حافظه رایانه

Report
‫بخش فناوری کتاب توربان‪ :‬فصل اول‬
‫‪1‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪2‬‬
‫معرفی‬
‫واحد پردازش مرکزی‬
‫حافظه رایانه‬
‫تکامل سخت افزار رایانه‬
‫سلسله مراتب رایانه‬
‫فناوری های ورودی و خروجی‬
‫شاخص های عمومی فناوری‬
‫مسائل راهبردی سخت افزار‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• تصمیم گیری در مورد سخت افزار بر اساس سه عامل مهم و مرتبط با هم انجام می گیرد ‪:‬‬
‫• قابلیت ( قدرت و تناسب با کار )‬
‫• سرعت‬
‫• هزینه‬
‫‪3‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• تعریف سخت افزار‪:‬‬
‫• سخت افزار به وسیله ای فیزیکی که برای گرفتن ورودی ‪ ،‬پردازش ‪ ،‬دادن خروجی و انجام عملیات ذخیره‬
‫سازی مورد استفاده قرار می گیرد‪ ،‬اطالق می شود‪.‬‬
‫• سخت افزار شامل عوامل زیر است‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪4‬‬
‫واحد پردازش مرکزی‬
‫حافظه اصلی‬
‫حافظه جانبی‬
‫فناوری های ورودی‬
‫فناوری های خروجی‬
‫فناوری های ارتباطی‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• واحد پردازش مرکزی(‪:)CPU‬‬
‫• محاسبات حقیقی و یا اصطالحا ‪( number crunching‬انجام سریع محاسبات بزرگ) را در هر کامپیوتر‬
‫انجام می دهد‪ CPU .‬یک ریزپردازنده (میکروپروسسور) 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
‫• بخش ی از ‪ CPU‬است که جریان اطالعات را کنترل می کند‪.‬‬
‫• واحد محاسبه و منطق(‪:)ALU‬‬
‫• بخش ی از ‪ CPU‬است که محاسبات ریاض ی و مقایسه های منطقی را انجام می دهد‪.‬‬
‫• ثبات ها(‪:)Registers‬‬
‫• حافظه های با سرعت باال در ‪ CPU‬هستند که حجم بسیار کمی از داده ها و دستورالعمل ها را در دوره‬
‫های زمانی کوتاه نگه می دارند‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫‪6‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫‪7‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• چرخه دستورالعمل ماشین(‪:)machine instruction cycle‬‬
‫• مدت زمان پردازش يک دستور در رايانه‬
‫چهار عامل تعیین کننده آن‪:‬‬
‫• سرعت پالس ساعت(‪:)Clock speed‬‬
‫• سرعت از پيش تنظيم شده پالس ساعت رايانه که تمام فعاليت های تراشه را زمانبندي مي کند‪ .‬امروزه‬
‫واحد آن گیگاهرتز است‪.‬‬
‫• طول کلمه(‪:)word length‬‬
‫• تعداد بيت هايي که ‪ CPU‬در هر يک از فواصل زماني مي تواند پردازش کند‪.‬‬
‫• پهناي گذرگاه(‪:)bus width‬‬
‫• اندازه مسیرهاي فیزيکي که داده ها و دستورالعمل ها به وسیله تحریکات الکترونيکي روي تراشه جابجا مي‬
‫شوند‪.‬‬
‫• پهناي خط(‪:)line width‬‬
‫• فاصله بین ترانزيستورها که هر چه کوتاه تر باشد‪ ،‬سرعت تراشه بيشتر است‪.‬‬
‫‪8‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• قانون مور‪:‬‬
‫• پیچیدگی ریزپردازنده ها هر دو سال یکبار به علت تغییرات زیر دو برابر می شود‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪9‬‬
‫روند افزایش ی کوچک سازی ترانزیستورها‬
‫متراکم 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 سیلیکون‬
‫قرار دادن دستورالعمل های پایه ای و اساس ی درون تراشه ها‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
http://en.wikipedia.org/wiki/Moore_Law
9۱‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‬
10
‫• طبقه بندي گسترده معماري ريزپردازنده ها‪:‬‬
‫• )‪:CISC (Complex Instruction Set Computing‬محاسبات با مجموعه دستورات‬
‫پیچیده‬
‫• بیشترین معماری مورد استفاده در ریزپردازنده ها که مجموعه جامعی از دستورات را در خود جای می دهد‬
‫• )‪:RISC (Reduced Instruction Set Computing‬محاسبات با مجموعه دستورات کم‬
‫• در این نوع ریزپردازنده تنها دستوراتی که بیشترین استفاده را داشته باشند گنجانده می شود و سایر دستورات‬
‫در نرم افزارها با دستورات اولیه یا پایه 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.‬‬
‫‪11‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• حافظه رایانه از دو دسته تشکیل می شود‪:‬‬
‫• حافظه های اولیه‪ :‬مقدار کوچکی از داده ها و اطالعات که فورا توسط ‪ CPU‬استفاده می شوند‪ ،‬در این‬
‫جا ذخیره می شوند‪.‬‬
‫• حافظه های ثانویه‪ :‬مقدار زیادی از داده ها و اطالعات (مثل یک برنامه نرم افزاری) برای مدت زمان‬
‫طوالنی‪ ،‬روی این حافظه ذخیره می شوند‪.‬‬
‫‪12‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• بیت(رقم دودوئی ‪BIT :‬کوته نوشت ‪:)BInary digiT‬‬
‫• تنها نوع داده ای که رایانه می تواند پردازش کند‪.‬‬
‫• بایت‪:‬‬
‫• یک داده رشته ای (نه لزوما ‪ 8‬بیتی)‪ ،‬که برای نمایش هر یک از عملگرهای ساده ریاض ی یا حروف الفبا‬
‫استفاده می شود‪.‬‬
‫• ظرفيت حافظه‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪13‬‬
‫کيلو بايت(‪ 210 :)KB‬بایت‬
‫مگا بايت(‪ 220 :)MB‬بایت‬
‫گيگا بايت(‪ 230 :)GB‬بایت‬
‫ترا بايت(‪ 240 :)TB‬بایت‬
‫پتا بايت(‪ 250 :)PB‬بایت‬
‫اگزا بايت(‪ 260 :)EB‬بایت‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• ثبات (‪:)register‬‬
‫• گونه ای حافظه سریع که بخش ي از ‪ CPU‬با کمترين ظرفيت مي باشند که تنها مقدار کمي از دستور‬
‫العمل ها و داده ها را بالفاصله قبل و بعد از پردازش در خود نگه مي دارند‪.‬‬
‫• ‪:)RAM(Random Access Memory‬‬
‫• بخش ي از حافظه اوليه با دسترس ی تصادفی که يک برنامه نرم افزاري و مقدار کمي داده را وقتي که از‬
‫حافظه ثانويه آورده مي شوند‪ ،‬در خود نگه مي دارد‪.‬‬
‫• انواع ‪RAM‬‬
‫• )‪ :Dynamic RAM(DRAM‬حافظه ای با گنجايش باال و قیمت کم اما با سرعت نسبتا پایین‬
‫• )‪ :Static RAM(SRAM‬کارایی این نوع حافظه از ‪DRAM‬بیشتر است و لذا برای برنامه های‬
‫حساس به کارایی از آن استفاده می شود اما هزینه نسبتا باالتری دارد‪.‬‬
‫‪14‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• ‪:Cache‬‬
‫• نوعي از حافظه اوليه که بلوک هاي داده ها را که زياد مورد استفاده قرار مي گیرند موقتا در خود نگه مي‬
‫دارد‪.‬‬
‫• )‪:Read-only memory(ROM‬‬
‫• نوعي از حافظه اوليه که دستور العمل هاي کليدي معین در آن نگهداري مي شود‪ .‬اين حافظه غیرفرار‬
‫است و در صورت خاموش شدن رايانه‪ ،‬دستورات باقي مي مانند‪.‬‬
‫• ‪:FLASH‬‬
‫• نوعي حافظه قابل بازنويس ي ‪ ROM‬که فشرده‪ ،‬قابل حمل و نيازمند انرژي کمي مي باشد‪.‬‬
‫• در طراحی تراشه ‪CPU‬هر چقدر فاصله برای انتقال داده ها کمتر باشد ‪ ،‬داده ها سریع تر‬
‫منتقل می شوند‪ .‬در این چهار حافظه اصلی از این منطق استفاده شده است‪.‬‬
‫‪15‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• فضاي حافظه اي که مي تواند میزان زيادي از داده ها را براي مدت زيادي نگه دارد حافظه‬
‫ثانویه نامیده می شود‪.‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪16‬‬
‫حافظه ای غیر فرار است‪.‬‬
‫مدت زمان بیشتری برای بازیابی اطالعات در حافظه ثانویه نسبت به ‪ RAM‬نیاز است‪.‬‬
‫از حافظه های اصلی ارزان تر است‪.‬‬
‫می تواند در گونه های مختلف رسانه با فناوری های مختلف قرار گیرد‪.‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• نوار مغناطیس ی (‪:)Magnetic Tape‬‬
‫• یک حافظه ثانویه می باشد که با دسترس ی ترتیبی 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.‬‬
‫• نوعي از دسترس ي که در آن سيستم رايانه بايد همه ي داده های قبلی را به منظور دسترس ی به داده‬
‫مورد نظر پشت سر گذارد دسترس ی ترتیبی می نامند‪.‬‬
‫• ديسک مغناطيس ي(‪:)Magnetic Disk‬‬
‫• گونه ای از حافظه ثانويه روي يک ديسک مغناطيس ي که به شیارها (‪ )tracks‬و بخش هايي (‪)sectors‬‬
‫تقسيم بندي شده که حاوي آدرس هايي براي بخش هاي مختلف داده هستند‪.‬‬
‫‪17‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• دیسک سخت (‪:)Hard Disk‬‬
‫• نوعي از حافظه ثانويه با دسترس ي مستقيم که در آن داده ها را روي صفحه فلزي ذخیره مي کند که به‬
‫شیارهاي هم مرکز و بخش هاي تقسيم شده است که به وسيله ي هد خوانده مي شوند‪.‬‬
‫• دسترس ي به داده ها که در آن هر بخش از داده ها به صورت غیرترتيبي بازيابي مي شود (استفاده از‬
‫آدرس داده ها براي دسترس ي به آن ها) را دسترس ی مستقیم می نامند‪.‬‬
‫• ديسکت هاي مغناطيس ي (‪:)Magnetic Diskettes‬‬
‫• نوعي از حافظه مغناطيس ي با قابليت حمل آسان و روي ديسک هاي پوليستري انعطاف پذير‪.‬‬
‫‪18‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• حافظه هاي نوري‪:‬‬
‫• نوعي از حافظه هاي ثانويه که با استفاده از تابش لیزر روي سطح يک صفحه دایره ای پالستيکي بازتابنده‪،‬‬
‫خوانده مي شود‪.‬‬
‫• )‪:Compact Disc,Read-Only Memory(CD-ROM‬‬
‫• نوعي از حافظه ثانويه که فقط خواندني است‪.‬‬
‫• )‪:Digital Video Disk(DVD‬‬
‫• نوعي حافظه نوري که براي ذخیره سازي ويدئو هاي ديجيتالي يا داده هاي رايانه اي مناسب است‪.‬‬
‫• )‪:Fluorescent multilayer disk(FMD-ROM‬‬
‫• ديسک چنداليه فلورسنت؛ نوعي حافظه نوري با ظرفيت بسيار بيشتر از ‪DVD‬ها‪.‬‬
‫• ‪:Memory cards‬‬
‫• کارت حافظه که به اندازه یک کارت اعتباری است و بر روی آداپتور یا ‪slot‬روی کامپیوترهای شخص ی نصب‬
‫می شود‪.‬‬
‫• دستگاه هاي حافظه انبساط پذير(‪:)expandable storage device‬‬
‫• کارتريج هاي ديسک قابل تعويض که براي ‪back up‬گرفتن از هارد ديسک مناسب مي باشند‬
‫‪19‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• یک سامانه حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی هوشمند است که شامل ‪ 2‬یا‬
‫بیشتر از ‪ 2‬دستگاه ذخیره سازی است‪.‬‬
‫• ویژگی ها‪:‬‬
‫• مکانی برای حفظ داده های سازمان با سرعت باال و مصون در مقابل از دست رفتن داده ها (حافظه درون‬
‫رایانه در معرض انواع خطرات از قبیل خرابی موتور‪،‬گردو خاک‪،‬تغییرات دما و تغییرات ولتاژ است‪).‬‬
‫• سه دسته عمده این سیستم ها عبارتند از‪:‬‬
‫)‪• RAID (Redundant Arrays of Independent Disks‬‬
‫)‪• SAN (Storage Area Network‬‬
‫)‪• NAS (Network-Attached Storage‬‬
‫‪20‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• )‪:RAID(Redundant arrays of independent disks‬‬
‫• يک سامانه حافظه سازماني که گروهي از دیسک های سخت استاندارد را به يک ميکروکنترولر خاص که‬
‫درايو ها را با هم هماهنگ مي سازد‪ ،‬متصل مي کند؛ طوري که يک هارد درايو به نظر مي رسند‪.‬‬
‫• )‪:NAS (Network-Attached Storage‬‬
‫• يک سامانه حافظه سازماني که در آن يک کارگزار خاص منظوره‪ ،‬امکان دسترس ی به فایلها را به کاربرانی‬
‫که از طریق شبکه به آن متصل می شوند را می دهد‪.‬‬
‫• )‪:SAN(storage Area Network‬‬
‫• يک معماري سامانه حافظه سازماني براي ساختن شبکه هاي ويژه و اختصاص ي که دسترس ي سريع و قابل‬
‫اطمينان به دستگاه هاي حافظه را به وسيله چند کارگزار ممکن مي سازد‪.‬‬
‫• در این سامانه ها از تکنولوژی ذخیریسازی بر مبنای ‪ IP‬یا (‪ )storage over IP‬استفاده شده‬
‫است‪ ،‬این تکنولوژی از پروتکل های اینترنتی به منظور جابجایی داده ها میان دستگاه های حافظه‬
‫استفاده میکند‪.‬‬
‫‪21‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• ابررایانه (‪:)Supercomputers‬‬
‫• رايانه های با باالترين توان پردازش ي در دسترس‪ ،‬استفاده در امور علمي و نظامي روي مجموعه داده هاي‬
‫کالن‪.‬‬
‫• رایانه های بزرگ)‪:)Mainframe computers‬‬
‫• رايانه هاي بزرگ مورد استفاده سازمان هاي بزرگ براي انجام محاسبات حجيم و در دسترس هزاران‬
‫کاربر‬
‫• رایانه های متوسط (‪:)Midrange computers‬‬
‫• کوچکتر‪ ،‬ارزانتر از رایانه های بزرگ که کارهای آنها را در محدوده هاي کوچکتر انجام مي دهند و براي‬
‫پشتيباني شبکه و اشتراک فايل و نرم افزار به کار مي روند‪.‬‬
‫‪22‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• ایستگاه های کاری (‪)Workstation computers‬‬
‫• رايانه هاي قدرتمند رومیزی که براي کاربردهای محاسباتی حجيم علمی‪ ،‬مهندس ی و مالی استفاده می‬
‫شوند‪ .‬عموما بر اساس معماری ‪ RISC‬ساخته مي شوند‪.‬‬
‫• ریز رایانه ها (‪:)Microcomputers‬‬
‫• کوچکترين و ارزان ترين طبقه از رايانه هاي همه منظوره‪ ،‬مثل رايانه هاي شخص ي که بر اساس اندازه به‬
‫انواع زير تقسيم مي شوند‪:‬‬
‫• رايانه هاي رومیزي شخص ي (سامانه های کاربری فربه ‪)Fat-client systems‬‬
‫• سامانه های کاربر ی نحیف (‪)Thin-client systems‬‬
‫• رایانه های قابل حمل‬
‫• وسایل قابل حمل (‪)PDA‬‬
‫‪23‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫• فناوری های ورودی به کاربران اجازه وارد کردن داده ها به یک رایانه را می دهد‪ .‬دو دسته‬
‫اصلی دستگاه های ورودی به صورت زیر هستند ‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫دستگاه های ورود داده انسانی مثل ‪:‬‬
‫… ‪Keyboard , Mouse , Trackball, Joystick , Touch screen ,‬‬
‫دستگاه های ورود داده خودکار مثل ‪:‬‬
‫… ‪ATM , Barcode Scanners , Sensors , Cameras ,‬‬
‫• خروجی ای که توسط یک رایانه تولید می شود‪ ،‬می تواند از طریق تعداد زیادی دستگاه‬
‫های خروجی و رسانه به کاربر منتقل شود‪.‬‬
‫• برخی از این دستگاه ها عبارتند از‪:‬‬
‫• … ‪Monitors, Printers , Plotters , Voice,‬‬
‫• (رجوع شود به جدول صفحه ‪ 414‬و ‪ 415‬کتاب توربان)‬
‫‪24‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬
‫با تشکراز توجه شما‬
‫‪25‬‬
‫اصول فناوری اطالعات – زمستان‪9۱‬‬

similar documents