پاورپوینت سخت افزار رایانه

سخت افزار رایانه

محتوای فصل
مقدمه
واحد پردازش مرکزی
حافظه
سیر تکاملی سخت افزار
سلسله مراتب رایانه
فناوری های ورودی و خروجی
شاخص های کلی فناوری
2

مقدمه
سخت افزار: ابزار فیزیکی که برای ورودی، پردازش، خروجی و فعالیت های حافظه در یک سیستم رایانه ای استفاده می شوند. شامل:
واحد پردازش مرکزی (cpu:central processing unit)
حافظه اولیه
حافظه ثانویه
فناوری های ورودی و خروجی
فناوری های ارتباطی
انتخاب سخت افزار روی سه عامل تمرکز دارد:
قابلیت (قدرت و تناسب با وظیفه)
سرعت
هزینه
3

واحد پردازش مرکزی
واحد پردازش مرکزی (CPU:Central Processing Unit): محاسبات حقیقی و یا اصطلاحاً number crunching را در هر رایانه انجام می دهد. CPU یک ریزپردازنده است که از میلیون ها ترانزیستور کوچک ساخته شده است که در یک مدار روی یک قرص سیلیکونی یا تراشه جاسازی شده اند.
واحد کنترل(CU:Control Unit) : بخشی از واحد پردازش مرکزی است که جریان اطلاعات را کنترل می کند.
واحد محاسبه و منطق(ALU:Arithmatic-Logic Unit): بخشی از واحد پردازش مرکزی است که محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را انجام می دهد.
ثبات (register): حافظه های با سرعت بالا در CPU هستند که حجم بسیار کمی از داده ها و دستورالعمل ها در دوره های زمانی کوتاه نگه می دارند.
4

واحد پردازش مرکزیادامه
قسمت های یک ریزپردازنده
5

واحد پردازش مرکزیادامه
نحوه کار پردازنده
6

واحد پردازش مرکزیادامه
چرخه دستورالعمل ماشین (machine instruction cycle): مدت زمان پردازش یک دستور در رایانه؛سرعتی که به ازای تعداد دستورالعمل هایی که یک تراشه در هر ثانیه پردازش می کند اندازه گیری می شود.
سرعت پالس ساعت ( Clock speed ): سرعت از پیش تنظیم شده پالس ساعت رایانه که تمام فعالیت های تراشه را زمانبندی می کند.
طول کلمه(word length) : تعداد بیت هایی که CPU در هر یک از فواصل زمانی می تواند پردازش کند.
پهنای گذرگاه (bus width): اندازه مسیرهای فیزیکی که داده ها و دستورالعمل ها به عنوان ضربه الکترونیکی روی تراشه جابجا می شوند.
پهنای خط ( line width): فاصله بین ترانزیستورها، هر چه کوتاه تر باشد، سرعت تراشه بیشتر است.
7

قانون مور
پیچیدگی ریزپردازنده ها هر دو سال یکبار به علت تغییرات زیر دو برابر می شود:
کوچک سازی ترانزیستور ها
متراکم سازی و مناسب سازی لایه فیزیکی اجزای تراشه ها تا حد امکان( به منظور 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

معماری ریزپردازنده
طبقه بندی گسترده معماری ریزپردازنده ها:
CISC ( Complex Instruction Set Computing ): بیشترین معماری مورد استفاده در ریزپردازنده ها که مجموعه جامعی از دستورات را در خود جای می دهد
RISC ( Reduced Instruction Set Computing ):در این نوع ریزپردازنده تنها دستوراتی که بیشترین استفاده را داشته باشند گنجانده می شود و سایر دستورات در نرم افزارها نوشته می شود.
VLIW ( Very Long Instruction Word ): این نوع معماری با افزودن طول کلمات دستور تعداد دستورات را کاهش می دهد.
EPIC ( Explicitly Parallel Instruction Computing ): این ریزپردازنده امکان اجرای موازی برخی دستورات را می دهد.

ریزکنترلگرها
تراشه های رایانه ای که در محصولات و فناوری ها جاسازی می شود که معمولا هزینه پایین تر و نسبت به پردازنده ها، در کارهای کم تقاضاتر کاربرد دارند.
11

حافظه رایانه
دو بخش اصلی : حافظه اولیه ـ حافظه ثانویه
بیت: تنها داده ای که رایانه می تواند پردازش کند.
بایت: یک داده رشته ای 8 بیتی، که برای نمایش هر یک از عملگرهای ساده ریاضی یا حروف الفبا استفاده می شود.
ظرفیت حافظه
کیلو بایت
مگا بایت
گیگا بایت
ترابایت
پتا بایت
اگزا بایت
12

حافظه اولیه-حافظه اصلی
حافظه ای که برای نگهداری سه نوع داده زیر در دوره های زمانی کوتاه به کار می رود:
داده هایی پردازش شده توسط پردازنده
دستورالعمل های پردازنده مبنی بر چگونگی پردازش داده ها
برنامه های سیستم عامل برای مدیریت جنبه های گوناگون عملیات رایانه
ثبات ( register): بخشی از CPU با کمترین ظرفیت می باشند که تنها مقدار کمی از دستور العمل ها و داده ها را بلافاصله قبل و بعد از پردازش در خود نگه می دارد.
13

حافظه اولیهادامه
Random Access Memory(RAM): بخشی از حافظه اولیه که یک برنامه نرم افزاری و مقدار کمی داده را وقتی که از حافظه ثانویه آورده می شوند، در خود نگه می دارد.
انواع RAM
Dynamic RAM(DRAM): حافظه ای با گنجایش بالاو قیمت کم اما با سرعت نسبتا پایین
Static RAM(SRAM):کارایی این نوع حافظه از DRAM بیشتر است و لذا برای برنامه های حساس به کارایی از آن استفاده می شود. اما هزینه نسبتا بالاتری دارد.
Magnetic RAM(MRAM): حافظه ای غیرفرار که از خاصیت مغناطیسی برای ذخیره داده به جای الکتریسیته استفاده می کند، ترکیب سرعت SRAM و گنجایش بالای DRAM و غیرفراری flash
14

حافظه اولیهادامه
Cache: نوعی از حافظه اولیه که بلوک های داده ها را که زیاد مورد استفاده قرار می گیرند موقتاً در خود نگه می دارد. به دلیل فاصله کمتر تا CPU، از RAM سریعتر و دارای سه سطح می باشد:
L1 و L2: داخل پردازنده، L1 سریعتر و کوچکتر از L2 می باشد.
L3: روی بورد اصلی است ولی داخل پردازنده نیست.
Read-only memory(ROM): نوعی از حافظه اولیه که دستور العمل های کلیدی معین در آن نگهداری می شود. این حافظه غیرفرار است و در صورت خاموش شدن رایانه، دستورات باقی می مانند.
حافظه FLASH: نوعی حافظه قابل بازنویسی ROM که فشرده، قابل حمل و نیازمند انرژی کمی می باشد.
15

حافظه ثانویه
فضای حافظه ای که می تواند میزان زیادی از داده ها را برای
مدت زیادی نگه دارد.
حافظه ای غیر فرار
زمان بیشتر برای بازیابی داده ها( به دلیل طبیعت الکترومکانیکی آن)
ارزانتر از حافظه اولیه
در گونه های مختلف با فناوری های مختلف

حافظه ثانویهادامه
نوار مغناطیسی: یک حافظه ثانویه با دسترسی ترتیبی که معمولاً در یک قاب نوار یا کاست کوچک نگهداری می شود. به خاطر قیمت کم و توانایی کنترل میزان عظیمی از داده ها، هنوز رایج است.
دسترسی ترتیبی(sequential access): نوعی از دسترسی که در آن سیستم رایانه باید همه ی داده های قبلی را به منظور دسترسی به داده مورد نظر پشت سر گذارد
دیسک مغناطیسی: شکلی از حافظه ثانویه روی یک دیسک مغناطیسی که به شیارها(track) و بخش هایی (sector) تقسیم بندی شده که حاوی آدرس هایی برای بخش های مختلف داده هستند.( دیسک سخت )

حافظه ثانویهادامه
دیسک سخت (Hard Disk): نوعی از حافظه ثانویه با دسترسی مستقیم که در آن داده ها را روی صفحه فلزی ذخیره می کند که به شیارهای هم مرکز و بخش های تقسیم شده است که به وسیله ی هد خوانده می شوند.
دسترسی مستقیم(direct access): دسترسی به داده ها که در آن هر بخش از داده ها به صورت غیرترتیبی بازیابی می شود.( استفاده از آدرس داده ها برای دسترسی به آن ها )
دیسکت های مغناطیسی: نوعی از حافظه مغناطیسی با قابلیت حمل آسان و روی دیسک های پولیستری انعطاف پذیر.

حافظه ثانویهادامه
حافظه های نوری: نوعی از حافظه های ثانویه که با استفاده از تابش لیزر روی سطح یک صفحه پلاستیکی بازتابنده، خوانده می شود.
Compact Disc,Read-Only Memory(CD-ROM): نوعی از حافظه ثانویه که فقط خواندنی است.
Digital Video Disk(DVD): نوعی حافظه نوری که برای ذخیره سازی ویدئو های دیجیتالی یا داده های رایانه ای مناسب است.

حافظه ثانویهادامه
Fluorescent multilayer disk(FMD-ROM):دیسک چندلایه فلورسنت؛ نوعی حافظه نوری با ظرفیت بسیار بیشتر از DVDها.
Memory cards : کارت حافظه که به اندازه یک کارت اعتباری است و بر روی آداپتور یا slot روی کامپیوترهای شخصی نصب می شود.
دستگاه های حافظه انبساط پذیر(expandable storage device): کارتریج های دیسک قابل تعویض که برای back up گرفتن از هارد دیسک مناسب می باشند.

سیستم حافظه بنگاهی
سیستم حافظه بنگاهی(Enterprise storage system ): یک سیستم مستقل و خارجی، دارای هوشمندی که مشتمل بر دو یا چند حافظه می باشد. مکانی برای حفظ داده های سازمان با سرعت بالا و مصون در مقابل از دست رفتن داده ها(حافظه درون کامپیوتر در معرض انواع خطرات از قبیل خرابی موتور،گردو خاک،تغییرات دما و تغییرات ولتاژ است.)
RAID(Redundant arrays of independent disks): یک سیستم حافظه سازمانی که گروهی از درایوها سخت استاندارد را به یک میکروکنترولر خاص که درایو ها را با هم هماهنگ می سازد، متصل می کند؛ طوری که یک هارد درایو به نظر می رسند. (مزیت این نوع حافظه ، نگهداری داده ها به صورت افزونه (redundant) است.)

سیستم حافظه بنگاهیادامه
NAS (Network-Attached Storage): یک سیستم حافظه سازمانی که در آن یک کارگزار خاص منظوره، امکان دسترسی به فایلها را به کاربراین که از طریق شبکه به آن متصل می شوند را می دهد.
SAN(storage Area Network): یک معماری سیستم حافظه سازمانی برای ساختن شبکه های ویژه و اختصاصی که دسترسی سریع و قابل اطمینان به دستگاه های حافظه را به وسیله چند کارگزار ممکن می سازد.
Storage over IP: فناوری که با استفاده از قراردادهای اینترنتی (internet protocols) داده های ذخیره شده را بین دستگاه ها، از طریق SAN منتقل می کند. به نام های IP over SCSI و یا iSCSI هم شناخته می شود.
22

سیر تحول سخت افزار
نسل اول، از سال های 1946 تا حدود 1956، رایانه ها از لامپ های خلا برای پردازش و ذخیره داده ها استفاده می کردند
مصرف توان زیاد
تولید گرمای زیاد
عمر کوتاه
نسل دوم، از 1957 تا 1963 از ترانزیستور ها استفاده می شد.
نسل سوم، از 1964 تا 1979، مدار های مجتمع
گسترش نرم افزارها برای مردم عادی

سیر تحول سخت افزارادامه
اوایل نسل چهارم، از 1980 تا 1995، استفاده از مدار های VLSI (very-large-scale integrated )
صدها هزار مدار روی یک تراشه
ULSI، 10 میلیون ترانزیستور روی یک تراشه
بر اساس معماری فان نیومن ( پردازش دنباله ای اطلاعات، یک دستورالعمل در هر بار )
اواخر نسل چهارم، از 1996 تا کنون، استفاده از مدار های GSI
(grand-scale-integrated)
یک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه
پردازش موازی گسترده ( داده کاوی پایگاه داده های های عظیم )
24

انواع رایانه
ابررایانه ((Supercomputers
رایانه های با بالاترین توان پردازشی در دسترس، استفاده در امور علمی و نظامی روی مجموعه داده های کلان.
رایانه های بزرگ(Mainframe computers )
رایانه های بزرگ مورد استفاده سازمان های بزرگ برای انجام محاسبات حجیم و در دسترس هزاران کاربر
رایانه های متوسط (Midrange computers)
محدوده کارگزار تا کامپیوترهای کوچک: کوچکتر، ارزارنتر از رایانه های بزرگ 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.
25

انواع رایانهادامه
Workstation computers
رایانه های قدرتمند رومیزی که برای کاربردهای محاسباتی حجیم علمی، مهندسی و مالی استفاده می شوند. عموماً بر اساس معماری RISC ساخته می شوند.
رایانه های کوچک(Microcomputers)
کوچکترین و ارزان ترین طبقه از رایانه های همه منظوره، رایانه های شخصی که بر اساس اندازه به انواع زیر تقسیم می شوند:
رایانه های رومیزی شخصی (Fat-client systems)
سامانه های کاربر لاغر( Thin-client systems)
رایانه های قابل حمل
وسایل قابل حمل( Mobile Devices): PDA، گوشی همراه

ابزارهای محاسباتی
رایانه های پوشیدنی(Wearable Computers)
کارت های هوشمند(Smart Cards)
Radio Frequency Identification Tag(RFID)
27

فناوری های ورودی و خروجی
فناوری های ورودی، به کاربر و یا سایر دستگاه ها اجازه می دهد تا داده ها را به رایانه وارد کند.
دو نوع اصلی از ابزار ورودی :
دستگاه های ورود داده های انسانی
صفحه کلید
موشی
صفحه لمسی (touchscreen)
دسته لغزان (joystick )
دستگاه های ورود داده خودکار
کدخوان(Barcode)
پویشگر(scanner)
28

چند رسانه ای
فناوری چند رسانه ای (multimedia): ترکیب متن، صدا،تصویر، تصاویر متحرک در سیستم های رایانه ای
این فناوری قابلیت های رایانه را با CD/DVD player، سیستم پخش صدا و تصویر و فناوری ها بازی و موسیقی ترکیب می کند.
29

گرایش های کلی فناوری سخت افزار

بهبود نسبت هزینه-عملکرد تراشه ها
حافظه
رایانه های self-healing ( خودعیب یاب )
BlueSky محصول IBM
حسگرهای وبی ( Sensor webs )
مجموعه ای از جعبه های فلزی کوچک که به منظور جمع آوری انواع اطلاعات 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.

گرایش های کلی فناوری سخت افزار

نانوتکنولوژی
ساخت اشیا، دستگاه، یا سیستم هایی در مقیاس 1 تا 100 نانومتر.
محاسبات کوانتومی
استفاده از حالات اساسی یک ذره (کوانتوم) از ماده به عنوان واحد بنیادی محاسبه

مباحث راهبردی سخت افزار
سازمان چگونه باید با نسبت هزینه-عملکرد برخورد کنند؟
سازمان چند وقت یکبار نسبت به تغییر سیستم های خود اقدام کند؟
چگونه سازمان می تواند بهبود عملکرد را اندازه گیری کند؟

رایانه های قابل حمل
آیا استفاده از فناوری های کار از راه دور به سازمان ها و کارمندان کمک می کند؟
سازمان ها چگونه باید این شیوه جدید کار را مدیریت کنند؟

پایان
33

تعداد صفحات : 33 | فرمت فایل : .ppt

بلافاصله بعد از پرداخت لینک دانلود فعال می شود