مبانی کامپیوتر

پيشگفتار
همگام با پيشرفت سريع علم كامپيوتر و بكار گيري آن در جامعه بشري ، هر روز افراد بيشتري به ضرورت فراگيري آن پي برده و بر خيل مشتاقان اين علم افزوده مي گردد .

در آينده اي نه چندان دور كامپيوتر در اداره كليه امور جوامع نقش بسزايي خواهد داشت و به همين اعتبار سواد كامپيوتري اهميتي برتر از سواد خواندن و نوشتن پيدا خواهد نمود .

اين تحقيق بر اساس سر فصلهاي استاندارد آموزشي و تجربيات در ارائه درس مباني كامپيوتر گرد آوري شده است و قابل استفاده كليه علاقمندان به فراگيري علوم كامپيوتر مي باشد. در اين تحقيق سعي بر آن بوده است كه علاوه بر مطالب پايه و اساسي ، بحثهايي نيز در ارتباط با تازه هاي علم كامپيوتر نظير حافظه هاي نوري ، بسته هاي نرم افزاري و ويروسهاي كامپيوتري ارائه شود تا خواننده با آخرين دست آوردهاي اين تكنولوژي و كاربردهاي آن نيز آشنا شود. مطالب تحقيق بيشتر در مورد كامپيوتر هاي شخصي ( personal computers) تمركز يافته است كه امروزه توسط كاربان كامپيوتر بطور وسيع مورد استفاده قرار مي گيرد.

 

تاريخچه كامپيوتر
نياز بشر به شمارش ، انگيزه پيدايش وسايلي بود كه بتواند عمل شمارش را براي وي سريعتر انجام دهد ، دير زماني بشر از انگشتان دست و دانه هاي ريگ براي شمارش استفاده مي كرد . سپس از چوب خط به عنوان وسيله اي ابتدايي كه مي توانست ضمن شمارش اطلاعات را نيز در خود حفظ نمايد ، استفاده نمود .

نخستين وسيله مكانيكي كه جهت عمل شمارش ساخته شد وسيله اي است به نام چرتكه (Abacus) كه اختراع آن را به چينيها در قرن ششم قبل از ميلاد نسبت داده اند .
ماشين حساب هاي مكانيكي :
متناسب با پيشرفت بشر در زمينه هاي دريانوردي و ستاره شناسي نياز به محاسبات بيشتر شد و اولين ماشين مكانيكي كه قادر به انجام عمل جمع و تفريق بود توسط آقاي پاسكال PASCAL رياضي دان فرانسوي در قرن هفدهم (۱۶۴۲) ساخته شد اين دستگاه ماشين جمع (Adding machine) ناميده شد و مزيت آن بر چرتكه اين بود كه مي توانست عمل ده بر يك را به طور خودكار انجام دهد.
چندي بعد آقاي لايب نيتز (LIBNITZ) رياضي دان آلماني موفق به اختراع ماشيني شد كه علاوه بر جمع و تفريق قادر به انجام اعمال ضرب و تقسيم نيز بود. اين دستگاه ماشين محاسبه (Calculating machine) ناميده شد . اين دستگاه نيز كاملاً مكانيكي بود ه و عمليات آن بوسيله يكسري اهرم چرخ دنده انجام مي گرفت .
فكر ساختن ماشين خودكار و برنامه پذير براي اولين بار در سال ۱۸۱۲ توسط چارلز بابيج(CHARLES BABBAGE) مطرح شد اما طرحهاي مطرح شده بابيج بسيار پيشرفته تر از زمان او بود و در اثر محدوديتهاي فني و مهندسي آن دوره وي نتوانست آن را تكميل كند ولي بعدها بسياري از طرحها و افكار او در ساختن كامپيوتر هاي اوليه مورد استفاده قرار گرفت و به همين لحاظ وي را« پدر كامپيوتر» لقب داده اند .
آقاي هرمن هالريت (HERMAN HOLLRITH) براي اولين بار اصول جديدي را بر اساس استفاده از نوار كاغذي جهت دسته بندي و تفكيك اطلاعات ارائه داد بطوريكه نتايج حاصل از طرح فوق زمان استخراج نتايج سرشماري سال۱۸۹۰ ايلات متحده آمريكا را به مدت سه برابر كاهش داد .
بعدها كارت منگنه جاي نوارهاي كاغذي را گرفت و بدين صورت خود تبديل به وسيله اي جهت حفظ و نگهداري اطلاعات شد .
ماشين هاي الكترو مكانيكي :
ماشينهاي مكانيكي كند و غير قابل اعتماد بودند، با ظهور الكتريسيته و تركيب آن با مكانيك ماشين هاي الكترو مكانيك اختراع شدند . اولين ماشين الكترو مكانيكي توسط آقاي هوراد ايكن (HOWARD AIKEN) در دانشگاه هاروارد و با كمك مالي و فني شركت IBM(international Buseness Machine) پس از پنج سال كار و تلاش عاقبت در سال ۱۹۴۴ ساخته شد ، اين ماشين مارك اول (MARK 1) ناميده شد و قادر به انجام عمليات جمع و ضرب و تقسيم و محاسبه توابع مثلثاتي و توانهاي مختلف بود . اين ماشين حساب يك عمل ضرب را در ۳ ثانيه انجام مي داد .
اولين ماشين محاسبه به نام كامپيوتر COMPUTER در سال ۱۹۴۴ در دانشگاه پنسيلوانيا بنام (ENIAC) براي حل مسائل مربوط به انفجار اداره ارتش آمريكا ساخته شد و از آن زمان تا عصر حاضر كامپيوترها تكامل پيدا نموده و تا كنون پنج نسل كامپيوتري به شرح ذيل پشت سر گذاشته شده است.
كامپيوترهاي نسل اول (۱۹۴۴-۱۹۵۹ First Gen19xeration)
با ظهور الكترونيك و اختراع لامپ هاي خلاء و كاربرد آنها در كامپيوتر ، اولين نسل كامپيوتر بوجود آمد . كامپيوتر الكترونيكي انياك داراي ۱۹۰۰۰ لامپ خلاء بود و حدود ۱۳۰۰۰۰ وات مصرف انرژي داشت و فضايي به وسعت ۱۹×۱۵ متر مربع را اشغال ميكرد ليكن نسبت به ماشين هاي الكترو مكانيكي سرعت نسبتاً زيادي داشت بطوريكه ۵۰۰۰ جمع و ۳۵۰ ضرب را در مدت ۱ ثانيه انجام مي داد .
مشخصات كامپيوتر هاي نسل اول عبارتند از :
۱- سرعت عمل آنها حدود يك هزارم ثانيه بود
۲- در ساختمان آنها از لامپ خلاء استفاده شده بود
۳- داراي كاربردهاي يك منظوره بودند

 

كامپيوتر هاي نسل دوم (۱۹۵۹-۱۹۶۴ Second Generation)
با پيشرفت صنعت الكترونيك و اختراع ترانزيستور و كاربرد آن در كامپيوتر ، كامپيوترهاي نسل دوم بوجود آمدند .
ترانزيستور در مقايسه با لامپ خلاء داراي حجم و وزن كمتر و مصرف انرژي خيلي كمتري است بنابر اين ترانزيستور ، كامپيوتر هاي نسل دوم را كوچكتر ، سبكتر، ارزانتر و قابل

اعتماد تر نمود .
مشخصات كامپيوتر هاي نسل دوم عبارتند از :
۱- سرعت عمل آنها حدود يك ميليونيم ثانيه بود
۲- در ساختمان آنها از ترانزيستور استفاده شده بود
۳- داراي كاربردهاي همه منظوره بودند

كامپيوتر هاي نسل سوم (۱۹۶۴-۱۹۷۰ Third Generation)
با مينياتوري شدن صنعت الكترونيك و وجود مدارات مجتمع يا IC (integrated Circuits) كامپيوتر هاي نسل سوم بوجود آمدند . وجود IC كامپيوتر هاي نسل سوم را كوچكتر ، سبكتر – سريعتر و كم مصرف تر نمود .

كامپيوتر هاي نسل چهارم (۱۹۷۰-۱۹۹۰ Forth Generation)
مدارات مجتمع كوچكتر شده و مدارات مجتمع با تراكم زياد (Large Scale Integration) LSI بوجود آمدند با بكارگيري LSI در كامپيوتر هاي نسل چهارم ، كامپيوترها باز هم كوچكتر، سريعتر و ارزانتر شدند .

كامپيوتر هاي نسل پنجم Fifth Generation) 1990 به بعد )
در اين نسل كامپيوترها از مدارات مجتمع با تراكم خيلي زياد با (very large Integration) VLSI
استفاده شده است . اين نسل كامپيوترها نيز نسبت به نسل قبل كوچكتر و باز هم سريعتر و ارزانتر شدند .
تعريف سخت افزار و نرم افزار:

علوم كامپيوتر از دو بخش تشكيل مي شود :۱- سخت افزار ۲- نرم افزار
سخت افزار (Hardware)
مجموعه اجزايي كه در ساختمان كامپيوتر بكار رفته است را سخت افزار كامپيوتر مي نامند .
نرم افزار (Software)
مجموعه برنامه ها يي كه به كامپيوتر داده شده و بر اساس آن عمل مي نمايد را نرم افزار مي نامند .
سخت افزار و نرم افزار لازم و ملزوم يكديگر بوده و سخت افزار بدون نرم افزار كارايي نداشته و نرم افزار نيز جهت اجرا نياز به سخت افزار دارد . لازم به توضيح است كه در كليه نسلها ي كامپيوتر علاوه بر پيشرفت در سخت افزار پيشرفتهاي چشمگيري نيز در نرم افزار بوجود آمده است .

مقايسه كامپيوتر با انسان :
انسان و كامپيوتر از بسياري جهات شبيه به هم عمل مي نمايند . همانطور كه بعداً ملاحظه خواهيد نمود نحوه تبادل اطلاعات در واحدهاي اساس كامپيوتر خيلي شبيه به انسان مي باشد بجز اينكه انسان يك موجود بيولوژيكي است در حالي كه كامپيوتر ماشيني است كه بر اساس برنامه ريزي كار مي كند.
سؤالي كه مطرح مي شود اين است كه چرا انسان از كامپيوتر استفاده مي كند . به عبارت ديگر خواص كامپيوتر در مقايسه با انسان چيست . اين سؤال را در زير پاسخ مي دهيم .

خواص كامپيوتر در مقايسه با انسان :
۱- كامپيوتر در انجام محاسبات بسيار سريعتر و دقيقتر از انسان عمل مي كند .
۲- كامپيوتر خستگي ناپذير است در حالي كه انسان در انجام محاسبات طولاني ، داراي ظرفيت محدودي است .
۳- كامپيوتر قادر است اطلاعات بسيار زيادي را در حافظه ذخيره نموده و بر اساس آن اتخاذ تصميم مي كند در حاليكه انسان مقدار محدودي اطلاعات را مي تواند در حافظه ذخيره و بر اساس آن اتخاذ تصميم كند .

۴- انسان فراموشكار است در حاليكه كامپيوتر چيزي را فراموش نمي كند .
۵- انسان در مراجعه به محفوظات خويش ممكن است اشتباه كند در حاليكه كامپيوتر در مراجعه به آنچه كه ذخيره نموده است اشتباه نخواهد كرد .
علاوه بر موارد فوق دليل ديگر استفاده از كامپيوتر صرفه اقتصادي آن است بطوري كه اين وسيله علاوه بر سريعترين ارزانترين وسيله نيز هست و مي تواند محاسبات پيچيده و پر حجم را با سرعت زياد و هزينه كم انجام دهد و سبب شود كه انسان منابع و فرصت خود را در امور مهمتري صرف نمايد .
مزايايي كه از كاربرد كامپيوتر بدست مي آيد را مي توان به شرح زير طبقه بندي نمود .

۱- اطمينان از دقت محاسبات
۲- صرفه جويي در وقت
۳- سرت در محاسبات

۴- سرعت در ذخيره سازي اطلاعات
۵- سرعت در بازيابي اطلاعات
۶- فضاي كم جهت بايگاني
۷- قدرت اتخاذ تصميم بر اساس آخرين اطلاعات

۸- آزاد ساختن نيروهاي انساني از انجام امور عملياتي و كارهاي يكنواخت و تمركز اين نيروها در كارهاي مهمتر
صفات خاص اين دستگاه كاربرد آن را اجتناب پذير ساخته است چنانكه مي رود تا بزرگترين ياور انسان در انجام اختراعات و اكتشافات علمي و امور روزمره گردد .
كاربرد كامپيوتر ابعاد ذهن بشر را به نحو چشم گيري گسترش داده است و انسان به كمك آن به انجام اموري قادر گرديده كه بدون كمك گرفتن از كامپيوتر هيچگاه به فكر آن هم
نبوده است .

تعريف كامپيوتر :
اگر بخواهيم كامپيوتر را در يك جمله تعريف نماييم عبارت زير مي تواند تا حدودي قابل قبول باشد . كامپيوتر به ماشيني اطلاق مي شود كه حافظه دارد و قابل برنامه ريزي است و مي تواند عمليات محاسباتي و منطقي را انجام دهد.
كاربردهاي كامپيوتر

امروزه كامپيوتر در كليه فعاليتهاي روزمره انسان بنحوي نقش داشته و كاربردهاي آن در بسياري از موارد زندگي ، به انسان كمك مي نمايد .
برخي از كاربردهاي كامپيوتر در جوامع پيشرفته امروزي عبارتند از :
۱- كاربردهاي علمي و تحقيقاتي

امروزه تحقيقات در هيچ شاخه اي از علوم بدون استفاده از كامپيوتر انجام نمي شود و كلمپيوتر يك جنبه اساسي دانشگاهها ، آزمايشگاههاي صنعتي و مراكز تحقيقاتي است .
۲- كاربردهاي تجاري
سيستم پرسنلي و پرداخت حقوق

انبارداري
بانكداري
بيمه و بورس

۳- كاربردهاي صنعتي
صنعت برق

صنعت فولاد
چاپ و حروفچيني
شبيه سازي
طراحي و مهندسي
۴- كاربردهاي ارتباطي
مسافرت هوايي
كنترل ترافيك
تلفن
۵- كاربردهاي پزشكي
كليه ابزارها و دستگاههاي جديد پزشكي بنحوي از كامپيوتر بهره برده اند . امروزه كامپيوتر به عنوان ياور پزشك در تشخيص و درمان جاي خود را بخوبي باز نموده است.

۶- ساير كاربردها
نظم و قانون
كتابخانه ها و موزه ها
آموزش

سيستمهاي اطلاعاتي
كمك به مديريت
انواع كامپيوتر
انواع كامپيوتر بر حسب نحوه كار و ساختمان داخلي
كامپيوتر ها را بر حسب نحوه كار و مكانيزم عمليات داخلي و شيوه ارائه اطلاعات مي توان به سه گروه اساسي زير تقسيم نمود :
۱- كامپيوترهاي قياسي (Analog Computers)

اين كامپيوترها با كميتهاي پيوسته فيزيكي سروكار داشته و در آنها از كميتهايي نظير جريان و اختلاف پتانسيل و غيره براي نمايش پديده هاي فيزيكي استفاده مي شود . كيلومتر شمار اتومبيل كه گردش چرخ را تبديل به حركت عقربه مي نمايد مثالي از يك كامپيوتر قياسي ساده است .
۲ ـ كامپيوتر هاي عددي (Digital Computer)

كامپيوتر هاي عددي فقط با اعداد سرو كار دارند بنابراين هر كميتي كه قرار است توسط اين كامپيوتر دريافت شود ابتدا بايد تبديل به عدد شده و سپس مورد پردازش قرار گيرد . بنابراين كليه اطلاعات در اين كامپيوترها بصورت كميت عددي نشان داده مي شوند .
۳- كامپيوتر هاي تركيبي(Hybrid Computers)

اين نوع كامپيوتر توانايي كامپيوتر هاي عددي و قياسي را بصورت تركيبي دارا مي باشند به عبارت ديگر بخشهايي از اين كامپيوتر كار اندازه گيري را انجام داده و نتايج حاصله را تبديل به عدد نموده و وارد قسمت عددي مي نمايد تا

پردازش لازم بر روي آن انجام مي گيرد . مانند دستگاه CTSCAN .
انواع كامپيوترهاي عددي بر حسب قدرت پردازش :
كامپيوترها را مي توان به لحاظ ابعاد ، امكانات، حجم كاري ، سرعت عمليات، قدرت پردازش و قيمت بصورت زير تقسيم بندي نمود :
۱- ابر كامپيوترها(Super Computers)
2- كامپيوتر هاي بزرگ (Main Frames)
3- كامپيوتر هاي كوچك (Mini Computers)
4- ريز كامپيوتر (Micro Computers)