مفاهیم پایه سخت افزار و نرم افزار

1. مفاهیم پایه سخت افزار و نرم افزار مهتاب کریم خانی

2. تعریف کامپیوتر کامپیوتر، یک ماشین محاسبه گر و ذخیره کننده اطلاعات است و ابزاری است الکترونیکی که با دریافت داده و انجام سلسله عملیات ریاضی و منطقی مورد نیاز روی آنها می تواند به نتایج مورد نظر سریعتر و دقیقتر دست یافته و آنها را در خروجی اعلام نماید. پس کامپیوتر ماشینی است که دارای سه مشخصه زیر است: 1- دریافت داده ها 2- پردازش داده ها 3- اعلام نتیجه پردازش مزایای کامپیوتر نسبت به انسان: دقت و سرعت بیشتر، ذخیره و نگهداری حجم نامحدود اطلاعات، خستگی ناپذیری و ... مزایای انسان نسبت به کامپیوتر: قدرت تفکر و خلاقیت، قدرت تصمیم گیری، قدرت برنامه ریزی، قدرت احساس و عاطفه. مهتاب کریم خانی

3. نسل های کامپیوتر مهتاب کریم خانی

4. کامپيوتر های نسل اول (1945-1959 ) • استفاده از لامپ خلاء (vacuum Tube) • عدم امکان استفاده همزمان چند نفر (Single User) • استفاده از زبان ماشين و اسمبلی به عنوان ابزار برنامه نويسی • پياده سازی زبانهای فرترن، کوبول و ...... جهت سهولت برنامه سازی • کامپيوتر IBM 650 پر طرفدارترين مهتاب کریم خانی

5. کامپيوتر های نسل دوم (1959-1964) • استفاده از ترانزيستور • افزايش سرعت محاسبات (5 برابر) • کامپيوتر IBM 7094 موفق ترين • استفاده از زبانهای برنامه نويسی سطح بالا • ارائه ايده استفاده همزمان چند کاربر از کامپيوتر • افزایش ظرفیت حافظه عدم ایجادگرمای زیاد، قابلیت اطمینان بالا و به کار بردن حلقه های مغناطیسی و دیگر موارد، باعث کارایی فوق العاده کامپیوترهای نسل دوم گردید. مهتاب کریم خانی

6. کامپيوتر های نسل سوم (1964-1979) • استفاده از مدارهای مجتمع (Integrated circuit) • عرضه سیستم های On-line و Real time • عملی شدن استفاده همزمان چندين استفاده کننده از کامپيوتر • پديدار شدن کامپيوتر های کوچک (Minicomputer) • معرفی اولين ريز کامپيوتر ها (Microcomputer) • استاندارد شدن زبان های برنامه نويسی • Fortran 66 اولين زبان استاندارد شده • بهينه سازی کامپايلرها و اشکال زدایی برنامه(Debugging) • بالا رفتن سرعت عملیات در حد نانو • استفاده از سیستم های چند برنامه ای 6 مهتاب کریم خانی

7. کامپيوتر های نسل چهارم (1980 به بعد) • استفاده از مدارهای مجتمع با تراکم بالا و پیشرفته (Chip) • افزايش سرعت پردازش • افزايش حجم حافظه اصلی • استفاده از چندين پردازنده در قالب يک کامپيوتر بزرگ • عرضه شبکه های کامپیوتری 7 مهتاب کریم خانی

8. کامپيوتر های نسل پنجم • کاهش حجم کامپیوترها • ظرفیت بسیار بالای کامپیوترها • عملکرد شبه انسانی • يادگيری • استنباط • تصميم گيری • شناسایی کلام • درک مفاهيم 8 مهتاب کریم خانی

9. انواع کامپیوتر ها از نظر کاربرد 9 مهتاب کریم خانی

10. 1- دیجیتال (Digital) این نوع کامپیوترها با کمیت های عددی سر و کار دارند. ( آنچه امروزه به نام کامپیوتر مصطلح است از این نوع می باشد). 2- آنالوگ (Analog) این نوع کامپیوترها با کمیت های فیزیکی سر و کار دارند. ( سرعت سنج اتومبیل که گردش چرخ را تبدیل به حرکت عقربه می کند، از این نوع هستند). 3- ترکیبی (Hybrid) این نوع کامپیوترها با کمیت های فیزیکی و عددی سر و کار دارند. داده ها توسط روش های آنالوگ دریافت شده و به مقادیر عددی تبدیل می گردد، سپس پردازش به صورت عددی انجام می شود. 10 مهتاب کریم خانی

11. انواع کامپیوتر ها از نظر وسعت تجهیزات و قدرت پردازش 11 مهتاب کریم خانی

12. 1- ریز کامپیوتر(Microcomputer) کامپیوتری که فقط یک ریزپردازنده مستقل دارد را ریزکامپیوتر می گویند. که امروزه به آنها کامپیوترهای شخصی یا Personal Computer(PC)هم می گویند. از خصوصیات این نوع کامپیوتر ها می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1- ارزان هستند. 2- شکل و کاربرد آنها متنوع است. ریز کامپیوتر ها به چهار دسته تقسیم می شوند: کامپیوترهای رومیزی(Desktop) کامپیوترهای کیفی(Laptop) کامپیوترهای دستی(Palmtop) همکار دیجیتال شخصی(PDA) 12 مهتاب کریم خانی

13. 2- کامپیوترهای کوچک (Minicomputer) • از خصوصیات این نوع کامپیوتر ها می توان به موارد زیر اشاره کرد: • مورد استفاده در اکثر مراکز اداری، تجاری و دانشگاهی با حجم اطلاعات متوسط • دارای توان پردازشی بالا، ظرفیت ذخیره سازی و اطمینان بیشتر نسبت به PC ها • قابلیت سرویس دهی همزمان به چندین کاربر 13 مهتاب کریم خانی

14. 3- کامپیوترهای بزرگ (Mainframe) • از خصوصیات این نوع کامپیوتر ها می توان به موارد زیر اشاره کرد: • بزرگ و گران قیمت هستند. • استفاده از آنها در شرکت های بزرگ، سازمان های دولتی و موسسه های علمی- تحقیقاتی. • از آنها می توان به طور پیوسته در 24 ساعت روز و 365 روز سال استفاده کرد. • توانایی پردازش تعداد عظیمی کار و محاسبات بسیار پیچیده را دارند. • هزینه نگهداری و پشتیبانی از این گونه کامپیوتر ها زیاد است. 14 مهتاب کریم خانی

15. 4- ابرکامپیوترها(Super Computer) ابر کامپیوتر، عبارت است از یک کامپیوتر بزرگ فوق العاده سریع و گران قیمت که برای انجام محاسبات پیچیده و پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرد. این کامپیوترها از امکانات، حافظه و قدرت پردازش بسیار بالایی برخوردار هستند. ابرکامپیوترها، در مواردی چون پیش بینی وضع هوا، مدل سازی و شبیه سازی علمی مورد استفاده قرار می گیرد. 15 مهتاب کریم خانی

16. سخت افزار کامپیوتر و نرم افزار کامپیوتر 16 مهتاب کریم خانی

17. سخت افزار (Hardware) یک سخت افزار کامپیوتر شامل وسائل و دستگاههای فیزیکی است که خود مجموعه ای از واحد ورودی، واحد خروجی، واحد محاسبه و منطق، واحد حافظه و واحد کنترل می باشد. رابطه بین آنها به صورت زیر است: واحد کنترل حافظه واحد ورودی واحد خروجی واحد حساب و منطق 17 مهتاب کریم خانی

18. توضیح اجزاء سخت افزار واحد ورودی: دستگاههای ورودی، وظیفه انتقال اطلاعات به محیط پردازش اطلاعات (واحد پردازش مرکزی) را بر عهده دارد. از مهمترین دستگاههای ورودی می توان به صفحه کلید، ماوس، پویشگر و ... اشاره کرد. واحد پردازش مرکزی: در کامپیوتر به دو واحد محاسبه و منطق و واحد کنترل، واحد پردازش مرکزی (CPU)می گویند. واحد محاسبه و منطق شامل مداراتی است که می توانند کلیه محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را انجام دهند. واحد کنترل، بر عملکرد بخش های مختلف سیستم مانند واحد ورودی و خروجی و نحوه قرار گرفتن داده ها در حافظه و گرفتن مقداری از حافظه و ترتیب اجرای دستورات نظارت دارد. CPU، یک تراشه الکترونیکی است که اطلاعات ورودی را پذیرفته و آنها را پردازش کرده، نتیجه را برای دستگاههای خروجی آماده می سازد. CPU، اصلی ترین و مهمترین قسمت یک کامپیوتر است که به منزله مغز کامپیوتر می باشد و سرعت آن برحسب تعداد دستورالعمل هایی که در یک ثانیه قادر به انجام آن است، اندازه گیری می شود و واحد آن برحسب مگاهرتز (میلیون دستورالعمل در ثانیه) می باشد. دستگاههای خروجی: اطلاعات آماده شده را از واحد پردازش مرکزی گرفته و آنها را ثبت می کند. از مهمترین دستگاههای خروجی می توان به صفحه نمایش، چاپگر، رسام و ... اشاره کرد. دستگاههای خروجی را از لحاظ نوع خروجی می توان به دو دسته Hard Copyو Soft Copyتقسیم کرد. 18 مهتاب کریم خانی

19. توضیح اجزاء سخت افزار (ادامه) حافظه(Memory) حافظه، مکانی است که بتوانیم داده ها و اطلاعات را به صورت موقت و دائم در آن نگهداری کنیم که به صورت ارقام صفر و یک می باشد و هر کدام از مکانهای حافظه دارای یک آدرس می باشد. در کامپیوتر از دو نوع حافظه جانبی و اصلی استفاده می شود. تعریف داده(Data) در سیستم های کامپیوتری، مقادیر ورودی سیستم را داده می نامیم. به بیان دیگر، داده، به کاراکترها، علائم و اشکالی گفته می شود که هیچ معنی خاصی را به مخاطب خود ارائه نمی دهد. تعریف اطلاعات (Information) حاصل پردازش داده ها را اطلاعات می گوییم. به عبارت ساده تر، خروجی یک سیستم کامپیوتری، اطلاعات محسوب می شود. 19 مهتاب کریم خانی

20. توضیح اجزاء سخت افزار (ادامه) حافظه جانبی: برای نگهداری دائمی اطلاعات و برنامه ها به کار می رود. حافظه های جانبی، علاوه بر ظرفیت بالا و امکان نگهداری اطلاعات به صورت دائمی، امکان جابجایی اطلاعات از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر را نیز فراهم می کند.از انواع حافظه های جانبی می توان به دیسک نرم، دیسک سخت، دیسک فشرده، دیسک ویدئویی دیجیتال و ... اشاره کرد. حافظه اصلی: ناحیه ذخیره سازی همه منظوره ای است که CPU به آن دسترسی مستقیم دارد. حافظه اصلی، حافظه ای حیاتی است که بدون آن، کامپیوتر قادر به راه اندازی و اجرای برنامه ها نیست. حافظه اصلی کامپیوتر از دو نوع اصلی تشکیل می شود: 1- RAM(حافظه با دسترسی تصادفی) این گونه از حافظه ها، خواندنی و نوشتنی هستند و به دلیل سرعت دسترسی بالای آن، برنامه های کاربردی جهت اجرا شدن در آن قرار می گیرند. داده های ذخیره شده در RAM ناپایدار هستند، یعنی با روشن شدن کامپیوتر فعال می شوند و با خاموش شدن کامپیوتر، اطلاعات آن از بین می رود. 20 مهتاب کریم خانی

21. توضیح اجزاء سخت افزار (ادامه) 2- ROM(حافظه فقط خواندنی) این حافظه، فقط یک بار توسط شرکت سازنده حافظه، برنامه ریزی می شود و دستورالعمل های لازم جهت شناسایی، کنترل و راه اندازی کامپیوتر در آن قرار داده می شوند. حضور داده ها در ROM دائمی است و با قطع جریان برق از بین نمی رود. این نوع از حافظه ها بر سه نوع تقسیم می شوند: 1- حافظه PROM 2- حافظه EPROM 3- حافظه EEPROM 21 مهتاب کریم خانی

22. تعریف حافظه پنهان (Cache Memory) حافظه ای با سرعت بسیار بالا،که جهت افزایش کارایی CPU در نظر گرفته شده است، می دانیم که هر گاه برنامه ای بخواهد اجرا شود، ابتدا در حافظه RAM قرار می گیرد و سپس در هر لحظه قسمتی از برنامه اجرا می شود، لذا اگر CPU برای دسترسی به برنامه به حافظه اصلی مراجعه کند، سرعت پردازش آن پایین خواهد آمد، زیرا CPU باید منتظر خواندن اطلاعات از حافظه RAM که نسبت به CPU بسیار کندتر است، بماند. بنابراین اگر آن بخش از برنامه که نیاز به پردازش CPU دارد و CPU مدام به آن مراجعه می کند، در حافظه پنهان که بسیار سریعتر از حافظه اصلی است قرار گیرد، CPUبا سرعت بالاتری به برنامه دسترسی داشته و سریعتر آنرا اجرا می کند. حافظه پنهان در حقیقت یک حافظه میانی بین حافظه اصلی و CPU است. 22 مهتاب کریم خانی

23. واحد اندازه گیری حافظه بیت (Bit): به کوچکترین واحد اندازه گیری حافظه که می تواند صفر یا یک باینری باشد، بیت گفته می شود. 1 Byte = 8 bit 1 KB =210 Byte 1 Mb = 220 Byte 1 GB = 230 Byte 1 TB = 240 Byte کلمه: بزرگترین واحدی است که CPU می تواند در هر عملیات، پردازش کند. کاراکتر: به هر یک از ارقام، حروف و علائم قابل نمایش در کامپیوتر، یک کاراکتر گفته می شود. یک کاراکتر، یک بایت حافظه اشغال می کند. فایل: تمامی اطلاعات و برنامه های موجود در کامپیوتر در فایل نگهداری می شود که فایل ها، اطلاعات به هم پیوسته از یک نوع می باشند. پوشه :(Folder)محلی برای دسته بندی و نگهداری فایل ها می باشند. هر پوشه، می تواند شامل چندین پوشه دیگر و چندین فایل باشد. 23 مهتاب کریم خانی

24. نرم افزار(Software) نرم افزار کامپیوتر، مجموعه ای از برنامه هایی است که برای افزایش امکانات کامپیوتر مورد استفاده قرار می گیرد و کامپیوتر بدون نرم افزار تنها گروهی از عناصر الکترونیکی و سیستم ها می باشد. نرم افزار ها به دو گروه سیستمی و غیر سیستمی تقسیم می شوند: نرم افزار های سیستمی: نرم افزاری بسیار حجیم هستند که معمولا به طور مستقیم با سخت افزار در ارتباط بوده و امکاناتی را جهت بهره برداری از سخت افزار در اختیار کاربران قرار می دهد، از جمله نرم افزارهای سیستمی می توان به سیستم عامل و کامپایلر اشاره کرد. نرم افزار های غیر سیستمی یا کاربردی: این نوع نرم افزار ها برای انجام امور سازمان ها و موسسات، طراحی و ساخته می شوند. برنامه های کاربردی یا به منظور استفاده عام تهیه می شوند که به آنها بسته های نرم افزاری می گویند و یا به منظور خاص و با سفارش از سوی یک سازمان یا موسسه جهت انجام امور اجرایی خاص تهیه می شود. 24 مهتاب کریم خانی

25. بسته های نرم افزاری بسته های نرم افزاری متداول که کاربرد عمومی دارند، عبارتند از : 1- برنامه واژه پرداز (Word Processing) 2- برنامه صفحه گسترده(Spread Sheet) 3- برنامه مدیریت پایگاه داده (Database Management) 4- برنامه ارائه کننده اطلاعات (Presentation) 5- برنامه ویرایش عکس (Photo Edition) 6- برنامه حسابداری (Accounting) 25 مهتاب کریم خانی

26. سیستم عامل: • سیستم عامل، نرم افزاری سیستمی است که به عنوان واسط مابین کاربر و سخت افزار کامپیوتر عمل می کند. • سیستم عامل دو هدف کلی را دنبال می کند که عبارتند از : • تسهیل در استفاده از کامپیوتر • مدیریت منابع کامپیوتر • از مهمترین وظائف سیستم عامل می توان به موارد زیر اشاره کرد: • تخصیص فضای حافظه اصلی به برنامه های کاربردی • تخصیص حافظه جانبی به داده ها و اطلاعات • مدیریت حافظه و CPU در هنگام اجرای یک برنامه • ایجاد محیط مناسب برای کار کاربران با کامپیوتر • دادن پیام های مناسب در هنگام ایجاد هر گونه اشکال یا خطا 26 مهتاب کریم خانی

27. سه مولفه اصلی سیستم عامل 1- واسط کاربر که در یکی از سه قالب محیط گرافیکی، مفسر فرمان و پوسته وجود دارد و همانگونه که از نامش مشخص است ارتباط کاربر را با مجموعه فرامین سیستم عامل فراهم می کند. 2- هسته اساسی ترین مولفه یک سیستم عامل و در واقع قلب سیستم عامل است. هسته سیستم عامل پس از راه اندازی کامپیوتر در حافظه اصلی بار شده و تا زمانی که کامپیوتر روشن است در داخل آن باقی می ماند و اصطلاحا مقیم می شود. 3- مجموعه برنامه های کمکی سیستم بخشی دیگر از سیستم عامل است که در مقایسه با هسته بسیار حجیم تر بوده و در روی حافظه جانبی کامپیوتر نصب می شود. که بیشتر به منظور تهیه نرم افزارهای سیستمی، بررسی صحت یا تعیین چگونگی عملکرد سخت افزارهای مختلف و ساماندهی یا بالا بردن کارایی سیستم استفاده می شود. 27 مهتاب کریم خانی

28. سیستم عامل از لحاظ تعداد کاربران 1- تک کاربره (Single User) سیستم عامل تک کاربره، سیستم عاملی است که بر روی یک کامپیوتر مستقل نصب شده و فقط مورد استفاده یک کاربر قرار می گیرد. مثل MS-Dos 2- چندکاربره (Multi User) سیستم عامل چند کاربره، سیستم عاملی است که همزمان به بیش از یک کاربر سرویس می دهد. مثل Unix سیستم عامل از لحاظ تعداد اجرای برنامه در یک زمان 1- تک برنامه ای (Single Program)یا (Single Task) سیستم عاملی است که در هر لحظه فقط می تواند یک برنامه را اجراکند. مثل MS-Dos 2- چندبرنامه ای (Multi Program) یا (Multi Task) سیستم عاملی است که در هر لحظه می تواند چندین برنامه را همزمان اجرا کند و حافظه اصلی و CPU را متناسب بین آنها تقسیم کند. مثل Windows 28 مهتاب کریم خانی

29. سیستم عامل از لحاظ محیط کار و رابط کاربر 1- متنی (Text) سیستم عاملهایی هستند که محیط کاری آنها به صورت نوشتاری و متنی است. مثل MS-Dos 2- گرافیکی (Graphic) سیستم عامل های دارای محیط کار گرافیکی، از رایج ترین سیستم عامل های امروزی هستند، در این گونه از سیستم عامل ها، کاربر با یک محیط گرافیکی زیبا و جذاب سر و کار دارد، که به این محیط گرافیکی، GUI یا واسط گرافیکی کاربر گفته می شود. از جمله این گونه سیستم عامل ها می توان به Windows اشاره کرد. 29 مهتاب کریم خانی

30. زبانهای برنامه سازی 30 مهتاب کریم خانی

31. زبانهای برنامه سازی به مجموعه ای از علائم، قواعد و دستورالعمل ها که ارتباط ما را با کامپیوتر فراهم می نماید، زبان برنامه نویسی گفته می شود. در حالت کلی زبانهای برنامه نویسی از نظر نزدیکی به زبان ماشین به سه دسته تقسیم می شوند: 1- زبانهای سطح بالا: دستورات این زبانهای برنامه نویسی نزدیک به زبان محاوره ای بوده و در نتیجه یادگیری دستورات آسانتر بوده و عیب یابی برنامه نیز آسان تر است. حجم برنامه ها کمتر شده و وابسته به سخت افزار نیستند. مانند پاسکال. 2- زبانهای سطح میانی: این نوع از زبانها همانند زبانهای سطح پایین قادرند، مستقیما به حافظه دستیابی داشته و با مفاهیم بیت و بایت و آدرس کار کنند و از طرف دیگر نزدیک به زبان محاوره بوده و از قابلیت زبان های سطح بالا هم برخوردارند. مانند C. 3- زبانهای سطح پایین: این زبانها به زبان ماشین نزدیک ترند و کار کردن با آنها به راحتی زبانهای سطح بالا نمی باشد مانند اسمبلی. 31 مهتاب کریم خانی

32. زبانهای برنامه سازی (ادامه) زبان ماشین: در این زبان از صفر و یک برای تولید برنامه ها استفاده می شود که به دلیل آن حجم برنامه ها زیاد، برنامه نویسی سخت، عیب یابی بسیار دشوار می باشد و وابستگی به سخت افزار وجود دارد، یعنی با تغییر سخت افزار متن برنامه نیز تغییر می کند. زبان اسمبلی: در این زبان، به جای صفر و یک تا حد امکان از علائم و نشانه هایی که از مخفف کردن کلمات انگلیسی به دست می آید، استفاده می شود تا هم حجم برنامه کمتر شده و هم برنامه نویسی راحت تر گردد. زبان های برنامه نویسی از نظر نوع ترجمه به دو دسته مفسر (Interpreter)و مترجم(Compiler)تقسیم می شوند. فرق بین یک مترجم و مفسر در این است که مترجم برنامه را یک جا ترجمه کرده و اجرا می کند در صورتی که مفسر برنامه را خط به خط ترجمه کرده و هر خط را پس از ترجمه اجرا می کند. 32 مهتاب کریم خانی

33. فاکتورهای موثر در کارایی کامپیوتر 33 مهتاب کریم خانی

34. فاکتورهای موثر در کارایی کامپیوتر کاربران کامپیوتر علاقمند هستند که کامپیوتر سریعتر و کاراتری داشته باشند، بعضی از فاکتورهای موثر در سرعت کامپیوتر سخت افزاری هستند و بعضی دیگر نرم افزاری می باشند. تهیه سخت افزار سریعتر، مستلزم پرداخت هزینه بالاتری است البته با رعایت چند توصیه نرم افزاری نیز می توان کامپیوتر سریعتری داشت. فاکتورهای زیادی در سرعت اجرا شدن برنامه ها موثرند که مهمترین آنها عبارتند از : 1- سرعت زمان سنج CPU 2- اندازه RAM 3- سرعت و ظرفیت دیسک سخت 4- فضای خالی دیسک سخت 5- یکپارچه سازی فایل ها 6- تعداد برنامه های در حال اجرا 7- سرعتانتقال مسیرهای ارتباطی (Data Bus) 34 مهتاب کریم خانی