سخت افزار کامپیوتر

1. سخت افزار کامپیوتر بخش فناوری کتاب توربان: فصل اول اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

2. فهرست محتوا • معرفی • واحد پردازش مرکزی • حافظه رایانه • تکامل سخت افزار رایانه • سلسله مراتب رایانه • فناوری های ورودی و خروجی • شاخص های عمومی فناوری • مسائل راهبردی سخت افزار اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

3. معرفی • تصمیم گیری در مورد سخت افزار بر اساس سه عامل مهم و مرتبط با هم انجام می گیرد : • قابلیت ( قدرت و تناسب با کار ) • سرعت • هزینه اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

4. معرفیادامه • تعریف سخت افزار: • سخت افزار به وسیله ای فیزیکی که برای گرفتن ورودی ، پردازش ، دادن خروجی و انجام عملیات ذخیره سازی مورد استفاده قرار می گیرد، اطلاق می شود. • سخت افزار شامل عوامل زیر است: • واحد پردازش مرکزی • حافظه اصلی • حافظه جانبی • فناوری های ورودی • فناوری های خروجی • فناوری های ارتباطی اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

5. واحد پردازش مرکزی (CPU) • واحد پردازش مرکزی(CPU): • محاسبات حقیقی و یا اصطلاحاً number crunching (انجام سریع محاسبات بزرگ) را در هر کامپیوتر انجام می دهد. CPU یک ریزپردازنده (میکروپروسسور) است که از میلیون ها ترانزیستور کوچک ساخته شده است که در یک مدار روی یک قرص سیلیکونی یا تراشه جاسازی شده اند. • واحد کنترل(CU): • بخشی ازCPU است که جریان اطلاعات را کنترل می کند. • واحد محاسبه و منطق(ALU): • بخشی از CPU است که محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را انجام می دهد. • ثبات ها(Registers): • حافظه های با سرعت بالا در CPUهستند که حجم بسیار کمی از داده ها و دستورالعمل ها را در دوره های زمانی کوتاه نگه می دارند. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

6. اجزای یک ریزپردازنده اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

7. مدل ساده چرخه کار ریزپردازنده اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

8. واحد پردازش مرکزی ادامه • چرخه دستورالعمل ماشين(machine instruction cycle): • مدت زمان پردازش يک دستور در رايانه چهار عامل تعیین کننده آن: • سرعت پالس ساعت(Clock speed): • سرعت از پيش تنظيم شده پالس ساعت رايانه که تمام فعاليت های تراشه را زمانبندي مي کند. امروزه واحد آن گیگاهرتز است. • طول کلمه(word length): • تعداد بيت هايي که CPU در هر يک از فواصل زماني مي تواند پردازش کند. • پهناي گذرگاه(bus width): • اندازه مسيرهاي فيزيکي که داده ها و دستورالعمل ها به وسیله تحریکات الکترونيکي روي تراشه جابجا مي شوند. • پهناي خط(line width): • فاصله بين ترانزيستورها که هر چه کوتاه تر باشد، سرعت تراشه بيشتر است. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

9. قانون مور • قانون مور: • پیچیدگی ریزپردازنده ها هر دو سال یکبار به علت تغییرات زیر دو برابر می شود: • روند افزایشی کوچک سازی ترانزیستورها • متراکم و مناسب سازی لایه فیزیکی اجزای تراشه ها تا حد امکان.(کاهش پهنای خط) • به کار بردن عناصری در تراشه ها به منظور افزایش رسانایی • استفاده از ارسنید گالیم و ژرمانیم سیلیسیم به جای سیلیکون • قرار دادن دستورالعمل های پایه ای و اساسی درون تراشه ها اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

10. http://en.wikipedia.org/wiki/Moore_Law اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

11. معماری ریزپردازنده ها • طبقه بندي گسترده معماري ريزپردازنده ها: • CISC (Complex Instruction Set Computing):محاسبات با مجموعه دستورات پیچیده • بیشترین معماری مورد استفاده در ریزپردازنده ها که مجموعه جامعی از دستورات را در خود جای می دهد • RISC (Reduced Instruction Set Computing):محاسبات با مجموعه دستورات کم • در این نوع ریزپردازنده تنها دستوراتی که بیشترین استفاده را داشته باشند گنجانده می شود و سایر دستورات در نرم افزارها با دستورات اولیه یا پایه نوشته می شود. • VLIW (Very Long Instruction Word): • این نوع معماری با افزودن طول کلمات دستور تعداد دستورات را کاهش می دهد. • EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing): • این ریزپردازنده امکان اجرای موازی برخی دستورات را می دهد. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

12. حافظه رایانه • حافظه رایانه از دو دسته تشکیل می شود: • حافظه های اولیه‌: مقدار کوچکی از داده ها و اطلاعات که فورا توسط CPU استفاده می شوند، در این جا ذخیره می شوند. • حافظه های ثانویه: مقدار زیادی از داده ها و اطلاعات (مثل یک برنامه نرم افزاری) برای مدت زمان طولانی، روی این حافظه ذخیره می شوند. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

13. حافظه رایانهادامه • بیت(رقم دودوئی : BITکوته نوشت BInarydigiT): • تنها نوع داده ای که رایانه می تواند پردازش کند. • بایت: • یک داده رشته ای (نه لزوما 8 بیتی)، که برای نمایش هر یک از عملگرهای ساده ریاضی یا حروف الفبا استفاده می شود. • ظرفيت حافظه • کيلو بايت(KB): 210 بایت • مگا بايت(MB): 220 بایت • گيگا بايت(GB): 230 بایت • ترا بايت(TB): 240 بایت • پتا بايت(PB): 250 بایت • اگزا بايت(EB): 260 بایت اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

14. حافظه های اولیه • ثبات (register): • گونه ای حافظه سریع که بخشي ازCPU با کمترين ظرفيت مي باشند که تنها مقدار کمي از دستور العمل ها و داده ها را بلافاصله قبل و بعد از پردازش در خود نگه مي دارند. • Random Access Memory (RAM): • بخشي از حافظه اوليه با دسترسی تصادفی که يک برنامه نرم افزاري و مقدار کمي داده را وقتي که از حافظه ثانويه آورده مي شوند، در خود نگه مي دارد. • انواع RAM • Dynamic RAM(DRAM): حافظه ای با گنجايش بالاو قیمت کم اما با سرعت نسبتا پایین • Static RAM(SRAM) : کارایی این نوع حافظه از DRAM بیشتر است و لذا برای برنامه های حساس به کارایی از آن استفاده می شود اما هزینه نسبتا بالاتری دارد. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

15. حافظه های اولیهادامه • Cache: • نوعي از حافظه اوليه که بلوک هاي داده ها را که زياد مورد استفاده قرار مي گيرند موقتاً در خود نگه مي دارد. • Read-only memory(ROM): • نوعي از حافظه اوليه که دستور العمل هاي کليدي معين در آن نگهداري مي شود. اين حافظه غيرفرار است و در صورت خاموش شدن رايانه، دستورات باقي مي مانند. • FLASH: • نوعي حافظه قابل بازنويسي ROM که فشرده، قابل حمل و نيازمند انرژي کمي مي باشد. • در طراحی تراشه CPU هر چقدر فاصله برای انتقال داده ها کمتر باشد ، داده ها سریع تر منتقل می شوند. در این چهار حافظه اصلی از این منطق استفاده شده است. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

16. حافظه ثانویه • فضاي حافظه اي که مي تواند ميزان زيادي از داده ها را براي مدت زيادي نگه دارد حافظه ثانویه نامیده می شود. • حافظه ای غیر فرار است. • مدت زمان بیشتری برای بازیابی اطلاعات در حافظه ثانویه نسبت به RAM نیاز است. • از حافظه های اصلی ارزان تر است. • می تواند در گونه های مختلف رسانه با فناوری های مختلف قرار گیرد. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

17. حافظه های ثانویه • نوار مغناطیسی (Magnetic Tape): • یک حافظه ثانویه می باشد که با دسترسی ترتیبی در یک قاب نوار یا کاست کوچک نگهداری می شود. به خاطر قیمت کم و توانایی کنترل میزان عظیمی از داده ها، هنوز رایج است. • نوعي از دسترسي که در آن سيستم رايانه بايد همه ي داده های قبلی را به منظور دسترسی به داده مورد نظر پشت سر گذارد دسترسی ترتیبی می نامند. • ديسک مغناطيسي(Magnetic Disk): • گونه ای از حافظه ثانويه روي يک ديسک مغناطيسي که به شیارها (tracks) و بخش هايي (sectors) تقسيم بندي شده که حاوي آدرس هايي براي بخش هاي مختلف داده هستند. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

18. حافظه های ثانویهادامه • دیسک سخت (Hard Disk): • نوعي از حافظه ثانويه با دسترسي مستقيم که در آن داده ها را روي صفحه فلزي ذخيره مي کند که به شیارهاي هم مرکز و بخش هاي تقسيم شده است که به وسيله ي هد خوانده مي شوند. • دسترسي به داده ها که در آن هر بخش از داده ها به صورت غيرترتيبي بازيابي مي شود (استفاده از آدرس داده ها براي دسترسي به آن ها) را دسترسی مستقیم می نامند. • ديسکت هاي مغناطيسي (Magnetic Diskettes): • نوعي از حافظه مغناطيسي با قابليت حمل آسان و روي ديسک هاي پوليستري انعطاف پذير. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

19. حافظه های ثانویهادامه • حافظه هاي نوري: • نوعي از حافظه هاي ثانويه که با استفاده از تابش ليزر روي سطح يک صفحه دایره ای پلاستيکي بازتابنده، خوانده مي شود. • Compact Disc,Read-Only Memory(CD-ROM): • نوعي از حافظه ثانويه که فقط خواندني است. • Digital Video Disk(DVD): • نوعي حافظه نوري که براي ذخيره سازي ويدئو هاي ديجيتالي يا داده هاي رايانه اي مناسب است. • Fluorescent multilayer disk(FMD-ROM): • ديسک چندلايه فلورسنت؛ نوعي حافظه نوري با ظرفيت بسيار بيشتر از DVDها. • Memory cards: • کارت حافظه که به اندازه یک کارت اعتباری است و بر روی آداپتور یا slot روی کامپیوترهای شخصی نصب می شود. • دستگاه هاي حافظه انبساط پذير(expandable storage device): • کارتريج هاي ديسک قابل تعويض که براي back up گرفتن از هارد ديسک مناسب مي باشند اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

20. سامانه های حافظه سازمانی • یک سامانه حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی هوشمند است که شامل 2 یا بیشتر از 2 دستگاه ذخیره سازی است. • ویژگی ها: • مکانی برای حفظ داده های سازمان با سرعت بالا و مصون در مقابل از دست رفتن داده ها (حافظه درون رایانه در معرض انواع خطرات از قبیل خرابی موتور،گردو خاک،تغییرات دما و تغییرات ولتاژ است.) • سه دسته عمده این سیستم ها عبارتند از: • RAID (Redundant Arrays of Independent Disks) • SAN (Storage Area Network) • NAS (Network-Attached Storage) اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

21. انواع حافظه های سازمانی • RAID(Redundant arrays of independent disks): • يک سامانه حافظه سازماني که گروهي از دیسک های سخت استاندارد را به يک ميکروکنترولر خاص که درايو ها را با هم هماهنگ مي سازد، متصل مي کند؛ طوري که يک هارد درايو به نظر مي رسند. • NAS (Network-Attached Storage): • يک سامانه حافظه سازماني که در آن يک کارگزار خاص منظوره، امکان دسترسی به فایلها را به کاربرانی که از طریق شبکه به آن متصل می شوند را می دهد. • SAN(storage Area Network): • يک معماري سامانه حافظه سازماني براي ساختن شبکه هاي ويژه و اختصاصي که دسترسي سريع و قابل اطمينان به دستگاه هاي حافظه را به وسيله چند کارگزار ممکن مي سازد. • در این سامانه ها از تکنولوژی ذخیری‎سازی بر مبنای IP یا (storage over IP) استفاده شده است، این تکنولوژی از پروتکل های اینترنتی به منظور جابجایی داده ها میان دستگاه های حافظه استفاده میکند. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

22. انواع رایانه • ابررایانه (Supercomputers): • رايانه های با بالاترين توان پردازشي در دسترس، استفاده در امور علمي و نظامي روي مجموعه داده هاي کلان. • رایانه های بزرگMainframe computers)): • رايانه هاي بزرگ مورد استفاده سازمان هاي بزرگ براي انجام محاسبات حجيم و در دسترس هزاران کاربر • رایانه های متوسط (Midrange computers): • کوچکتر، ارزانتر از رایانه های بزرگ که کارهای آنها را در محدوده هاي کوچکتر انجام مي دهند و براي پشتيباني شبکه و اشتراک فايل و نرم افزار به کار مي روند. اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

23. انواع رایانهادامه • ایستگاه های کاری (Workstation computers) • رايانه هاي قدرتمند روميزی که براي کاربردهای محاسباتی حجيم علمی، مهندسی و مالی استفاده می شوند. عموماً بر اساس معماری RISC ساخته مي شوند. • ریز رایانه ها (Microcomputers): • کوچکترين و ارزان ترين طبقه از رايانه هاي همه منظوره، مثل رايانه هاي شخصي که بر اساس اندازه به انواع زير تقسيم مي شوند: • رايانه هاي روميزي شخصي (سامانه های کاربری فربه Fat-client systems) • سامانه های کاربر ی نحیف (Thin-client systems) • رایانه های قابل حمل • وسایل قابل حمل (PDA) اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

24. فناوری های ورودی و خروجی • فناوری های ورودی به کاربران اجازه وارد کردن داده ها به یک رایانه را می دهد. دو دسته اصلی دستگاه های ورودی به صورت زیر هستند : • دستگاه های ورود داده انسانی مثل : • Keyboard , Mouse , Trackball, Joystick , Touch screen ,… • دستگاه های ورود داده خودکار مثل : • ATM , Barcode Scanners , Sensors , Cameras, … • خروجی ای که توسط یک رایانه تولید می شود، می تواند از طریق تعداد زیادی دستگاه های خروجی و رسانه به کاربر منتقل شود. • برخی از این دستگاه ها عبارتند از: • Monitors, Printers , Plotters , Voice, … • (رجوع شود به جدول صفحه 414 و 415 کتاب توربان) اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱

25. با تشکراز توجه شما اصول فناوری اطلاعات – زمستان9۱