تا 60% تخفیف
برای 4 نفر
به همراه صدور مدرک
مانده تا پایان تخفیف ها
تاریخچه کامپیوتر و آشنایی با سخت افزارهای آن
ابداع رایانه از جمله ابداعات بشر امروزی است. ساخت رایانه همچون ساخت تلویزیون و رادیو و تلفن انقلابی بزرگ در زندگی انسان ها بوجود آورد.اولین رایانه ای که در جهان ابداع شد نظریه اش توسط پروفسور هاوارد آیکن در سال 1937 ارائه شد و شرکت ای بی ام در سال 1944 آن را پیاده سازی نمود.
دوره های شبکه، برنامه نویسی، مجازی سازی، امنیت، نفوذ و ... با برترین های ایران
سرفصل های این مطلب
- تعریف رایانه
- عملکردهای رایانه چه چیزهایی است؟
- ساختار کلی رایانه ای که توسط جان فان نیومن ارائه شد
- طرز کار رایانه به طور کلی چگونه است؟
- واحد پردازش مرکزی یا CPU چیست؟
- واحد های حافظه در کامپیوتر چیست؟
- حافظه جانبی چیست؟
- واحد های ورودی و خروجی چه هستند؟
- دستگاه های ورودی و خروجی شامل چه چیزهایی هستند؟
- مادربورد یا بورد مادر ( Motherboard ) چیست؟
- انواع مختلف بردهای اصلی
- ساختار یک برد اصلی روی چه چیزهای تاثیر می گذارد؟
- برد های XT چه هستند؟
- بردهای AT,Baby AT چه هستند؟
- بردهای ATX چه هستند؟
- بانک حافظه اصلی یا RAM چیست؟
- سوکت پردازنده یا PGA چیست؟
- شکاف های کارت توسعه و اسلات ها چه هستند؟
- اتصال دهنده ها یا Connector چیست؟
- انواع گذرگاه ها در کامپیوتر
- انواع گذرگاه های یک رایانه عادی
رایانه در ابتدا نام "ماشین حساب با کنترل خودکار مراحل محاسبه" نامیده شد اما بعد ها به مارک1 تغییر نام یافت. بیشتر قطعات این رایانه ها از قطعات مکانیکی طراحی شده بود و با اندازه ی بزرگی که داشت وزنی در حدود 5 تن بود.یکی از بزرگترین دلایل سنگینی و بزرگی این رایانه ها استفاده بیش از 18000 لامپ خلا در آن بود.رایانه ها تحولی در زندگی بشر محسوب می شود .
اما تحول بزرگی نیز در صنعت رایانه در سال 1947 بوجود آمد که کامپیوتر های سال 1944 از نظر حجم و اندازه و شکل کلی کاملا با کامپیوتر 1947 تفاوت پیدا کرد. این تحول بزرگ ابداع ترانزیستور با عنوان کلید کوچکی که می توانست جایگزین 18000 لامپ خلا شود بود.اولین کامپیوتر هایی که ساخته شد توان انجام یک ضرب ساده را در 6 ثانیه داشتند اما با پیدایش ترانزیستور این ارقام به 100000 عمل ضرب در یک ثانیه می شد. یکی از بزرگترین دلایل این تغییرات کاهش دمای رایانه و کوتاه شدن مسیر های سیم کشی کامپیوتر بود.
تعریف رایانه
رایانه پردازنده داده های دیجیتالی است که از اجزای الکترونیکی و الکترومکانیکی تشکیل شده است. و می تواند پس از انجام دستور العمل هایی روی ورودی ، اطلاعاتی را به ما نشان دهد.
عملکردهای رایانه چه چیزهایی است؟
- پردازش داده : به طور کلی یک رایانه باید قادر به انجام پردازش روی داده ها باشد. که در بخش های آینده بیشتر در مورد آن سخن می گوییم.
- ذخیره داده : یکی از مهمترین کارهای رایانه ذخیره داده هاست. داده ها برای چند لحظه هم که شده است برای پردازش باید وارد حافظه اصلی به طور موقت شوند، همچنین میتوانند داده ها به صورت بلند مدت در حافظه برای انجام ویرایش های بعدی و اصلاح ذخیره شوند.
- جابجایی داده ها : رایانه ها باید قادر باشند که توسط دستگاه های ورودی و خروجی اطلاعات را به طور مستقیم بین خودشان تبادل نمایند این نوع جابجایی را جابجایی مستقیم می گویند.نوع دوم هم به صورت مخابره ی است که داده ها از طریق شبکه های کامپیوتری با فاصله دور دریافت یا فرستاده می شود به این نوع جابجایی مخابره داده می گویند.
- کنترل : برای انجام دادن هر گونه فعالیتی در رایانه نیازمند کنترل آن توسط سخت افزاری است. این کنترل که برای هماهنگ سازی تمام اجزای کامپیوتر صورت می گیرد توسط پردازنده رایانه انجام می شود.
ساختار کلی رایانه ای که توسط جان فان نیومن ارائه شد
کامپیوتر از 5 بخش مختلف تشکیل شده است:
- واحد پردازش مرکزی
- واحد ورودی ... ماوس و کیبورد
- واحد خروجی ... صفحه نمایش، چاپگر
- حافظه اصلی ... Ram,Rom,Cach
- حافظه جانبی ... فلش، هارد دیسک، فلاپی
طرز کار رایانه به طور کلی چگونه است؟
می توان گفت که کار اصلی رایانه اجرای برنامه و دستورات ارسالی توسط کاربر است. اما خود برنامه چیست؟ می توان این چنین گفت که یک برنامه، مجموعه دستوراتی است که برای انجام دادن یک هدف معین نوشته شده و در حافظه ذخیره می شود.اما برخورد رایانه با این برنامه چگونه است:
- رایانه دستورات نوشته شده (برنامه) را از حافظه بر می دارد که در این حالت به آن برداشت دستور می گویند.
- رایانه دستورات را به کمک پردازنده اجرا می نماید.
حال رایانه چگونه این دستورات را به صورت مداوم انجام میدهد؟ رایانه برای اجرای دستورات به صورت مداوم از فرایندی با عنوان سیکل استفاده می کند:
- زمان لازم برای پردازش یک دستور را سیکل دستور
- به مرحله برداشت دستور سیکل برداشت
- و به مرحله اجرای دستور سیکل اجرا می گویند.
تمام این کار ها توسط پردازنده انجام می شود. نکته: چه زمانی پردازنده دست از پردازش برمیدارد؟
- زمانی که رایانه خاموش شود
- خطای غیر قابل پیشگری و اصلاح اتفاق افتد
- پردازش توسط اجرای برنامه ای مانند ویروس ها به صورت خواسته یا ناخواسته توسط کاربر متوقف شود.
در ادامه می خواهیم به صورت مختصر توضیحی درباره مهمترین اجزای یک کامپیوتر ارائه کنیم:
واحد پردازش مرکزی یا CPU چیست؟
پردازنده مرکزی مهمترین بخش از یک سیستم رایانه ای است درواقع مغز رایانه است. واحد پردازش مرکزی به سه قسمت اصلی تقسیم می شود:
- واحد محاسبه و منطق که کار های محاسبه ای را انجام می دهد.
- واحد کنترل که نطارت و هماهنگی بر تمام اجزای یک سیستم را بر عهده دارد.
- کمک پردازنده های اعداد اعشاری و ثبات ها.
کمک پردازنده های اعداد اعشاری برای انجام محاسبه روی اعداد ممیزی و سرعت بخشیدن به کارهای پردازنده است. که در اوایل ساخت پردازنده ها به صورت قطعه ای جدا در کنار پردازنده مرکزی قرار می گرفت، اما حالا درون خود پردازنده قرار دارد.واحد ثبات نیز حافظه ای موقت و بسیار سریع است که داده هایی که در حال پردازش هستند به صورت موقت در آن قرار می گیرد.
واحد های حافظه در کامپیوتر چیست؟
به طور کلی حافظه های رایانه ها به دو قسمت تقسیم می شوند:
- حافظه اصلی
- حافظه جانبی
حافظه اصلی: حافظه های اصلی به صورت مستقیم با پردازنده در ارتباط هستند. یکی از مهمترین کارهایی که انجام می دهند ذخیره داده های در حال پردازش در خود هستند. حافظه های اصلی از نظر نگه داری اطلاعات به دو صورت تقسیم می شوند.
- حافظه با دسترسی تصادفی (Random Access Memory) : این حافظه ها داده های در حال پردازش را به صورت موقت در خود نگه داری می کنند و تا زمان ذخیره آن در حافظه جانبی یا خروجی گرفتن از داده ها یا بستن آنها داده ها در حافظه باقی می ماند البته اگر هر نوع وقفه ای در جریان برق ایجاد شود تمام اطلاعات داخل آن نیز پاک می شوند.
- حافظه فقط خواندنی (Read Only Memory) :برخلاف حافظه با دسترسی تصادفی این حافظه ها با قطع جریان برق پاک نمی شوند و داده ها به صورت مداوم در آن ذخیره شده است. این حافظه مجموعه ای از دستورالعمل ها را در خود ذخیره کرده است که برای بالا آمدن سیستم مورد نیاز می باشد.
البته نوع دیگری نیز از حافظه موجود می باشد که با نام حافظه پنهان یا کش نامگذاری شده است. این حافظه در بین پردازنده و حافظه اصلی قرار می گیرد و داده های مورد پردازش نیز قبل از پردازش شدن برای چند ثانیه وارد این حافظه می شوند و سپس در اختیار پردازنده برای عمل پردازش قرار می گیرد.
حافظه جانبی چیست؟
این نوع از حافظه ها با قیمت ارزانتر و سرعت کمتر و حجم بیشتری نسبت به حافظه های اصلی معرفی شده اند. این نوع حافظه ها نیز به دو قسمت تقسیم می شوند:
- حافظه با دسترسی ترتیبی مانند نوار های مغناطیسی
- حافظه با دسترسی مستقیم هادر دیسک
واحد های ورودی و خروجی چه هستند؟
- واحد ورودی : واحد های ورودی به منظور ارتباط برقرار کردن کاربر با رایانه به طور مستقیم و غیر مستقیم ارائه شده است. این دستگاه ها در تنوع های بسیاری در بازار وجود دارد اما معروف ترین آنها ماوس و کیبورد است.
- واحد خروجی : گفتیم که داده ها بعد از پردازش ذخیره با به خروجی ارسال می گردند. هر سیستمی برای نشان دادن خروجی ها نیازمند یک سری از واحد های خروجی می باشد. در رایانه واحد های خروجی تنوع های بسیاری را دارا می باشد. چاپگر ها، پروژکتور ها و حتی تلویزیون ها از این دسته هستند.
دستگاه های ورودی و خروجی شامل چه چیزهایی هستند؟
بعضی از دستگاه ها نیز عملیات هر دو از واحد ها را به دوش می کشند یعنی در عین اینکه یک واحد ورودی حساب می شوند واحد خروجی نیز هستند مانند دیسک های گردان و کارت های صدا.
مادربورد یا بورد مادر ( Motherboard ) چیست؟
اگر تعریف کلی از برد اصلی داشته باشیم، باید بگوییم که هر وسیله الکتریکی برای برقراری ارتباط بین اجزای خود باید دارای یک برد باشید که تمام اجزا روی آن قرار گیرد. رایانه نیز از این قاعده مستثنی نیست. تمام اجزای سخت افزاری که در رایانه وجود دارد اعم از پردازنده، حافظه اصلی، واحد های ورودی و خروجی و... روی این برد قرار می گیرند.
برد اصلی یا مادر برد در رایانه مدار چاپی بزرگی است که ارتباط بین اجزا را فراهم می آورد. روی این بردها نیز تراشه های دیگری دیده می شود که هر یک کارایی خاص خود را دارند مانند: خازن، مقاومت و... . در داخل رایانه داده ها به صورت مدام بین اجزا جابجا می شود این جابجایی های بین اجزا توسط خطوطی از جنس رسانای الکتریکی به نام گذرگاه اتفاق می افتد.
همانطور که گفته شد روی برد اصلی یک سری تراشه ها نیز وجود دارد که هر کدام بسته به کارایی که دارند کار خاصی انجام می دهند. مانند تراشه مولد پالس ساعت که ارتباط میان اجزای رایانه را هماهنگ می نماید یا تراشه Rom Bios که مهمترین کار این تراشه راه اندازی سیستم و بررسی سخت افزاری رایانه است.
انواع مختلف بردهای اصلی
رایانه فناوری است که به صورت مداوم به آن امکانات سخت افزاری و نرم افزاری متعددی اضافه شده است. اما اضافه کردن این اجزا به رایانه باید از طریق برد اصلی انجام شود. اما چگونه : در ابتدای ساخت برد های اصلی تمام قطعات به صورت مستقیم به برد اصلی لحیم شده بود و این نه قابلیت ارتقای اجزا را به کاربر می داد و نه قابلیت اضافه کردن اجزای دیگری را. برای این کار طراحان و سازندگان برد های اصلی، اجزایی را به برد اصلی لحیم نمودند که قابلیت نصب کارتهایی چون کارت شبکه و... را به صورت غیر مستقیم به برد اصلی فراهم نمودند. این قابلیت توسط کارت هایی فراهم می شد که به برد اصلی لحیم می شد و با نام کارت توسعه شناخته شده است. روی این کارت های شکاف هایی وجود داشت که کارت های جانبی روی آن قرار می گرفتند.
ساختار یک برد اصلی روی چه چیزهای تاثیر می گذارد؟
ساختار هر برد اصلی شکل کلی منبع تغذیه و کیس قابل استفاده برای رایانه را توصیف می کند. همچنین به شرکت های سازنده سخت افزار سیستم اطمینان این را می دهد که آیا اجزای که آنان طراحی نموده اند با دیگر اجزا و برد اصلی سازگار است یا خیر.انواع برد های اصلی:
- XT
- AT
- Baby AT
- ATX
برد های XT چه هستند؟
این بردها ابتدای ترین نوع بردهای اصلی هستند که تمام اجزای سیستم که روی برد اصلی قرار گرفته اند به صورت مستقل از همدیگر بر روی برد اصلی لحیم شده است. کاربران برای نصب کارت های همچون کارت چاپگر ، شبکه و... از شکاف های توسعه استفاده می نمودند. پیکربندی سخت افزاری سیستم نیز توسط مجموعه ای از دیپ سویچ ها و جامپر اضافه می شد. مهمترین مشکلات این نسخه از بردهای اصلی می توان به نبود فضای بهینه و زیبا برای خنک نگه داشتن سیستم و نبود قابلیت ارتقای اجزای سیستم بود.
بردهای AT,Baby AT چه هستند؟
در این بردها که از یک خانواده با فاصله زمانی کوتاهی بودند، برخلاف آنکه حافظه اصلی به برد اصلی لحیم شود توسط کارت هایی با عنوان SIMM که روی برد اصلی لحیم می شدند به طور غیر مستقیم با برد اصلی ارتباط برقرار می کرد. در ابتدای ظهور AT پردازنده ها همچون برد اصلی XT روی برد اصلی لحیم می شدند اما با ظهور پردازنده های جدیدتری نسل جدید از بردهای اصلی AT عرضه شد که پردازنده را توسط نگه دارنده یا سوکتی به نام PGA روی برد اصلی قرار می داد، که در این صورت قابلیت ارتقا پردازنده برای ما ایجاد می شد. در این نوع از بردهای اصلی کارت های توسعه نیز همانند قبل وجود داشت.
بردهای ATX چه هستند؟
در این بردها همانند بردهای Baby AT,AT از سوکت PGA و اسلاتی برای حافظه استفاده می شد اما انواع آنها بهنیه تر و بهتر از قبل شد. مثلا در نوع برد AT کارت های SIMM نگه دارنده حافظه اصلی بودند اما با قرار دادن کارت DIMM به جای آن سرعت انتقال داده بین برد اصلی و حافظه، بیشتر و همچنین حافظه در جای خود محکمتر می شد. همچنین نسل PGA که در این بردها وجود داشت از نوع ZIF بود. این بردها با توانایی های و ارائه راهکار های جدیدتری توانستند جای خود را در بازار محکم نمایند و جای بردهای AT,Baby AT را بگیرند. بهبود فضا و کمتر شدن اندازه اجزا سبب شد که کارت های توسعه با اندازه های بیشتری روی برد اصلی قرار بگیرند.
مزایایی که این برد نسبت به بردهای دیگر داشت:
- درگارهای اتصال ماوس و کیبورد به صورت یک پارچه با برد اصلی قرار گرفتند که از نوع PS/2 بودند.
- کاهش واسط های کارت های توسعه
- کانکتورهای بهتر برای منبع تغذیه
- پشتیبانی از خاموش امن
- پشتیبانی از ولتاژ 3.3 بجای 5
- جریان بهتر هوا روی برد
- طراحی بهینه برای قابلیت ارتقا پذیری
به طور کلی اجزای یک برد اصلی شامل موارد زیر است:
- سوکت پردازنده
- بانک های حافظه اصلی
- شکاف های توسعه
- اتصال دهنده پانل کیس، صفحه کلیدو ماوس و اتصال دهنده دیگر
- درگاه و اتصال دهنده های متفاوت
- مولد پالس ساعت
- جامپر
- گذرگاه
- کنترلرها
- مجموعه ای از تراشه
- تراشه Bios Rom
مجموعه ای از تصاویر انواع بردها
بانک حافظه اصلی یا RAM چیست؟
روی برد اصلی تعدادی شکاف برای اتصال حافظه اصلی به مادربورد وجود دارد که به هر یک از آنان یک بانک حافظه یا Memory Bank می گویند. این بانک ها در مادربورد های اولیه یعنی XT وجود نداشت و در عوض خود حافظه به صورت مستقیم به مادربورد متصل شده بود، این بانک ها با عرضه مادربوردهای AT روی مادربورد قرار گرفتند و در اوایل این بانک ها از نوع SIMM و بعد ها از نوع DIMM بودند.
سوکت پردازنده یا PGA چیست؟
همانطور که گفتیم در ابتدای طراحی مادربورد ها تمام اجزای رایانه به خود مادربورد لحیم شده بودند، پردازنده ها نیز بدین گونه بودند. اما با ظهور مادربورد های نوع Baby AT پردازنده ها روی مکان های خاصی قرار می گرفتند که با نام PGA روانه بازار شدند. از جمله وظایف اصلی این سوکت میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- ایجاد فضای مناسب برای نگه داری پردازنده
- قابلیت لازم برای ارتقا
- خنک نگه داشتن پردازنده
- برقراری ارتباط الکترونیکی بین پردازنده و مادربورد
شکاف های کارت توسعه و اسلات ها چه هستند؟
شکاف های کارت توسعه شیارهایی هستند که روی مادربورد قرار گرفته اند و به آن لحیم شده اند. این شیارها مکانی برای اتصال کارت های واسط ( کارت شبکه و...) به مادربورد به طور غیر مستقیم است. اصلی ترین هدف ساخت کارت توسعه این بود که کاربر بتواند با توجه به نیازهای خود گجت ها و ابزار های مورد نیاز خود را بدون تخصص خاصی به کامپیوتر اضافه نماید. از انواع این کارتها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ISA (Industry Standard Archiecture)
- EISA (Extended Industry Standard Archiecture)
- PCI (Peripheral Component InterConnect)
- AGP ( Accelerated Graphics Port )
- PCI-EXPRESS
- ISA و EISA و AGP منسوخ شده اند.
اتصال دهنده ها یا Connector چیست؟
برای اتصال دستگاه های ورودی و خروجی به کامپیوتر ها از اتصال دهنده استفاده می شود. این اتصال دهنده ها در مادربورد های قدیمی وجود نداشتند و برای اتصال هر یک از اجزای ورودی و خروجی مانند ماوس، کیبورد، چاپگر و... باید از یک کارت توسعه استفاده می شد. اما با پیدایش مادربورد های ATX این مشکلات حل شد و تمام اجزای ورودی و خروجی در پانل پشتی کیس قرار گرفت.
کانکتورهای منبع تغذیه
منبع تغذیه بعد از آنکه برق متناوب شهری را به برق متناسب با نیاز کامپیوتر تبدیل نمود باید از طریق کانکتوری انرژی الکتریکی را به اجزای مادربورد منتقل نماید که این کانکتور در مادربوردهای ATX قدیمی 20 پین داشت و در مادربوردهای جدید 24 پین را به همراه خود داشتند.
کانکتورهای کیبورد و ماوس
کیبورد به عنوان یکی از رایج ترین ورودی یک سیستم شناخته می شود. انواع ورودی های مربوط به کیبورد به دو بخش تقسیم می شود:
- AT: کانکتور کیبورد روی مادربورد AT به صورت یک کانکتور 5 سوراخه بزرگ است.
- PS/2: کانکتور کیبورد روی مادربوردهای ATX به صورت یک کانکتور 6 سوراخه کوچکتر از کانکتور AT است.
ماوس نیز یک وسیله ورودی است که بعد از ابداع سیستم عامل های گرافیکی بسیار طرفدار پیدا کرد. انواع ورودی های مربوط به ماوس به سه بخش تقسیم می شود:
- PS/2: کانکتور ماوس نیز روی مادربوردهای ATX به صورت یک کانکتور 6 سوراخه کوچکتر از کانکتور AT است.
- COM: در ابتدا از درگاه سریال COM برای اتصال ماوس استفاده می شد.
- USB: با پیدایش یو اس بی ها ماوس ها بیشتر از این نوع کانکتور برای اتصال به کامپیوتر استفاده می کردند.
کانکتورهای مربوط به کیس
- اتصال دهنده بلندگو
- اتصال دهنده Rest: که برای راه اندازی سیستم از آن استفاده می شود.
- اتصال دهنده Power: کلیدی برای خاموش و روشن نمودن سیستم.
- اتصال دهنده Power LED: چراغی برای نشان دادن روشن یا خاموش بودن سیستم.
- اتصال دهنده HDD LED: چراغ LED جلوی کیس برای نشان دادن فعالیت هارد.
انواع گذرگاه ها در کامپیوتر
همانطور که اشاره شد اجزای سخت افزاری رایانه که روی برد اصلی قرار گرفته اند، داده ها را توسط خطوط الکتریکی به نام گذرگاه بین خودشان رد و بدل می کنند.
انواع گذرگاه های یک رایانه عادی
- گذرگاه محلی : گذرگاه محلی یا همان گذرگاه پردازنده اجزای داخل خود پردازنده مانند واحد محاسبه و منطق، واحد کنترل و... را به همدیگر و در نهایت به حافظه متصل می کند.( حافظه هایی مانند ثبات ها، حافظه نهان). سرعت این گذرگاه برابر سرعت پردازنده می باشد.
- گذرگاه سیستم : این حافظه بیشتر برای اتصال اجزای مورد استفاده قرار می گیرد که نیازمند سرعت انتقال زیادی باشند مانند انتقال داده ها از حافظه اصلی به پردازنده و یا کارت های گرافیکی.
- گذرگاه ورودی/خروجی یا گذرگاه توسعه : این گذرگاه برای اتصال اجزای مورد استفاده قرار می گیرد که سرعت در آن خیلی ملاک اصلیمان نیست مانند ماوس ، کیبورد یا کارت شبکه. این گذرگاه ها بیشتر به کارت های توسعه وصل می شوند.
- گذرگاه دستگاه های جانبی خاص : این نوع گذرگاه ها برای ارتباط برقرار کردن بین هارد درایو، دی وی دی رام و... می باشد که اکثرا توسط گذرگاه های SCSI و IDE به هم وصل می شوند.
- گذرگاه AGP: گرافیک و چند رسانه ای در کامپیوترها پیش از نسل پردازنده پنتیوم اینتل مسئله مهمی نبود اما با ساخت اینگونه پردازنده ها کامپیوتر ها قادر به پخش فیلم و فایل های چند رسانه ای شدند. این گذرگاه نیز یکی از سریعترین گذرگاه های داخل کامپیوتر می باشد و بیشترین میزان بزرگی گذرگاه در رایانه را به این گذرگاه ها تخصیص داده اند.