بخش فناوری کتاب توربان :فصل اول 1 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • • • • • • • • 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 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 6 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 7 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • چرخه دستورالعمل ماشین(:)machine instruction cycle • مدت زمان پردازش يک دستور در رايانه؛ سرعتي که به ازاي تعداد دستورالعمل هايي که يک تراشه در هر ثانيه پردازش مي کند اندازه گیري مي شود. • چهار عامل تعیین کننده آن: • • • • 8 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 عنوان ضربه الکترونيکي روي تراشه جابجا مي شوند. پهناي خط(:)line width • فاصله بین ترانزيستورها که هر چه کوتاه تر باشد ،سرعت تراشه بيشتر است. مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 در تراشه ها مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 http://en.wikipedia.org/wiki/Moore_Law 10 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 هسته 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 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • میکروکنترلرها: • تراشه های رایانه ای که در محصوالت و فناوری ها جاسازی می شوند که معموال نسبت به ریزپردازنده ها هزینه پایین تری دارند و در کارهای کم تقاضاتر به کار گرفته می شوند. • میکروکنترلرها شامل یک پردازشگر مرکزی ،حافظه و دستگاه های جانبی ورودی /خروجی برنامه پذیر می باشند. 12 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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. 13 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • بیت(رقم دودوئی BIT :کوته نوشت :)BInary digiT • تنها داده ای که رایانه می تواند پردازش کند. • بایت: • یک داده رشته ای 8بیتی ،که برای نمایش هر یک از عملگرهای ساده ریاض ی یا حروف الفبا استفاده می شود. • ظرفيت حافظه • • • • • • 14 کيلو بايت( 210 :)KBبایت مگا بايت( 220 :)MBبایت گيگا بايت( 230 :)GBبایت ترا بايت( 240 :)TBبایت پتا بايت( 250 :)PBبایت اگزا بايت( 260 :)EBبایت مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • حافظه اولیه یا اصلی سه نوع داده را در زمان های کوتاه ذخیره می کند. • داده هایی که می خواهند توسط CPUپردازش شوند. • دستوراتی که CPUاز روی آن ها پردازش را انجام می دهد. • برنامه های سیستم عامل که عملیات رایانه را مدیریت می کنند. • این حافظه روی مادر برد و نزدیک به CPUقرار دارد. 15 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 • حافظه با دسترس ی تصادفی بخش ي از حافظه اوليه 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. • ) :Magnetic RAM(MRAMحافظه ای غیرفرار که از خاصيت مغناطيس ي براي ذخیره داده به جاي الکتريسيته استفاده می کند ،ترکيب سرعت SRAMو گنجايش باالي DRAMو غیرفراري flash 16 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • :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. 17 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • فضاي حافظه اي که مي تواند میزان زيادي از داده ها را براي مدت زيادي نگه دارد حافظه ثانویه نامیده می شود. • • • • 18 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. مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 19 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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. 20 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 نوک 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. 21 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • حافظه هاي نوري: • نوعي از حافظه هاي ثانويه که با استفاده از تابش لیزر روي سطح يک صفحه 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 22 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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 23 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • ):RAID(Redundant arrays of independent disks • يک سيستم حافظه سازماني که گروهي ازدرایوهای سخت استانداردرابه 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 سيستم 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 سيستم 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. 24 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • نسل اول (:)1956 - 1946 • استفاده از المپ های خال برای ذخیره سازی و پردازش. • مصرف توان زیاد -تولید گرمای زیاد -عمر کوتاه • نسل دوم (:)1963 - 1957 • استفاده از ترانزیستور ها • نسل سوم (:)1979 - 1964 • استفاده از مدار های مجتمع :گسترش نرم افزار ها برای مردم عادی • اوایل نسل چهارم (:)1995 – 1980 • استفاده از مدار های - VLSIصدها هزار مدار روی یک تراشه 10 -میلیون ترانزیستور روی یک تراشه - استفاده از معماری فون نیومن • اواخر نسل چهارم ( 1996تا کنون ): • استفاده از مدارهای - GSIیک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه -پردازش موازی گسترده ( داده کاوی پايگاه داده های های عظيم ) 25 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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. 26 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • Workstation computersایستگاه های کاری • 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 27 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • 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) 28 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • • • • بهبود نسبت هزينه-عملکرد تراشه ها ذخیره سازی (حافظه) رایانه های خود عیب یاب ()self-healing حسگرهای وبی ()Sensor webs • مجموعه اي از جعبه هاي فلزي کوچک که به منظور جمع آوري انواع اطالعات نصب مي شود ،با جعبه هاي نزديک ارتباط برقرار مي کند و در بعض ي موارد به صورت بي سيم با دستگاه هاي خارجي وصل مي شود. • فناوری نانو • ساخت اشيا ،دستگاه ،يا سيستم هايي در مقياس 1تا 100نانومتر. • محاسبات کوانتومي • استفاده از حاالت اساس ي يک ذره (کوانتوم) از ماده به عنوان واحد بنيادي محاسبه 29 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 • برای بهره برداری بیشتر از سخت افزار باید به مسائل زیر توجه داشته باشیم : • سازمان ها چگونه باید خود را با سرعت پیشرفت قیمت بر کارآیی مطابقت دهند؟ برای مثال هر سازمان در چه مدتی باید رایانه ها و سیستم های ذخیره سازی خود را به روز کند ؟ آیا این به روز رسانی منجر به بازدهی بیشتر می شود ؟ چگونه می توان این افزایش بازدهی را فهمید و اندازه گیری کرد؟ • رایانه های جیبی و شخص ی باعث شده تا کارمندان قابلیت انجام کار از راه دور و از خانه خود را نیز داشته باشند .آیا این شیوه جدید کار به سود سازمان ها و کارمندان است ؟ سازمان ها این شیوه های جدید را چگونه مدیریت می کنند؟ 30 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017 با تشکر از توجه شما 31 مهندس ی فناوری اطالعات – پاییز90 سه شنبه 11 ،ژوئيه 2017
© Copyright 2025 Paperzz