مقدمه‌ای بر سیستم‌های اطلاعاتی رایانه‌ای/واحد سیستم

نمایش داده و برنامه

داده‌های دیجیتالی و داده‌های عددی

بیشتر رایانه‌ها دیجیتال هستند یعنی درون خودشان از یک زبان برای ارتباط با خود استفاده می‌کنند، بدین ترتیب می‌توانند اطلاعات را پردازش کنند. اگر در پشت زمینه یک برنامه در حال اجرا شدن است یا فرض کنید یک شخص در حال تایپ کردن باشد در اینجا نیاز است که رایانه قادر باشد هم داده‌هایی را که انسان به او می‌دهد تفسیر کند و هم با اجزای درگیر خودش ارتباط برقرار کند. زبانی که رایانه‌های دیجیتال از آن استفاده می‌کنند، کدهای باینری نام دارد؛ کدهای باینری یک شکل زبان بسیار پایه است که از دو عدد صفر و یک تشکیل شده است. در مقام مقایسه اگر الفبای زبان فارسی ۳۲ حرف دارد الفبای رایانه دو حرف بیشتر ندارد و اسم آن باینری (دوتایی) است. زبانی که آن را با عنوان کدهای باینری می‌شناسیم از سیستمی پیروی می‌کند که ۰ها و ۱ها را کنار یکدیگر قرار می‌دهد. هر ۰ یا ۱ یک «بیت» نامیده می‌شود. بیت کوچک‌ترین یکای باینری است که توسط رایانه می‌تواند تشخیص داده شود و برای هر عمل، حافظه، ذخیره‌سازی، یا محاسباتی که توسط رایانه انجام می‌گیرد از ترکیب آن‌ها استفاده می‌شود. از پخش موسیقی در بلندگوها گرفته تا تایپ یک سند در رایانه‌تان همه و همه برای انجام شدن احتیاج دارند که از «بیت‌ها» استفاده کنند. رشته بیت‌ها خط‌های اطلاعاتی بزرگ‌تری که حرف‌ها هستند را به وجود می‌آورند و این رشته‌ها نیز واژه‌ها و سپس جمله‌ها را تشکیل می‌دهند. وقتی هشت بیت با هم ترکیب شوند، یک «بایت» را به وجود می‌آورند.

سیستم‌های کدکننده

چند سیستم کد کننده مختلف وجود دارد، EBCDIC، ASCII و Unicode. شرکت IBM سیستم EBCDIC را برای استفاده در رایانه‌های mainframe ساخت. این کد از ترکیبی از ۰ها و ۱ها استفاده می‌کند و با به وجود آوردن ترکیباتی به طول ۸ بیت اجازه ساختن ۲۵۶ ترکیب مختلف را می‌دهد.

داده‌های گرافیکی

یکی از انواع داده‌های چندرسانه‌ای داده‌های گرافیکی است. این داده‌ها تصویر هستند و می‌توانند به صورت فایل تصویری bitmap ذخیره شوند. فایل تصویری bitmap فایلی (پرونده‌ای) است که دارای پیکسل یا عناصر تصویری‌ای است که در قالب یک الگوی شبکه‌ای در می‌آید. هر پیکسل به صورت گروهی از اعداد است که رنگ و شدت رنگ مربوط می‌شوند.

داده‌های صوتی

از این نظر که داده‌های صوتی به صورت تکه‌تکه ادراک می‌شود می‌توان آن را مشابه داده‌های گرافیکی دانست. به جای پیکسل داده‌های صوتی از سمپل (sample) استفاده می‌کنند. داده‌های صوتی با یک ابزار ورودی مثل میکروفن یا میدی کنترلر ضبط می‌گردد. سمپل‌ها از هزاران بار ضبط هر ثانیه به دست می‌آیند و سپس بازپخش می‌شوند تا فایل صوتی به وجود آید. از آنجا که تعداد زیادی سمپل در هر فایل صوتی وجود دارد، اغلب به فرمت MP3 یا MP4 در آورده می‌شوند تا فضای ذخیره‌سازی کمتری نیاز باشد. بدین ترتیب دانلود کردن آن آسانتر می‌گردد و در اینترنت قابل فرستادن می‌شود و حتی می‌توانید آن را در MP3 پلیرتان ذخیره کنید.

داده‌های ویدئویی

داده‌های ویدئویی نیز شبیه داده‌های گرافیکی و صوتی است اما به جای پیکسل یا سمپل از فریم استفاده می‌کنند. فریم‌ها تصاویری هستند که در یک ثانیه چندین مرتبه گرفته شده‌اند و اگر به صورت همزمان پخش شوند یک ویدئو را به وجود می‌آورند (بیشتر فیلم‌ها با ۲۴ فریم در ثانیه ضبط می‌شوند). مشابه داده‌های صوتی فایل‌های ویدئویی را نیز می‌توان به دلیل داشتن اطلاعات زیاد فشرده‌سازی کرد و بدین ترتیب فیلم‌های کامل را که دارای هزاران فریم است می‌توان در یک لوح نوری ذخیره‌سازی کرد.

واحد سیستم (مادر بورد و سی پی یو)

مادر بوورد را می‌توان به عنوان «ستون فقرات» رایانه در نظر گرفت. مادربود درون واحد سیستم واقع شده است. مادر بود مثل یک چسب درون رایانه عمل می‌کند، مادر بورد سی‌پی‌یو، حافظه، درایو هارد، درایوهای نوری، کارت گرافیک و کارت صوتی را به هم متصل می‌کند. در جلوی مادر بورد شیارهایی برای کارت‌های جنبی قرار دارد.

مادر بوردها همانند سایر اجزای رایانه هیچ‌گاه تا این حد پیشرفته نبوده‌اند. سی‌پی‌یو مخفف «واحد پردازش مرکزی» است. رایانه برای درست کار کردن به سی‌پی‌یو نیاز دارد. نام‌های دیگر سی‌پی‌یو، ریزپردازنده و پردازنده است. سی‌پی‌یو به یک سوکت روی مادر بورد متصل می‌شود. یکی از رایج‌ترین سی‌پی‌یوها سی‌پی‌یوی چند هسته‌ای نامیده می‌شود. رایانه‌هایی که این سی‌پی‌یو را دارند می‌توانند به صورت همزمان چند کار را انجام دهند. همچنین این نوع سی‌پی‌یو کمتر از سی‌پی‌یوهای عادی گرم می‌شود و کمتر دچار مشکل می‌شود. اندازه معمول یک سی‌پی‌یو حدود ۲ اینچ است.

واحد سیستم (حافظه، BUSها و پورت‌ها)

حافظه (مموری) برای ذخیره‌سازی داده است و به شکل یک تراشه است که قادر است داده‌ها و برنامه‌ها را به صورت دائم یا موقت ذخیره‌سازی کند. دو نوع اصلی حافظه عبارتند از: حافظه دسترسی تصادفی (RAM) و حافظه فقط خواندنی (ROM).

پورت موازی برای چاپگر

رابط تاندربولت

پورت‌ها در بیرون از واحد سیستم قرار دارند و برای اتصال به وسایل سخت‌افزاری به کار می‌روند. پورت‌ها دارای دو نوع فیزیک و مجازی هستند. پورت فیزیکی یک ارتباط فیزیکی با رایانه است که از طریق آن عمل انتقال داده‌ها انجام می‌شود. پورت‌های مجازی به نرم‌افزارها این امکان را می‌دهند تا بتوانند بدون اتصال فیزیکی با هم منابع سخت‌افزاری را به اشتراک بگذارند.

پورت های موازی معمولا برای صفحه‌کلید، چاپگر یا ماوس استفاده می‌شود و به آن‌ها پورت لگیسی (Legacy port) گفته می‌شود. پورت‌ها دارای انواع مختلفی هستند از جمله پورت اتصال برق، پورت تصویری VGA، پورت یو‌اس‌بی (USB port)، پورت فایروایر، الخ. پورت تاندربولت با اتصال یک کابل وسایل جانبی را به رایانه ارتباط می‌دهد. سرعت این پورت بسیار سریع است.

سی‌پی‌یو چگونه کار می‌کند؟

سی‌پی‌یو

سی‌پی‌یو یکی از اجزای پیچیده رایانه است و از قطعات مختلفی تشکیل شده است. مهمترین قطعه در سی‌پی‌یوها ترانزیستور است، در یک سی‌پی‌یو صدها میلیون ترانزیستور وجود دارد. محاسبات درون رایانه به کمک خاموش یا روشن شدن این ترانزیستورها انجام می‌شود. از دیگر قطعاتی که در سی‌پی‌یو وجود دارند عبارتند از: واحد محاسبه و منطق (ALU)، واحد نقطه شناور (FPU)، واحد پیش واکشی، الخ. وظیفه ALU عملیات ریاضی و عملیات مرتبط با محاسبات عددی است. FPU با محاسبات ریاضی‌ای سر و کار دارد که دارای اعداد کسری و اعشاری هستند. واحد کنترل وظیفه‌دار کنترل در جایی است که اطلاعات از سی‌پی‌یو یا به سی‌پی‌یو منتقل می‌شود. اطلاعات پس از اینکه واحد کنترل را ترک می‌کنند به واحد ALU یا واحد FPU می‌رود. واحد پیش‌واکشی اطلاعات را پیش از آنکه نیاز شوند واکشی می‌کند. در واحد پیش‌واکشی یک سری فرآیندهایی انجام می‌شود که حدس می‌زند اطلاعات بعدی‌ای که به آن نیاز است کدام است. به این ترتیب پیش از آنکه به این اطلاعات نیاز شود آن را واکشی (فِچ) می‌کند.

عملکرد رایانه‌تان را بهبود ببخشید

حافظه‌های بیشتری اضافه کنید و یک هارد اکسترنال بخرید

در مورد فناوری باید بدانیم همیشه جدیدتر بهتر است. سیستم جدیدتر سریع‌تر پردازش می‌کند، بیشتر ذخیره می‌کند و اپلیکیشن‌های بیشتری را در یک زمان اجرا می‌کند. یک راه برای اینکه بتوانید بدون هزینه خرید یک رایانه جدید سرعت رایانه را افزایش دهید خریدن یک هارد دوم است. از این طریق در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرده‌اید و همزمان سیستم خود را ارتقا داده‌اید. وقتی حافظه رایانه شما رو به پر شدن است شما با خرید یک هارد اضافه اینترنال یا اکسترنال، سرعت رایانه را افزایش خواهید داد.

هاردتان را به SSD ارتقا بدهید

SSDها حافظه‌هایی هستند که فناوری به کار رفته در آن‌ها مشابه فلش است و platter (لوح گرد مغناطیسی) ندارند.

اتصال اینترنت را ارتقا بدهید

اتصال اینترنت

اگر در هنگام کار با ابنترنت به نظر سیستم‌تان کند می‌رسد ممکن است چاره‌ای جز ارتقا اتصال اینترنت نداشته باشید.

نگهداری سیستم

برای اینکه سیستم حداکثر عملکرد را به دست آورد کاربر باید به اهمیت نگهداری از سیستم واقف باشد وگرنه پس از گذشت مدت زمانی عملکرد سیستم کاهش می‌یابد. چند عامل در کم شدن عملکرد سیستم می‌تواند موثر باشد. یکی از این عوامل fragmentation هارد دیسک است. هر چه برنامه‌های بیشتری نصب می‌کنید تکه‌های بیشتری از فایل‌های مربوط به برنامه‌ها در سیستم پخش می‌شوند. برای اینکه این تکه‌های پراکنده را کم کنید باید fragmentation انجام دهید. یک موضوع دیگر مشابه به fragmentation اما شاید نه به اندازه آن مهم، موضوع فایل‌های پخش شده پس از uninstall کردن یک نرم‌افزار است. گاهی پس از uninstall کردن یک نرم‌افزار همچنان برخی از فایل‌های آن به صورت پراکنده در سیستم عامل باقی می‌مانند. در ویندوز این موضوع در Registry رخ می‌دهد. پس از اینکه شما نرم‌افزار را حذف می‌کنید همچنان ممکن است یک سری رفرنس‌های (refernce)های مربوط به آن در رجیستری سیستم باقی بماند و موجب پایین آمدن عملکرد (performance) سیستم شود. به عنوان مثال اگر شما کارت گرافیک Nvidia داشته باشید و آن را به کارت گرافیک AMD تغییر بدهید، بهتر آن است علاوه بر اینکه درایورهای و برنامه‌های قبلی (مربوط به Nvidia) را پاک کنید بلکه رجیستری سیستم را نیز از هر رفرنس مربوط به درایورها و نرم‌افزارهای Nvidia خالی کنید (تا از هر گونه اختلال احتمالی در عملکرد کارت گرافیک AMD جلوگیری کنید). بدین ترتیب یک نصب «تمیز و مرتب» هم از نظر سخت‌افزاری و هم از نظر نرم‌افزاری خواهید داشت. برای این منظور می‌توانید از یک نرم‌افزار رایگان پاکسازی رجیستری مثل CCleaner استفاده کنید.

آینده‌نگری

تلاش در جهت سرعت بخشیدن به رایانه‌ها و کارآمدتر کردن آن‌ها ایده‌هایی نو به جدول فناوری افزوده است. یکی از این ایده‌ها نانوتکنولوژی است که از اجزای میکروسکوپی در ابعاد نانو استفاده می‌کند. پیش از این از نانولوله‌های کربنی در محصولاتی مثل باتری لیتیومی استفاده شده است زیرا عملکرد بالایی در هدایت جریان الکتریکی دارند.