1. بخش فناوری کتاب توربان: فصل اول
سخت افزار کامپیوتر
بخش فناوری کتاب توربان: فصل اول
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

2. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
فهرست محتوا
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
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

3. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
معرفی
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
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

4. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
معرفیادامه
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، اطلاق می شود.
سخت افزار شامل عوامل زیر است:
واحد پردازش مرکزی
حافظه اصلی
حافظه جانبی
فناوری های ورودی
فناوری های خروجی
فناوری های ارتباطی
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

5. واحد پردازش مرکزی (CPU)
محاسبات حقیقی و یا اصطلاحاً number crunching (انجام 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):
بخشی ازCPU است که جریان اطلاعات را کنترل می کند.
واحد محاسبه و منطق(ALU):
بخشی از CPU است که محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را انجام می دهد.
ثبات ها(Registers):
حافظه های با سرعت بالا در CPUهستند که حجم بسیار کمی از داده ها و دستورالعمل ها را در دوره های زمانی کوتاه نگه می دارند.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

6. نمای کلی یک ریزپردازنده
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

7. مدل ساده چرخه کار ریزپردازنده
واحد پردازش مرکزی به صورت زیر عمل می کند:
دریافت اطلاعات ورودی (شامل داده ها و دستورات) و ذخیره کردن آن ها در ثبات ها به منظور استفاده در مرحله پردازش
داده ها و دستورات از طریق bus به مراحل بعد منتقل می شوند. کنترل این جریان ها به عهده بخش کنترل است.
بخش محاسباتی(ALU) این اطلاعات را دریافت کرده و محاسبات مورد نظر را روی آن ها انجام می دهد.
سپس حاصل عملیات به ثبات های ذخیره سازی و از آن جا به یک مکان ذخیره سازی خارج از CPU منتقل می شود.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

8. واحد پردازش مرکزی ادامه
چرخه دستورالعمل ماشين(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 گيري مي شود.
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 CPU در هر يک از فواصل زماني مي تواند پردازش کند.
پهناي گذرگاه(bus width):
اندازه مسيرهاي فيزيکي که داده ها و دستورالعمل ها به عنوان ضربه الکترونيکي روي تراشه جابجا مي شوند.
پهناي خط(line width):
فاصله بين ترانزيستورها که هر چه کوتاه تر باشد، سرعت تراشه بيشتر است.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

9. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
قانون مور
قانون مور:
پیچیدگی ریزپردازنده ها هر دو سال یکبار به علت تغییرات زیر دو برابر می شود:
روند افزایشی کوچک سازی ترانزیستورها
متراکم و مناسب سازی لایه 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 اساسی در تراشه ها
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

10. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

11. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
معماری ریزپردازنده ها
طبقه بندي گسترده معماري ريزپردازنده ها:
CISC (Complex Instruction Set Computing):محاسبات 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 Computing):محاسبات 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.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

12. میکروکنترلرها / ریز پایشگرها
میکروکنترلرها:
تراشه های رایانه ای که در محصولات و فناوری ها جاسازی می شوند که معمولا 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.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

13. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه رایانه
حافظه رایانه از دو دسته تشکیل می شود:
حافظه های اولیه‌: مقدار کوچکی از داده ها و اطلاعات که فورا توسط CPU استفاده می شوند، در این جا ذخیره می شوند.
حافظه های ثانویه: مقدار زیادی از داده ها و اطلاعات (مثل یک برنامه نرم افزاری) برای مدت زمان طولانی، روی این حافظه ذخیره می شوند.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

14. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه کامپیوترادامه
بیت(رقم دودوئی : BITکوته نوشت BInary digiT):
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.
ظرفيت حافظه
کيلو بايت(KB): 210 بایت
مگا بايت(MB): بایت
گيگا بايت(GB): 230 بایت
ترا بايت(TB): بایت
پتا بايت(PB): بایت
اگزا بايت(EB): بایت
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

15. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه اولیه
حافظه اولیه یا اصلی سه نوع داده را در زمان های کوتاه ذخیره می کند.
داده هایی که می خواهند توسطCPU پردازش شوند.
دستوراتی کهCPU از 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 CPU قرار دارد.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

16. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه های اولیه
ثبات (register):
گونه ای حافظه سریع که بخشي ازCPU با کمترين ظرفيت مي باشند که تنها مقدار کمي از دستور العمل ها و داده ها را بلافاصله قبل و بعد از پردازش در خود نگه مي دارند.
Random Access Memory (RAM):
حافظه با دسترسی تصادفی بخشي 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(DRAM): حافظه ای با گنجايش بالا و 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 غيرفرار که از خاصيت مغناطيسي براي ذخيره داده به جاي الکتريسيته استفاده می کند، ترکيب سرعت SRAM و گنجايش بالاي DRAM و غيرفراري flash
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

17. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه های اولیهادامه
Cache:
نوعي از حافظه اوليه که بلوک هاي داده ها را که زياد مورد استفاده قرار مي گيرند موقتاً در خود نگه مي دارد.
Read-only memory(ROM):
نوعي از حافظه اوليه که دستور العمل هاي کليدي معين در آن نگهداري مي شود. اين حافظه غيرفرار است و در صورت خاموش شدن رايانه، دستورات باقي مي مانند.
FLASH:
نوعي حافظه قابل بازنويسي ROM که فشرده، قابل حمل و نيازمند انرژي کمي مي باشد.
در طراحی تراشه CPU هر 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.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

18. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه ثانویه
فضاي حافظه اي که مي تواند ميزان زيادي از داده ها را براي مدت زيادي نگه دارد حافظه ثانویه نامیده می شود.
حافظه ای غیر فرار است.
مدت زمان بیشتری برای بازیابی اطلاعات در حافظه ثانویه نسبت به RAM نیاز است.
از حافظه های اصلی ارزان تر است.
می تواند در گونه های مختلف رسانه با فناوری های مختلف قرار گیرد.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

19. نمای کلی سلسله مراتب حافظه
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

20. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه های ثانویه
نوار مغناطیسی (Magnetic Tape):
یک حافظه ثانویه می باشد که با دسترسی 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 دسترسي که در آن سيستم رايانه بايد همه ي داده های قبلی را به منظور دسترسی به داده مورد نظر پشت سر گذارد دسترسی ترتیبی می نامند.
ديسک مغناطيسي(Magnetic Disk):
گونه ای از حافظه ثانويه روي يک ديسک مغناطيسي که به شیارها (tracks) و بخش هايي (sectors) تقسيم بندي شده که حاوي آدرس هايي براي بخش هاي مختلف داده هستند.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

21. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه های ثانویهادامه
دیسک سخت (Hard Disk):
نوعي از حافظه ثانويه با دسترسي مستقيم که در آن داده ها را روي صفحه فلزي ذخيره مي کند که به شیارهاي هم مرکز و بخش هاي تقسيم شده است که به وسيله ي نوک خوانده مي شوند.
دسترسي به داده ها که در آن هر بخش از داده ها به صورت غيرترتيبي بازيابي مي شود (استفاده از آدرس داده ها براي دسترسي به آن ها) را دسترسی مستقیم می نامند.
ديسکت هاي مغناطيسي (Magnetic Diskettes):
نوعي از حافظه مغناطيسي با قابليت حمل آسان و روي ديسک هاي پوليستري انعطاف پذير.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

22. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
حافظه های ثانویهادامه
حافظه هاي نوري:
نوعي از حافظه هاي ثانويه که با استفاده از تابش ليزر روي سطح يک صفحه پلاستيکي 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 ذخيره سازي ويدئو هاي ديجيتالي يا داده هاي رايانه اي مناسب است.
Fluorescent multilayer disk(FMD-ROM):
ديسک چندلايه 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 slot روی کامپیوترهای شخصی نصب می شود.
دستگاه هاي حافظه انبساط پذير(expandable storage device):
کارتريج هاي ديسک قابل تعويض که براي back up گرفتن از هارد ديسک مناسب مي باشند
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

23. سامانه های حافظه سازمانی
یک سامانه حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی هوشمند است که شامل 2 یا بیشتر از 2 دستگاه ذخیره سازی است.
ویژگی ها:
مکانی برای حفظ داده های سازمان با سرعت بالا 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)
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

24. انواع حافظه های سازمانی
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 دسترسی 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 اختصاصي که دسترسي سريع و قابل اطمينان به دستگاه هاي حافظه را به وسيله چند کارگزار ممکن مي سازد.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

25. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
سیر تکامل سخت افزار
نسل اول ( ):
استفاده از لامپ های خلا برای ذخیره سازی و پردازش.
مصرف توان زیاد - تولید گرمای زیاد - عمر کوتاه
نسل دوم ( ):
استفاده از ترانزیستور ها
نسل سوم ( ):
استفاده از مدار های مجتمع: گسترش نرم افزار ها برای مردم عادی
اوایل نسل چهارم (1980 – 1995):
استفاده از مدار های VLSI - صدها هزار مدار روی یک تراشه - 10 میلیون ترانزیستور روی یک تراشه - استفاده از معماری فون نیومن
اواخر نسل چهارم ( 1996 تا کنون ):
استفاده از مدارهای GSI - یک بیلیون ترانزیستور روی یک تراشه - پردازش موازی گسترده ( داده کاوی پايگاه داده های های عظيم )
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

26. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
انواع رایانه
ابررایانه (Supercomputers):
رايانه های با بالاترين توان پردازشي در دسترس، استفاده در امور علمي و نظامي روي مجموعه داده هاي کلان.
رایانه های بزرگMainframe 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.
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

27. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
انواع رایانهادامه
Workstation computers ایستگاه های کاری
رايانه هاي قدرتمند روميزی که براي کاربردهای محاسباتی حجيم علمی، مهندسی و مالی استفاده می شوند. عموماً بر اساس معماری RISC ساخته مي شوند.
ریز رایانه ها (Microcomputers):
کوچکترين و ارزان ترين طبقه از رايانه هاي همه منظوره، مثل رايانه هاي شخصي که بر اساس اندازه به انواع زير تقسيم مي شوند:
رايانه هاي روميزي شخصي (سامانه های کاربری فربه Fat-client systems)
سامانه های کاربر ی نحیف (Thin-client systems)
رایانه های قابل حمل
وسایل قابل حمل (PDA)
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

28. فناوری های ورودی و خروجی
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 414 و 415 کتاب توربان)
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

29. گرایش های کلی فناوری سخت افزار
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 اطلاعات نصب مي شود، با جعبه هاي نزديک ارتباط برقرار مي کند و در بعضي موارد به صورت بي سيم با دستگاه هاي خارجي وصل مي شود.
فناوری نانو
ساخت اشيا، دستگاه، يا سيستم هايي در مقياس 1 تا 100 نانومتر.
محاسبات کوانتومي
استفاده از حالات اساسي يک ذره (کوانتوم) از ماده به عنوان واحد بنيادي محاسبه
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

30. مباحث راهبردی سخت افزار
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 شخصی 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؟
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90

31. مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90
با تشکر
از توجه شما
جمعه، 2018/11/09
مهندسی فناوری اطلاعات – پاییز90