۱.۲ بخش‌های مختلف یک کامپیوتر

بیایید نگاهی به قسمتهای داخلی یک کامپیوتر ( یا دقیق‌تر، تعریف کامپیوتر سازگار با آی‌بی‌ام) و اجزایی که به احتمال زیاد آنجا وجود دارد، بیاندازیم:

پردازنده¶

پردازنده ( یا "CPU" واحد پردازش مرکزی) هسته کامپیوتر است: اینجا جایی است که داده پردازی خودکار توسط برنامه‌‏ها انجام می‏شود که در واقع قسمت اصلی یک کامپیوتر است. پردازنده های امروزی معمولا حاوی چند « هسته» هستند، که بدان معنی است که اجزای اصلی یک پردازنده چند بار وجود داشته باشند و به طور مستقل بتوانند عمل می کنند، که در حقیقت سرعت پردازش کامپیوتر و در نتیجه عملکرد آن را افزایش می دهد و به خصوص کامپیوترهای سریع اغلب بیش از یک پردازنده دارند. رایانه های شخصی به طور معمول شامل پردازنده های Intel یا AMD هستند (که ممکن است در جزئیات متفاوت باشند، اما می توانند برنامه‌‏های مشابهی را اجرا کنند). تبلت‏ها و گوشی‏های هوشمند به طور کلی از پردازنده‌های ARM استفاده می‏کنند، که به همان قدرت نیستند اما از لحاظ مصرف انرژی به صرفه‏‌ترند. پردازنده های Intel و AMD به طور مستقیم نمی‌تواند برنامه‏‌هایی را که برای پردازنده های ARM آماده شده است اجرا کنند و بالعکس.

حافظه RAM¶

حافظه‌ی کاری کامپیوتر RAM خوانده می‏شود (یا «حافظه با دسترسی تصادفی»، که در آن «تصادفی» به معنای «دلخواه» است نه « اتفاقی»). این قسمت نه‌تنها اطلاعات در حال پردازش، بلکه کد برنامه‌‏‏ای که اجرا می‏شود را ذخیره می‏کند. این یک ایده‌‏ی ساده هست که به پیشرو کامپیوتر« جان وان نیومن» که معاصر هاوارد آیکن بود، انتساب داده شده. این ایده حاکی از این است که دیگر تفاوتی بین کد و داده نیست. که این یعنی شما می‏توانید کد را مانند آدرس یا دستورالعمل تهیه‌‏ی یک غذا دستکاری کنید. (در گذشته توسط وصل یا قطع سیم‏های اتصال خارجی کامپیوتر به آن برنامه داده می‏شد، یا اینکه برنامه‌‏ها بر روی نوار‏ها یا کارت‏های کاغذی پانچ می‏شدند و به آسانی قابل تغییر نبودند.) کامپیوترهای امروزی دارای حافظه ۱ گیبی‌بایتی یا بیشتر هستند. ۱ گیبی‌بایت برابر با ۲ ^۳۰ یا ۱۰۷۳۷۴۱۸۲۴ بایت هست واقعاً به طور غیر قابل تصوری عدد بزرگی است. برای درک بهتر این موضوع، کتاب هری پاتر و یادگاران مرگ را در نظر بگیرید که شامل حدود ۶۰۰ صفحه‏‌ی حاوی بیشتر از ۱۷۰۰ حرف و شاید حدود ۱ میلیون کاراکتر است. به این ترتیب ۱ گیگابایت تقریبا برابر ۱۰۰۰ جلد از این کتاب که اگر وزن هر کتاب را یک پوند فرض کنیم معادل با یک ون پر از آنهاست، و اگر شما حتی علاقمند به شاهکار‏های این جادوگر جوان نیستید ۱۰۰۰ جلد کتاب یک کتابخانه بسیار جذّاب خواهد بود!

کارت گرافیک¶

زمانی نه چندان دور مردم از اینکه کامپیوتر آن‏ها بتواند یک ماشین تحریر الکتریکی را برای تولید خروجی کنترل کند خوشحال می‏شدند. کامپیوترهای خانگی قدیمی متصل شده به تلویزیون تصاویری تولید می‌کردند که می‌‏توان گفت اغلب آزاردهنده بودند. اما امروزه حتی تلفن‏‌های هوشمند شامل گرافیکی بسیار چشمگیر هستند و کامپیوترهای شخصی شامل سخت افزارهای گرافیکی هستند که اگر در دهه‏ ی ۱۹۹۰ وجود داشتند قیمت آن‏ها با یک ماشین اسپرت گران یا یک خانه کوچک برابری می‏کرد. شعار امروز ارتقاء قابلیت نمایش سه بعدی است، که به معنای این نیست که صفحه نمایش سه بعدی کار کند (حتی با اینکه این مسئله به‌تدریج در حال رایج شدن است) بلکه پردازش گرافیک که در کامپیوتر شامل چپ، راست، بالا و پایین (جهت ‏های قابل مشاهده بر روی مانیتور یک کامپیوتر) هستند شامل جهت‌‏های جلو و عقب نیز بشود و اگر بخواهیم دقیق‏تر آن را درک کنیم: در بازی‏هایی که دارای تصاویر نسبتاً واقعی هستند، این که یک هیولا جلوی دیوار یا پشت آن کمین کرده بسیار اهمیت دارد، خواه دیده شود یا نشود. یکی از اهداف کارت‏های گرافیک مدرن برداشتن بار چنین تصمیماتی از دوش CPU کامپیوتر است تا برای کارهای دیگر آزاد شود. کارت‏های گرافیک موجود پردازنده‌‏های خود را دارند که اغلب می‏توانند محاسبات را بسیار سریع‏تر از CPU خود کامپیوتر انجام دهند اما به طور کلی کارآمد نیستند. سیاری از کامپیوترها حتی یک کارت گرافیک جداگانه ندارند زیرا سخت افزار گرافیکی آنها بخشی از CPU است. این باعث می‏شود که کامپیوترها ، کوچکتر، ارزانتر و کم‌‏صدا‏تر باشند و در مصرف انرژی صرفه‏‌جویی کنند اما این تا حدودی به عملکرد گرافیکی آن‏ها لطمه می‏زند که مشکلی جدی‌ نیست مگر اینکه شما به جدیدترین بازی‏ها علاقه مند باشید.

مادربرد¶

مادربرد معمولاً قطعه‌‏‏ی پلاستیکی ورقه‌‏شده و مستطیل شکلیست که CPU ، RAM و کارت گرافیک به آن متصل می‏شوند و سایر اجزایی که یک کامپیوتر به آنها نیاز دارد مانند اتصالاتی برای هارد دیسک‏ها، پرینترها، یک صفحه کلید و موس یا کابل‏های شبکه و قطعات الکترونیکی لازم برای کنترل این اتصالات نیز بر روی آن قرار می گیرند. مادربردها برای تمام کامپیوترها در اندازه‏‌ها و رنگ‏‌های مختلف وجود دارند، از کامپیوترهای کوچک که می‏توانند به عنوان یک دستگاه ضبط ویدئویی در اتاق نشیمن کار کنند تا یک سرور‏های بزرگ که نیاز به فضای بیشتری برای RAM و پردازنده‏های مختلف دارند.

منبع تغذیه¶

یک کامپیوتر برای کار کردن به برق نیاز دارد؛ مقدار برق مورد نیاز به اجزایی بستگی دارد که کامپیوتر از آنها تشکیل شده است. منبع تغذیه برای تبدیل جریان متناوب ۲۴۰ ولتی به ولتاژهای مستقیم مختلف استفاده می‏شود به طوری که بتواند قدرت کافی برای تمام اجزا را فراهم کند. این منبع باید به صورتی انتخاب شود که در عین حال که انرژی برق مورد نیاز تمام اجزا را فراهم می‎کند (کارت‎‏‌های گرافیک سریع معمولاً بیشترین مصرف برق را دارند)، بیش از اندازه از ظرفیتش استفاده نشود تا بتواند همیشه به خوبی کار کند. اکثر توانی که منبع برق به کامپیوتر تزریق می‏شود دیر یا زود به گرما تبدیل می‏شود، برای همین است که تهویه‌‏ی مناسب بسیار مهم است. اکثر کامپیوتر‏ها به سادگی از فن‌‏هایی استفاده می‏کنند که هوای تازه را به تجهیزات الکترونیکی گران قیمت می‌‏تابانند یا هوای گرم را از کیس خارج می‏کنند. حتی در صورت نگهداری مناسب می‏توان کامپیوتر‏هایی را ساخت که نیاز به فن نداشته باشند که در این صورت بسیار کم صدا خواهند بود اما در مقایسه با دیگر کامپیوتر‏ها گران خواهند بود و معمولا به همان سرعت قبل نخواهند بود (چون در پردازنده‌‏ها و کارت‏های گرافیکی سرعت معمولاً رابطه‌ی مستقیمی با گرما دارد).

دیسک‏های سخت¶

در حالی که RAM یک کامپیوتر برای داده‏های در حال پردازش استفاده می‏شود (اسناد، صفحات گسترده، صفحات وب، برنامه‏‌های در حال توسعه، موسیقی، فیلم و... البته برنامه‌‏هایی که با داده‌‏ها کار می‌‏کنند) ، داده‌‏هایی که فعلاً مورد استفاده نیستند روی دیسک سخت ذخیره می‏شوند. چون دیسک‏های سخت می‏توانند مقدار بسیار بیشتری از اطلاعات را نسبت RAM کامپیوتر‏های معمولی ذخیره کنند. ظرفیت دیسک‏های سخت جدید با واحد تبی بایت اندازه گرفته می‏شود TiB = ۲ ^۴۰ Byte پس نسبت ظرفیت آن‏ها به ظرفیت RAMهای معمولی ۱۰۰۰ به ۱۰۰ است. این افزایش ظرفیت به قیمت کاهش زمان بازخوانی بدست می‌‏آید. زمان دستیابی در RAMها با نانوثانیه سنجیده می‏شود که این زمان در دیسک‏های سخت (مغناطیسی) با میلی‌ثانیه بیان می‏شود. این به معنای شش توان از ده (شش رقم)، تفاوت است مانند تفاوت بین یک متر با هزار کیلومتر. معمولا دیسک‏های سخت با یک ماده‌‏ی مغناطیسی شونده پوشیده شده‌‏اند. هد‌های خواندن نوشتن می‏توانند این مواد را در جاهای مختلف مغناطیسی کنند و بدین شکل داده‏‌های ذخیره شده را بازخوانی کنند. صفحات با سرعتی بین ۴۵۰۰ تا ۱۵۰۰۰ دوربردقیقه می‏چرخند و فاصله‏‌ی بین هدها و صفحات فوق‏‌العاده کم است (کم‏تر از ۳ نانومتر). این یعنی دیسک‏های سخت به افتادن و ضربه بسیار حساس‏اند. چون اگر هد‌های خواندن/نوشتن با صفحات در حال گردش تماس پیدا کنند دیسک نابود می‏‌شود. دیسک‏های سخت نوظهور حسگرهای شتابی دارند که می‏توانند تشخیص دهند که دیسک در حال افتادن است تا بتوانند برای جلوگیری از آسیب دیسک را خاموش کنند. جدیدترین نوع دیسک‏های سخت SSD ها یا «دیسک‏‌های با وضعیت ثابت» هستند که به جای صفحات مغناطیسی شونده از «حافظه‌‏ی فلش» برای ذخیره سازی داده‌‏ها استفاده می‏کنند؛ در واقع آن‏ها نوعی RAM هستند که حتی بدون برق نیز می‏توانند محتویات خود را حفظ کنند. SSD ها سریع تر از دیسک‏های سخت مغناطیسی هستند اما به همین نسبت قیمت آن‏ها به ازای هر گیگابایت فضای ذخیره سازی نیز بیشتر است. اما آن‏ها هیچ جزء متحرکی ندارند، نسبت به افتادن و فشار مقاوم‏اند و نسبت به دیسک‏های سخت معمولی انرژی کمتری تلف می‏کنند که این به نوبه‌‏ی خود، آن‏ها را برای کامپیوتر‏های قابل حمل مناسب می‏سازد.

از SSD ها با عنوان «اسقاطی» نیز یاد می‌شود چون فضاهای ذخیره‌سازی در فلش (که به آنها سلول گفته می‌شود) برای دفعات متناهی و مشخصی قابل نوشتن هستند و آزمایشات نشان داده که این موضوع، در عمل مشکلی به وجود نمی‌آورد.

روش‏های مختلفی برای اتصال یک دیسک سخت (مغناطیسی یا SSD) به یک کامپیوتر وجود دارد. در حال حاضر رایج‏ترین آن‏ها "serial ATA" یا SATA هست؛ در حالی که کامپیوتر‏های قدیمی‏تر از "parallel ATA" یا IDE استفاده می‌‏کنند. سرور‏ها همچنین از دیسک‏های (SCSI یا SAS) استفاده می‏کنند. برای اتصال دیسک‏های خارجی از USB یا eSATA (نوع دیگری از SATA با اتصال دهنده‏‌های قوی‏تر) استفاده می‏شود. ضمنا: تفاوت بین گیگابایت و گیبی بایت بیشتر (یا ترابایت و تبی بایت) در دیسک‏های سخت بسیار ملموس است. برای مثال شما یک دیسک 100 گیگابایتی تهیه می‏کنید، آن را به کامپیوتر متصل می‏کنید و این موقع است که از ترس شوکه می‏شوید و متوجه می‏شوید که کامپیوتر شما ظرفیت دیسک شما را تنها 93 گیگابایت نشان می‏دهد! اما درایو شما خراب نیست (خوش به حالتان)- سازندگان درایو دیسک فقط از "گیگابایت" استفاده می‏کنند که یعنی یک میلیارد بایت درحالی که کامپیوتر شما احتمالاً (شاید هم به‌اشتباه) فضای خالی را بر حسب گیبی بایت یا بایت محاسبه می‏کند.

دیسک‏های نوری¶

علاوه بر دیسک‏های سخت ، کامپیوترهای شخصی معمولاً درایو نوری را پشتیبانی می‏کنند که می‏تواند رسانه‏هایی مانند CD-ROMها، DVDها و دیسک‏های Blu-ray را بخواند و اغلب بر روی آن‏ها بنویسد. (دستگاه‏های قابل حمل گاهی اوقات فضای فیزیکی کافی برای درایو‏های نوری را ندارند، که این به معنی این نیست که نمی‏توانند به طور خارجی به این دستگاه‏ها متصل شوند) نامگذاری رسانه‏‌های نوری به این نام از این حقیقت ناشی می‏شود که در آنها اطلاعات با لیزر قابل دستیابی است. دیسک‏های نوری بیشتر برای توزیع نرم افزار و محتوا (فیلم و موسیقی) استفاده می‏شوند ولی اهمیت آنها رو به کاهش است زیرا بیشتر شرکت‏ها از اینترنت به عنوان یک رسانه توزیع استفاده می‏کنند. در گذشته رسانه‏های نوری همچنین به منظور تهیه نسخه‏های پشتیبان در نظر گرفته می‏شدند اما امروزه دیگر چنین کاری عملی نیست- یک CD-ROM می‏تواند تقریباً ۹۰۰ MiB و DVD تا 9 GiB اطلاعات را ذخیره کند. برای مثال برای تهیه‌‏ی پشتیبان از یک دیسک سخت یک تبی‌بایتی نیاز به ۱۰۰۰ سی‌دی یا یکصد عدد دی‌وی‌دی خواهد بود که قرار دادن و گذاشتن آن‏ها در درایو خود کاری مشکل است. (حتی دیسک‏های ‌‌Blu-ray نمی‏توانند بیشتر از ۵۰گیگابایت اطلاعات را ذخیره کنند و درایوهایی که قابلیت خواندن آن‏ها را دارند هنوز نسبتا گرانند.)

صفحه نمایش¶

شما هنوز هم می‏توانید ابن را در فیلم‏های قدیمی ببینید: تابش سبز صفحه کامپیوتر. اما در واقع همه‏ی نمایشگرهای سبز ناپدید شده‏اند، در حال حاضر نوع رنگی آن‏ها مد شده است، و نمایشگرهای جدید دیگر مانند CRT‏ها (لوله اشعه کاتدی) که در گذشته از آن‏ها استفاده می‏کردیم بزرگ نیستند بلکه باریک و ظریف اند و با کریستال مایع کار می‏کنند مزایای LCD‏ها تنها به جای کمی که روی میز می‏گیرند محدود نمی‏شود، بلکه عدم وجود لرزش در صفحه نمایش و اشعه مضر برای کاربر یک شرایط ایده‏آل را به وجود می‏‌آورد. البته معایبی نیز وجود دارد مانند تغییر رنگ در زمانی که با یک زاویه حاد به صفحه نمایش نگاه کنید و یا ممکن است در دستگاه‏های ارزان‏تر تصویر به دلیل یکنواخت نبودن نور پس زمینه محو باشد. در CRT‏ها بایستی حواسمان را جمع می‌‏کردیم که یک تصویر برای مدت زیادی روی صفحه ی نمایش نماند چون که باعث می شد بعضی از پیکسل های صفحه ی نمایش بسوزد. بر این اساس محافظ صفحه نمایش استفاده شد که بعد از زمان مشخصی که کامپیوتر بلا‏استفاده بود تصویر صفحه نمایش را با یک انیمیشن کم و بیش جالب جایگزین می‎کرد تا از سوختن آن جلوگیری کند (کلاسیک آن یک آکواریوم با ماهی و جانوران آبزی دیگر بود). LCD ها دیگر مشکل سوختن را ندارند اما محافظ صفحه برای زیبایی هنوز هم استفاده می‏شوند. LCDها در تمام اندازه‏ها از گوشی‏های هوشمند گرفته تا صفحه نمایش‏های بزرگ دیواری در دسترس هستند، مهمترین ویژگی آن‏ها وضوح است که برای کامپیوترهای شخصی بین768*1366(عمودی * افقی) و 1080*1920 پیکسل تغییر می ‏کند. (وضوح صفحه می‏تواند بالاتر یا پایین‏تر نیز باشد اما از لحاظ اقتصادی و بصری منطقی نیست.) بسیاری از کامپیوترها برای توسعه‏ی محیط کار بیش از یک صفحه نمایش را پشتیبانی می‏کنند. همچنین امروزه نسبت ابعادی 16:9 برای صفحه نمایش‏ها رایج است که در واقع مشابه تلویزیون‏های HD بوده و برای کامپیوتر ایده‏ی احمقانه‏ای است زیرا بیشتر کامپیوترها حتی برای تماشای تلوزیون استفاده نمی‏شوند ویک صفحه نمایش بلندتر و باریک تر (مانند نسبت 4:3 قبلی) برای بیشتر برنامه‏های کاربردی مانند واژه پرداز و یا محاسبات صفحه گسترده که بیشتر استفاده می‏شوند، مناسب است.

سایر لوازم جانبی¶

علاوه بر مواردی که اشاره شد شما می‎‏توانید دستگاه‎های بیشتری را به کامپیوتر متصل کنید مانند: پرینتر، اسکنر، دوربین، گیرنده‏های تلویزیونی، مودم، بازوهای رباتیک و سکو‏های پرتاب موشک‏ کوچک برای آزار دیگران و غیره. این لیست تقریباً بی پایان است و ما نمی‏توانیم در مورد هر کدام از این دستگاه‏ها به طور جداگانه بحث کنیم، اما با این وجود می‏توانیم به چند مورد بپردازیم:

برای مثال یک گرایش ستودنی ساده سازی متصل کننده‏هاست. امروزه اکثر دستگاه‏ها از USB برای اتصال به کامپیوتر‏ها استفاده می‏کنند، یک روش نسبتا بی‏خطا و منطقی که از «اتصالات گرم» زمانی که کامپیوتر روشن است نیز پشتیبانی می‏کند، در حالی که قبلا هر دسته از دستگاه‏ها رابط‏های خود را داشتند (رابط‏های موازی برای چاپگرها، رابط‏های سریال برای مودم‏ها، رابط‏های PS/2 برای صفحه کلید‏ها و ماوس‏ها، SCSI برای اسکنر‏ها). روند دیگر حرکت به سمت افزایش هوش خود دستگاه‏های جانبی است: قبلا حتی چاپگرهای گرانقیمت دستگاه‏های تقریبا احمقی بودند که سطح IQ آن‏ها در حد ماشین‏های تحریر بود، و برنامه‏نویسان مجبور بودند که بسیار محتاطانه و دقیق کد‏های کنترل صحیح را به چاپگر ارسال کنند تا خروجی مورد نظر تولید شود. امروزه چاپگر‏ها (حداقل چاپگر‏های خوب) واقعا به طور مستقل مانند یک کامپیوتر هستند که از زبان‏های مخصوص به خودشان پشتیبانی می‏کنند و عملیات چاپ را برای برنامه‏نویس راحت‏تر می‏کنند. همین موضوع به همین شکل در مورد بسیاری از تجهیزات جانبی دیگر صدق می‏کند. البته هنوز هم چاپگر‏های بسیار احمق وجود دارند (به خصوص در میان چاپگر‏های ارزان) که آماده کردن خروجی را بر دوش کامپیوتر می‏گذارند. اگرچه، این‏ها هم به اندازه‌‏ی قیمتشان کار برنامه‌نویسان را راحت می‏کنند.