کامپیوتر چیست؟

مقدمه

بارزترین ویژگی قرن صنعت، حضور مستمر و گسترده‌ی کامپیوتر در کلیه‌ی عرصه‌های فعالیت انسان اعم از شخصی، اجتماعی، اقتصادی، سیاسی، علمی، نظامی و بین‌المللی است؛ بگونه‌ای که انجام تمامی فعالیت‌های انسان، بدون استفاده از کامپیوتر، توهمی بیش نیست؛ کامپیوتر بعنوان ابزاری بسیار قدرتمند، سریع، با دقت و دستورپذیری از انسان، مراحل انجام کارهای دشوار را فوق‌العاده آسان و همچنین گذرگاه‌های عبورناپذیر علم را به شاهراه‌هایی هموار تبدیل نموده؛ به همین علت در عصر صنعت و حکم‌فرمایی دیجیتال بر زندگی انسان؛ آموزش، یادگیری و به کار بستن علوم و مهندسی کامپیوتر، بر همگان نسبت به نیاز خویش، امری ضرور و واجب است؛ در واقع، هرکس در هر جایگاه و لباسی که هست، بسته به سطح دانش و نیاز خویشتن، همواره با کامپیوتر و یا ابزارهای مرتبط با آن، در ارتباط می‌باشد؛ بنابراین آشنایی حداقلی و نیاز به شناخت جوانب گوناگون کامپیوتر و ابزار آن، جزء نیازهای اساسی انسان پیشرفته‌ی‌ عصر صنعت است.

کامپیوتر چیست ؟

کامپیوتر «Computer» که در اصطلاح فارسی به آن «رایانه» گفته می‌شود؛ دستگاهیست الکترونیکی که از اجزای الکتریکی (همانند دیود، ترانزیستور، مقاوت، خازن، باتری و مدارهای مجتمع) و مکانیکی (همانند کلید و انواع شستی‌ها) ساخته شده و جهت انجام فعالیت‌های گوناگون، کاملاً قابل برنامه‌ریزی می‌باشد که به دو قسم اصلی (سخت‌افزار و نرم‌افزار) تقسیم می‌گردد؛ البته شامل بخش دیگر به اسم (میان‌افزار)، نیز هست؛ که معمولاٌ در دسته‌بندی‌ها جزء سخت‌افزار به حساب می‌آید. وظیفه‌ی اصلی یک کامپیوتر، محاسبات داده‌های ریاضی (چهار عمل اصلی و مباحث بسیار پیچیده‌ همانند لگاریتم) و پردازش داده‌های منطقی (بزرگتر، کوچکر، تساوی و نامساوی) در سریع‌ترین زمان ممکن می‌باشد.

نحوه‌ی عملکرد کامپیوتر

همه‌ی اعمال کامپیوتر در سه قسمت اصلی (ورودی، پردازش و خروجی) صورت می‌گیرد؛ بطوری که ابتدا داده‌های خام از بیرون وارد کامپیوتر می‌شوند، در واحدی بنام پردازش، عملیات محاسباتی و منطقی بر روی آن‌ها صورت می‌گیرد و درنهایت اطاعات قابل استناد، به بیرون از کامپیوتر فرستاده می‌شود؛ این سه عمل اصلی مستلزم دستگاه‌های ورودی، دستگاه‌های خروجی و بخش اصلی حافظه می‌باشد. داده «Data»؛ مقادیر خام اولیه و ورودی پیش از پردازش هستند، که توسط انسان و ابزارهای ضرور جانبی به کامپیوتر تحویل داده می‌شوند. پردازش «Process»؛ مجموعه عملیات کاملاٌ درونی یک کامپیوتر که دستورات محاسباتی و منطقی را بر روی داده‌های خام اعمال می‌نماید. اطلاعات «Information»؛ مجموعه‌ای از داده‌هایی استاندارد و پردازش شده است که جهت حل یک مسئله و یا کنترل یک ابزار بکار می‌رود. کاربر «User» ؛ عاملی انسانی در برابر سیستمی کامپیوتری که بر اساس نیاز و دانش خویش، از کامپیوتر و ابزارهای آن، استفاده می‌نماید. برنامه «Program»؛ مجموعه کدهای محاسباتی و منطقی استاندار، که توسط مختصص سیستم، جهت حل مسائل، تحلیل و طراحیشده است. بعنوان مثال، هنگام جمع دو عدد7 و 5، ورودی‌های اولیه، دو عدد موردنظر کاربر هستند، که به کامپیوتر تحویل داده می‌شوند، عمل پردازش، مجموعه قواعد ریاضی برای جمع‌کردن اعداد 7 و 5 می‌باشد، و درنهایت عدد 12 که خروجی محسوب می‌شود، تحویل کاربر می‌گردد.

انواع کامپیوتر

کامپیوترها، کلاٌ به سه دسته‌ی اصلی (آنالوگ، دیجیتال و هیبریدی)، تقسیم می‌شوند؛ که هرکدام در نوع خود، بسیار مهم و کارآمد می‌باشند. کامپیوتر آنالوگ «Analog»؛ آنالوگ یا قیاسی، به سیستم‌هایی اطلاق می‌شوند که در آن تغیرات سیگنال، بصورت پیوسته و مداوم است؛ یعنی بر روی کمیت‌هایی پیوسته‌ای همانند ولتاژ که دقت معینی دارند، عمل می‌نمایند؛ همانند دستگاه‌های ولتاژمتر و یا اسکیلوسکوپ. کامپیوتر دیجیتال «­­­­_­­Digital»؛ دیجیتال یا رقمی، به سیستم‌هایی اطلاق می‌شوند که در آن تغییرات سیگنال، بصورت گسسته و نامداوم است؛ یعنی بر روی کمیت‌های گسسته همانند عدد و حروف که نسبی هستند، عمل می‌نمایند و همان کامپیوترهای روزمره قابل استفاده می‌باشند. کامپیوتر هیبریدی «Hybridy»؛ هیبریدی یا ترکیبی، به سیستم‌هایی اطلاق می‌شوند که شامل ویژگی‌های کاربردی دو کامپیوتر قبلی هستند. اصولاٌ این کامپیوترها، داده‌های ورودی را آنالوگ دریافت می‌کنند، پردازش و خروجی را دیجیتالی تولید می‌نمایند؛ همانند دستگاه جراحی.

انواع کامپیوتر دیجیتال

کامپیوترهای دیجیتال، کاربردی‌ترین، گسترده‌ترین و عام‌ترین نوع کامپیوترها در دنیا هستند که به پنج دسته‌ی اصلی «ابر کامپیوتر، کامپیوتر بزرگ، کامپیوتر کوچک، ریزکامپیوتر و ریزکنترل‌کننده» تقسیم می‌شوند؛ که وجود آن‌ها بعلت گستردگی در همه‌ی مسائل بشری لازم است. ابرکامپیوتر «Supercomputer»؛ سریع‌ترین، قوی‌ترین، گران‌ترین، پیچده‌ترین و کمیاب‌ترین نوع کامپیوترهای دیجیتال هستند که فقط در انحصار چند کشور انگشت‌شمار می‌باشند و کارکردن با آن‌ها نیاز به سواد دانشگاهی و تجربه‌ای فراوان دارد و در صنایع فضایی به‌کار می‌آیند. کامپیوتر بزرگ «Mainframe»؛ اولین نسل از کامپیوترهای دیجیتال هستند که بیشتر در مسائل نظامی و هسته‌ای کاربرد دارند. استفاده از آن‌ها مستلزم دانشی بسیار است که بایستی مانند ابرکامپیوترها، در شرایط دمایی خاصی هم نگهداری شوند. کاربرد آن بیشتر در شبیه‌سازی. کامپیوتر کوچک «Minicomputer»؛ نوعی از کامپیوترهای دیجیتال، با قدرت و سرعت نسبتاٌ زیاد که دارای حافظه‌ای بسیار زیادی می‌باشند و در ارگان‌های بزرگ دولتی، وزراتخانه‌ها، صنایع بزرگ، شرکت‌های مخابراتی، سرورهای شبکه و کنترل کارخانه‌های عظیم، به کار می‌روند. ریزکامپیوتر «Microcomputer»؛ کوچک‌ترین و پرکاربردترین نوع کامپیوترها هستند که از منازل تا ارگان‌های دولتی به کار گرفته می‌شوند؛ کاربرد آن‌ها شامل؛ تایپ اسناد و کتب، برنامه‌نویسی و کارهای دیگر می‌باشد؛ که به دو دسته‌ی «دسک تاپ و نوت بوک» تقسیم می‌شوند. کامپیوتر رومیزی «Desktop»؛ کامپیوتر معمولاٌ غیرقابل حملی که بر روی میز کار کاربر قرار می‌گیرد و مستقیماٌ با برق شهری «AC» کار می‌کند. کامپیوتر قابل حمل «Laptop» ؛ نوعی ریزکامپیوتر که هم با برق شهری و هم باطری کار می‌کند و اجزای آن مثل صفحه کلید، سرهم است. ریزکنترل‌کننده «Microcontroller»؛ بردهایی الکترونیکی هستند که بصورت سیستم‌های تعبیه شده فقط یک کار انجام می‌دهند؛ مثل لباسشویی.

ساختار کامپیوتر

استاندارد تشریح ساختار یک کامپیوتر، معرفی اجزای ریزکامپیوتر دیجیتال است که به دو بخش اصلی سخت‌افزار و نرم‌افزار تقسیم می‌شود. سخت‌افزار «Hardware»؛ بخش اولیه، اصلی و ملموس کامپیوتر است که قابل لمس و دیدن می‌باشد؛ در واقع، سخت‌افزار، یک کالبد یا جسم کامپیوتر است که بایستی توجه داشت که کامپیوترهای اولیه، فقط بعد سخت‌افزاری داشتند و چیزی به اسم نرم‌افزار وجود نداشت. سخت‌افزار شامل چهار بخش اصلی «ابزار ورودی، واحد حافظه، واحد پردازش و ابزار خروجی» می‌باشد که بصورت هماهنگ باهم درارتباط‌اند. نرم‌افزار «Software»؛ بخش ثانویه، غیرملموس و نادیدنی کامپیوتر که وظیفه‌ی راه‌اندازی، مدیریت و هدایت سخت‌افزار را برعهده دارد. در واقع، نرم‌افزار بر روی سخت‌افزار نصب می‌شود و به آن هویت می‌بخشد؛ یک کامپیوتر هرچقدرهم سریع، دقیق، قدرتمند و دارای حافظه‌ای بسار زیاد باشد، بدون نرم‌افزار، کاملاٌ غیرقابل استفاده است؛ پس، نرم‌افزار و سخت‌افزار دو جزء جدانشدنی و مکمل هم هستند. دانش نرم‌افزاری کامپیوتر، به دو بخش اصلی «نرم‌افزار سیستمی و نرم‌افزار کاربردی» تقسیم می‌شود؛ که شامل چندین زیرشاخه می‌باشد.

تاریخچه‌ی کامپیوتر

مورخان و دانشمندان حوزه‌ی علوم و مهندسی کامپیوتر، تاریخ اصلی کامپیوتر را بر اساس شواهدی، هم دوره با پیدایش انسان می‌دانند؟! البته کامپیوتر نه به شکل امروزی، بلکه به شکل کاملاٌ اولیه که جهت رفع نیازهای حساب و کتاب‌های روزمره‌ی نخستینیان به کار می‌رفت. اما نسل کامپیوترهای نوین که ساختار و کاربردی کاملاٌ متفاوت از نسل صفر کامپیوترها دارند؛ به پنج دوره‌ی تاریخی تقسیم‌بندی می‌شود؛

کاربرد کامپیوتر

کامپیوترها بعلت اینکه در انواع و سایزهای مختلف ساخته می‌شوند؛ بیشترین کاربرد را در زندگی انسان دارند؛ بطوری که تصور زندگی بدون استفاده از آن، حتی برای چند ساعت هم، بسیار ترسناک و ناممکن است؛؟ کامپوترهای اولیه، کاربردهای تک منظوره‌ای داشتند؛ یعنی فقط برای محاسبات شلیک توپخانه‌ها و کدگشایی نازی‌ها در جنگ جهانی دوم به کار می‌رفتند؛ اما به مرور زمان دانشمندان، فیزیکدانان، ریاضی‌دانان و دولت‌ها، به اهمیت و بودن کامپیوتر بیش از پیش پی بردند؛ تا آنجا که کشورها در رقابتی تنگاتنگ و با بودجه‌ای هنگفت، بدنبال ساخت این دستگاه بودند. طیف وسیع فعالیت‌های کامپیوتر، از اتاق خواب یک دانش‌آموز شروع می‌شود و به کنترل ماهواره‌برها و سفینه‌های فضایی در کره‌ای دیگر از کهکشان، ادامه می‌یابد؛ امروزه در همه‌ی مسائل شخصی، آموزشی، پزشکی، نظامی و تحقیقاتی، ابزارهای کامپیوتری مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ بطوری که امروزه بیشتر آموزش‌ها بصورت برخط و کاملاٌ مجازی است؛ یعنی حضور استاد و دانشجو، منوط به زمان یا مکان خاصی نیست. معاینات مقدماتی پزشکان، عکس‌برداری و پرتونگاری اجزای بدن و سرآخر جراحی‌ بیمار، همگی با هدایت مستقیم یک کامپیوتر انجام می‌گیرد؛ یا شلیک آزمایشی یک موشک و کنترل کارخانه‌های هسته‌ای با نظارت مستقیم و بی‌واسطه‌ی کامپیوتر است.