار دارد، ولتاژبالا نشانگر ۱ و ولتاژ پایین نشانگر ۰ است. در بعضی مکانها کیمپیوتر با جریان الکتریکی سر و کار دارد، اگر جریان وصل باشد ۱ و اگر قطع باشد ۰ است. در جایی با مغناطیس سر و کار دارد (مانند فلاپی) اگر مغناطیس دارد ۱ و اگر مغناطیس ندارد ۰ است. در جایی با سوئیچها سر و کار دارد، سوئیچ یا ON است یا OFF، ON یک است و OFF صفر. در جایی مانند CD و DVD که روی آن حفره ایجاد می شود، جایی که حفره ایجاد می شود ۱ و اگر حفره نباشد ۰ است. جاهایی با لامپ اندیکاتور سر و کار دارد، اگر روشن باشد ۱ و اگر خاموش باشد ۰ است.

سخت افزار و نرم افزار: Hardware and Software     

در مقایسه با انسان سخت افزار جسم و نرم افزار روح است یعنی همان طور که جسم بی روح خاصیتی ندارد، سخت افزار بدون نرم افزار نمی تواند کار کند.

Hardware: به کلیه اجزاء فیزیکی قابل لمس که کامپیوتر را تشکیل می دهند، سخت افزار می گوئیم که از پلاستیک، فلز، ادوات مغناطیسی و الکتریکی شکل می گیرد.

Software: به کلیه برنامه ها و داده ها و اطلاعات قابل استفاده در کامپیوتر نرم افزار می گوئیم. کامپیوتر ماشینی است منطق پذیر، الگوریتم پذیر و بنابراین برنامه پذیر، کامپیوترها اشرفِ ماشینها هستند.

تفاوت داده ها و اطلاعات: داده ها، دانستنی های خام هستند. اطلاعات ، دانستنی های پرداخت یا پردازش شده هستند.

در واقع به کامپیوتر می توان Data processor گفت، اسم کامپیوتر از Calculator (حساب کردن) به معنی حسایگر می باشد ولی باید در واقع آن را داده پرداز بنامیم.

دسته بندی دستگاه های جانبی:

۱- دستگاههای ورودی (Input devices): صفحه کلید، ماوس، اسکنر، میکروفن، قلم نوری و … که داده به کامپیوتر می فرستند.

۲- دستگاههای خروجی (Output devices): مانیتور، چاپگر، رسام (نقشه کشی) یا پلاتر، CDرایتر و … که کامپیوتر اطلاعاتی به آنها می فرستد.

۳- دستگاههای ورودی/ خروجی (Output/Input devices): دستگاههایی که هر دو کار را انجام دهد (ارتباط دو جانبه): دیسک سخت، فلاپی، فلش مِموری و … که کامپیوتر اطلاعات روی آنها را می خواند و اطلاعاتی را نیز می تواند روی آنها قرار دهد.

کاربردهای مبناهای عددی در سیستم کامپیوتری:

۱- مبنای ده (Decimal Base): مبنای معمولی ما انسانها است که از صفر تا ۹ بوده و پس از آن از همین عددها، سایر اعداد را می نویسیم؛ ده، صد و بیست و …، داده ها و اطلاعات را با این مبنا بیان می کنیم.

۲- مبنای دو (Binary Base): در داخل کامپیوتر از مبنای دو استفاده می شود (۰ و ۱).

۳- مبنای هشت (Octal Base): برای بیان کدها و سهولت تبدیل آنها به مبنای دو از این مبنا استفاده می شود (۰,۱,۲,۳,۴,۵,۶,۷)، به این دلیل از این مبنا استفاده نموده اند که ۲۳=۸ می باشد. از این رو تبدیل عدد از مبنای ۸ به مبنای ۲ یا بالعکس بسیار ساده می شود.

۴- مبنای شانزده (Hexadecimal Base): در این مبنا از ۱۶ رقم برای عدد نویسی استفاده می شود، رقم هاعبارتند از ۰ الی ۹ و ۸ الی F که جمعاً ۱۶ تا می شود، با توجه به اینکه ۲۴ = ۱۶ می باشد، از این رو تبدیل عدد از مبنای ۱۶ به مبنای ۲ و یا بالعکس بسیار ساده می شود. از این مبنا نیز برای بیان کدها استفاده می شود.

کامپیوتر شخصی (Personal computer): که در یک زمان واحد، یک شخص از آن استفاده می نماید. یک کامپیوتر شخصی حداقل از این تجهیزات برخوردار است:

الف- کیس

ب- مانیتور

ج- صفحه کلید

د- ماوس

می توان چاپگر، اسکنر، Webcam، میکروفن، هدفن و … را به کامپیوتر افزود.

نگاهی به داخل کیس:

۱- بورد الکترونیکی بزرگ (Mother Board) که به بورد اصلی یا کارت اصلی معروف است و چند لایه می باشد. CPU که مهمترین قطعه کامپیوتر است بر روی این کارت اصلی سوار (تعبیه) می شود. این کارت اصلی ارتباط سایر اجزاء کامپیوتر را با CPU برقرار می کند.

۲- CPU: همان طور که گفتیم بر روی کارت اصلی تعبیه می شود و مخفف Central processing unit است، در مدلهای امروزی دارای یک فن ظریف بوده تا آن را خنک نگه دارد. CPU دارای اجزای زیر است:

الف- واحد کنترل: تمام اجزاء کامپیوتر را تحت کنترل دارد و بر آنها مدیریت می کند (Control unit).

ب- واحد محاسبه و منطق: شامل تعداد زیادی مدار الکترونیکی مجتمع شده است که هر مدار می تواند یک دستورالعمل از برنامه ها را اجرا نماید (Alu: Arithmetic and logical).

ج- ثبات ها (Registers): که به عنوان حافظه های کوچک در اختیار واحد محاسبه و منطق و همچنین واحد کنترل قرار دارند و در انجام کارها مورد استفاده قرار می گیرند.

د- حافظه دم دستی (Cache memory): از این حافظه هنگام اجرای دستورالعمل های برنامه استفاده می شود. در حقیقت کامپیوتر، هر بار تعدادی دستورالعمل را از حافظه اصلی بر می دارد و در این حافظه می ریزد و سپس آنها را اجرا می نماید. این کار باعث می شود که سرعت اجرا بالاتر برود.

۳- کارت گرافیکی (Graphic card): یک کارت گرافیکی کوچک که بر روی برد اصلی نصب شده و کارت (برد) اصلی ارتباط آن را با CPU برقرار می کند، از سوی دیگر برد اصلی ارتباط این کارت را از طریق پشت کیس با مانیتور برقرار می نماید. وظیفه این کارت ایجاد متنها و تصاویر قابل نمایش برای مانیتور است، در واقع متنها و تصاویر در اصل به صورت صفرها و یک ها در حافظه اصلی تجلی می کند و این کارت گرافیکی با وساطت CPU آن صفرها و یک ها را به صورت متون و تصاویر قابل نمایش برای مانیتور ارسال می نماید تا آنها را ببینیم. کیفیت یک تصویر بستگی به مانیتور و کارت گرافیکی دارد.

در کارت های اصلی جدید، این کارت به صورت Onboard در آمده است یعنی اینکه به طور ضمنی در خود کارت اصلی، قابلیت کارت گرافیکی وجود دارد. اگر یک کارت گرافیکی در بورد مادر نصب شود جایگزین Onboard خواهد شد.

۴- کارت صدا (Sound card): این کارت نیز بر روی بورد اصلی تعبیه می شود و توسط بورد اصلی با CPU ارتباط دارد و از سوی دیگر از طریق پشت کیس به بلندگوها وصل می شود. وظیفه این کارت ایجاد صدا می باشد، در حقیقت از صفرها و یک هایی که در حافظه اصلی می باید به صدای حقیقی تبدیل شوند، استفاده می کند و صدای مصنوعی را ایجاد می نماید، آنها را به بلندگوها می دهد تا کاربر تنظیم کند و بشنود. این کارت نیز اخیراً به صورت Onboard وجود دارد ولی اگر خودمان این کارت را تعبیه نمائیم جایگزین Onboard خواهد شد.

۵- کارت مودم (Fax modem card): این کارت نیز می تواند به کارت اصلی وصل شود و از طریق آن با CPU مرتبط باشد، از سوی دیگر از طریق پشت کیس با یک کابل ویژه به پریز تلفن وصل می شود. در حقیقت این کارت مبدل سیگنال است. باید بدانیم در داخل کامپیوتر سیگنال ها دیجیتالی هستند یعنی بهصورت صفرها و یک ها ظاهر می شوند ولی در تلفن، سیگنا ها از نوع آنالوگ بوده که به صورت امواج سینوسی می باشند. اگر بخواهیم دو کامپیوتر را به هم وصل کنیم که فاصله آنها بیش از ۱۰۰ متر باشد، اولاً: کابلی نداریم که بتواند آن دو را به همخ وصل نماید، ثانیاً: اگر هم داشته باشیم بیش از این فاصله قابل استفاده نیست زیرا پارازیت یا نویز اضافه می شود و امواج مغشوش می گردد، ناگزیر هستیم که از خط تلفن استفاده نمائیم، دراین صورت کارت مودم سیگنالهای دیجیتالی را از کامپیوتری که اطلاعاترا می فرستد، می گیرد و آنها را به آنالوگ تبدیل و به خط تلفن می دهد، کامپیوتر گیرنده اطلاعات برعکس عمل می کند یعنی مودم آن، از خط تلفن سیگنالهای آنالوگ را می گیرد و آن را به دیجیتال تبدیل می کند و بهکامپیوتر می دهد و بدین طریق دو کامپیوتر با هم تبادل اطلاعات می کنند.

Modem: Modulator and Demodulator

این کارت نیز در برد(کارت)های اصلی جدید به صورت Onboard وجود دارد.

انواع مودم:

                        1) کارت Internal modem

الف: مودم داخلی     

                        2) Onboard

ب: مودم خارجی (External modem): به صورت یک دستگاه کوچک در کنار کامپیوتر قرار می گیرد که از یک سمت به کیس وصل می شود تا از طریق بورد اصلی به CPU وصل گردد و ازسوی دیگر به پریز تلفن وصل میشود. یک دستگاه مودم خارجی می تواند به بیش از یک کامپیوتر سرویس دهد که بر اساس مدلهای مختلف به ۴ ، ۸ ، ۱۶ و ۳۲ کامپیوتر سرویس می دهد. در حقیقت زمان را برای دریافت و ارسال به اشتراک می گذارد و به طور موازی کامپیوترها می توانند تبادل اطلاعات نمایند. بدیهی است که اگر خط تلفن، معمولی باشد احساس خواهیک کرد که تبادل اطلاعات کند است امااگراز خط ویژه مخابراتی ADSL استفاده شود، مشکلی نخواهیم داشت. 

۶- حافظه اصلی (RAM: main memory): این حافظه به صورت یک، دو یا چهار کارت کوچک الکترونیکی است که آنها را بر روی برد اصلی نصب می نمائیم، این حافظه صرفاً برای اجرای اطلاعات به کار می رود که از طریق برد اصلی به CPU وصل است. این حافظه کهبیشتر پرسرعت است برای اجرای برنامه ها به کار می رود، هر گاه کامپیوتر بخواهد برنامه ای را اجرا نماید ابتدا یک کپی از برنامه را از حافظه های جانبی به این حافظه کپی می کند سپس واحد کنترل در کار اجرای برنامه دخالت کرده و دستورالعمل های برنامه را یکی پس از دیگری به ترتیب اجرا، تعبیر و تفسیر می نماید و تشخیص می دهد که چه دستورالعملی هست و به کدام مدار الکترونیکی واحد محاسبه و منطق مربوط می شود، سپس آن مدار را به کار می اندازد تا آن دستورالعمل اجرا شود. آنقدر این برنامه ادامه می یابد که برنامه به پایان خود برسد.

سوال: حافظه اصلی را بر اساس چه مدلی نگاه کنیم تا بتوانیم با آن برخورد درست داشته باشیم؟

جواب: حافظه اصلی را می توان مانند یک قفسه بسیار بزرگ تصور کرد که ازتعداد زیادی مکان یکنواخت متوالی تشکیل شده است.مکانها هر کدام آدرس منحصر به فردی دارند. محتوای آنها در هر زمان می تواند تعدادی صفر و یک باشد. در کامپیوترهای شخصی به این مکانها بایت می گوئیم، هر بایت هشت سلول دارد که هر سلول را یک بیت می گوئیم که هر بیت صفر یا یک می باشد. در واقع کوچکترین واحد اطلاعاتی در کامپیوتر Bit است.  

RAM مخفف Random Access memory (حافظه با دسترسی تصادفی) می باشد. منظور از رَم یعنی اگر به طور تصادفی آدرسی را در نظر بگیریم CPU می تواند سریعاً و بدون فوت وقت به آن آدرس دسترسی پیدا نماید، محتوای آن را بردارد یا محتوای آن را عوض نماید. این خاصیت یکی از مولفه هایی است که باعث بالا رفتن سرعت کامپیوتر در پردازش ها می گردد.