مقدمه ای بر کامپیوتر
توصیفی عمومی از کامپیوتر
کامپیوتر ماشینی الکترونیکی است که می تواند داده های مختلفی از قبیل اعداد و حروف را بعنوان مشخصات اشخاص و یا اشیا, و غیره ، گرفته و آنها را ضبط و ذخیره نماید و سپس با امکان بازیابی آنها ، اعمال مختلفی از قبیل اعمال حسابی و مقایسه های منطقی را روی آنها انجام داده و نتایج جدیدی را به دست آورد . این نتایج می توانند به طریق مناسب از قبیل متن ، نمودار ،تصویر ، و یا صدا در اختیار گرفته و در تصمیم گیری ها مورد استفاده قرار شوند .
کاری که کامپیوتر می تواند انجام دهد شبیه عمل کرد انسان در هنگام کوشش برای حل یک مساله است انسان برای اینکه مساله ای را حل کند نخستین کاری که انجام میدهد گوش دادن یا خواندن صورت مساله و سپردن نکات مهم آن در ذهن است . بعد از این کار ، نوبت به فکر کردن در باره راه حل مساله و تجزیه و تحلیل آن می رسد انسان با توجه به سوابق ذهنی و معلوماتی که در باره مساله دارد ، سعی می کند راهی برای حل آن بیابد . بعد از پیدا کردن راه حل مساله و حل آن ، نوبت به بیان جواب مساله یا نتایج بدست آمده می رسد . مراحلی را که گفتیم به صورت سلسله عملیات " خواندن صورت مساله و معلومات آن " ، "تقکر درباره مساله " و "نوشتن جواب مساله " خلاصه شود .
کاری که کامپیوتر در حل یک مساله انجام میدهد شبیه این مراحل است . بدین معنی که باید صورت مساله و معلومات آن در اختیار کامپیوتر گذاشته شود . در مورد انسان این کار از طریق راهها و یا کانال های مختلفی نظیر چشم ، گوش و حواس دیگر انجام می گیرد .
برای اینکه بتوانیم اطلاعات اولیه مربوط به مساله را در اختیار کامپیوتر بگذاریم باید کامپیوتر نیز دارای چنین کانال هایی باشد در مورد کامپیوتر این کانال ها دستگاههایی هستند که آنها را " دستگاه ورودی "
می گویند این دستگاهها انواع مختلفی دارند و می توانند اطلاعات اولیه را وارد کامپیوتر کنند .
مروری بر تاریخچه ساخت وتکامل کامپیوتر :
در بررسی تاریخ نکامل کامپیوترها , غالباً تا آنجایی در تاریخ به عقب باز می گردند که در زمینه های نیاز انسان به اعمالی از قبیل شمارش و محاسبه و سپس کوشش برای ساخت وسایلی جهت انجام این امور مورد بررسی و تحلیل قرار گیرند . علایم باقی ماتده از اعصار کهن تشان می دهند که شمارش و نمایش اعداد , قبل از پیدایش خط و نوشتن نیز رایج بوده است . در ابتدا این کار به کمک دست و اعضای بدن صورت
می گرفته و در کنار آنها از خطوط و علایمی که روی گل یا سنگ حک می شد دانه های شنی که در
گوشه ای کومه می کردند و گره هایی در یک تکه نخ می زدند و استفاده می کردند .
نخستین وسیله ای که برای شمارش و محاسبه در دسترس انسان قرار داشته انگشتان دست بوده است.پژوهندگان انتخاب پایه ده را بعنوان پایه شمارش طبیعی باوجود ده انگشت در دستهای انسانی
بی ارتباط نمی دانند اثر کاربرد انگشتان در شمارش , در ارقام رومی در مورد نمایش 1 با یک انگشت و همینطور 5 با پنج انگشت در شکل این ارقام که I,V هستند بخوبی هویدا است V شکل پتجه دست را تداعی می کند البته پایه شمارش تنها به 10 محدود نمی شود . آثار باقی مانده از تمدنهای کهن و مطالعه در تاریخ قبایل استفاده از پایه های شمارشی دیگر را نشان می دهد بعضی تمدنها به جای پایه شمارشی ده دهی از پایه 20 استفاده کرده اند انتخاب پایه 20 به این خاطر بوده در شمارش تعداد انگشتان دست را کافی
نمی دانستند و از انگشتان پاها نیز استفاده می کردند.
حتی امروز نیز برخی از اسکیموها , سرخ پوستان آمریکایی و قبایل آفریقایی از پایه شمارشی 20 استفاده
می کنند. آزتکها و مایاها نیز که تمدنهای درخشانی داشتند از پایه 20 استفاده کردند . بابلیان و کلدانیان در محاسبات خود پایه 60 را به کار بردند البته کلدانیان در کنار پایه 60 از پایه 10 نیز استفاده کردند . وجود چیزهایی از قبیل نمره 20 وتقسیم بندی درجه به 60 دقیقه و دقیقه به 60 ثانیه می تواند نشانی از کاربردی از این پایه های شمارشی باشد .
با پیشرفت زندگی اجتماعی وپیچیدگی هایی که از آن ناشی می شد دیگر دست را یارای محاسبه پیچیده نبود بدین علت انسان مجبور شد برای انجام محاسبات روز مره وسایلی را ابداع کند . وسایل دیگری که به کار گرفته شد دانه های شن , تکه های نخ بودند که درروی آنها گره هایی یا شیارهایی ایجاد می کردند وبدین وسیله شمارش انجام می دادند . فکر ساختن وسیله ای که بتواند محاسبات ساده را انجام دهد به 2000 سال می رسد . چرتکه معمولی یکی از نخستین وسایلی است که برای این منظور ساخته شد . ماشینهایی که هم قادر به محاسبه وهم چاپ نتایج بودند در سال 1890 بوجود آمدند این ماشینها قادر بودند عملیات مختلفی را ترکیب کرده و نتایج را روی نواری بنویسند از این نوار بعنوان وسیله برای ضبط و بایگانی نتایج استفاده می شد . کارت منگنه که تا چندی پیش در کارهای کامپیوتری به مقدار زیاد مصرف
می شد گرچه بعد از سالهای 1930 به خدمت کارهای کامپیوتری درآمد ولی دارای قدمت بیشتری است . نخستین بار , یک فرانسوی به نام ژاکار از آن برای کارهای بافندگی استفاده کرد. ( اولین ماشین جمع زن مکانیکی در سال 1642 توسط بلز پاسکال در فرانسه ساخته شد )
هرمان هولریث با استفاده از این ایده , کارتهای مدرن منگنه را ابداع کرد و ماشینی بر مبنای آن ساخت . هولریث در سال 1896 ماشین ساخت خود را تکمیل کرد وآن را به یک شرکت آی.بی.ام امروزه بکی از بزرگترین تولید کنندگان کامپیوتر را در اختیار دارد .
در سال 1833 چارلز بابیج استاد ریاضی دانشگاه در انگلستان ساختن ماشینی را پیشنهاد کرد که آن را
" موتور تحلیلی " نامید . طرح ماشین بابیج دارای بیشتر اجزای کامپیوترهای امروزی بود , ولی بابیج نتوانست ماشین خود را تکمیل کند , زیرا اکثر ایده های او در آن زمان دور ازتصور بود . در سال 1937 هوواردآیکن ماشین محاسبه ُ خودکاری ساخت که از ایده ماشینهای قبلی در آن استفاده شده بود . این ماشین " مارک-1 " نام گرفت . کار تکمیل این ماشین در سال 1944 پایان گرفت . مارک-1 , ماشینی الکترومکانیکی بود و تا اندازه ای نیز با ایده های بابیج انطباق داشت.
نخستین ماشین الکترونیکی که می توان آن را یک کامپیوتر نامید . در سالهای 1939 تا 1946 ساخته شد در این کامپیوتر قریب 19000 لامپ خلاء بکار رفته بود که خود نشان دهنده بزرگی و حجیم بودن آن است .مصرف انرژی این کامپیوتر 130000 وات بود که در مقایسه با کامپیوترهای امروزی این مقدار انرژی برتی مصرف 1000000 ترانزیستور کافی است . سالهای 1954 الی 1964 را می توان دوره به بازار آمدن کامپیوترها دانست در این دوره شرکت آی. بی. ام ماشینهای جدیدی ساخت وآنها را روانه بازار کرد . این کامپیوترها از ماشینهای نسل اول بود که در آنها در یک لحظه تنها یک سلسله عملیات در حال انجام بود این مطلب به این معنی است که اگر جریان حل یک مساله بوسیله کامپیوتر به سه مرحله ورودی , پردازش
داده ها و خروجی تقسیم کرد.
که در آنها در یک لحظه فقط یکی از این سه مرحله در حال انجام بود به بیان دیگر امکان همزمانی کار واحدهای کامپیوتر وجود نداشت یا زمان کلی برای حل یک مساله بوسیله کامپیوتر برابر مجموع زمان هر کدام از سه مرحله بالا بود در سال 1959 الی 1960 کامپیوترهای نسل دوم معرفی شدند این کامپیوترها از کامپیوترهای قبلی کوچکتر بودند و سرعتشان نیز بیشتر از آها بود در ضمن برای ساختن حافظه آنها از
حلقه های مغناطیسی استفاده شده بود در این کامپیوترها امکان همزمانی کار واحدها , تا اندازه ای بوجود آمده بود و صنعت کامپیوترها از این انقلاب بی نصیب نماند . لامپ های خلاء که گرمای زیادی تولید
می کردند و عمر کمی داشتند ، جای خود را به اجزای الکترونیکی جدیدی از قبیل دیود و ترانزیستور دادند .
در سال 1964 کامپیوترهای نسل سوم به بازار آمدند کامپیوترهای این نسل به مراتب ظریفتر ، سریعتر و دارای حافظه بزرگتری از کامپیوترهای قبلی بودند واحدهای تشکیل دهنده کامپیوتر های جدید عبارت انداز : واحد ورودی که داده ها را می گیرد ، واحد حافظه که داده ها واطلاعات و دستوالعمل ها در آن ضبط می شود ، واحد حساب و منطق که عملیات ریاضی و منطقی را انجام می دهد ،واحد خروجی که نتایج بدست آمده را بیرون می دهد ، و واحد کنترل که بر اعمال تمام واحدها نظارت دارد و آنها را کنترل می کند در صنعت کامپیوتر ، امروزه روی نسل های جدیدتری نیز کار شده است که در ادامه بحث درباره آنها صحبت خواهیم کرد .
تحولات جاری در زمینه کامپیوتر ها و انواع کامپیوتر ها در سال های اخیر کامپیوترهای جدید وکوچکی تولید و عرضه شده اند " ریز کامپیوتر " یا "کامپیوتر های شخصی " معرف شده اند . ریز کامپیوتر ها ، کامپیوتر های کوچکی هستند که به تنهایی دارای تجهیزات لازم برای عملیات ورودی ، پردازش و خروجی هستند . ریز کامپیوترها نتیجه گرایش ایجاد کامپیوترهای کوچک و قابل حمل و در عین حال ارزان قیمت در صنعت کامپیوتر هستند که عمدتا" در سال های دهه 1980 وارد بازار تجارت کامپیوتر شده اند خود این گرایش نیز در واقع نتیجه پیشرفت تکنولوژی تولید " مدار های مجتمع " با تعداد عناصر الکترونیکی بیشتر در یک قطعه از آنهاست منظور این مطلب آن است که با پیشرفت تکنولوژی تعداد عناصر قابل بسته بندی در یک قطعه از مدار هر روز بیشتر و بیشتر شده و در نتیجه اندازه ها نیز کوچکتر و کوچکتر شده است و این پیشرفت همچنان ادامه دارد یکی از معیار های دسته بندی کامپیوتر ها اندازه آنهاست ریز کامپیوتر ها یا کامپیوتر های شخصی از نظر دسته بندی اندازه ، در مرتبه سوم قرار می گیرند . دسته های اول ودوم را بترتیب " بزرگ کامپیوتر ها " و " کوچک کامپیوتر ها " ( مینی کامپیوتر ها ) تشکیل می دهند ریز کامپیوتر ها با استقبال زیادی روبرو شده اند و این بیشتر به سبب کوچک و قابل حمل و در عین حال ارزان بودن آنهاست به طوری که یک فرد معمولی نیز با امکانات مالی خود توانایی خرید یکی از آنها را دارد در صورتی که در مورد بزرگ کامپیوتر ها و کوچک کامپیوتر ها به سبب بالا بودن قیمت چنین امکانی وجود ندارد البته این نکته را نیز نباید فراموش کرد که این کامپیوتر ها در عین کوچک و ارزان بود ن ، توانایی های محدود دارند ، از جمله در این کامپیوتر ها سرعت عملیات و میزان حافظه در درسترس نسبت به کامپیوترهای بزرگ از خود پایین است البته کوشش این است که کامپیوتر های شخصی در عین حفظ کوچکی و ارزان بودن به پای کامپیوتر های بزرگتر برسند و در این زمینه موفقیت هایی نیز به دست آمده است همچنین کامپیوتر های از رده بالاتری که اصطلاحا" آنها را " ابر کامپیوترها " نیز می گویند بوجود آمدند امروزه صحبت از ماشین هایی است که به جای یک پردانده مرکزی ، دارای چندین واحد مرکزی باشند و این پردازنده ها به طور موازی و همزمان با هم کار کنند .
پیشرفت در تکنولوژی ساخت کامپیوترها نسل های کامپیوتر ی جدیدتری را به ارمغان آورده که به نسل های چهارم و پنجم موسوم هستند .در مورد نسل های جدید کامپیوتری این تقسیم بندی غالبا" از روی تعداد عناصر الکترونیکی که در یک قطعه از مدار مجتمع می توان بسته بندی کرد ، معین می گردد در مورد کامپیوترهای نسل چهارم ، این تعداد صد تا هزار عنصر و در مورد کامپیوترهای نسل پنجم ده هزار تا صد هزار عنصر در یک قطعه مدار است .
سیر تحولات در بزرگی و تعداد عناصر الکترونیکی قابل بسته بندی در یک مدار در مورد نسل های مختلف کامپیوتری مشخص شده است کامپیوتر های شخصی شامل طیف وسیعی از کامپیوتر های کوچک است که اندازه آنها از یک ماشین حساب رومیزی تا کامپیوتر های که با تشکیلات خود ، تمام روی یک میز را اشغال می کنند متفاوت است . یکی ار هدفهایی که در ساخت و عرضه این نوع از کامپیوترها به بازار وجود داشته این بوده که استفاده از کامپیوتر را آسان تر و راحتر کنند این کوشش تا اندازه زیادی با موفقیت همراه بوده است ولی هنوز نیز در استفاده از کامپیوتر های شخصی مسائل تخصصی فراوانی مطرح است که یک استفاده کننده معمولی نمی تواند به راحتی بر آن فایق آید . بدین خاطر ما آن گونه کامپیوتر های شخصی را که تقریبا به راحتی قابل استفاده هستند در دسته بندی خاصی قرار می دهیم و آنها را کامپیوترهای خانگی می نامیم .
مراد ما از این دسته از کامپیوترها آن کامپیوتر هایی هست که بیشتر برای انجام بازی و تفریح و نه برای کارهای جدی مورد استفاده هستند . در واقع می توان گفت که توانایی های اکثر آنها نیز در همین
حدود هاست البته بعضی از این گونه کامپیوتر ها نیز قابلیت گسترش و محل استفاده جدیدتری دارند .
البته دسته بندی قدیمی تری نیز در باره کامپیوتر ها نیز وجود دارد که در زیر به آن اشاره می شود .
کامپیوتر ها را به طور کلی به دو دسته " کامپیوتر های قیاسی و کامپیوتر های عددی " نیز تقسیم می کنند . کامپیوتر های قیاسی روی علایم پیوسته یا متغییر های ریاضی که بصورت کمیت های فیزیکی پیوسته هستند کار می کنند متغییر های پیوسته متغییر هایی هستند که در یک محدوده معین هر مقداری را می توانند به خود بگیرند مثل تغییرات دما در شبانه روز . اساس کار کامپیوتر های قیاسی بر مدل سازی قرار دارد که در آن یک فرآیند واقعی فیزیکی یا عناصر آن با مدلی جایگزین می شود که دارای همان خصوصیات است . با استفاده از مدل سازی فرآیند ها به روش ساده ، مناسب و ارزانی اجرا می شوند در بین تمام تکنیک های مدل سازی موجود مدل سازی فیزیکی و مدل سازی ریاضی به مقدار بسیار زیادی مورد استفاده است بعنوان مثال دماسنج معمولی ، خط کش محاسبه ، سرعت سنج اتومبیل یا چیز هایی از این قبیل بر اساس قیاس وضعیت یک بخش متغییر یا متحرک آنها با تعدادی عدد و رقم که قبلا" الکترونیکی مورد استفاده در آنها همراه بوده است . در کامپیوترهای نسل اول از لوله های خلاء , در کامپیوترها ی نسل دوم از ترانزیستورها و در کامپیوترها ی نسل سوم از ترانزیستورها ی مینیاتور استفاده شده است . هر کدام از این اجزاء الکترونیکی نسبت به اجزاء قبلی تکامل یافته تر هستند . در کامپیوترهای نسلهای بالاتر اجزاء الکترونیکی تشکیل دهنده به مراتب کوچکتر هستند . کامپیونرهای قیاسی دارای اساس کار ساده ای هستند . این کامپیوترها میتوانند مسائل را به تصویری و نموداری حل کنند . اشکالی که وجود دارد این است که دقت کار آنها را محدود و دربعضی موارد کم است. کامپیوترهای قیاسی نیز انواع مختلفی هستند .
آنچه که قبلا" در مورد کامپیوتر گفته شد وآنجه که بعد از این به عنوان کامپیوتر به شرح جزئیات آن خواهیم پرداخت منظور کامپیوتر عددی است که در زیر به شرح خلاصه ای از آن می پردازیم .اگراز نوع قیاسی صحبتی باشد بعنوان کامپیوتر قیاسی از آن یاد می شود .
کامپیوترهای عددی برروی متغییرهای گسسته یا متغییرهای ریاضی که به صورت عدد هستند ومقادیر گسسته ای از کمیتهای فیزیکی را می نمایانند,کار می کنند . متغییرهای گسسته متغیرهائی هستند که در یک محدوده معین تنها مقادیر مشخصی را به خود می گیرند . هر عددی به صورت ترکیبی از حالات عناصر جداگانه ای که هر کدام ازآنها میتوانند به حالتهای عناصر جداگانه ای که هر کدام از آنها میتوانند به حالتهای ثابت متعددی درآیند , نشان داده می شود . کامپیوترهای عددی قابلیت برنامه ریزی دارند . و از دقت زیادی برخورد ومیتوانند انواع مختلف مسائل ریاضی و منطقی را حل کنند. گرچه سرعت کار کامپیوترهای عددی بسیار زیاد است . ولی به هر حال برای انجام اعمال یک محدودیت سرعت وجود دارد . این محدودیت بخاطر آن است که زمان لازم برای حل یک مساله بوسیله کامپیوتر عددی , مجموع زمانهایی است که در بعضی موارد صرف کارهای غیر محاسباتی نظیر عملیات کنترل شده است . کامپیوترهای عددی نیز انواع مختلفی دارند از قبیل ماشین حسابهای رو میزی , کامپیوترهای شخصی , مینی کامپیوترها , و سییستم های بزرگ کامپیوتری .
اکر کامپیوترهای عددی و قیاسی را در سیستمی ترکیب کنیم یک کامپیوتر ترکیبی بدست خواهد آمد .
" کامپیوترها ی ترکیبی " توانائیهای هر دو نوع کامپیوتر عددی و قیاسی را با هم ترکیب می کند . بطور کلی کامپیوترها در طول دوره تکامل خود از حالتهای مختلف مکانیکی , الکتریکی و الکترومکانیکی, .الکترونیکی گذشته اند.
نحوه حل مسائل در کامپیوتر:
کامپیوترها حل مسائل را به صورت اجرای دستور العملهایی که به همراه اطلاعات اولیه مورد نیاز , به آتها داده می شود , انجام می دهند . " دستور العمل " , یک قطعه اطلاعات یا کدی است با طول معین از ارقام که انجام کار خاصی را از کامپیوتر می خواهد . هر دستور العمل باعث انجام یک عمل به وسیله کامپیوترها
می شود و این عمل می تواند انجام اعمال حسابی یا منطقی یا تصمیم گیری باشد . این طول معین از ارقام را که برای نمایش یک دستور العمل به کار می رود. یک " کلمه " میگویند.
یک کلمه در اقع بخش معینی از حافظه است که برای ضبط دستورالعملها یا اطلاعات بکار می رود .
برای حل مسائل مختلف تنها یک دستور العمل کافی نیست . به بیان دیگر برای حل مساله باید چندین دستور العمل به ترتیبی خاص اجرا شوند . اما قبل از اینکه بتوانیم دستور العملهایی برای حل یک مساله بنوبسیم باید یک راه حل مرحله به مرحله برای حل آن پیدا کنیم که کامپیوتر با دنبال کردن آن مراحل به حل مساله نایل آید . این لیست از مراحل مختلف را که برای حل هر مساله لازم است "الگوریتم" و روند شکستن راه حل مساله به مراحل جزئی تر را الگوریتم کردن مسائل به منظور حل آن به وسیله کامپیوتر می گویند.
همان طور که گفته شد , الگوریتم ها در واقع لیستهای مرتبی از عملیات مختلف هستند. که باید به ترتیب نشان داده شده اجرا شود تا حل یک مساله میسر شود . اما برای اینکه بتوانیم الگوریتم ها را بوسیله کامپیوتر اجرا کنیم . باید مراحل مختلف آن را بصورت دستورالعملهایی در آوریم .که بوسیله کامپیوتر قابل اجرا باشند مجموعه ای از چند دستورالعمل را که بر روی هم منجر به حل یک مساله می شود," برنامه " می گویند . برنامه ها شامل دستور العمل ها و داده های لازم برای حل مساله هستند . و در حقیقت ترجمه مرحله به مرحله الگوریتم به یک زبان برتامه نویسی مناسب می باشند .
کوچکترین واحد اطلاعاتی که در درون کامپیوترها وجود دارد "بیت" نام دارد . این کلمه اختصار کلمات Binary digit به معنی رقم دودویی (0-1 ) است . پس هر بیت یا 0 یا1 است .
باید اضافه کنیم که در درون کامپیوترها به جای استفاده از پایه ده دهی که دارای ده رقم صفر تا نه است . از پایه دودویی که دارای دو رقم صفر و یک است استفاده می شود . زیرا که نمایش اطلاعات در پایه دو با استفاده از پایه دو دویی , به مراتب آسانتر از پایه ده دهی است . و با استفاده از ادوات الکترونیکی ساختن مدار برای محاسبات در پایه دو آسانتر است .
به علت اینکه بیت واحد کوچکی است و کار کردن با آن مشکل است واحد بزرگتری تعریف شده که
" بایت " نام دارد . هر بایت مجموعه ای از چند بیت ( معمولاً هشت بیت) است . حروف و ارقام مختلف را با یک بایت نشان می دهند . و آن را کاراکتر می گویند . بزرگی کلمه کامپیوتر را نیز که در بالا مورد بحث قرار گرفت با بیت بیان می کنند .
همانطور که گفته شد زبان درونی کامپیوترها زبان علائم الکتریکی یا زبان ارقام یا به بیان ساده تر زبان صفر و یک است . این زبان را که در حقیقت بیش از دو حرف الفبا (0,1) ندارد ," زبان ماشین " نام دارد . هر مدل کامپیوتری خاص برای خود یک زبان ماشین مخصوص دارد .کار با زبان ماشین دشوار یا غیر ممکن است . زیرا اگر قرار باشد با همین زبان با کامپیوتر ارتباط برقرار باشد باید دستور العملهایی به صورت رشته های طویلی از ارقام 0و1 دراختیار کامپیوتر قرار داد و انجام این کار از حوصله انسانی خارج است.
برای تسهیل ارتباط با کامپیوتر , زبان های سمبلیکی ابداع شده که به آنها "زبان برنامه نویسی" می گویند .هر زبان برنامه نویسی در حقیقت مجموعه ای از قواعد , دستورها وسمبلهایی است که در نوشتن یک برنامه , یا به بیان دیگر , ترجمه یک الگوریتم به آن زبان برنامه نویسی باید آنها را مراعات کرد. زبانهای برنامه نویسی مختلفی ابداع شده و مورد استفاده هستند که از بین آنها می توان به زبان "کوبول" برای کارهای تجاری , "فرترن" برای کارهای عملی ,"پی ال وان" برای کارهای عملی _ تجاری و زبان "بیسیک"و"پاسکال" برای انواع مختلفی از کاربردها اشاره کرد.
زبانها را از نظر نزدیکی به زبان طبیعی و دوری از زبان اعداد و ارقام یا دوری از زبان طبیعی و نزدیکی به زبان ماشین ,به سطوح مختلفی تقسیم می شوند. از آنجا که هنگام ابداع زبانهای برنامه نویسی سعی براین بوده نه سمبلهای نشان دهنده دستورالعملها به معانی یا نوع کار دستور العملها نزدیک باشد , بدین خاطر هر چه این سمبلها یا کلمات به زبان طبیعی نزدیکتر باشند زبان برنامه نویسی سطح بالاتر است. البته باید گفت که سطح بالا بودن یک زبان برنامه نویسی تنها به نزدیکی آن به زبان طبیعی بستگی ندارد ,بلکه به قدرت محاسباتی و توانائی آن بستگی دارد. به این تعبیر "زبان سطح بالا " و "زبان سطح پائین" وجود دارد.
از زبانهای برنامه نویسی سطح بالا میتوان زبانهای بیسیک ,فرترن ,پی ال وان ,کوبول و غیره را نام برد. زبان ماشین (0,1) یک زبان سطح پائین کامپیوتر است . بر مبنای زبان ماشین زبان نیمه سمبلیکی ابداع شده که آن را "زبان اسمبلی" می گویند .زبان اسمبلی هر ماشین درواقع زبان ماشین سمبلیک شده آن است.از آنجا که هر کامپیوتر خاص برای خود زبان ماشین خاصی دارد , زبانهای اسمبلی نیزکه فرم نیمه سمبلیک آنها هستند ,یکسان نیستندو خاص ماشینهای خود می باشند.
در عمل و در ارتباط با حل یک مساله , کامپیوتر در بخشی از کار درگیر می شود . این گفته بدین مفهوم است که حل یک مساله از مراحل مفصل تری تشکیل می شود که بخشی از این مراحل به عهدهً عامل انسانی وبخشی دیگر به عهده ماشین است . اصولاً هر کار یا عملی در این می تواند به یکی از سه حالت " دستی" "مکانیکی " و یا " الکترونیکی " انجام شود . در یک " سیستم دستی " تنها عامل درگیر در حل مساله , مغز و نیروی بدنی انسان است . در یک " سیستم مکانیکی " علاوه بر انسان , ماشینی نیز وجود دارد که از طریق عامل انسانی کنترل می شود . به عنوان مثال یک ماشین حفاری زمین که به وسیله یک راننده کنترل می شود یک سیستم مکانیکی تلقی می شود. با توجه به آنچه که گفته شد , معلوم می شود که عمل کنترل , عمل اصلی در این سیستم ها است در یک سیستم دستی کنترل کننده و عمل کننده هر دو انسان است در یک سیستم مکانیکی کنترل کننده انسان و عمل کننده ماشین است در یک سیستم الکترونیکی هم کنترل کننده و هم عمل کننده هر دو ماشین است . و استفاده از کامپیوتر در انجام اعمال مختلف می تواند یک سیستم الکترونیکی را بوجود آورد.
کاربرد کامپیوترها
امروزه در حوزه های بیشماری از فعالیتهای انسانی از قبیل تجارت , علم , صنعت , خدمات و غیره از کامپیوتر استفاده می شود . و روز به روز بر وسعت و دامنه اینگونه کاربردها اضافه میگردد ما در زیر به برخی از کاربرد کامپیوترها در جهان امروزه اشاره می کنیم . طیف استفاده از کامپیوتر به حدی گسترده است که حتی نام بردن از همه آنها از حوصله این مطلب نیست .
در کارهای تجاری از کامپیوتر می توان برای کارهای حسابداری , کنترل امور مالی , کنترل امور انبار , کنترل تولید و غیره استفاده کرد . حسابداری عبارت است از مجموعه ای از تکنیکهای محاسبه و ثبت که در یک موَسسه بازرگانی به کار گرفته می شوند . حسابداری یکی از نخستین کارهای تجاری است که در انجام آن از کامپیوتر کمک گرفته شده است . کامپیوتر ها می توانند حجمهای زیادی از داده ها را به عنوان ورودی بپذیرند و روی آنها اعمال مختلف محاسباتی انجام دهند یا آنها را مرتب کنند یا درهم ادغام نمایند . از کامپیوتر و دستگاههای جانبی آن می توان به عنوان دفتر حسابداری استفاده کرد وهر وقت لاز م شد اطلاعات روی آنها را به صورت اوراق معمولی چاپ کرد .
در بازرگانی , انبار در حقیقت عبارتست از مجموعه ای از مواد موجود در یک جا و برآورد نیازهای مواد اولیه که برای تولید لازم است . انبارداری مکانیزه که با استفاده ازکامپیوتر صورت می گیرد نگهداری مجموعه اطلاعات مربوط به مواد و کالاهای مختلف موجود در انبار درحافظه کامپیوتر است . با استفاده از کامپیوتر می توان معلوم کرد که از کالای مشخصی به چه مقدار است یا آن کالا در کجا قرار دارد.
استفاده از کامپیوتر در کنترل تولید بدین معناست که یک کامپیوتر از یک فرآیند تولیدی علایم منظمی دریافت کند و بر مبنای آن علائم کارهایی انجام دهد. یا این علایم را با استفاده ازمجموعه ای دستور العمل به نوعی دیگردرآورد , یا اینکه علایم دیگری برمبنای این علایم ارسال کند. کارخانه های خودکار ,در حقیقت مجموعه ای از غلطاننده ها و ماشینهای خودکار هستند که بادورهً زمانی , اعمال معینی را انجام
می دهند . از کامپیوترها میتوان برای کنترل اعمال قسمتهای مختلف این کارخانه ها استفاده کرد . استفاده از آدمکهای مصنوعی که با کامپیوتر کنترل می شوند صنایع را دگرگون ساخته و در آینده از بیخ زیرو رو خواهد کرد .
استفاده های علمی از کامپیوتر نخستین بار در کارهای مهندسی بود . مهندسان با مسائلی روبرو هستند که در اکثر موارد می توان آتها را به صورت فرمول نوشت . برای حل مسائل مختلف مهندسی و علمی بوسیله کامپیوتر می توان آنها را به صورت مسائل ریاضی درآورد و برای حل آنها از کامپیوتر کمک گرفت . باید بگوییم که کامپیوترها مجهز به امکانات درونی از قبیل توابع مختلف ریاضی برای حل مسائل علمی و مهندسی هستند . همچنین باید اضافه کرد که هر قدر بتوان مسائل مختلف را بصورت فرمول و مدلهای ریاضی درآورد حل آنها به کمک کامپیوتر آسانتر صورت می گیرد . استفاده از کامپیوتر در کارهای طراحی که به CAD نیز معروف است از جمله دیگر کاربردهای مهم کامپیوتر در کارهای مهندسی است .
امروزه از کامپیوترها در اکثر رشته های علمی استفاده می شود . کامپیوتر در آزمایشگاه دستیار محققان و پژوهندگان است . پزشکان با استفاده از کامپیوتر می توانند مریض ها را مداوا کنند. پرواز سفینه به فضا به کمک کامپیوتر صورت می گیرد و باید گفت که پیاده شدن انسان در کره ماه یا روانه کردن سفینه ها بسوی کرات دیگر بدون استفاده از کامپیوتر امکان پذیر تبود .در کارهای طراحی صنعتی نیز از کامپیوتر استفاده
می شود با استفاده از کامپیوتر می توان یهترین راه حل ممکن از بین چندین راه حل ممکن را انتخاب کرد . استفاده از کامپیوتر در فعالیتهای مختلف علمی , بشر را با موفقیتهای بزرگی قرین ساخته است .
شرح چند مفهوم اساسی :
" داده ها " , " سیستم " , " اطلاعات " از مفاهیم اساسی در علوم کامپیوتر هستند. کامپیوتر ها را سیستمهای پردازنده داده ها نیز می گویند , زیرا آنها اطلاعات اولیه و خامی را به عنوا ن ورودی می گیرند , و بعد از پردازش و عمل آوردن آنها به بیرون می دهند .
"داده ها " جمع واژه " داده " معادل واژه DATUME به معنی " ماُخذ " یا " اطلاع " است . واژه مفرد DATUME در جمع بصورت DATA در می آید که به معنی داده ها است .
هر صفت یا خصوصیت سنبل , رنگ یا علامتی که اطلاعی را در مورد چیزی برساند " داده " نامیده می شود . یعنی چیزی که در مورد یک شیء داده شده است . به عنوان مثال اگر بیان شود که طول سالن 20 متر است , 20 متر داده ای است که در مورد سالن داده می شود .
باید گفت در کار با داده ها , معمولاَ با یک داده سرو کار نداریم بلکه با مجموعه ای از آنها روبرو هستیم . و به همین دلیل به جای داده , " داده ها " و به جای DATUME " DATA “ بکار می بریم. داده ها
جمع آوری میشوند, طبقه بندی و تجزیه و تحلیل می شوند . و تبدیل به نتایجی می گردند که از روی آنها میتوان اقدام به تصمیم گیری نمود داده ها با طیقه بندی , تجزیه وتحلیل و انجام محاسبات روی آنها احتیاج به کار و پردازش دارند و همین وظیفه است که به کامپیوتر سپرده شده است .
تا قبل از ظهور کامپیوترها همه کارهای پردازش و عمل آوردن داده ها و استخراج نتایج , بوسیله دست و به کمک مغز انسان صورت می گرفت . انجام این کار در ادوار گذشته البته کار چندان مشکلی نبود , ولی با پیشرفت جوامع حجم داده ها و حجم اعمالی که باید روی آنها صورت بگیرد نیز رو به افزایش گذاشت . بنابراین ساختن دستگاه ها و وسایلی برای پردازش وعمل آوردن داده ها الزامی شد . امروزه کامپیوترهای مدرن حجمهای زیادی از داده ها را به عنوان ورودی می پذیرند و اعمال خواسته شده را روی آنها انجام
می دهند و نتایج را از انتهای دیگر به بیرون می دهند.
با کمی دقت در نحوه عملکرد انسان و کامپیوتر در مورد داده ها و وجوه اشتراک آنها و نیز مطالعه ساختمان دستگاه ها و وسایلی که در دور و بر و اطراف خود می بینیم به وجود یک ساخت کلی در مورد آنها
پی می بریم . اکثر وسایل و دستگاه هائی که در اطراف خود می بینیم دارای مجموعه ای ورودی ویک یا چند عملکرد روی این ورودی ها , و مجموعه ای خروجی مبتنی بر ورودی هاست . این مطلب , همان "سیستم گونگی دستگاه ها" است که کامپیوترها نمونه بارز آن هستند . همچنین این دستگاه ها به صورت مجموعه هائی از عناصر هستند که به همدیگر متصل هستند و برای این مجموعه هدف معینی تعریف میشود .
از آنچه که گفته شد می توان عوامل زیر را برای بررسی یک سیستم (بعنوان یک مجموعه مرتبط بهم از عناصر ) تشخیص داد:
1- عناصر تشکیل دهنده مجموعه
2- هدف از گرد آمدن عناصر مجموعه
3- ارتباط بین عناصر مجموعه
4- ورودی مجموعه
5- عملکرد مجموعه روی ورودی ها
6- خروجی مجموعه
بدین ترتیب تعریفی که از یک سیستم می توان ارائه داد این است که " هر سیستم مجموعه ای از عناصر مرتبط بهم است که با محیط بیرون دارای تبادلاتی است بدین معنی که چیز هایی را بعنوان ورودی
می پذیرد و با انجام عملکرد معینی روی آنها یک رشته خروجی بعنوان نتایج ناشی از عملکرد مجموعه روی ورودی ها به بیرون پس می دهد . سیستم ها برای منظور مشخصی تشکیل می شوند " .
بنا بر این وقتی از " سیستم ها ی پردازنده داده ها " صحبت می کنیم ، منظور مجموعه ای از دستگاههایی هست که دارای اتصالهایی با هم هستند . این سیستم ها ، داد ها را به عنوان ورودی از محیط بیرون
می گیرند و با پردازش و عمل آوردن آنها ( انجام محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی ) آنها را به صورت داده های سازمان یافته ای که نتایج یا اطلاعات نام دارند به بیرون می دهند . در مورد این
سیستم ها عوامل شناسایی سیستم از این قرار است :
1- عناصر : واحدهای مختلف کامپیوتر و اجزای آنها
2- هدف : پردازش داده های حرفی و عددی
3- روابط : ارتباط های فیزیکی و برنامه ای بیرون واحد های مختلف کامپیوتر
4- ورودی : داد های خام و عمل نیآمده و پردازش نشده
5- عملکرد : انجام محاسبا ت و مقایسه های منطقی روی داده ها
6- خروجی : داده ای سازمان یافته یا اطلاعات
با توجه به مطالب بالا روشن می شود که اطلاعات از عملکرد سیستم ها روی داده ها ناشی می شود یعنی خروجی های سیستم ها یا خود اطلاعات هستند یا حاوی اطلاعات می باشند . اطلاعات ، داد های سازمان یافته و عمل آمده ای است که سبب کاهش نا اطمینانیها درباره یک چیز شود .اطلاعات مبنای تصمیم گیری است اساس کار کامپیوتر بر گرفتن ، نگهداری و پردازش اطلاعات استوار است . به بیان دیگر کامپیوتر دستگاه به کار گیرنده اطلاعات است .
در ادامه بررسی خود را در مورد سیستم های عامل با مطرح ساختن سئوالات زیر آغاز
می کنیم:
1- سیستم عامل چیست ؟
2- چرا به سیستم های عامل احتیاج داریم ؟
3- فوائد ومضرات سیستم عامل چیست ؟
4- آیا مواقعی پیش می آید که به سیستم عامل احتیاجی نداشته باشیم؟
5- یک سیستم عامل شامل چه قسمت هایی است و چگونه طراحی می شود؟
سیستم عامل چیست ؟
سیستم عامل چیزی جز یک برنامه طولانی نیست ، لیکن اندازه و میزان پیچیدگی آن بستگی به یک سری عوامل دارد ، که مهمترین آن عبارتند از :
خوصیات کامپیوتر ، امکاناتی که این کامپیوتر بایستی عرضه کند و موارد کاربرد این کامپیوتر برای مثال سیستم عامل یک ریز پردازنده – تک استفاده کننده ای (single-user microprocessor ) می تواند بمراتب ساده تر از سیستم عامل یک کامپیوتر بزرگ باشد که چندین استفاده کننده ای را پشتیبانی می کند.
سیستم عامل معمولاً اولین برنامه است که در حافظه کامپیوتر ، پس از بکار انداختن آن ، بارگیری میشود . پس از بارگیری ، برخی قسمتهای سیستم عامل بطور دائم ، مادامیکه کامپیوتر مشغول کار است در حافظه باقی می مانند . قسمتهای دیگر سیستم عامل , با توجه به کاربرد کامپیوتر توسط استفاده کننده اش , بین حافظه اصلی کامپیوتر و حافظه ثانوی آن , مثل دیسک ها , نقل وانتقال می یابند . به این عمل (( مبادله )) می گویند .
اما سئوال دوم _ چرا به سیستم عامل احتیاج داریم ؟
برای پاسخ به این سئوال باید اهداف اصلی سیستم عامل را بیان کنیم که عبارتند از:
1- فراهم آوردن یک سطح ارتباطی بالاتر با کامپیوتر , بطوریکه بتوان از سخت افزار بصورت آسانتری استفاده نمود .
2- فراهم آوردن اقتصادی تر ین نحوه استفاده از سخت افزار کامپیوتر .
سیستم های عامل سعی می کنند به هر دو هدف برسند . ولیکن در عمل این اهداف با هم تضاد پیدا می کنند زیرا برای بوجود آوردن یک ارتباط ساده و راحت بین انسان و کامپیوتر باید نرم افزار بیشتری بین این دو جناح قرار داد. ولی این کار با هدف دوم تناقض دارد , و بنابراین در هنگام طراحی سیستم های عامل به یک سازش بین اهداف فوق نیاز است . با توجه به این سازش و میزان آن , انواع گوناگونی از سیستم عامل بوجود آمده اند .
3-فوائد و مضرات یک ماشین بدون سیستم عامل چیست , فوائد استفاده از چنین ماشینی از این قرار است :
1- استفاده کنندگان می توانند در دستیابی به ماشین از اولویت خود استفاده کنند. مثلاً سرپرست دانشگاه می تواند وارد اتاق کامپیوتر شود , همه را بیرون اندازد وشروع به کار کتد البته این ایده اولویت چیز خوبی است وحتی سیستم عامل هم سعی دارد آن را فراهم آورد .
2- انعطاف پذیری سیستم , یعنی استفاده کننده می تواند هر کاری انجام دهد و سیستم عامل مانع وی نخواهد بود .
3- استفاده کننده به ماشین دسترسی بر خط (online) دارد و می تواند پیشرفت برنامه اش را بر روی چراغ ها و سوئیچ ها ملاحظه کند .
از طرف دیگر مضرات چنان سیستمی عبارتند از :
1- استفاده کتتده مجبور است برنامه اش را شخصاً به سیستم وارد کند. برای این منظور ممکن است مجبور شود از کلیدهای دستی کامپیوتر استفاده کند و اینکار را هر بار برای اجرای برنامه تکرار کند.
2- ممکن است استفاده کنندگان در هنگام استفاده از ماشین دچار اشتباه شوند, بخصوص آنها که کم تجربه اند. در مجموع امکان هدرکنیم و رفتن مقدار زیادی از وقت کامپیوتر بسیار بالاست.
1-1 : خصایص عمومی
5- سیستم عامل شامل چه قسمتهائی است و چگونه طراحی می شود ؟
همچون اکثر نرم افزار های پیچیده مینوان ساختار یک سیستم عامل را همانند یک جسم
لایه لایه دانست .در مرکز , یک هسته از امکانات اساسی و اولیه است که لایه های دیگری به آن اضافه شده است و بدین طریق امکانات پیچیده تر و پیشرفته تری فراهم آورند . بعضی از سیستم عاملهای کنونی عبارت است از قبیل , VME/B که بر روی کامپیوتر ICL 2900 دارند و با سیستم عاملUNIX , این خصلت لایه لایه بودن را بخوبی نشان می دهند . و حتی برخی از ماشینها , سخت افزاری مخصوص را , برای چنین سازمان لایه لایه ای فراهم ی آورند .
ما بجای اینکه با یکی از این سیستم ها شروع کنیم و آنرا تجزیه کنیم تا قسمتهای مهم سیستم عامل را مشخص کنیم , بررسی خود ر ا با تمرکز بر روی هسته سیستم شروع میکنیم . ما از پائین ترین سطح , یعنی در نزدیکی سخت افزار , آغاز می کنیم و طرح یک سیستم عامل خیلی ساده را بررسی نموده ,
محدودیت های آنرا تشخیص می دهیم و بدین طریق معین میکنیم که به چه تغییرات و بهبودهائی نیاز است تا یک سیستم قوی تر فراهم آوریم . پس طراحی سیستم عامل را بصورت تکاملی می آموزیم . از بسیاری جهات , این روش منعکس کننده مسیر تکاملی سیستم های عامل می باشد.
در آغاز لازم است مشخص کنیم که یک سیستم عامل چه سرویسهائی برای استفاده کننده جهت اجرای
برنامه ها و دیگر نیازهایش فراهم می آورد در حقیقت این سرویسها تا حدی شبیه سرویسی هستند که اسمبلرها و کامپایلرها به کمک آن به استفاده کننده اجازه می دهند , تا برنامه هایی به زبانهائی به غیر از زبان ماشین بنویسند و از جزئیات کامپیوتر و سخت افزار آن دور بمانند.
بطور کلی یک سیستم عامل وظایف مهم زیر را بعهده دارد:
الف – تسهیل در عملیا ت ورودی وخروجی
استفاده کنندگان معمولا" مایل نیستند که جزئیات نحوه کنترل یک دستگاه جنبی را بدانند تا بتوانند یک کاراکتر را بخوانند یا چاپ کنند واضح است که بایستی یک سطح ارتباطی بالاتر برای استفاده کننده فراهم شود .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 19 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله ویندوز NT
