کامپیوتر چگونه کار می کند؟

مطالب این مقاله:

    * در آمدی بر چگونگی عملکرد کامپیوترها
    * اتصالات کامپیوتر
    * راه اندازی کامپیوتر
    * سیستم عامل
    * سیستم راه انداز کامپیوتر
    * کامپیوتر قابل حمل شخصی

هنگامیکه کلمه " تکنولوژی" را به زبان می آورید، بیشتر مردم کامپیوتر را در ذهن خود تداعی می کنند. تقریباً تمام قسمت های زندگی ما به نوعی کامپیوتری شده است. وسایل خانگی ما دارای ریز پردازنده هایی هستند که در آنها ساخته شده اند. مثل تلویزیون ها. حتی اتومبیل های ما نیز دارای کامپیوتر باشند. اما منظور از کامپیوتری که در ذهن هرکسی تداعی می شود، کامپیوتر شخصی یا PC می باشد.
یک کامپیوتر ابزاری عمومی می باشد که در اطراف یک ریزپردازنده ساخته شده است. این دستگاه دارای قطعات مختلفی می باشد. حافظه، دیسک سخت (هارد)، مودم و ... که با یکدیگر کار می کنند.
ابزار عمومی به این معنی است که شما می توانید کارهای بسیار زیادی را با یک کامپیوتر انجام دهید. شما می توانید از آن برای تایپ اسناد، فرستادن ایمیل، جستجو در اینترنت و بازی کردن استفاده کنید.
در این مقاله درباره کامپیوترها از لحاظ عمومی بحث خواهیم کرد و قطعات مختلف درون آن را بررسی می نماییم. بنابراین چیزهای زیادی درباره اجزای مختلف کامپیوتر و چگونگی عملکرد آن با یکدیگر در یک سیستم عامل پایه ای یاد خواهید گرفت.
اکنون می خواهیم نگاهی به اجزای اصلی یک کامپیوتر رومیزی معمولی داشته باشیم.

    * واحد پردازش مرکزی (CPU) : "مغز" ریز پردازنده سیستم کامپیوتر، واحد پردازش مرکزی نامیده     می­شود. هر عملی که یک کامپیوتر انجام می دهد، تحت نظر CPU می باشد.
    * حافظه- این قطعه وسیله ذخیره سریع می باشد که برای نگه داشتن داده ها استفاده می شود. این قطعه باید خیلی سریع کار کند. زیرا به طور مستقیم به ریز پردازنده متصل می شود.
    * چندین نوع خاص از حافظه کامپیوتر موجود می باشد:
    * Random – access memory (RAM) : برای ذخیره موقتی اطلاعات که کامپیوتر در حال حاضر با آنها کار می­کند، استفاده می شود.
    * حافظه خواندن (ROM)   یک نوع دائمی حافظه ذخیره که توسط کامپیوتر برای ذخیره اطلاعاتی که تغییر نمی­کنند، مورد استفاده قرار می گیرد.
    * سیستم خروجی/ ورودی پایه ای (BIOS) : نوعی ROM که توسط کامپیوتر برای برقراری ارتباط پایه ای به هنگام روشن شدن کامپیوتر برای اولین بار مورد استفاده قرار می گیرد.
    * پنهان سازی (Coching) : ذخیره گاه به گاه اطلاعات استفاده شده در حافظه بسیار سریع  RAM که به طور مستقیم به CPU متصل می شود.
    * حافظه مجازی (Virtual memory) : فضایی بر روی دیسک سخت (هارد) که برای ذخیره موقتی اطلاعات و خارج کردن آن از RAM در صورت لزوم مورد استفاده قرار می گیرد.

PC.gif

    * Mother board : این قطعه برد اصلی مدار کامپیوتر می باشد که تمامی اجزای داخلی دیگر به آن متصل می شوند. CPU و حافظه معمولاً بر روی Motherboard  می باشند. ممکن است سیستم های دیگری نیز باشد که به طور مستقیم به Motherboard متصل باشند یا از طریق یک اتصال ثانویه با آن ارتباط برقرار کنند.
    * برای مثال یک کارت صدا می تواند داخل یک mother board ساخته شود یا از طریق یک PCI به آن متصل شود.
    * منبع تغذیه: یک ترانسفورماتور الکتریکی، برق استفاده شده توسط کامپیوتر را تنظیم می کند.
    * دیسک سخت (هارد) : این قطعه یک ابزار ظرفیت بالای ذخیره دائمی می باشد که برای نگه داشتن اطلاعات مثل برنامه ها و اسناد استفاده می شود.
    * سیستم عامل: این سیستم یک نرم افزار پایه ای          می باشد که به کاربر امکان ارتباط با کامپیوتر را می دهد.
    * کنترل کننده الکترونیک درایو یکپارچه (IDE) – این کنترل کننده یک واسط اصلی برای درایو هارد، CD-ROM و درایو فلاپی دیسک می باشد.
    * PCI    BUS : رایج ترین راه برای اتصال اجزای اضافی به کامپیوتر، PCI از یک سری شکاف (اسلات) موجود بر روی مادربرد استفاده می کند که کارت های PCI به داخل آن زده می شود.
    * SCSI – واژه ای که به صورت "SUSSY" تلفظ می شود و سر نام "واسط کوچک سیستم کامپیوتر"می باشد. این روش اضافه کردن ابزار اضافی مثل درایورهای سخت یا اسکنرها به کامپیوتر می باشد.
    * AGP : پورت گرافیکی سرعتی یک اتصال بسیار سریع می باشد که با کارت گرافیکی برای ارتباط با کامپیوتر استفاده می شود.
    * کارت صدا: این کارت برای ضبط و پخش صدا از طریق تبدیل صدای آنالوگ به اطلاعات دیجیتال در کامپیوتر استفاده می شود.
    * کارت گرافیک: این کارت اطلاعات تصویر را از کامپیوتر به یک فرمتی که قابل پخش در مانیتور باشد تبدیل می کند.

تعریف یک کامپیوتر شخصی

در اینجا یک روش برای فکر کردن به کامپیوتر وجود دارد: یک کامپیوتر وسیله پردازش کردن اطلاعات عمومی می باشد. این ابزار می تواند اطلاعات را از یک شخص (از طر یق کیبورد یا موس) از یک وسیله (مثل فلاپی دیسک یا CD ) یا از شبکه (از طریق یک مودم یا کارت شبکه)گرفته و آن را پردازش کند. هنگامیکه اطلاعات پردازش شد، از طریق مانیتور یا ذخیره شدن بر روی یک وسیله (مثل دیسک هارد) یا ارسال شدن به جایی دیگر از طریق شبکه (به وسیله مودم یا کارت شبکه) نمایش داده می شود.
ما تعداد زیادی از پردازنده های اختصاصی را در دوران زندگی مان دیده ایم. یک پخش کننده MP3 کامپیوتری اختصاصی برای پردازش کردن فایل های MP3 می باشد. یک GPS کامپیوتری اختصاصی برای کنترل سیگنال های GPS است و یک Nintendo DS کامپیوتری اختصاصی برای کنترل بازی ها می باشد اما نمی تواند هیچ کار دیگری انجام دهد. یک کامپیوتر می تواند تمام کارهای ذکر شده در بالا را انجام دهد چرا که یک ابزار عمومی می باشد.
اتصالات کامپیوتر

یک کامپیوتر معمولی با دنیای اطرافش به روش های متفاوت ارتباط برقرار می کند.
ورودی/ خروجی

    * بدون توجه به اینکه اجزای داخلی کامپیوتر دارای چه توانی می باشند، شما نیازمند روشی برای تعامل با آنها می باشید. این تعامل ورودی/ خروجی (IRO) نامیده می شود، انواع IRO در کامپیوترها به شرح زیر می باشند،
    * مانیتور: یک مانیتور ابزاری پایه ای برای نمایش اطلاعات از کامپیوتر است.
    * کیبورد: یک کیبورد ابزاری پایه ای برای وارد کردن اطلاعات به کامپیوتر می باشد.
    * موس- یک موس ابزاری پایه ای برای پیمایش و تعامل با کامپیوتر است.
    * ذخیره قابل انتقال: ابزار ذخیره قابل انتقال به شما امکان اضافه کردن اطلاعات جدید و همچنین ذخیره اطلاعاتی را که می خواهید به محل دیگری حمل کنید، می دهد.
    * فلاپی دیسک: رایج ترین شکل ابزار ذخیره قابل انتقال، فلاپی دیسک ها هستند که بسیار ارزان بوده و ذخیره اطلاعات بر روی آنها آسان می باشد.
    * CD-ROM : (دیسک فشرده، حافظه خواندن) یک روش رایج توزیع نرم افزارهای تجاری است. بسیاری از سیستم­ها اکنون یک CD-R (قابل ضبط) CD-RW (قابل ضبط مجدد) می باشند که ضبط هم می شوند.
    * حافظه فلش: بر اساس نوع ROM که حافظه خواندن قابل برنامه ریزی و پاک شدن به صورت الکتریکی می باشد، حافظه فلش یک ابزار ذخیره دائمی سریع را ارائه می دهد. کارت های Compact Flash, Smart Media, PCMCIA انواع مختلف حافظه فلاش می باشد.
    * DVD-ROM , DVD-ROM (دیسک های دیجیتال، حافظه خواندن) مشابه CD-ROM ها می باشند اما قادر به ذخیره میزان بسیار بیشتری از اطلاعات می باشد.

پورت ها:

    * موازی – این پورت معمولاً برای اتصال به یک پرینتر استفاده می شود.
    * سریال: این پورت معمولاً برای اتصال به یک مودم خارجی استفاده می شود.
    * باس سریال جهانی  (USB) به سرعت در حال تبدیل شدن به رایج ترین اتصال خارجی می باشد. پورت های USB   قدرت و  تنوع را ارائه می کنند و استفاده از آنها بسیار آسان می باشد.
    * Firwire : Firwire یک روش بسیار رایج برای اتصال ابزار دیجیتال – تصویر مثل دوربین های ضبط فیلم یا دوربین های عکاسی به کامپیوترتان می باشد.

اینترنت / شبکه:

    * مودم: این وسیله یک روش استاندارد را برای اتصال به اینترنت ارائه می دهد.
    * کارت شبکه محلی (LAN) - این ابزار توسط بسیاری از کامپیوترها بویژه کامپیوترهای موجود در شبکه اداری اینترانت برای اتصال آنها به یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
    * مودم کابل: این نوع مودم از کابل تلویزیون شما برای اتصال به اینترنت استفاده می کند.
    * مودم خط مشترکین دیجیتال: این وسیله یک وسیله اتصال سرعت بالا می باشد که بر روی یک خط تلفن استاندارد کار می کند.
    * مودم DSL نرخ بیت بالا (VDSI) : نسل جدید DSL یعنی VDSL ملزم به آن است که خط تلفن شما دارای کابل های فیبر نوری باشد.

اکنون که با قطعات کامپیوتر آشنا شده اید، می توانیم درباره عملکرد یک کامپیوتر معمولی بحث کنیم:
راه اندازی
BIOS :

عملکرد یک کامپیوتر معمولی در ابتدا با روشن شدن آغاز می گردد. مراحل پروسه عملکرد آن به شرح زیر  می­باشد:
شما تکمه “On” را بر روی کامپیوتر و مانیتور فشار می دهید.
در بسیاری از دستگاهها BIOS متنی را درباره اطلاعاتی مثل میزان حافظه نصب شده در کامپیوتر  و نوع دیسک سختی که شما دارید، نمایش می دهد. در حین فرایند راه اندازی، BIOS میزان قابل توجهی از کار را انجام می دهد تا کامپیوتر آماده  اجرا شود.

    * BIOS تشخیص می دهد که آیا کارت تصویر قادر به انجام عملکرد می باشد یا خیر. بیشتر کارت های تصویر یک BIOS بسیار کوچک دارند که حافظه و پردازنده گرافیک را بر روی کارت راه اندازی می کند. در صورت نداشتن، اطلاعات تصویر- درایور بر روی ROM دیگر موجود بر مادربورد  وجود دارد که BIOS می تواند آن را بارگذاری کند.
    * BIOS بررسی می کند که آیا راه اندازی کامپیوتر از نوع سخت افزاری یا راه اندازی مجدد است. BIOS این کار را با بررسی عدد موجود در آدرس حافظه 0000: 0472 انجام می دهد. مقدار  1234  h بارگزاری مجدد را نشان می دهد که در آن حالت BIOS ، تست راه اندازی را ادامه نمی دهد. مقدار یا عدد دیگری که نمایش داده می شود نشان دهنده راه اندازی سخت افزاری می باشد.
    * در صورتیکه راه اندازی از نوع راه اندازی سخت افزاری می باشد، RAM, BIOS را با اجرای یک تست خواندن/ نوشتن برای هر آدرس حافظه، آزمایش می کند. سپس کیبورد و موس را بررسی می کند.
    * سپس یک باس PCI را جستجو می کند و در صورت یافتن یک PCI بقیه کارت های PCI را نیز بررسی       می­کند. در صورتیکه BIOS در حین POST (تست روشن شدن) خطایی را تشخیص دهد، شما را با بوق های متوالی یا یک پیغام خطای نمایش داده شده در صفحه، آگاه می کند. خطایی که در این نقطه بروز می کند، معمولاً یک مشکل سخت افزاری می باشد.
    * BIOS جزئیاتی درباره سیستم شما ارائه می دهد. این جزئیات معمولاً شامل اطلاعاتی درباره  پردازنده،  فلاپی و هارد، حافظه، اصلاح BIOS و تاریخ، نمایش می باشد.
    * هر درایو ویژه مثل درایورهای آداپتورهای SCSI از آداپتورها بارگزاری می شوند و BIOS اطلاعات را نمایش می دهد.
    * BIOS به توالی ابزارهای ذخیره تشخیص داده شده مثل ابزارهای راه اندازی شده در نصب CMOS نگاه      می کند.
    * کلمه “Boot” (راه اندازی) خلاصه شده کلمه “boot strap” می باشد. همانطور که در جمله “Lift yourself up by your boot strap” کلمه “Boot” (راه اندازی) به فرآیند شروع سیستم فایل کامپیوتر بر می گردد. BIOS سعی می کند که روند راه اندازی را از اولین وسیله و با استفاده از برنامه بارگزاری خود راه انداز شروع کند.

برنامه بارگزاری خود راه انداز سیستم عامل را بر روی حافظه بارگزاری کرده و به شما امکان شروع عملکرد را  می دهد.
این برنامه این کار را با تنظیم تقسیمات حافظه ای که سیستم عملکرد اطلاعات کاربر و برنامه ها را در خود دارد،  انجام می دهد. برنامه بارگزاری خود راه انداز، سپس ساختارهای اطلاعات را که برای ایجاد رابطه بین سیستم های فرعی و برنامه های کامپیوتر استفاده می شوند، مستقر می کند. در نهایت، سیستم عامل کامپیوتر راکنترل می کند.
سیستم عامل

به هنگام بارگزاری سیستم عامل عملکردهای این سیستم در 6 گروه وسیع تر قرار می گیرد.

    * مدیریت پردازنده- تقسیم وظایف به قسمت های قابل مدیریت و اولویت بندی آنها قبل از ارسال به CPU
    * مدیریت حافظه- هماهنگ ساختن جریان داده ها در داخل و خارج RAM و تعیین زمان نیاز به حافظه مجازی
    * مدیریت ابزار- فراهم آوردن یک واسط بین هر وسیله متصل به کامپیوتر، CPU و برنامه ها
    * واسط برنامه- ایجاد یک ارتباط استاندارد و تبادل اطلاعات بین برنامه های نرم افزاری و کامپیوتر
    * واسط کاربر- ایجاد یک روش برای کاربر به منظور ایجاد رابطه و تعامل با کامپیوتر

شما می توانید یک برنامه پردازش کلمه را باز کرده یک حرف را تایپ، ذخیره و سپس آن را چاپ کنید. در این فرآیند چندین جزء دخالت دارند:

    * کیبورد و موس که ورودی شما را به سیستم عامل ارسال می کند.
    * سیستم عامل تشخیص می دهد که برنامه پردازش کلمه یک برنامه فعال است و ورودی شما را به عنوان اطلاعاتی برای آن برنامه می پذیرد.
    * برنامه پردازش کلمه فرمت داده را از طریق سیستم عامل تشخیص می دهد و آن را به صورت موقتی در RAM ذخیره می کند.
    * هر دستورالعمل از برنامه پردازش کلمه توسط سیستم عامل که قبل از ارسال به CPU آنها را بررسی کرده است، تلفیق می شود.
    * در تمام این محدوده زمانی، سیستم عامل به طور پیوسته اطلاعات نمایش را بر روی کارت گرافیک فراهم می آورد و آنچه که بر روی مانیتور نمایش داده خواهد شد را کنترل می کند.
    * وقتی می خواهید حرف را ذخیره کنید، برنامه پردازش کلمه پیغام درخواستی به سیستم عامل ارسال می کند سپس سیستم عامل یک پنجره استاندارد برای انتخاب محل مورد نظر برای ذخیره اطلاعات و همچنین نام فایل فراهم می آورد.
    * هنگامیکه نام و مسیر فایل را انتخاب کردید، سیستم عامل اطلاعات را از RAM به ابزار ذخیره مناسب هدایت می کند.
    * شما بر روی کلمه “Print” کلیک می کنید. برنامه پردازش کلمه یک پیغام به سیستم عامل ارسال می کند که سیستم عامل داده را به فرمت قابل خواندن توسط پرینتر ترجمه می کند و اطلاعات را از RAM به پورت مربوطه برای پرینتر مورد نظر شما ارسال می کند.
    * شما می توانید یک جستجو گر را باز کرده و چگونگی عملکرد کارمندان (How staff works?) را بررسی کنید. این بار اما کامپیوتر ورودی را از یک منبع دیگر مثل اینترنت و یا شما دریافت می کند. سیستم عامل به طور پیوسته تمام اطلاعات ورودی و خروجی را یکپارچه سازی می کند.
    * شما جستجو گر وب را می بندید و گزینه “Shut down” را انتخاب می کنید.
    * سیستم عامل تمام برنامه هایی راکه شما فعال نموده اید، می بندد. در صورتیکه یک برنامه دارای اطلاعات ذخیره نشده می باشد، به شما امکان ذخیره آنها قبل از بستن برنامه داده می شود.
    * سیستم عامل تنظیمات کنونی را در یک فایل پیکر بندی خاص ذخیره می کند بنابراین سیستم در زمان بعد با تنظیمات مشابه راه اندزای می شود.
    * در صورتیکه کامپیوتر کنترل نرم افزاری توان را فراهم بر صد را داشته باشد، سیستم عامل بعد از اتمام چرخه Shut down به طور کامل خاموش می شود. در غیر اینصورت شما باید به طور دستی کامپیوتر را خاموش کنید.

کامپیوترهای شخصی قابل حمل:

اخیراً کامپیوترهای قدرتمندی به صورت غیر رومیزی را می بینیم. کامپیوترهای لپ تاپ و کامپیوترهای دستیار دیجیتال شخصی PPA)ها) کارهای کامپیوتری را در خارج از اداره امکان پذیر کرده اند.
کامپیوترهای پوشیدنی که در لباس ها و جواهرات ما جاسازی می شوند، هرجایی که برویم همراه ما می باشند.
هنگامیکه کامپیوترهای ما بازخورد فوری از محیط ارائه می دهند، فایل های ما همراه ما خواهند بود. نرم افزار تشخیص صدا و دست خط به ما امکان کارکردن با کامپیوترها را بدون استفاده از موس یا کیبورد می دهد. RAM مغناطیسی و دیگر ا بتکارات به زودی دسترسی فوری به کامپیوتر را با سرعتی مشابه دسترسی به تلویزیون و رادیو امکانپذیر می سازد. یک چیز اطمینانی قطعی می باشد. کامپیوتر متحول می شود. سریع تر می شود، ظرفیت بیشتری پیدا می کند و به جزء جدایی ناپذیری از زندگی ما تبدیل می شود.