فصل اول – بخش فناوری کتاب توربان

1. فصل اول – بخش فناوریکتاب توربان سخت افزار کامپیوتر درس فناوری اطلاعات – پاییز 1392 سارا فرازی

2. فهرست مطالب • مقدمه • واحد پردازش مرکزی • حافظه کامپیوتر • تکامل سخت افزار کامپیوتر • سلسله مراتب کامپیوتر • فناوری های ورودی و خروجی • شاخص های عمومی فناوری فناوری اطلاعات - پاییز 92

3. 1-1. مقدمه • سخت افزار به وسیله ای 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 فناوری اطلاعات - پاییز 92

4. فناوری اطلاعات - پاییز 92

5. 2-1. واحد پردازش مرکزی (ادامه) بخشی از یک ریز پردازنده فناوری اطلاعات - پاییز 92

6. 2-1. واحد پردازش مرکزی (CPU) • - واحد پردازش مرکزی (Central Processing Unit)بخشی از کامپیوتر است که دستورات یک برنامه کامپیوتری را اجرا می کند. این بخش، قسمت اصلی کامپیوتر در انجام توابع و کارهای محاسباتی است. • - CPU، یک ریز پردازنده شامل هزاران ترانزسیتور داخل یک مدار، روی قرص سیلیکونی یا تراشه می باشد. فناوری اطلاعات - پاییز 92

7. 2-1. واحد پردازش مرکزی (ادامه) • واحد پردازش مرکزی از بخش های زیر تشکیل شده است: • واحد کنترل (Control Unit) : کنترل کننده جریان اطلاعات • واحد حساب و منطق (ALU) : اجرا کننده محاسبات حسابی و منطقی • ثبات (Register): یک حافظه پر سرعت به عنوان نگه دارنده مقدار زیادی از داده ها و دستورات در مدت زمان کوتاه فناوری اطلاعات - پاییز 92

8. 2-1. واحد پردازش مرکزی (ادامه) • واحد پردازش مرکزی به صورت زیر عمل می کند: • دریافت اطلاعات ورودی (شامل داده ها و دستورات) و ذخیره کردن آن ها در ثبات ها به منظور استفاده در مرحله پردازش • داده ها و دستورات از طریق bus به مراحل بعد منتقل می شوند. کنترل این جریان ها به عهده بخش کنترل است. • بخش محاسباتی (ALU) این اطلاعات را دریافت کرده و محاسبات مورد نظر را روی آن ها انجام می دهد. • سپس حاصل عملیات به ثبات های ذخیره سازی و از آن جا به یک مکان ذخیره سازی خارج از CPU منتقل می شود. فناوری اطلاعات - پاییز 92

9. 2-1. واحد پردازش مرکزی (ادامه) چرخه کاری یک ریز پردازنده فناوری اطلاعات - پاییز 92

10. 2-1. واحد پردازش مرکزی (ادامه) • سرعت پردازش در CPU به 4 عامل مهم زیر بستگی دارد : • سرعت clock • طول word • پهنای bus • تعدا ترانزیستورهای روی تراشه فناوری اطلاعات - پاییز 92

11. قانون مور • قانون مور بیان می کند که پیچیدگی ریز پردازنده ها هر دو سال یک بار دو برابر می شود. فناوری اطلاعات - پاییز 92

12. قانون مور (ادامه) • قانون مور : • سرعت عملکرد کامپیوترها هر دوسال، دو برابر می‌شود. • ظرفیت حافظه اولیه و ثانویه هر دوسال، دو برابر می‌شود. • قیمت مدارهای مجتمع هر دو سال، دو برابر می‌شود! • آیا پایان قانون مور نزدیک است؟! فناوری اطلاعات - پاییز 92

13. معماری های ریز پردازنده ها • CISC ( Complex Instruction Set Computing ) • RISC ( Reduced Instruction Set Computing ) • VLIW ( Very Long Instruction Word ) • EPIC ( Explicitly Parallel Instruction Computing ) فناوری اطلاعات – پاییز 92

14. میکرو کنترلر ها • - تراشه های کامپیوتری که در محصولات و فناوری ها جاسازی می شوند که معمولا نسبت به پردازنده ها هزینه پایین تر و در کارهای کم تقاضاتر کاربرد دارند. • - میکروکنترلرها شامل یک پردازشگر مرکزی ، حافظه و دستگاه های جانبی ورودی / خروجی برنامه پذیر می باشند. فناوری اطلاعات - پاییز 92

15. 3-1. حافظه کامپیوتر • حافظه کامپیوتر 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. فناوری اطلاعات - پاییز 92

16. ظرفیت حافظه ها • - کوچکترین واحد ظرفیت بیت (bit) است که می تواند 0 یا 1 باشد. مجموعه ای از بیت ها یک کاراکتر عددی به خصوص را می سازد. • Byte : 8-bit string • Kilobyte : 210 bytes • Megabyte : 220 bytes • Gigabyte : 230 bytes • Terabyte : 240 bytes • Petabyte : Approximately 1015 bytes • Exabyte : Approximately 1018 bytes فناوری اطلاعات - پاییز 92

17. حافظه اولیه • حافظه اولیه یا اصلی سه نوع داده را در زمان های کوتاه ذخیره می کند. • داده هایی که می خواهند توسط CPU پردازش شوند. • دستوراتی که CPU از روی آن ها پردازش را انجام می دهند. • برنامه های سیستم عامل که عملیات کامپیوتر را مدیریت می کنند. • این حافظه روی MotherBoardو نزدیک به CPU قرار دارد. فناوری اطلاعات - پاییز 92

18. حافظه اولیه (ادامه) • چهار گونه اصلی حافظه های اصلی به صورت زیر هستند : • Registers • Cache Memory • Random Access Memory • Read-only Memory • 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. فناوری اطلاعات - پاییز 92

19. حافظه ثانویه (ادامه) • حافظه ثانویه برای ذخیره سازی مقدار زیادی از اطلاعات و داده ها در مدت زمان طولانی طراحی شده است. حافظه ثانویه دارای مشخصات زیر است : • حافظه ای غیر فرار • 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. فناوری اطلاعات - پاییز 92

20. حافظه ثانویه (ادامه) • گرایش کلی در حافظه های ثانویه به سوی روش هایی است که دسترسی مستقیم و سریع را فراهم کرده و باعث کاهش هزینه و افزایش ظرفیت شود. • 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. • دسترسی ترتیبی: نوعی از دسترسی که در آن سیستم کامپیوتر باید همه ی داده ها را به منظور مکان یابی بخش خاصی اجرا کند. فناوری اطلاعات - پاییز 92

21. حافظه ثانویه (ادامه) • دیسک مغناطیسی (Magnetic Disk): شکلی از حافظه ثانویه روی یک دیسک مغناطیسی که به ترک ها و سکتور هایی تقسیم بندی شده که حاوی آدرس هایی برای بخش های مختلف داده هستند. • دیسک سخت (Hard drive) : نوعی از حافظه ثانویه با دسترسی مستقیم که در آن داده ها را روی صفحه فلزی ذخیره می کند که به ترک های هم مرکز و سکتور های تقسیم شده است و بوسیله head خوانده می شوند. • دسترسی مستقیم: دسترسی به داده ها که در آن هر بخش از داده ها به صورت غیرترتیبی بازیابی می شود. ( استفاده از آدرس داده ها برای دسترسی به آن ها) فناوری اطلاعات - پاییز 92

22. حافظه ثانویه (ادامه) • دیسک‌های نوری: با امواج نوری کار می‌کنند و اطلاعات لازم را بوسیله‌ی لیزرهای نوری می‌سوزانند. (CD ROM – DVD ROM – FMD ROM ) • حافظه‌های فلش: حافظه‌های ارزان و قابل تغییر که در کارت‌های حافظه و USB ها استفاده می‌شود. نوع خاصی از EEPROM (حافظهٔ فقط خواندنی پاک‌شدنی و قابل برنامه‌ریزی به صورت الکتریکی) است که در قطعات بزرگ، پاک و برنامه‌ریزی شده‌است.  * EEPROM = Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory فناوری اطلاعات – پاییز 92

23. حافظه کامپیوتر ( ادامه ) • سلسه مراتب حافظه های کامپیوتر به ترتیب ظرفیت و سرعت در شکل زیر قابل مشاهده هستند: فناوری اطلاعات - پاییز 92

24. حافظه کامپیوتر ( ادامه ) • در این شکل نیز از بالای هرم به پایین ، حافظه های اولیه و سپس ثانویه آمده اند. فناوری اطلاعات - پاییز 92

25. سیستم حافظه سازمانی • یک سیستم حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی هوشمند است که شامل 2 یا بیشتر از 2 دستگاه ذخیره سازی است. • ویژگی های عمده این سیستم عبارت است از : • مقدار فضای زیاد برای ذخیره سازی • سرعت بالای انتقال داده • حفاظت در مقابل از دست رفتن داده ها • ابزار مدیریت پیچیده فناوری اطلاعات - پاییز 92

26. سیستم حافظه سازمانی (ادامه) • سه دسته عمده این سیستم ها به شرح زیر هستند : • RAID(Redundant Arrays of Independent Disks) • SAN (Storage Area Network) • NAS(Network-Attached Storage) فناوری اطلاعات - پاییز 92

27. 4-1. سیر تکامل سخت افزار کامپیوتر • نسل اول (1946 - 1956) : استفاده از لامپ های خلا برای ذخیره سازی و پردازش. • مصرف توان زیاد • تولید گرمای زیاد • عمر کوتاه • نسل دوم (1957 - 1963) : استفاده از ترانزیستور ها • نسل سوم (1964 - 1979) : استفاده از مدار های مجتمع • گسترش نرم افزار ها برای مردم عادی فناوری اطلاعات - پاییز 92

28. 4-1. سیر تکامل سخت افزار کامپیوتر(ادامه) • اوایل نسل چهارم (1980 – 1995) : استفاده از مدار های VLSI • صدها هزار مدار روی یک تراشه • 10 میلیون ترانزیستور روی یک تراشه • استفاده از معماری فون نیومن • اواخر نسل چهارم ( 1996 تا کنون ) : استفاده از مدارهای GSI • یک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه • پردازش موازی فناوری اطلاعات - پاییز 92

29. 5-1. سلسله مراتب کامپیوتر • در روش سنتی برای مقایسه کامپیوترها ، از مقایسه قدرت پردازش آن ها استفاده می گردیده است. تحلیل گران ، کامپیوتر ها را به 6 دسته تقسیم می کنند: • 1. ابررایانه ها ((Supercomputers:رايانه های با بالاترين توان پردازشي در دسترس که در امور علمي و نظامي و روي مجموعه داده هاي کلان مورد استفاده قرار می گیرند. • 2. رایانه های بزرگ (Mainframe computers): رايانه هاي بزرگ که مورد استفاده سازمان هاي بزرگ وبراي انجام محاسبات حجيم است و در دسترس هزاران کاربر قرار دارد. • 3. رایانه های متوسط (Midrange computers) : کوچکتر و ارزارنتر 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. فناوری اطلاعات - پاییز 92

30. 5-1. سلسله مراتب کامپیوتر (ادامه) • 4. رایانه های کاری (Workstation computers) : رايانه هاي قدرتمند روميزی که براي کاربردهای محاسباتی حجيم علمی، مهندسی و مالی استفاده می شوند. این رایانه ها عموماً بر اساس معماری RISC ساخته مي شوند. • 5. ریز رایانه ها (Microcomputers):کوچکترين و ارزان ترين طبقه از رايانه هاي همه منظوره هستند که به آن ها رایانه های شخصی نیز گفته می شود. این رايانه هاي بر اساس اندازه به 4 گروه اصلی تقسیم می شوند. • - رايانه هاي روميزي شخصي : این رایانه ها به عنوان ابزاری استاندارد برای تجارت و استفاده های شخصی و خانگی تبدیل شده اند. فناوری اطلاعات - پاییز 92

31. 5-1. سلسله مراتب کامپیوتر (ادامه) • - سیستم های نازک مشتری (Thin-client Systems): این رایانه ها سیستم های خانگی و رومیزی می باشند که کارآیی کامل یک کامپیوتر شخصی را ندارند. در مقابل این سیستم ، سیستم های فربه مشتری (Fat-client Systems ) هستند که یک کامپیوتر شخصی همراه با کارآیی کامل می باشند. سیستم های نازک مشتری نسبت به کامپیوتر های شخصی از پیچیدگی کمتری برخوردار هستند در نتیجه کار با آن ها ساده تر و همچنین ازران تر هستند. • - لپ تاپ ها و نت بوک ها (Laptops and Notebook Computers) : ریز رایانه های کوچک و سبکی هستند که قابل حمل و نقل نیز می باشند.این سیستم ها نسبت به کامپیوتر های رومیزی با وجود کارآیی یکسان ، گران تر هستند. فناوری اطلاعات - پاییز 92

32. 5-1. سلسله مراتب کامپیوتر (ادامه) • - دستگاه های قابل حمل (Mobile Devices) : این دستگاه ها شامل کامپیوتر های جیبی و PDA ها هستند که دارای خواص زیر می باشند : • هزینه کمتر نسبت به کامپیوتر های شخصی • سیستم عامل ساده تر نسبت به کامپیوترهای رومیزی • دارای سرعت بالا در انجام بعضی کار ها (تمام کارآیی کامپیوتر های شخصی را ندارند.) • دارای قابلیت های کامپیوتری و ارتباطی • 6. دستگاه های محاسباتی (Computing Devices) فناوری اطلاعات - پاییز 92

33. 6-1. فناوری های ورودی و خروجی • فناوری های ورودی به کاربران اجازه وارد کردن داده ها به یک کامپیوتر را می دهد. دو دسته اصلی دستگاه های ورودی به صورت زیر هستند : • دستگاه های ورود داده انسانی – مثال : • Keyboard , Mouse , Trackball, Joystick , Touch screen , Voice-recognition • دستگاه های ورود داده خودکار – مثال : • ATM , Barcode Scanners , Sensors , Cameras فناوری اطلاعات - پاییز 92

34. 6-1. فناوری های ورودی و خروجی(ادامه) • خروجی که توسط یک کامپیوتر تولید می شود ، می تواند از طریق تعداد زیادی دستگاه های خروجی و رسانه به کاربر منتقل شود. این دستگاه ها شامل : • Monitors, Printers , Plotters , Voice • تکنولوژی چند رسانه ای (Multimedia Technology) : ادغامی بر مبنای کامپیوتر از متن ، عکس ، انیمیشن و ویدیو می باشد که مجموعه ای فناوری های ورودی و خروجی متفاوت را عرضه می کند. فناوری اطلاعات - پاییز 92

35. 7-1. شاخص های عمومی فناوری • برای درک بیشتر سخت افزار نیاز است تا بفهیم سخت افزار با چه سرعتی در حال تغییر کردن می باشد. حوزه های این تغییرات به صورت زیر هستند : • Cost-Performance Ratio of Chips • Storage • Self-Healing Computers • Sensor Webs • Nanotechnology • Quantum Computing فناوری اطلاعات - پاییز 92

36. خسته نباشید! :دی فناوری اطلاعات - پاییز 92