حافظه رایانه
Download
Report
Transcript حافظه رایانه
بخش فناوری ک تاب توربان :فصل اول
1
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
•
•
•
•
•
•
•
•
2
معرفی
واحد پردازش مرکزی
حافظه رایانه
تکامل سخت افزار رایانه
سلسله مراتب رایانه
فناوری های ورودی و خروجی
شاخص های عمومی فناوری
مسائل راهبردی سخت افزار
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• تصمیم گیری در مورد سخت افزار بر اساس سه عامل مهم و مرتبط با هم انجام می گیرد :
• قابلیت ( قدرت و تناسب با کار )
• سرعت
• هزینه
3
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• تعریف سخت افزار:
• سخت افزار به وسیله ای فیزیکی که برای گرفتن ورودی ،پردازش ،دادن خروجی و انجام عملیات ذخیره سازی مورد استفاده
قرار می گیرد ،اطالق می شود.
• سخت افزار شامل عوامل زیر است:
•
•
•
•
•
•
4
واحد پردازش مرکزی
حافظه اصلی
حافظه جانبی
فناوری های ورودی
فناوری های خروجی
فناوری های ارتباطی
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• واحد پردازش مرکزی(:)CPU
• محاسبات حقیقی و یا اصطالحا ( number crunchingانجام سریع محاسبات بزرگ) را در هر کامپیوتر انجام می دهد.
CPUیک ریزپردازنده (میکروپروسسور) است که از میلیون ها ترانزیستور کوچک ساخته شده است که در یک مدار روی یک
قرص سیلیکونی یا تراشه جاسازی شده اند.
• واحد کنترل(:)CU
• بخشی از CPUاست که جریان اطالعات را کنترل می کند.
• واحد محاسبه و منطق(:)ALU
• بخشی از CPUاست که محاسبات ریاضی و مقایسه های منطقی را انجام می دهد.
• ثبات ها(:)Registers
• حافظه های با سرعت باال در CPUهستند که حجم بسیار کمی از داده ها و دستورالعمل ها را در دوره های زمانی کوتاه نگه
می دارند.
5
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
6
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
7
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• چرخه دستورالعمل ماشين(:)machine instruction cycle
• مدت زمان پردازش يک دستور در رايانه
چهار عامل تعیین کننده ان:
• سرعت پالس ساعت(:)Clock speed
• سرعت از پيش تنظيم شده پالس ساعت رايانه که تمام فعاليت های تراشه را زمانبندي مي کند .امروزه واحد ان گیگاهرتز است.
• طول کلمه(:)word length
• تعداد بيت هاي ي که CPUدر هر يک از فواصل زماني مي تواند پردازش کند.
• پهناي گذرگاه(:)bus width
• اندازه مسيرهاي فيزيکي که داده ها و دستورالعمل ها به وسیله تحریکات الک ترونيکي روي تراشه جابجا مي شوند.
• پهناي خط(:)line width
• فاصله بين ترانزيستورها که هر چه کوتاه تر باشد ،سرعت تراشه بيشتر است.
8
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• قانون مور:
• پیچیدگی ریزپردازنده ها هر دو سال یکبار به علت تغییرات زیر دو برابر می شود:
•
•
•
•
9
روند افزایشی کوچک سازی ترانزیستورها
متراکم و مناسب سازی الیه فیزیکی اجزای تراشه ها تا حد امکان(.کاهش پهنای خط)
به کار بردن عناصری در تراشه ها به منظور افزایش رسانای ی
• استفاده از ارسنید گالیم و ژرمانیم سیلیسیم به جای سیلیکون
قرار دادن دستورالعمل های پایه ای و اساسی درون تراشه ها
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
http://en.wikipedia.org/wiki/Moore_Law
9۱اصول فناوری اطالعات – زمستان
10
• طبقه بندي گسترده معماري ريزپردازنده ها:
• ):CISC (Complex Instruction Set Computingمحاسبات با مجموعه دستورات پیچیده
• بیشترین معماری مورد استفاده در ریزپردازنده ها که مجموعه جامعی از دستورات را در خود جای می دهد
• ):RISC (Reduced Instruction Set Computingمحاسبات با مجموعه دستورات کم
• در این نوع ریزپردازنده تنها دستوراتی که بیشترین استفاده را داشته باشند گنجانده می شود و سایر دستورات در نرم افزارها با دستورات
اولیه یا پایه نوشته می شود.
• ):VLIW (Very Long Instruction Word
• این نوع معماری با افزودن طول کلمات دستور تعداد دستورات را کاهش می دهد.
• ):EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computing
• این ریزپردازنده امکان اجرای موازی برخی دستورات را می دهد.
11
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• حافظه رایانه از دو دسته تشکیل می شود:
• حافظه های اولیه :مقدار کوچکی از داده ها و اطالعات که فورا توسط CPUاستفاده می شوند ،در این جا ذخیره می شوند.
• حافظه های ثانویه :مقدار زیادی از داده ها و اطالعات (مثل یک برنامه نرم افزاری) برای مدت زمان طوالنی ،روی این حافظه
ذخیره می شوند.
12
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• بیت(رقم دودوئی BIT :کوته نوشت :)BInary digiT
• تنها نوع داده ای که رایانه می تواند پردازش کند.
• بایت:
• یک داده رشته ای (نه لزوما 8بیتی) ،که برای نمایش هر یک از عملگرهای ساده ریاضی یا حروف الفبا استفاده می شود.
• ظرفيت حافظه
•
•
•
•
•
•
13
کيلو بايت( 210 :)KBبایت
مگا بايت( 220 :)MBبایت
گيگا بايت( 230 :)GBبایت
ترا بايت( 240 :)TBبایت
پتا بايت( 250 :)PBبایت
اگزا بايت( 260 :)EBبایت
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• ثبات (:)register
• گونه ای حافظه سریع که بخشي از CPUبا کمترين ظرفيت مي باشند که تنها مقدار کمي از دستور العمل ها و داده ها را
بالفاصله قبل و بعد از پردازش در خود نگه مي دارند.
• :)RAM(Random Access Memory
• بخشي از حافظه اوليه با دسترسی تصادفی که يک برنامه نرم افزاري و مقدار کمي داده را وقتي که از حافظه ثانويه اورده مي
شوند ،در خود نگه مي دارد.
• انواع RAM
• ) :Dynamic RAM(DRAMحافظه ای با گنجايش باال و قیمت کم اما با سرعت نسبتا پایین
• ) :Static RAM(SRAMکارای ی این نوع حافظه از DRAMبیشتر است و لذا برای برنامه های حساس به
کارای ی از ان استفاده می شود اما هزینه نسبتا باالتری دارد.
14
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• :Cache
• نوعي از حافظه اوليه که بلوک هاي داده ها را که زياد مورد استفاده قرار مي گيرند موقتا در خود نگه مي دارد.
• ):Read-only memory(ROM
• نوعي از حافظه اوليه که دستور العمل هاي کليدي معين در ان نگهداري مي شود .اين حافظه غيرفرار است و در صورت خاموش
شدن رايانه ،دستورات باقي مي مانند.
• :FLASH
• نوعي حافظه قابل بازنويسي ROMکه فشرده ،قابل حمل و نيازمند انرژي کمي مي باشد.
• در طراحی تراشه CPUهر چقدر فاصله برای انتقال داده ها کمتر باشد ،داده ها سریع تر منتقل می شوند.
در این چهار حافظه اصلی از این منطق استفاده شده است.
15
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• فضاي حافظه اي که مي تواند ميزان زيادي از داده ها را براي مدت زيادي نگه دارد حافظه ثانویه نامیده می
شود.
•
•
•
•
16
حافظه ای غیر فرار است.
مدت زمان بیشتری برای بازیابی اطالعات در حافظه ثانویه نسبت به RAMنیاز است.
از حافظه های اصلی ارزان تر است.
می تواند در گونه های مختلف رسانه با فناوری های مختلف قرار گیرد.
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• نوار مغناطیسی (:)Magnetic Tape
• یک حافظه ثانویه می باشد که با دسترسی ترتیبی در یک قاب نوار یا کاست کوچک نگهداری می شود .به خاطر قیمت کم و
توانای ی کنترل میزان عظیمی از داده ها ،هنوز رایج است.
• نوعي از دسترسي که در ان سيستم رايانه بايد همه ي داده های قبلی را به منظور دسترسی به داده مورد نظر پشت سر
گذارد دسترسی ترتیبی می نامند.
• ديسک مغناطيسي(:)Magnetic Disk
• گونه ای از حافظه ثانويه روي يک ديسک مغناطيسي که به شیارها ( )tracksو بخش هاي ي ( )sectorsتقسيم بندي شده
که حاوي ادرس هاي ي براي بخش هاي مختلف داده هستند.
17
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• دیسک سخت (:)Hard Disk
• نوعي از حافظه ثانويه با دسترسي مستقيم که در ان داده ها را روي صفحه فلزي ذخيره مي کند که به شیارهاي هم مرکز و بخش
هاي تقسيم شده است که به وسيله ي هد خوانده مي شوند.
• دسترسي به داده ها که در ان هر بخش از داده ها به صورت غيرترتيبي بازيابي مي شود (استفاده از ادرس داده ها براي
دسترسي به ان ها) را دسترسی مستقیم می نامند.
• ديسکت هاي مغناطيسي (:)Magnetic Diskettes
• نوعي از حافظه مغناطيسي با قابليت حمل اسان و روي ديسک هاي پوليستري انعطاف پذير.
18
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• حافظه هاي نوري:
• نوعي از حافظه هاي ثانويه که با استفاده از تابش ليزر روي سطح يک صفحه دایره ای پالستيکي بازتابنده ،خوانده مي شود.
• ):Compact Disc,Read-Only Memory(CD-ROM
• نوعي از حافظه ثانويه که فقط خواندني است.
• ):Digital Video Disk(DVD
• نوعي حافظه نوري که براي ذخيره سازي ويدوئ هاي ديجيتالي يا داده هاي رايانه اي مناسب است.
• ):Fluorescent multilayer disk(FMD-ROM
• ديسک چنداليه فلورسنت؛ نوعي حافظه نوري با ظرفيت بسيار بيشتر از DVDها.
• :Memory cards
• کارت حافظه که به اندازه یک کارت اعتباری است و بر روی اداپتور یا slotروی کامپیوترهای شخصی نصب می شود.
• دستگاه هاي حافظه انبساط پذير(:)expandable storage device
• کارتريج هاي ديسک قابل تعويض که براي back upگرفتن از هارد ديسک مناسب مي باشند
19
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• یک سامانه حافظه سازمانی یک سیستم مستقل و خارجی هوشمند است که شامل 2یا بیشتر از 2دستگاه
ذخیره سازی است.
• ویژگی ها:
• مکانی برای حفظ داده های سازمان با سرعت باال و مصون در مقابل از دست رفتن داده ها (حافظه درون رایانه در معرض انواع
خطرات از قبیل خرابی موتور،گردو خاک،تغییرات دما و تغییرات ولتاژ است).
• سه دسته عمده این سیستم ها عبارتند از:
)• RAID (Redundant Arrays of Independent Disks
)• SAN (Storage Area Network
)• NAS (Network-Attached Storage
20
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• ):RAID(Redundant arrays of independent disks
• يک سامانه حافظه سازماني که گروهي از دیسک های سخت استاندارد را به يک ميکروکنترولر خاص که درايو ها را با هم
هماهنگ مي سازد ،متصل مي کند؛ طوري که يک هارد درايو به نظر مي رسند.
• ):NAS (Network-Attached Storage
• يک سامانه حافظه سازماني که در ان يک کارگزار خاص منظوره ،امکان دسترسی به فایلها را به کاربرانی که از طریق شبکه به ان
متصل می شوند را می دهد.
• ):SAN(storage Area Network
• يک معماري سامانه حافظه سازماني براي ساختن شبکه هاي ويژه و اختصاصي که دسترسي سريع و قابل اطمينان به دستگاه
هاي حافظه را به وسيله چند کارگزار ممکن مي سازد.
• در این سامانه ها از تکنولوژی ذخیریسازی بر مبنای IPیا ( )storage over IPاستفاده شده است ،این
تکنولوژی از پروتکل های اینترنتی به منظور جابجای ی داده ها میان دستگاه های حافظه استفاده میکند.
21
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• ابررایانه (:)Supercomputers
• رايانه های با باالترين توان پردازشي در دسترس ،استفاده در امور علمي و نظامي روي مجموعه داده هاي کالن.
• رایانه های بزرگ):)Mainframe computers
• رايانه هاي بزرگ مورد استفاده سازمان هاي بزرگ براي انجام محاسبات حجيم و در دسترس هزاران کاربر
• رایانه های متوسط (:)Midrange computers
• کوچک تر ،ارزانتر از رایانه های بزرگ که کارهای انها را در محدوده هاي کوچک تر انجام مي دهند و براي پشتيباني شبکه و اشتراک
فايل و نرم افزار به کار مي روند.
22
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• ایستگاه های کاری ()Workstation computers
• رايانه هاي قدرتمند روميزی که براي کاربردهای محاسباتی حجيم علمی ،مهندسی و مالی استفاده می شوند .عموما بر اساس
معماری RISCساخته مي شوند.
• ریز رایانه ها (:)Microcomputers
• کوچک ترين و ارزان ترين طبقه از رايانه هاي همه منظوره ،مثل رايانه هاي شخصي که بر اساس اندازه به انواع زير تقسيم مي
شوند:
• رايانه هاي روميزي شخصي (سامانه های کاربری فربه )Fat-client systems
• سامانه های کاربر ی نحیف ()Thin-client systems
• رایانه های قابل حمل
• وسایل قابل حمل ()PDA
23
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
• فناوری های ورودی به کاربران اجازه وارد کردن داده ها به یک رایانه را می دهد .دو دسته اصلی دستگاه های
ورودی به صورت زیر هستند :
•
•
•
•
دستگاه های ورود داده انسانی مثل :
… Keyboard , Mouse , Trackball, Joystick , Touch screen ,
دستگاه های ورود داده خودکار مثل :
… ATM , Barcode Scanners , Sensors , Cameras ,
• خروجی ای که توسط یک رایانه تولید می شود ،می تواند از طریق تعداد زیادی دستگاه های خروجی و رسانه
به کاربر منتقل شود.
• برخی از این دستگاه ها عبارتند از:
• … Monitors, Printers , Plotters , Voice,
• (رجوع شود به جدول صفحه 414و 415ک تاب توربان)
24
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱
با تشکراز توجه شما
25
اصول فناوری اطالعات – زمستان9۱