پاورپوینت کامل و جامع با عنوان ساختار کامپیوتر - دانلود رایگان



دانلود رایگان ساختار کامپیوتر پایه مانو

دانلود رایگان
پاورپوینت کامل و جامع با عنوان ساختار کامپیوتر پایه مانو در 70 اسلایدرایانه یا کامپیوتر (به انگلیسی: computer) ماشینی است که از آن برای پردازش و ذخیره اطلاعات استفاده می شود.
تاریخچه در گذشته دستگاه های مختلف مکانیکی ساده ای مثل خط کش محاسبه و چرتکه نیز رایانه خوانده می شدند. در برخی موارد از آن ها به عنوان رایانه قیاسی نام برده می شود. البته لازم است ذکر شود که کاربرد واژهٔ رایانه آنالوگ در علوم مختلف بیش از این است که به چرتکه و خطکش محاسبه محدود شود. به طور مثال در علوم الکترونیک، مخابرات و کنترل روشی برای محاسبه مشتق و انتگرال توابع ریاضی و معادلات دیفرانسیل توسط تقویت کننده های عملیاتی، مقاومت، سلف و خازن متداول است که به مجموعهٔ سیستم مداری رایانهٔ قیاسی (آنالوگ) گفته می شود. چرا که برخلاف رایانه های رقمی، اعداد را نه به صورت اعداد در پایه دو بلکه به صورت کمیت های فیزیکی متناظر با آن اعداد نمایش می دهند. چیزی که امروزه از آن به عنوان رایانه یاد می شود در گذشته به عنوان رایانه رقمی (دیجیتال) یاد می شد تا آن ها را از انواع رایانه قیاسی جدا سازند.
به تصریح دانشنامه انگلیسی ویکی پدیا، بدیع الزمان ابوالعز بن اسماعیل بن رزاز جَزَری (درگذشتهٔ ۶۰۲ ق) یکی از نخستین ماشین های اتوماتا را که جد رایانه های امروزین است، ساخته بوده است. این مهندس مکانیک مسلمان از دیاربکر در شرق آناتولی بوده است. رایانه یکی از دو چیز برجسته ای است که بشر در سدهٔ بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ۱۶۴۲ ساخت اولین تلاش در راه ساخت دستگاه های محاسب خودکار بود. پاسکال آن دستگاه را که پس از چرتکه دومین ابزار ساخت بشر بود، برای یاری رساندن به پدرش ساخت. پدر وی حسابدار دولتی بود و با کمک این دستگاه می توانست همه اعداد شش رقمی را با هم جمع و تفریق کند.
لایبنیتز ریاضی دان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ۱۶۷۱ دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ۱۹۶۴ به درازا کشید. همزمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ۱۶۷۳ دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب می کرد.
در سدهٔ هجدهم میلادی هم تلاش های فراوانی برای ساخت دستگاه های محاسب خودکار انجام شد که بیشترشان نافرجام بود. سرانجام در سال ۱۸۷۵ میلادی استیفن بالدوین نخستین دستگاه محاسب را که هر چهار عمل اصلی را انجام می داد، به نام خود ثبت کرد.
از جمله تلاش های نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به چارلز ببیج ریاضی دان انگلیسی است. وی در آغاز این سده در سال ۱۸۱۰ در اندیشهٔ ساخت دستگاهی بود که بتواند بر روی اعداد بیست و شش رقمی محاسبه انجام دهد. او بیست سال از عمرش را در راه ساخت آن صرف کرد اما در پایان آن را نیمه کاره رها کرد تا ساخت دستگاهی دیگر که خود آن را دستگاه تحلیلیمی نامید آغاز کند. او می خواست دستگاهی برنامه پذیر بسازد که همه عملیاتی را که می خواستند دستگاه برروی عددها انجام دهد، قبلاً برنامه شان به دستگاه داده شده باشد. قرار بود عددها و درخواست عملیات برروی آن ها به یاری کارت های پانچ وارد شوند. بابیج در سال ۱۸۷۱ مرد و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید.
کارهای بابیج به فراموشی سپرده شد تا این که در سال ۱۹۴۳ و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاری شدهٔ آلمانی ها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت آی بی ام و دانشگاه هاروارد به عهده گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی به نام ASCC در سال ۱۹۴۴ انجامید. این دستگاه پنج تنی که ۱۵ متر درازا و ۲٫۵ متر بلندی داشت، می توانست تا ۷۲ عدد ۲۴ رقمی را در خود نگاه دارد و با آن ها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخدار برنامه ریزی می شد و همهٔ بخش های آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود.
داده و اطلاعات داده به آن دسته از ورودی های خام گفته می شود که برای پردازش به رایانه ارسال می شوند.
به داده های پردازش شده اطّلاعات می گویند.
رایانه ها چگونه کار می کنند؟ از زمان رایانه های اولیه که در سال ۱۹۴۱ ساخته شده بودند تا کنون فناوری های دیجیتالی رشد نموده است، معماری فون نوِیمن یک رایانه را به چهار بخش اصلی توصیف می کند: واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit یا ALU)، واحد کنترل یا حافظه، و ابزارهای ورودی و خروجی (که جمعاً I/O نامیده می شود). این بخش ها توسط اتصالات داخلی سیمی به نام گذرگاه (bus) با یکدیگر در پیوند هستند.
حافظه تصویری از یک هارددیسک در این سامانه، حافظه بصورت متوالی شماره گذاری شده در خانه ها است، هرکدام محتوی بخش کوچکی از داده ها می باشند. داده ها ممکن استدستورالعمل هایی باشند که به رایانه می گویند که چه کاری را انجام دهد باشد. خانه ممکن است حاوی اطلاعات مورد نیاز یک دستورالعمل باشد. اندازه هر خانه، وتعداد خانه ها، در رایانهٔ مختلف متفاوت است، همچنین فناوری های بکاررفته برای اجرای حافظه نیز از رایانه ای به رایانه دیگر در تغییر است (از بازپخش کننده های الکترومکانیکی تا تیوپ ها و فنرهای پر شده از جیوه و یا ماتریس های ثابت مغناطیسی و در آخر ترانزیستورهای واقعی و مدار مجتمع ها با میلیون ها فیوز نیمه هادی یا MOSFETهایی با عملکردی شبیه ظرفیت خازنی روی یک تراشه تنها).
پردازش تصویری از یک CPU یا واحد پردازشگر مرکزی واحد محاسبه و منطق یا ALU دستگاهی است که عملیات پایه مانند چهار عمل اصلی حساب (جمع و تفریق و ضرب و تقسیم)، عملیات منطقی (و، یا،نقیض)، عملیات قیاسی (برای مثال مقایسه دو بایت برای شرط برابری) و دستورات انتصابی برای مقدار دادن به یک متغیر را انجام می دهد. این واحد جائیست که کار واقعی در آن صورت می پذیرد.
البته CPUها به دو دسته کلی RISC و CISC تقسیم بندی می شوند. نوع اول پردازش گرهای مبتنی بر اعمال ساده هستند و نوع دوم پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده می باشند. پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده در واحد محاسبه و منطق خود دارای اعمال و دستورهایی بسیار فراتر از چهار عمل اصلی یا منطقی می باشند. تنوع دستورات این دسته از پردازنده ها تا حدی است که توضیحات آن ها خود می تواند یک کتاب با قطر متوسط ایجاد کند. پردازنده های مبتنی بر اعمال ساده اعمال بسیار کمی را پوشش می دهند و در حقیقت برای برنامه نویسی برای این پردازنده ها بار نسبتاً سنگینی بر دوش برنامه نویس است. این پردازنده ها تنها حاوی ۴ عمل اصلی و اعمال منطقی ریاضی و مقایسه ای به علاوه چند دستور بی اهمیت دیگر می باشند. هرچند ذکر این نکته ضروری است که دستورات پیچیده نیز از ترکیب تعدادی دستور ساده تشکیل شده اند و برای پیاده سازی این دستورات در معماری های مختلف از پیاده سازی سخت افزاری (معماری CISC) و پیاده سازی نرم افزاری (معماری RISC) استفاده می شود.
(قابل ذکر است پردازنده های اینتل از نوع پردازنده مبتنی بر اعمال پیچیده می باشند)
واحد کنترل همچنین این مطلب را که کدامین بایت از حافظه حاوی دستورالعمل فعلی اجرا شونده است را تعقیب می کند، سپس به واحد محاسبه و منطقاعلام می کند که کدام عمل اجرا و از حافظه دریافت شود و نتایج به بخش اختصاص داده شده از حافظه ارسال گردد. بعد از یک بار عمل، واحد کنترل به دستورالعمل بعدی ارجاع می کند (که معمولاً در خانه حافظه بعدی قرار دارد، مگر اینکه دستورالعمل جهش دستورالعمل بعدی باشد که به رایانه اعلام می کند دستورالعمل بعدی در خانه دیگر قرار گرفته است).
ورودی/خروجی تصویری از یک رایانه، صفحه نمایشگر(Monitor) نقش خروجی و صفحه کلید(keyboard) نقش ورودی را دارد. بخش ورودی/خروجی (I/O) این امکان را به رایانه می دهد تا اطلاعات را از جهان بیرون تهیه و نتایج آن ها را به همان جا برگرداند. محدوده فوق العاده وسیعی از دستگاه های ورودی/خروجی وجود دارد، از خانواده آشنای صفحه کلیدها، نمایشگرها، نَرم دیسک گرفته تا دستگاه های کمی غریب مانند رایابین ها (webcams). (از سایر ورودی/خروجی ها می توان موشواره mouse، قلم نوری، چاپگرها (printer)، اسکنرها، انواع لوح های فشرده(CD, DVD) را نام برد).
چیزی که تمامی دستگاه های عمومی در آن اشتراک دارند این است که آن ها رمزکننده اطلاعات از نوعی به نوع دیگر که بتواند مورد استفاده سیستم های رایانه دیجیتالی قرار گیرد، هستند. از سوی دیگر، دستگاه های خروجی آن اطلاعات به رمز شده را رمزگشایی می کنند تا کاربران آن ها را دریافت نمایند. از این رو یک سیستم رایانه دیجیتالی یک نمونه از یک سامانه داده پردازی می باشد.
دستورالعمل ها هر رایانه تنها دارای یک مجموعه کم تعداد از دستورالعمل های ساده و تعریف شده می باشد. از انواع پرکاربردشان می توان به دستورالعمل محتوای خانه ۱۲۳ را در خانه ۴۵۶ کپی کن! ، محتوای خانه ۶۶۶ را با محتوای خانه ۰۴۲ جمع کن، نتایج را در خانه ۰۱۳ کن! ، اگر محتوای خانه ۹۹۹ برابر با صفر است، به دستورالعمل واقع در خانه ۳۴۵ رجوع کن! اشاره کرد.
دستورالعمل ها در داخل رایانه بصورت اعداد مشخص شده اند - مثلاً کد دستور العمل (copy instruction) برابر ۰۰۱ می تواند باشد. مجموعه معین دستورالعمل های تعریف شده که توسط یک رایانه ویژه پشتیبانی می شود را زبان ماشین می نامند. در واقعیت، اشخاص معمولاً به زبان ماشین دستورالعمل نمی نویسند بلکه بیشتر به نوعی از انواع سطح بالای زبان های برنامه نویسی، برنامه نویسیمی کنند تا سپس توسط برنامه ویژه ای (تفسیرگرها (interpreters) یا همگردان ها (compilers) به دستورالعمل ویژه ماشین تبدیل گردد. برخی زبان های برنامه نویسی از نوع بسیار شبیه و نزدیک به زبان ماشین که اسمبلر (یک زبان سطح پایین) نامیده می شود، استفاده می کنند؛ همچنین زبان های سطح بالای دیگری نیز مانند پرولوگ نیز از یک زبان انتزاعی و چکیده که با زبان ماشین تفاوت دارد بجای دستورالعمل های ویژه ماشین استفاده می کنند.
معماری ها در رایانه های معاصر واحد محاسبه و منطق را به همراه واحد کنترل در یک مدار مجتمع که واحد پردازشی مرکزی (CPU) نامیده می شود، جمع نموده اند. عموماً، حافظه رایانه روی یک مدار مجتمع کوچک نزدیک CPU قرار گرفته. اکثریت قاطع بخش های رایانه تشکیل شده اند از سامانه های فرعی (به عنوان نمونه، منبع تغذیه رایانه) و یا دستگاه های ورودی/خروجی.
برخی رایانه های بزرگ تر چندین CPU و واحد کنترل دارند که بصورت هم زمان با یکدیگر درحال کارند. این گونه رایانه ها بیشتر برای کاربردهای پژوهشی و محاسبات علمی بکار می روند.
کارایی رایانه ها بنا به تئوری کاملاً درست است. رایانه داده ها و دستورالعمل ها را از حافظه اش واکشی (fetch) می کند. دستورالعمل ها اجرا می شوند، نتایج ذخیره می شوند، دستورالعمل بعدیواکشی می شود. این رویه تا زمانی که رایانه خاموش شود ادامه پیدا می کند. واحد پردازنده مرکزی در رایانه های شخصی امروزی مانند پردازنده های شرکت ای-ام-دی و شرکت اینتل از معماری موسوم به خط لوله استفاده می شود و در زمانی که پردازنده در حال ذخیره نتیجه یک دستور است مرحله اجرای دستور قبلی و مرحله واکشی دستور قبل از آن را آغاز می کند. همچنین این رایانه ها از سطوح مختلف حافظه نهانگاهی استفاده می کنند که در زمان دسترسی به حافظه اصلی صرفه جویی کنند.
برنامه ها برنامه رایانه ای فهرست های بزرگی از دستورالعمل ها (احتمالاً به همراه جدول هائی از داده) برای اجرا روی رایانه هستند. خیلی از رایانه ها حاوی میلیون ها دستورالعمل هستند، و بسیاری از این دستورها به تکرار اجرا می شوند. یک رایانه شخصی نوین نوعی (درسال ۲۰۰۳) می تواند در ثانیه میان ۲ تا ۳ میلیارد دستورالعمل را پیاده نماید. رایانه ها این مقدار محاسبه را صرف انجام دستورالعمل های پیچیده نمی کنند. بیشتر میلیون ها دستورالعمل ساده را که توسط اشخاص باهوشی برنامه نویسان در کنار یکدیگر چیده شده اند را اجرا می کنند. برنامه نویسان خوب مجموعه هایی از دستورالعمل ها را توسعه می دهند تا یکسری از وظایف عمومی را انجام دهند (برای نمونه، رسم یک نقطه روی صفحه) و سپس آن مجموعه دستورالعمل ها را برای دیگر برنامه نویسان در دسترس قرار می دهند. (اگر مایلید یک برنامه نویس خوب باشید به این مطلب مراجعه نمایید)
رایانه های امروزه، قادرند چندین برنامه را در آن واحد اجرا نمایند. از این قابلیت به عنوان چندکارگی (multitasking) نام برده می شود. در واقع، CPU یک رشته دستورالعمل ها را از یک برنامه اجرا می کند، سپس پس از یک مقطع ویژه زمانی دستورالعمل هایی از یک برنامه دیگر را اجرا می کند. این فاصله زمانی اکثراً به عنوان یک برش زمانی (time slice) نام برده می شود. این ویژگی که CPU زمان اجرا را بین برنامه ها تقسیم می کند، این توهم را بوجود می آورد که رایانه هم زمان مشغول اجرای چند برنامه است. این شبیه به چگونگی نمایش فریم های یک فیلم است، که فریم ها با سرعت بالا در حال حرکت هستند و به نظر می رسد که صفحه ثابتی تصاویر را نمایش می دهد. سیستم عامل همان برنامه ای است که این اشتراک زمانی را بین برنامه های دیگر تعیین می کند.
سیستم عامل کامپیوتر همیشه نیاز دارد تا برای بکار انداختنش حداقل یک برنامه روی آن در حال اجرا باشد. تحت عملکردهای عادی این برنامه همان سیستم عامل یا OS که مخفف واژه های Operating System است. سیستم یا سامانه عامل بر اساس پیشفرض ها تصمیم می گیرد که کدام برنامه برای انجام چه وظیفه ای اجرا شود، چه زمان، از کدام منابع (مثل حافظه، ورودی/خروجی و…) استفاده شود. همچنین سیستم عامل یک لایه انتزاعی بین سخت افزار و برنامه های دیگر که می خواهند از سخت افزار استفاده کنند، می باشد، که این امکان را به برنامه نویسان می دهد تا بدون اینکه جزئیات ریز هر قطعه الکترونیکی از سخت افزار را بدانند بتوانند برای آن قطعه برنامه نویسی نمایند. در گذشته یک اصطلاح متداول بود که گفته می شد با تمام این وجود کامپیوترها نمی توانند برخی از مسائل را حل کنند که به این مسائل حل نشدنی گفته می شود مانند مسائلی که در مسیر حلشان در حلقه بی نهایت می افتند. به همین دلیل نیاز است که با کمک روشهای خاص بطور مثال به چند بخش تقسیم نمودن مسئله یا روشهای متداول دیگر از رخ دادن این خطا تا حد امکان جلوگیری نمود. از جمله سیستم عامل های امروزی می توان به مایکروسافت ویندوز، مکینتاش اپل و لینوکس و بی اس دی اشاره کرد.

فهرست مطالب: معماری SPC
کامپیوتر پایه مانو
کد دستورها
معماری تک انباره ای
فرمت دستورات
اضافه نمودن مدهای آدرس دهی
آدرس دهی مستقم و غیرمستقیم
رجیسترها و حافظه کامپیوتر پایه
ورودیهای کنترلی رجیسترها
شمارنده برنامه
گذرگاه مشترک
نحوه اتصال اجزا
رجیستر آدرس
رجیستر حافظه
زمانبندی
ساختار کلی دستورات
دستورات کامپیوتر پایه
واحد کنترل
ترتیب شمار
دیاگرام زمانی
چرخه دستورالعمل
واکشی و رمزگشایی
انواع دستورات
ورودی و خروجی
وقفه
و...


دریافت فایل
جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید




کلمپیوتر پایه


مانو


رجیستر


آدرس


حافظه


پردازنده


مقاله


پاورپوینت


فایل فلش


کارآموزی


گزارش تخصصی


اقدام پژوهی


درس پژوهی


جزوه


خلاصه