سخت‌افزار چیست ؟

مقدمه

سخت‌افزار «Hardware»، بعنوان جزء دیداری و فیزیکی یک کامپیوتر، اولین بخشی است که کاربر با آن در تعامل و ارتباط دائمی می‌باشد؛ بطوری که برای استفاده از کامپیوتر و ابزارهای آن، کاربر در هر سطحی که باشد، می‌بایست اصول اولیه سخت‌افزار را به خوبی فرا گیرد. دانش سخت‌افزاری کامپیوتر، در حالت کلی به سه بخش اصلی «مهندسی، معماری و تعمیر و نگهداری سخت‌افزار»، تقسیم‌بندی می‌شود. مهندسی سخت‌افزار «Hardware Engineering» ؛ دانشی تخصصی و دانشگاهی که شامل اصول اولیه و اساسی الکترونیک دیجیتال، سیستم‌های کنترل خطی، نحوه‌ی اتصال درونی سیستم، چگونگی کارکرد هر بخش و تاثیر متقابل آن بر دیگر اجزاء و نهایتاً بالابردن راندمان کاری است. در واقع، یک مهندس سخت‌افزار نقشی مهم در یک سازمان، در جهت استفاده‌ی بهینه و پیشتیبانی گسترده ار منابع موجود کامپیوتری دارد. معماری سخت‌افزار «Hardware Architecture» ؛ دانشی در رابطه با طراحی اصولی و منطقی تمامی قسمت‌های مهم کامپیوتر اعم از؛ پردازنده، برد اصلی، حافظه‌، بلوک‌ها و دیاگرام‌های سخت‌افزاری می‌باشد که اصلی‌ترین هدف آن، طراحی پردازنده‌های پرتوان و کم مصرف است. در واقع؛ یک متخصص معماری کامپیوتر، وظیفه‌ی مهم طراحی و توسعه‌ی بنیادین قطعات و همچنین پیاده‌سازی ایده‌های نوین را دارد. تعمیر و نگهداری سخت‌افزار؛ دانش یا به اصطلاحی دقیق‌تر، تجربه‌ای مفید بر پایه‌ی اصول مهندسی در جهت تعمیر، تعویض و نگهداری قطعات سخت‌افزاری یک کامپیوتر می‌باشد؛ در واقع، هر سیستمی بعد از مدتی کار و استفاده از آن، نیاز به نگهداری و تعمیری کلی دارد. در واقع، یک تعمیرکار ماهر کامپیوتر، می‌بایست جهت بهره‌وری در کار، کاملاٌ با قطعات کامپیوتر و الکترونیک دیجیتال، آشنایی داشته باشد.

ساختار سخت‌افزاری کامپیوتر

بخش سخت‌افزاری کامپیوتر دیجیتال، به چهار قسمت اصلی و استاندارد «ابزار ورودی، واحد حافطه، واحد پردازش مرکزی و ابزار خروجی»، تقسیم می‌شود.

1. ابزار ورودی «Input Devices»؛ دستگاه‌هایی که داده‌های دریافتی را از هر نوعی که باشند «مانند صدا، تصویر، متن» از کاربر دریافت کرده و مستقیماً به بخش حافظه و سپس پردازنده، انتقال می‌دهند؛ در واقع، اصلی‌ترین وظیفه‌ی یک ابزار ورودی، ترجمه و یا قابل مفهوم‌سازی داده‌های انسانی به زبان ماشین که همان صفر و یک منطقی است می‌باشد؛ بنابراین کاربر از طریق این ابزارها به کامپیوتر فرمان می‌دهد. کامپیوتر، بصورت پیش فرض، توانایی فهم زبان، علائم و قواعد دستوری انسان را ندارد، پس بایستی از ابزارهای واسط استفاده نمود. ابزارهای ورودی بترتیب اهمیت و کاربرد شامل؛ صفحه‌کلید، ماوس، پویشگر، بارکد خوان، قلم نوری، میکروفون و صفحه لمسی می‌باشند.

2. واحد حافظه «Memory Unit»؛ حافظه دومین قسمت مهم و اصلی یک کامپیوتر جهت نگهداری دائم و یا موقت داده‌ها و اطلاعات می‌باشد. در واقع حافظه، بغیر از ثبت و نگهداری فایل‌ها، یک عضو مهم و همیشگی سیستم است که واسط بین پردازنده و بقیه‌ی اجزاء می‌باشد؛ بطوری که داده‌ها بعد از ورود به کامپیوتر، می‌بایست حتی بطور موقت هم که شده در خانه‌ای از حافظه، بایگانی شوند و در صف قرار گیرند. حافظه انواع مختلفی دارد که تحت عنوان دو بخش اصلی «حافظه اصلی و حافظه ثانویه» تقسیم‌بندی می‌شوند و وجود هر نوع آن ضروریست. حافظه‌ی اولیه و اصلی، شامل ثبت و نگهداری مشخصات سیستم و کمک به پردازش برنامه‌هاست و حافظه‌ی ثانویه، در اختیار کاربر است.

3. واحد پردازش مرکزی «Central Processing Unit»؛ پردازشگر که اصطلاحاٌ به آن CPU گفته می‌شود؛ در حکم مغز و فرمانده‌ی کامپیوتر است. کامپیوترها در هر نوع و اندازه‌ای که باشند و هر نوع کاربردی هم که داشته باشند، بدون پردازنده، عملاٌ سیستمی ناقص و بی‌اهمیت‌اند. در واقع، این پردازنده است که داده‌ها را پردازش می‎‎‌کند و نوع آن‌ها را تشخیص می‌دهد؛ مدریت اجزاء را برعهده دارد و به کامپیوتر قدرت، سرعت، دقت و کارایی می‌بخشد؛ پردازنده‌ها در نسل چهارم کامپیوترها، معرفی و استفاده شدند که باعث، پائین‌آمدن هزینه‌ها هم در طراحی و حجم شدند و هم اینکه اهمیت کامپیوترها را در جهان، امری ضروری ساختن و باعث بوجود آمدن انقلاب اطلاعاتی شدند.

4. ابزار خروجی «Output Devices»؛ دستگاه‌هایی که اطلاعات نهایی را از هر نوعی که باشند «مانند صدا، تصویر، متن و فایل» به کاربر تحویل می‌دهند و یا اینکه در حافظه‌های ثانویه برای استفاده‌های آتی، ذخیره می‌کنند؛ در واقع، اصلی‌ترین وظیفه‌ی ابزار خروجی، ارائه‌ی اطلاعات قابل فهم از کامپیوتر به انسان است؛ یعنی داده‌هایی که بصورت زبان ماشین بودند، به زبان و علائم قراردادی انسان، تبدیل می‌نمایند. کامپیوترها هرچقدر هم که قوی و سریع باشند، بازهم برای ارتباط با انسان و حل مسائل او، باید از طریق ابزار واسط خروجی اقدام نمایند. ابزارهای خروجی بترتیب اهمیت و کاربرد شامل؛ صفحه‌نمایش، چاپگر، بلندگو، هدست و صفحه لمسی می‌باشند که حافظه هم جزء آن‌هاست.

نکته‌ی مهم

برخی از دستگاه‌ها در کامپیوتر وجود دارند، که در طول زمان و بسته به نیاز شرایط مختلف، پدید آمده‌اند که هم ورودی محسوب می‌گردند و هم خروجی یک کامپیوتر؛ همانند صفحه‌نمایش لمسی که قابلیت ورود داده‌ها و در نهایت، خروج اطلاعات را دارد؛ و یا دستگاه رایتر CD و DVD که هم توانایی خواندن اطلاعات و هم توانایی نوشتن اطلاعات بر روی حافظه‌های حانبی دیسک دارند و در نهایت، هارد دیسک‌ها، که بصورت استاندارد درون سیستم تعبیه شده‌اند و تمامی اطلاعات کامپیوتر و کاربر را در خود برای ثبت و پردازش، نگهداری می‌نمایند.

ثابت‌افزار

در ساختمان کامپیوتر، فقط دو بخش اصلی سخت‌افزار و نرم‌افزار وجود داشت که بایستی این دو بصورت مکمل و موازی فعالیت داشتند؛ اما در طول تکامل سیستم‌ها و حل یک سری مسائل انسانی و شرایط مختلف، بعضی قطعات بصورت ثابت‌افزار «Firmware» طراحی شدند؛ ویژگی اصلی ثابت‌افزار این است که بایستی جزئی از سخت‌افزار آن را به حساب آورد همانند یک میکروکنترلر الکترونیکی بسیار کوچک که بصورت پیش فرض قطعه‌ای سخت‌افزاری است؛ اما نرم‌افزار و مجموعه برنامه‌های آن برای راحتی استفاده‌ کاربر، در آن قرار دارد؛ در واقع، قطعات ثابت‌افزار، برای کنترل در سیستم‌های بسته و اصطلاحاٌ نهفته کاربرد دارند؛ همانند قطعات داخل یک دستگاه اندازه‌گیری.

سخن پایانی

باستی به یک نکته‌ی بسیار مهم درباره‌ی بعد سخت‌افزاری کامپیوتر توجه داشت؛ برای راه‌اندازی و استفاده‌ی بهینه‌ی کاربر، فقط و فقط یکسری قطعات اصلی و پیش فرض که شامل «واحد پردازش و حافظه، صفحه‌نمایش، صفحه‌کلید و ماوس استاندارد» می‌باشند، نیاز است؛ در واقع، ابزارهایی مختلف همچون؛ ماوس و صفحه‌کلید مخصوص بازی، انواع میکروفون‌ها و بلندگوها و یا دسته‌ بازی، جنبه‌ی تفریحی دارند و وجود آن‌ها نیاز مبرم سیستم و کاربر به‌حساب نمی‌آید.