جزوه مفاهیم پایه فناوری اطلاعات

 

دوره ی آموزشی مفاهیم پایه فن آوری اطلاعات اولین مهارت از هفت مهارت استاندارد ICDL می باشد . در ابتدا لازم است بدانیم ICDL چیست و استانداردی که از آن بعنوان استاندارد ICDL یاد می شود چه مباحثی را در بر می گیرد .
در بیشتر کشورهای توسعه یافته و صاحب فناوری و در بعضی کشورهای در حال توسعه آموزش علوم کامپیوتری و فراگیری دانش IT -Information Technology جزو برنامه های اصلی مدارس ، دبیرستانها و دانشگاهها به شمار می آید . در ایران نیز برنامه توسعه و کاربردی فناوری ارتباطات و اطلاعات موسوم به ( تکفا ) مهمترین برنامه دولت در زمینه توسعه ، گسترش و کاربردی ساختن IT در کشور محسوب می شود .

( موسسه فن آوران اطلاعات ) بنا به توصیه ی دفتر فناوری اطلاعات ریاست جمهوری در جهت توسعه فن آوری اطلاعات در کشور ، فعالیت همه جانبه ای را جهت ارائه آموزش موفق ICDL- International Computer Driving License تدارک دیده است تا همگان را به منظور مشارکت در جامعه اطلاعاتی آماده نماید . ICDL گواهینامه ای است بین المللی جهت استفاده از کامپیوتر در حدی که نیازهای مقدماتی و اصلی کاربر را پاسخگو باشد . دوره ی آموزشی فوق شما را با اولین مبحث از این استاندارد آشنا می سازد .

 

برای یادگیری این دوره ی آموزشی نیازی به نرم افزار خاص نمی باشد . فقط لازم است توضیحات ارائه شده بطور کامل مطالعه گردد تا مفاهیم پایه و اصلی کاربرد کامپیوتر آموزش گرفته شود .
کاربران محترم می توانند در صورت داشتن پیشنهاد و یا بروز اشکال و سئوالات احتمالی با نویسنده از طریق پست الکترونیکی mansarian@yahoo.com ارتباط برقرار نمایند .

کامپيوتر

تاريخچه استفاده از كامپيوتر

بشر از دير باز سرگرم اموري نظير شمارش ‌، اندازه گيري و ضبط كردن اشياء و نيز گزارش دادن اطلاعات در مورد اشياء به همنوعان خود بوده است . واژه ( اشياء ) مي تواند دلالت بر تعداد گوسفندان يك گله ، وزن يك كودك ، ابعاد يك زمين ، مدت زمان طي شده از آخرين خشكسالي يا شدت يك زمين لرزه را داشته باشد .
در مقابل كلمه ي Computer در دائره المعارفها نوشته شده است : محاسبه كردن ، تخمين زدن ، حساب كردن و ما Computer را به نام ماشين محاسبه گر مي خوانيم .

كامپيوتر آخرين زنجير از حلقه ماشين هاي محاسبه گر و ذخيره كننده اطلاعات مي باشد . البته چيزي كه كامپيوتر را از ديگر ماشينهاي محاسبه گر جدا كرده است ، در واقع سرعت ، دقت و اطمينان بالا در انجام كارهاست .
كامپيوترهاي امروزي در مقياس ميليونها عمليات در ثانيه اندازه گيري مي شود . هر چند ممكن است اين عمليات ساده باشد ، اما تركيب آنها به روشهاي مختلف ، منجر به ظهور آرايش عظيمي از عملكردهاي مفيد مي گردد . اين موضوع تقريبا تمام اتفاقي است كه طي سه چهار دهه اخير ( كه معادل است با كل تاريخ كامپيوترهاي تجاري ) به وقوع پيوسته است .

كامپيوترهاي امروزي بسيار كوچكتر طراحي شده اند . به طوري كه به راحتي بر روي يك ميز جا مي گيرند . چيزي كه قبلا يك اتاق بزرگ را به طور كامل اشغال مي كرد ، امروزه در يك جعبه كوچك جا مي شود . در عين حال كه كامپيوترهاي امروزي توانايي ذخيره اطلاعات بيشتر و سرعت بيشتر در محاسبه را دارند .

کامپيوتر ماشيني است که سه کار انجام ميدهد : ورودي ساخت يافته را ميپذيرد، آن را بر طبق قوانين از پيش تعريف شده اي پردازش ميکند، و نتايج را به عنوان خروجي نمايش ميدهد.

واحد پردازش مرکزي

مدت زمان انجام يك كار بوسيله كامپيوتر، به عوامل متعددي بستگي دارد كه اولين آنها ، سرعت پردازشگر Processor كامپيوتر است . پردازشگر يك تراشه الكترونيكي كوچك در قلب كامپيوتر بوده و سرعت آن بر حسب مگاهرتز MHz سنجيده مي شود . هر چه مقدار اين پارامتر بيشتر باشد ، پردازشگر سريعتر خواهد بود و در نتيجه قادر خواهد بود ، محاسبات بيشتري را در هر ثانيه انجام دهد . سرعت پردازشگر به عنوان يكي از مشخصه هاي يك كامپيوتر به قدري در تعيين كارآيي آن اهميت دارد كه معمولا به عنوان يكي از اجزاي تشكيل دهنده نام كامپيوتر از آن ياد مي شود . تراشه پردازشگر و اجزاي الكترونيكي كه آن را پشتيباني مي كنند ، مجموعا به عنوان واحد پردازش مركزي يا CPU شناخته مي شوند .

واحد پردازش مرکزي با حروف اختصاري CPU -Central Processing Unit واحد محاسباتي و کنترلي کامپيوتر است که دستورالعمل ها را تفسير و اجرا ميکند. کامپيوترهاي بزرگ و ميني کامپيوتر هاي قديمي بردهايي پر از مدارهاي مجتمع داشته اند که عمل واحد پردازش مرکزي را انجام داده است. واحدهاي پردازش مرکزي ، تراشه هايي که ريز پردازنده ناميده ميشوند ، امکان ساخت کامپيوترهاي شخصي و ايستگاههاي کاري را ميسر ساخته اند. در اصطلاح عاميانه CPU به عنوان مغز کامپيوتر شناخته ميشود.

سخت افزار

هنگاميكه به قصد خريد يك كامپيوتر وارد بازار مي شويد ، بلافاصله با انتخابهاي بسيار متعددي مواجه مي شويد . اين انتخابها ، حتي افرادي را كه در به كارگيري كامپيوتر داراي تجربه هستند ، دچار سردرگمي مي كنند . در نتيجه ، براي اتخاذ يك تصميم معقول لازم است با عملكرد اجزاي اصلي يك سيستم كامپيوتري و معيارهايي كه بايد بر اساس آنها تصميم بگيريد ، آشنا باشيد وگر نه قطعا در انتخاب يك سيستم كامپيوتري كه نياز شما را پاسخگو باشد دچار مشكل خواهيد شد .

همانطور كه مي دانيد كامپيوتر كاربردهاي فراواني دارد و مقدار حافظه ي آن مي بايستي متناسب با نوع كاري كاربر تنظيم گردد تا بتواند از لحاظ سرعت ، امنيت، مقدار ذخيره سازي اطلاعات و ديگر تجهيزات پاسخگو باشد . حال آنكه در خريد يك سيستم كامپيوتري وجود برخي از قطعات لازم و اجباري و برخي ديگر حالت اختياري دارد. به عنوان مثال اگر يك Pc داراي كارت گرافيكي نباشد قطعا استفاده از آن غير ممكن خواهد بود اما اگر همان سيستم قلم نوري نداشته باشد شايد كاربر با مشكل چنداني مواجه نشود . پس مهمترين مساله در انتخاب قطعات سخت افزاري نياز كاري كاربر مي باشد .

سخت افزار عبارتست از تجهيزات فيزيکي که سيستم کامپيوتري را تشکيل ميدهند از جمله نمايشگر ( مونيتور )، چاپگر ، صفحه کليد ، کابلها و غيره . سخت افزار به همراه نرم افزار براي انجام وظايف بر روي کامپيوتر کار ميکند. سخت افزار از تعدادي قطعات تشکيل ميشود که هر کدام کاربرد مشخصي دارند.

نرم افزار

نرم افزار وجه غير قابل لمس به كارگيري كامپيوتر مي باشد . نرم افزار يك نام عام است كه به تمام برنامه ها ( كه خود مجموعه اي از دستورالعملها مي باشند ) اطلاق شده و نحوه رفتار كامپيوتر را تعيين مي كنند . هنگاميكه سخن از نرم افزار به ميان مي آيد منظور مجموعه اي از صفر و يك هايي است كه براي سخت افزار قابل خواندن باشد اما براي يك برنامه نويس لازم نيست كه با زبان برنامه نويسي ماشين آشنا باشد اكثر نرم افزارهايي كه شايد خود شما هم نام آنها را شنيده باشيد اين قابليت را دارند كه دستورالعملها را به زبان ماشين تبديل نمايند( مانند زبان C ) .

ضمن اينكه هر نرم افزار قابليت هاي خاص خود را دارد كه كار كردن با آنها را سخت يا آسان مي كند . برخي از نرم افزارها هم الزاما به زبان ماشين نوشته مي شوند( مانند زبان اسمبلي ). به طور كلي هر نرم افزار به يكي از دو دسته نرم افزارهاي سيستمي و نرم افزارهاي كاربردي تعلق دارد .

نرم افزار (Soft ware ) يا برنامه هاي کامپيوتري دستور العملهايي هستند که باعث کار کردن سخت افزار (Hardware) ميشوند. نرم افزار سيستم ( سيستمهاي عامل ) که کار کامپيوتر را کنترل ميکنند و برنامه هاي کاربردي مانند برنامه هاي واژه پردازي صفحه گسترده ها ، پايگاه داده ها که وظايف را براي کاربران کامپيوتر انجام ميدهند ، دو نوع اصلي نرم افزار هستند. نرم افزار شبکه که باعث ارتباط گروهي از کامپيوتر ها ميشود و نرم افزار برنامه نويسي که ابزار هايي را براي نوشتن برنامه ها در اختيار برنامه نويسان قرار ميدهد دو گروه اضافي ديگر هستند.

انواع کامپيوتر

كامپيوترها در گروههاي مختلفي دسته بندي مي شوند ، هر چند مرز اين گروهها هميشه كاملا واضح نبوده و مي توان آنها را به صورت طيفي يا تغيير تدريجي در نظر گرفت . در يك سوي اين طيف ، كامپيوترهاي Main Frame قرار دارند .

از خصوصيات اين كامپيوترها مي توان به موارد زير اشاره كرد :
۱- بزرگ و گران قيمت هستند .
۲- مورد استفاده آن در شركتهاي بزرگ ، سازمانهاي دولتي و موسسه هاي علمي – تحقيقاتي است .
۳- از آنها مي توان بصورت پيوسته در ۲۴ ساعت روز و ۳۶۵ روز سال استفاده كرد .
۴- توانايي پردازش تعداد عظيمي كار و محاسبات بسيار پيچيده را دارند .
در انتهاي ديگر اين طيف ، كامپيوترهايي قرار دارند كه اغلب ما با آنها آشنا هستيم ، اين كامپيوترها را كامپيوترهاي شخصي يا PC مي نامند كه البته قبلا با عنوان ميكرو كامپيوتر شناخته مي شدند .

از خصوصيات اين كامپيوترها مي توان به موارد زير اشاره كرد :
۱- نسبت به كامپيوترهاي Main Frame ارزان هستند .
۲- تنوع زيادي در شكل و كاربرد آنها وجود دارد .
يكي از اشكال كامپيوترهاي PC ، كامپيوترهاي روميزي هستند .
كامپيوترهاي روميزي معمولا حاوي اجزاي جداگانه اي شامل يك واحد سيستم ، يك صفحه نمايش و يك صفحه كليد هستند . نوع ديگري از كامپيوترهاي شخصي ، كامپيوترهاي لپ تاپ Lap-Top Notebook هستند كه امكان جابه جا كردن آنها بيشتر بوده و داراي يك صفحه نمايش تخت از نوع كريستال مايع يا LCD مي باشند . در اين نوع كامپيوترها ، صفحه كليد و واحد سيستم بوسيله يك لولا به يكديگر متصل مي شوند . در عين حال ، كامپيوترهاي لپ تاپ قدري گرانتز از PC ها هستند .

اما بين دو انتهاي طيفي كه انواع كامپيوترها را دسته بندي مي كند ، ميني كامپيوترها قرار دارند . از خصوصيات اين نوع كامپيوترها مي توان به موارد زير اشاره كرد :
۱- مورد استفاده در شركتهايي با توانايي متوسط
۲- داراي توان پردازشي بالا ، ظرفيت ذخيره سازي و اطمينان بيشتر نسبت به PC ها .
در انتهاي اين قسمت لازم است به نوع ديگري از كامپيوترها اشاره كرد :
كامپيوترهاي شبكه ( سرورهاي شبكه ) كامپيوترهايي هستند كه يك شبكه كامپيوتري را مديريت ، پشتيباني و از نظر امنيتي محافظت مي كنند . كاربران شبكه مي توانند از منابع ( شامل داده ها ، نرم افزارها و سخت افزارها ي ) موجود در سرور شبكه استفاده كنند . در گذشته اين كاربران تنها از پايانه هاي گنگ استفاده مي كردند ، پايانه هاي گنگ وسايلي ( شامل تنها يك صفحه نمايش و يك صفحه كليد ) بودند كه به سادگي ورودي را از كاربر پذيرفته و نتايج را نمايش مي دادند . در اين حالت ، تمام عمليات پردازش و نگهداري داده ها توسط كامپيوتر سرور انجام مي شود .

اما امروزه اكثر كاربران شبكه از پايانه هاي هوشمند سود مي جويند . پايانه هاي هوشمند كامپيوترهايي از نوع PC هستند كه خود نيز داراي قابليت پردازش و نگهداري اطلاعات به صورت محلي هستند .

کامپيوتر ها را به صورت سوپر کامپيوتر ، کامپيوترهاي بزرگ ، سوپر ميني کامپيوتر ، ميني کامپيوترها، ايستگاههاي کاري و ريز کامپيوترها رده بندي ميکنند.

سوپر کامپيوتر ، ابر کامپيوتر

سوپر کامپيوتر عبارتست از يک کامپيوتر بزرگ فوق العاده سريع و گران قيمت که براي انجام محاسبات پيچيده و پيشرفته مورد استفاده قرار میگيرد. به عنوان مثال اين نوع کامپيوتر ميتواند تعداد محاسبات بي شماري را براي رسم و حرکت دادن يک سفينه فضايي در يک تصوير متحرک انجام دهد. ابر کامپيوتر ها در مواردي چون پيش بيني وضع هوا ، مدل سازي و شبيه سازي علمي و کشف منابع نفتي و …. مورد استفاده قرار ميگيرد .

کامپيوتر شخصي

اغلب مردم زمانيکه با واژه ” تکنولوژی ” برخورد می نمايند ، بی اختيار “کامپيوتر” برای آنها تداعی می گردد. امروزه کامپيوتر در موارد متعددی بخدمت گرفته می شود. برخی از تجهيزات موجود در منازل ، دارای نوع خاصی از ” ريزپردازنده” می باشند. حتی اتومبيل های جديد نيز دارای نوعی کامپيوتر خاص می باشند. کامپيوترهای شخصی ، اولين تصوير از انواع کامپيوترهائی است که در ذهن هر شخص نقش پيدا می کند.

بدون شک مطرح شدن اين نوع از کامپيوترها در سطح جهان، باعث عموميت کامپيوتر در عرصه های متفاوت بوده است . کامپيوتر شخصی وسيله ای “همه منظوره ” بوده که توان عملياتی خود را مديون يک ريزپردازنده است. اين نوع از کا مپيوترها دارای بخش های متعددی نظير : حافظه ، هارد ديسک، مودم و… بوده که حضور آنها در کنار يکديگر به منظور انجام عمليات مورد نظر است . علت استفاده از واژه ” همه منظوره ” بدين دليل است که می توان بکمک اين نوع از کامپيوترها عمليات متفاوتی ( تايپ يک نامه ، ارسال يک نامه الکترونيکی، طراحی و نقشه کشی و …) را انجام داد .

کامپيوتر شخصي ( Personal Computer ) ، با علامت اختصاري PC کامپيوتري است که براي استفاده اشخاص طراحي شده است. کامپيوتر هاي شخصي نيازي به اشتراک گذاري منابع پردازشي ، ديسک و چاپگر با کامپيوترهاي ديگر ندارند. ايده و فکر کامپيوتر شخصي حداقل بطور اوليه آزاد کردن افراد از وابستگي به منافع شديداً کنترل شونده کامپيوتر هاي بزرگ و کوچک بوده است. مثلاً در يک سازمان يا شرکت ، مديران داده پردازي داراي اختيار بلا منازع در انتخاب برنامه ها و قالب داده هايي بودند که افراد بايد مورد استفاده قرار ميدادند.

کامپيوتر Laptop

Laptop يکی از انواع متفاوت کامپيوترهای موجود است . اين نوع از کامپيوترها دارای قدرت محاسباتی و عملياتی نظير کامپيوترهای شخصی می باشند. با توجه به ويژگی های متعدد اين نوع از کامپيوترها خصوصا” قابليت حمل، می توان آنها را در موارد متفاوت و بصورت فرامکانی استفاده کرد .

سير تکاملی کامپيوترهای Laptop

اولين مرتبه ايده ايجاد يک کامپيوتر Laptop ، توسط شخصی با نام “Alen Key” در سال ۱۹۷۰ مطرح گرديد. در سال ۱۹۷۹ اولين کامپيوتر Laptop توسط “William Moggridge” طراحی گرديد. کامپيوتر فوق دارای ۳۴۰ کيلوبايت حافظه بود. در سال ۱۹۸۳ ، توسط ” Gavilan Compute ” يک Laptop با مشخصات زير توليد گرديد :
۶۴ کيلوبايت حافظه RAM ( امکان ارتقاء آن تا ۱۲۸ کيلوبايت وجود داشت )
از سيستم عامل اختصاصی شرکت Gavilan استفاده می کرد( قابليت استفاده از MS-DOS نيز وجود داشت ).

ريزپردازنده ۸۰۸۰
موس touchpad
چاپگر قابل حمل
وزن آن ۴ کيلوگرم و بهمراه چاپگر ۶/۴ کيلوگرم
کامپيوتر فوق دارای يک فلاپی درايو بود که با ساير فلاپی درايوهای موجود ، سازگار نبود.

در سال ۱۹۸۴ ، شرکت “اپل ” مدل Apple II را معرفی کرد. کامپيوتر فوق از لحاظ اندازه نظير يک کامپيوتر notebook بود. سيستم فوق دارای يک ريزپردازنده ۶۵ C02 يکصد وبيست و هشت کيلوبايت حافظه ، يک فلاپی درايو ۵٫۲۵ ، دو پورت سريال ، يک پورت موس ، يک کارت مودم و منبع تغذيه خارجی ، بود. وزن کامپيوتربدون در نظر گرفتن مانيتور، ۵ کيلوگرم بود.

در کامپيوتر فوق از يک مانيتور نه اينچ تک رنگ و يا يک پانل اختياری LCD استفاده می شد. . در ادامه و در سال ۱۹۸۶ ، شرکت IBM نمونه محصول خود را در اين زمينه عرضه کرد. در سيستم فوق از ريزپردازنده ۸۰۸۰ ، ۲۵۶ کيلوبايت حافظه ، دو عدد فلاپی درايو ۳٫۵ اينچ ، يک LCD ، پورت های سريال و موازی و يک محل خاص برای يک مودم خارجی ، استفاده می گرديد. کامپيوتر فوق بهمراه نرم افزارهای اختصاصی نظير واژه پرداز ، دفترچه تلفن و … عرضه گرديد. وزن سيستم فوق ۵٫۴ کيلوگرم و به قيمت ۳۵۰۰ دلار فروخته می گرديد.

در ادامه شرکت های متعدد اقدام به توليد کامپيوترهای Laptop نمودند. امروزه اين نوع از کامپيوترها دارای قابليت ها ی فراوانی بوده که استفاده کنندگان مربوطه را در تمام سطوح راضی می نمايد .

کامپيوتر Laptop، کامپيوتري کوچک و قابل حمل ميباشد که داراي صفحه تصوير مسطح و صفحه کليدي است که روي هم تا ميشوند . کامپيوتر هاي Laptop که با باتري کار ميکنند اغلب داراي يک صفحه تصوير LCD ( نمايشگر کريستال مايع ) ميباشند. بعضي از مدلها ميتوانند با يک ايستگاه جفت شوند و به عنوان يک سيستم روميزي کامل در دفتر عمل کنند. در بعضي از کامپيوتر هاي Laptop مجموعه اي از برنامه هاي کاربردي تجاري در ROM تعبيه شده است.

کامپيوتر آنالوگ

کامپيوتر قياسي يا آنالوگ کامپيوتري است که بجاي اطلاعات کد دهي شده رقمي مانند اعداد در مبناي دو داده هاي دائمي در حال تغيير و پيوسته مانند تغييرات ولتاژ را مورد پردازش قرار ميدهد. کامپيوترهاي ديجيتالي ( رقمي ) مقادير را با سيگنالهاي گسسته بيان ميکند. ريز پردازنده ، ديجيتالي ( رقمي ) است اما میتواند با کمک يک مبدل قياسي به رقمي از اطلاعات قياسي استفاده کند و همچنين با کمک يک مبدل رقمي به قياسي ،اطلاعات رقمي را به قياسي تبديل کند.

سيستم عامل

سيستم عامل بدون شک مهمترين نرم افزار در کامپيوتر است . پس از روشن کردن کامپيوتر اولين نرم افزاری که مشاهده می گردد سيستم عامل بوده و آخرين نرم افزاری که قبل از خاموش کردن کامپيوتر مشاهده خواهد شد، نيز سيستم عامل است . سيستم عامل نرم افزاری است که امکان اجرای تمامی برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد. سيستم عامل با سازماندهی ، مديريت و کنترل منابع سخت افزاری امکان استفاده بهينه و هدفمند آنها را فراهم می آورد. سيستم عامل فلسفه بودن سخت افزار را بدرستی تفسير و در اين راستا امکانات متعدد و ضروری جهت حيات ساير برنامه های کامپيوتری را فراهم می آورد.

تمام کامپيوترها از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. مثلا” اجاق های مايکروويو که در آشپزخانه استفاده شده دارای نوع خاصی از کامپيوتر بوده که از سيستم عامل استفاده نمی نمايند. در اين نوع سيستم ها بدليل انجام عمليات محدود و ساده، نيازی به وجود سيستم عامل نخواهد بود. اطلاعات ورودی و خروجی با استفاده از دستگاههائی نظير صفحه کليد و نمايشگرهای LCD ، در اختيار سيستم گذاشته می شوند. ماهيت عمليات انجام شده در يک اجاق گاز مايکروويو بسيار محدود و مختصر است، بنابراين همواره يک برنامه در تمام حالات و اوقات اجراء خواهد شد.

برای سيستم های کامپيوتری که دارای عملکردی بمراتب پيچيده تر از اجاق گاز مايکروويو می باشند، بخدمت گرفتن يک سيستم عامل باعث افزايش کارآئی سيستم و تسهيل در امر پياده سازی برنامه های کامپيوتری می گردد. تمام کامپيوترهای شخصی دارای سيستم عامل می باشند. ويندوز يکی از متداولترين سيستم های عامل است . يونيکس يکی ديگر از سيستم های عامل مهم در اين زمينه است . صدها نوع سيستم عامل تاکنون با توجه به اهداف متفاوت طراحی و عرضه شده است. سيستم های عامل مختص کامپيوترهای بزرگ، سيستم های روبوتيک، سيستم های کنترلی بلادرنگ ، نمونه هائی در اين زمينه می باشند.
سيستم عامل با ساده ترين تحليل و بررسی دو عمليات اساسی را در کامپيوتر انجام می دهد :

– مديريت منابع نرم افزاری و سخت افزاری يک سِستم کامپيوتری را برعهده دارد. پردازنده ، حافظه، فضای ذخيره سازی نمونه هائی از منابع اشاره شده می باشند .
– روشی پايدار و يکسان برای دستيابی و استفاده از سخت افزار بدو ن نياز از جزئيات عملکرد هر يک از سخت افزارهای موجود را برای برنامه های کامپيوتری فراهم می نمايد.

اولين وظيفه يک سيستم عامل، مديريت منابع سخت افزاری و نرم افزاری است . برنامه های متفاوت برای دستيابی به منابع سخت افزاری نظير: پردازنده ، حافظه، دستگاههای ورودی و خروجی، حافظه های جانبی، در رقابتی سخت شرکت خواهند کرد. سيستم های عامل بعنوان يک مدير عادل و مطمئن زمينه استفاده بهينه از منابع موجود را برای هر يک از برنامه های کامپيوتری فراهم می نمايند.

وظيفه دوم يک سيستم عامل ارائه يک رابط ( اينترفيس ) يکسان برای ساير برنامه های کامپيوتری است . در اين حالت زمينه استفاده بيش از يک نوع کامپيوتر از سيستم عامل فراهم شده و در صورت بروز تغييرات در سخت افزار سيستم های کامپيوتری نگرانی خاصی از جهت اجرای برنامه وجود نخواهد داشت، چراکه سيستم عامل بعنوان ميانجی بين برنامه های کامپيوتری و سخت افزار ايفای وظيفه کرده و مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری به وی سپرده شده است .برنامه نويسان کامپيوتر نيز با استفاده از نقش سيستم عامل بعنوان يک ميانجی براحتی برنامه های خود را طراحی و پياده سازی کرده و در رابطه با اجرای برنامه های نوشته شده بر روی ساير کامپيوترهای مشابه نگرانی نخواهند داشت .

( حتی اگر ميزان حافظه موجود در دو کامپيوتر مشابه نباشد ) . در صورتيکه سخت افزار يک کامپيوتر بهبود و ارتقاء يابد، سيستم عامل اين تضمين را ايجاد خواهد کرد که برنامه ها، در ادامه بدون بروز اشکال قادر به ادامه حيات وسرويس دهی خود باشند. مسئوليت مديريت منابع سخت افزاری برعهده سيستم عامل خواهد بود نه برنامه های کامپيوتری، بنابراين در زمان ارتقای سخت افزار يک کامپيوتر مسئوليت سيستم عامل در اين راستا اولويت خواهد داشت . ويندوز ۹۸ يکی از بهترين نمونه ها در اين زمينه است . سيستم عامل فوق بر روی سخت افزارهای متعدد توليد شده توسط توليدکنندگان متفاوت اجراء می گردد. ويندوز ۹۸ قادر به مديريت و استفاده از هزاران نوع چاپگر ديسک و ساير تجهيزات جانبی است .

سيستم عامل ( Operating System ) با حروف اختصاري OS نرم افزاري است که مسئول کنترل و بکار گيري منابع سخت افزاري مانند حافظه ، واحد پردازش مرکزي ( CPU) فضاي ذخيره سازي ديسک و تجهيزات جانبي ميباشد. سيستم عامل مبنايي است که برنامه هاي کاربردي مانند برنامه هاي واژه پردازي و صفحه گسترده ها بر اساس آن ساخته ميشود. متداولترين سيستم عامل تا کنون Unix, Windows, OS/2 Mac OS, MS-DOS بوده اند.

سيستم عامل DOS

MS-DOS – Microsoft Disk Operating System سيستم عامل تک کاربره با خط فرماني که در سال ۱۹۸۱ براي کامپيوترهاي شخصي آي بي ام و سازگار با آن توسط مایکروسافت منتشر شد. نسخه اصلي DOS توسط يک شرکت کوچک در سياتل به منظور کارهاي آزمايشگاهي ايجاد شده بود. از آنجا که مایکروسافت قرار بود سيستم عاملي براي IBM تهيه کند لذا آن نسخه را خريداري نمود و برنامه را تهيه کرد. مايکروسافت بعدها نگارشهاي بالاتري از MS-DOS ارائه نمود. MS-DOS تا مدتها يکي از گسترده ترين سيستمهاي عامل محسوب ميشد.

سيستم مديريت پایگاه داده

سيستم مديريت پايگاه داده ها (Database Management System ) با حروف اختصاري DBMS يک لايه نرم افزاري بين پايگاه داده ها و کاربر است. اين سيستم تمام درخواستهاي کاربر نسبت به پايگاه داده ها ( مثلاً پرس و جو و نوسازي ) را کنترل ميکند. بنابراين کاربر الزامي به پيگيري جزئيات فيزيکي محل فايلها و قالبها ، طراحي شاخص دهي و غيره نخواهد داشت. علاوه بر اين DBMS کنترل تمرکز يافته مربوط به حفاظت داده ها را نيز ميسر ميسازد. از معروفترين سيستمهاي مديريت پايگاه داده ميتوان به دي بيس، فاکس پرو، پارادکس، اکسس، اينفورميکس و اوراکل اشاره کرد.

سيستم پشتيباني تصميم گيري

DSS – Decision Support System مجموعه اي از برنامه ها و داده هاي مرتبط است که مدير را در تحليل و تصميم گيري ياري ميسازد. کمک اين گونه سيستمها در تصميم گيري بيش از سيستمهاي اطلاعات مديريت (MIS) يا سيستمهاي اطلاعاتي اجرايي (EIS) است. اين سيستمها داراي يک بانک اطلاعاتي ، متشکل از مجموعه دانش موجود درباره يک زبان ، که براي فرموله کردن مسائل و پرسش بکار ميرود و يک برنامه مدل سازي براي آزمايش تصميمات ممکن است.

سيستم عامل شبکه

سيستم عامل شبکه سر نام عبارت ( Network Operating System ) و مخفف آن NOS ميباشد. در شبکه هاي محلي معماري سرويس گيرنده سرويس دهنده NOS شامل دو بخش است. بزرگترين و پيچيده ترين بخش نرم افزار سيستم ، در حال اجرا بر روي سرويس دهنده است. اين نرم افزار سيستم ، اعمال بسياري شامل اطلاعات حسابهاي کاربردي و دستيابي به شبکه ، امنيت ، به اشتراک گذاري منابع ، اعمال سرپرستي ، نظارت بر UPS و توان مصرفي ، حفاظت داده ها و کشف و کنترل خطا را هماهنگ ميسازد. در شبکه هاي نظير به نظير بخشي از NOS بر روي هر PC يا ايستگاه کاري متصل به شبکه نصب و در بالاي سيستم عامل PC اجرا ميگردد.

پردازشگر

مدت زمان انجام يک کار بوسيله کامپيوتر ، به عوامل متعددي بستگي دارد که اولين آنها ، سرعت پردازشگر ( Processor) کامپيوتر ميباشد. پردازشگر يک تراشه الکترونيکي در قلب کامپيوتر بوده و سرعت آن بر حسب واحد مگاهرتز (MHz ) سنجيده ميشود. هر چه مقدار اين پارامتر بيشتر باشد پردازشگر سريعتر خواهد بود و در نتيجه قادر خواهد بود محاسبات بيشتري را در هر ثانيه انجام دهد. سرعت پردازشگر به عنوان يکي از مشخصه هاي يک کامپيوتر به قدري در تعيين کارايي آن اهميت دارد که معمولاً به عنوان يکی از اجزاي تشکيل دهنده نام کامپیوتر از آن ياد ميکنند. تراشه پردازشگر و اجزاي الکترونيکي که آنرا پشتيباني ميکنند ، مجموعاً بعنوان واحد پردازش مرکزي يا CPU شناخته ميشود.

حافظه

حافظه با هدف ذخيره سازی اطلاعات ( دائم ، موقت ) در کامپيوتر استفاده می گردد. از انواع متفاوتی حافظه درکامپيوتر استفاده می گردد .
RAM
ROM
Cache
Dynamic RAM
Static RAM
Flash Memory
Virtual Memory
Video Memory
BIOS

استفاده از حافظه صرفا” محدود به کامپيوترهای شخصی نبوده و در دستگاههای متفاوتی نظير : تلفن های سلولی، PDA ، راديوهای اتومبيل ، VCR ، تلويزيون و … نيز در ابعاد وسيعی از آنها استفاده بعمل می آيد.هر يک از دستگاههای فوق مدل های متفاوتی از حافظه را استفاده می نمايند.

مبانی اوليه حافظه

با اينکه می توان واژه ” حافظه ” را بر هر نوع وسيله ذخيره سازی الکترونيکی اطلاق کرد، ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه های سريع با قابليت ذخيره سازی موقت استفاده بعمل می آيد. در صورتيکه پردازنده مجبور باشد برای بازيابی اطلاعات مورد نياز خود بصورت دائم از هارد ديسک استفاده نمايد، قطعا” سرعت عمليات پردازنده ( با آن سرعت بالا) کند خواهد گرديد. زمانيکه اطلاعات مورد نياز پردازنده در حافظه ذخيره گردند، سرعت عمليات پردازنده از بعد دستيابی به داده های مورد نياز بيشتر خواهد گرديد. از حافظه های متعددی بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.

مجموعه متنوعی ازانواع حافظه ها وجود دارد . پردازنده با توجه به ساختار سلسله مراتبی فوق به آنها دستيابی پيدا خواهد کرد. زمانيکه در سطح حافظه های دائمی نظير هارد و يا حافظه دستگاههائی نظير صفحه کليد، اطلاعاتی موجود باشد که پردازنده قصد استفاده از آنان را داشته باشد ، می بايست اطلاعات فوق از طريق حافظه RAM در اختيار پردازنده قرار گيرند. در ادامه پردازنده اطلاعات و داده های مورد نياز خود را در حافظه Cache و دستورالعمل های خاص عملياتی خود را در رجيسترها ذخيره می نمايد.

تمام عناصر سخت افزاری ( پردازنده، هارد ديسک ، حافظه و …) و عناصر نرم افزاری ( سيستم عامل و…) بصورت يک گروه عملياتی بکمک يکديگر وظايف محوله را انجام می دهند . بدون شک در اين گروه ” حافظه ” دارای جايگاهی خاص است . از زمانيکه کامپيوتر روشن تا زمانيکه خاموش می گردد ، پردازنده بصورت پيوسته و دائم از حافظه استفاده می نمايد. بلافاصله پس از روشن نمودن کامپيوتر اطلاعات اوليه ( برنامه POST) از حافظه ROM فعال شده و در ادامه وضعيت حافظه از نظر سالم بودن بررسی می گردد ( عمليات سريع خواندن ، نوشتن ) .

در مرحله بعد کامپيوتر BIOS را ازطريق ROM فعال خواهد کرد. BIOS اطلاعات اوليه و ضروری در رابطه با دستگاههای ذخيره سازی، وضعيت درايوی که می بايست فرآيند بوت از آنجا آغاز گردد، امنيت و … را مشخص می نمايد. در مرحله بعد سيستم عامل از هارد به درون حافظه RAM استقرار خواهد يافت . بخش های مهم و حياتی سيستم عامل تا زمانيکه سيستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود.

در ادامه و زمانيکه يک برنامه توسط کاربر فعال می گردد، برنامه فوق در حافظه RAM مستقر خواهد شد. پس از استقرار يک برنامه در حافظه و آغاز سرويس دهی توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فايل های مورد نياز برنامه فوق، در حافظه مستقر خواهند شد.و در نهايت زمانيکه به حيات يک برنامه خاتمه داده می شود (Close) و يا يک فايل ذخيره می گردد ، اطلاعات بر روی يک رسانه ذخيره سازی دائم ذخيره و نهايتا” حافظه از وجود برنامه و فايل های مرتبط ، پاکسازی ! می گردد

.
همانگونه که اشاره گرديد در هر زمان که اطلاعاتی ، مورد نياز پردازنده باشد، می بايست اطلاعات درخواستی در حافظه RAM مستقر تا زمينه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد. چرخه درخواست اطلاعات موجود درRAM توسط پردازنده ، پردازش اطلاعات توسط پردازنده و نوشتن اطلاعات جديد در حافظه يک سيکل کاملا” پيوسته بوده و در اکثر کامپيوترها سيکل فوق ممکن است در هر ثانيه ميليون ها مرتبه تکرار گردد.

به محل ذخيره کردن محاسباتي که توسط کامپيوتر انجام ميگيرد حافظه گويند. در کامپيوتر ها دو نوع متداول حافظه وجود دارد. در واقع حافظه اصلي کامپيوتر شامل دو بخش است : حافظه فقط خواندني (ROM) و حافظه با دسترسي تصادفي (RAM)

RAM

حافظه (RAM(Random Access Memory شناخته ترين نوع حافظه در دنيای کامپيوتر است . روش دستيابی به اين نوع از حافظه ها تصادفی است . چون می توان به هر سلول حافظه مستقيما” دستيابی پيدا کرد . در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخيره و صرفا” امکان دستيابی به آنها بصورت ترتيبی وجود خواهد داشت. ( نظير نوار کاست ) در صورتيکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر يک از سلول های حافظه به ترتيب بررسی شده تا داده مورد نظر پيدا گردد. حافظه های SAM در موارديکه پردازش داده ها الزاما” بصورت ترتيبی خواهد بود مفيد می باشند ( نظير حافظه موجود بر روی کارت های گرافيک ). داده های ذخيره شده در حافظه RAM با هر اولويت دلخواه قابل دستيابی خواهند بود.

مبانی حافظه های RAM

حافظه RAM ، يک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از ميليون ها ترانزيستور و خازن تشکيل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگيری يک خازن و يک ترانزيستور می توان يک سلول را ايجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری يک بيت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بيت را که يک و يا صفر است ، در خود نگهداری خواهد کرد.عملکرد ترانزيستور مشابه يک سوييچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخيره شده در خازن و يا تغيير وضعيت مربوط به آن ، فراهم می نمايد.خازن مشابه يک ظرف ( سطل) بوده که قادر به نگهداری الکترون ها است . بمنظور ذخيره سازی مقدار” يک” در حافظه، ظرف فوق می بايست از الکترونها پر گردد.

برای ذخيره سازی مقدار صفر، می بايست ظرف فوق خالی گردد.مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدين ترتيب پس از گذشت چندين ميلی ثانيه يک ظرف مملو از الکترون تخليه می گردد. بنابراين بمنظور اينکه حافظه بصورت پويا اطلاعات خود را نگهداری نمايد ، می بايست پردازنده و يا ” کنترل کننده حافظه ” قبل از تخليه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار “يک” باشند.بدين منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا” اطلاعات را بازنويسی می نمايد.عمليات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در يک ثانيه تکرار خواهد شد.

علت نامگذاری DRAM بدين دليل است که اين نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پويا خواهند بود. فرآيند تکراری ” بازخوانی / بازنويسی اطلاعات” در اين نوع حافظه ها باعث می شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.
سلول های حافظه بر روی يک تراشه سيليکون و بصورت آرايه ای مشتمل از ستون ها ( خطوط بيت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکيل می گردند. نقطه تلاقی يک سطر و ستون بيانگر آدرس سلول حافظه است .

حافظه های DRAM با ارسال يک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزيستور در هر بيت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعيتی خواهند شد که خازن می بايست به آن وضعيت تبديل گردد. در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گيری می نمايد. در صورتيکه سطح فوق بيش از پنجاه درصد باشد مقدار “يک” خوانده شده و در غيراينصورت مقدار “صفر” خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عمليات فوق بسيار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانيه ( يک ميلياردم ثانيه ) اندازه گيری می گردد. تراشه حافظه ای که دارای سرعت ۷۰ نانوثانيه است ، ۷۰ نانو ثانيه طول خواهد کشيد تا عمليات خواندن و بازنويسی هر سلول را انجام دهد.

سلول های حافظه در صورتيکه از روش هائی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمايند، بتنهائی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراين لازم است سلول های حافظه دارای يک زيرساخت کامل حمايتی از مدارات خاص ديگر باشند.مدارات فوق عمليات زير را انجام خواهند داد :
مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )
نگهداری وضعيت بازخوانی و باز نويسی داده ها ( شمارنده )
خواندن و برگرداندن سيگنال از يک سلول ( Sense amplifier)
اعلام خبر به يک سلول که می بايست شارژ گردد و يا ضرورتی به شارژ وجود ندارد ( Write enable)

ساير عمليات مربوط به “کنترل کننده حافظه” شامل مواردی نظير : مشخص نمودن نوع سرعت ، ميزان حافظه و بررسی خطاء است .
حافظه های SRAM دارای يک تکنولوژی کاملا” متفاوت می باشند. در اين نوع از حافظه ها از فليپ فلاپ برای ذخيره سازی هر بيت حافظه استفاده می گردد. يک فليپ فلاپ برای يک سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزيستور استفاده می کند . حافظه های SRAM نيازمند بازخوانی / بازنويسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراين سرعت اين نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه های DRAM بيشتر است .

با توجه به اينکه حافظه های SRAM از بخش های متعددی تشکيل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی يک تراشه بمراتب بيشتر از يک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود. در چنين مواردی ميزان حافظه بر روی يک تراشه کاهش پيدا کرده و همين امر می تواند باعث افزايش قيمت اين نوع از حافظه ها گردد. بنابراين حافظه های SRAM سريع و گران و حافظه های DRAM ارزان و کند می باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور افزايش سرعت پردازنده ( استفاده از Cache) و از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در کامپيوتر استفاده می گردد.

RAM سر نام عبارت (Random Access Memory ) به مفهوم حافظه با دستيابي مستقيم يا دستيابي تصادفي ، محلي است که دستورالعمل ها و داده هاي برنامه در آن ذخيره ميشوند. بطوري که مستقيماً براي واحد پردازش مرکزي (CPU) قابل دستيابي باشند. RAM حافظه خواندني / نوشتني نيز ناميده ميشود. لازم به ذکر است که با قطع ناگهاني برق تمام اطلاعات اين حافظه از بين خواهد

ROM

حافظه ROM يک نوع مدار مجتمع (IC) است که در زمان ساخت داده هائی در آن ذخيره می گردد. اين نوع از حافظه ها علاوه بر استفاده در کامپيوترهای شخصی در ساير دستگاههای الکترونيکی نيز بخدمت گرفته می شوند. حافظه های ROM از لحاظ تکنولوژی استفاده شده، دارای انواع زير می باشند:
ROM
PROM
EPROM
EEPROM
Flash Memory

هر يک از مدل های فوق دارای ويژگی های منحصربفرد خود می باشند . حافظه های فوق در موارد زيردارای ويژگی مشابه می باشند:
داده های ذخيره شده در اين نوع تراشه ها ” غير فرار ” بوده و پس از خاموش شدن منبع تامين انرژی اطلاعات خود را از دست نمی دهند.
داده های ذخيره شده در اين نوع از حافظه ها غير قابل تغيير بوده و يا اعمال تغييرات در آنها مستلزم انجام عمليات خاصی است.

مبانی حافظه های ROM

حافظه ROM از تراشه هائی شامل شبکه ای از سطر و ستون تشکيل شده است ( نظير حافظه RAM) ، هر سطر وستون در يک نقطه يکديگر را قطع می نمايند. تراشه های ROM دارای تفاوت اساسی با تراشه های RAM می باشند. حافظه RAM از ” ترانزيستور ” بمنظور فعال و يا غيرفعال نمودن دستيابی به يک ” خازن ” در نقاط برخورد سطر و ستون ، استفاده می نمايند.در صورتيکه تراشه های ROM از يک ” ديود” (Diode) استفاده می نمايد.

در صورتيکه خطوط مربوطه “يک” باشند برای اتصال از ديود استفاده شده و اگر مقدار “صفر” باشد خطوط به يکديگر متصل نخواهند شد. ديود، صرفا” امکان حرکت ” جريان ” را در يک جهت ايجاد کرده و دارای يک نقطه آستانه خاص است . اين نقطه اصطلاحا” (Forward breakover) ناميده می شود. نقطه فوق ميزان جريان مورد نياز برای عبور توسط ديود را مشخص می کند. در تراشه ای مبتنی بر سيليکون نظير پردازنده ها و حافظه ، ولتاژ Forward breakover تقريبا” معادل شش دهم ولت است .

با بهره گيری از ويژگی منحصر بفرد ديود، يک تراشه ROM قادر به ارسال يک شارژ بالاتر از Forward breakover و پايين تر از ستون متناسب با سطر انتخابی ground شده در يک سلول خاص است .در صورتيکه ديود در سلول مورد نظر ارائه گردد، شارژ هدايت شده (از طريق Ground ) و با توجه به سيستم باينری ( صفر و يک )، سلول يک خوانده می شود ( مقدار آن ۱ خواهد بود) در صورتيکه مقدار سلول صفر باشد در محل برخورد سطر و ستون ديودی وجود نداشته و شارژ در ستون ، به سطر مورد نظر منتقل نخواهد شد.

همانطور که اشاره گرديد، تراشه ROM ، مستلزم برنامه نويسی وذخيره داده در زمان ساخت است . يک تراشه استاندارد ROM را نمی توان برنامه ريزی مجدد و اطلاعات جديدی را در آن نوشت . در صورتيکه داده ها درست نبوده و يا مستلزم تغيير و يا ويرايش باشند، می بايست تراشه را دور انداخت و مجددا” از ابتدا عمليات برنامه ريزی يک تراشه جديد را انجام داد.فرآيند ايجاد تمپليت اوليه برای تراشه های ROM دشوار است

.اما مزيت حافظه ROM بر برخی معايب آن غلبه می نمايد. زمانيکه تمپليت تکميل گرديد تراشه آماده شده، می تواند بصورت انبوه و با قيمت ارزان به فروش رسد.اين نوع از حافظه ها از برق ناچيزی استفاده کرده ، قابل اعتماد بوده و در رابطه با اغلب دستگاههای الکترونيکی کوچک، شامل تمامی دستورالعمل های لازم بمنظور کنترل دستگاه مورد نظر خواهند بود.استفاده از اين نوع تراشه ها در برخی از اسباب بازيها برای نواختن موسيقی، آواز و … متداول است .

ROM سرنام عبارت (Read Only Memory ) يا حافظه فقط خواندني ، حافظه اي بر پايه نيمه هادي است که دستورالعمل ها يا داده هاي قابل خواندن و غير قابل تغييري را در خود جاي ميدهد. ROM بخشي از انبار اوليه کامپيوتر است که محتوياتش را زمان خاموش کردن دستگاه از دست نميدهد و شامل برنامه هاي ضروری سيستم است . دستورالعمل هاي راه اندازي در ROM نگهداري ميشود و هنگام روشن کردن کامپيوتر کار راه اندازي سيستم به عهده آنها است.

هارد ديسک

بر روی هر کامپيوتر حداقل يک هارد ديسک وجود دارد.برخی از سيستم ها ممکن است دارای بيش از يک هارد ديسک باشند. هارد ديسک يک محيط ذخيره سازی دائم برای اطلاعات را فراهم می نمايد . اطلاعات ديجيتال در کامپيوتر می بايست بگونه ای تبديل گردند که بتوان آنها را بصورت دائم بر روی هارد ديسک مغناطيسی ذخيره کرد.

مبانی هارد ديسک

هارد ديسک در سال ۱۹۵۰ اختراع گرديد. هارد ديسک های اوليه شامل ديسک های بزرگ با قطر ۲۰ اينچ بوده و توان ذخيره سازی چندين مگابايت بيشتر را نداشتند. به اين نوع ديسک ها در ابتدا ” ديسک ثابت ” می گفتند. در ادامه بمنظور تمايز آنها با فلاپی ديسک ها از واژه ” هارد ديسک ” استفاده گرديد. هارد ديسک ها دارای يک Platter ( صفحه ) بمنظور نگهداری محيط مغناطيسی می باشند. عملکرد يک هارد ديسک مشابه يک نوار کاست بوده و از يک روش يکسان برای ضبط مغناطيسی استفاده می نمايند.

هارد ديسک ونوار کاست از امکانات ذخيره سازی مغناطيسی يکسانی نيز استفاده می نمايند.در چنين مواردی می توان بسادگی اطلاعاتی را حذف و يا مجددا” بازنويسی کرد. اطلاعات ذخيره شده بر روی هر يک از رسانه های فوق ، ساليان سال باقی خواهند ماند. عليرغم وجود شباهت های موجود ، رسانه های فوق در مواردی نيز با يکديگر متفاوت می باشند:

– لايه مغناطيسی بر روی يک نوار کاست بر روی يک سطح پلاستيکی نازک توزيع می گردد. در هارد ديسک لايه مغناطيسی بر روی يک ديسک شيشه ای ويا يک آلومينيوم اشباع شده قرار خواهد گرفت . در ادامه سطح آنها بخوبی صيقل داده می شود.
– در نوار کاست برای استفاده از هر يک از آيتم های ذخيره شده می بايست بصورت ترتيبی ( سرعت معمولی و يا سرعت بالا) در محل مورد نظر مستقر تا امکان بازيابی ( شنيدن ) آيتم دلخواه فراهم گردد. در رابطه با هارد ديسک ها می توان بسرعت در هر نقطه دلخواه مستقر و اقدام به بازيابی ( خواندن و يا نوشتن ) اطلاعات مورد نظر کرد.

در يک نوار کاست ، هد مربوط به خواندن / نوشتن می بايست سطح نوار را مستقيما” لمس نمايد. در هارد ديسک هد خواندن و نوشتن در روی ديسک به پرواز در می آيد! ( هرگز آن را لمس نخواهد کرد )
– نوار کاست موجود در ضبط صوت در هر ثانيه ۲ اينچ جابجا می گردد. گرداننده هارد ديسک می تواند هد مربوط به هارد ديسک را در هر ثانيه ۳۰۰۰ اينچ به چرخش در آورد .

يک هارد ديسک پيشرفته قادر به ذخيره سازی حجم بسيار بالائی از اطلاعات در فضائی اندک و بازيابی اطلاعات با سرعت بسيار بالا است . اطلاعات ذخيره شده برروی هارد ديسک در قالب مجموعه ای از فايل ها ذخيره می گردند. فايل نامی ديگر برای مجموعه ای از بايت ها است که بنوعی در آنها اطلاعاتی مرتبط به هم ذخيره شده است . زمانيکه برنامه ای اجراء و در خواست فايلی را داشته باشد، هارد ديسک اطلاعات را بازيابی و آنها برای استفاده پردازنده ارسال خواهد کرد.
برای اندازه گيری کارآئی يک هارد ديسک از دو روش عمده استفاده می گردد:

 

– ميزان داده (Data rate) . تعداد بايت هايی ارسالی در هر ثانيه برای پردازنده است . اندازه فوق بين ۵ تا ۴۰ مگابايت در هر ثانيه است .

– زمان جستجو (Seek Time) . مدت زمان بين درخواست يک فايل توسط پردازنده تا ارسال اولين بايت فايل مورد نظربرای پردازنده را می گويند.

ذخيره سازی داده ها

اطلاعات بر روی سطح هر يک از صفحات هارد ديسک در مجموعه هائی با نام سکتور و شيار ذخيره می گردد. شيارها دوايرمتحدالمرکزی می باشند ( نواحی زرد) که بر روی هر يک از آنها تعداد محدودی سکتور(نواحی آبی ) با ظرفيت بين ۲۵۶ ، ۵۱۲ بايت ايجاد می گردد. سکتورهای فوق در ادامه و همزمان با آغاز فعاليت سيستم عامل در واحد های ديگر با نام ” کلاستر ” سازماندهی می گردند. زمانيکه يک درايو تحت عملياتی با نام Low level format قرار می گيرد، شيارها و سکتورها ايجاد می گردند. درادامه و زمانيکه درايو High level format گرديد، با توجه به نوع سيستم عامل و سياست های راهبردی مربوطه ساختارهائی نظير : جدول اختصاص فايل ها، جدول آدرس دهی فايل ها و… ايجاد، تا بستر مناسب برای استقرار فايل های اطلاعاتی فراهم گردد.

 

ديسکهاي مغناطيسي ( Hard Disk ) قادر به نگهداري داده ها در کامپيوتر هستند ، نوعاً داراي ظرفیتي بين چند گيگا بايت تا چند ده گيگا بايت ميباشد.

مفهوم بيت و بايت

اگر تاکنون از کامپيوتر حتی به مدت پنج دقيقه استفاده کرده باشيد بيت و بايت برای شما کلماتی غريب نخواهند بود. ظرفيت حافظه اصلی، هارد ديسک ، فلاپی ديسک ها و… با بايت اندازه گيری می گردد. در زمان مشاهده ليست فايل ها توسط برنامه های نمايش دهنده فايل ها ، ظرفيت يک فايل نيز توسط بايت مشخص می گردد. در زمان تهيه يک کامپيوتر با عباراتی مشابه : ” اين کامپيوتر دارای يک پردازنده ۳۲ بيتی پنتيوم ، حافظه با ظرفيت ۲۵۶ مگابايت و هارد ديسک با ظرفيت ۱۰٫۲ گيگابايت است ” ، برخورد داشته ايد. در اين بخش به بررسی مفهومی هر يک از موارد پرداخته تا از اين رهگذر شناخت مناسبی نسبت به آنها بوجود آيد.

اعداد دهدهی : ساده ترين روش شناخت بيت ها مقايسه آنها با ” ارقام ” است . يک رقم محلی برای ذخيره نمودن مقادير عددی بين صفر تا نه است . ارقام با يکديگر ترکيب و اعداد بزرگ را بوجود می آورند. مثلا” عدد ۱۰۰۶۱۸ شامل شش رقم است . در عدد فوق هر رقم دارای جايگاه اختصاصی خود است . مثلا” رقم ۸ در اولين جايگاه ( رتبه يکان ) و رقم ۱ در دومين جايگاه ( رتبه دهگان ) و رقم ۶ در سومين جايگاه ( رتبه صدگان) قرار دارند. نحوه محاسبه عدد فوق بصورت زير است :

روش ديگر برای محاسبه عدد فوق استفاده از توان های متفاوت ده است .

ما از اعداد دهدهی روزانه استفاده می کنيم . در سيستم عدد نويسی فوق از ده رقم برای توليد اعداد استفاده می گردد. سيستم های عدد نويسی بر اساس مبنا های متفاوت ديگر نظير: مبنای هشت، شانزده و دو نيز وجود دارد. برای استفاده از سيستم های متفاوت عدد نويسی قطعا” دلايل قانع کننده ای وجود دارد.

بيت : در کامپيوتر از سيستم عدد نويسی مبنای دو استفاده می شود. سيستم فوق را سيستم عدد نويسی باينری نيز می گويند. علت استفاده از مبنای دو در کامپيوتر سهولت در پياده سازی آنها توسط تکنولوژی های موجود الکترونيک است . می توان کامپيوترهائی را ساخت که از مبنای ده استفاده نمايند ولی قطعا” قيمت ساخت آنها شايد مقرون بصرفه نبوده و استفاده از مبنای دو از بعد پياده سازی مطمئنا” مقرون بصرفه تر از ساير مبناهای عدد نويسی است

.در مبنای دو از ارقام باينری ( صفر و يک ) استفاده می گردد. کلمه ” بيت ” از کلمات Binary digIT اقتباس شده است . در سيستم عدد نويسی مبنای ده از ده رقم و در سيستم عدد نويسی مبنای دو از دو رقم بمنظور توليد اعداد استفاده می گردد.بنابراين يک عدد باينری صرفا” شامل ارقام صفر و يک است . برای محاسبه عدد ۱۰۱۱ از چه روشی استفاده می گردد؟ برای محاسبه عدد فوق در مبنای دو از همان روشی استفاده می گردد که در محاسبه عدد ۱۰۰۶۱۸ در مبنای ده استفاده شد با اين تفاوت که از توان های متفاوت عدد دو استفاده خواهد شد.

در مبنای دو هر بيت توان های متفاوت دو را بصورت تصاعدی در بر خواهد داشت . بنابراين بسادگی می توان يک عدد باينری را شمارش نمود. ( ۱ و ۲ و ۴ و ۸ و ۱۶ و ۳۲ و ۶۴ و ۱۲۸ و ۲۵۶ و … ) . مثلا” عدد ۱۰۰۱ شامل ۱ + ۸ بوده که عدد ۹ را نشان خواهد داد.

بايت : هر بيت می تواند صرفا” شامل يکی از ارقام صفر و يا يک باشد. ( از لحاظ مقداردهی دارای محدوديت هستند و فقط می توان بکمک آنها دو حالت و يا مفهوم را ارائه داد ). از ترکيب هشت بيت ، يک بايت بوجود می آيد. چرا هشت بيت در يک بايت است ؟ با استفاده از هشت بيت در يک بايت ، می توان ۲۵۶ مقدار ( صفر تا ۲۵۵ ) را نشان داد.

از بايت برای ذخيره سازی کاراکترها در مستندات مبتنی بر متن ( Text) استفاده می گردد. در مجموعه کاراکتر اسکی (ASCII) هر يک از مقادير بين صفر تا ۱۲۷ دارای يک کاراکتر خاص است . اغلب کامپيوترها جدول اسکی را توسعه داده اند تا بتوانند از ۲۵۶ کاراکتر بطور کامل در يک بايت استفاده نمايند.از ۱۲۸ بايت بعدی برای موارد خاصی نظير کاراکترهای موجود در يک زبان غير انگليسی استفاده می گردد.

کامپيوترها مستندات متنی را در حافظه و يا ديسک بر اساس کدهای فوق ( اسکی ) ذخيره می نمايند. مثلا” از برنامه NotePad در ويندوز برای ايجاد يک فايل متنی با محتويات ” Four Seven” استفاده و فايل فوق را با نام Test.txt ذخيره نمائيد. پس از ذخيره نمودن فايل و مشاهده فايل مورد نظر در برنامه های نمايش دهنده مشخصات فايل ها متوجه خواهيد شد که ظرفيت فايل فوق ۱۰ بايت است . ( يک بايت برای هر حرف ) در صورتيکه معيار مشاهده ما به فايل فوق بر اساس ديدگاه کامپيوتر باشد ، بجای هر حرف يک عدد ( معادل کد اسکی ) را مشاهده خواهيم کرد.

با مراجعه به جدول اسکی و مشاهده آن متوجه خواهيد شد که يک نتاظر يک به يک بين کدها و معادل حرفی آنها وجود دارد.

بايت های فراوان ! . برای سنجش ميزان حافظه اصلی ، هارد ديسک و … که دارای بايت های فراوانی می باشند از مجموعه ای ” پيشوند” قبل از نام بايت استفاده می گردد. ( کيلو، مگا ، گيگا نمونه هائی ازاين پيشوندها می باشند) جدول زير برخی از پيشوندها بهمراه کاربرد هر يک را نشان می دهد.
نام
مخفف
اندازه

Kilo
K
2^10 = 1,024

Mega
M
2^20 = 1,048,576

Giga
G
2^30 = 1,073,741,824

Tera
T
2^40 = 1,099,511,627,776

Peta
P
2^50 = 1,125,899,906,842,624

Exa
E
2^60 = 1,152,921,504,606,846,976

Zetta
Z
2^70 = 1,180,591,620,717,411,303,424

Yotta
Y
2^80 = 1,208,925,819,614,629,174,706,176

با توجه به جدول فوق می توان چنين برداشت کرد که : کيلو تقريبا” معادل هزار ، مگا تفريبا” معادل ميليون ، گيگا تقريبا معادل ميليارد و … است. بنابراين زمانيکه شخصی عنوان می نمايد که دارای هارد ديسکی با ظرفيت دو گيگا بايت است ، معنای سخن وی اينچنين خواهد بود : ” هارد ديسک وی دارای توان ذخيره سازی دو گيگا بايت ، يا تقريبا” دو ميليارد بايت و يا دقيقا” ۲,۱۴۷,۴۸۳,۶۴۸ بايت است .”

امروزه استفاده از رسانه های ذخيره سازی با ظرفيت بالا بسيار رايج بوده و ما شاهد حضور و استفاده از بانک های اطلاعاتی با ظرفيت بسيار بالا ( چندين ترابايت ) در موارد متعدد هستيم .

بيت شکل خلاصه شده (Binary Digital ) و مقدار يک صفر در سيستم عددي دودويي ميباشد. در پردازش و ذخيره سازي، بيت کوچکترين واحد اطلاعاتي است که کامپیوتر مورد استفاده قرار ميدهد و بطور فيزيکي بوسيله پالسي که به يک مدار ارسال ميگردد و يا به شکل نقطه کوچکي روي ديسک مغناطيسي که قابليت ذخيره سازي يک يا صفر را دارد، مشخص ميشود. بيتها کمترين اطلاعات قابل فهم براي انسان را ارائه ميکنند.

بيتها در گروه هاي هشت تايي ، بايتها را تشکيل ميدهند که جهت ارائه تمام انواع اطلاعات از جمله حروف الفبا و رقمهاي صفر تا نه مورد استفاده قرار ميگيرند.

هر بايت شامل هشت بيت ميباشد . هر بيت را ميتوانيد بصورت يک سوئيچ الکتريکي با دو وضعيت ON يا OFF و يا يک عدد باينري در مبناي ۲ با دو مقدار ۰ يا ۱ تصور کرد.