سخت افزار کامپیوتر بخش فناوری کتاب توربان :فصل اول ارائه دهنده :شیرین مظفری بر مبنای اسالیدهای خانم شقایق اسماعیلی 1 مبانی فناوری اطالعات – زمستان 94 فهرست مطالب معرفی واحد پردازش مرکزی حافظه رایانه تکامل سخت افزار رایانه سلسله مراتب رایانه فناوریهای ورودی و خروجی شاخصهای عمومی فناوری مسائل راهبردی سخت افزار 2 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 معرفی 3 تصمیم گیری در مورد سخت افزار بر اساس سه عامل مهم و مرتبط با هم انجام میگیرد: قابلیت ( قدرت و تناسب با کار ) سرعت هزینه مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 معرفیادامه تعریف سخت افزار: سخت افزار به وسیلهای فیزیکی که برای گرفتن ورودی ،پردازش ،دادن خروجی و انجام عملیات ذخیره سازی مورد استفاده قرار میگیرد ،اطالق می شود. سخت افزار شامل قسمتهای زیر است: واحد پردازش مرکزی حافظه اصلی (ذخیرهسازی اولیه) حافظه جانبی (ذخیرهسازی ثانویه) فناوریهای ورودی فناوریهای خروجی فناوریهای ارتباطی 4 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 واحد پردازش مرکزی ()CPU واحد پردازش مرکزی (:)CPU محاسبات حقیقی و یا اصطالحاً ( number crunchingانجام سریع محاسبات بزرگ) را در هر کامپیوتر انجام می دهد .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 از واحد پردازش مرکزی است که جریان اطالعات را کنترل می کند. واحد محاسبه و منطق (:)ALU بخشی از واحد پردازش مرکزی است که محاسبات ریاضی و مقایسههای منطقی را انجام می دهد. ثباتها (:)Registers حافظه های با سرعت باال در واحد پردازش مرکزی هستند که حجم بسیار کمی از داده ها و دستورالعمل ها را در دوره های زمانی کوتاه نگه می دارند. 5 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 نمای کلی 6 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 مدل ساده چرخه کار ریزپردازنده 7 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 واحد پردازش مرکزی ادامه چرخه دستورالعمل ماشین (:)machine instruction cycle مدت زمان پردازش یک دستور در رایانه؛ سرعتی که به ازای تعداد دستورالعمل هایی که یک تراشه در هر ثانیه پردازش می کند اندازه گیری می شود. چهار عامل تعیین کننده آن: سرعت پالس ساعت (:)Clock speed سرعت از پیش تنظیم شده پالس ساعت رایانه که تمام فعالیت های تراشه را زمانبندی می کند .امروزه واحد آن گیگاهرتز است. طول کلمه (:)word length تعداد بیت هایی که CPUدر هر یک از فواصل زمانی می تواند پردازش کند. پهنای گذرگاه (:)bus width اندازه مسیرهای فیزیکی که داده ها و دستورالعمل ها به عنوان ضربه الکترونیکی روی تراشه جابجا می شوند. پهنای خط (:)line width 8 فاصله بین ترانزیستورها که هر چه کوتاه تر باشد ،سرعت تراشه بیشتر است. مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 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 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 در تراشه ها 9 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 http://en.wikipedia.org/wiki/Moore_Law 94 مبانی فناوری اطالعات – زمستان 10 معماری ریزپردازنده ها طبقه بندی گسترده معماری ریزپردازنده 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 هسته 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. 11 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 میکروکنترلرها /ریز پایشگرها میکروکنترلرها: تراشه های رایانه ای که در محصوالت و فناوری ها جاسازی می شوند که معموال نسبت به ریزپردازنده ها هزینه و توان پایین تری دارند و در کارهای کم تقاضاتر به کار گرفته میشوند. میکروکنترلرها شامل یک پردازشگر مرکزی ،حافظه و دستگاه های جانبی ورودی /خروجی برنامه پذیر می باشند. 12 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه رایانه حافظه رایانه از دو دسته تشکیل می شود: حافظه های اولیه :مقدار کوچکی از داده ها و اطالعات که فورا توسط واحد پردازش مرکزی استفاده میشوند ،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. 13 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه کامپیوترادامه بیت (رقم دودوئی BIT :کوته نوشت :)BInary digiT تنها داده ای که رایانه می تواند پردازش کند. بایت: یک داده رشته ای 8بیتی ،که برای نمایش هر یک از عملگرهای ساده ریاضی یا حروف الفبا استفاده می شود. ظرفیت حافظه کیلو بایت( 210 :)KBبایت مگا بایت( 220 :)MBبایت گیگا بایت( 230 :)GBبایت ترا بایت(:)TB 240بایت پتا بایت(:)PB 250بایت اگزا بایت( 260 :)EBبایت 14 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه اولیه حافظه اولیه یا اصلی سه نوع داده را در زمان های کوتاه ذخیره می کند. داده هایی که می خواهند توسط CPUپردازش شوند. دستوراتی که CPUاز روی آن ها پردازش را انجام می دهد. برنامه های سیستم عامل که عملیات رایانه را مدیریت می کنند. این حافظه روی مادر برد (برد اصلی مدار کامپیوتر) و نزدیک به CPUقرار دارد. 15 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه های اولیه ثبات (:)register گونه ای حافظه سریع که بخشی از واحد پردازش مرکزی با کمترین ظرفیت می باشند که تنها مقدار کمی از دستور العمل ها و داده ها را بالفاصله قبل و بعد از پردازش در خود نگه می دارند. :)RAM( Random Access Memory حافظه با دسترسی تصادفی بخشی از حافظه اولیه که یک برنامه نرم افزاری و مقدار کمی داده را وقتی که از حافظه ثانویه آورده می شوند ،در خود نگه می دارد. 16 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه های اولیه انواع RAM :Dynamic RAM(DRAM) حافظه ای با گنجایش 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. :Magnetic RAM(MRAM) حافظه ای غیرفرار که از خاصیت مغناطیسی برای ذخیره داده به جای الکتریسیته استفاده می کند، ترکیب سرعت SRAMو گنجایش باالی DRAMو غیرفرار بودن حافظههای flash 17 1393/12/9 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه های اولیهادامه :Cache نوعی از حافظه اولیه که بلوک های داده ها را که زیاد مورد استفاده قرار می گیرند موقتاً در خود نگه می دارد. ):Read-only memory(ROM نوعی از حافظه اولیه که دستور العمل های کلیدی معین در آن نگهداری می شود .این حافظه غیرفرار است و در صورت خاموش شدن رایانه ،دستورات باقی می مانند. :FLASH نوعی حافظه قابل بازنویسی ROMکه فشرده ،قابل حمل و نیازمند انرژی کمی برای خواندن و نوشتن می باشد. در طراحی تراشه CPUهر 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. 18 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه ثانویه فضای حافظه ای که می تواند میزان زیادی از داده ها را برای مدت زیادی نگه دارد حافظه ثانویه نامیده می شود. حافظه ای غیر فرار است. مدت زمان بیشتری برای بازیابی اطالعات در حافظه ثانویه نسبت به RAMنیاز است. از حافظه های اصلی ارزان تر است. می تواند در گونه های مختلف رسانه با فناوری های مختلف قرار گیرد. 18 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 حافظه های ثانویهادامه 19 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 نمای کلی سلسله مراتب حافظه 21 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 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. نوعی از دسترسی که در آن سیستم رایانه باید همه ی داده های قبلی را به منظور دسترسی به داده مورد نظر پشت سر گذارد دسترسی ترتیبی می نامند. دیسک مغناطیسی(:)Magnetic Disk گونه ای از حافظه ثانویه روی یک دیسک مغناطیسی که به شیارها ( )tracksو بخش هایی ( )sectorsتقسیم بندی شده که حاوی آدرس هایی برای بخش های مختلف داده هستند. 22 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 سامانه های حافظه سازمانی یک سامانه حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی هوشمند است که شامل 2یا بیشتر از 2دستگاه ذخیره سازی 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: 23 )RAID (Redundant Arrays of Independent Disks )SAN (Storage Area Network )NAS (Network-Attached Storage مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 انواع حافظه های سازمانی ):RAID(Redundant arrays of independent disks یک سیستم حافظه سازمانی که گروهی ازدرایوهای سخت استاندارد را به یک میکروکنترولر خاص که درایو ها را با هم هماهنگ می سازد ،متصل می کند؛ طوری که یک هارد درایو به نظر می رسند. :NAS (Network-Attached Storage) یک سیستم حافظه سازمانی که در آن یک 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) یک معماری سیستم حافظه سازمانی برای ساختن شبکه های ویژه و اختصاصی که دسترسی سریع و قابل اطمینان به دستگاه های حافظه را به وسیله چند کارگزار ممکن می سازد. 24 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 سیر تکامل سخت افزار نسل اول (:)1956 - 1946 استفاده از المپ های خال برای ذخیره سازی و پردازش. مصرف توان زیاد -تولید گرمای زیاد -عمر کوتاه نسل دوم (:)1963 - 1957 استفاده از ترانزیستور ها نسل سوم (:)1979 - 1964 استفاده از مدار های مجتمع :گسترش نرم افزار ها برای مردم عادی 25 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 سیر تکامل سخت افزار اوایل نسل چهارم (:)1995 – 1980 استفاده از مدار های - VLSIصدها هزار مدار روی یک تراشه 10 - میلیون ترانزیستور روی یک تراشه -استفاده از معماری فون نیومن اواخر نسل چهارم ( 1996تا کنون ): استفاده از مدارهای - GSIیک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه - پردازش موازی گسترده ( داده کاوی پایگاه داده های های عظیم ) 2 6 1393/12/9 مبانی فناوری اطالعات – پاییز 94 انواع رایانه ابررایانه (:)Supercomputers رایانه های با باالترین توان پردازشی در دسترس ،استفاده در امور علمی و نظامی روی مجموعه داده های کالن. رایانه های بزرگ):)Mainframe computers رایانه های بزرگ مورد استفاده سازمان های بزرگ برای انجام محاسبات حجیم و در دسترس هزاران کاربر رایانه های متوسط (:)Midrange computers 27 کوچکتر ،ارزانتر از رایانه های بزرگ که کارهای آنها را در محدوده های کوچکتر انجام می دهند و برای پشتیبانی شبکه و اشتراک فایل و نرم افزار به کار می روند. مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 انواع رایانهادامه Workstation computers رایانه های قدرتمند رومیزی که برای کاربردهای محاسباتی حجیم علمی، مهندسی و مالی استفاده می شوند .عموماً بر اساس معماری RISCساخته می شوند. ریز رایانه ها (:)Microcomputers کوچکترین و ارزان ترین طبقه از رایانه های همه منظوره ،مثل رایانه های شخصی که بر اساس اندازه به انواع زیر تقسیم می شوند: رایانه های رومیزی شخصی (سامانه های کاربری فربه Fat-client )systems سامانه های کاربری نحیف ()Thin-client systems رایانه های قابل حمل وسایل قابل حمل ()PDA 28 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 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 414و 415کتاب توربان) 29 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 گرایش های کلی فناوری سخت افزار بهبود نسبت هزینه-عملکرد تراشه ها ذخیره سازی (حافظه) رایانه های خود عیب یاب ()self-healing حسگرهای وبی ()Sensor webs مجموعه ای از جعبه های فلزی کوچک که به منظور جمع آوری انواع اطالعات نصب می شود ،با جعبه های نزدیک ارتباط برقرار می کند و در بعضی موارد به صورت بی سیم با دستگاه های خارجی وصل می شود. فناوری نانو ساخت اشیا ،دستگاه ،یا سیستم هایی در مقیاس 1تا 100نانومتر. محاسبات کوانتومی استفاده از حاالت اساسی یک ذره (کوانتوم) از ماده به عنوان واحد بنیادی محاسبه 30 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94 با تشکر از توجه شما 31 مبانی فناوری اطالعات – زمستان94
© Copyright 2026 Paperzz