فصل اول – بخش فناوری کتاب توربان

سخت افزار کامپیوتر

فصل اول – بخش فناوریکتاب توربان

1392درس فناوری اطالعات – پاییز سارا فرازی

2

فهرست مطالب

92فناوری اطالعات - پاییز

مقدمه•

واحد پردازش مرکزی•

حافظه کامپیوتر•

تکامل سخت افزار کامپیوتر•

سلسله مراتب کامپیوتر•

فناوری های ورودی و خروجی•

شاخص های عمومی فناوری•

92فناوری اطالعات - پاییز 3

. مقدمه1-1

، ورودی گBرفتن بBرای کBه ای وسBیله بBه افBزار سخت پBردازش ، دادن خBروجی و انجBام عملیBات ذخBیره سBازی مBورد اسBتفاده قBرار می گBیرد، اطالق می شBود. سBخت افBزار شBامل

عوامل زیر است:واحد پردازش مرکزی•حافظه اصلی•حافظه جانبی•فناوری های ورودی•فناوری های خروجی•

فناوری های ارتباطی•

فناوری اطالعات - پاییز 92 4


. واحد پردازش مرکزی )ادامه(2-1

بخشی از یک ریز پردازنده


(CPU. واحد پردازش مرکزی )2-1

بخشBی (Central Processing Unit)- واحBد پBردازش مرکBزی برنامBه یBک دسBتورات کBه اسBت کBامپیوتر از این بخش، قسBمت کنBد. اجBرا می را کBامپیوتری کارهBBای و توابBBع انجBBام در کBBامپیوتر اصBBلی

محاسباتی است.

-CPU، یتورBزاران ترانزسBامل هBده شBز پردازنBک ریBی داخBل یBک مBدار، روی قBرص سBیلیکونی یBا تراشBه

می باشد.



واحBد پBردازش مرکBزی از بخش هBای زیBر تشBکیل شBده است:

•( کنBترل کننBده جریBان Control UnitواحBد کنBترل : )اطالعات

•( منطBBق و حسBBاب کننBBده ALUواحBBد اجBBرا : )محاسبات حسابی و منطقی

(: یBک حافظBه پBر سBرعت بBه عنBوان RegisterثبBات )•نگBه دارنBده مقBدار زیBادی از داده هBا و دسBتورات در

مدت زمان کوتاه



واحد پردازش مرکزی به صورت زیر عمل می کند:و • هBا داده )شBامل ورودی اطالعBات دریBافت

دسBتورات( و ذخBیره کBردن آن هBا در ثبBات هBا بBه منظور استفاده در مرحله پردازش

بBه مراحBل بعBد busداده هBا و دسBتورات از طریBق •منتقBل می شBوند. کنBترل این جریBان هBا بBه عهBده

بخش کنترل است.( این اطالعBات را دریBافت ALUبخش محاسBباتی )•

کBرده و محاسBبات مBورد نظBر را روی آن هBا انجBام می دهد.

سپس حاصBل عملیBات بBه ثبBات هBای ذخBیره سBازی •و از آن جBا بBه یBک مکBان ذخBیره سBازی خBارج از

CPU.منتقل می شود



چرخه کاری یک ریز پردازنده



عامBل مهم زیBر بسBتگی 4 بBه CPU سBرعت پBردازش در دارد :

clockسرعت •wordطول •busپهنای •تعدا ترانزیستورهای روی تراشه•


قانون مور

قانون مBور بیBان می کنBد کBه پیچیBدگی ریBز پردازنBده ها هر دو سال یک بار دو برابر می شود.


قانون مور )ادامه( قانون مور :

دو • دوسBال، هBر کامپیوترهBا عملکBرد سرعت برابر می شود.

ظرفیت حافظBه اولیBه و ثانویBه هBر دوسBال، دو •برابر می شود.

قیمت مBدارهای مجتمBع هBر دو سBال، دو برابBر •می شود!

آیBا پایBان قBانون مBور نزدیک است؟!

92فناوری اطالعات – پاییز 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 )


میکرو کنترلر ها- تراشBه هBای کBامپیوتری کBه در محصBوالت و فنBاوری هBا هBا پردازنBده بBه نسBبت معمBوال کBه جاسBازی می شBوند

هزینه پایین تر و در کارهای کم تقاضاتر کاربرد دارند.

- میکروکنترلرهBا شBامل یBک پردازشBگر مرکBزی ، حافظBه و دسBتگاه هBای جBانبی ورودی / خBروجی برنامBه پBذیر می

باشند.


. حافظه کامپیوتر3-1

حافظه کامپیوتر از دو دسته تشکیل می شود:

• : اولیه و حافظBه هBای هBا داده از کBوچکی مقBدار اسBتفاده می شBوند ، CPUاطالعBات کBه فBورا توسBط در این جا ذخیره می شوند.

• : ثانویBه هBای و حافظBه هBا داده از زیBادی مقBدار اطالعBات ) مثBل یBک برنامBه نBرم افBزاری ( بBرای مBدت

زمان طوالنی ، روی این حافظه ذخیره می شوند.


ظرفیت حافظه ها

1 یBا 0( اسBت کBه می توانBد bitکوچکBترین واحBد ظBرفیت بیت ) - باشBد. مجموعBه ای از بیت هBا یBک کBاراکتر عBددی بBه خصBوص 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


حافظه اولیه

حافظBه اولیBه یBا اصBلی سBه نBوع داده را در زمBان هBای کوتاه ذخیره می کند.

پBردازش CPUداده هBایی کBه می خواهنBد توسBط •شوند.

از روی آن هBا پBردازش را CPUدسBتوراتی کBه •انجام می دهند.

برنامBه هBای سیسBتم عامBل کBه عملیBات کBامپیوتر •را مدیریت می کنند.

قBرار CPU و نزدیBک بBه MotherBoardاین حافظBه روی دارد.


حافظه اولیه )ادامه(

چهBار گونBه اصBلی حافظBه هBای اصBلی بBه صBورت زیBر هستند :

• Registers• Cache Memory• Random Access Memory• Read-only Memory

هBر چقBدر فاصBله بBرای انتقBال CPUدر طBراحی تراشBه منتقBل می تBر هBا سBریع داده ، باشBد هBا کمBتر داده منطBق این از اصBلی حافظBه چهBار این در شBوند.

استفاده شده است.


حافظه ثانویه )ادامه(

از بBرای ذخBیره سBازی مقBدار زیBادی ثانویBه حافظBه اطالعBات و داده هBا در مBدت زمBان طBوالنی طBراحی زیBر مشخصBات دارای ثانویBه حافظBه اسBت. شBده

است :حافظه ای غیر فرار•مدت زمBان بیشBتری بBرای بازیBابی اطالعBات در حافظBه •

نیاز است. RAMثانویه نسبت به از حافظه های اصلی ارزان تر است.•می توانBد در گونBه هBای مختلBف رسBانه بBا فنBاوری هBای •

مختلف قرار گیرد.



گرایش کلی در حافظBه هBای ثانویBه بBه سBوی روش را سBریع و مسBتقیم دسترسBی کBه اسBت هBایی افBزایش و هزینBه کBاهش بBاعث و کBرده فBراهم

ظرفیت شود.

یBک حافظBه ثانویBه می (:Magnetic Tape) نBوار مغناطیسBی •یBا نBوار قBاب یBک در ترتیBبی دسترسBی بBا کBه باشBد کاسBت کوچBک نگهBداری می شBود. بBه خBاطر قیمت کم و توانBایی کنBترل مBیزان عظیمی از داده هBا، هنBوز رایج

است.

سیسBتم آن در کBه دسترسBی از نBوعی ترتیBبی: دسترسBی کBامپیوتر بایBد همBه ی داده هBا را بBه منظBور مکBان یBابی بخش

خاصی اجرا کند.



مغناطیسBی • حافظBه (: Magnetic Disk)دیسBک از شBکلی و هBا تBرک بBه کBه مغناطیسBی دیسBک یBک روی ثانویBه سBکتور هBایی تقسBیم بنBدی شBده کBه حBاوی آدرس هBایی

برای بخش های مختلف داده هستند.

بBا ( Hard drive)دیسBک سBخت • ثانویBه از حافظBه نBوعی :روی صBفحه را هBا داده آن در کBه دسترسBی مسBتقیم و مرکBز هم هBای تBرک بBه کBه کنBد می ذخBیره فلBزی

خوانBده headسBکتور هBای تقسBیم شBده اسBت و بوسBیله می شوند.

دسترسBی مسBتقیم: دسترسBی بBه داده هBا کBه در آن هBر بخش از داده هBا بBه صBورت غیرترتیBبی بازیBابی می شBود. ) اسBتفاده

از آدرس داده ها برای دسترسی به آن ها(

22

) ادامه ) ثانویه حافظه

92فناوری اطالعات – پاییز

• : را الزم اطالعات و می کنند کار نوری امواج با نوری دیسک های . می سوزانند نوری لیزرهای بوسیله ی

( CD ROM – DVD ROM – FMD ROM)

• : کارت های در که تغییر قابل و ارزان حافظه های فلش حافظه هایو . USBحافظه از خاصی نوع می شود استفاده حافظهEEPROM ( rها

) است الکتریکی صورت به برنامه ریزی قابل و پاک شدنی خواندنی فقط . شده است برنامه ریزی و پاک بزرگ، قطعات در که

* EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory


حافظه کامپیوتر ) ادامه (

سلسBه مBراتب حافظBه هBای کBامپیوتر بBه تBرتیب ظBرفیت و سBرعت در شکل زیر قابل مشاهده هستند:


حافظه کامپیوتر ) ادامه (و اولیBه هBای ، حافظBه پBایین بBه هBرم بBاالی از نBیز این شBکل در

سپس ثانویه آمده اند.


سیستم حافظه سازمانی

یک سیسBتم حافظBه سBازمانی یBک سیسBتم مسBتقل و -یBا بیشBتر از 2خBارجی هوشBمند اسBت کBه شBامل 2

دستگاه ذخیره سازی است.ویژگی های عمده این سیستم عبارت است از :-

مقدار فضای زیاد برای ذخیره سازی•سرعت باالی انتقال داده•حفاظت در مقابل از دست رفتن داده ها•ابزار مدیریت پیچیده•


سیستم حافظه سازمانی )ادامه(

زیBر - بBه شBرح هBا این سیسBتم دسBته عمBده سه هستند :

-RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)-SAN (Storage Area Network)-NAS(Network-Attached Storage)


. سیر تکامل سخت افزار کامپیوتر4-1•( اول - 1946 نسBل هBای 1956 از المپ اسBتفاده : )

خال برای ذخیره سازی و پردازش.مصرف توان زیاد•تولید گرمای زیاد•عمر کوتاه•

( : استفاده از ترانزیستور ها1963 - 1957نسل دوم )••( - 1964نسBل سBوم هBای 1979 از مBدار اسBتفاده : )

مجتمعگسترش نرم افزار ها برای مردم عادی•


. سیر تکامل سخت افزار کامپیوتر)ادامه(4-1

( : اسBتفاده 1995 – 1980اوایBل نسBل چهBارم )• VLSIاز مدار های

صدها هزار مدار روی یک تراشه• میلیون ترانزیستور روی یک تراشه10•استفاده از معماری فون نیومن•

تBا کنBون ( : اسBتفاده 1996اواخBر نسBل چهBارم ) •GSIاز مدارهای

یک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه• پردازش موازی•


. سلسله مراتب کامپیوتر5-1

در روش سنتی برای مقایسه کامپیوترها ، از مقایسه قدرت پردازش آن ها استفاده می گردیده است. تحلیل

دسته تقسیم می کنند:6گران ، کامپیوتر ها را به

1 .( هBا تBوان :Supercomputers)ابررایانBه بBاالترين بBا هBای رايانBه روي و نظBامي و علمي امBور در کBه دسBترس در پردازشBي

مجموعه داده هاي کالن مورد استفاده قرار می گیرند.

(: رايانBه هBاي بBزرگ کBه Mainframe computersرایانBه هBای بBزرگ ). 2 مBورد اسBتفاده سBازمان هBاي بBزرگ وبBراي انجBام محاسBبات حجيم

است و در دسترس هزاران کاربر قرار دارد.

( : کوچکBتر و ارزارنBتر Midrange computersرایانBه هBای متوسBط ). 3 از رایانBه هBای بBزرگ کBه کارهBای آنهBا را در محBدوده هBاي کوچکBتر نBرم و فايBل اشBتراک و پشBتيباني شBبکه بBراي و دهنBد انجBام مي

افزار به کار مي روند.


. سلسله مراتب کامپیوتر )ادامه(5-1

( : رايانBه هBاي قدرتمنBد Workstation computersرایانBه هBای کBاری ). 4رومBيزی کBه بBراي کاربردهBای محاسBباتی حجيم علمی، مهندسBی و � بBر اسBاس معمBاری مBالی اسBتفاده می شBوند. این رایانBه هBا عمومBا

RISC.ساخته مي شوند

(:کوچکBترين و ارزان تBرين طبقBه MicrocomputersریBز رایانBه هBا ). 5از رايانBه هBاي همBه منظBوره هسBتند کBه بBه آن هBا رایانBه هBای شخصBی

گBروه 4نBیز گفتBه می شBود. این رايانBه هBاي بBر اسBاس انBدازه بBه 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.



(: این رایانBه Thin-client Systems- سیسBتم هBای نBازک مشBتری )هBا سیسBتم هBای خBانگی و رومBیزی می باشBند کBه کBارآیی کامBل ، سیسBتم این مقابBل در ندارنBد. را شخصBی کBامپیوتر یBک

( هسBتند کBه Fat-client SystemsسیسBتم هBای فربBه مشBتری ) باشBند. می کامBل کBارآیی بBا همBراه شخصBی کBامپیوتر یBک سیسBتم هBای نBازک مشBتری نسBبت بBه کBامپیوتر هBای شخصBی از پیچیBدگی کمBتری برخBوردار هسBتند در نتیجBه کBار بBا آن هBا سBاده

تر و همچنین ازران تر هستند.

( ها بوک نت و ها تاپ لپ -Laptops and Notebook Computers لBه قابBتند کBبکی هسBک و سBای کوچBه هBز رایانBری : )

حمBل و نقBل نBیز می باشBند.این سیسBتم هBا نسBبت بBه کBامپیوتر های رومیزی با وجود کارآیی یکسان ، گران تر هستند.



( : این دسBتگاه هBا Mobile Devices- دسBتگاه هBای قابBل حمBل ) هBا هسBتند کBه دارای خBواص PDAشBامل کBامپیوتر هBای جیBبی و

زیر می باشند :

هزینه کمتر نسبت به کامپیوتر های شخصی•سیستم عامل ساده تر نسبت به کامپیوترهای رومیزی•دارای سBرعت بBاال در انجBام بعضBی کBار هBا )تمBام کBارآیی کBامپیوتر •

های شخصی را ندارند.(دارای قابلیت های کامپیوتری و ارتباطی•

(Computing Devicesدستگاه های محاسباتی ). 6


. فناوری های ورودی و خروجی6-1

فنBاوری هBای ورودی بBه کBاربران اجBازه وارد کBردن دسBته دو دهBد. می را کBامپیوتر یBک بBه هBا داده زیBر صBورت بBه ورودی هBای دسBتگاه اصBلی

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 های ورودی و خروجی)ادامه(6-1

خروجی کBه توسBط یBک کBامپیوتر تولیBد می شBود ، هBای دسBتگاه زیBادی تعBداد طریBق از توانBد می این شBود. منتقBل کBاربر بBه رسBانه و خBروجی

دستگاه ها شامل :Monitors, Printers , Plotters , Voice

ادغBامی ( : Multimedia Technology )تکنولBوژی چنBد رسBانه ایبBر مبنBای کBامپیوتر از متن ، عکس ، انیمیشBن و ویBدیو می خBروجی و ورودی هBای فنBاوری ای مجموعBه کBه باشBد

متفاوت را عرضه می کند.


. شاخص های عمومی فناوری7-1

بBرای درک بیشBتر سBخت افBزار نیBاز اسBت تBا بفهیم سBخت افBزار بBا چBه سBرعتی در حBال تغیBیر کBردن می باشBد. حBوزه هBای این تغیBیرات بBه صBورت زیBر

هستند :•Cost-Performance Ratio of Chips•Storage•Self-Healing Computers•Sensor Webs•Nanotechnology•Quantum Computing

فناوری اطالعات - پاییز 92 36

: ! دی نباشید خسته

Documents

فصل اول – بخش فناوری کتاب توربان