مبانی کامپیوتر

کاربرد رایانه در دانش پزشکی تحت عنوان یکی از حوزه های اصلی علم مهندسی پزشکی با هدف اصلی پردازش و تحلیل اطلاعات  پزشکی و ارتباطات بین این اطلاعات  و بیماران است. بطور کلی ارتباط رایانه با علم سلامت و پزشکی را می توان در شش سطح تقسیم بندی نمود:

درج آگهی تبلیغات نیازمندی خرید و فروش کامپیوتر ، تبلت ، لپ تاپ ، کامپیوتر جیبی، آموزش زبانهای برنامه نویسی کامپیوتر ، آموزش کنکوری و کاربردی خصوصی دروس کاردانی ، کارشناسی ، کارشناسی ارشد رشته های نرم افزار کامپیوتر ، فناوری اطلاعات، شبکه های کامپیوتری ، سخت افزار ، علوم کامپیوتر در mycityad.ir امکان پذیر هست.

با عضویت در درگاه پرداخت ePayBank.ir وجه خرید و فروش محصول یا کالا را بصورت آنلاین از مشتری خدمات و کالای خویش دریافت نمایید.

1- ثبت اطلاعات  و ارتباطات مربوط به آن: دریافت و نمایش عالئم بیولوژیکی و حیاتی روی نمایشگر، ارتباط بین پایانه های یک شبکه ی رایانه در بیمارستان و انتقال آن از مثال آزمایشگاه به بخش و یا فرستادن پیام های الکترونیکی بین بخش ها و مراکز مختلف بیمارستان و غیره.

2- ذخیره و بازیابی اطلاعات  در بانک اطلاعات ی: سیستم ثبت و ذخیره اطلاعات  بیمار و رایانه، امور مربوط به پذیرش و ترخیص و محاسبه ی مخارج پرونده ی بیمار و حتی ذخیره ی اطلاعات  مربوط به آزمایش های رادیوبیولوژی، وضعیت بیمار، گزارش هایبیمار در رایانه و غیره.

3- محاسبه و کنترل خودکار: کنترل کیفی خودکار دستگاه های پزشکی با اتصال به رایانه یا ریزپردازنده جهت بهبود کیفیت نتایج حاصل و گزارش آن.

4- شناسایی و تشخیص: مدل های تشخیصی با روش های مختلف تصمیم گیری برآوردی و سیستم های متخصص، شناسایی الگوهای مختلف در تصاویر پزشکی، تشخیص خودکاربیماری ها از روی سینگنال های حیاتی، گروه بندی و شناخت سلول های مختلف خونیو غیره.

5- درمان و کنترل: ارزیابی و کنترل میزان مایعات و مواد خونی در یک بخش مراقبت های ویژه توسط رایانه بطور خودکار و غیره.

6- پژوهش و مدل سازی: مدل سازی ریاضی، گرافیکی و مکانیکی انواع پدیده های فیزیولوژیکی بدن انسان مانند مدل سازی فیزیولوژیکی سیستم قلبی و عروقی و عوامل مکانیکی مثل فشار، جریان خون، حجم و عوامل الکتریکی مثل سیگنال های قلبی و غیره.

مبانی رایانه

1- رایانه

رایانه ماشینی است قابل برنامه ریزی که از ترکیب اجزای الکترونیکی و الکترومکانیکی تشکیل شده است و می تواند پس از دریافت ورودی ها براساس دنبال هایی از دستورالعمل ها پردازش های خاصی را انجام داده و سپس نتیجه را ذخیره و یا به خروجی ارسال کند. در زبان انگلیسی واژه ی «کامپیوتر» به دستگاه خودکاری که قادر به انجام محاسبات ریاضی است،  گفته می شود. بر پایه ی «فرهنگ نامه ی ریشه یابی بارنهارت» واژه ی کامپیوتر در سال 1646 میلادی به زبان انگلیسی وارد شد که به معنی شخصی که محاسبه می کند بود و سپس از سال 1897 میلادی به ماشین های محاسبه مکانیکی تعلق پیدا کرد. در زمان جنگ جهانی دوم »کامپیوتر« به زنان نظامی انگلیسی و آمریکایی که وظیفه ی محاسبه ی مسیرهای شلیک توپ های جنگی بوسیله ی ابزار مشابه را بر عهده داشتند، بیان می شد. البته در اوایل دهه ی 51میلادی هنوز اصطلاح ماشین حساب برای معرفی این ماشین ها بکار می رفت که پس از آن واژه ی کامپیوتر جایگزین شد. ورود این ماشین به ایران در اوایل دهه ی 3111 شمسی بود و در زبان پارسی از آن زمان به آن «کامپیوتر» می گفتند.

واژه ی »رایانه« در دو دهه ی اخیر در زبان پارسی رایج شده است. برابر این واژه در زبان های دیگر بطور قطع همان واژه ی زبان انگلیسی نیست. در زبان فرانسوی واژه ی «Ordinateur » که به معنی «سازمان دهنده» و یا «ماشین مرتب ساز» است، بکار می رود. در اسپانیاییOrdenador با معنایی مشابه استفاده می شود، همچنین در دیگر کشورهای اسپانیایی زبانComputadora بصورت انگلیسی مآبانه ای ادا می شود. در زبان پرتغالی واژه ی»Computador« بکار می رود که از واژه ی »Computar« گرفته شده است و به معنای»محاسبه کردن« است. در زبان ایتالیایی واژه ی »Calcolatore« که در معنای ماشین حساب که بیشتر روی ویژگی حسابگری منطقی آن تاکید دارد، بکار می رود. در زبان سوئدی کامپیوتر »Dator« خوانده می شود که از »Data« برگرفته شده است. به زبان فنلاندی »Tietokone«خوانده می شود که به معنی »ماشین اطلاعات « است. اما در زبان ایسلندی توصیف شاعرانه تریبکار می رود، »Tölva« که واژه ای مرکب و به معنای »زن پیشگوی شمارشگر« است. در زبان چینی کامپیوتر »Dian Nao« یا »مغز برقی« خوانده می شود

واژه ی رایانه از مصدر رایانیدن ساخته شده است که در پارسی میانه به شکل »Rāyēnīdan« و به معنای »سنجیدن، سبک و سنگین کردن، مقایسه کردن« یا »مرتّب کردن، نظم بخشیدن و سامان دادن« است. این مصدر در زبان پارسی میانه یا همان پهلوی کاربرد فراوانی داشته و مشتق های زیادی نیز از آن گرفته شده است. برایِ مصدر رایانیدن/ رایاندن در فرهنگ نامه ی

دهخدا چنین آمده است:

رایاندن: ] دَ [ )مص( رهنمایی نمودن به بیرون. هدایت کردن. )ناظم االطباء(.شکلِ پارسی میانه این واژه »Rāyēnīdan« بوده و در پارسی نو به شکل رایانیدن / رایاندندرآمده است. سازندگان این واژه به واژه ی فرانسوی این مفهوم، یعنی »Ordinateur« توجّه داشته اند که در فرانسه از مصدر »Ordre« )ترتیب و نظم دادن و سازمان بخشیدن( ساخته شدهاست. به هر حال، معنادهی واژه ی رایانه برای این دستگاه جامع تر و رساتر از کامپیوتر است.

یادآور می شود که »Computer« به معنای »حسابگر« یا »مقایسه گر« است.

1-1- تاریخچه رایانه

نخستین ماشین محاسبه، ماشین مکانیکی ساده ای بود که پاسکالآن را ساخت و بوسیله ی چند اهرم و چرخ دنده توانست عملیات جمع وتفریق را انجام دهد. پس ازآن الیبنیزبا افزودن چند چرخ دنده به ماشین پاسکال، ماشینی طراحی کرد که قادر به انجام عملیات ضرب وتقسیم بودکه آن را ماشین حساب نامید. پس از آن بابیجماشینی برای محاسبه چندجمله ای ها ابداع کرد که آن را ماشین تفاضلی نامیدند و سپس به فکر ساخت وسیله ای محاسباتی جامع تری1 افتاد که امکان برنامه ریزی برای آن وجود داشت. این ماشین شباهت فراوانی به رایانه های امروزی داشت وبه همین دلیل نام بابیج را به عنوان پدر رایانه در تاریخ علم رایانه ماندگار کردند.

در گذشته دستگاه های مختلف مکانیکی ساده ای مثل خط کش محاسبه و چرتکه، رایانه خوانده می شدند. در برخی موارد از آنها به عنوان رایانه آنالوگ نام برده می شود. چرا که برخلاف رایانه های رقمی، اعداد را نه بصورت اعداد در پایه دو بلکه بصورت 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 های دیجیتال« یاد می شد تا آنها را از انواع »رایانه های  آنالوگ« جدا سازند.

رایانه یکی از دو چیز برجسته ای است که بشر در سده ی بیستم اختراع کرد. دستگاهی که پاسکال در سال 1642 میلادی ساخت، اولین تلاش در راه ساخت دستگاه های محاسب خودکار بود. پاسکال آن دستگاه را پس از چرتکه دومین ابزار ساخت بشر، برای یاری رساندن به پدرش طراحی و ساخت. پدر وی حسابدار مالی دولتی بود و با کمک این دستگاه می توانست همه ی اعداد شش رقمی را با هم جمع و تفریق کند. الیبنیز ریاضیدان آلمانی نیزاز نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال 1671 میلادی دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا 1964 میلادی به درازا کشید. همزمان با آن در انگلستان مورلند در سال 1673 میلادی دستگاهی ساخت که قادر به انجام عملیات جمع و تفریق و ضرب بود. در سده ی هیجدهم میلادی هم تلاش های فراوانی برای ساخت دستگاه های محاسب خودکار انجام شد که اکثریت نافرجام بود. سرانجام در سال 1875میلادی بالدوین نخستین دستگاه محاسبه را که هر چهار عمل اصلی را انجام می داد، به نام خود ثبت کرد. از جمله تلاشهای نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به بابیچ ریاضیدان انگلیسی بود. وی در آغاز این سده در سال 1810 میلادی در اندیشه ی 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 تحلیلی می نامید، آغاز کند. او می خواست دستگاهی برنامه پذیر بسازد که همه عملیاتی را که می خواستند دستگاه بر روی اعداد انجام دهد در  صورتی که قبلا برنامه مورد نیاز آنها به دستگاه داده شده باشد. قرار بود اعداد و درخواست عملیات بر روی آنها به یاری کارت های سوراخدار وارد شوند. بابیچ در سال 1871 میلادی دار فانی را وداع گفت و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید. بعدها فعالیت های بابیچ به فراموشی سپرده شد تا این که در سال 1943 میلادی و در بحبوحه ی جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سرّی برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاری شده آلمانی ها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت آی بی اِمو دانشگاه هاروارد به عهده  گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی بنام« ASCC» در سال 1944 میلادی انجامید. این دستگاه پنج تنی که 35 متر درازا و 2/5 متر بلندی داشت، قادر بود تا 22 عدد 21 رقمی را در خود نگاه دارد.

بطور کلی روند تکاملی رایانه ها به پنج نسل تقسیم می شود که عبارتند از:

رایانه های نسل اول

 در سال 1938 میلادی آتاناسف استاد فیزیک و ریاضیاتِ دانشگاه ایالتی آیووا در آمریکا به  فکر ساختن اولین رایانه ی الکترونیکی تک منظوره افتاد. او با همکاری دستیار و دانشجوی خود با استفاده از لامپ خلاء شروع به ساختن رایانه ی مزبور کرد و آن را کامپیوتر آتاناسف بری یا ABC نامید که می توانست 23 معادله ی چندمجهولی را با 23 مجهول حل کند. این اولین ماشینی بود که توانست داده ها را به عنوان بار الکتریکی در خازن ذخیره نماید. کاری که امروزه رایانه ها برای ذخیره اطلاعات  خود در حافظه اصلی انجام می دهند اما این دستگاه قابل برنامه ریزی نبود وطراحی آنها تنها مناسب برای یک نوع از مسائل ریاضی یعنی معادلات چندمجهولی بود ولی بخاطر درگیری ارتش آمریکا در جنگ جهانی دوم و لزوم پیوستن آناتاسف به ارتش، ساخت این رایانه عملی نشد و ادامه نیافت. متاسفانه مخترعین آن هیچ تلاشی برای نگهداری آن نکردند و سرانجام این دستگاه رها شده و بوسیله ی کسانی که به داخل اتاق نفوذ کرده بودند غارت شد. یکی دیگر از کسانی که در زمینه ی رایانه های مدرن کار کرد، کلوسوس بود که در طول جنگ جهانی دوم به کمک دولت بریتانیا به هدف شکستن کدهای پنهانی آلمانی ها دستگاهی ساخت. در حقیقت انگلستان، جهان را به سوی ساخت و طراحی ماشین های الکترونیکی هدایت کرد که برای شکستن رمزها اختصاص یافته بود و معمولا قادر به خواندن امواج رادیویی کددار آلمانی ها بود. رایانه ی هاروارد مارک یک، آتاناسف بری و کلوسوس انگلیسی سهم عمدهای در این صنعت دارا بودند ولی پیشگامان آمریکایی و انگلیسی هنوز بر سر اینکه چه کسی اول بود، بحث می کردند اما پیشتر از آنها، زوسهرشته رایانه های 1 Z را با اهداف عمومی در بین سالهای 1936 و 1938 میلادی  طراحی کرده بود. سومین ماشین زوسه که به 3 Z معروف است، در سال 1941 ساخته شد که احتمالا اولین رایانه ی دیجیتال چندمنظوره قابل برنامه ریزی عملی بود، یعنی بوسیله ی نرم افزار کنترل می شد. 3Z توسط هجوم بمباران پیوسته از بین رفت. 1 Z و 2 Z هم به همان سرنوشت دچار شدند و تنها 4 Z باقی ماند. زیرا زوسه آن را داخل واگنی قرار داد و روانه ی کوهستان با همکاری پِرسپر اِکرت  کرد. در سال 1943 میلادی فیزیکدانی به نام ماچلی، شروع به ساختن اولین رایانه ی الکترونیکی همه منظوره کرد. این رایانه که در ساخت آن افزون براجزای الکترومکانیکی از 18000 لامپ خلاء  استفاده شده بود بنام اِنیاک نامگذاری شد و در سال 1946 میلادی آماده نصب و راه اندازی گردید و در زمان خود پیچیده ترین دستگاه الکترونیکی جهان بود. این رایانه قادر به انجام 111 عمل ضرب در هر ثانیه بود و به مدت 3سال مورد استفاده ارتش آمریکا قرار گرفت.

یکی از موفقیت های رایانه ی هاروارد، مارک یک بود که بطور شریکی بین هاروارد و آی بی اِم در سال 1944 میلادی ساخته شد. این اولین رایانه قابل برنامه ریزی دیجیتال در آمریکا بود ولی آن بصورت کامل الکترونیکی نبود، در عوض این دستگاه بدون سوئیج، کالج، میله،دستگاه تقویت کننده و غیره ساخته شده بود. وزن ماشین 5 تن بود و در آن 511 مایل سیم جا داده شده بود و دارای طول 8 فوت و درازای 53 فوت بود. مارک یک به مدت 35 سال بدون توقف کار کرد و شباهت زیادی با یک اتاق بافندگی داشت. این رایانه عملیات را روی اعدادی انجام می داد که 21 رقم عرض داشتند. او می توانست 2 تا از این اعداد را در زمانی برابر سه دهم ثانیه جمع یا تفریق کند و یا آنها را در حدود 1 ثانیه ضرب کند و در 31 ثانیه تقسیم کند. اگر چه مارک یک سه بخش مساوی از میلیون ها اجزا داشت، ولی تنها قادر بود 22 عدد و 31 میلیون عدد دیگر را در دیسک سخت با سرعت بالا ذخیره کند. در سال 1945 میلادی دو نابغه ی ریاضی و بنیانگذار ذخیره سازی برنامه ها، نئومان طی مقاله ای استفاده از سیستم اعداد دودویی باینری در ساختمان رایانه و نظریه انباشت برنامه در حافظه رایانه را مطرح کرد و بر این اساس ساخت رایانه ی دیجیتالی الکترونیکی همه منظورهای را پیشنهاد نمود و آن را اِدواک نامید. این دستگاه، رایانه ای با توانایی ذخیره داخلی برنامه ها و سرعت بالای الکترونیکی بود. ساخت این رایانه در سال 1946 میلادی شروع شد و تا اواخر سال 1950 میلادی به تاخیر افتاد. با نگرش به اینکه در طراحی و ساخت رایانه های مدرن از نظریه های نئومان بهره گرفته می شود لذا وی را پدر رایانه نیز می خوانند.

در سال 1947 میلادی ویلکس استاد دانشگاه کمبریج شروع به ساخت اولین رایانه ی  دیجیتالی الکترونیکی حاوی برنامه های ذخیره شده نمود و آن را اِدساک نامید. ساخت این رایانه در سال 1949 میلادی به پایان رسید و آماده نصب و بهره برداری گردید. در سال1950 میلادی اولین رایانه ی دارای برنامه ذخیره شده ساخت آمریکا بنام سیاک در سازمان ملی استاندارد های آمریکا نصب گردید و بیش از 31 سال مورد استفاده قرار گرفت. در فاصله ی رایانه های  سال های 1951 تا 1957 میلادی نیز شرکت های رایانه ای آی بی اِم و یونیواک الکترونیکی گوناگونی ساخته و عرضه کردند. در رایانه های نسل اول از ویژگی دو حالته بودن  لامپ خلاء که وسیله ای الکترونیکی است و می تواند خاموش یا روشن باشد بهره گرفته شد و در اغلب آنها لامپ خلاء در قسمت محاسبه و منطق بکار رفته است. رایانه های نسل اول دارای حجم زیادی هستند و میزان حافظه، سرعت و دقت در آنها کم است و به انگیزه ی استفاده از لامپ خلاء و ایجاد گرمای زیاد، استفاده از آنها به چند ساعت در روز محدود می شود.

رایانه های نسل دوم

در رایانه های نسل دوم ترانزیستور جایگزین المپ خالء شد. ترانزیستور چند برابر کوچک تر از لامپ خلاء بود و تاثیر زیادی بر روی سرعت محاسبات رایانه داشت. ظرفیت حافظه در رایانه های نسل دوم در قیاس با رایانه های نسل اول، بیشتر و سریع تر، کوچک تر و قابل اطمینان تر بودند. در فاصله ی زمانی سال های 1958 تا 1964 میلادی توسط شرکت های رایانه ای اِن سی آر ، آی بی اِم و سی دی سی رایانه های مختلف الکترونیکی ساخته و عرضه شدند و در سال 1963 میلادی اولین مینی رایانه بنام PDV  توسط شرکت دِک معرفی شد.

انقلاب میکروالکترونیک ها باعث شد مدارهای مجتمع که به اندازه ی ناخن انگشت شست است، جای سیم کشی های دستی را بگیرد. رایانه ی IBMStretch در سال 1959 میلادی، مستلزم برخورداری از درازای 11 فوتی برای نگاه داشتن 150000 ترانزیستور بود. این ترانزیستور ها بطور شگفت انگیزی کوچک تر از لامپ های خلاء هستند. در اوایل دهه ی 1980 میلادی این ترانزیستور ها، بطور فزاینده ای توانستند بصورت همزمان بر روی یک مدار مجتمع ساخته شوند که به عنوان نمونه می توان به رایانه های پنتیوم 1 امروزی اشاره کرد که شامل 42000000 ترانزیستور برروی یک مدار مجتمع هستند.

رایانه های نسل سوم

برای ساختن رایانه های سریع تر و قوی تر کوشش ها همچنان ادامه داشت تا در اوایل دهه ی 1960 میلادی اولین رایانه ی نسل سوم به بازار عرضه شد. این رایانه از سری 360IBM  بود که برای ساختن آن 5 میلیارد دلار سرمایه گذاری شد که بزرگترین پروژه ی مالی بخش خصوصی تا آن تاریخ بشمار می رفت. این رایانه که مدل های گوناگونی از نظر ظرفیت و سرعت کار داشت در هر دو امور تجاری و علمی قابل استفاده بود. جدیدترین تحول در تکامل رایانه ها ساختن وسایل ثبت اطلاعات  با قابلیت دسترسی مستقیم در این نسل بود. به این ترتیب کاربران توانستند به هر یک از اجزای اطلاعات ذخیره شده در یک مجموعه بزرگ اطلاعاتی در کسری از ثانیه، دسترسی پیدا کنند. علاوه  بر آن در این نسل از رایانه ها سعی شد که قطعات مدارها با حجم کمتر ساخته شوندکه به آن مدارهای مجتمع گویند. ویژگی دیگر رایانه های نسل سوم، امکان استفاده همزمان چندین کاربر از یک رایانه بود. این رایانه ها بر خلاف نسل قبلی که فقط در یکی از دو حیطه ی علمی و غیرعلمی توانایی کار داشتند، قابلیت کار در هر دو محیط را دارا بودند. سرعت عملیات در این نسل بسیار افزایش یافت. عملیات حسابی و منطقی در یک میلیونیم ثانیه و حتی یک بیلیونیم ثانیه انجام می گرفت. بارزترین در قسمت ویژگی رایانه های نسل سوم استفاده از مدارهای مجتمع یا آی سی های مختلف  ساختمان رایانه بود. این مدارها که از حدود 311 عنصر منطقی تشکیل شده بودند و در هر عنصر منطقی حدود 31 عنصر الکترونیکی نظیر ترانزیستور و دیود بکار رفته بود، به روش خاصّی در سطحی به اندازه یک سانتیمتر مربع تجمع پیدا می کردند و بدین لحاظ اندازه و حجم رایانه های نسل سوم در برابر با رایانه های نسل دوم کاهش یافت.

در فاصله زمانی سال های 1964 تا 1971 میلادی شرکت هایی از قبیل آی بی اِم، جی ای ، یونیواک، آر سی ای ، اِن سی آر، سی دی سی و تعداد زیادی از شرکت های کوچک تر ارائه گردید. بویژه شرکت دِک با تولید مینی رایانه های 10PDP  و 11 PDP راه را برای پیشرفت سریع پدیده مینی رایانه ها باز کرد و هزاران مینی رایانه به بازار عرضه شدند.

رایانه های نسل چهارم

در ساختمان رایانه های نسل چهارم از مدارهای مجتمع الکترونیکی با تراکم متوسط و زیاد که حاوی هزاران تا صدها هزار عنصر الکترونیکی بودند و بر روییک تراشه مربع یا مستطیل شکل از جنس سیلیکان به سطح یک سانتی متر مربع قرار گرفته بودند، استفاده می شد. سرعت عمل و ظرفیت حافظه ی رایانه های نسل چهارم به نسبت نسل قبلی افزایش زیادی داشت. تواناییقرار دادن مدارهای مجتمع الکترونیکی زیادی بر روییک سطح بسیار کوچک سبب پیدایشریزپردازنده در آغاز این دوره گردید که می توانست بر روییک سطح یک تراشه قرار بگیرد. ریزپردازنده دارای تمام مدارهای مورد نیاز جهت عملیات حسابی، منطقی و کنترلی بود و با افزودن تعدادی تراشه جهت حافظه و سایر مدارهای مکمل به آن، یک پردازشگر کامل بوجود آمد که در نتیجه ریزرایانه پا به عرصه وجود گذاشت. با معرفی اولین ریزپردازنده به نام 4004  در سال 1971 میلادی توسط شرکت اینتل و عرضه ی ریزپردازنده ی 8 بیتی 818 در اواخر همان سال و ریزپردازنده ی 8080 در سال 1974 میلادی توسط همان شرکت، زمینهکاری جهت ساختن رایانه های شخصی فراهم شد. با معرفی ریزرایانه ی سلب 8 اینچ در سال 1972 میلادی و ریزرایانه ی آلتایر 880 در سال 1975 میلادی و ساخت ریزپردازنده های مختلف توسط توسط شرکت های اینتل، زیالگ، موتورولا فرایند ساخت و معرفی ریزرایانه ها ، آتاری  روز به روز گسترش یافت و توسط شرکت های مختلفی اعم از اَپل و آی بی اِم ریزرایانه های گوناگونی عرضه شد. در دهه ی 81 میلادی در زمینه ی رایانه های بزرگ و مینی رایانه ها شرکت های مختلف از آن جمله آی بی اِم و سی دی سی و غیره رایانه های بسیار پیشرفته ای ساختند و به بازار عرضه کردند. در همین دهه ابررایانه های پیشرفته ای توسط  شرکت های مختلف از جمله آی بی اِم، سی دی سی، فوجیتسو، نک و هیتاچی ساخته شدند.

رایانه های نسل پنجم

در رایانه های نسل پنجم که از سال 1990 میلادی به بعد هستند اندازه تراشه ها خیلی کوچکتر شده و از پردازنده های با تراکم خیلی زیاد در آنها استفاده می شود. در این نسل از رایانه بجای معماری ترتیبی از معماری موازی بهره گرفته شده است. کشورهای پیشرفته ی زیادی مانند آمریکا و ژاپن پژوهش های متعددی برای ساخت رایانه های بسیار پیشرفته در گذشته و حال انجام داده اند. ابررایانه های در دست ساخت به نام5 CM که از 32 تا 16000 پردازنده بصورت موازی بهره خواهند گرفت سرعت رایانه را تا دو برابر ترافلاپس (تریلیون عملیات اعشاری در  ثانیه) خواهند رساند. نسل پنجم رایانه ها که ایده ی آن اولین بار توسط ژاپنی ها در سال 1980 میلادی مطرح شد، ساختن رایانه هایی را پیشنهاد می کند که بتوانند بیاموزند، استنباط کنند و تصمیم بگیرند و بطور کلی رفتاری داشته باشند که معمولا در حوزه ی منطق و استدلال خاص انسان قرار دارد و به عبارت ساده تر هوشمند هستند. در این نسل، از مدارهای مجتمع با تراکم فوق العاده بالا استفاده می شود. بعد از موفقیت کامل انسان در ساخت رایانه های هوشمند، ایده ی بعدی، طراحی انسان رایانه ای خواهد بود که مدارهای داخلی آن کپی برداری عینی از مغز آدمی است.

با توجه به تحولات در تغییر نسل های رایانه ای، در نسل بعد باید منتظر تغییرات زیر باشیم:

3. پیشرفت های سخت افزاری:

الف) مینیاتوری کردن

ب) افزایش ظرفیت حافظه به چندین برابر قبل

پ) استفاده از دستگاه های واسطه با قابلیت دسترسی مستقیم

د) قدرت ارتباط با نقاط دور و متعدد

2. پیشرفت های نرم افزاری:

الف) هماهنگی بیشتربا سخت افزار

ب) هماهنگی بیشتربا سیستم عامل

پ) پیشرفت در زبان های برنامه نویسی و بکارگیری زبان های سطح بالا

- ورود رایانه به ایران

رایانه تقریبا 31 سال پس از ظهور آن در کشور های صنعتی در سال 1341 شمسی وارد ایران شد. دوره ی توسعه ی آن از سال 1350 شمسی آغاز و تا سال 1360 ادامه یافت. این دوره همراه با رقابت زیاد برای خرید سخت افزار، پیاده سازی سیستم های بزرگ نرم افزاری،استخدام هر چه بیشتر نیروی انسانی و دنبال کردن برنامه های جامع با توجه به واقعیت های فنّی نیروی انسانی کشور بود. با ظهور انقلاب اسلامی در زمینه ی رایانه نیز تغییر و تحولاتی صورت گرفت و در نهایت تا سال 1359 شمسی یک سری بازنگری های کلی انجام شد. پس از بازگشایی مراکز دانشگاهی در سال 1362 شمسی مرحله بعدی رشد رایانه آغاز شد و هر دو شاخه ی نرم افزار و سخت افزار توسعه فراوانی یافتند. از مهمترین کارهای این دوره می توان به پردازش زبان و خط پارسی اشاره کرد.

تکامل رایانه

در سال 1910:

3- دستگاه »ماشین حساب اعداد مختلط« توسط اِستیبیتز ساخته شده است. این دستگاه  نخستین دستگاهی بود که بصورت دسترسی پایانه از مکانی دور به رایانه ی اصلی در انجمن ریاضی آمریکا استفاده شد.

2- شرکت موتوروال نخستین دستگاه بیسیم دستیِ دوطرفه بنام »Handy Talkie« را برای ارتش آمریکا ساخت.

در سال 1911:

3- زوسه آلمانی، رایانه 3 Z را که یک دستگاه محاسباتی کاملا عملیاتی با کنترل خودکار  بود، به پایان رسانید.

در سال 1911:

3- ماچلی، استاد فیزیک کالج اورسینوس پنسیلوانیا، مقالهای کوتاه با عنوان »بکارگیری لامپ خلاء پرسرعت برای محاسبات« نوشت.

در سال 1911:

پِرسپر اِکرت و ماچلی ساخت دستگاه اِنیاک «رایانه و تجمیع گر عددی الکترونیکی» را آغاز کردند. این دستگاه نخستین حسابگر دیجیتالی الکترونیکی چندمنظوره بود. اِنیاک در جنگ جهانی دوم برای محاسبه ی جدول آتش موشک های بالستیک بکار رفت و از نظر برخی از صاحبنظران به عنوان نخستین رایانه ی الکترونیکی شناخته می شود.

2. کولوسوس که یک دستگاه دیجیتال قابل برنامه دهی بود در انگلستان ساخته شد که آن هم گاه به عنوان نخستین رایانه الکترونیکی شناخته می شود.

1. دکتر ویلیامز در انگلستان پذیرفت که یک دستگاه رمزشکن برای کاربرد در هنگام جنگ بسازد. وی این دستگاه را »Heath robinson« نام نهاد.

1. نوبل ، از شرکت موتورولا، دستگاهی بنام »Walkie-Talkie« را ساخت. این دستگاه نخستین بیسیم موج FM دوسویه ی قابل حمل بود.

5. پروژه ی شبیه ساز پرواز آنالوگ که با عنوان پروژه ی ویرلویند شناخته می شود، در  دانشگاه ماساچوست توسعه یافت.

در سال 1911:

5. دستگاه مارک یک با مشارکت شرکت آی بی اِم و دانشگاه هاروارد برپایه ی سیستم رله ساخته شد. این دستگاه برای محاسبات مقیاس بزرگ برنامهپذیر و قابل کنترل بود توسط  گروهی که آیکِن آن را رهبری می کرد، ساخته شد و برخی محاسبات حیاتی را برای نیروی دریایی ارتش آمریکا انجام می داد. هاپِر نخستین برنامه نویس این دستگاه بود. دستگاه های بسیاری از روی کولوسوس ساخته شد و در بلچلی پارک لندن، پنج روز پیش از آلیس لند در نورماندی نصب شد. تورینگ گروهی را که با استفاده از ایندستگاه کدهای رمز آلمانی ها را می شکستند، رهبری می کرد.

در سال 1946:

0. پرسپر اِکرت و ماچلی از دستگاه اِنیاک در دانشکده مهندسی الکترونیک دانشگاه  پنسیلوانیا پرده برداری کردند. در سال پیش از آن، اِکرت و ماچلی این دانشکده را برای برپایی شرکت خودشان با نام »شرکت کنترل الکترونیک« ترک کرده بودند تا دستگاه  یونیواک را بسازند.

1. تورینگ متخصص رمزشکنی در زمان جنگ جهانی دوم، موتور محاسباتی خودکار را  طراحی کرد و ویلکینسون نیز وی را در آزمایشگاه ملی فیزیک آمریکا یاری می کرد.

2. نئومان پیشگام یک پروژه رایانه ای در آزمایشگاه علوم پیشرفته در پرینستون شد که برای توسعه ی رایانه های دیجیتال می کوشید.

3. جایزه ی انجمن سلطنتی انگلستان به آزمایشگاه رایانه ی دانشگاه منچستر کیلبورن ، و ویلیامز برای همکاری مشترک در پروژه ی امکانسنجی ساخت رایانه های دیجیتال اهدا  شد. این دو تن بعدها دستگاه SSEM را ساختند.

4. ویلیامز درخواست ثبت اختراع لامپ خلاء پرتو کاتدی را ارائه داد که ابزاری برای ذخیره سازی و نمونه ی اولیه حافظه ی با دسترسی تصادفی یا رَم بود.

در سال 1919:

1. دستگاه اِدساک توسط ویلکس در دانشگاه کمبریج برای اولین بار ساخته و راه اندازی شد و توسط برخی به عنوان نخستین رایانه ی الکترونیکی مورد توجه قرار گرفت. اِدساک یک حافظه قابل ذخیره سازی به همراه داشت.

2. دفتر آمار موسسه ی بین المللی استاندارد آمریکا برای تجزیه و تحلیل اطلاعات  خود، به ساخت نمونه ی جدیدی از دستگاه سیاک را با نام »رایانه خودکار استاندارد غربی« یا 2 سُواک پرداخت.

3. نمونه ی آزمایشی ACE که پروژه ای برای دستگاه »موتور خودکار رایانه« سریع تر و پیچیده تر بود، در آزمایشگاه ملی فیزیک تدینگتون انگلستان در حال تکمیل و تولید بود. افتخار تولید ACE را به تورینگ نسبت می دهند.

4. شانون

اولین ماشینی را که قادر به بازی شطرنج بود را در دانشگاه ماساچوست ساخت.

5. دستگاه هاروارد مارک سه که نخستین دستگاه از سری مارک بود و از برنامه ذخیره شده داخلی و آدرس دهی غیرمستقیم استفاده می کرد، زیر نظر آیکِن به بهره برداری رسید.

6. فورِستر

از هسته ی آهنی برای حافظه ی اصلی دستگاه ویرلویند استفاده کرد. این نوع حافظه ی مغناطیسی در عمل از سال 1952 میلادی به کاربری رسید.

7. شرکت هواپیمایی نورثراپ را از گروه رایانه اِکرت و ماچلی دریافت  دستگاه بایناک کرد.

8. دستگاه SSEM در دانشگاه منچستر کامال عملیاتی شد.

در سال 1911:

1. باردین ، براتاین و شاکلی ترانزیستور را در آزمایشگاه بل AT&T اختراع کردند.

ترانزیستور همان توانایی های لامپ خلاء را دارد با این تفاوت که کمتر می شکند، توان  کمتری مصرف می کند و حرارت کمتری نیزتولید می کند.

2. دستگاه هارواد مارک دو، ماشین گرانبهایی که بسیار سریع تر از مارک یک بوده است دوباره به سرپرستی و راهنمایی آیکِن آغاز بکار کرد.

3. سیستم حافظه ویلیام : اختراعی که در سال 1946 ثبت گردیده بود در مرحله کار قرار گرفت.

4. وینر: واژه ی »سایبرنتیک« را ابداع کرد. این واژه به دانش کنترل و ارتباط در جانداران و ماشین می پردازد.

در سال 1948:

1. شانون مقاله تاثیرگذاری را برای پایه گذاری نظریه ی اطلاعات  نوشت. این مقاله براساس این ایده نوشته شدکه یک بیت واحد پایه ای اطلاعات است.

2. پیش نمونه رایانه ی SSEM در دانشگاه منچستر به کاربری رسید و تورین به این پروژه که برخی آن را به عنوان اولین رایانه ی الکترونیکی یاد می کنند، پیوست.

3. شرکت آی بی اِم »حسابگر الکترونیکی رشته انتخابی« رایانه ای با 12000 لامپ، را  ساخت.

4. دونالدبوث پی برد که مشکل اصلی رایانه هایی که تا آن زمان ساخته شده بودند، نبود حافظه است. او یک حافظه ی استوانهای مغناطیسی را پدید آورد که به طول و عرض 2 اینچ بود و میتوانست تا 31 بیت را در هر اینچ نگهداری کند.

5. دستگاه کارت سوراخکن 111 که بر پایه فناوری لامپ خلاء طراحی شد، توسط شرکت آی بی اِم تولید گردید.

در سال 1990:

1. یاماچیتو تیمی را که می خواست اولین رایانه ی الکترونیکی بزرگ ژاپن به نام ماشین حساب خودکار تاک را بسازد، رهبری کرد.

2. رایانه ی سیاک جهت بهره برداری به دفتر استانداردهای ملی آمریکا فرستاده شد. حافظه ی دستگاه قابلیت ذخیره سازی 532 کلمه 15 بیتی را داشت.

3. آزمایشگاه ملی فیزیک آمریکا بهره برداری از نمونه ی آزمایشی ACE را آغاز کرد. نسخه ی تکمیل شده رایانه ی سیاک بنام سُواک که تا آن زمان سریع ترین رایانه جهان بود، ساخته شد.

4. نسخه ی تکامل یافته4 Z توسط زوسه در موسسه پلی تکنیک فدرال در زوریخ نصب  شد. 4 Z از قابلیت اجرای همزمان برنامه و خواندن دو خط بعدی برخوردار بود.

طبقه بندی رایانه ها

رایانه ها از نظر اندازه و قدرت پردازش به گونه های مختلفی تقسیم می شوند که عبارت هستند از:

الف( رایانه های بزرگ: ابررایانه / ابررایانه کوچک / رایانه ی بزرگ

ب( رایانه های کوچک: رایانه ی متوسط / رایانه ی کوچک / سِرور یا کارساز

پ( رایانه های ریز: رایانه ی شخصی / رایانه ی همراه / رایانه ی جیبی

ابر رایانه ها

ابررایانه به رایانه هایی اطلاق می گردد که در زمان معرفی آن در زمینه میزان ظرفیت محاسبه  در واحد زمان در دنیا پیشرو باشند. این عبارت برای اولین بار توسط مجله ی دنیای نیویورک بکار رفت برای اشاره به جدولسازهای آی بی اِم در دانشگاه کلمبیا. ابررایانه ها با حافظه ها و کارایی های متعدی که دارند معمولا برای عملیات حساس روی محاسبه از جمله مسائل فیزیک کوانتوم، هواشناسی، تحقیقات آب و هوا )مثل گرم شدن کره زمین(، مدل سازی مولکولی)مطالعه ساختارها و محتویات ترکیبات شیمیایی، ماکرومولکول های بیولوژیکی، پلیمرها و بلورها(، شبیه سازی های فیزیکی )مثل شبیه سازی هواپیماها در تونلهای هوا، شبیه سازی انفجار سلاح های هستهای، تحلیل مخفی و غیره استفاده می شوند. مراکز دانشگاهی بزرگ، مراکز نظامی و آزمایشگاه های تحقیقات علمی، بیشترین کاربران آن هستند. نوع خاصی از مسائل به نام مسائل بسیار مشکل، مسائلی که حل کامل آنها نیازمند منابع رایانه ای نیمه بی پایان است، توسط این نوع رایانه های غول محاسبه می گردند.

ساخت اولین ابررایانه ها به دهه ی 1950 میلادی باز می گردد و شرکت بزرگ آی بی اِم پیشتاز ساخت آن است، سپس در دهه ی 1960 میلادی، کِری نوع عمده آن را زیر نظر مؤسسه ی اطلاعات  کنترل سی دی سی طراحی کرد. این فرد که سال 1970 میلادی پژوهشکده ی کِری را تاسیس نمود و تا سال 1990 میلادی یکه تاز این عرصه شد، در حقیقت 25 سال طول کشید تا برای تجارت خود رقیب پیدا کند. امروزه دو شرکت آی بی اِم و اِچ پی بزرگ ترین طراحان ابررایانه ها هستند. عموما ابررایانه ها سفارشی و هدفمند می باشند که برای محاسبات با عملکرد بسیار بالا و معماری سخت افزاری مناسب حل یک مسئله خاص استفاده می شوند. در آنها از تراشه های FPGA برنامه ریزی شده یا چیپ های VLSI سفارشی استفاده می شود که عمومیت شان را از دست می دهند اما در عوض نسبت به قیمت شان کاربرد بالاتری ارائه می دهند. از آنها برای محاسبات نجومی و کدشکنی های بسیار قویاستفاده می کنند. به عنوان نمونه:

الف(3 ابررایانه های آبی عمیق برای بازی شطرنج

ب( ماشین های محاسبه قابل پیکربندی مجدد برای فیزیک نجوم و دینامیک مولکول

پ( ابررایانه های انگور

ت( ابررایانه های شکاف عمیق برای رمزشکنی دی ای اِس

رایانه  بزرگ

رایانه های بزرگ دسته ای از قدیمی ترین انواع رایانه ها هستند و بسته به کاربرد در اندازه های مختلف ساخته می شوند. رایانه های بزرگ بسیارگرانبها هستند و باید در شرایط دمایی کنترل  شده نگهداری شوند. این رایانه ها توسط سازمان های بزرگ برای مقاصد خاص و عموما پردازش حجم بسیار زیاد داده در مواردی چون سرشماری، آمار صنعت و مصرف کنندگان،  برنامه ریزی منابع سازمان و پردازش تراکنشهای مالی استفاده می شوند. این واژه در ابتدا برای اشاره به کابینت هایی که واحد پردازش مرکزی و حافطه ی اصلی رایانه های اولیه را در خود جای می دادند، بکار می رفت اما بعدها برای تمایز بین رایانه های تجاری پیشرفته و واحدهای ضعیف تر بکار گرفته شد.

رایانه کوچک

رایانه های کوچک یکی از اصطلاحات  کم استفاده در مورد گونه ای از ابزار رایانه ای است. درواقع واحدهای پردازشی هستند که کاربردهای مختلفی دارند. نام معاصر این دسته از رایانه ها، مینی رایانه است. به عبارتی دیگر رایانه های کوچک، رایانه هایی در حد متوسط هستند که حجم داده های مورد پردازش و تنوع کارهای آنها نسبتا زیاد است و می توان از آنها برای پردازش کارهای کاربران شبکه استفاده کرد. با اتصال چند رایانه ی کوچک به یک رایانه ی بزرگ، می توان شبکه ای بزرگتر را به وجود آورد که توانایی پردازش اطلاعات بیشتری را دارد.

4-3-1- کارساز یا سِرور

کارساز یا سرورکه در برخی متون پارسی »سرویس دهنده« نیز می نامند، به برنامه ای رایانه ای گفته می شود که خدمات خود را به دیگر برنامه های رایانه ای و کاربران آنها در همان رایانه یا در رایانه های دیگر ارائه می کند. به رایانه ای که چنین برنامه ای روی آن اجرا شود نیز کارساز یا سرور گفته می شود. کارسازها انواع گوناگونی دارند که می توان به سرور کاربردی، سرور وب و سرور پشتیبانی اشاره کرد.

ریزرایانه

ریزرایانه ها دسته ای از رایانه هایی هستند که واحد پردازش مرکزی آنها متشکل از تنها یک ریزپردازنده است که از نظر فیزیکی در مقایسه با رایانه های بزرگ و رایانه های کوچک، کوچکتر است. شامل رایانه های شخصی، رایانه های سیّار و رایانه های جیبی می شوند.

شخصی رایانه

رایانه های شخصی به آن دسته از رایانه ها گفته می شود که برای استفاده شخصی و خانگی بکار می روند. اوّلین رایانه ی شخصی تجاری در سال 1978 میلادی توسط شرکت اَپل با نام 2Apple  ارائه شد. این رایانه ی رومیزی، زبان برنامه نویسی بیسیک را اجرا می کرد. در سال 1981 میلادی نوعی رایانه شخصی توسط شرکت آی بی اِم ارائه گردید که موفقیتی بزرگ کسب کرد اما در ژانویه 1984 شرکت اَپل رایانه ی مکینتاش را معرفی نمود. رایانه ی شخصی از اجزای اصلی مختلفی نظیر واحد پردازنده مرکزی، حافظه، بورد اصلی، دیسک سخت، سیستم عامل و غیره تشکیل شده است. وقتی رایانه روشن می شود از زمان روشن شدن تا زمان خاموش شدن آن مراحلی طی می شود یعنی سیستم ورودی- خروجی پایه تست خودکار خودش را انجام می دهد تا مشاهده کند تمام اجزای رایانه درست کار می کنندیا نه؟! که در ،  حالت کلی به این عمل بوت کردن می گویند. یکی از اشکال رایانه های شخصی رایانه های رومیزی هستند.

رایانه -7-3-1

1

رایانه ی رومیزی یک ماشین الکترونیکی است که دادههای خام را به اطلاعات قابل فهم تبدیل می کند و برای استفاده روی میز در منزل یا محل کار ساخته شده است و با رایانه های قابل حمل مثل لپ تاپ ها و دستیار های دیجیتالی شخصی فرق می کند. به رایانه ی رومیزی میکرورایانه هم می گویند. چهار نوع رایانه ی رومیزی وجود دارد: رایانه ی خانگی یا رایانه ی  شخصی، واحدهای کاری، سِرورهای اینترنتی و رایانه های خاص مخابراتی.رایانه های رومیزی از نظر قیمت معقولترین و قابل تهیه ترین رایانه ها هستند و هم در کار و هم در منزل و هم در مدارس حضور دارند و برای انجام وظایف اداری، سازمان دهی تصاویر دیجیتال، تدوین ویدیویی و دسترسی به اینترنت استفاده می شوند. تقریبا تمام رایانه های رومیزی از بخش هایی تشکیل شدهاند که میتوان براحتی جایگزین یا بروزشان کرد. جزئیات یک رایانه ی رومیزی شکافته شده در شکل 2-3 با شماره گذاری نشان داده شده  است:

 نمایشگر

  بورد اصلی

 1- واحد پردازنده مرکزی

 حافظه ی رَم

 کارت توسعه

منبع تغذیه

 دیسک گردان نوری

 دیسک سخت

 صفحه کلید

 موشواره

لپ تاپ

لپ تاپ به دسته ای از رایانه های کیفی کوچک و نسبتا سبک گفته می شود که وزن آنها معمولا بین 3 تا 2 کیلوگرم است و به اندازه و مواد مصرف شده ی ساخت آن بستگی دارد. این رایانه کوچکتر از رایانه های رومیزی است و می تواند با یک باتری کارکند و یا از یک آداپتور آنالوگ / دیجیتال (AC/DC) خارجی تغذیه شود. بسیاری از آنها چند سلول سه ولتی دارند که در اجرای عملکرد ساعت و دیگر فرآیندها در هنگام قطع برق مفید است. لپتاپ ها بطور کلی دارای همان اجزایی هستند که در یک رایانه ی رومیزی وجود دارد ولی با این تفاوت که تا جای ممکن از وزن و اندازه آنها کاسته شده است. لپتاپ ها دارای نمایشگر بلور مایع و چند طرح حافظه برای حافظه ی با دسترسی تصادفی در نظر گرفته شده است.

لپتاپ ها دارای یک صفحه کلید سرخود هستند و یک موشواره نیز روی صفحه ی زیرین آنها وجود دارد ولی می توان صفحهکلید و موشواره خارجی و مجزا نیزبه آنها متصل کرد.

نِت تاپ

نِت تاپ یک نوع رایانه رومیزی کم مصرف در اندازه بسیار کوچک است که معمولا با هدف انجام کارهایی چون گشت و گذار در اینترنت، دسترسی به برنامه های کاربردی وب، پردازش سند و واژه، پخش فایل های صوتی و تصویری و کارهایی از این قبیل طراحی می شود. کلمه ی Nettop از بخش آخر دو کلمه اینترنت »’Inter’net« و دِ سکتاپ »Desk’top« می آید. نت تاپ ها در مقایسه با رایانه های رومیزی معمولی و متداول تنها کوچکتر و ارزانتر نیستند، بلکه مصرف برق بسیار کمتری دارند، معمولا کمتر از 31 درصد مصرف برق یک رایانه ی رومیزی معمولی برق مصرف می کنند.

تبلت

 تبلت ها رایانه هایی به شکل نوت بوک کاغذی هستند و رابط آنها دارای شیار مغناطیسی است و نرم افزار می تواند با یک نمایشگر تماسی شناخته شود که از سال 2007 میلادی عرضه  شدند. برخی از آنها صفحه کلید ندارند و قابل انتقال هستند. چرخش 180 درجه دارند و بر بالای صفحه کلید تا میشوند. تبلت ها عملکرد محدود در محلهای خاص دارند و می توانندوظایف عادی را انجام دهند. همچنین آنها می توانند چند برنامه را راه اندازی کنند ولی جایگزین رایانه نمی شوند. ویژگی پخش موسیقی، ویدیو و مرورگر اینترنت در آنها بارز است.

رایانه های جیبی

رایانه های جیبی نوعی رایانه های کوچک هستند که می توان آنها را در یک دست گرفت و از نظر ابعاد به اندازه ی یک کتاب کوچک یا ماشین حساب می باشند و جایگزین لپتاپ های سنگین تر بشمار می آیند. صفحه ی نمایشگر لمسی از ویژگی بارز آنها می شود. تقریبا همه ی رایانه های جیبی از سیستم عامل ویندوز موبایل استفاده میکنند. داشتن سیستم عامل ویندوز و شباهت بیشتر آن به رایانه ی شخصی، کارآیی بهتر در زمینه صوت و تصویر و در کل چندرسانه ای، سازگاری بیشتر با بسته های نرمافزاری خاص شرکت مایکروسافت و برخورداری از چند نرمافزار مختلف برای تشخیص دستخط و غیره همه از مزایای این نوع رایانه ها هستند.

اولترابوک

اولترابوک ها نسل جدیدی از خانواده های لپ تاپ هستند که اواخر سال 2011 میلادی توسط  شرکت اینتل معرفی و ثبت شدند. این رایانه های قابل حمل از ویژگی هایی همچون وزن کم، ضخامت بسیار کم، سرعت بوت شدن باال، اندازه کوچک و عمر باتری زیاد نسبت به لپ تاپ ها برخوردارند. این نام تجاری توسط شرکت اینتل خلق شده است. اینتل در سال 2011 میلادی یک صندوق پولی برای تامین هزینه های کار بر روی فناوری های نسل بعدی لپ تاپ تاسیس کرد. این شرکت 300 میلیون دلار را برای استفاده در 3 تا 4 سال برای اولترابوک ها قرار داد. اولترابوک می تواندیک لپ تاپ نازک با قطر کمتر از 2.032 سانتی متر باشد که دارای پردازنده های اینتل است و همچنین می تواند ترکیبی از ویژگی های تبلت ها مانند صفحه نمایش لمسی و عمر باتری زیاد باشد. توسط این ابتکار بازاریابی و نیز 300 میلیون دلار صندوق، شرکت اینتل امیدوار به تحت تاثیر قرار دادن بازار رایانه های شخصی در مقابل  رقابت افزایشی تبلت ها و رایانه هایی مثل آی پَد است.

رایانه دستیار دیجیتالی شخصی

دستیار دیجیتالی شخصی یک رایانه ی کوچک قابل حمل شخصی با سیستم عامل است. کاربرد اصلی این وسیله در موردی است که نیاز به مزایای رایانه ی عادّی در محیط هایی که به قابل حمل بودن آن نیاز می باشد، است. در کنار نرمافزارهای دیگر از کاربردهای این وسیلهاستفاده از تقویم، دفتر آدرس الکترونیکی شخصی و ماشین حساب است. دستگاه های جدیدتردارای قابلیت های بالاتر مثل قابلیت ارتباط با اینترنت، گرفتن عکس و سیستم موقعیت یاب جهانی هستند.

رایانه پوشیدنی

رایانه های پوشیدنی رایانه هایی هستند که بر بدن پوشیده می شوند و در حوزه هایی مثل مدل کردن رفتار، سیستم های نظارت بر سلامت، فناوری اطلاعات و توسعه رسانه کاربرد دارند. سازمان های دولتی و نظامی و بخش بهداشت هم اکنون بطور روزمره از این رایانه های پوشیدنی استفاده می کنند. از این رایانه ها اکثرا برای پزشکی از راه دور و کنترل بیماران نیزاستفاده می شود.

بر اساس نحوه ی دریافت و نوع پردازش داده ها، رایانه ها به سه گروه اصلی دیگر نیز دسته بندی می شوند. این سه گروه عبارتند از:

2 الف( رایانه های آنالوگ

ب( رایانه های دیجیتال1

پ( رایانه های پیوندی1

داده هایی که به عنوان ورودی به رایانه های آنالوگ وارد می شوند اغلب از محیط های فیزیکی گرفته می شوند و کمیت های پیوسته ای هستند. مثال رایانه ای که برای سنجش میزان آلودگی هوا بکار می رود، داده ها را بصورت آنالوگ دریافت می کند و آن را به اطلاعات قابل استفاده ی رایانه تبدیل می کند. در رایانه های آنالوگ، وسایل و تجهیزاتی وجود دارد که برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی بکار می روند.

رایانه های دیجیتال با داده هایی کار می کنند که از رقم های صفر و یک تشکیل شده اند به عبارتی، الفبای زبان این نوع رایانه ها از صفر و یک تشکیل شده است. اکثر رایانه هایی که

امروزه وجود دارند، از نوع دیجیتال هستند. این رایانه ها، نسبت به رایانه های آنالوگ از دقت بالایی برخودارند.

رایانه های پیوندی، ترکیبی از رایانه های آنالوگ و دیجیتال هستند. معموال ورودی این نوع رایانه ها آنالوگ و خروجی آنها از نوع دیجیتال است. رایانه هایی که امروزه برای هواشناسی بکار می روند از این نوع هستند. این نوع رایانه ها داده ها را بصورت آنالوگ از حسگرها می گیرند و پس از تبدیل آنها به اطلاعات  دیجیتال، خروجی را بصورت دیجیتال نمایش می دهند.

ساختمان داده

مدل منطقی یا ریاضی سازماندهی داده ها به یک صورت خاص را ساختمان داده می گویند. درواقع ساختمان داده، مشخصات عناصر، ارتباط بین آنها و عملیاتی که روی آنها انجام میشود، را تعیین می کند.

پایه مفاهیم

داده: داده یک نمایش دودویی از یک موجودیت منطقی قابل ذخیره سازی در حافظه رایانه است. داده ها درواقع مقادیری هستند که به عنوان ورودی به یک الگوریتم داده می شود تا پردازشی روی آنها انجام شود.

پردازش داده: هر نوع عملیاتی نظیر محاسبات، مقایسه، جستجو، حذف و یا تغییر داده که  توسط برنامه، روی داده ها انجام می گیرد، پردازش داده محسوب می شود.

نوع داده: داده ها نمایشی از اطلاعات  در حافظه هستند. نحوه نمایش یک داده ی خاص در حافظه توسط نوع داده آن مشخص می شود. نوع داده مجموعه ای از مقادیر و مجموعه ای از عملیاتی که روی این مقادیر اجرا می شود را تعیین می کند.

نوع داده یک مفهوم ذهنی است که با مجموعه ای از خواص منطقی و اعمال مربوط به آن قابل تعریف است. وقتی نوع داده تعریف شد، می توان آن را پیاده سازی کرد.پیاده سازی می تواند به دوگونه ی سخت افزاری و یا نرم افزاری باشد:

الف( در پیاده سازی سخت افزاری مدارهای الزم برای اجرای عملیات طراحی می شوند.

ب( در پیاده سازی نرم افزاری برنامه ای برای تفسیر رشته های بیتی و انجام عملیات موردنیاز با استفاده از دستورهای سخت افزاری نوشته می شود.

وقتی نوع داده پیاده سازی شد، برنامه نویس می تواند از آنها برای حل مسائل استفاده کند.انواع داده ای که بصورت سخت افزاری طراحی می شوند، انواع داده پایه یا ابتدایی نامیده میشوند. هر رایانه ای دارای مجموعه ای از انواع داده های پایه است. جدا از جنبه های سخت افزاری، اگر مفهوم نوع داده بر اساس آنچه برنامه نویس می خواهد به صورت نرم افزاری پیاده سازی شود، نوع داده، انتزاعی نامیده می شود.

2-3-3- انواع ساختمان داده

الف( ساختمان داده خطّ ی: یک ساختمان داده را خطّی می گویند، هرگاه عناصر آن تشکیل یک دنباله را دهند یا به بیان دیگر یک فهرست خطی باشند. برای نمایش فهرست خطّی دو روش اساسی وجود دارد:

الف ( رابطه خطّی بین عناصر بوسیله ی خانه های متوالی حافظه نمایش داده می شود.

الف ( رابطه خطّی بین عناصر بوسیله ی اشاره گرها نمایش داده می شود.

ب( ساختمان داده غیرخطی: یک ساختمان داده مانند درخت ها و گراف ها را غیرخطی گویند.

3-3-3- عملیات روی ساختمان داده

داده هایی که در ساختمان داده ها ظاهر می شوند بوسیله ی عملیات مشخصی پردازش می شوند. در واقع ساختمان داده خاصّی که برنامه نویس برای یک مسئله انتخاب می کند بستگی زیادی به میزان عملیات خاصّی دارد که در آن مسئله انجام می شود. برخی از این عملیات که زیاد مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

 پیمایش: دقیقا یک بار دسترسی به همه ی داده های ساختمان داده.

 جستجو: یافتن یک داده یا مجموعه ای از داده ها با شرایط خاصّ ی درون ساختمان داده.

 اضافه: افزودن یک داده ی جدید به ساختمان داده.

 حذف: حذف یک داده از ساختمان داده.

 مرتب سازی: قرار دادن داده ها در کنار هم با یک نظم معین.

 ادغام: ترکیب داده های دو ساختمان داده مرتب و بدست آوردن یک ساختمان داده مرتب دیگر.

 اتصال: پیوند دو ساختمان داده به یکدیگر.

 کپی: تهیه ی یک نسخه از ساختمان داده.

4-3- الگوریتم و فلوچارت

مجموعه ای از دستوالعمل ها برای حل یک مسئله را الگوریتم می گویند. کلمه الگوریتم از نام ریاضیدان قرن نهم؛ خوارزمی گرفته شده است. درواقع یک الگوریتم مجموعه ای متناهی از دستورها برای حل یک مسئله خاص توسط انسان یا ماشین است که ترتیب انجام عملیات در آن مشخص شده و عملیات در زمان معینی خاتمه پیدا می کند. هر دستورالعمل در الگوریتم باید مختصر، دقیق و صریح باشد.

بطور خلاصه یک الگوریتم پنج خاصیت زیر را باید دارا باشد:

1. متناهی بودن: یک الگوریتم باید همیشه بعد از تعدادی گام به پایان برسد.

1. صراحت: عملی که در هر قدم الگوریتم انجام می گیرد، باید مختصر و صریح باشد.

1. ورودی: مقادیری هستند که قبل از شروع به الگوریتم داده می شوند.

1. خروجی: بروندادها مقادیری هستند توسط الگوریتم تولید شده و رابطه ی مشخصی با ورودی ها دارند.

9. کارایی: دستورهای الگوریتم در حدّ کفایت باید ساده و دقیق باشند.

الگوریتم ها قرن ها برای حل مسائلی که بشر با آنها روبرو بوده استفاده می شده اند. تقریبا همه ی برنامه های رایانه به غیر از برنامه های کاربردی هوش مصنوعی، دربرگیرنده ی الگوریتم هستند. مشهورترین الگوریتم در تاریخ، الگوریتم اقلیدسی، مربوط به زمان یونان باستان است که برای محاسبه بزرگترین مقسوم علیه مشترک دو عدد صحیح بکار رفته است و هنوز در دنیای ریاضی کاربرد دارد. خلق الگوریتم های زیبا، ساده و با کمترین مراحل، یکی از چالش های برنامه نویسی است. الگوریتم های می توانند با نماد های مختلفی بیان شوند:

الف( زبان طبیعی:

استفاده از عبارات زبان طبیعی برای بیان الگوریتمی ممکن است باعث طوالنی و مبهم شدن آن بشود و برای الگوریتم های پیچیده و فنّی بندرت استفاده می شود.

ب( زبان های برنامه نویسی:

در ابتدا بیان الگوریتم با زبان های برنامه نویسی موجود صورت می گرفت و طرفداران بسیاری رابه خود جلب کرده بود.

پ( روندنما یا فلوچارت:

راه های ساخت یافته ای برای نمایش الگوریتم هستند که درحین استقالل از زبان برنامه نویسی خاصّی، از ابهام پرهیز می کنند.

امروزه الگوریتم ها معموال با استفاده از فلوچارت ها در یک زبان برنامه نویسی بیان می شوند.

این مفهوم اساس و پایه ی برنامه نویسی است. الگوریتم و فلوچارت تنها چیزهایی هستند که بطور کامل میان تمامی زبان های برنامه نویسی مشترک هستند. شما برای تمامی کارهای زندگی خود یک روال خاص را طی می کنید تا آن کار انجام شود.

به عنوان نمونه، وقتی که کاری مثل غذا خوردن را انجام می دهید مراحل عذا خوردن به این صورت است:

 با استفاده از قاشق غذای خود را بر می دارید.

 غذا را در داخل دهان قرار می دهید.

 قاشق را در جای اول خود قرار می دهید.

 غذا را خوب می جوید.

پس شما برای رفع مشکل گرسنگی که راه حل آن غذا خوردن است حتما باید این مراحل را قدم به قدم انجام دهید تا مشکل گرسنگی شما رفع شود. این یک روال یا الگوریتم هر انسانی است برای رفع گرسنگی خود یعنی شما در تمامی اموری که انجام می دهید که روالی را طی می کنید که به هم شباهت های بسیاری دارند ولی در بعضی موارد جزئی با هم تفاوت دارند. در برنامه نویسی رایانه دقیقا این مسیر وجود دارد که در آنجا شما همین روال دستوری را تبدیل به دستورهای مخصوص برنامه نویسی می کنید.

در نوشتن یک الگوریتم باید به یک سری نکات توجه داشت:

الف( آغاز و پایان هر الگوریتم بطور دقیق مشخص باشد.

ب( مراحل دارای جزئیات کافی باشد.

پ( مراحل با زبانی دقیق نوشته شوند.

ت( مراحل به ترتیب و درست نوشته شوند.

الگوریتمی که ویژگی های باال را داشته باشد الگوریتم درستی است.

در حالت کلی الگوریتم از سه بخش اصلی آغاز، دستورالعمل و پایان تشکیل شده است که

ترتیب این سه جز بسیار مهم است.

1-4-3- انواع دستورالعمل ها در الگوریتم

الف( دستورالعمل های محاسباتی و انتسابی

در این نوع دستورالعمل ها می توان مقداری را به یک متغیر نسبت داده و یا عملیات محاسباتی انجام گیرد. به عنوان نمونه، دستور strMsg = Hello مقدار Hello را به strMsg نسبت می دهد.

ب( عبارات توضیحی

برای اضافه کردن توضیح به برنامه یا الگوریتم استفاده می شوندکه به منظور جدا کردن آن از دستورالعمل ها در داخل پرانتز قرار می گیرند.

پ( دستورالعمل های شرطی

بوسیله ی این دستورالعمل ها می توان شرطی را بررسی کرد. در صورتیکه آن شرط درست باشد، عبارت بعد از آن اجرا می شود. برای مثال دستور »اگر 1 < 2 باشد آنگاه چاپ کن، درست است« تنها در صورتی عبارت »درست است« را چاپ می کند که 1 بزرگتر از 2 باشد و چون این عبارت همیشه درست است در نتیجه همواره در هنگام اجرای برنامه عبارت »درست است« چاپ می شود.

ت( دستورالعمل های خروجی

بصورت »چاپ کن مقدار موردنظر« مورد استفاده قرار می گیرد.

ث( دستورالعمل پرش

این دستور العمل برای ایجاد حلقه در الگوریتم کاربرد دارد بصورت »برو به مرحله ی موردنظر« مورد استفاده قرار می گیرد.

در الگوریتم نویسی نیز باید یک سری شرایط را در نظر گرفت که در حالت کلی می توان بصورت زیر بیان کرد:

3. الگوریتم باید ما را به نتیجه مورد نظر برساند.

2. در زمان محدود پایان یابد.

1. دستورالعمل ها باید به ترتیب منطقی پشت سرهم قرار گیرند.

1. جمالت الگوریتم ها باید بصورت امری، سوالی باشند.

5. هر الگوریتم باید نقطه آغاز و پایان داشته باشد.

مثال 31-3 الگوریتمی تعویض چرخ پنچر شده یک اتومبیل بصورت زیر است:

- شروع

- جک را زیر اتومبیل بگذارید.

- پیچ های چرخ پنچر شده را باز کنید.

- چرخ را خارج کنید.

- چرخ یدک را به جای چرخ پنچر شده بگذارید.

- پیچ ها را ببندید.

- اگر پیچ ها سفت نشده اند به مرحله قبل برو.

- جک را پایین بیاورید.

- چرخ پنچر شده را در صندوق عقب اتومبیل بگذارید.

- پایان

2-4-3- فلوچارت یا روندنما

روندنما یا فلوچارت نموداری برای نمایش داده ها، اطلاعات  و روند کار یک الگوریتم بر روی آنها بوسیله ی نمادهای خاص و خطوط جهتدار بین آنها است. فلوچارت در واقع نقشهای است که برنامه نویسان رایانه قبل از نوشتن برنامه به زبان برنامه نویسی اصلی آن را ترسیم میکنند. با مروری بر فلوچارت روند اجرای عملیات، مراحل و جزئیات برنامه و ورودی و خروجی هر مرحله از برنامه مشخص می شود. استفاده از فلوچارت جهت حل هر مسئلهای مفید است و بدون در نظر گرفتن زبان برنامه نویسی، نوشتن برنامه را آسان تر می کند. علاوه بر این، فلوچارت جزئی با ارزش از مدارک هر برنامه است که با کمک آن تفسیر برنامه، عیب یابی و استفاده توسط شخصی به جز برنامه نویس را آسان می کند. برای رسم فلوچارت آگاهی و تسلط بر مراحل مورد نیاز و ترتیب آنها جهت بدست آوردن نتیجه موردنظر با استفاده از داده های ورودی به الگوریتمی که فلوچارت برای آن کشیده می شود، ضروری است.در عمل برای نمایش الگوریتم از یک فلوچارت استفاده می شود. در حقیقت فلوچارت روش  تصویری و استاندارد نمایش الگوریتم است. در رسم فلوچارت علایم و نمادهای استانداردی بکار می رود که هر کدام دارای معانی ویژه ای هستند.

به عنوان نمونه:

 از شکل بیضی افقی، برای شروع و پایان عملیات استفاده می شود.

 از شکل مستطیل، برای نمایش مراحل پردازشی استفاده می شود و در داخل آن عمل  موردنظر نوشته می شود. این نماد ممکن است چندین ورودی داشته باشد ولی تنها یک خروجی دارد.

 از شکل لوزی، برای نشان دادن مراحل تصمیم گیری استفاده می گردد و شرط یا  سؤال مورد نظر در داخل لوزی نوشته می شود.

 از شکل متوازی الاضلاع، برای نشان دادن ورودی یا خروجی استفاده می شود.

  • لوازم کامپیوتر مکینتاژ شهر قدس