تحقیق مقاله کامپیوتر

کامپیوتر

تعریف

طبق تعریف کنونی فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد کامپیوتر ابزاری برای انجام محاسبات یا عملیات های کنترلی قابل بیان به صورت جملات عددی یا منطقی می باشد. با وجود درستی، این تعریف و تعاریفی که در دیگر فرهنگ های لغت یافت می شود آنقدر عام هستند که هیچ تمایزی بین گونه های مختلف قدیمی، کنونی و بالقوه ی آینده قرار نمی دهند. سئوالات پر مفهوم تر می توانند این ها باشند: انواع مختلف کامپیوتر کدام می باشد؟ یا ویژگی ها و قابلیت های متمایز کننده ی کامپیوترهای عصر حاضر چیست؟

ریشه یابی

معنای کلمه کامپیوتر تغییر کرده اما همواره عقب تر از قابلیت های ماشین های امروزی بوده است. این کلمه در اصل، برای توصیف شخصی که محاسبات ریاضی را انجام می داده بکار می رفته و این مورد استفاده هنوز معتبراست. فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد سال 1897م را به عنوان اولین سالی که این کلمه به یک ماشین محاسبه گر مکانیکی اطلاق شد ثبت کرده است. تا سال 1946م از طرف فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد چندین مشخصه برای تمیز دادن گونه های مختلف ماشین ها ارائه شد. از جمله این مشخصه ها آنالوگ، دیجیتال و الکترونیکی بودن می باشد. به هر حال طبق متون بدست آمده این کلمه ها قبل از سال 1946 مورد استفاده قرار می گرفته اند.

سرعت نمایی توسعه کامپیوتر

پیچیدگی دسته بندی گونه های مختلف کامپیوتر با رشد نمایی ظرفیت محاسبه ترکیب شده است. به طور تقریبی ظرفیت محاسباتی ماشین های محاسبه (دستورالعمل های اجرا شده در هر ثانیه به ازای هر 1000 دلار هزینه) از سال 1900 هر 18 تا 24 ماه دو برابر شده است. اول بار Gordon E. Moore از اعضاء اینتل، این ویژگی توسعه کامپیوتر را در سال 1965م ارائه داد قانون مور. رشد نمایی ظرفیت توسط تکامل سریع تکنیک های مهندسی ساخت کامپیوتر تقویت می شده است. همزمان با این افزایش ظرفیت به ازاء هر واحد هزینه به طرز چشمگیری کوچک شده است. اولین کامپیوترهای الکترونیکی از جمله انیاک (که در سال 1945م معرفی شد)، دستگاه های غول پیکری بودند که چندین تن وزن داشتند فضای زیادی را اشغال می کردند و برای کار کردن به اپراتورهای بسیاری نیاز داشتند. این کامپیوترها آنقدر گران بودند که فقط دولت ها و موسسه های تحقیقاتی بزرگ از عهده ی خرید آن برمی آمدند و آنقدر عجیب و غریب به نظر می آمدند که تصور می شد تعداد کمی از آنها برای ارضای تمامی تقاضاهای جهان کافی باشد. در مقایسه کامپیوترهای جدید اوج شکوه و زیباییاند: پرقدرت تر، ارزان تر، کوچکتر، و در دسترس تر.

دسته بندی کامپیوترها

برای تعریف یک کامپیوتر لازم است روشی برای دسته بندی ماشین های محاسبه گر بیابیم. بخش های بعد چند معیار و مشخصه برای دسته بندی کامپیوترها ارائه می دهد. برای دادن تعریفی نامبهم از یک ماشین فرضی باید از ترکیب این مشخصه ها استفاده کرد.

دسته بندی براساس استفاده های مورد نیاز

ساده ترین معیار دسته بندی ماشین های محاسبه، موارد استفاده آنها است. این مشخصه توسط سازندگان کامپیوتر، برای توصیف محصول خود، و استفاده کنندگان کامپیوتر برای توصیف ماشینی که با آن تعامل دارند مورد استفاده قرارمی گیرد. برای مثال:

*رایانه های شخصی

*رایانه های بزرگ

*لپ تاپ

*ایستگاه کاری رایانه یا (Workstation)

*کامپیوتر کوچک کامپیوترهای کوچک)

*ابر رایانه (ابر کامپیوتر)

*ابرکامپیوترهای کوچک

*Enterprise Server یا سرور حرفه ای

*PDA

*کامپیوترهای پوشیدنی

ماهیت عامیانه این دسته بندی آنرا به ابهام می کشاند. این دسته فقط ماشین های کنونی و در دسترس را شامل می شود. سرعت زیاد توسعه کامپیوتر باعث پیدا شدن کاربردهای تازه و در نتیجه منسوخ شدن تعاریف کنونی می شود. بسیاری از کامپیوترهایی که دیگر مورد استفاده نیستند، از جمله تحلیل گر تفاضلی معمولاً در این لیست ها قرار نمی گیرند. برای تعریف واضح کلمه کامپیوتر به معیارهای دیگری نیازمندیم.

دسته بندی براساس تکنولوژی اجرای برنامه

یک مشخصه نامبهم تر برای دسته بندی ماشین های محاسبه فن آوری اجرای برنامه آنها است. کامپیوترهای اولیه کاملاً مکانیکی بودند. در دهه ی 1930م اولین کامپیوترهای تمام الکترونیک از سوپاپ های ترمیونی ساخته شد. در دهه 1950 و دهه 1960 سوپاپ ها جای خود را به ترانزیستورها داد و در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه1970 مدار مجتمع های نیمه هادی (تراشه های سیلکونی) مورد استفاده قرار گرفته و از آن زمان محور اصلی فن آوری محاسبه شدند.

این توصیف فن آوری اجرا جامع نیست و تنها جریان اصلی توسعه را نقل می کند. از لحاظ تاریخی بسیار فن آوری ها کشف و منسوخ شده است. برای مثال، با استفاده از جریان آب از میان کانال های جمع شده مدل های اقتصادی ساخته شد. بین سالهای 1903 تا 1909 Percy E. Ludgate طرحی از یک ماشین بافندگی تحلیلی برنامه پذیر ارائه داد که در آن متغیرها از طریق ماکوها منتقل می شوند.

تلاش ها برای ساخت کامپیوترهای نوری که به جای جریان برق از نور استفاده می کند همچنان ادامه دارد و احتمال امکان استفاده از DNA برای محاسبه مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از عرصه های تحقیقاتی جدید که می تواند منجر به ساخت کامپیوترهایی با توانایی های جدید و چشمگیر شود، محاسبه کوانتومی است که هنوز مراحل آزمایشی اولیه را سپری می کند. برای دسته بندی کامپیوترهای به استثناء کامپیوترهای کوانتومی تکنولوژی اجرای برنامه به اندازه ویژگی های طرح کامپیوتر اهمیت ندارد.

دسته بندی بر اساس ویژگی های طرح

کامپیوترهای جدید بسیاری از ویژگی های طراحی که طی سال های طولانی توسط سازندگان مختلف به دست آمده را دارا هستند. این ویژگی ها اغلب از تکنولوژی اجرای برنامه مسقل هستند. کامپیوترهای جدید قدرت و قابلیت های خود را از تعامل این ویژگی ها بدست آورده اند. چند نمونه از مهمترین ویژگی های طرح کامپیوتر در زیر آمده است.

دیجیتال در برابر آنالوگ

اساسی ترین بخش طراحی کامپیوتر تعیین دیجیتالی یا آنالوگ بودن آن است. کامپیوترهای دیجیتالی مقادیر نمادی یا عددی گسسته و کامپیوترهای آنالوگ سیگنال های اطلاعاتی پیوسته را پردازش می کنند. کامپیوترهای دیجیتالی از دهه 1940 رایج شدند هرچند هنوز از کامپیوترهای آنالوگ برای اهداف خاصی مثل رباتیک و کنترل سیکلوترون استفاده می شود. دیگر دستاوردها، مثل کامپیوترهای پالسی و کامپیوترهای کوانتومی محتمل اند اما یا برای اهداف خاص مورد استفاده قرار می گیرند یا هنوز مراحل آزمایشی را می گذرانند.

سیستم دودویی در برابر ده دهی

یک از دستاوردهای مهم در کامپیوترهای دیجیتالی معرفی سیستم عددی دودویی به عنوان سیستم عددی درونی کامپیوتر بود. این طرح ضرورت استفاده از مکانیسم های پیچیده انتقال اعداد برای کامپیوترهای مبتنی بر دیگر سیستم های عددی از جمله ده دهی را از بین برد به کارگیری سیستم دودویی منجر به ارائه ی طرح های ساده ای برای انجام توابع ریاضی و عملیات های منطقی شد.

برنامه پذیری

امکان برنامه ریزی یک کامپیوتر - دادن دستوراتی به آن برای اجرا - بدون دستکاری فیزیکی آن یکی از ویژگی های اساسی طراحی بیشتر کامپیوترها است. این ویژگی، با ساخت ماشین هایی که می توانست به طور پویا جریان اجرای برنامه را کنترل کند به شدت توسعه یافت. ای ویژگی کامپیوترها را قادر ساخت تا ترتیب اجرای دستورات را بسته به اطلاعات بدست آمده از برنامه ی در حال اجرا، کنترل کند. این دستاورد بزرگ با معرفی ریاضیات دودویی که می شد برای نمایش عملیات های منطقی مختلف از آن استفاده کرد، به طرز چشمگیری ساده شد.

ذخیره سازی

در حین انجام محاسبات اغلب ضروری است مقادیر واسطه برای محاسبات بعدی ذخیره شوند. کارآیی اکثر کامپیوترها تا حد زیادی وابسته به سرعت خواندن و یا نوشتن مقادیر به حافظه و نیز ظرفیت کلی حافظه است. در اصل از حافظه فقط برای ذخیره مقادیر واسطه استفاده می شد اما در دهه 1940 فرضیه ذخیره خود برنامه در حافظه ارائه شد. این دستاورد منجر به ساخت اولین کامپیوترهای برنامه دار از نوع امروزی شد.

دسته بندی بر اساس قابلیت ها

شاید بهترین راه دسته بندی گونه های مختلف ماشین های محاسبه، بر اساس قابلیت های ذاتی آن باشد و نه موارد استفاده، تکنولوژی اجرا و ویژگی های طرح آن.

کامپیوترها بر اساس قابلیت و توانایی، به سه دسته تقسیم می شوند: دستگاه های تک منظوره که فقط یک کار را می توانند انجام دهند ( مثل 87 BC Antikythera mechanism و پیشگویی کننده جزر و مد Tide Predictor)) Lord Kelvin 1876))، دستگاه های چند منظوره که تعداد محدودی کار را انجام می داد (مثل موتور تفاضلی شماره یک Charles Babbage)) 1832)) و تحلیل گر تفاضلیVannevar Bush)) 1932)) و دستگاه های همه منظوره از نوع امروزی. از نظر تاریخی کلمه کامپیوتر به هر سه نوع این ماشین اطلاق می شده اما استفاده عامیانه معمولاً آنرا به ماشین های همه منظوره محدود می کند.

رایانه های شخصی

واژه ی رایانه ی شخصی یا PC به سه معنا به کار می رود :

· گستره ی رایانه های ای بی ام که به منجربه استفاده از این واژه شد – رایانه های شخصی IBM را ببینید.

· واژه ای عمومی برای توصیف تمام ریز رایانه ها – (به ان اشاره شد)

· واژه ای عمومی که گاهی برای توصیف رایانه های مبتنی بر مشخصه ها و استاندارد های اصلی IBM به کار می رود.

نسل اول ریز رایانه ها به این نام خوانده می شد و فقط تعداد محدودی از ان ها به کسانی که می توانستند با ان کار کنند ( یا ان ها را از جعبه بسازند) فروخته شد: یعنی مهندسین و hobbyists فاضل.ریز رایانه های نسل دوم رایانه های خانگی نامیده شدند که در ان مبحث مورد برسی می شوند.

تاریخچه

رایانه های شخصی ریز رایانه های ارزان قیمتی هستند که در اصل برای کار یک نفر در ان واحد طراحی شده و سازگار با رایانه های شخصیIBM است - (هر چند به طور عادی ممکن است در مورد ماشین های ناسازگار سازگاربه کار برده شود).

اولین استفاده از این کلمه در مجله ی new scientist در سال 1964 در یک مجموعه مقاله با عنوان " جهان در سال 1984 " بود. در "The Banishment of Paper Work" , Arthur L. Samuel از مرکز تحقیقات واتسون IBM می نویسد :" با وجودی که این امکان وجود دارد که انسان از طریق رایانه ی شخصی خود در خانه از اموزش بهره مند شود, طبیعت انسان تغییر نمی کند"

اولین نسل از ریز رایانه ها ای که در دهه ی 1970 ساخته شد ( رایانه های خانگی را ببینید.) کم توان تر و کم همه کاره تر از رایانه ها ی کاری ان زمان بودند( اما از جهاتی دیگر همه کاره تر بودند , به خاطر قابلیت های صدا و گرافیک تو کار ).

شروع به کار صفحه گسترده ی VisiCale , در ابتدا برای APPLE II و بعدا برای خانواده ی 8 – بیتی Atari , Commoodore PET و رایانه های شخصی IBM( که "killer app" شد ) ریز رایانه ها را به ابزاری کاری بدل ساخت. بعد ها Lotus 1-2-3 , یک صفحه گسترده ی ترکیبی( که تا حدودی بر VisiCale مبتنی بود) , گرافیک نمایش, برنامه های کاربردی پایگاه های داده , app killer خود رایانه های شخصی شد. برنامه های پردازش متن خوبی هم برای رایانه های خانگی نوشته شد .قیمت پایین رایانه های شخصی منجر به محبوبیت شدید ان ها در خانه و بازار های کاری در دهه ی 1980 شد.در سال1982 , time magazine رایانه های شخصی را مرد سال اعلام کرد.

طی دهه ی 1990 , قدرت رایانه های شخصی اساسا افزایش یافت, که این افزایش فاصله ی بین رایانه های شخصی و رایانه های چند کاربره مانند رایانه های بزرگ را که قبلا خیلی زیاد بود از بین برد.امروزه رایانه های با مدل جدید با قابلیت اطمینان و توانایی های بیشترشان در چند وظیفه ای خود را از رایانه های رایانه های خانگی متمایز می کنند تا قدرت CPU یشان.

معماری

رایانه ها شخصی را می توان بر اساس اندازه و قابلیت حمل دسته بندبی کرد:

· رایانه های رومیزی

· رایانه های دفتر چه ای یا لپ تاپ

· PDA

· رایانه های پوشیدنی

بسیاری از انواع رایانه های شخصی از طرح سازگاری با رایانه های شخصی ای بی ام پیروی می کنند . این طرح باعث می شود ان ها به راحتی استاندارد پذیر و قابل ترفیع شوند.

مادربرد

مقاله ی اصلی: تخته مدار اصلی رایانه های شخصی

مادر برد همان تخته مدار اصلی رایانه است.بیشتر اجزا دیگر رایانه برای تبادل اطلاعات مستقیما به تخته مدار اصلی وصل می شوند .تخته برد اصلی معمولا شامل chipsetBIOSCMOS درگاه های موازی ,صفحه کلید PS/2 , درگاه های موشواره و قفسه های گسترشی است.گاهی یک تخته مدار جانبی دختر به مادر برد متصل می شود تا قفسه های گسترشی بیشتری را پشتیبانی کرده و از اندازه ان نیز بکاهد.