آشنایی با کامپیوتر (تاریخچه، انواع، معایب و مزایا)

در عصر مدرن امروزی، کامپیوترها بخش مهمی از زندگی روزمره ما را به خودشان اختصاص می دهند. این یعنی رایانه ها تقریبا در هر زمینه و عرصه ای حضور دارند و باعث می شوند کارهای روزمره ما راحت تر و سریعتر انجام بشوند. در حال حاضر کامپیوترها را در هر جایی که فکرش را بکنید مثل بانکها، مغازه ها، مدارس، بیمارستان ها، راه‌آهن‌ ها و بسیاری از مکانهای دیگر از جمله خانه هایمان می توان دید. از آنجایی که کامپیوتر و کار با آن بخش مهمی از زندگی ما را تشکیل می دهد، پس حتما باید با آن آشنا باشیم. ما در این مطلب شما را با کامپیوتر و مباحث مربوط به آن آشنا می کنیم.

کامپیوتر چیست؟

کامپیوتر (Computer) در معنای ساده ماشینی است که می تواند محاسبات انجام بدهد. با این حال کامپیوترهای مدرن دیگر فقط یک دستگاه محاسبه نیستند، بلکه می توانند کارهای مختلفی انجام بدهند. به عبارت ساده می توان گفت که کامپیوتر یک ماشین الکترونیکی قابل برنامه ریزی است که برای ذخیره، بازیابی و پردازش داده ها از آن استفاده می شود.

طبق این تعریف، “کامپیوتر یک وسیله الکترونیکی قابل برنامه ریزی است که داده ها را می گیرد، روی آنها عملیات محاسباتی و منطقی دستور داده شده را انجام و خروجی آن را می دهد”.

در کنار این مطلب دانلود کنید: آموزش رایگان شبکه کامپیوتر با 14 درس

هر چیزی که به عنوان ورودی به رایانه “داده” یا “دیتا” (data) نامیده می شود و به خروجی دریافت شده پس از پردازش نیز “اطلاعات” (information) گفته می شود.

تاریخچه مختصری از کامپیوتر

اصطلاح ‘Computer’ به معنای کامپیوتر برای اولین بار در سال 1640 و برای اشاره به “کسی که محاسبه می کند” معرفی شد. این واژه از لغت لاتین “computare” معنای “محاسبه کردن” گرفته شده است. در سال 1897، کامپیوتر به عنوان”ماشین محاسبه” (calculating machine) شناخته شد. بعدها و درسال 1945، کامپیوتر به عنوان”کامپیوتر الکترونیکی دیجیتال قابل برنامه ریزی” معرفی شد و در حال حاضر به آن به طور خلاصه “کامپیوتر” گفته می شود.

کامپیوترها در ابتدای ظهور و معرفی شان بزرگ بودند، به قدری که می توانستند فضای کل یک اتاق را پر کنند. بعضی از کامپیوترها در آن زمان با استفاده از لامپ های خلاء با اندازه بزرگ کار می کردند. در سال 1833، چارلز بابیج (Charles Babbage) –معروف به پدر کامپیوتر- ماشین حساب اولیه ای را اختراع کرد که “ماشین تفاضلی” (difference engine) نامیده میشد. سپس در سال 1837، او اولین کامپیوتر مکانیکی و همه منظوره با نام ماشین تحلیلی (Analytic Engine) را معرفی کرد. با گذشت زمان، کامپیوترها از نظر عملکرد قدرتمندتر و از لحاظ اندازه و سایز کوچکتر شدند.

دانلود کنید: آموزش مهندسی کامپیوتر از صفر با 8 درس رایگان

نسل های کامپیوتر

کامپیوتر 5 نسل دارد که می توان آنها را به صورت زیر طبقه بندی کرد:

• نسل اول (1946 تا 1959): کامپیوترهای نسل اول بر اساس دریچه های الکترونیکی (لامپ های خلاء) کار می کردند. از جمله کامپیوترهای معروف نسل اول می توان به انیاک (ENIAC)، یونیواک (UNIVAC)، ادواک (EDVAC) و غیره اشاره کرد.
• نسل دوم (1959 تا 1965): در کامپیوترهای نسل دوم ترانزیستورها جای لامپ های خلاء را گرفتند. برخی از معروفترین کامپیوترهای نسل دوم سری های IBM 1400، IBM 1620، IBM 7000 و غیره بودند.
• نسل سوم (1965 تا 1971): در نسل سوم، از مدارهای مجتمع (IC) در ساخت کامپیوترها استفاده شد. از جمله کامپیوترهای این نسل IBM 360، IBM 370، PDP و غیره می توان نام برد.
• نسل چهارم (1971 تا 1980): کامپیوترهای نسل چهارم با استفاده از مدارهای مجتمع در مقیاس بسیار بزرگ (VLSI) ساخته می شدند. برخی از رایانه های معروف این نسل عبارتند از: STAR 1000، CRAY-1، CRAY-X-MP، DEC 10 و غیره.
• نسل پنجم (1980 –تا الان): نسل پنجم کامپیوترها هنوز ادامه دارد. کامپیوترهای نسل پنجم بر اساس فناوری های متعددی مثل یکپارچه سازی در مقیاس فوق العاده بزرگ (ULSI)، هوش مصنوعی (AI) و سخت افزار پردازش موازی ساخته می شوند. کامپیوترهای این نسل شامل رایانه های رومیزی (Desktop)، لپ تاپ (Laptop)، نوت بوک (NoteBook) و … می شوند.

آموزش معماری کامپیوتر از صفر تا صد با 20 درس رایگان

آشنایی با نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر

نرم افزار (Software)

نرم افزار کامپیوتر به مجموعه ای از دستورالعمل ها یا برنامه هایی گفته می شود که به سیستم کامپیوتری دستور می دهد تا بر اساس آن دستور کار کند. به طور کلی دو نوع نرم افزار وجود دارد:

• نرم افزار سیستمی (System Software): کار نرم افزار سیستمی برقراری ارتباط بین اجزای سخت افزاری است تا کاربر بتواند با کامپیوتر تعامل داشته باشد. این نوع نرم افزارها برای عملکرد صحیح کامپیوتر ضروری هستند. نرم افزارهای سیستمی برای اجرای برنامه های جداگانه یا ابزارهای سودمند در کامپیوتر، رابطی فراهم می کنند. سیستم عامل ها (Operating systems)، درایورها (drivers)، نرم افزارهای کاربردی (utility software) و فریمورها (firmware) نمونه های رایجی از نرم افزارهای سیستمی هستند.
• نرم افزار کاربردی (Application Software): نرم افزار کاربردی برای کمک به کاربران در انجام کارهای خاصی مثل گشت و گذار آنلاین، تنظیم زنگ هشدار، گوش دادن به موسیقی، پخش فیلم، طراحی عکس، ویرایش و غیره طراحی شده است. این نوع نرم افزار اکثرا در فرانت‌ اند (frontend) اجرا می شود و به کاربر امکان می دهد تا روی آنها کار کند. مرورگرهای وب، نرم افزار فتوشاپ، نرم افزارهای چند رسانه ای و واژه پردازها نمونه ای از نرم افزارهای کاربردی هستند.

سخت افزار (Hardware)

قطعات فیزیکی متصل به کامپیوتر که در کنار هم کل یک کامپیوتر را تشکیل می دهند، سخت افزار یا قطعات سخت افزاری نامیده می شوند. سخت افزارها بسته به ساختارشان انواع مختلفی دارند. برخی از رایج ترین سخت افزارها عبارتند از موس (mouse)، صفحه کلید یا کیبورد (keyboard)، صفحه نمایش یا مانیتور (monitor)، چاپگر یا پرینتر (printer) و غیره. در واقع سخت افزارها قطعاتی هستند که با چشم قابل مشاهده و لمس هستند.

آموزشهای رایگان برنامه نویسی به زبان ساده

بخش های اصلی کامپیوتر

اجزای اصلی کامپیوتر به صورت زیر تعریف می شوند:

واحد ورودی (Input Unit): از واحدها یا دستگاههای ورودی برای ورود داده ها یا دستورالعمل ها به کامپیوتر استفاده می شود. موس و کیبورد جزو رایج ترین دستگاههای ورودی کامپیوتر محسوب می شوند.

واحد خروجی (Output Unit): واحدها یا دستگاههای خروجی برای ارائه خروجی در فرمت مورد نظر به کاربر، استفاده می شوند. رایج ترین نمونه های دستگاههای خروجی کامپیوتر مانیتور و چاپگر هستند.

واحد کنترل (Control Unit): این واحد همانطور که از اسمش هم پیداست در درجه اول برای کنترل تمام عملکردها و قابلیت های کامپیوتر استفاده می شود. تمام اجزا یا دستگاه های متصل به کامپیوتر از طریق واحد کنترل با یکدیگر تعامل دارند. این واحد به صورت مختصر CU” نامیده می شود.

واحد محاسبه و منطق (Arithmetic Logic Unit): واحد محاسبه و منطق به انجام کلیه عملیات محاسباتی و منطقی در کامپیوتر کمک می کند. این واحد به طور خلاصه “ALU” نامیده می شود.

حافظه (Memory): بخش حافظه کامپیوتر برای ذخیره تمام داده های ورودی، دستورالعمل ها و داده های خروجی استفاده می شود. معمولا دو نوع حافظه وجود دارد: حافظه اولیه (Primary Memory ) و حافظه ثانویه (Secondary Memory). حافظه ای که داخل CPU وجود دارد، حافظه اولیه نامیده می شود و به حافظه ای که می تواند از CPU جدا شود هم حافظه ثانویه می گویند.

نکته: واحد کنترل، واحد محاسبه و منطق حافظه به طور همزمان واحد پردازش مرکزی را تشکیل می دهند که به اختصار سی پی یو (CPU) نامیده می شود.

آموزش طراحی الگوریتم از صفر تا صد (20 درس رایگان)

عملکردهای کامپیوتر

کامپیوتر چهار عملکرد اصلی دارد که در ادامه آنها را توضیح می دهیم:

1- ورودی (Input): هر چیزی که به کامپیوتر داده می شود ورودی نام دارد. داده های ورودی با استفاده از دستگاه های ورودی به کامپیوتر داده می شوند. کامپیوتر این داده ها را فقط به صورت باینری (binary) یعنی با فرمت خام می گیرد. دستگاههای ورودی کمک می کنند تا داده های ورودی به شکل باینری وارد کامپیوتر شوند تا برای آن قابل درک باشند. این داده ها می توانند در اشکال مختلف مثل حروف، اعداد، تصاویر و غیره وارد کامپیوتر شوند.

2- پردازش (Processing): پردازش وظیفه اصلی کامپیوتر است. CPU کار پردازش داده ها طبق دستورالعمل های وارد شده به سیستم رایانه را به عهده دارد. پردازش داده ها یک فرآیند داخلی در سیستم کامپیوتری است که طی آن داده ها در یک صف اجرا می شوند. پس از تکمیل فرایند پردازش، اکثر داده ها به صورت خروجی منتقل می شوند. پردازنده (CPU) ریز تراشه ایست که مغز کامپیوتر است. سرعت پردازنده در کامپیوترهای مختلف متفاوت است، چون این مساله به عوامل مختلفی مثل نوع سی پی یو، حافظه و مادربُرد (motherboard) بستگی دارد.

3- خروجی (Output): هر چیزی که از کامپیوتر خارج می شود خروجی نام دارد. خروجی ها به داده هایی می گویند که برای انسان قابل خواندن هستند و روی صفحه نمایش کامپیوتر (مانیتور) نمایش داده می شوند. در صورت تمایل می توان خروجی را در دستگاه های ذخیره سازی ذخیره کرد. دستگاه های خروجی داده های پردازش شده توسط CPU به شکلی که برای انسان قابل فهم باشد تبدیل می کنند.

4- ذخیره سازی (Storage): دستگاهی که از آن برای ذخیره داده های یک سیستم کامپیوتری استفاده می شود، دستگاه ذخیره سازی یا انبارش نام دارد. کار دستگاه های ذخیره سازی، ذخیره داده های دیجیتال است. این دستگاهها می توانند داده ها را در حین کار کامپیوتر و پس از پردازش داده ها ذخیره کنند. دو نوع ذخیره سازی وجود دارد: ذخیره سازی فرار (volatile) و غیر فرار (non-volatile). ذخیره سازی فرار داده ها را فقط تا زمانی که منبع تغذیه (برق) متصل است ذخیره می کند، اما ذخیره سازی غیر فرار می تواند داده ها را حتی پس از قطع منبع تغذیه نیز به طور دائم ذخیره نماید.

حتما دانلود کنید: دانلود رایگان آموزش صفر تا صد ویندوز ۱۰

ویژگی های کامپیوتر

این ویژگی های اصلی کامپیوتر است که باعث شده به بخش مهم و جدایی ناپذیر زندگی انسانها تبدیل شود. بیایید با هم ویژگی های اصلی و مهم کامپیوتر را بررسی کنیم:

1- سرعت (Speed): کامپیوترها ماشین های الکترونیکی پرسرعتی هستند و می توانند در هر ثانیه روی حدود 3 تا 4 میلیون دستورالعمل کار کنند. رایانه های پیشرفته حتی می توانند تریلیون‌ها دستورالعمل را در ثانیه انجام بدهند و زمان انجام کارهای دیجیتالی را کاهش بدهند.

2- دقت (Accuracy): یکی دیگر از ویژگی های مهم کامپیوترها عملکرد دقیق آنهاست. کامپیوترها می توانند وظایف داده شده به آنها را تقریبا با دقت صد در صدی و بدون خطا تکمیل کنند. با اینکه امکان بروز خطا در کامپیوترها هم ممکن است، اما معمولا این خطاها به خاطر ورودی نادرست، دستورالعمل های نادرست یا اشکالات در تراشه ها ایجاد می شوند. در واقع همه این خطاها انسانی هستند و به خاطر کامپیوتر نیستند.

3- ظرفیت ذخیره سازی (Storage Capacity): کامپیوترها به راحتی می توانند حجم عظیمی از داده ها را ذخیره کنند. رایانه های مدرن در مقایسه با نسخه های قدیمی تر از قابلیت ذخیره سازی بیشتری برخوردارند. داده های اضافی را می توان در دستگاههای جانبی دیگری مثل هارد دیسک های خارجی، فلش مموری ها و یا سایر دستگاهها هم ذخیره کرد. به خاطر سرعت باور نکردنی کامپیوترها، می توان این داده ها را در کمترین زمان ممکن از فضای ذخیره سازی بازیابی کرد.

4- قابلیت اطمینان (Reliability): کامپیوترها سازگار و قابل اعتماد هستند و می توانند کارها و وظایف تکراری را هر چند بار که بخواهید بدون هیچ خطایی پردازش کنند. کامپیوتر مثل انسان خسته نمی شود و برای همین در انجام کارهای تکراری و مبتنی بر قوانین نسبت به انسانها برتر و بهترند.

5- تطبیق پذیری (Versatility): تنوع وظایفی که یک کامپیوتر می تواند انجام دهد تقریباً بی نهایت است. این یعنی رایانه ها می توانند پشت سر هم و بدون خطا وظایف مختلفی را انجام بدهند. کامپیوترها الان دیگر فقط یک ماشین محاسباتی نیستند، بلکه می توان از آنها برای انجام کارهای مختلفی از رزرو بلیط گرفته تا وارد کردن اطلاعات مختلف و انجام محاسبات پیچیده ریاضی یا مشاهدات نجومی پیوسته و غیره استفاده کرد.

حتما دانلود کنید: آموزش صفر تا صد طراحی وبسایت

طبقه بندی کامپیوترها

کامپیوترها با توجه به اندازه فیزیکی شان به انواع زیر طبقه بندی می شوند:

1- ابر کامپیوتر (Supercomputer): ابر رایانه ها سریع ترین و گران ترین نوع کامپیوتر هستند. این کامپیوترها بسیار بزرگند و برای نصب به فضای بیشتری نیاز دارند. از ابر کامپیوترها عمدتا برای انجام وظایف پیچیده و بزرگ مبتنی بر داده ها استفاده می شود. این نوع کامپیوترها قادرند تریلیون ها دستورالعمل را به طور همزمان مدیریت کنند.

2- کامپیوتر سیستم اصلی یا کامپیوترهای بزرگ (Mainframe Computer): این نوع کامپیوترها در مقایسه با ابرکامپیوترها کوچکترند ولی هنوز هم ابعاد بزرگی دارند. کامپیوترهای سیستم اصلی برای انجام صدها یا هزاران کار به طور همزمان طراحی شده اند و می توانند کارهای سنگین از جمله محاسبات پیچیده را انجام دهند حجم زیادی از داده را ذخیره کنند. این نوع کامپیوترها برای سازمان های بزرگ مثل سیستم های بانکداری، مخابرات و بخش های آموزشی مناسب هستند.

3- ریز کامپیوتر (Microcomputer): میکرو کامپیوترها یا ریز رایانه ها از نظر قیمت ارزان هستند و از پلتفرم چند کاربره پشتیبانی می کنند. این نوع کامپیوترها برای انجام کارها و وظایف ضروری و برآورده کردن نیازهای فردی طراحی شده اند. از آنجایی که ریز کامپیوترها نسبت به کامپیوترهای سیستم اصلی کندتر هستند، برای استفاده در سازمانهای کوچک مثل کافی نت ها، مدارس، دانشگاهها، ادارات و غیره مناسبند. میکرو کامپیوترها با نام کامپیوترهای شخصی (PC) هم شناخته می شوند. لپ تاپ و کامپیوترهای دسکتاپ (رومیزی) نمونه هایی از میکروکامپیوترها هستند.

3- مینی کامپیوتر (Minicomputer): به مینی کامپیوترها مینی فریم (Miniframe) هم گفته می شود. این نوع کامپیوترها در واقع رایانه های چند پردازشی متوسط ​​هستند که به خاطر حمل آسان و سبک بودن طراحی شده اند. مینی کامپیوترها وزن کمی دارند و فضای کمی هم اشغال می کنند. از این نوع کامپیوترها می توان برای انجام کارهای مربوط به صورتحسابها، حسابداری، آموزش و اهداف مرتبط به کسب و کار استفاده کرد. از آنجایی که حمل این کامپیوترها آسان است، بهترین گزینه برای افرادی که در سفر به کامپیوتر نیاز دارند محسوب می شوند. تبلت ها (Tablet)، نوت بوک ها (Notebooks) و تلفن های همراه نمونه هایی از مینی کامپیوتر هستند.

4- کامپیوترهای ایستگاه کاری (Workstation): کامپیوتر ایستگاه کاری یک کامپیوتر قدرتمند و تک کاربره است. این نوع کامپیوتر در واقع یک رایانه شخصی با ریزپردازنده سریعتر، حجم حافظه بیشتر، مانیتور با کیفیت بالاتر،حافظه گرافیکی بالا و غیره است. کامپیوترهای ایستگاه کاری برای انجام هر نوع کار خاص به صورت حرفه ای مناسبند. این نوع کامپیوتر بر اساس وظایفی که انجام می دهد به دسته های ایستگاه کاری موسیقی، ایستگاه کاری گرافیکی یا ایستگاه کاری طراحی مهندسی دسته بندی می شود. اکثر مشاغل و افراد حرفه ای از کامپیوترهای ایستگاه کاری برای انجام کارهایی مثل ساخت انیمیشن، موسیقی، ویرایش ویدیو، طراحی پوستر، تجزیه و تحلیل داده ها و موارد دیگر استفاده می کنند.

مزایای استفاده از کامپیوتر

اصلی ترین مزایای استفاده از کامپیوتر شامل موارد زیر می شود:

• کامپیوترها می توانند وظایف داده شده به آنها را با سرعتی باورنکردنی انجام بدهند.
• کامپیوترها می توانند یک یا چند کار را چندین بار با دقت یکسان انجام بدهند.
• کامپیوترها امکان انجام چندین کار را به طور همزمان فراهم می کنند، چون برای عملکرد چند وظیفه ای بسیار مناسبند.
• کامپیوترها داده های ذخیره شده را امن و دور از دسترس کابران غیر مجاز نگه می دارند.
• کامپیوترها وظایف معمول را به طور خودکار و اتوماسیون (بدون نیاز به عامل خارجی یعنی انسان) انجام می دهند و امکان انجام کارهای هوشمندانه تر را برای انسانها فراهم می کنند.

معایب استفاده از کامپیوتر

اصلی ترین معایب استفاده از کامپیوتر شامل موارد زیر می شود:

• کامپیوترها نمی توانند به تنهایی کار کنند و برای انجام وظایفشان به دستورات انسانها نیاز دارند. علاوه بر این، کامپیوترها دستورالعمل های داده شده را کورکورانه و بدون فکر کردن به نتایج دنبال می کنند.
• کامپیوترها برای کار کردن به منبع تغذیه (انرژی) نیاز دارند و بدون منبع تغذیه عملا بی فایده هستند.
• کار کردن مدام با کامپیوتر می تواند باعث بروز مشکلات سلامتی شود.
• ضایعات و قطعات کامپیوتری روی محیط زیست تاثیر منفی می گذارند.
• کامپیوترها در بسیاری از بخش های شغلی جای انسان را می گیرند. آنها جایگزین کار انسانی می شوند و در نتیجه بیکاری را افزایش می دهند.

حتما دانلود کنید: آموزش صفر تا صد پایگاه داده (رایگان)