هارد دیسک بر روی هر کامپیوتر حداقل یک هارد دیسک وجود دارد.برخی از سیستم ها ممکن است دارای بیش از یک هارد دیسک باشند. هارد دیسک یک محیط ذخیره سازی دائم برای اطلاعات را فراهم می نماید . اطلاعات دیجتال در کامییوتر می بایست بگونه ای تبدیل گردند که بتوان آنها را بصورت دائم بر روی هارد دیسک مغناطیسی ذخیره کرد.
مبانی هارد دیسک
هارد دیسک در سال 1950 اختراع گردید. هارد دیسک های اولیه شامل دیسک های بزرگ با قطر 20 اینچ ( 50/8 سانتیمتر) بوده و توان ذخیره سازی چندین مگابایت بیشتر را نداشتند. به این نوع دیسک ها در ابتدا " دیسک ثابت " می گفتند. در ادامه بمنظور تمایز آنها با فلاپی دیسک ها از واژه " هارد دیسک " استفاده گردید. هارد دیسک ها دارای یک Platter ( صفحه ) بمنظور نگهداری محیط مغناطیسی می باشند. عملکرد یک هارد دیسک مشابه یک نوار کاست بوده و از یک روش یکسان برای ضبط مغناطیسی استفاده می نمایند. هارد دیسک ونوار کاست از امکانات ذخیره سازی مغناطیسی یکسانی نیز استفاده می نمایند.در چنین مواردی می توان بسادگی اطلاعاتی را حذف و یا مجددا" بازنویسی کرد. اطلاعات ذخیره شده بر روی هر یک از رسانه های فوق ، سالیان سال باقی خواهند ماند. علیرغم وجود شباهت های موجود ، رسانه های فوق در مواردی نیز با یکدیگر متفاوت می باشند:
- لایه مغناطیسی بر روی یک نوار کاست بر روی یک سطح پلاستیکی نازک توزیع می گردد. در هارد دیسک لایه مغناطیسی بر روی یک دیسک شیشه ای ویا یک آلومینیوم اشباح شده قرار خواهد گرفت . در ادامه سطح آنها بخوبی صیقل داده می شود.
- در نوار کاست برای استفاده از هر یک از آیتم های ذخیره شده می بایست بصورت ترتیبی ( سرعت معمولی و یا سرعت بالا) در محل مورد نظر مستقر تا امکان بازیابی ( شنیدن ) آیتم دلخواه فراهم گردد. در رابطه با هارد دیسک ها می توان بسرعت در هر نقظه دلخواه مستفر و اقدام به بازیابی ( خواندن و یا نوشتن ) اطلاعات مورد نظر کرد.
در یک نوار کاست ، هد مربوط به خواندن / نوشتن می بایست سطح نوار را مستقیما" لمس نماید. در هارد دیسک هد خواندن و نوشتن در روی دیسک به پرواز در می آید! ( هرگز آن را لمس نخواهد کرد )
- نوار کاست موجود در ضبط صوت در هر ثانیه 2 اینچ ( 5/08 سانتیمتر ) جابجا می گردد. گرداننده هارد دیسک می تواند هد مربوط به هارد دیسک را در هر ثانیه 3000 اینچ به چرخش در آورد .
یک هارد دیسک پیشرفته قادر به ذخیره سازی حجم بسیار بالائی از اطلاعات در فضائی اندک و بازیابی اطلاعات با سرعت بسیار بالا است . اطلاعات ذخیره شده برروی هارد دیسک در قالب مجموعه ای از فایل ها ذخیره می گردند. فایل نامی دیگر برای مجموعه ای از بایت ها است که بنوعی در آنها اطلاعاتی مرتبط به هم ذخیره شده است . زمانیکه برنامه ای اجراء و در خواست فایلی را داشته باشد، هارد دیسک اطلاعات را بازیابی و آنها برای استفاده پردازنده ارسال خواهد کرد.
برای اندازه گیری کارآئی یک هارد دیسک از دو روش عمده استفاده می گردد:
- میزان داده (Data rate) . تعداد بایت هائی ارسالی در هر ثانیه برای پردازنده است . اندازه فوق بین 5 تا 40 مگابایت در هر ثانیه است .
- زمان جتسجو (Seek Time) . مدت زمان بین درخواست یک فایل توسط پردازنده تا ارسال اولین بایت فایل مورد نظربرای پردازنده را می گویند.
مبانی حافظه های RAM
حافظه RAM ، یک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از میلیون ها ترانزیستور و خازن تشکیل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگیری یک خازن و یک ترانزیستور می توان یک سلول را ایجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری یک بیت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بیت را که یک و یا صفر است ، در خود نگهداری خواهد کرد.عملکرد ترانزیستور مشابه یک سوییچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخیره شده در خازن و یا تغییر وضعیت مربوط به آن ، فراهم می نماید.خازن مشابه یک ظرف ( سطل) بوده که قادر به نگهداری الکترون ها است . بمنظور ذخیره سازی مقدار" یک" در حافظه، ظرف فوق می بایست از الکترونها پر گردد. برای ذخیره سازی مقدار صفر، می بایست ظرف فوق خالی گردد.مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدین ترتیب پس از گذشت چندین میلی ثانیه یک ظرف مملو از الکترون تخلیه می گردد. بنابراین بمنظور اینکه حافظه بصورت پویا اطلاعات خود را نگهداری نماید ، می بایست پردازنده و یا " کنترل کننده حافظه " قبل از تخلیه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار "یک" باشند.بدین منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات را بازنویسی می نماید.عملیات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در یک ثانیه تکرار خواهد شد.علت نامگذاری DRAM بدین دلیل است که این نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پویا خواهند بود. فرآیند تکراری " بازخوانی / بازنویسی اطلاعات" در این نوع حافظه ها باعث می شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.
سلول های حافظه بر روی یک تراشه سیلیکون و بصورت آرائه ای مشتمل از ستون ها ( خطوط بیت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکیل می گردند. نقطه تلاقی یک سطر و ستون بیانگر آدرس سلول حافظه است .
حافظه های DRAM با ارسال یک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزیستور در هر بیت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعیتی خواهند شد که خازن می بایست به آن وضغیت تبدیل گردد. در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گیری می نماید. در صورتیکه سطح فوق بیش از پنجاه درصد باشد مقدار "یک" خوانده شده و در غیراینصورت مقدار "صفر" خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عملیات فوق بسیار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانیه ( یک میلیاردم ثانیه ) اندازه گیری می گردد. تراشه حافظه ای که دارای سرعت 70 نانوثانیه است ، 70 نانو ثانیه طول خواهد کشید تا عملیات خواندن و بازنویسی هر سلول را انجام دهد.
سلول های حافظه در صورتیکه از روش هائی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمایند، بتنهائی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراین لازم است سلول های حافظه دارای یک زیرساخت کامل حمایتی از مدارات خاص دیگر باشند.مدارات فوق عملیات زیر را انجام خواهند داد :
مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون )
نگهداری وضعیت بازخوانی و باز نویسی داده ها ( شمارنده )
خواندن و برگرداندن سیگنال از یک سلول ( Sense amplifier)
اعلام خبر به یک سلول که می بایست شارژ گردد و یا ضرورتی به شارژ وجود ندارد ( Write enable)
سایر عملیات مربوط به "کنترل کننده حافظه" شامل مواردی نظیر : مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است .
مبانی اولیه حافظه
با اینکه می توان واژه " حافظه " را بر هر نوع وسیله ذخیره سازی الکترونیکی اطلاق کرد، ولی اغلب از واژه فوق برای مشخص نمودن حافظه های سریع با قابلیت ذخیره سازی موقت استفاده بعمل می آید. در صورتیکه پردازنده مجبور باشد برای بازیابی اطلاعات مورد نیاز خود بصورت دائم از هارد دیسک استفاده نمائد، قطعا" سرعت عملیات پردازنده ( با آن سرعت بالا) کند خواهد گردید. زمانیکه اطلاعات مورد نیاز پردازنده در حافظه ذخیره گردند، سرعت عملیات پردازنده از بعد دستیابی به داده های مورد نیاز بیشتر خواهد گردید. از حافظه های متعددی بمنظور نگهداری موقت اطلاعات استفاده می گردد.
محموعه متنوعی ازانواع حافظه ها وجود دارد . پردازنده با توجه به ساختار سلسله مراتبی فوق به آنها دستیابی پیدا خواهد کرد. زمانیکه در سطح حافظه های دائمی نظیر هارد و یا حافظه دستگاههائی نظیر صفحه کلید، اطلاعاتی موحود باشد که پردازنده قصد استفاده از آنان را داشته باشد ، می بایست اطلاعات فوق از طریق حافظه RAM در اختیار پردازنده قرار گیرند. در ادامه پردازنده اطلاعات و داده های مورد نیاز خود را در حافظه Cache و دستورالعمل های خاص عملیاتی خود را در ریجسترها ذخیره می نماید.
تمام عناصر سخت افزاری ( پردازنده، هارد دیسک ، حافظه و ...) و عناصر نرم افزاری ( سیستم عامل و...) بصورت یک گروه عملیاتی بکمک یکدیگر وظایف محوله را انجام می دهند . بدون شک در این گروه " حافظه " دارای جایگاهی خاص است . از زمانیکه کامپیوتر روشن تا زمانیکه خاموش می گردد ، پردازنده بصورت پیوسته و دائم از حافظه استفاده می نماید. بلافاصله پس از روشن نمودن کامپیوتر اطلاعات اولیه ( برنامه POST) از حافظه ROM فعال شده و در ادامه وضعیت حافظه از نظر سالم بودن بررسی می گردد ( عملیات سریع خواندن ، نوشتن ) .در مرحله بعد کامپیوتر BIOS را ازطریق ROM فعال خواهد کرد. BIOS اطلاعات اولیه و ضروری در رابطه با دستگاههای ذخیره سازی، وضعیت درایوی که می بایست فرآیند بوت از آنجا آغاز گردد، امنیت و ... را مشخص می نماید. در مرحله بعد سیستم عامل از هارد به درون حافظه RAM استفرار خواهد یافت . بخش های مهم و حیاتی سیستم عامل تا زمانیکه سیستم روشن است در حافظه ماندگار خواهند بود. در ادامه و زمانیکه یک برنامه توسط کاربر فعال می گردد، برنامه فوق در حافظه RAM مستقر خواهد شد. پس از استقرار یک برنامه در حافظه و آغاز سرویس دهی توسط برنامه مورد نظر در صورت ضرورت فایل های مورد نیاز برنامه فوق، در حافظه مستفر خواهند شد.و در نهایت زمانیکه به حیات یک برنامه خاتمه داده می شود (Close) و یا یک فایل ذخیره می گردد ، اطلاعات بر روی یک رسانه ذخیره سازی دائم ذخیره و نهایتا" حافظه از وجود برنامه و فایل های مرتبط ، پاکسازی ! می گردد.
همانگونه که اشاره گردید در هر زمان که اطلاعاتی ، مورد نیاز پردازنده باشد، می بایست اطلاعات درخواستی در حافظه RAM مستقر تا زمینه استفاده از آنان توسط پردازنده فراهم گردد. چرخه درخواست اطلاعات موجود درRAM توسط پردازنده ، پردازش اطلاعات توسط پردازنده و نوشتن اطلاعات جدید در حافظه یک سیکل کاملا" پیوسته بوده و در اکثر کامپیوترها سیکل فوق ممکن است در هر ثانیه میلیون ها مرتبه تکرار گردد.
به محل ذخیره کردن محاسباتی که توسط کامپیوتر انجام میگیرد حافظه گویند. در کامپیوتر ها دو نوع متداول حافظه وجود دارد. در واقع حافظه اصلی کامپیوتر شامل دو بخش است : حافظه فقط خواندنی (ROM) و حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)
حافظه
حافظه با هدف ذخیره سازی اطلاعات ( دائم ، موقت ) در کامپیوتر استفاده می گردد. از انواع متفاوتی حافظه درکامپیوتر استفاده می گردد .
RAM
ROM
Cache
Dynamic RAM
Static RAM
Flash Memory
Virtual Memory
Video Memory
BIOS
استفاده از حافظه صرفا" محدود به کامپیوترهای شخصی نبوده و در دستگاههای متفاوتی نظیر : تلفن های سلولی، PDA ، رادیوهای اتومبیل ، VCR ، تلویزیون و ... نیز در ابعاد وسیعی از آنها استفاده بعمل می آید.هر یک از دستگاههای فوق مدل های متفاوتی از حافظه را استفاده می نمایند.
سیر تکاملی کامپیوترهای Laptop
اولین مرتبه ایده ایجاد یک کامپیوتر Laptop ، توسط شخصی با نام "Alen key" در سال 1970 مطرح گردید. در سال 1979 اولین کامپیوتر Laptop توسط "William Moggridge" طراحی گردید. کامپیوتر فوق دارای 340 کیلوبایت حافظه بود. در سال 1983 ، توسط " Gavilan compute " یک Laptop با مشخصات زیر تولید گردید :
64 کیلوبایت حافظه RAM ( امکان ارتقاء آن تا 128 کیلوبایت وجود داشت )
از سیستم عامل اختصاصی شرکت Gavilan استفاده می کرد( قابلیت استفاده از MS-DOS نیز وجود داشت ).
ریزپردازنده 8080
موس touchpad
چاپگر قابل حمل
وزن آن 4 کیلوگرم و بهمراه چاپگر 6/4 کیلوگرم
کامپیوتر فوق دارای یک فلاپی درایو بود که با سایر فلاپی درایوهای موجود ، سازگار نبود.
در سال 1984 ، شرکت "اپل " مدل Apple IIc را معرفی کرد. کامپیوتر فوق از لحاظ اندازه نظیر یک کامپیوتر notebook بود. سیستم فوق دارای یک ریزپردازنده 65C02 ، یکصد وبیست و هشت کیلوبایت حافظه ، یک فلاپی درایو 5.25 ، دو پورت سریال ، یک پورت موس ، یک کارت مودم و منبع تغذیه خارجی ، بود. وزن کامپیوتربدون در نظر گرفتن مانیتور، 5 کیلوگرم بود. در کامپیوتر فوق از یک مانیتور نه اینچ تک رنگ و یا یک پانل اختیاری LCD استفاده می شد. . در ادامه و در سال 1986 ، شرکت IBM نمونه محصول خود را در این زمینه عرضه کرد. در سیستم فوق از ریزپردازنده 8080 ، 256 کیلوبایت حافظه ، دو عدد فلاپی درایو 3.5 اینچ ، یک LCD ، پورت های سریال و موازی و یک محل خاص برای یک مودم خارجی ، استفاده می گردید. کامپیوتر فوق بهمراه نرم افزارهای اختصاصی نظیر واژه پرداز ، دفترچه تلفن و ... عرضه گردید. وزن سیستم فوق 5.4 کیلوگرم و به قیمت 3500 دلار فروخته می گردید.
در ادامه شرکت های متعدد اقدام به تولید کامپیوترهای Laptop نمودند. امروزه این نوع از کامپیوترها دارای قابلیت ها ی فراوانی بوده که استفاده کنندگان مربوطه را در تمام سطوح راضی می نماید .
کامپیوتر Laptop، کامپیوتری کوچک و قابل حمل میباشد که دارای صفحه تصویر مسطح و صفحه کلیدی است که روی هم تا میشوند . کامپیوتر های Laptop که با باتری کار میکنند اغلب دارای یک صفحه تصویر LCD ( نمایشگر کریستال مایع ) میباشند. بعضی از مدلها میتوانند با یک ایستگاه جفت شوند و به عنوان یک سیستم رومیزی کامل در دفتر عمل کنند. در بعضی از کامپیوتر های Laptop مجموعه ای از برنامه های کاربردی تجاری در ROM تعبیه شده است. اغلب مردم زمانیکه با واژه " تکنولوژی " برخورد می نمایند ، بی اختیار "کامپیوتر" برای آنها تداعی می گردد. امروزه کامپیوتر در موارد متعددی بخدمت گرفته می شود. برخی از تجهیزات موجود در منازل ، دارای نوع خاصی از " ریزپردازنده" می باشند. حتی اتومبیل های جدید نیز دارای نوعی کامپیوتر خاص می باشند. کامپیوترهای شخصی ، اولین تصویر از انواع کامپیوترهائی است که در ذهن هر شخص نقش پیدا می کند. بدون شک مطرح شدن این نوع از کامپیوترها در سطح جهان، باعث عمومیت کامپیوتر در عرصه های متفاوت بوده است . کامپیوتر شخصی وسیله ای "همه منظوره " بوده که توان عملیاتی خود را مدیون یک ریزپردازنده است. این نوع از کا مپیوترها دارای بخش های متعددی نظیر : حافظه ، هارد دیسک، مودم و... بوده که حضور آنها در کنار یکدیگر به منظور انجام عملیات مورد نظر است . علت استفاده از واژه " همه منظوره " بدین دلیل است که می توان بکمک این نوع از کامپیوترها عملیات متفاوتی ( تایپ یک نامه ، ارسال یک نامه الکترونیکی، طراحی و نقشه کشی و ...) را انجام داد .
کامپیوتر شخصی ( Personal Computer ) ، با علامت اختصاری PC کامپیوتری است که برای استفاده اشخاص طراحی شده است. کامپیوتر های شخصی نیازی به اشتراک گذاری منابع پردازشی ، دیسک و چاپگر با کامپیوترهای دیگر ندارند. ایده و فکر کامپیوتر شخصی حداقل بطور اولیه آزاد کردن افراد از وابستگی به منافع شدیداً کنترل شونده کامپیوتر های بزرگ و کوچک بوده است. مثلاً در یک سازمان یا شرکت ، مدیران داده پردازی دارای اختیار بلا منازع در انتخاب برنامه ها و قالب داده هایی بودند که افراد باید مورد استفاده قرار میدادند. کامپیوتر آنالوگ کامپیوتر قیاسی یا آنالوگ کامپیوتری است که بجای اطلاعات کد دهی شده رقمی مانند اعداد در مبنای دو داده های دائمی در حال تغییر و پیوسته مانند تغییرات ولتاژ را مورد پردازش قرار میدهد. کامپیوترهای دیجیتالی ( رقمی ) مقادیر را با سیگنالهای گسسته بیان میکند. ریز پردازنده ، دیجیتالی ( رقمی ) است اما میتواند با کمک یک مبدل قیاسی به رقمی از اطلاعات قیاسی استفاده کند و همچنین با کمک یک مبدل رقمی به قیاسی ،اطلاعات رقمی را به قیاسی تبدیل کند.
