اجزای رایانه و ارتباط آن‌ها
انگیزهٔ ساخت رایانه روشن است: انسان به‌دلیل خستگی، حجم زیاد کارها و نیاز به دقت، به وسیله‌ای نیاز داشت که کارها را سریع‌تر و دقیق‌تر انجام دهد. وجه تشابه رایانه و انسان هم ساده است: در انسان اطلاعات با حواس (گوش، چشم و…) دریافت، به مغز سپرده و پردازش می‌شود؛ در رایانه نیز داده‌ها گرفته، پردازش و نتایج خارج می‌شوند.
تشابه با یک کارخانه
| مؤلفهٔ کارخانه | معادل در رایانه |
|---|---|
| مواد خام و اولیه | اطلاعات ورودی به رایانه (input) |
| انبار و محل نگه‌داری مواد و تولیدات | حافظهٔ ثانویه / حافظهٔ جانبی |
| خط تولید | محل پردازش: واحد پردازش مرکزی و واحد حساب و منطق |
| محصول نهایی | اطلاعات خروجی (output) |
| مدیر کارخانه | واحد کنترل و سپس سیستم‌عامل |
🔗سخت‌افزار و نرم‌افزار در یک زنجیره hardware + software
هیچ واحدی مستقل عمل نمی‌کند؛ همهٔ واحدهای رایانه در ارتباط با یکدیگر کار می‌کنند.
🔢شکل نگه‌داری اطلاعات binary digits
همهٔ داده‌ها و دستورالعمل‌ها به‌صورت ارقام دودویی — رشته‌ای از صفر و یک — نگه‌داری می‌شوند.
🧠دو حافظهٔ متفاوت primary vs secondary
حافظهٔ اصلی (فعال) میزبان برنامهٔ در حال اجراست؛ حافظهٔ جانبی محل نگه‌داری دائمی.
کدام گزینه دربارهٔ ارتباط واحدهای رایانه درست است؟
- همهٔ واحدهای رایانه مستقل از هم عمل می‌کنند.
- واحدهای ورودی و خروجی در ارتباط با یکدیگر عمل می‌کنند و مستقل هستند.
- همهٔ واحدهای رایانه در ارتباط با یکدیگر عمل می‌کنند.
- حافظه در رایانه نقشی در پردازش ندارد.
نمایش پاسخ
وجه تشابه عملکرد انسان و رایانه شامل کدام مورد است؟
- دریافت اطلاعات از دنیای خارج
- ذخیرهٔ اطلاعات
- پردازش و به‌کارگیری اطلاعات
- همهٔ موارد
نمایش پاسخ
حافظهٔ اصلی: RAM و ROM
حافظه محلی است برای نگه‌داری داده‌ها، دستورالعمل‌ها و نتایج حاصل از داده‌ها. حافظهٔ اصلی به دو خانواده تقسیم می‌شود: RAM (حافظهٔ فعال، خواندنی‌نوشتنی، فرّار) و ROM (حافظهٔ غیرفرّار، فقط‌خواندنی).
ویژگی‌های RAM
- از جنس نیمه‌رسانا (semiconductor) است.
- برای خواندن و نوشتن اطلاعات به‌کار می‌رود.
- با قطع برق یا خاموش‌شدن رایانه، اطلاعات روی آن از بین می‌رود؛ پس حافظهٔ فرّار است.
- می‌توان بارها روی آن نوشت، اما برای نگه‌داری بلندمدت مناسب نیست.
- هر برنامهٔ رایانه‌ای پیش از اجرا باید ابتدا در حافظهٔ RAM مستقر شود.
ویژگی‌های ROM
- از جنس نیمه‌رسانا است و اطلاعات آن با قطع برق از بین نمی‌رود (غیرفرّار / non-volatile).
- اطلاعات این حافظه فقط قابل خواندن است و دستورات اساسی راه‌اندازی، توسط شرکت سازنده در آن ثبت شده است.
- انواع آن از نظر برنامه‌پذیری: فقط‌خواندنی ساده، یک‌بار‌برنامه‌پذیر، پاک‌شدنی با نور فرابنفش و پاک‌شدنی الکتریکی.
| نوع | نام کامل | روش برنامه‌ریزی | توضیح |
|---|---|---|---|
| ROM | فقط‌خواندنی | در کارخانه | اطلاعات هنگام ساخت ثبت می‌شود و تغییر نمی‌کند. |
| PROM | برنامه‌پذیر یک‌بار | یک بار، توسط کاربر | اطلاعات را فقط یک‌بار می‌توان ذخیره کرد؛ پس از آن تغییری نمی‌پذیرد. |
| EPROM | پاک‌شدنی با نور فرابنفش | چند بار | برای پاک‌کردن باید تراشه در دستگاه ویژه‌ای زیر نور فرابنفش قرار گیرد. |
| EEPROM | پاک‌شدنی الکتریکی | چند بار، در جای خود | با سیگنال الکتریکی پاک و بازنویسی می‌شود و می‌توان محتوایش را تغییر داد. |
واحد اندازه‌گیری حافظه
کوچک‌ترین واحد نگه‌داری، بیت است (مقدار ۰ یا ۱)؛ هشت بیت یک بایت می‌سازد و بایت واحد پایهٔ سنجش ظرفیت حافظه است.
| واحد | اندازهٔ رایج در منبع درسی | معادل دقیق |
|---|---|---|
| بیت (bit) | کوچک‌ترین واحد حافظه | ۰ یا ۱ — دو حالت |
| بایت (Byte) | ۸ بیت | ۸ بیت = ۱ بایت |
| کیلوبایت (KB) | ۱۰۲۴ بایت | می‌تواند ۱۰۰۰ بایت (kB) یا ۱۰۲۴ بایت (KiB) باشد |
| مگابایت (MB) | ۱۰۲۴ کیلوبایت | ۱۰⁶ یا ۲²⁰ بایت |
| گیگابایت (GB) | ۱۰۲۴ مگابایت | ۱۰⁹ یا ۲³⁰ بایت |
| ترابایت (TB) | ۱۰۲۴ گیگابایت | ۱۰¹² یا ۲⁴⁰ بایت |
| — | — | امروز: پتابایت (PB) و اگزابایت (EB) هم رایج است |
کدام گزینه دربارهٔ حافظه درست است؟
- حافظه‌ها به دو دستهٔ RAM و ROM تقسیم می‌شوند و از جنس نیمه‌رسانا هستند.
- اطلاعات روی RAM همیشه باقی می‌ماند.
- جنس حافظهٔ ROM رساناست و به برق حساس نیست.
- هر برنامه پیش از اجرا روی ROM مستقر می‌شود.
نمایش پاسخ
حافظهٔ جانبی (ثانویه)
برای نگه‌داری دائمی اطلاعات از حافظهٔ جانبی استفاده می‌شود: برنامه‌ای که در حافظهٔ فعال اجرا می‌شود، نخست باید در حافظهٔ جانبی نگه‌داری شده باشد تا بعداً قابل فراخوانی باشد.
فلاپی دیسک
رسانهٔ مغناطیسی با پوشش اکسید آهن؛ ظرفیت رایج ۱٫۴۴ مگابایت در قالب ۳٫۵ اینچ.
دیسک سخت
چند صفحهٔ مغناطیسی موازی در یک بسته؛ دسترسی سریع‌تر و ظرفیت بسیار بیشتر از فلاپی.
درایو حالت جامد
بدون قطعهٔ متحرک، مبتنی بر حافظهٔ فلش؛ پایان دوران جست‌وجوی مکانیکی.
حافظهٔ فلش
فلش USB، کارت حافظه و تراشهٔ M.2؛ رسانهٔ جیبی امروز.
انبارش ابری
داده در مرکز داده؛ دسترسی از هر دستگاه و هر نقطه — انبارش به سرویس تبدیل شد.
خط زمانی افقی است — با کشیدن یا کلیدهای جهت‌دار پیمایش کنید. scroll horizontally
دیسک مغناطیسی و دیسک فلاپی
صفحه‌ای دایره‌ای آغشته به اکسید آهن. بر اساس قطر در اندازه‌های ۸، ۵٫۲۵ و ۳٫۵ اینچ ساخته می‌شد. روی هر رویه، دوایر هم‌مرکزی به نام شیار (track) وجود دارد و هر شیار به قطاع‌هایی به نام سکتور تقسیم می‌شود. برای جلوگیری از گرد و غبار و تماس دست، دیسک در یک قاب پلاستیکی بسته‌بندی می‌شد.
دیسک نوری
در دیسک‌های نوری به‌جای خواص مغناطیس از فناوری لیزر برای ضبط و خواندن داده استفاده می‌شود. انواع متداول: CD-ROM و DVD-ROM (یک‌بار نوشتنی توسط سازنده) و انواع R/RW (نوشتنی توسط کاربر).
| رسانه | ظرفیت رایج | کاربرد کلاسیک | وضعیت امروز |
|---|---|---|---|
| CD | بیش از ۶۸۰ مگابایت (~۷۰۰ مگابایت) | متن، موسیقی، نرم‌افزار | کم‌کاربرد؛ در آرشیو و برخی سامانه‌های قدیمی |
| DVD | ۴٫۷ گیگابایت تکی‌لایه/یک‌رو، ۸٫۵ گیگابایت دولایه، تا ۱۷ گیگابایت دورو و دولایه | فیلم و داده | جای خود را به پخش اینترنتی داده است |
| Blu-ray | ۲۵ گیگابایت تکی‌لایه، ۵۰ گیگابایت دولایه | فیلم با کیفیت بالا، آرشیو | در سینمای خانگی و آرشیو حرفه‌ای باقی مانده |
| UHD BD | تا ۱۰۰ گیگابایت | فیلم ۴K/۸K | رسانهٔ تخصصی |
کدام گزینه در ارتباط با ظرفیت DVD نادرست است؟
- ظرفیت DVD به‌طور معمول ۶۵۰ مگابایت است.
- یک DVD تکی‌لایه و یک‌رو، ۴٫۷ گیگابایت داده ذخیره می‌کند.
- یک DVD دولایه معمولی، ۸٫۵ گیگابایت داده را ذخیره می‌کند.
- یک DVD دولایه و دورو ظرفیت بیشتری دارد.
نمایش پاسخ
از مهم‌ترین ویژگی‌های هارد دیسک نسبت به دیسکت، کدام‌یک به‌شمار نمی‌آید؟
- سرعت بالا
- دقت بیشتر
- ظرفیت بیشتر
- غیرقابل‌انتقال بودن
نمایش پاسخ
واحد پردازش مرکزی، حساب و منطق، کنترل
واحد پردازش مرکزی (CPU) دستورالعمل‌ها را تفسیر و اجرا می‌کند و سرعت و توانایی سیستم را تعیین می‌کند. سه بخش دارد: واحد حساب و منطق، واحد کنترل و ثبات‌ها.
➗واحد حساب و منطق ALU
پردازش داده‌ها: جمع، تفریق، ضرب، تقسیم، مکمل‌گیری، شیفت و مقایسه‌های منطقی — با کمک ثبات‌ها، جمع‌کننده‌ها، مکمل‌سازها و شیفت‌دهنده‌ها.
🎛️واحد کنترل control unit
برقراری ارتباط میان واحدهای مرکزی، ورودی و خروجی؛ با ارسال ضربان‌های الکترونیکی که توسط «ضربان‌ساز» (clock) هماهنگ می‌شوند.
📥ثبات‌ها registers
کوچک‌ترین و سریع‌ترین حافظهٔ رایانه؛ محل نگه‌داری موقت عملوندها و نتیجهٔ عملیات در دل پردازنده.
| نسل ریزپردازنده‌های اینتل | دورهٔ تقریبی | نکته |
|---|---|---|
| 8088 / 8086 | اواخر دههٔ ۱۹۷۰ | آغاز ریزپردازنده‌های ۱۶ بیتی؛ مبنای IBM PC |
| 80286 • 80386 • 80486 | دههٔ ۱۹۸۰ و اوایل ۱۹۹۰ | حالت محافظت‌شده، معماری ۳۲ بیتی و واحد ممیز شناور داخلی |
| Pentium / II / III / 4 | دههٔ ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۰ | نام تجاری به‌جای شمارهٔ صرف؛ پردازش موازی درون‌خطی |
| Core و نسل‌های بعد | ۲۰۰۶ تا امروز | چند هسته‌ای، حافظهٔ نهان چندسطحی، اجرای حدسی |
| معماری‌های نو | ۲۰۱۰ تا امروز | ARM64 (اپل سری M، گوشی‌ها)، AMD Ryzen، استاندارد آزاد RISC-V |
دستگاه‌های ورودی
دستگاه‌های ورودی، داده‌ها و اطلاعات را از محیط خارج رایانه می‌گیرند و به شکل دیجیتالی (رشته‌ای از صفر و یک) و قابل‌فهم برای رایانه تبدیل می‌کنند.
صفحه‌کلید keyboard
شبیه صفحه‌کلید ماشین تایپ؛ متداول‌ترین وسیلهٔ ورود متن. کلیدها: الفبایی، عددی، تابعی و کلیدهای ویژه.
ماوس mouse
اشاره‌گر، کلیک، دوبار‌کلیک و کلیک راست. امروز افزون بر آن: تاچ‌پد، قلم و صفحهٔ لمسی.
اسکنر scanner
تصویر کاغذ را به دادهٔ دیجیتال تبدیل می‌کند. ظرفیت تفکیک‌پذیری بر حسب نقطه بر اینچ (DPI) سنجیده می‌شود؛ اسکنر مسطح تخت، برگه‌ای و دستی.
دوربین دیجیتال digital camera
ثبت تصویر و ویدئو روی حافظهٔ فلش و انتقال آن به رایانه؛ از CCD به CMOS و امروز دوربین چندگانهٔ گوشی.
میکروفن microphone
تبدیل موج صوتی به سیگنال دیجیتال برای ضبط، تماس صوتی، تشخیص گفتار و فرمان صوتی.
مودم و شبکه modem / network
تبدیل سیگنال دیجیتال به سیگنال قابل‌انتقال روی خط و برعکس؛ دروازهٔ ورود و خروج داده‌های شبکه.
دستگاه‌های خروجی
خروجی، نتیجهٔ پردازش است که به شکل قابل‌فهم برای انسان ارائه می‌شود.
نمایشگر monitor
نمایش متن، تصویر و فیلم. ویژگی‌های مهم: اندازه، تفکیک‌پذیری، تعداد رنگ، نرخ نوسازی، نوع پنل و اتصال (HDMI/DisplayPort).
چاپگر ماتریس نقطه‌ای dot-matrix
چاپ ضربه‌ای با سرسوزن روی نوار؛ مناسب فرم‌های چندنسخه‌ای و رسید، صدای زیاد و کیفیت پایین.
چاپگر جوهرافشان inkjet
پاشش قطره‌های جوهر روی کاغذ؛ کیفیت رنگ بالا برای عکس و حجم کم؛ هزینهٔ بالای جوهر در مدل‌های کارتریجی.
چاپگر لیزری laser
فرایند الکترواستاتیک با غلطک و تونر: سرعت و کیفیت متن بسیار بالا و هزینهٔ پایین در حجم زیاد.
رسام / پلاتر plotter
چاپ در ابعاد بزرگ برای نقشه، نقشهٔ فنی و طراحی معماری؛ امروز با فناوری جوهرافشان در ابعاد رول.
بلندگو speaker
تبدیل سیگنال دیجیتال به صدای قابل‌شنیدن؛ از جفت بلندگوی رومیزی تا سامانهٔ صدای فراگیر و هدفون.
به‌روزرسانی با دانش امروز
اسلایدهای منبع از نظر مفاهیم پایه (تفکیک حافظهٔ اصلی و جانبی، معماری پردازنده، تفکیک دستگاه‌های ورودی/خروجی) همچنان درست‌اند. آنچه عوض شده، نسخه‌های فناوری و اعداد است.
| مفهوم | در اسلایدهای منبع | امروز (۲۰۲۶) |
|---|---|---|
| حافظهٔ RAM | ماژول‌های SDRAM/DDR با ظرفیت چند صد مگابایت | DDR5 استاندارد رومیزی و LPDDR5X در دستگاه‌های همراه؛ ۸ تا ۶۴ گیگابایت رایج و پهنای باند ده‌ها گیگابایت بر ثانیه. فرّار بودن همچنان پابرجاست. |
| ROM و انواع آن | PROM، EPROM با پاک‌سازی فرابنفش، EEPROM | کاربرد عملی امروز حافظهٔ فلش است: NOR برای کد سخت‌افزاری و NAND برای داده. EPROM فرابنفش عملاً منسوخ شده است. |
| راه‌اندازی سیستم | حافظهٔ ROM شامل دستورات اساسی راه‌اندازی (سنت‌شکنندهٔ BIOS) | امروز UEFI جای BIOS سنتی را گرفته است: راه‌اندازی سریع‌تر، پارتیشن GPT، درایوهای بزرگ‌تر و Secure Boot. |
| دیسک فلاپی | ۳٫۵ اینچ با ۱٫۴۴ مگابایت، نسل‌های ۸ و ۵٫۲۵ اینچ منسوخ | عملاً منقرض. معادل امروزی: فلش USB (تا ۱ ترابایت)، کارت microSD و فضای ابری. |
| دیسک سخت مغناطیسی | رسانهٔ اصلی ذخیره‌سازی و معیار ظرفیت | برای داده‌های حجیم و آرشیو باقی مانده و ظرفیت آن به ۲۰–۳۰ ترابایت رسیده است؛ اما سیستم‌عامل و برنامه‌ها روی SSD اجرا می‌شوند. |
| دیسک نوری | CD و DVD به‌عنوان رسانهٔ توزیع نرم‌افزار و فیلم | توزیع نرم‌افزار کاملاً اینترنتی شده و فیلم از سرویس‌های پخش می‌آید؛ Blu-ray و UHD BD در آرشیو و سینمای خانگی مانده‌اند. |
| پردازندهٔ مرکزی | تراشهٔ تک‌هسته‌ای با فرکانس مگاهرتز تا چند گیگاهرتز | تراشهٔ چند‌هسته‌ای (۸ تا ۲۴ هستهٔ منطقی و بیشتر) با هسته‌های ناهمگون، فرکانس تا حدود ۶ گیگاهرتز، حافظهٔ نهان سه‌سطحی و ساخت در مقیاس نانومتری. |
| نمایشگر | لولهٔ تصویر CRT | LCD جای CRT را گرفت و امروز OLED و mini-LED با تفکیک‌پذیری 4K/8K، HDR و نرخ نوسازی ۱۲۰ تا ۲۴۰ هرتز رایج است. «مانیتور LED» در حقیقت LCD با نور پس‌زمینهٔ LED است. |
| چاپگر | ماتریس نقطه‌ای، جوهرافشان، لیزری | همان سه خانواده با بهبود شدید؛ افزون بر آن‌ها چاپ سه‌بعدی (FDM/SLA) به ساخت افزایشی تبدیل شده است. حجم چاپ کاغذی کاهش یافته و جریان کار به PDF دیجیتال منتقل شده است. |
| مودم | مودم سیمی و دیال‌آپ با سرعت چند کیلوبیت بر ثانیه | فیبر نوری خانگی (حدود ۱ گیگابیت)، 5G، Wi-Fi 7 و اینترنت ماهواره‌ای؛ مفهوم MOdulator/DEModulator همان است، مقیاس هزاران برابر. |
| اسکنر | اسکنر مسطح با پورت موازی | دوربین گوشی + تشخیص نویسهٔ نوری (OCR) و مدل‌های بینایی ماشین جایگزین بسیاری از کاربردهای اسکنر خانگی شده؛ اسکنر تخت در بایگانی و دفتر اداری مانده است. |
| اتصال دستگاه‌ها | پورت سری/موازی، PS/2، VGA | یک گذرگاه یکپارچهٔ USB-C و Thunderbolt توان، داده و تصویر را همراه می‌برد؛ PCIe نسل ۴ و ۵ پهنای باند حافظه و کارت‌ها را تأمین می‌کند. |
| واحد اندازه‌گیری | کیلوبایت = ۱۰۲۴ بایت | استاندارد IEC 80000-13 بین دو مفهوم تفکیک می‌گذارد: kB = ۱۰۰۰ بایت و KiB = ۱۰۲۴ بایت. سازندگان دیسک از یکاهای ده‌دهی و سیستم از دودویی استفاده می‌کنند؛ ریشهٔ تفاوت «ظرفیت اسمی و واقعی» همین است. |
نقشهٔ پوشش منبع — کدام بخش این صفحه از کدام اسلاید استخراج شده است.
| بخش این صفحه | اسلایدهای منبع |
|---|---|
| ۲.۱ اجزای رایانه | اسلایدهای ۳–۶، ۸، ۳۰، ۳۱ |
| ۲.۲ حافظهٔ اصلی | اسلایدهای ۷، ۹–۱۳، ۱۵ |
| ۲.۳ حافظهٔ جانبی | اسلایدهای ۱۴، ۱۶–۲۵ |
| ۲.۴ پردازنده و واحدهای داخلی | اسلایدهای ۲۶–۲۹ |
| ۲.۵ دستگاه‌های ورودی | اسلایدهای ۳۰–۴۴ |
| ۲.۶ دستگاه‌های خروجی | اسلایدهای ۴۵–۵۵ |
| ۲.۷ به‌روزرسانی‌ها | افزودهٔ سرویراستار (دانش ۲۰۲۶) |
پازل مفاهیم فصل
همهٔ مفاهیم این فصل، یک‌جا و به‌شکل یک بازی: هر مفهوم را انتخاب کنید و به تعریف درستش وصل کنید — جفت درست همان لحظه سبز می‌شود و به آسمانِ جدول می‌پرد، جفت اشتباه با یک جرقه باز می‌شود. وقتی همهٔ جفت‌ها کامل شد، «بررسی پاسخ‌ها» را بزنید تا بالن‌ها بترکند و در آسمانِ جدول به هم گره بخورند. هر وقت خواستید پاسخ‌نامه را ببینید، دکمهٔ «نمایش پاسخ‌ها» آن را کامل نشان می‌دهد.