نحوه کار کامپیوتر و آشنایی با اجزای درونی کامپیوتر

شاید این سوال برای شما مطرح شده باشد که کامپیوتری که در مقابل شما قرار دارد چگونه کار می کند؟

کامپیوترها تنها در طول چند دهه از دستگاه‌های ساده به یک کالای اصلی در قرن ۲۱ تبدیل شده‌اند. اما با وجود اینکه یک تکنولوژی نسبتا جدید است، بیشتر مردم نحوه استفاده آن را نمی‌دانند و برایشان سوال است که چگونه یک کیس مستطیلی ساده قادر به انجام محاسبات پیچیده یا پخش ویدیو، صدا و اجرای نرم‌افزارهای پیچیده است. ما در این مقاله به شما توضیح خواهیم داد که این وسایل چگونه کار می کنند و برای ساختن آن‌ها به چه اجزایی نیاز است.

کامپیوتر چیست؟

کامپیوتر یک وسیله الکترونیکی با قابلیت برنامه ریزی بوده که قادر به پردازش اطلاعات می‌باشد. آن‌ها از سخت‌افزار و نرم‌افزار تشکیل شده‌ و به دو روش کار می‌کنند. روش اول آن‌ها اطلاعات را از طریق یک روتر ورودی دریافت می‌کنند و روش دوم نیز اطلاعات را از طریق یک واحد ذخیره‌سازی دیجیتال دریافت کرده و به یک خروجی ارسال می‌کنند.

کامپیوترهای مدرن را نمی‌توان با عملکرد مدل قدیمی آن‌ها در قرن نوزدهم مقایسه کرد. در حالی که هر دو توانایی محاسبات طولانی و خسته کننده و پردازش اطلاعات را انجام می دهند، اما از نظر توانایی زمین تا آسمان با یکدیگر متفاوت هستند.

نحوه کارکرد کامپیوتر

یک کامپیوتر اطلاعات ورودی را پردازش می کند و اطلاعات خروجی مورد نظر را تولید کند، اما یک ماشین چگونه توانایی عملکرد بهتر از مغز انسان را دارد؟

کامپیوترهای معمولی شباهتی با مغز انسان ندارند، بلکه آن‌ها دستورات را به صورت متوالی اجرا می کنند و اطلاعات به صورت دائم از ورودی و حافظه به پردازنده دستگاه منتقل می شوند. گرچه مدل‌های نورومورفیک (Neuromorphic) داده ها را همزمان پردازش کرده و با سرعت بیشتر، انرژی بهینه و نزدیک‌تر به ساختار مغز انسان کار می کند.

به طور کلی، کارکرد یک کامپیوتر در چهار مرحله قابل توصیف است:

• ورودی یا Input: ورودی به معنای داده‌های قبل از پردازش یا داده‌های خام است و از ماوس، کیبورد، میکروفون و سایر سنسورهای مختلف به وجود می‌آیند.
• ذخیره سازی یا Storage: ذخیره سازی نحوه نگهداری داده های ورودی توسط کامپیوتر می‌باشد و وظیفه‌ی آن را هارد دیسک برای ذخیره سازی طولانی مدت و انبوه داده ها تقبل می‌کند. مجموعه داده ها برای پردازش فوری، به طور موقت در RAM ذخیره می شود.
• پردازش: پردازش بخشی است که ورودی به خروجی تبدیل می شود. واحد پردازش کامپیوتر یا CPU، مغز این ماشین است. این مغز، مسئول اجرای دستورالعمل ها و انجام عملیات محاسباتی روی داده های ورودی است.
• خروجی یا Output: خروجی نتیجه نهایی پردازش داده‌هاست. خروجی‌ها می توانند هر چیزی باشند و از تصاویر، ویدیو، محتوای صوتی و یا کلماتی که با استفاده از کیبورد تایپ می کنید نیز شامل می‌شوند. همچنین می توانید خروجی‌ها را از طریق پرینتر یا پروژکتور دریافت کنید.

اجزای سخت افزاری یک کامپیوتر

هر چه کارایی یک کامپیوتر ساده‌ تر باشد، ساخت آن نیز آسان‌تر خواهد بود. مدل‌های قدیمی هم به همین دلیل در مقایسه با همتایان مدرن خود ساده بودند و قابلیت های محدودی داشتند.

اجزای سخت‌افزاری که شامل تمام دستگاه‌های ورودی و خروجی اعم از کیبورد، میکروفون و ماوس گرفته تا مانیتور و اسپیکر می‌شود، به تمام قطعه‌هایی می‌گویند که می‌توانید آن را از نظر فیزیکی لمس کنید و در کامپیوتر ببینید.

همچنین به بخش‌های پردازش فیزیکی مانند رم ذخیره‌سازی، CPU، کارت گرافیک، کارت صدا، RAM و مادربرد که همگی نقش مهمی در کامپیوترهای امروزی دارند، سخت‌افزار می‌گویند. در ادامه، چندین سخت‌افزار داخلی کامپیوتر را معرفی کرده و آن را برای شما توضیح خواهیم داد:

مادربرد

مادربرد مدار ارتباطی اصلی بین قطعات سخت افزاری کامپیوتر است. این مدار اصلی، هرچیزی که نیاز به اتصال فیزیکی دارد (به جز مدارهایی با اتصال بلوتوثی یا وای‌فای) را به یک دیگر متصل می‌کند. فقدان مادربرد، کارکرد یک کامپیوتر مدرن را عملا غیرممکن می‌کند.

پردازنده یا CPU

این قطعه بر روی مادربرد (مرکز ارتباطات) اعمال می‌شود و وظیفه مدیریت ارتباطات را برعهده دارد. پردازنده، ورودی‌ها و دستورالعمل‌ها را دریافت و تفسیر کرده و سیگنال‌هایی را به اجزای دیگر ارسال می‌کند و دستور می‌دهد تا روی داده‌ها چه تغییراتی انجام شود که خروجی مورد نظر تولید شود. هر چه تعداد هسته های یک CPU بیشتر باشد، عملیات بیشتری را می تواند همزمان انجام دهد.

RAM

رم دستیار اصلی CPU است. رم به جای جستجوی داده در یک واحد ذخیره سازی بسیار بزرگ، داده های استفاده شده توسط سیستم عامل، هر نرم افزار در حال اجرا و داده‌های دریافت شده از ورودی را ذخیره می‌کند. هرچه ظرفیت رم بیشتر باشد، بدون کاهش سرعت دستگاه می‌توانید نرم افزارهای سنگین‌تری را اجرا کنید.

HDD/SSD

HDD مخفف عبارت Hard Disk Drive است. این سخت‌افزار رسانه ها و برنامه های شما از جمله سیستم عامل (OS) را به طور دائم ذخیره می کند. اندازه و کارایی آنها از چند صد گیگابایت (GB) بوده و تا چند ترابایت (TB) متفاوت است.

SSD هم مخفف عبارت Solid State Drives بوده و نوع دیگری از سخت افزارهای ذخیره سازی هستند. SSD و HDD برای امور مختلف مفید بوده و بسیاری از کاربران، این سخت‌افزارها را برای بهتر کردن عملکرد کامپیوتر، آن‌ها را ترکیب می کنند.

کارت گرافیک

کارت گرافیک یا GPU به پردازش تصاویر بصری اختصاص داده شده است. وجود پردازنده‌های گرافیکی قدرتمند برای ارائه تصاویر و گرافیک با کیفیت بالا یا انجام بازی‌ها ضروری هستند. کارت گرافیک می تواند به صورت سخت‌افزار جداگانه و مستقل یا داخل CPU قرار گرفته باشد.

کارت صدا

کارت های صدا وظیفه پردازش داده های شنیداری و ارسال آن به اسپیکرهای شما را بر عهده دارند. به طور مشابه، کارت صدا می تواند قطعه جداگانه و مستقل یا داخل CPU قرار گرفته باشد.

اجزای نرم افزاری کامپیوتر

کامپیوترهای مدرن برای پردازش ورودی‌ها و تولید خروجی‌های پیچیده از ترکیب قطعات سخت افزاری و نرم افزاری استفاده می کنند.

نرم افزار مجموعه ای از دستورالعمل های از پیش تعیین شده است که وظیفه کامپیوتر شما را مشخص می‌کند. نرم‌افزار می‌تواند یک برنامه دیجیتالی بوده و وجود فیزیکی ندارد.

همچنین نرم‌افزار مانند سخت افزار، انواع مختلفی داشته و هر کدام نقش‌های متفاوتی را در عملکرد کامپیوتر شما اجرا می کنند. در ادامه با بعضی از این نرم‌افزار ها آشنا می‌شویم:

Firmware

Firmware نرم‌افزاری بوده که به عنوان پل ارتباط بین سخت‌افزار و نرم‌افزار شناخته می‌شود.

وقتی کامپیوتر را روشن می‌کنید، Firmware اولین چیزی است که آن را روشن می‌کند. Firmware یک نرم‌افزار ساده بوده که به آن دستور می‌دهد تا سیستم عامل را بالا بیاورد. بدون این نرم‌افزار، کامپیوتر شما قادر به راه‌اندازی سیستم عامل یا دیگر نرم‌افزار‌ها را ندارد. همچنین قابلیت استفاده از سخت افزارهای موجود در آن را نیز نخواهید داشت.

سیستم عامل (OS)

سیستم عامل نرم‌افزاری است که منابع سخت افزاری و نرم‌افزاری را مدیریت می کند. بدون سیستم عامل، حتی با استفاده از دستگاه های ورودی خود نیز نمی توانید از کامپیوتر خود استفاده کنید.

آینده کامپیوترها

کامپیوترهایی که از مدل پردازش متوالی (sequential) پیروی می‌کنند ارزان‌تر، کوچک‌تر، سریع‌تر و کارآمدتر هستند. اگرچه طراحی و ساختار این نوع کامپیوترها، روز به روز در حال پیشرفت هستند. می‌توانید در آینده انتظار افزایش قدرت محاسباتی را داشته باشید که متکی به تکنولوژی بوده و برای اولین بار بیش از ۵۰ سال پیش طراحی شد و در حال شکوفایی می‌باشند.