دانلود پاور پوینت سخت افزار کامپیوتر

سخت افزار کامپیوتر بخش اول کتاب توربان 1 محتوای فصل • مقدمه • CPU • حافظه کامپیوتر • سیر تکاملی سخت افزار • سلسله مراتب کامپیوتر • فناوری های ورودی و خروجی • شاخص های کلی فناوری 2 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف مقدمه • سخت افزار :ابزار فیزیکی که برای ورودی ،پردازش ،خروجی و فعالیت های حافظه در یک سیستم کامپیوتری استفاده می شوند .شامل: – واحد پردازش مرکزی – حافظه ی اولیه – حافظه ی ثانویه – فناوری های ورودی و خروجی – فناوری های ارتباطی • انتخاب سخت افزار روی سه عامل تمرکز دارد: – قابلیت (قدرت و تناسب با وظیفه) – سرعت دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات – 3هزینه دانشگاه صنعتی شریف واحد پردازش مرکزی • واحLد پLردازش مرکLزی :محاسLبات حقیقی و یLا اصLطالحًا حاLسLباLت بLزرگ) LراL ‏L( number crunchingاLنLجLام سLرLیLع م L ر LاLنجLاLم می LدهLد CPU .یLک LریLزLپردLازنLدLه LاLسLتL دLر LهLر کLامLپیLوت L ‏Lه ه LشLدLه LاسLت ک L ک سLاخت L میLلیLون هLا تLرانزیسLتLور LکLوچL L کLه اLز L در یLک مLدار روی یLک قLرص سLیلیکونی یLا تراشLه جاسLازی شده اند. • واحLد کنLترل بخشLی از CPUاسLت کLه جریLان اطالعLات را کنترل می کند. • واحLد محاسLبه و منطLق( :)ALUبخشLی از CPUاسLت کLه محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را انجام می دهد. • ثبLات هLا :حافظLه هLای بLا سLرعت بLاال در CPUهسLتند کLه حجLم بسLیار کمی Lاز داLده هLا Lو دسLتورالعLمل هLا Lدر دLوLره هLاLیL زمانی کوتاه نگه می دارند. 4 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف واحد پردازش مرکزی ادامه • قسمت های یک ریزپردازنده 5 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف واحد پردازش مرکزی ادامه • نحوه کار پردازنده 6 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف واحد پردازش مرکزی ادامه • • • • • 7 چرخLه دسLتورالعمل ماشLین :چرخLه پLردازش کLامپیوتر،سLرعتی کLه بLه ک تLراشLه LدLر هLر LثLاLنیLه پLرداLزش Lمی ه یL L ی تعLدLاد LدسLتورLاLلعLمل هLایی LکL L ‏LازLا L کند اندازه گیری می شود. سرعت پLالس سLاعت ( :) Clock speedسLرعت از پیش تنظیم شLده ه تمLام LفعLاLلیتL LهLای تLراشLه رLا LزمانLبنLدی می پLالس LسLاLعت LکLامپLیوLتر کL L کند. طول کلمLه :تعLداد بیت هLایی کLه CPUدر هLر یLک از فواصLل زمLانی می تواند پردازش کند. پهنLای بLاس :انLدازه مسLیرهای فLیزیکی کLه داده هLا و دسLتورالعمل هLا به عنوان ضربه الکترونیکی روی چیپ جابجا می شوند. پهنLای خLط :فاصLله بین ترانزیسLتورها ،هLر چLه کوتLاه تLر باشLد ،سLرعت تراشه بیشتر است. دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف قانون مور • پیچیدگی ریزپردازنده ها هر دو سال یکبار به علت تغییرات زیر دو برابر می شود: – کوچک سازی هر چه بیشتر ترانزیستور ها – متراکم سازی و مناسب سازی الیه فیزیکی اجزای تراشه ها تا حد امکان ( .کاهش پهنای خط ) – به کار بردن عناصری در تراشه ها به منظور افزایش رسانایی استفاده از ارسنید گالیم و ژرمانیم سیلیسیم به جای سیلیسیم – قرار دادن دستورالعمل های پایه ای و اساسی در تراشه ها 8 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف :• طبقه بندی گسترده معماری ریزپردازنده ها – CISC ( Complex Instruction Set Computing ) – RISC ( Reduced Instruction Set Computing ) – VLIW ( Very Long Instruction Word ) – EPIC ( Explicitly Parallel Instruction Computing ) دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف 9 10 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف میکرو کنترلر ها • تراشه های کامپیوتری که در محصوالت و فناوری ها جاسازی می شود که معموال هزینه پایین تر و نسبت به پردازنده ها ،در کارهای کم تقاضاتر کاربرد دارند. 11 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف حافظه کامپیوتر • دو بخش اصلی :حافظه اولیه ـ حافظه ثانویه • بیت :تنها داده ای که کامپیوتر می تواند پردازش کند. • بایت :یLک داده رشLته ای 8بیLتی ،کLه بLرای نمLایش هLر یLک از عملگرهLای سLاده ریاضLی یLا حLروف الفبLا شود. استفاده می حافظه • ظرفیت 12 – کیلو بایت – مگا بایت – گیگا بایت – ترابایت – پتا بایت – اگزا بایت دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف حافظه اولیه ـ حافظه اصلی • حافظLه ای کLه بLرای نگهLداری سLه نLوع داده زیLر در دوره هLای زمLانی کوLتLLLLLLLLLLLLLاه LLLLLLLLLLLLLبLLLLLLLLLLLLLه LLLLLLLLLLLLLکLLLLLLLLLLLLLاLر LLLLLLLLLLLLL می رود: – داده هایی پردازش شده توسط پردازنده – دسLتورالعمل هLای پردازنLده مبLنی بLر چگLونگی پLردازش داده ها – برنامLه هLای سیسLتم عامLل بLرای مLدیریت جنبLه هLای گونLاگون عملیLات کامپیوتر • ثبLات :بخشLی از CPUبLا کمLترین ظLرفیت می باشLند کLه تنهLا مقLدار ‏Lردازش ‏L ‏LالفاصLلLه قبLلL Lو بعLد Lاز پ می LاL Lز LدسLتوLر LالLعLمLل هLا Lو داLده LهLا LرLا بL کL نLگLLLLLLLLLLLLLLLLه LLLLLLLLLLLLLLLL خLLLLLLLLLLLLLLLLود ‏Lد Lر می دارد. • :RAMبخشLی از حافظLه اولیLه کLه یLک برنامLه نLرم افLزاری و مقLدار کمLی داده Lرا LوقLتی کLه Lاز LحLافظLه LثLانوLیLه آوردLه Lمی شLوندL ،دLر خLوLد نگLه دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات 13می دارد. دانشگاه صنعتی شریف • انواع RAM – :DRAMگنجایش بیشتر ،هزینه کمتر ،سرعت کمتر، – :SRAMکاربردهای حساس به کارایی – :MRAMغLیرفرار ،اسLتفاده از خاصLیت مغناطیسLی بLرای ذخLیره ه بLه جLای LاLلکLتریسLیLته ،تLرLکیب سLرعت L SRAMو گنجLایش بLاالی ‏LداLد L DRAMو غیرفراری flash • :CacheنLوعی از حافظLه اولیLه کLه بلLوک هLای داده هLا را کLه ‏LزیLا Lد مLوLرL Lد اسLتفLاده LقLرLار میL LگیرنLد LمLوقتًLا در LخLود نگLهL Lمی دارLد .بLه LدلیLل LفاصLله کمLتر تLا L،CPUاز RAMسLریعتر Lو دارای سه سطح می باشد: – L1و :L2داخLل پردازنLده L1 ،سLریعتر و کوچکLتر از L2می باشد. – :L3روی بورد اصلی است ولی داخل پردازنده نیست. • :ROMنLوعی از حافظLه اولیLه کLه دسLتور العمLل هLای کلیLدی ‏Lت ه غLیرفLرار Lاس L معیLن در آن نLگهLداری مLی شLوLدL .ایLن حافظL L و در LصLورت LخLاموش LشLدن LکLامپیوترL ،دسLتورات LبLاقی می مانند. – حافظLه :FLASHنLوعی حافظLه قابLل بازنویسLی فقLط خوانLدنی کLه فشرده ،قابل حمل و نیازمند انرژی کمی می باشد. 14 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف حافظه ثانویه • فضLای حافظLه ای کLه می توانLد مLیزان زیLادی از داده هLا را برای مدت زیادی نگه دارد. – – حافظه ای غیر فرار زمLان خیلی بیشLتری بLرای بازیLابی داده هLا نیLاز اسLت (.بLه دلیLل طLبیعت الکترومکانیکی آن) از حافظه اولیه ارزانتر است. – می توانLد در گونLه هLای مختلLف رسLانه بLا فنLاوری هLای مختلLف قLرار دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات گیرد. دانشگاه صنعتی شریف – 15 حافظه ثانویه ادامه • نوار مغناطیسLی :یLک حافظLه ثانویLه بLا دسترسLی ترتیLبی کLه LمLعمLوًLالLدL Lر یLک LقLاLب LنLواL Lر LیLا LکLاسLت LکوچLک LنLگهLداLرLی مLی ل مLیزاLن عظیمی شLود L.بLه خLاطر Lقیمت کم و توانLایی LکنLتر L از داده ها ،هنوز رایج است. – دسترسLی ترتیLبی :نLوعی از دسترسLی کLه در آن سیسLتم ه منظLور مکLان یLابLی بخLش ه ی دادLه هLا Lرا بL L کLامLپیوتLر بایLد همL L خاصی اجرا کند. • دیسLک مغناطیسLی :شLکلی از حافظLه ثانویLه روی یLک ی کLه LبLه LتLرک LهLا و LسLکLتوLر هLایLی تقسLیم مغLناطLیسL L دLیسLک L ش هLای مLختلLف هLحLاLوی LآدLرس هLایLی بLرLایLبخL L دی LشLده LکL L ‏LبنL L داده هستند (.دیسک سخت ) 16 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف • :Hard driveنLوعی از حافظLه ثانویLه بLا دسترسLی ه LفلLزی ی LصLفح L ن داده LهLا LرLا LروL L ه در Lآ L مLسLتقیLم LکL L ‏Lور رکLزL Lو سLکت L م مL L ه بLه LتLرLاک LهLاLیL Lه L د کL L ی کنL L ه LمL L ‏LذخLیر L هLای تقسLیم شLده اسLت کLه بوسLیله ی هLد خوانLده می شوند. – دسترسLی مسLتقیم :دسترسLی بLه داده هLا کLه در آن هLر ت LغیLرترتیLبی بازLیLاLبی می شLود. بخش Lاز LداLده LهLا بLه صLور L ( استفاده از آدرس داده ها برای دسترسی به آن ها ) • دیسLLکت هLLای مغناطیسLLی :نLLوعی از حافظLLه مLغناLطیسLی LبLا LقLابلLیت حمLل آسLان Lو رLوی دیLسLکL های پولیستری انعطاف پذیر. 17 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف • حافظLه هLای نLوری :نLوعی از حافظLه هLای ثانویLه کLه بLا اLسLLتفLاده LاLز تLLابش لLیLزر LرLوLی LLسLLطح LLیLLک LLصLLفحه خوانLLLLLLLده پLالسLLLLLLLتیکLی LLLLLLLبازتابLنLLLLLLLده، می شود. • :CD-ROMنLوعی از حافظLه ثانویLه کLه فقLط خوانLدنی است. • :DVDنLوعی حافظLه نLوری کLه بLرای ذخLیره سLازی وLیLدئو هLای دیLجیتLالی یLا دادLه هLای کLاLمپیوتری مناسLب است. 18 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف • (FMD-ROMدیسLک چندالیLه فلورسLنت ) :نLوعی حLافظه نورLی بLا ظرفLیتLبسیار بLیشتر ازDVD Lها. • Memory cards • دسLتگاه هLای حافظLه انبسLاط پLذیر :کLارتریج هLای ن اLز ی L back upگLرفت L ض کLه بLرا L ک قLابLل LتLعLوی L دیLسL L مLناسLLLLLLLب دیسLLLLLLLک هLLLLLLLاردL می باشند. 19 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف حافظLه • سیسLتم ی م مسLتقل و خLارLجی ،LداLرا L :L) systemیLک سیLسLت L هوشLمندی کLه مشLتمل بLر دو یLا چنLد حافظLه می باشد. سLازمانی(storage ‏Enterprise – ) :RAID(Redundant arrays of independent disksیLک سیسLتم ی کLه گLروهLی اLز هLا Lرد LدLرLایLو LهLای LاسLتLاندLارLدL حLافLظLه LسLا LزمLانL L م همLاهنLگ و هLLا رLا LبLLا هL L ر خLاLص LکLه LدLرLایL L روLLل L روLکنLLت L ‏Lرا LبLه LیLک میکL L می سLازد ،متصLل می کنLد؛ طLوری کLه یLک هLارد درایLو بLه نظLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLر می رسند. 20 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف – ) :NAS (Network-Attached StorageیLLک سیسLLتم ‏LسLرو Lر خLاLص منظLوره، حLافLظLه سLازLمLانی LکLه دLر آLن یLک LسLرو خLدمLات حا LفظLه ای راLبLه کLاربراLن شLبکه ،اراLیLه می کند. – ) :SAN(storage Area NetworkیLک معمLاری سیسLتم حاLفLظLه سLازLمLانیL LبLرLای سLاLختLن LشLبکه LهLاLی وLیLژLه وL ‏L ‏LاخLتصاLصLی LکLه دسLترسLی LسLرLیع LوL LقاLبLل LاطLمینLان LبLه ن می دسLتگاLه هLاLی حاLفظLه را LبLه وسLیLله چنLد LسLروLر ممک L سازد. • :Storage over IPفنLاوری کLه بLا اسLتفاده از پروتکLل هLای ن دسLتگاه LهLا ،از طریL L ق اLینترنLتی دLاLده هLاLی ذLخLیره LشLده LرLا بی L SANمنتقLل می LکنLد .بLه نLام LهLاLی IP over SCSIو یLا iSCSIهم شناخته می شود. 21 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف سیر تحول سخت افزار • نسل اول ،از سال های 1946تا حدود ،1956کامپیوتر ها از المپ های خأل برای پردازش و ذخیره داده ها استفاده می کردند – مصرف توان زیاد – تولید گرمای زیاد – عمر کوتاه • نسل دوم ،از 1957تا 1963از ترانزیستور ها استفاده می شد. • نسل سوم ،از 1964تا ،1979مدار های مجتمع – گسترش نرم افزارها برای مردم عادی 22 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف • اوایLل نسLل چهLارم ،از 1980تLا ،1995اسLتفاده از مLدار هLای VLSI ) (very-large-scale integrated – صدها هزار مدار روی یک تراشه – ULSI، 10میلیون ترانزیستور روی یک تراشه – بر اسLاس معمLاری فLان نیLومن ( پLردازش دنبالLه ای اطالعLات ،یLک دستورالعمل در هر بار ) • اواخLر نسLل چهLارم ،از 1996تLا کنLون ،اسLتفاده از مLدار هLای GSI ()grand-scale-integrated – یک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه – پردازش موازی گسترده ( داده کاوی پایگاه داده های های عظیم ) 23 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف سلسله مراتب کامپیوتر • Supercomputers – کامپیوترهای با باالترین توان پردازشی در دسترس ،استفاده در امور علمی و نظامی روی مجموعه داده های کالن. • Mainframe computers – کامپیوترهای بزرگ مورد استفاده سازمان های بزرگ برای انجام محاسبات حجیم و در دسترس هزاران کاربر • Midrange computers – محدوده serversتا : minicomputrsکوچکتر ،ارزارنتر از ‏Mainframeها که کارهای آنها را در محدوده های کوچکتر انجام می دهند و برای پشتیبانی شبکه و اشتراک فایل و نرم افزار به کار می روند. 24 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف • Workstation computers – کامپیوترهای قدرتمند رومیزی که برای کاربردهای محاسباتی حجیم علمی ،مهندسی و مالی استفاده می شوند .عمومًا بر اساس معماری RISCساخته می شوند. • Microcomputers – کوچکترین و ارزان ترین طبقه از کامپیوترهای همه منظوره ،کامپیوترهای شخصی که بر اساس اندازه به انواع زیر تقسیم می شوند: • کامپیوترهای رومیزی شخصی ()Fat-client systems • Thin-client systems • Laptop & Notebook Computers • Mobile Devices 25 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف فناوری های ورودی و خروجی • فناوری های ورودی ،به کاربر و یا سایر دستگاه ها اجازه می دهد تا داده ها را به کامپیوتر وارد کند. • دو نوع اصلی از ابزار ورودی : – Human data entry devices • Keyboards, mouse, joystick, touchscreen – Source-data automation devices • input data with minimal human intervention: ‏Barcode scanner, optical mark reader 26 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف ابزار ورودی Input Device Description Human Data-Entry Devices Keyboards Most common input device (for text and numerical data). Mouse Handheld device used to point cursor at point on screen, such as an icon; user clicks button on mouse instructing computer to take some action. Optical mouse Mouse is not connected to computer by a cable; mouse uses camera chip to take images of surface it passes over, comparing successive images to determine its position. Trackball User rotates a ball built into top of device to move cursor (rather than moving entire device such as a mouse). Touchpad User moves cursor by sliding finger across a sensitized pad and then can tap pad when cursor is in desired position to instruct computer to take action (also called glide-and-tap pad). pad). Joystick Joy stick moves cursor to desired place on screen; commonly used in workstations that display dynamic graphics and in video games. Touchscreen Users instruct computer to take some action by touching a particular part of the screen; commonly used in information kiosks such as ATM machines. Stylus Pen-style device that allows user either to touch parts of a predetermined menu of options or to handwrite information into the computer (as with some PDAs); works with touchsensitive screens. Voice-recognition Converts voice wave sounds into digital input for computer; critical technology for physically challenged people who cannot use other input devices. Source-Data Automation Input Device Automated teller machines Interactive devices that enable people to make bank transactions from remote locations. Point-of-sale terminals Computerized cash registers that also may incorporate touch screen technology and barcode scanners (see below) to input data such as item sold, price, etc. Barcode scanners Devices scan black-and-white barcode lines printed on merchandise labels. Optical mark reader Scanner for detecting presence of dark marks on predetermined grid, such as multiplechoice test answer sheets. Magnetic ink character reader Read magnetic ink printed on checks which identify the bank, checking account, and check number. Optical character recognition Software that converts text into digital form for input into computer. Sensors Collect data directly from the environment and input data directly into computer; Cameras Digital cameras capture images and convert them into digital files Retinal scanning displays Projects an image, pixel by pixel, directlyشریف onto a viewer’s used with mobile devices; صنعتیretina; دانشگاه دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات 27 output Device ابزار خروجی Description Monitors Cathode ray tubes Video screens on which an electron beam illuminates pixels on display screen. Liquid crystal display (LCDs) Flat displays that have liquid crystals between two polarizers to form characters and images on a backlit screen. Organic lightemitting Displays that are brighter, thinner, lighter, cheaper, faster diodes (OLEDs), and take less power to run than LCDs. Retinal scanning displays Project image directly onto a viewer’s retina; used in medicine, air traffic control, and controlling industrial machines. Printers Impact Slow, noisy, subject to mechanical failure, but inexpensive. Nonimpact: Laser Use laser beams to write information on photosensitive drums; produce high-resolution text and graphics. Inkjet Shoot fine streams of colored ink onto paper; less expensive than laser printers, but offer less resolution quality. Plotters Use computer-directed pens for creating high-quality images, blueprints, schematics, drawing of new products, etc. Voice Output Converts digital data to intelligible speech. دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف 28 شاخص های کلی فناوری سخت افزار • نسبت هزینه-عملکرد تراشه ها • حافظه • کامپیوترهای ( self-healingخودترمیم ) – BlueSkyمحصول IBM • تارهای حسگر ( ) Sensor webs – مجموعه ای از جعبه های فلزی کوچک که به منظور جمع آوری انواع اطالعات نصب می شود ،با جعبه های نزدیک ارتباط برقرار می کند و در بعضی موارد به صورت بی سیم با دستگاه های خارجی وصل می شود. • نانوتکنولوژی – ساخت اشیا ،دستگاه ،یا سیستم هایی در مقیاس 1تا 100نانومتر. • محاسبات کوانتومی – استفاده از حاالت اساسی یک ذره (کوانتوم) از ماده به عنوان واحد بنیادی محاسبه 29 دانشکده کامپیوتر و فناوری اطالعات دانشگاه صنعتی شریف