سخت افزار کامپیوتر

سخت افزار کامپیوتر

بخش فناوری کتاب توربان: فصل اول

9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان1

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•


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•

9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان 3

ادامهمعرفی

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، اطالق می شود.

سخت افزار شامل عوامل زیر است:•واحد پردازش مرکزی•حافظه اصلی•حافظه جانبی•فناوری های ورودی•فناوری های خروجی•فناوری های ارتباطی•


(CPUواحد پردازش مرکزی )(:CPUواحد پردازش مرکزی)•

• U اصWطالحا یWا و حقیقی سWریع number crunchingمحاسWبات )انجWام یWک ریزپردازنWده CPUمحاسWبات بWزرگ( را در هWر کWامپیوتر انجWام می دهWد.

)میکروپروسسWور( اسWت کWه از میلیWون هWا ترانزیسWتور کوچWک سWاخته شWده اسWت کWه در یWک مWدار روی یWک قWرص سWیلیکونی یWا تراشWه جاسWازی شWده

اند.

(:CUواحد کنترل)• است که جریان اطالعات را کنترل می کند.CPUبخشی از•

(:ALUواحد محاسبه و منطق)• است که محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را CPUبخشی از •

انجام می دهد.

(:Registersثبات ها)•هستند که حجم بسیار کمی از داده ها CPUحافظه های با سرعت باال در •

و دستورالعمل ها را در دوره های زمانی کوتاه نگه می دارند. 9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان5

6

اجزای یک ریزپردازنده

9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان

7

مدل ساده چرخه کار ریزپردازنده


ادامهواحد پردازش مرکزی

(:machine instruction cycle چرخه دستورالعمل ماشين)• مدت زمان پردازش يک دستور در رايانه•

چهار عامل تعیین کننده آن:(:Clock speedسرعت پالس ساعت)•

سرعت از پيش تنظيم شده پالس ساعت رايانه که تمام فعاليت های تراشه را •زمانبندي مي کند. امروزه واحد آن گیگاهرتز است.

(:word lengthطول کلمه)• در هر يک از فواصل زماني مي تواند پردازش کند.CPUتعداد بيت هايي که •(:bus widthپهناي گذرگاه)•

اندازه مسيرهاي فيزيکي که داده ها و دستورالعمل ها به وسیله تحریکات •الکترونيکي روي تراشه جابجا مي شوند.

(:line widthپهناي خط)•فاصله بين ترانزيستورها که هر چه کوتاه تر باشد، سرعت تراشه بيشتر است.•


قانون مورقانون 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 الیه 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•


10

http://en.wikipedia.org/wiki/Moore_Law


طبقه بندي گسترده معماري ريزپردازنده ها:••CISC )Complex Instruction Set Computing( محاسبات با:

مجموعه دستورات پیچیدهبیشترین 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.•


معماری ریزپردازنده ها

حافظه رایانه از دو دسته تشکیل می شود:•

حافظه های اولیه : مقدار کوچکی از داده ها و اطالعات که فورا توسط •CPU.استفاده می شوند، در این جا ذخیره می شوند

حافظه های ثانویه: مقدار زیادی از داده ها و اطالعات )مثل یک برنامه •نرم افزاری( برای مدت زمان طوالنی، روی این حافظه ذخیره می

شوند.

12

حافظه رایانه


(:BInary digiTکوته نوشت BITبیت)رقم دودوئی : •تنها نوع داده ای که رایانه می تواند پردازش کند.•

بایت:• بیتی(، که برای نمایش هر یک از 8یک داده رشته ای )نه لزوما •

عملگرهای ساده ریاضی یا حروف الفبا استفاده می شود.

ظرفيت حافظه•بایت 210(: KBکيلو بايت)•بایت 220(: MBمگا بايت)•بایت 230(: GBگيگا بايت)•بایت 240(: TBترا بايت)•بایت 250(: PBپتا بايت)•بایت 260(: EBاگزا بايت)•

13

ادامهحافظه رایانه


(:registerثبات )• با کمترين ظرفيت مي باشند که تنها CPUگونه ای حافظه سریع که بخشي از•

مقدار کمي از دستور العمل ها و داده ها را بالفاصله 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.

RAMانواع ••Dynamic RAM)DRAM( حافظه ای با گنجايش باال و 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 باالتری دارد.

14

حافظه های اولیه


ادامهحافظه های اولیه

•Cache:نوعي از حافظه اوليه که بلوک هاي داده ها را که زياد مورد استفاده قرار مي •

U در خود نگه مي دارد. گيرند موقتا

•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: که فشرده، قابل حمل و نيازمند انرژي کمي ROMنوعي حافظه قابل بازنويسي •

مي باشد.

هر چقدر فاصله برای انتقال داده ها کمتر CPUدر طراحی تراشه •باشد ، داده ها سریع تر منتقل می شوند. در این چهار حافظه اصلی از

این منطق استفاده شده است.9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان15

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 اطالعات 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.•

16

حافظه ثانویه


(:Magnetic Tape نوار مغناطیسی )•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.

(:Magnetic Diskديسک مغناطيسي)•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.

17

حافظه های ثانویه


(:Hard Diskدیسک سخت )•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.

(:Magnetic Diskettesديسکت هاي مغناطيسي )•نوعي از حافظه مغناطيسي با قابليت حمل آسان و روي ديسک هاي •

پوليستري انعطاف پذير.

18

ادامهحافظه های ثانویه


حافظه هاي نوري:•نوعي از حافظه هاي ثانويه که با استفاده از تابش ليزر روي سطح يک صفحه دایره ای •

پالستيکي 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(:ها.DVDديسک چنداليه فلورسنت؛ نوعي حافظه نوري با ظرفيت بسيار بيشتر از •

•Memory cards: روی slotکارت حافظه که به اندازه یک کارت اعتباری است و بر روی آداپتور یا •

کامپیوترهای شخصی نصب می شود.

(:expandable storage deviceدستگاه هاي حافظه انبساط پذير)• گرفتن از هارد ديسک مناسب مي باشندback upکارتريج هاي ديسک قابل تعويض که براي •

19

ادامهحافظه های ثانویه


یک سامانه حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی • دستگاه ذخیره سازی 2 یا بیشتر از 2هوشمند است که شامل

است.ویژگی ها:•

مکانی برای حفظ داده های سازمان با سرعت باال 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(

20

سامانه های حافظه سازمانی


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.

storage یا )IPسازی بر مبنای در این سامانه ها از تکنولوژی ذخیری•over IP استفاده شده است، این تکنولوژی از پروتکل های اینترنتی )

9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان21 به منظور جابجایی داده ها میان دستگاه های حافظه استفاده میکند.

(:Supercomputers ابررایانه )•رايانه های با باالترين توان پردازشي در دسترس، استفاده در امور علمي •

و نظامي روي مجموعه داده هاي کالن.

((:Mainframe computersرایانه های بزرگ•رايانه هاي بزرگ مورد استفاده سازمان هاي بزرگ براي انجام محاسبات •

حجيم و در دسترس هزاران کاربر

(:Midrange computers رایانه های متوسط )•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.

22

انواع رایانه


(Workstation computersایستگاه های کاری )•رايانه هاي قدرتمند روميزی که براي کاربردهای محاسباتی حجيم علمی، •

U بر اساس معماری RISCمهندسی و مالی استفاده می شوند. عموماساخته مي شوند.

(:Microcomputersریز رایانه ها )•کوچکترين و ارزان ترين طبقه از رايانه هاي همه منظوره، مثل رايانه •

هاي شخصي که بر اساس اندازه به انواع زير تقسيم مي شوند: Fat-client رايانه هاي روميزي شخصي )سامانه های کاربری فربه •

systems)(Thin-client systemsسامانه های کاربر ی نحیف )• رایانه های قابل حمل•(PDAوسایل قابل حمل )•

23

ادامهانواع رایانه


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… , کتاب توربان(415 و 414)رجوع شود به جدول صفحه •


25

با تشکراز توجه شما


سخت افزار کامپیوتر

Documents