انواع كامپيوتر ( رايانه )
در اين قسمت ، انواع كامپيوتر ها به شما دوستان گرامي معرفي مي كنيم.
اميدوارم لذت ببريد.
ابر رايانه
قدرتمندترين رايانه هاي روز معمولاً ابر رايانه ناميده مي شوند. آنها در طول تاريخ بسيار گران بوده اند و استفاده از آنها به محاسبات با اولويت بالا براي تحقيقات تحت حمايت دولت ، مانند شبيه سازي هسته اي و مدل سازي هوا محدود شده است. امروزه بسياري از تكنيك هاي محاسباتي ابر رايانه هاي اوليه در رايانه هاي شخصي رايج است. از طرف ديگر ، طراحي پردازنده هاي گران قيمت و ويژه براي ابر رايانه ها با استفاده از آرايه هاي زيادي از پردازنده هاي كالا (از ده ها تا بيش از 8000) كه به طور موازي در يك شبكه ارتباطي پرسرعت كار مي كنند ، جايگزين شده است.
ميني كامپيوتر
اگرچه ميني كامپيوترها به اوايل دهه 1950 مربوط مي شوند ، اين اصطلاح در اواسط دهه 1960 مطرح شد. نسبتاً كوچك و ارزان ، رايانه هاي كوچك معمولاً در يك بخش واحد از يك سازمان مورد استفاده قرار مي گرفتند و اغلب به يك كار اختصاص مي يافتند يا توسط گروه كوچكي به اشتراك گذاشته مي شدند. كامپيوترهاي كوچك معمولاً قدرت محاسباتي محدودي دارند ، اما سازگاري بسيار خوبي با دستگاه هاي مختلف آزمايشگاهي و صنعتي براي جمع آوري و ورود داده ها دارند.
يكي از مهمترين توليدكنندگان كامپيوترهاي كوچك ، Digital Equipment Corporation (DEC) با پردازشگر داده برنامه ريزي شده (PDP) خود بود. در سال 1960 DEC’s PDP-1 به قيمت 120،000 دلار فروخته شد. پنج سال بعد PDP-8 آن 18000 دلار هزينه داشت و با فروش بيش از 50،000 اولين ميني كامپيوتر بود كه به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. DEC PDP-11 ، كه در سال 1970 معرفي شد ، در مدل هاي متنوعي عرضه مي شود ، به اندازه كافي كوچك و ارزان براي كنترل يك فرايند توليد و به اندازه كافي بزرگ براي استفاده مشترك در مراكز رايانه دانشگاه بيش از 650،000 فروخته شد. با اين حال ، ريز رايانه در دهه 1980 از اين بازار پيشي گرفت.
ميكرو كامپيوتر
ميكرو كامپيوتر يك رايانه كوچك است كه در اطراف يك مدار مجتمع يا تراشه ريز پردازنده ساخته شده است. در حالي كه ميني كامپيوترهاي اوليه جايگزين لوله هاي خلاuum با ترانزيستورهاي گسسته شدند ، ريز كامپيوترها (و همچنين ميني كامپيوترها نيز بعداً) از ريزپردازنده هايي استفاده كردند كه هزاران يا ميليون ها ترانزيستور را بر روي يك تراشه ادغام مي كند. در سال 1971 شركت اينتل اولين ريزپردازنده Intel 4004 را توليد كرد كه از قدرت كافي براي عملكرد رايانه اي برخوردار بود ، اگرچه براي استفاده در ماشين حساب ساخت ژاپن توليد شد. در سال 1975 اولين رايانه شخصي ، Altair ، از تراشه جانشين ، ريز پردازنده Intel 8080 استفاده كرد. مانند ميني كامپيوترها ، ميكرو رايانه هاي اوليه از قابليت ذخيره سازي و پردازش اطلاعات نسبتاً محدودي برخوردار بودند ، اما با پيشرفت فناوري ذخيره سازي در كنار قدرت پردازش ، اين ها رشد كرده اند.
در دهه 1980 تمايز بين ايستگاه هاي كاري علمي مبتني بر ريز پردازنده و رايانه هاي شخصي معمول بود. نمونه اول از قدرتمندترين ريزپردازنده هاي موجود استفاده مي كرد و داراي قابليت هاي گرافيكي رنگي با كارايي بالا و هزينه هزاران دلار بود. آنها توسط دانشمندان براي محاسبه و تجسم داده ها و توسط مهندسان براي مهندسي به كمك رايانه استفاده شد. امروزه تمايز بين ايستگاه هاي كاري و رايانه ها تقريباً از بين رفته است ، زيرا رايانه هاي شخصي داراي قدرت و قابليت نمايش ايستگاه هاي كاري هستند.
پردازنده هاي جاسازي شده
كلاس ديگر كامپيوتر پردازنده تعبيه شده است. اينها كامپيوترهاي كوچكي هستند كه از ريزپردازنده هاي ساده براي كنترل عملكردهاي الكتريكي و مكانيكي استفاده مي كنند. آنها معمولاً مجبور نيستند محاسبات دقيق را انجام دهند يا بسيار سريع باشند ، همچنين نبايد از قابليت "ورودي-خروجي" بالايي برخوردار باشند ، بنابراين مي توانند ارزان باشند. پردازنده هاي جاسازي شده به كنترل هواپيما و اتوماسيون صنعتي كمك مي كنند و در اتومبيل ها و هم در لوازم خانگي بزرگ و كوچك رايج است. يك نوع خاص ، پردازنده سيگنال ديجيتال (DSP) ، به اندازه ريز پردازنده رايج شده است. DSP ها در تلفن هاي بي سيم ، مودم هاي تلفن ديجيتال و كابل و برخي از تجهيزات استريو استفاده مي شوند.
سخت افزار كامپيوتر
عناصر فيزيكي رايانه ، سخت افزار آن ، معمولاً به واحد پردازش مركزي (CPU) ، حافظه اصلي (يا حافظه دسترسي تصادفي ، RAM) و لوازم جانبي تقسيم مي شوند. كلاس آخر انواع دستگاه هاي ورودي و خروجي (ورودي / خروجي) را در بر مي گيرد: صفحه كليد ، نمايشگر نمايشگر ، چاپگر ، درايوهاي ديسك ، اتصالات شبكه ، اسكنرها و موارد ديگر.
CPU و RAM مدارهاي مجتمع (وي سي) هستند - ويفرهاي كوچك سيليكوني يا تراشه هايي كه حاوي هزاران يا ميليون ها ترانزيستور است كه به عنوان سوئيچ هاي الكتريكي عمل مي كنند. در سال 1965 ، گوردون مور ، يكي از بنيان گذاران اينتل ، آنچه را كه به عنوان قانون مور شناخته مي شود ، بيان كرد: تعداد ترانزيستورهاي تراشه هر 18 ماه دو برابر مي شود. مور اظهار داشت كه محدوديت هاي مالي به زودي باعث خراب شدن قانون وي مي شود ، اما اين بسيار دقيق تر از مدت زمان طولاني تر از تصور او بود. اكنون به نظر مي رسد كه محدوديت هاي فني ممكن است سرانجام قانون مور را بي اعتبار كند ، زيرا زماني بين سال هاي 2010 و 2020 ترانزيستورها بايد هر كدام تنها از چند اتم تشكيل شده باشند ، در آن زمان قوانين فيزيك كوانتوم حاكي از اين است كه آنها به طور قابل اعتماد كار نمي كنند.
واحد پردازش مركزيCPU
مدارهايي را ارائه مي دهد كه مجموعه دستورالعمل هاي رايانه را اجرا مي كنند - زبان ماشين آن. اين مدار از مدارهاي منطقي و منطقي (ALU) تشكيل شده است. ALU عمليات رياضي و منطقي اساسي را انجام مي دهد و بخش كنترل توالي عمليات را تعيين مي كند ، از جمله دستورالعمل هاي شاخه اي كه كنترل را از يك قسمت برنامه به قسمت ديگر منتقل مي كنند. اگرچه حافظه اصلي زماني بخشي از پردازنده مركزي در نظر گرفته مي شد ، اما امروز به عنوان يك حافظه جداگانه در نظر گرفته مي شود. با اين وجود مرزها تغيير مي كنند و تراشه هاي CPU هم اكنون حاوي برخي از حافظه پنهان با سرعت بالا هستند كه داده ها و دستورالعمل ها براي دسترسي سريع به طور موقت ذخيره مي شوند.
ALU داراي مدارهايي است كه دو مقدار حسابي را جمع ، تفريق ، ضرب و تقسيم مي كند ، همچنين مدارهايي را براي عملكردهاي منطقي مانند AND و OR (كه در آن 1 به عنوان true و 0 به غلط تعبير مي شود ، به عنوان مثال 1) AND 0 = 0 ؛ رجوع كنيد به جبر بولي). ALU داراي چندين تا بيش از صد رجيستر است كه به طور موقت نتايج محاسبات خود را براي عمليات رياضي بيشتر يا انتقال به حافظه اصلي نگه مي دارد.
مدارهاي موجود در بخش كنترل CPU دستورالعمل هاي شاخه اي را ارائه مي دهند ، كه تصميمات ابتدايي را درباره دستورالعمل بعدي اجرا مي كنند.
براي مثال ، يك دستورالعمل شاخه اي ممكن است "اگر نتيجه آخرين عملكرد ALU منفي است ، به برنامه A در برنامه برويد. در غير اين صورت ، با دستورالعمل زير ادامه دهيد. " اين دستورالعمل ها اجازه تصميم گيري "اگر-پس-جاي ديگر" را در يك برنامه و اجراي دنباله اي از دستورالعمل ها ، مانند "حلقه" در حالي كه به طور مكرر مجموعه اي از دستورالعمل ها را در صورت تحقق برخي شرايط انجام مي دهند ، مي دهند. دستورالعمل مربوط به فراخوان فرا روال است كه اجرا را به زير برنامه منتقل مي كند و سپس پس از اتمام زير برنامه ، به برنامه اصلي بازمي گردد كه متوقف شده است.
در يك كامپيوتر با برنامه ذخيره شده ، برنامه ها و داده هاي موجود در حافظه قابل تشخيص نيستند. هر دو الگوهاي بيتي هستند - رشته هاي 0 و 1 ثانيه - كه ممكن است به عنوان داده يا دستورالعمل هاي برنامه تعبير شوند و هر دو توسط پردازنده از حافظه خارج مي شوند. CPU داراي يك شمارنده برنامه است كه آدرس حافظه (مكان) دستورالعمل بعدي براي اجرا را در خود نگه مي دارد.
در پايان اين مراحل چرخه آماده تكرار است و تا زماني كه دستورالعمل ويژه متوقف شود اجرا ادامه مي يابد.
مراحل اين چرخه و كليه عملكردهاي داخلي CPU توسط ساعتي تنظيم مي شود كه با فركانس بالا نوسان كند (اكنون به طور معمول در گيگا هرتز يا ميلياردها سيكل در ثانيه اندازه گيري مي شود). عامل ديگري كه عملكرد را تحت تأثير قرار مي دهد اندازه "word" است - تعداد بيت هايي كه بطور همزمان از حافظه دريافت مي شوند و دستورالعمل هاي پردازنده روي آنها كار مي كنند.
كلمات ديجيتالي اكنون از 32 يا 64 بيت تشكيل شده اند ، هرچند اندازه هاي 8 تا 128 بيت ديده مي شود.
دستورالعمل هاي پردازش يك باره يا به صورت سريال ، اغلب يك گلوگاه ايجاد مي كند زيرا بسياري از دستورالعمل هاي برنامه ممكن است آماده و منتظر اجرا باشند. از اوايل دهه 1980 ، طراحي پردازنده از روشي پيروي مي كند كه در اصل محاسبات با مجموعه دستورالعمل هاي كاهش يافته (RISC) ناميده مي شود. اين طراحي انتقال داده ها را بين حافظه و CPU به حداقل مي رساند (تمام عمليات ALU فقط روي داده هاي ثبت شده CPU انجام مي شود) و دستورالعمل هاي ساده اي را مي خواهد كه مي توانند خيلي سريع اجرا شوند. با افزايش تعداد ترانزيستورهاي تراشه ، طراحي RISC نياز به قسمت نسبتاً كوچكي از تراشه CPU دارد تا به مجموعه دستورالعمل هاي اصلي اختصاص يابد.
با استفاده از مدارهايي كه اجازه مي دهد چندين دستورالعمل همزمان يا به طور موازي اجرا شوند ، مي توان از باقيمانده تراشه براي سرعت بخشيدن به پردازنده استفاده كرد.
دو نوع عمده موازي سازي سطح دستورالعمل (ILP) در پردازنده وجود دارد كه هر دو براي اولين بار در ابررايانه هاي اوليه استفاده مي شوند. يكي خط لوله است كه به چرخه اجراي واكشي-رمزگشايي اجازه مي دهد تا همزمان چندين دستورالعمل در دست اجرا داشته باشد. در حالي كه يك دستورالعمل در حال اجرا است ، ديگري مي تواند عملوندهاي خود را بدست آورد ، يك سوم را مي توان رمزگشايي كرد ، و يك چهارم را مي توان از حافظه برداشت.
اگر هر يك از اين عمليات ها به زمان يكساني نياز داشته باشند ، يك دستورالعمل جديد مي تواند در هر مرحله وارد خط لوله شود و (به عنوان مثال) پنج دستورالعمل مي تواند در زماني كه براي تكميل بدون خط لوله لازم است ، انجام شود. نوع ديگر ILP وجود چندين واحد اجرا در پردازنده است - مدارهاي حساب كپي شده ، به ويژه مدارهاي ويژه براي دستورالعمل هاي گرافيكي يا محاسبات نقطه شناور (عمليات حسابي شامل اعداد غير انتگرال ، مانند 3.27). با استفاده از اين طرح "superscalar" ، چندين دستورالعمل مي تواند همزمان اجرا شود.