فصل اول – تاریخچه
همزمان با شناسائی عدد، برای بشر این نیاز پیدا شد تا راهی بیابد که محاسبه را ساده‌تر انجام دهد. اولین وسیله‌ای که انسان از آن در امر شمارش کمک گرفت است، شاید انگشتان دست باشد. در مراحل بعدی «چوب خط» به عنوان یک ماشین ساده که می‌توانست در امر شمارش انسان کمک کند، به کار آمد. گاهی نیز دسته‌های نی و چوب‌های باریک جانشین «چوب خط» می‌شد و زمانی نیز سنگ ریزه‌ها همین نقش را ایفامی کردند. بعدها، چرتکه به عنوان یک ماشین حساب کار آمد مورد بهره برداری قرار گرفت، تا این که در قرن هفدهم، اولین ماشین حساب واقعی تاریخ پا به عرصه هستی نهاد.
فصل اول – تاریخچه
همزمان با شناسائی عدد، برای بشر این نیاز پیدا شد تا راهی بیابد که محاسبه را ساده‌تر انجام دهد. اولین وسیله‌ای که انسان از آن در امر شمارش کمک گرفت است، شاید انگشتان دست باشد. در مراحل بعدی «چوب خط» به عنوان یک ماشین ساده که می‌توانست در امر شمارش انسان کمک کند، به کار آمد. گاهی نیز دسته‌های نی و چوب‌های باریک جانشین «چوب خط» می‌شد و زمانی نیز سنگ ریزه‌ها همین نقش را ایفامی کردند. بعدها، چرتکه به عنوان یک ماشین حساب کار آمد مورد بهره برداری قرار گرفت، تا این که در قرن هفدهم، اولین ماشین حساب واقعی تاریخ پا به عرصه هستی نهاد.
در سال ۱۶۴۱، فردی فرانسوی به نام بیلز پاسکال ماشین جالبی ساخت که به «ماشین حساب پاسکال» معروف شد. در ماشین حساب پاسکال ۶ چرخ دندانه دار نصب شده بود و هر چرخ ده دندانه داشت. هر دندانه نمایشگر یکی از ارقام صفر تا ۹ بود. این چرخ‌ها طوری در جوار یکدیگر قرار گرفته بودند که دوران کامل یک چرخ، دوران چرخ‌های بعدی به‌اندازه یک دندانه را باعث می‌شد. علاوه بر این، چرخها از راست به چپ به ترتیب نماینده مرتبه‌های یکان، دهگان، صدگان،…عدد بودند.
سی سال پس از پاسکال، یک ریاضی دان آلمانی به نام لایبنیتز در تکمیل اختراع پاسکال کوشید و ماشینی ساخت که به کمک آن می‌شد اعمال ضرب و تقسیم را نیز انجام داد و حتی جذر گرفت. ابتکار لایبنیتز بسیاری از مشکلات فنی ماشین را برطرف کرد و راه را برای تکامل این ماشینها گشود. با این حال، موضوع ماشینهای حساب سالها به بوته فراموشی سپرده شد و تنها صاحبان صنایع برای ساخت و رواج این ماشینها کوششهایی انجام دادند.
در قرن نوزدهم یک ریاضیدان انگلیسی به نام چارلزبابیج به فکر طرح یک ماشین حساب خودکار افتاد که با کارتهای سوراخ شده ، اطلاعات و ارقام را می‌پذیرفت. در سال ۱۸۹۰دانشمند جوانی به نام هلریت، با توجه به نیازهای آمارگران، از کارتهای سوراخ شده و دستگاههای شمارنده این کارتها استفاده کرد. مثلاً برای تفکیک زن و مرد، سمت چپ یا راست کارت سوراخ می‌شد و با تکامل دستگاه هلریت، وی ماشینهایش را در نیویورک، پاریس و سن پترزبورگ به نمایش گذاشت. علی رغم استقبال کم از این دستگاه، جمعی از بازرگانان آمریکایی، ازجمله توماس واتسون، به فکر خرید امتیاز ساخت ماشینهای هلریت افتادند. او بنیانگذار International Business Machines یا IBM است.
نسل اول کامپیوترها
اولین کامپیوتر در سال ۱۹۳۷ در آمریکا اختراع شد. پروفسور«ایکن» با استفاده از لامپهای خلاء(Diode) این کار را به انجام رسانید(لامپهای خلاء Diode و Triodeیا دوقطبی و سه قطبی، اغلب در رادیوها استفاده می‌شود. این لامپها خاصیت یک سو کننده جریان برق را دارند). با دیودها مشکل ایجاد حافظه و دسترسی به آن حل شد. اما، در سال ۱۹۳۷ دیودها، لامپی و حجیم بودند و با روشن شدن حرارت زیادی تولید می‌کردند.
اولین پیشرفت در جهت استفاده بهتر از کامپیترهای نسل اول جایگزینی مبنای دودویی به جای مبنای ۱۰ بود. زیرا در طرح پروفسور ایکن، برای معرفی هر کاراکتر وجود ده دیود ضروری بود که باید یکی روشن و بقیه خاموش می‌ماندند. این امر، در افزایش خانه‌های حافظه در کامپیوترهای آن زمان، محدودیت مهمی به شمار می‌رفت. به هر حال، در سال ۱۹۴۷، دانشگاه پنسیلوانیا با استفاده از این روش، کامپیوتری به نام ENIAC را طراحی کرد.
با اختراع EDSAC[1] در سال ۱۹۴۹، انگلستان اولین کامپیوتر به معنای واقعی را عرضه داشت. این دستگاه برنامه و دستورالعملها را در خود ذخیره می‌کرد. در سال ۱۹۵۱، رمینگتون، UNIVAC-1 که بزرگترین کامپیوتر آن زمان برای مقاصد بازرگانی بود را عرضه داشت.



نسل دوم کامپیوترها
در سال ۱۹۴۸، باردین، ترانزیستور را اختراع کرد ولی ده سال طول کشید که از سطح آزمایشگاهی به سطح استفاده صنعتی برسد. ترانزیستور، در پیشرفت صنایع الکترونیک نقش مهمی را برعهده داشت.
ترانزیستور از لامپ خلاء به مراتب کوچکتر است. به انرژی کمی نیاز دارد، حرارت کمتری تولید می‌کند و ارزان‌تر نیز هست. به این دلایل ترانزیستور به زودی جای خود را در ساختمان کامپیوتر گشود و جایگزین لامپهای خلاء در حافظه شد. به این ترتیب، نسل دوم کامپیوتر به دنیا آمد. کامپیوترهایی با تعداد خانه‌های حافظه بیشتر و امکانات و کارآیی وسیع‌تر. ترانزیستور، کامپیوترهای نسل دوم را کوچک‌تر و ارزان‌تر کرد.
تحول مهم دیگری که در نسل دوم کامپیوترها پدید آمد، زبانهای برنامه نویسی کامپیوتری بود. در نسل اول کامپیوترها، از زبانهای سطح پایین، که در آنها آشنایی با جزئیات ماشین ضرورت داشت، استفاده می‌شد. یعنی، مجموعه‌ای از اعداد و ارقام که کدهایی قابل فهم برای کامپیتر بود. در نسل دوم، زبانها برای کاربردهای عمومی‌تر آماده شد. این امر رواج استفاده از کامپیوتر در امور تجاری و اداری را سرعت بخشید. کامپیوترهای این نسل، حصار دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی را شکستند و به گونه‌ای گسترده در مؤسسات دولتی و شرکهای صنعتی و بازرگانی به کار گرفته شدند.
نسل سوم کامپیوترها
از سال ۱۹۶۴، به جای لامپها و ترانزیستورها، از خاصیت آهن ربایی حلقه‌ها یا میله‌ها در اثر عبور جریان برق استفاده شد. در حقیقت، به جای لامپ و ترانزیستور مورد استفاده در نسسلهای پیشین، سمت عبور جریان برق را قطب‌های آهنربا تعیین می‌کرد. در نتیجه دو حالت صفر یا یک به وجود می‌آمد. اما انتخاب جنس حلقه و آلیاژ لازم برای حلقه مطرح بود. در نسل دوم، اکسید آن به سبب توانایی خود پاسخگوی این نیاز بود. معروف‌ترین کامپیوتر این نسل IBM/360 می‌باشد.
نسل چهارم کامپیوتر
کامپیوترهای نسلهای اول، دوم و سوم از نظر مشخصات به سادگی قابل تفکیک اند. ولی مرز بین نسل سوم و چهارم چندان مشخص نیست. آنچه مسلم است آنکه کامپیوترهای نسل چهارم از نظر طرح واحد پردازش مرکزی و دستاههای پیرامونی، توانایی بیشتر، عمر طولانی‌تر قطعات و اطمینان بیشتری را عرضه می‌کنند. مهمترین تغییرات سخت اَفزاری در کامپیوترهای نسل چهارم عبارتند از:
- به کارگیری مدارهای مجتمع با تراکم زیاد؛
- استفاده از «ریزپردازنده»؛
- توسعه امکان پردازش مستقیم به جای پردازش با رسانه‌های ورودی(Batch).
نسل پنجم کامپیوتر ها
در نسل پنجم کامپیوترها، به سادگی استفاده کاربران از کامپیوتر و برنامه نویسی توجه بسیار زیادی شده است. چرا که با کاهش قیمت سخت افزار، مخارج استفاده از کامپیوتر به مراتب از قیمت خود آن بیشتر خواهد بود. استفاده کنندگان خواهند توانست بودن اطلاع از طرز کار و جزئیات داخلی قسمتهای مختلف، آنها را به صورت آماده تهیه کرده و به دلخواه خود سیستم‌هایی کامپیوتری(نرم‌افزارهای کاربردی) بسازند. امروزه، به کمک نرم‌افزارهای موجود، مهندسین تعمیرات کامپیوتر، می‌توانند بسیاری از خرابی‌ها را تشخیص دهند. ارتباط با کامپیوتر از طریق صوت و تصویر نیز امکان پذیر خواهد بود. اطلاعات از همان زمان پیدایش به صورت مناسب برای کامپیوتر ذخیره شده و در هنگام لزوم، از طریق سیستم‌های کامپیوتری مورد استفاده قرار خواهد گرفت. استفاده از حافظه‌های نوری- حافظه‌هایی با حجم کم و گنجایش غیر قابل تصور- ویژگی مهم این نسل است. استفاده از هوش مصنوعی و قدرت تفکر و استنتاج کامپیوتری، از دیگر ویژگیهای کامپیوترهای این نسل است.
نسل ششم کامپیوترها
کامپیوترهای نوع پنتیوم را می‌توان نسل ششم نامید. از جمله ویژگی‌های محسوس این نسل می‌توان استفاده غیر قابل اجتناب از سیستم چند رسانه‌ای را بر شمرد. امکانات جانبی، جاذبه‌های بسیاری را برای کامپیوترهای فراهم می‌آورد.



فصل دوم تعریف کامپیوتر
کامپیوتر ماشینی است برنامه‌پذیر برای ذخیره، پردازش و بازیابی اطلاعات.
توضیح چند اصطلاح
داده ها: هر نوع و هر شکل از اطلاعات که به کامپیوتر داده می‌شود تا عملیات بعدی بر روی آنها اجرا شود. داده‌ها ممکن است از نوع اطلاعات متنی، تصاویر، فیلم‌های دیجیتالی، نقشه‌ها یا انواع دیگر باشند. داده‌ها ممکن است قبلاً نیز، تحت پردازش قرار گرفته باشند.
ورودی:هرچیزی که بتوان از طریق دستگاههای ورودی به کامپیوتر وارد کنیم.
پردازش:هر نوع عملیات هدفدار و برنامه پذیر که کامپیوتر بر روی داده‌ها انجام می‌دهد.محاسبات، تبدیلها، تغییرات، ترسیمات و مقایسه و … از نوع پردازشهای کامپیوتری محسوب می‌شوند.
اطلاعات:داده‌هایی که مورد پردازش کامپیوتری قرار گرفته و به شیوه مورد نظر کاربر تبدیل شده اند. بانکهای اطلاعاتی مرتب شده، تصاویر دیجیتالی تغییر یافته، فیلمهای دیجیتالی پردازش شده، ترسیمات انجام گرفته توسط کامپیوتر و … نمونه‌هایی از اطلاعات هستند.
ذخیره: نگهداری داده‌ها یا اطلاعات پردازش شده در کامپیوتر و در یکی از وسایل ذخیره سازی به منظور حفظ موقتی، دایمی و یا جابجایی و انتقال اطلاعات.
حافظه: مکان حفظ و نگهداری اطلاعات داخل کامپیوتر یا بیرون آن در یکی از وسایل ذخیره سازی.
برنامه پذیر:توانایی کامپیوترها برای درک و اجرای یک سری پی در پی از دستورات هدفدار نوشته شده توسط انسانها.
ویژگیهای کامپیوتر
۱- کامپیوتر ماشینی است که فقط بر اساس برنامه‌ها و داده‌های عرضه شده به آن کار می‌کند.
۲- هر کامپیوتر از دو بخش کلی سخت افزار و نرم افزار تشکیل شده است. هر نوع قطعات فیزیکی و قابل لمس در کامپیوتر را سخت افزار می‌نامند. هر نوع اطلاعات و برنامه‌های موجود در کامپیوتر و غیر قابل لمس را نرم افزار می‌نامند.
۳- کامپیوتر ماشینی به شدت منظم و برنامه پذیر است. هر برنامه مجموعه‌ای هماهنگ از دستوراتی است که سخت افزار کامپیوتر را وادار به اجرای عملیات پی‌در‌پی و هدفدار می‌کند.
۴- کامپیوتر حافظه دارد. حافظه نوعی انبار مجازی است که انواع اطلاعات و برنامه‌ها و نتایج مبانی و نهایی عملیات کامپیوتر در آن ذخیره می‌شوند.
۵- کامپیتر منطقی است.
شباهتها و تفاوتهای انسان و کامپیوتر
انسان برای انجام فعالیتهای روزمره نیاز به کسب اطلاعات دارد. اطلاعات مورد نیاز انسان یا از حافظه فراخوانی شده و یا توسط حواس پنجگانه دریافت و به مغز منتقل می‌شوند. مغز انسان بر اساس تواناییهای ذاتی و نیز بر اساس آموزشهای اندوخته و آموخته و به روشهای الکتروشیمیایی قادر به انجام انواع پردازش است. خاصل پردازش اطلاعات در مغز به شکل فرامین و دستورات به قسمتهای مختلف بدن صادر شده و یا در حافظه ذخیره شده و یا به شکل خروجی به دیگران تحویل داده می‌شود.
کامپیوتر نیز اطلاعات مورد نیاز را از حافظه فراخوانی کرده یا از طریق وسایل ورودی دریافت کرده و سپس براساس برنامه‌ها و دستورات از پیش تعیین شده(برنامه ها) اقدام به اجرای انواع عملیات پردازشی می‌کند. حاصل پردازش اطلاعات به شکل فرمانهای مختلف به قسمتهای دیگر صادر شده و یا در حافظه کامپیوتر ذخیره شده و یا به شکل خروجی قابل فهم توسط انسان تحویل داده می‌شوند.
عملیات پردازش در کامپیوتر توسط مدارهای منطقی و نرم‌افزارهای موجود انجام می‌گیرد. مدارهای منطقی و نرم‌افزارهای کامپیوتر از ابتدا تا کنون بسیار سریعتر و پیچیده‌تر شده اند. کامپیوترهای امروزی کارهای عجیب و پیچیده ای انجام می‌دهند. اما حتی بزرگترین و سریعترین کامپیوتر نیز فاقد شعور، احساس و خلاقیت است.
البته دانشمندان تلاش می‌کنند تا مدارهای هوشمندی بسازند که توانایی شبیه سازی برخی فعالیتهای خلاق را داشته باشند. عده دیگری از دانشمندان تلاش می‌کنند تا فعالیتهای احساسی و خلاقیت مغز انسان را تحت نظم و قاعده منطقی در آورند. اگر تلاش شبانه روزی این دانشمندان با موفقیت همراه باشد، در آینده کامپیوترها، توانایی انجام عملیات خلاق و احساسی و تصمیم گیری مستقل راخواهند داشت. رؤیای شور انگیز و خوفناک روباتهای هوشمند و شبه انسانی به زودی تحقق خواهد یافت.
خلاصه‌ای از شباهتها و تفاوتهای انسان و کامپیوتر
۱-کامپیوتر مانند انسان برای اجرای عملیات نیاز به گرفتن اطلاعات از حافظه یا از خارج دارد. فرآیند دریافت اطلاعات توسط کامپیوتر نسبت به انسان بسیار دقیق‌تر است.
۲-کامپیوتر مانند انسان بر اساس برنامه‌ها و اندوخته‌های قبلی اقدام به پردازش اطلاعات می‌کند. کامپیوتر در مقایسه با انسان، عملیات پردازش را به دقت، با سرعت و با پیچیدگی و تنوع بیشتری انجام می‌دهد.
۳-نتایج حاصل از پردازش اطلاعات در کامپیوتر همیشه درست و قابل اطمینان است(به شرط آنکه داده‌ها و برنامه درست باشند) در حالی که ضریب خطا در فعالیتهای انسانی بسیار زیاد است.
۴-کامپیوتر مانندانسان توانایی ذخیره سازی و نگهداری اطلاعات در حافظه را دارد. اما کامپیوتر بر خلاف انسان قادر است حجم انبوهی از انواع اطلاعات را در فضایی اندک و به مدت نامحدود حفظ کند و سپس در هر زمان دلخواه اطلاعات ذخیره شده را به همان شکل قبل به کاربران تحویل دهد.
۵-سرعت، دقت و توانایی بازیابی اطلاعات ذخیره شده در کامپیوتر بسیار بالاتر از انسان است.
۶-کامپیوتر بر خلاف انسان به هنگام اجرای وظایف هرگز دچار خستگی، ملالت، بی‌حوصلگی و احساسات نخواهد شد. طولانی بودن مدت فعالیت، زیاد بودن حجم اطلاعات و تکراری بودن پردازشها تأثیر در صحت نتایج کامپیوتر ندارند(اگر چه بر سرعت اجرای عملیات تأثیر دارند).
۷-کامپیوتر بر خلاف انسان قادر است همزمان چند عملیات گوناگون را انجام داده یا مدیریت کند.
۸-کامپیوتر بر خلاف انسان قدرت تصمیم گیری مستقل و انتخاب و ادامه عملیات در شرایط پیش بینی نشده را ندارد. [۱]
۹-کامپیوتر بر خلاف انسان فاقد خلاقیت و ابتکار است.
۱۰-کامپیوتر بر خلاف انسان فاقد حس زیبایی شناسی و سلیقه است.
۱۱-کامپیتر بر خلاف انسان توانایی رویاپردازی و تصورات خلاف واقع را ندارد.
کاربردهای کامپیوتر
هدف اولیه از طراحی و ساخت کامپیوترها، انجام دقیق‌تر و سریع‌تر محاسبات بود. اما با توجه به موارد برتری کامپیوتر نسبت به انسان، به تدریج کاربردهای متنوعی برای کامپیوتر ابداع شد. همگام با پیشرفتهای سخت افزاری و پیچیده شدن مدارها و افزایش قابلیتهای کامپیوترها و همچنین ابداع و ظهور انواع نرم افزارها، به تدریج کاربرهای گسترده ای برای کامپیوتر‌ها ایجاد شد. این روند همچنان رو به گسترش است. در این قسمت فقط برخی از کاربردهای رایج و مهم کامپیوتر را ذکر می‌کنیم.
کاربرد کامپیوتر در صنعت
- طراحی قطعات و دستگاههای صنعتی
- تولید صنعتی به کمک کامپیوتر
- خودکار سازی کنترل و تنظیم شرایط محیطی تولید برای محصولات بسیار حساس.
- استفاده از روبات به جای کارگر در کارهای سخت و خیلی ظریف.
- کنترل کیفی و کمی محصولات و مواد اولیه.
- شبیه سازی شرایط و انجام آزمایشات که اجرای واقعی آنها مستلزم خطرات جانی و مالی و زیست محیطی است.
کاربرد کامپیوتر در طراحی سازه‌ها
کاربرد کامپیوتر در طراحی و اجرای سازه‌ها
- کاربرد کامپیوتر برای طراحی و نقشه کشی و معماری(نرم افزار AUTOCAD و ARCHICAD)
- کاربرد کامپیوتر برای تجزیه و تحلیل انواع سازه ها.
- کاربرد کامپیوتر برای نقشه برداری و تهیه انواع نقشه ها.
کاربرد کامپیوتر در پزشکی
- دستگاههای تشخیص پزشکی.
- ابزارهای اندازه گیری و ثبت و تنظیم و کنترل آثار حیاتی بیمار.
- نگهداری سابقه و اطلاعات پزشکی بیماران.
- تشخیص و درمان بیماران از راه دور.
کاربرد کامپیوتر در تجارت
– عملیات بانکی به کمک کامپیوتر.
- عملیات حسابداری و انبارداری به کمک کامپیوتر.
- اطلاع رسانی و بازاریابی و ارائه خدمات و سفارشات به کمک کامپیوتر.
- تجارت الکترونیکی کالاها و خدمات.
- تجزیه و تحلیل اطلاعات مالی و پیش بینی تغییرات ارزش سهام در بورس اوراق بهادار.
کاربرد کامپیوتر در مدیریت
– نگهداری و ثبت و کنترل و تجزیه و تحلیل اطلاعات پرسنلی.
- تجزیه و تحلیل و کنترل پروژه ها.
- خودکار سازی سیستم‌های اطلاعات مدیریت(MIS).
کاربرد کامپیوتر در گرافیک
– طراحی دو بعدی مانند برچسب کالاها، بسته بندی، پوستر، لفافه.
- طراحی و متحرک سازی سه بعدی.
- عکاسی دیجیتالی و پردازش تصاویر.
کاربرد کامپیوتر در امور انتشاراتی
– حروفچینی و صفح آرایی کتاب، روزنامه و مجلات.
- طراحی جلدها.
- چاپ دیجیتالی.
کاربرد کامپیوتر در آموزش
– کاربرد کامپیوتر به عنوان یک وسیله مؤثر کمک آموزشی.
- کاربرد کامپیوتر و نرم‌افزارهای آموزشی برای آموزش افراد.
- کاربرد کامپیوتر در شبکه‌های اطلاع رسانی به عنوان شیوه تبادل اطلاعات علمی.
کاربرد کامپیوتر در سرگرمیها
– شنیدن موسیقی از طریق اجرای CD صوتی.
- دیدن فیلمها از طریق اجرایDVD.
- اجرای بازیهای کامپیوتری.
کاربرد کامپیوتر در ارتباطات
– انجام مکالمات تلفنی از طریق کامپیوتر و شبکه‌های اطلاع رسانی.
- برگزاری کنفرانسهای ویدیویی به کمک کامپیوتر و بزرگراههای اطلاع رسانی.
- استفاده از امکانات فوق‌العاده اینترنت و خدمات جانبی آن.
- استفاده از امکانات پست الکترونیکی به عنوان جایگزین پست سنتی.
به اطراف خود نگاه کنید تا کاربردهای دیگری از کامپیوتر را مشاهده نمایید. در حال حاضر تعداد کامپیوترها و عمق کاربرد آن در هر جامعه یکی از معیارهای توسعه یافتگی است. در جوامع پیشرفته کار و زندگی بدون کامپیوتر ناممکن شده است. به همین دلیل در جهان، بخث سواد کامپیوتری مطرح شده و افراد را به دو دسته با سواد کامپیوتری و بیسواد کامپیوتری تقسیم می‌کنند.
فصل سوم تقسیمات علوم کامپیوتر
هرکامپیوتر از دو بخش مجزا و در عین حال مکمل تشکیل شده است: سخت افزار و نرم افزار.
نرم‌افزار (Soft Ware)
هرچیز غیر قابل لمس و غیر فیزیکی مربوط به کامپیوتر را نرم افزار می‌نامند. داده ها، برنامه‌های موجود در کامپیوتر، سیستم‌های عامل و … همگی در گروه نرم افزار قرار دارند.
سخت‌افزار (Hard Ware)
هر چیز قابل لمس و فیزیکی مربوط به کامپیوتر را سخت‌افزار می‌نامند. بدنه کامپیوتر، واحد پردازش مرکزی(CPU)، بورد اصلی، حافظه، رابطها، کانکتورها، سیم ها، و کابلها، و اتصالات و صفحه کلید و ماوس و مانیتور و … و انواع دیسکهای فلاپی و سخت و نوارهای ذخیره سازی در گروه سخت افزار قرار دارند.
طبقه بندی کامپیوترها بر اساس قدرت پردازش
تعریف پردازش داده‌ها (Data Processing)
هر نوع عملیاتی که سبب تغییر هدفمند داده‌ها در کامپیوتر شود. این عملیات ممکن است شامل محاسبات، مقایسات، ترسیمات و یا هر نوع عمل دیگری باشد. گاهی پردازش را دستکاری داده‌ها نیز می‌نامند.
۱- ابر کامپیوترها (Super Computer یا Maxi)
این نوع کامپیوترها ۵ میلیون بار سریعتر از کامپیوترهای عادی عمل می‌کنند. کامپیوترهای عادی برای حل مسأله از روش مراحل پی در پی(مانند انسان) اما با سرعت بسیار زیاد استفاده می‌کنند.
بدین ترتیب حل مسائل بزرگ یا پیچیده در کامپیوترهای عادی مستلزم زمان زیادی است. اما در ابر کامپیوترها از پردازنده‌های موازی استفاده می‌شوند که چند محاسبه را به طور همزمان اجرا می‌کنند. اولین ابر کامپیوتر با نام ILLIAC-IV توانایی اجرای ۶۴ محاسبه مختلف به طور همزمان داشت. در کامپیوتر فوق از واحد بزرگ کنترل استفاده شده بود که دستورات را به ۶۴ واحد پردازش همزمان ارسال می‌کرد.
۲- کامپیوترهای بزرگ(mainframe یا Midi)
این نو کامپیوتر‌ها نیاز به فضای زیادی دارند. همزمان تا ۲۰۰ نفر می‌توانند از این کامپیوترها استفاده نمایند. کلیه کامپیوتهای اولیه در نسل سوم دارای سرعت ۵ تا یکصد میلیون دستور در هر ثانیه دراین گروه قرار داشتند.
۳- سوپر مینی کامپیوترها (Super mini computer)
این نوع کامپیوترها در سالهای اخیر ابداع شده اند. این نو ع کامپیوتر‌ها ۳۲ یا ۶۴ بیتی عمل می‌کنند. کامپیوترهای VAX-11 و ۷۸۰/۸۶۰۰ و TDC 332 نمونه‌هایی از این گروه کامپیوترها هستند.
۴-کامپیوترهای کوچک(Mini Computer)
این نوع کامپیوترها حداقل ۵ با سریعتر از میکرو کامپیوترها هستند. CPU آنها با سرعت ۳۰۰۰ کیلو دستور در هر ثانیه، عمل می‌کند. حافظه آنها بین ۲۵۶MB تا ۱۲GB است.
این کامپیوترها ۳۲ بیتی عمل می‌کنند. از آنها به طور همزمان ۴ تا ۸ کاربر استفاده می‌کنند.
میکروکامپیوترها
انتخاب نام میکروکامپیوتر برای این نوع کامپیوترها دو دلیل دارد:
۱-کوچک بودن اندازه آنها
۲-استفاده از میکروپرسسورها.
میکروپروسسور، قلب هر کامپیوتر امروزی است. هر کامپیوتر ۵ قسمت اصلی دارد: دستگاههای ورودی، خروجی، واحد پردازش مرکزی، واحد کنترل و واحد حافظه. واحد پردازش مرکزی یا CPU در یک تراشه بسیار کوچک و گاهی بر روی چند تراشه قرار دارد. در برخی انواع میکرو کامپیوترها، حتی واحد ورودی و خروجی نیز در یک تراشه قرار دارند.
کامپیوترهای شخصی(PC)
این نوع کامپیوترها برای استفاده افراد و مؤسسات کوچک طراحی و ساخته می‌شوند. انواع کامپیوتر شخصی ساخت شرکت IBM با استقبال عمومی مواجه شد. به همین دلیل امروزه کامپیوترهای شخصی سازگار با (IBM Compatible) نوعی استاندارد محسوب می‌شود.
منظور از کامپیوترهای شخصی سازگار با IBM، کامپیوتری است که حافظه و زمان چرخه عملیات و تراشه‌های مورد استفاده آن همسان با کامپیوتر ساخت IBM باشند و توانایی پشتیبانی از نرم افزارهای تولیدی IBM را داشته باشند.
طبقه بندی کامپیوترها براساس عملکرد داخلی و نحوه پردازش
کامپیوترها را می‌توان بر اساس نوع عملکرد داخلی آنها طبقه بندی نمود:
۱-کامپیوتر‌های قیاسی یا آنالوگ(Analog)
2-کامپیوترهای رقمی یا دیجیتال(Digital)
3-کامپیوترهای پیوندی یا ترکیبی(Hybrid)
در این قسمت، نوع و عملکرد و ویژگیهای این کامپیوترها را بررسی می‌کنیم.
کامپیوترهای قیاسی یا آنالوگ
آنالوگ(Analog) لغتی یونانی و به معنای پیوستگی دو مقدار است. در کامپیوترهای قیاسی، مقادیر به شکل جریان یا سیگنال ولتاژ نشان داده می‌شوند. در کامپیوترهای آنالوگ به جای شمارش از اندازه گیری استفاده میشود. نشانگر سرعت سنج یک اتومبیل مثال خوبی از شیوه عمل کامپیوترهای قیاسی است.
کامپیوترهای رقمی یا دیجیتال
در کامپیوترهای دیجیتال برای معرفی عبارتهای ریاضی و مقادیر از سیستم باینری(۱,۰) استفاده می‌شود. کامپیوتر دیجیتال فقط عملیات جمع را می‌داند. سایر عملیات مانند ضرب و تقسیم و توان ابتدا به عملیات جمع تبدیل و سپس محاسبه میشوند. اما سرعت محاسبات آنقدر زیاد است که ما فکر می‌کنیم کامپیوترهای دیجیتال متخصص انجام عملیات پیچیده ریاضی هستند.
فصل چهارم ساختمان کلی کامپیوتر
هر کامپیوتر ازچهار بخش اصلی ساخته می‌شود:
۱- واحد پردازش مرکزی (CPU)
2- واحد حافظه.
3- واحد ورودی( (INPUT UNIT
4- واحد خروجی( (OUTPUT UNIT
ریزپردازنده (Microprocessor)
ریز پردازنده یا میکروپروسسور چیزی نیست جز CPU(واحد پردازش مرکزی) و گذرگاه و درگاههای ارتباطی آن. این بخش مانند قلب و مغز کامپیوتر عمل کرده و شامل سه قسمت اصلی است:
۱- واحد حساب و منطق (ALU)
2- حافظه ثبات یا به طور خلاصه حافظه که به دو شکل وجود دارد:
الف- حافظه اصلی یا ذخیره با دسترسی آنی (IAS).
ب- حافظه کمکی یا جانبی.
۳- واحد کنترل (CU).
واحد پردازش مرکزی (CPU)
CPU مغز یک کامپیوتر شخصی است که نرم افزارها را اجرا و کنترل می‌کند. سرعت CPU اغلب مهمترین وجه تمایز هر کامپیوتر شخصی است. امروزه سرعت رایج CPU بین ۸۰۰ تا یک هزار مگاهرتز (MHZ) است. یعنی CPU امروزی توانایی انجام ۸۰۰ میلیون تا یک بیلیون عملیات در هر ثانیه را دارد. وظایف اصلی CPU عبارتند از:
۱- ذخیره و نگهداری داده ها و دستورات (برنامه‌ها).
۲- کنترل ترتیب اجرای عملیات.
۳- صدور دستورات به سایر قسمتهای سیستم کامپیوتر.
۴- حمل داده‌های پردازش شده و ارسال آن به واحد خروجی.
بدیهی است که CPU برای انجام وظایف و ارتباط با سایر اجزاء در سیستم کامپیوتر به گذرگاههایی(BUS) نیاز دارد که نقش آنها را در بعداً آموزش می‌دهم. همچنین CPU برای تبادل اطلاعات با واحدهای ورودی و خروجی به مکانهایی به نام درگاه (PORT) نیاز دارد.
CPU از سه قسمت با نام واحد حساب و منطق،‌ واحد کنترل و حافظه ثبات تشکیل شده است. در این قسمت وظایف و ویژگیهای واحد ALU را آموزش می‌دهم. این واحد عملیات لازم بر روی داده‌های موجود در حافظه اصلی (IAS) را انجام داده و داده‌های پردازش شده را مجدداً به حافظه اصلی برمی‌گرداند. ALU دو نوع عملیات انجام می‌دهد:
۱- عملیات محاسباتی مانند جمع و تفریق و ضرب و تقسیم.
۲- عملیات منطقی و مقایسه بر اساس توابع AND و OR منطقی.
ALU از تعدادی انباشتگر و رجیستر تشکیل شده است. ALU داده‌ها را تحت نظارت واحد کنترل از حافظه اصلی گرفته و آنها را در انباشتگر ALUبارگذاری می‌کند. مثلاً اگر قرار است دو عدد A و B را جمع کنیم،‌واحد کنترل ابتدا عدد A را بر اساس آدرس آن در حافظه یافته و به واحد ALU تحویل می‌دهد. عمل جمع بین A و B در ALU انجام شده و حاصل عملیات در انباشتگر نگهداری می‌شود تا عملیات بعدی اجرا شود. و یا حاصل عملیات با هدایت واحد کنترل به حافضه اصلی منتقل می‌شود.
واحد کنترل CU وظیفه کنترل و هدایت کلیه عملیات کامپیوتر را انجا ممی‌دهد. دریافت داده ها و برنامه‌ها و هدایت نتایج عملیات از وظایف اصلی واحد کنترل است.
واحد حافظه
حافظه کامپیوتر محل ضبط و نگهداری اطلاعات است. داده‌های ورودی به همراه دستورالعمل‌ها در حافظه کامپیوتر ضبط می‌شوند و سپس به واحد محاسبه و منطق می‌روند و در آنجا عملیات خواسته شده روی داده‌ها انجام می‌گیرد. کوچکترین عنصر حافظه(بیت) می‌باشد. مجموع هشت بیت [۱] که معرف یک کاراکتر است را بایت [۲] می‌نامند. ساختمان بیت در طول تکامل کامپیوتر تغییر یافته است. ظرفیت حافظه با کیلوبایت(KB) برابر با ۲۱۰ یا ۱۰۲۴ بایت یا مگابایت(MB) برابر با ۱۰۲۴ بایت یا گیگابایت(GB) برابر با ۱۰۲۴ (حدوداً یک میلیارد بایت) بیان می‌شود. به دلیل حجم وسیع حافظه برای دسترسی سریع به آنها، هریک از بایتهای حافظه یک آدرس دارند. آدرس بایتها از صفر شروع شده و تا آخرین حد ظرفیت حافظه ادامه می‌یابند. دسترسی به بایتها بر مبنای همین آدرسها صورت می‌پذیرد. آدرس بایتهای حافظه همواره ثابت است ولی محتوای آنها بسته به داده‌هایی که در آنها ذخیره می‌شوند تغییر می‌کند.
انواع حافظه‌های اصلی
۱- حافظه فقط خواندنی (ROM)
حافظه‌های فقط خواندنی به حافظه‌هایی اطلاق می‌شود که اطلاعات آنها برای یک بار با دستگاه مخصوص پرشده و از آن پس، این اطلاعات به سادگی پاک نمی‌شود.این حافظه‌ها برای نگهداری دستورات اساسی و کلیدی کامپیوتر که فرمان‌های مهمی جهت هدایت سخت‌افزار سیستم صادر می‌کنند، ضروری است. از ویژگی‌های مهم این نو ع حافظه این است که با قطع برق اطلاعات آن پاک نمی شود.
۲- حافظه موقتی (RAM)
حافظه موقتی یا اصلی که به Read/Write Memory نیز معروف می‌باشند، همان بخش اصلی حافظه کامپیوتر است. معمولاًبرنامه‌ها قبل از اجرا و داده‌ها قبل از پردازش در حافظه بارگذاری می‌شوند و پس از پردازش، نتایج حاصله نیز دراین حافظه‌ها ثبت می‌گردد و سپس به حافظه‌های جانبی منتقل می‌شوند. با قطع جریان برق، اطلاعات درون آنها پاک می‌شود. در این نوع حافظه سرعت دسترسی به اطلاعات زیاد است و این عامل، یعنی سرعت دسترسی، یکی از معیارهای اساسی انتخاب آنهاست. اطلاعاتی که معمولاً درون حافظهRAM قرار می‌گیرند عبارتند از:
- هسته مرکزی سیستم عامل که تمامی اعمال سیستم عامل و دستگاه‌های جانبی را کنترل می‌کند؛
- برنامه‌های لایه‌های بالاتر سیستم عامل؛
- داده‌هایی که روی صفحه نمایش ظاهر می‌شوند و اطلاعات ساعت که دائماً تغییر می‌کند؛
- برنامه‌های کاربردی در مواقعی که برای اجرا فراخوانی می‌شوند؛
- همه یا بخشی از داده‌ها که توسط برنامه‌های کاربردی استفاده می‌شوند؛
۳- حافظه جانبی(Auxiliary)
معمولاً مقدار اطلاعات و برنامه‌هایی که در یک سیستم کامپیوتری موجودند به قدری زیاد است که تمام پرونده‌های اطلاعاتی و برنامه‌ای در حافظه اصلی کامپیوتر نمی گنجد. از طرفی، تمام این اطلاعات و برنامه‌ها نیز در آن واحد مورد نیاز نیستند. مثلاً لزومی ندارد که اطلاعات پروندة پزشکی بیماری که سالی دوبار به بیمارستان مراجعه می‌کند همیشه در حافضه اصلی کامپیوتر نگهداری شده و بیهوده فضای آن را اشغال کند. زیرا این پرونده فقط هر شش ماه یک بار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ویژگی‌های عمده حافظه‌های جانبی
این حافظه‌ها غیرفرار بوده و به منبع دائمی الکتریسیته نیاز ندارد و در اثر جابجایی نیز پاک نمی شوند؛
حافظه‌های جانبی نسبت به حافظه‌های اصلی ارزان‌تر هستند.
قابلیت جابجایی، نقل و انتقال و کپی برداری از اطلاعات به وسیله حافظه‌های خارجی نیز از خصوصیاتی است که در رشد کامپیوتر مؤثر است.
انواع حافظه‌های جانبی
۱- نوار مغناطیسی
ذخیره اطلاعات روی نوارهای مغناطیسی بسیار شبیه ذخیره آن بر روی نوار ضبط صوت است با این تفاوت که در این جا اطلاعات کد شده، دو دو یی است ولی کاستهای صوتی به شکل پیوسته می‌باشد. ظرفیت یک نوار به وسیله واحد بایت در اینچ سنجیده می‌شود. استفاده از نوار در کامپیوترهای بزرگ بسیار معمول است. از بارزترین مشخصات یک نوار آنست که اطلاعات روی آن به صورت ترتیبی [۳] ضبط می‌شوند. به همین دلیل زمان دستیابی [۴] به اطلاعات در نوار زیاد است.
۲- دیسک سخت
این دیسک دارای ظرفیت بسیار زیادی برای پذیرش اطلاعات می‌باشد. کوچکترین هارددیسک، ۱۷۰ مگابایت ظرفیت داشت و اکنون حجم هارددیسک‌ها تا ۶۰ و حتی ۸۰ و ۱۲۰ گیگابایت افزایش یافته است. این دیسک در درون System unit قرار دارد و ما به عنوان کاربر [۵] کامپیوتر کاری با جسم آن نداریم. هنگامیکه دیسک گردان مربوط به این دیسک در حال کار باشد چراغ مخصوص آن روشن می‌شود، این دیسک گردان به وسیله سیستم عامل Dos، با علامت(C) گزارش می‌شود که می‌توان درایوهای و :E و غیره را نیز از آن منشعب کرد.
۳- دیسک نرم
که نام دیگر آن DISKETTE به معنی دیسک کوچک می‌باشد. با این دیسکها می‌توان اطلاعات موجود در یک دیسک سخت را به دیسک سخت دیگر منتقل نمود. نسبت هارددیسک به دیسکت مانند نسبت حوض است به سطل و به همین جهت است که به دیسک سخت، دیسک ثابت [۶] نیز اطلاق می‌شود.
دیسکتهای ۵/۳ اینچ
این دیسکتها دارای جسم محکم و سخت می‌باشند و قسمت‌های آسیب‌پذیر دیسک به طور اتوماتیک از گزند برخورد با محیط اطراف محفوظ می‌باشد. دو تصویر زیر شکل پشت و روی این دیسکت را نمایش می‌دهد.
۴-دیسک نوری
شما ممکن است نام CD-Rom را شنیده باشید. این عبارت مخفف کلمات Compact Disk Read-only-Memory است. این درایوها از نوع درایو نوری هستند که ابتدا فقط می‌شد از اطلاعات موجود در آنها استفاده نمود و به همین جهت به آنها Read-only-memory (حافظه فقط خواندنی) گفته می‌شود. این گونه درایوها دارای ظرفیت بسیار زیادی برای ذخیره اطلاعات است. برای نمونه ظرفیت نسبی یک CD-Rom حداقل ۶۵۰ مگابایت است.
با پیشرفت تکنولوژی سخت افزاری، ریزکامپیوترها به سرعت توانایی‌های خود را گسترش داده و هر روز به کامپیوتهای بزرگ نزدیک می‌شوند. سرعت عملیاتیCPU، حجم حافظه اصلی، کوچک شدن حجم سخت افزار و … باعث شد که اکثراً کارهایی که قبلاً فقط به وسیله کامپیترهای بزرگ قابل انجام بودند، بر روی PC پیاده شوند. اما در زمینه حافظه‌های جانبی با وجود پیشرفت سریع تکنولوژی، دیسکهای مغناطیسی (از نظر کمّی) نیازهای روز را برطرف نمی‌کند. ظهور تکنولوژی حافظه‌های نوری یا دیسکهای لیزری باعث شد که چگالی اطلاعات بر روی دیسک به شدت افزایش یافته و لذا حجم‌های بسیاربالا به راحتی قابل دسترسی باشد. این دیسکهای لیزری با استفاده از تکنیک انعکاس نور قادر به خواندن اطلاعات می‌باشند. در مواردی که انعکاس نور قوی باشد مقدار، ۱ و مواردی که انعکاس ضعیف باشد مقدار، ۰ می‌باشد. برتری دیسکهای نوری نسبت به دیسک سخت، قیمت پایین تر، حجم کمتر و آسیب پذیری کمتر آن است. امروزه تکنولوژی برتر دیسکهای نوری. قابلیات ذخیره سازی را تا ۶۵۰ مگابایت گسترش داده است. لذا می‌توان انواع سیستم‌های صوتی و تصویری را بر روی دیسک نوری ارائه کرد. از انواع دیسکهای نوری می‌توان به دیسک نوری برنامه ای، دیسک نوری صوتی و دیسک نوری تصویری اشاره کرد.
واحد ورودی (INPUT UNIT)
واحد ورودی وظیف دریافت اطلاعات از کاربر و انتقال آن به داخل کامپوتر را بر عهده دارد. در هر سیستم کامپیوتری یک واحد ورودی وجود دارد. این واحد از یک طرف با کاربر در ارتباط است و اطلاعات را از وی دریافت می‌کند. این واحد از سوی دیگر ارتباط یکطرفه‌ای با کامپیوتر دارد تا اطلاعات را به داخل کامپیوتر منتقل کند. واحد ورودی اطلاعات را به شکل قابل فهم توسط انسان از طرف کار بر دریافت کرده و آنها را به شکل قابل فهم برای کامپیوتر به سخت افزار تحویل می‌دهد. وسایل ورودی بسیار متنوع هستند. اما همه آنها وظیفه وارد نمودن انواع اطلاعات به داخل کامپیوتر را انجام می‌دهند. برخی از وسایل ورودی رایج عبارتند از:
۱- ماوس
۳- صفحه کلید
۴- اسکنرها
۵- قلم نوری
واحد خروجی (OUTPUT UNIT)
اطلاعات مورد نیاز کامپیوتر از طریق ورودی و یا حافظه تأمین می‌شود. پردازشها توسط ریز پردازنده انجام می‌گیرد. حاصل اجرای عملیات یا در حافظه کامپیوتر ذخیره می‌شود و یا به شکل قابل فهم برای انسان خارج شود.
واحد خروجی در سیستم کامپیوتر وظیفه گرفتن حاصل عملیات پردازشی و تبدیل آن به یکی از شکلهای قابل فهم برای انسان را بر عهده دارد.
وسایل خروجی کامپیوتر بسیار متنوع هستند. برخی از وسایل خروجی رایج را معرفی می‌کنم:
۱- مانیتور
۲- چاپگرها
۳- پلاتر
۴- بلندگو
مانیتور
مانیتور یا صفحه نمایشگر، از متداول‌ترین اجزای خروجی ر کامپیوتر است. به این معنی که به طور طبیعی کلیه اطلاعات خارج شده از واحد پردازنده مرکزی توسط این دستگاه نمایش داده می‌شود.
رایج‌ترین نوع مانیتور که در سیستم‌های کامپیوتری از آن استفاده می‌شود به مانیتورهایCRT [7] معروف می‌باشند. لامپ تصویر این مانیتورها از یک جدار فسفری تشکیل شده است که در اثر پرتاب الکترون به ‌آن روشن می‌شود.
در تصویر، می‌توان دقت [۸] نمایش یک مانیتور را تعریف کرد. صفحه مانیتور از تعدادی Pixel تشکیل شده است. دقت نمایش به تعداد این خانه‌ها در یک اینچ بستگی دارد و یا اساساً به تعداد Pixelهای افقی و عمودی آن وابسته است اصطلاحاً به مانیتورهایی که‌اندازه هر پیکسل آنها ۲۸/۰ میلیمتر می‌باشد، مانیتورهای SVGA [9] می‌گویند. چنانچه‌اندازه هر Pixel از آن بزرگتر تا ۳۹/۰ میلیمتر باشد آن را VGA می‌گویند.
تکنیک دیگری که برای ساختن مانیتور وجود دارد استفاده از نوعی مایع خاص است که این مایع در مقابل تنشهای الکترونی از خود واکنش نشان می‌دهد. به این نوع مانیتورLCD [10] می‌گویند. این نوع مانیتور معمولاً در ساخت کامپیوترهای Note Books استفاده می‌شود. مانیتورهای دیگری وجود دارند که به مانیتور گاز پلاسما معروف می‌باشند. در این نوع مانیتورها معمولاً از گاز نئون استفاده می‌شود. نوع دیگری از مانیتورها وجود دارد که به مانیتور پروژکتوری معروف است. این مانیتورها از یک صفحه خارجی برای نمایش اطلاعات و یا تصاویر استفاده می‌نمایند.
حداقل سرعت مجاز پویش بیش از ۶۰بار در ثانیه است تا تصویر قابل مشاهده باشد. سرعتی کمتر از این، لرزش و یا سوسو زدن تصویر را به همراه خواهد داشت.نمایشگرها در حالت [۱۱] متن و گرافیک کار می‌کنند.