تحقیق مقاله مبانی کامپیوتر

پیشگفتار

همگام با پیشرفت سریع علم کامپیوتر و بکار گیری آن در جامعه بشری ، هر روز افراد بیشتری به ضرورت فراگیری آن پی برده و بر خیل مشتاقان این علم افزوده می گردد .

در آینده ای نه چندان دور کامپیوتر در اداره کلیه امور جوامع نقش بسزایی خواهد داشت و به همین اعتبار سواد کامپیوتری اهمیتی برتر از سواد خواندن و نوشتن پیدا خواهد نمود .

این تحقیق بر اساس سر فصلهای استاندارد آموزشی و تجربیات در ارائه درس مبانی کامپیوتر گرد آوری شده است  و قابل استفاده کلیه علاقمندان به فراگیری علوم کامپیوتر            می باشد. در این تحقیق سعی بر آن بوده است که علاوه بر مطالب پایه و اساسی ، بحثهایی نیز در ارتباط با تازه های علم کامپیوتر نظیر حافظه های نوری ، بسته های نرم افزاری و ویروسهای کامپیوتری ارائه شود تا خواننده با آخرین دست آوردهای  این تکنولوژی و کاربردهای آن نیز آشنا شود. مطالب تحقیق بیشتر در مورد کامپیوتر های شخصی ( personal computers)  تمرکز یافته است که امروزه توسط کاربان کامپیوتر بطور وسیع مورد استفاده قرار می گیرد.

 تاریخچه کامپیوتر

نیاز بشر به شمارش ، انگیزه پیدایش وسایلی بود که بتواند عمل شمارش را برای وی سریعتر انجام دهد ، دیر زمانی بشر از انگشتان دست و دانه های ریگ برای شمارش استفاده می کرد . سپس از چوب خط به عنوان وسیله ای ابتدایی که می توانست ضمن شمارش اطلاعات را نیز در خود حفظ نماید ، استفاده نمود .

نخستین وسیله مکانیکی که جهت عمل شمارش ساخته شد وسیله ای است به نام چرتکه (Abacus)  که اختراع آن را به چینیها در قرن ششم قبل از میلاد نسبت داده اند .

ماشین حساب های مکانیکی :

متناسب با پیشرفت بشر در زمینه های دریانوردی و ستاره شناسی نیاز به محاسبات بیشتر شد و اولین ماشین مکانیکی که قادر به انجام عمل جمع و تفریق بود توسط آقای پاسکال PASCAL  ریاضی دان فرانسوی در قرن هفدهم (1642) ساخته شد این دستگاه ماشین جمع (Adding machine)   نامیده شد و مزیت آن بر چرتکه این بود که می توانست عمل ده بر یک را به طور خودکار انجام دهد.

چندی بعد آقای لایب نیتز (LIBNITZ)    ریاضی دان آلمانی موفق به اختراع ماشینی شد که علاوه بر جمع و تفریق قادر به انجام اعمال ضرب و تقسیم نیز بود. این دستگاه ماشین محاسبه (Calculating machine)  نامیده شد . این دستگاه  نیز کاملاً مکانیکی بود ه و عملیات آن بوسیله یکسری اهرم چرخ دنده انجام  می گرفت .

فکر ساختن ماشین خودکار و برنامه پذیر برای اولین بار در سال 1812 توسط چارلز بابیج(CHARLES BABBAGE)  مطرح شد اما طرحهای مطرح شده بابیج بسیار پیشرفته تر از زمان او بود و در اثر محدودیتهای فنی و مهندسی آن دوره وی نتوانست آن را تکمیل کند ولی بعدها بسیاری از طرحها و افکار او در ساختن کامپیوتر های اولیه مورد استفاده قرار گرفت و به همین لحاظ وی را« پدر کامپیوتر» لقب داده اند .

آقای هرمن هالریت  (HERMAN HOLLRITH)  برای اولین بار اصول جدیدی را بر اساس استفاده از نوار کاغذی جهت دسته بندی و تفکیک اطلاعات ارائه داد بطوریکه نتایج حاصل از طرح فوق زمان استخراج نتایج سرشماری سال1890 ایلات متحده آمریکا را به مدت سه برابر کاهش داد .

بعدها کارت منگنه جای نوارهای کاغذی را گرفت و بدین صورت خود تبدیل به وسیله ای جهت حفظ و نگهداری اطلاعات شد .

ماشین های الکترو مکانیکی :

ماشینهای مکانیکی کند و غیر قابل اعتماد بودند، با ظهور الکتریسیته و ترکیب آن با مکانیک ماشین های الکترو مکانیک اختراع شدند . اولین ماشین الکترو مکانیکی توسط آقای هوراد ایکن (HOWARD AIKEN)  در دانشگاه هاروارد و با کمک مالی و فنی شرکت IBM(international Buseness Machine)  پس از پنج سال کار و تلاش عاقبت در سال 1944 ساخته شد ، این ماشین مارک اول (MARK 1)  نامیده شد و قادر به انجام عملیات جمع و ضرب و تقسیم و محاسبه توابع مثلثاتی و توانهای مختلف بود . این ماشین حساب یک عمل ضرب را در 3 ثانیه انجام می داد .

اولین ماشین محاسبه به نام کامپیوتر COMPUTER  در سال 1944 در دانشگاه پنسیلوانیا بنام (ENIAC)  برای حل مسائل مربوط به انفجار اداره ارتش آمریکا ساخته شد و از آن زمان تا عصر حاضر کامپیوترها تکامل پیدا نموده و تا کنون پنج نسل کامپیوتری به شرح ذیل پشت سر گذاشته شده است.

کامپیوترهای نسل اول (1944-1959 First Gen19xeration)

 با ظهور الکترونیک و اختراع لامپ های خلاء و کاربرد آنها در کامپیوتر ، اولین نسل کامپیوتر بوجود آمد . کامپیوتر الکترونیکی انیاک دارای 19000 لامپ خلاء بود و حدود 130000 وات مصرف انرژی داشت و فضایی به وسعت 19x15  متر مربع را اشغال میکرد لیکن نسبت به ماشین های الکترو مکانیکی سرعت نسبتاً زیادی داشت بطوریکه 5000 جمع و 350 ضرب را در مدت 1 ثانیه انجام می داد .

مشخصات کامپیوتر های نسل اول عبارتند از :

سرعت عمل آنها حدود یک هزارم ثانیه بود

 در ساختمان آنها از لامپ خلاء استفاده شده بود

 دارای کاربردهای یک منظوره بودند

کامپیوتر های نسل دوم (1959-1964 Second Generation)

 با پیشرفت صنعت الکترونیک و اختراع ترانزیستور و کاربرد آن در کامپیوتر ، کامپیوترهای نسل دوم بوجود آمدند .

ترانزیستور در مقایسه با لامپ خلاء دارای حجم و وزن کمتر و مصرف انرژی خیلی کمتری است بنابر این ترانزیستور ، کامپیوتر های نسل دوم را کوچکتر ، سبکتر، ارزانتر و قابل
اعتماد تر نمود .

مشخصات کامپیوتر های نسل دوم عبارتند از :

سرعت عمل آنها حدود یک میلیونیم ثانیه بود

 در ساختمان آنها از ترانزیستور استفاده شده بود

 دارای کاربردهای همه منظوره بودند

کامپیوتر های نسل سوم (1964-1970 Third Generation)

با مینیاتوری شدن صنعت الکترونیک و وجود مدارات مجتمع یا IC (integrated Circuits)  کامپیوتر های نسل سوم بوجود آمدند . وجود IC  کامپیوتر های نسل سوم را کوچکتر ، سبکتر – سریعتر و کم مصرف تر نمود .

کامپیوتر های نسل چهارم (1970-1990 Forth Generation)

مدارات مجتمع کوچکتر شده و مدارات مجتمع با تراکم زیاد (Large Scale Integration) LSI  بوجود آمدند با بکارگیری LSI    در کامپیوتر های نسل چهارم ، کامپیوترها  باز هم  کوچکتر،  سریعتر و ارزانتر شدند .

کامپیوتر های نسل پنجم Fifth Generation) 1990 به بعد )

در این نسل کامپیوترها از مدارات مجتمع با تراکم خیلی زیاد با (very large Integration) VLSI

استفاده شده است . این نسل کامپیوترها نیز نسبت به نسل قبل کوچکتر و باز هم سریعتر و ارزانتر شدند .

تعریف سخت افزار و نرم افزار:

علوم کامپیوتر از دو بخش تشکیل می شود :1- سخت افزار 2- نرم افزار

سخت افزار (Hardware)

مجموعه اجزایی که در ساختمان کامپیوتر بکار رفته است را سخت افزار کامپیوتر می نامند .

نرم افزار (Software)

مجموعه برنامه ها یی که به کامپیوتر داده شده و بر اساس آن عمل می نماید را نرم افزار       می نامند .

سخت افزار و نرم افزار لازم و ملزوم یکدیگر بوده و سخت افزار بدون نرم افزار کارایی نداشته و نرم افزار نیز جهت اجرا نیاز به سخت افزار دارد . لازم به توضیح است که در کلیه نسلها ی کامپیوتر علاوه بر پیشرفت در سخت افزار پیشرفتهای چشمگیری نیز در نرم افزار بوجود             آمده است . 

مقایسه کامپیوتر با انسان :

انسان و کامپیوتر از بسیاری جهات شبیه به هم عمل می نمایند . همانطور که بعداً ملاحظه خواهید نمود نحوه تبادل اطلاعات در واحدهای اساس کامپیوتر خیلی شبیه به انسان می باشد بجز اینکه انسان یک موجود بیولوژیکی است در حالی که کامپیوتر ماشینی است که بر اساس برنامه ریزی کار می کند.

سؤالی که مطرح می شود این است که چرا انسان از کامپیوتر استفاده می کند . به عبارت دیگر خواص کامپیوتر در مقایسه با انسان چیست . این سؤال را در زیر پاسخ می دهیم .

خواص کامپیوتر در مقایسه با انسان :

کامپیوتر در انجام محاسبات بسیار سریعتر و دقیقتر از انسان عمل می کند .

 کامپیوتر خستگی ناپذیر است در حالی که انسان در انجام محاسبات طولانی ، دارای ظرفیت محدودی است .

 کامپیوتر قادر است اطلاعات بسیار زیادی را در حافظه ذخیره نموده و بر اساس آن اتخاذ تصمیم می کند در حالیکه انسان مقدار محدودی اطلاعات را می تواند در حافظه ذخیره و بر اساس آن اتخاذ تصمیم کند .

 انسان فراموشکار است در حالیکه کامپیوتر چیزی را فراموش نمی کند .

 انسان در مراجعه به محفوظات خویش ممکن است اشتباه کند در حالیکه کامپیوتر در مراجعه به آنچه که ذخیره نموده است اشتباه نخواهد کرد .

 علاوه بر موارد فوق دلیل دیگر استفاده از کامپیوتر صرفه اقتصادی آن است بطوری که این وسیله علاوه بر سریعترین ارزانترین وسیله نیز هست و می تواند محاسبات پیچیده و پر حجم را با سرعت زیاد و هزینه کم انجام دهد و سبب شود که انسان منابع و فرصت خود را در امور مهمتری صرف نماید .

مزایایی که از کاربرد کامپیوتر بدست می آید را می توان به شرح زیر طبقه بندی نمود .

اطمینان از دقت محاسبات

 صرفه جویی در وقت

 سرت در محاسبات

 سرعت در ذخیره سازی اطلاعات

 سرعت در بازیابی اطلاعات

 فضای کم  جهت بایگانی

 قدرت اتخاذ تصمیم بر اساس آخرین اطلاعات

 آزاد ساختن نیروهای انسانی از انجام امور عملیاتی و کارهای یکنواخت و تمرکز این نیروها در کارهای مهمتر

 صفات خاص این دستگاه کاربرد آن را اجتناب پذیر ساخته است چنانکه می رود تا بزرگترین یاور انسان در انجام اختراعات و اکتشافات علمی و امور روزمره گردد .

کاربرد کامپیوتر ابعاد ذهن بشر را به نحو چشم گیری گسترش داده است و انسان به کمک آن به انجام اموری قادر گردیده که بدون کمک گرفتن از کامپیوتر هیچگاه به فکر آن هم
نبوده است .

تعریف کامپیوتر :

اگر بخواهیم کامپیوتر را در یک جمله تعریف نماییم عبارت زیر می تواند تا حدودی قابل قبول باشد . کامپیوتر به ماشینی اطلاق می شود که حافظه دارد و قابل برنامه ریزی است و می تواند عملیات محاسباتی و منطقی را انجام دهد.

کاربردهای کامپیوتر

امروزه کامپیوتر در کلیه فعالیتهای روزمره انسان بنحوی نقش داشته و کاربردهای آن در بسیاری از موارد زندگی ، به انسان کمک می نماید .

برخی از کاربردهای کامپیوتر در جوامع پیشرفته امروزی عبارتند از :

کاربردهای علمی و تحقیقاتی

   امروزه تحقیقات در هیچ شاخه ای از علوم بدون استفاده از کامپیوتر انجام نمی شود و کلمپیوتر یک جنبه اساسی دانشگاهها ، آزمایشگاههای صنعتی و مراکز تحقیقاتی است .

2- کاربردهای تجاری

سیستم پرسنلی و پرداخت حقوق

انبارداری

بانکداری

بیمه و بورس

3- کاربردهای صنعتی

صنعت برق

صنعت فولاد

چاپ و حروفچینی

شبیه سازی

طراحی و مهندسی

4- کاربردهای ارتباطی

مسافرت هوایی

کنترل ترافیک

تلفن

5- کاربردهای پزشکی

کلیه ابزارها و دستگاههای جدید پزشکی بنحوی از کامپیوتر بهره برده اند . امروزه کامپیوتر به عنوان یاور پزشک در تشخیص و درمان جای خود را بخوبی باز نموده است.

6- سایر کاربردها

نظم و قانون

کتابخانه ها و موزه ها

آموزش

 سیستمهای اطلاعاتی

کمک به مدیریت

انواع کامپیوتر

انواع کامپیوتر بر حسب نحوه کار و ساختمان داخلی

کامپیوتر ها را بر حسب نحوه کار و مکانیزم عملیات داخلی و شیوه ارائه اطلاعات می توان به سه گروه اساسی زیر تقسیم نمود :

1- کامپیوترهای قیاسی (Analog Computers)

این کامپیوترها با کمیتهای پیوسته فیزیکی سروکار داشته و در آنها از کمیتهایی نظیر جریان و اختلاف پتانسیل و غیره برای نمایش پدیده های فیزیکی استفاده می شود . کیلومتر شمار اتومبیل که گردش چرخ را تبدیل به حرکت عقربه می نماید مثالی از یک کامپیوتر قیاسی ساده است .

2 کامپیوتر های عددی (Digital Computer)

کامپیوتر های عددی فقط با اعداد سرو کار دارند بنابراین هر کمیتی که قرار است توسط این کامپیوتر دریافت شود ابتدا باید تبدیل به عدد شده و سپس مورد پردازش قرار گیرد . بنابراین کلیه اطلاعات در این کامپیوترها بصورت کمیت عددی نشان داده می شوند .

3- کامپیوتر های ترکیبی(Hybrid Computers)

این نوع کامپیوتر توانایی کامپیوتر های عددی و قیاسی را بصورت ترکیبی دارا می باشند به عبارت دیگر بخشهایی از این کامپیوتر کار اندازه گیری را انجام داده و نتایج حاصله را تبدیل به عدد نموده و وارد قسمت عددی می نماید تا پردازش لازم بر روی آن انجام می گیرد . مانند دستگاه CTSCAN .

انواع کامپیوترهای عددی بر حسب قدرت پردازش :

کامپیوترها را می توان به لحاظ ابعاد ، امکانات، حجم کاری ، سرعت عملیات، قدرت پردازش و قیمت بصورت زیر تقسیم بندی نمود :

ابر کامپیوترها(Super Computers)

کامپیوتر های بزرگ (Main Frames) 

کامپیوتر های کوچک (Mini Computers)

 ریز کامپیوتر (Micro Computers)

 ابر کامپیوترها

این کامپیوترها که دارای تجهیزات پیچیده و گران قیمتی می باشند جهت امور سیاسی، نظامی و تحقیقاتی در کشورهای بزرگ دنیا استفاده می شوند . برای نصب این کامپیوترها نیاز به فضای وسیع و مناسب می باشد و در این واحد ها عموماً چندین مهندس و تکنسین جهت بهره برداری از سیستم مشغول به کار می باشند . این کامپیوتر ها بسیار گران قیمت بوده و عموماً جزو اسرار دولتها می شوند و تکنولوژی آن بسادگی قابل انتقال نیست .

کامپیوتر های بزرگ

این کامپیوترها به لحاظ توانایی پس از ابر کامپیوترها می باشند و معمولاً به دلیل قیمت گران آنها توسط دولتها یا شرکتهای خیلی بزرگ که نیاز آنها به این کامپیوترها برطرف می شود خریداری یا اجاره می شوند . نصب این کامپیوترها نیاز به فضای وسیع و مناسب دارد و از این واحدها عموماً جهت کارهای بزرگ نظیر سرشماری و کارهای تحقیقاتی استفاده می شود .

کامپیوتر های کوچک

این کامپیوترها توانایی کمری نسبت به دو نوع  قبلی داشته ولی نسبت به آنها ارزانتر می باشند . کامپیوتر های کوچک معمولاً توسط شرکتها و یا مراکز دولتی جهت امور جاری و یا مقاصد علمی مورد استفاده قرار می گیرند . این کامپیوترها غالباً به همراه ریز کامپیوترها بصورت شبکه کامپیوتری استفاده می شوند .