Meta: ما در طی این مقاله ضمن معرفی کامپیوتر و اجزای اصلی آن، سعی در بررسی نحوه عملکرد کامپیوتر به صورت نرم افزاری و سخت افزاری داریم.
یک شخص، زمانی که به تازگی با یک آشنا میشود، چیزی که از روی کنجکاوی به ذهنش خطور میکند آن است که واقعاً کامپیوتر چگونه کار میکند. چگونه حرفهای من را می فهمد و به محض پلک زدن به نتیجه میرسد. طبیعتاً همه این سوالات، درست زمانی مطرح میشوند که ما تقریباً هیچ پس زمینهای از کامپیوتر نداشته باشیم. در این مقاله، تمام تلاش خود را به کار گرفتهایم تا تمام علامت سوالهای ذهن کنجکاو شما را پاسخ دهیم و در مورد فرآیند کاری یک سیستم کامپیوتری بیشتر بحث کنیم.
کامپیوتر چیست
کامپیوتر را میتوان از هزار جنبه مختلف توصیف کرد. در یک تعریف جمع و جور و خلاصه، کامپیوتر، یک ماشین پردازش اطلاعات دیجی ی ی کامپیوترهای کوانتومی تال میباشد. به زبان ساده، این دستگاه، اطلاعات را گرفته و ابتدا به اعداد باینری یا همان صفر و یک خودمان تبدیل کرده و سپس با استفاده از عملیات پایه ریاضی، مورد نحوه برگرداندن آن اعداد به کلمات یا عملگرها، تصمیم گیری میکند. یک سیستم دیجیتال با ذخیره اطلاعات در یک بیت یا مجموعهای از بیتها، اطلاعات را به روشی خاص ذخیره کرده و بر روی آنها پردازش میکند. همانطور که میدانید، بیت متغیری است که میتواند تنها یکی از دو مقدار 0 یا 1 را داشته باشد. البته با معرفی ، تعریف ما شاید کمی ابتدایی به نظر برسد.
بخش های اصلی یک کامپیوتر
برای این که ببینم یک کامپیوتر چگونه کار میکند بایستی در ابتدا پیچ و مهرههای آن را خوب بشناسیم. تلفیقی از ورودی و خروجی، فضای ذخیره سازی و نیز پردازش، نیرو محرکههای اصلی این ماشین الکترونیکی میباشند. این چهار جزء اصلی کامپیوتر در ذیل شرح داده شدهاند:
پردازنده مرکزی (CPU)
Central Processing Unit یا واحد پردازش مرکزی، به عنوان مغز یک کامپیوتر شناخته میشود. این میکروپروسسور یا ریزپردازنده، گروهی از بیتها را به اصطلاح واکشی میکند که دستورالعمل نامیده میشوند. این دستورالعملها به ریزپردازنده میگویند که چه نوع دیتایی را و چگونه باید مدیریت کند. پردازنده در هنگام پردازش اطلاعات، به شدت داغ میکند به همین دلیل است که یک فن کوچک از گرمای بیش از حد آن جلوگیری میکند.
"" سرعت مغز کامپیوتر (CPU) 4 برابر سریعتر از مغز انسان است ""
حافظه
حافظه یا Storage دقیقاً همان کاری را انجام میدهد که از نامش پیداست؛ مقادیر بیتها را به خاطر میآورد. حافظه کامپیوتر دائماً با CPU در تعامل می باشد به گونهای که بیتهای ارسال شده توسط CPU را ذخیره کرده یا مقادیر آن بیتها را به CPU برمیگرداند. کامپیوتر از دوع حافظه برای فضای ذخیره سازی خود استفاده میکند؛ حافظه داخلی (RAM) و حافظه خارجی.
ورودی و خروجی
ورودیهای کامپیوتر شما به عنوان مثال، صفحه کلید و ماوسی هستند که راههایی برای دریافت اطلاعات به رایانه شما برای پردازش میباشند. از طرفی، کامپیوتر شما احتمالاً دارای صفحه نمایشی است که قادر به نمایش نوشتههایی است که از طریق کیبورد تایپ شدهاند. پرینتر، بلندگوهای استریو، هدفون، پروژکتور و ... از دیگر دستگاههای خروجی میباشند.
فرق سخت افزار با نرم افزار
دستگاههای ورودی و خروجی را که میتوان به صورت فیزیکی لمس کرد تحت عنوان سختافزار شناخته میشود. مانند صفحه کلید، ماوس، صفحه نمایش و غیره. در مقابل، برنامههایی که در رایانه قرار دارند و شما فقط می توانید آنها را ببینید اما نمیتوانید لمس کنید به عنوان نرمافزار کامپیوتر شناخته میشوند. نرم افزارهایی مثل مایکروسافت ورد، اکسل، پینت و تمامی نرم افزارهای نصب شده بر روی سیستم.
کامپیوتر چطور کار می کند
برای پاسخ به این سوال که کامپیوتر چگونه کار میکند، در اینجا ضروری است تا یک شناخت اجمالی از سیستم عامل و نیز برنامههای کامپیوتری داشته باشیم.
سیستم عامل چیست؟
اکنون که با سختافزار و نرمافزار یک سیستم کامپیوتری به خوبی آشنا شدید باید بدانید که سیستم عامل، نرم‌افزاری است که منابع سختافزاری و نرم‌افزاری کامپیوتر را مدیریت میکند و خدمات مشترکی را به سایر برنامههای کامپیوتری سرویس میدهد. در اصل سیستم عامل سه کارکرد اصلی دارد: 1) مدیریت منابع کامپیوتر از قبیل واحد پردازنده مرکزی، حافظه و پرینتر 2) برقراری یک رابط کاربری 3) اجرا و ارائه خدمات برای نرم‌افزارهای کاربردی.
برنامه کامپیوتری چیست؟
برنامه کامپیوتری در واقع همان دستورالعملهایی است که به کامپیوتر تغذیه میشود و در نهایت نوعی از محاسبات را انجام میدهد یا الگوریتم خاصی را بر روی قسمتهای مختلف پیادهسازی میکند. همچنین ممکن است که کنترل و هدایت برخی از دستگاههای ورودی و خروجی مثل پرینتر، دیسک‌گردان، ربات‌ها و سایر موارد هم به وسیله یک برنامه کامپیوتری نوشته شده با یک زبان برنامه نویسی خاص، انجام شود.
اکنون با توجه به دانشی که از مطالب بالا به دست آوردهاید، برویم به سراغ اینکه کامپیوتر چگونه کار میکند؟ تمامی قسمتهای اصلی یک کامپیوتر دست به دست هم میدهند تا این دستگاه به خوبی بتواند کار کند. زمانکیه شما کلید پاور کامپیوترتان را میفشارید، اتفاقات زیر در پشت پرده رخ خواهند داد:
- کار با سیستم عامل (ویندوز، لینوکس، مک و غیره) آغاز میشود. فرآیند بوت شدن سیستم از سر گرفته شده و بوت استرپ لودر، بوت شدن سیستم را شروع میکند. بدین ترتیب، ویندوز و سایر سرویسهای ضروری آن در سیستم بارگذاری میشوند.
- به محض لود شدن سیستم عامل بر روی کامپیوتر، سختافزار سیستم فعال شده و آماده برقراری ارتباط با CPU میباشد. ضمناً ارتباط دستگاههای سختافزاری از طریق درخواست وقفه (IRQ) انجام میگیرد. هنگامی که وظیفه یا task فعلی از قبل در حال اجرا است، کنترلکننده وقفه، درخواست را به CPU میفرستد و از آن میخواهد تا پردازش بر روی درخواست جدید را متوقف کند. البته تا زمانی که اجرای task فعلی تکمیل شود. سپس CPU درخواست جدید را در حالت انتظار نگه میدارد و این فرآیند یا process تحت یک آدرس در پشته حافظه ذخیره میشود. درست هنگامی که اجرای پروسه فعلی به پایان رسید، آن فرآیند که در حالت انتظار به سر میبرد، اجرایش آغاز شده و پردازشبر روی آن صورت میگیرد.
- با فشار دادن دکمه پاور کامپیوتر، سیستم روشن شده و سیگنالی به منبع تغذیه میرسد که بایستی جریان متناوب را به جریان مستقیم یا DC تبدیل کند. پس از آن، برق کافی برای هر یک از اجزای کامپیوتر تامین میشود.
- در این مرحله، تمامی اجزای سیستم بدون هیچ مشکلی در حالت فعال میباشند. منبع تغذیه نیز سیگنالی را از طریق ترانزیستور به مادربرد و CPU ارسال میکند. در طول این مدت کوتاه، پردازنده دادههای باقیمانده در حافظه را حذف کرده و CPU آماده دریافت دستورالعمل (ورودی) جدید و پردازش آن میشود.
- یک تست کلی بر روی رایانه به صورت متوالی انجام میشود تا اطمینان حاصل شود که اجزای اصلی کامپیوتر سر جای خود قرار داشته باشند و به درستی کار میکنند. پس از تست موفقیت آمیز کامپیوتر، ابتدا حافظه بیدار میشود زیرا اطلاعات زمان و تاریخ سیستم و سایر اطلاعات مربوط به سختافزار بر روی آن قرار دارند. سپس این اطلاعات شروع به بارگذاری کرده و کنترل کننده تست، این اطلاعات را با تنظیمات سیستم بررسی و مقایسه میکند. پس از پشت سر گذاشتن این بررسی و مقایسه، درایورهای اصلی لود شده و کنترل کنندههای وقفه سختافزاری برای صفحه کلید، هارد دیسک، ماوس نیز در حالت آماده باش به سر میبرند.
- پس از یک سری آزمایش و تست خودکار، در صورتی که مشکلی پیش نیامده باشد، صفحه نمایشگر کامپیوتر بالا میآید. و در مرحله آخر، رم نصب شده بر روی کامپیوتر چک میشود.
دیاگرام عملکرد کامپیوتر
کلام آخر
کامپیوتر یکی از پیچیدهترین ماشینآلاتی است که تا کنون توسط انسان ساخته شده است و برای درک همه چیز در مورد یک کامپیوتر زمان بیشتری نسبت به یک فرد معمولی صرف میشود. اما فارغ از درک اینکه کامپیوتر چگونه کار میکند، دانستن اینکه یک کامپیوتر قادر به انجام چه کاری است از درجه اهمیت بالاتری برخوردار میباشد. یک رایانه میتواند دنیای جدیدی از اکتشافات را برای همه از یک کودک خردسال گرفته تا یک فرد بزرگسال و بازنشسته بگشاید.
کامپیوتر چیست و اجزای اصلی آن کدامند؟
کامپیوتر زاده ذهن خلاق بشر، مهمترین اختراع انسان میباشد که در یک تعریف جمع و جور و خلاصه باید از آن به عنوان یک ماشین الکترونیکی و دیجیتالی یاد کرد. همانطور که میدانید زبان کامپیوتر، صفر و یک میباشد. اجزای اصلی کامپیوتر شامل ورودی، حافظه، پردازنده و خروجی میباشد.
چطور همه چیز دست به دست هم میدهند تا یک کامپیوتر کار کند؟
پاسخ به این پرسش کلی که کامپیوتر چگونه کار میکند، از جوانب زیادی مورد بحث قرار میگیرد. مولفههای زیادی مثل سیستم عامل، برنامه کامپیوتری و اجزای سختافزاری به همراه نرمافزار، دست به دست هم میدهند تا یک کامپیوتر به درستی کار کند. درست است که شما برای روشن کردن کامپیوتر، کافی است تا یک دکمه را بفشارید اما این تنها پایان ماجرا نیست چرا که در پشت پرده، ما بوت شدن سیستم عامل بر روی حافظه، تست قطعات و دیگر الگوریتمهای پیچیده را بایستی پشت سر بگذاریم تا یک کامپیوتر به درستی کار کند.
آیا مهم است که بدانیم کامپیوتر چگونه کار میکند؟
همانطور که میدانید، در طول تاریخ بشر، اختراعات زیادی به منظور رفاه و آسایش وارد زندگی مردم شده است. مثلاً یک فرد بدون اینکه اصلاً بداند یک ماشین حساب چگونه کار میکند، نیازهای خود را بدون دردسر محاسباتی و غیره حل و فصل میکند. کامپیوتر نیز از این قاعده مستثنی نیست. اما چیزی که شاید مهمتر از جزییات کارکرد فنی یک کامپیوتر میباشد، در واقع انواع کارهایی است که میتوان با آن انجام داد.
