آموزش مبانی علم رایانه
  
تعریف کامپیوتر : ماشینی است که داده های ورودی را گرفته و پس از انجام پردازش ، نتیجه را به صورت اطلاعات ارائه می دهد. به عبارت ساده تر یک کامپیوتر یک ماشین است که می تواند مقداری را برای ما محاسبه کند .

کامپیوتر چیست؟
 
 کامپیوتر در لغت به معنای شمارنده و یا ماشین حساب میباشد در ظاهر سیستمی یکپارچه است اما از بخشهای مختلفی تشکیل شده که در طول سال های بعد از اختراع کامپیوتر تغییراتی در آنها ایجاد شده... در این تغییرات همیشه سعی بر آن بوده که از طرفی سرعت سیستم و هر قطعه بالاتر برود و از طرفی دیگر مصرف انرژی و تولید گرمای آن کمتر بشود . امروزه یک واحد کامپیوتر رومیزی IBM Class حداقل از 13 قطعه تشکیل شده که نسبت به نیاز کاربر تعداد این قطعات قابل افزایش است .
مزایای کامپیوتر : 1 - سرعت بالای انجام عمل 2- اطمینان از عدم اشتباه 3- دقت عملیات انجام شده 4- حافظه بالا برای ذخیره و نگهداری اطلاعات به مدت طولانی

انواع کامپیوتر شخصی :
 
 1- کامپیوتر رومیزی (DESKTOP) : این گونه کامپیوتر ها در ادارات و شرکت ها و اتاق کار افراد کاربرد دارد .
2- کامپیوتر کیفی (LAPTOP) : کامپیوتر های روپایی ، دستی یا کیفی که نسبتاً گران و جهت کار در هنگام مسافرت و دسترسی به اطلاعات در هر هنگام توسط کارمناسب می باشد .

علوم کامپیوتر :
 
 اکثر متخصصین علوم کامپیوتر را به سه شاخه اصلی تقسیم می کنند که عبارتند از :
1- سخت افزار (HARDWARE) : به کلیه دستگاههای مکانیکی و الکترونیکی و الکتریکی که به طور فیزیکی قابل لمس باشند .
2- نرم افزار (SOFTWARE) : به دستور العمل هایی میگویند که جهت به کارگیری سخت افزار توسط برنامه نویسان نوشته می شود . نرم افزار ها به دو دسته سیستمی و کاربردی تقسیسم می شوند :
الف – نرم افزار کاربردی (APPLICATION SOFTWARE) : مانند نامه حسابداری ، و مشابه آن می باشد .
ب- نرم افزار سیستمی (SYSYTEM SOFTWARE) : مانند سیستم های عامل برنامه های سیسستم کنترلی و مشابه آن .
نرم افزار ها رابط میان انسان و سخت افزار ها هستند ، طرح های انسانی به وسیله نرم افزار ها پیاده می شوند و سخت افزار ها را مدیریت میکنند.
3- میان افزار (FIRMWARE) : وسایل خاصی که از سخت افزار و نرم افزار تولید می شود را میان افزار می گویند و به صورت های گوناگون مانند یک بسته مدار مجتمع که بخش سخت افزار را تشکیل می دهد و یک برنامه در درون این بسته که بخش نرم افزار را تشکیل می دهد مشاهده میشوند .
سیستم : از مجموع عناصر و اجزا مرتبط با یکدیگر که در مجموع یک هدف را دنبال میکنند .
داده (DATA) : در سیستم داده (DATA) ورودی سیستم را تشکیل می دهد . داده ها عوامل مؤثر محیط بیرون ، بر سیستم هستند .
پردازش (PROCESS) : هر عملی که بر روی داده ها انجام شود را می گویند .
اطلاعات (INFORMATION) : حاصل انجام پردازش بر روی داده ها را اطلاعات می گویند .
بلوک دیاگرام سیستم : یک سیستم کامپیوتری دارای سه جزء اصلی است ککه در شکل زیر آن را تشریح می نماییم :
اطلاعات ، پردازش ، داده
جزء اول که داده نامیده می شود ورودی سیستم را تشکیل می دهد ؛ جزء بعدی پردازش می باشد که هر نوع عملی بر روی داده می تواند باشد و در آخر جزء سوم اطلاعات می باشد که حاصل انجام پردازش بر روی داده می باشد .
انواع کامپیوتر بر اساس قدرت پردازش و کاربرد :
انواع کامپیوتر بر اساس قدرت پردازش به صورت زیر می تواند تقسیم شود :
الف : کامپیوتر های شخصی PC(PERSONAL COMPUTER) : به عنوان کوچکترین عضو خانواده کامپیوتر ها می باشد .
مزایا : از رایج ترین کامپیوتر های بکارگیری شده در سطح جامعه ما می باشد – قیمت نسبتاً ارزان و کارایی بالا استفاده از این کامپیوتر را رایج نموده
معایب : قابل حمل نبودن و اشغال فضای زیاد از معایب این نسل می باشد
یک CPU ، یک دیسک سخت ، یک دیسک نرم ، یک ماوس ، صفحه کلید ، کارت صدا ، بلندگو ، مودم جهت برقراری ارتباط با اینترنت ، کارت گرافیک و یک صفحه نمایش از اجزای این کامپیوتر هامی باشد .
ب- کامپیوتر های کوچک (MINI COMPUTER) : کامپیوتر هایی اند که می توانند به عنوان یک کامپیوتر مرکزی در یک مؤسسه یا اداره مورد استفاده قرار گیرند و کامپیوتر های دیگر به این کامپیوتر متصل شوند .
مزایا : سرویس دهی به چند کاربر در هر لحظه ، کاربرد زیادی در ایجاد شبکه های کامپیوتری دارند
معایب : قیمت بالاتری نسبت به کامپیوتر های شخصی داشته و در خانه ها کاربرد زیادی ندارند .
یک یا چند CPU ، یک دیسک سخت ، چند دیسک نرم ، سی دی ، کارت شبکه ، مودم از اجزای اصلی این کامپیوتر ها می باشد .
ج- کامپیوتر های اصلی (MAIN FRAME) : از مهمترین کامپیوتر های جهان بوده در مراکز بزرگ اداری و علمی و تحقیقاتی کاربر فراوان و مؤثر دارد .
مزایا : در هر ثانیه بیش از 200 نفر را سرویس دهی می کند – می تواند به تعداد زیادی کامپیوتر شخصی متصل شود .
معایب : دمای یکسان و کنترل آلودگی محیط و نظارت افرادی به نام اپراتور به طور مرتب از معایب این نسل می باشد .
تعداد زیادی CPU ، دیسک سخت ، نوار گردان ، سی دی و دستگاه های کنترلی از اجزای اصلی این کامپیوتر ها است .
د – ابرکامپیوترها (SUPER COMPUTER) : قدرتمند ترین کامپیوتر در خانواده کامپیوتر ها بوده و در صورت وجود این کامپیوتر ها در هر کشوری موجب توسعه و پیشرفت قابل ملاحظه در اقتصاد آن کشور خواهند بود . این کامپیوتر ها در مراکز علمی و تحقیقاتی مثل سازمان فضایی آمریکا و مشابه آن کاربرد دارد.
مزایا : سرعت پردازش فوق العاده بالای داده ها – دارای حافظه بسیار بالا بیش از حد تصور
معایب : قیمت بسیار بسیار بالا که حتی در جهان چند کشور از این کامپیوتر ها استفاده می کنند .
بیش از 300 عدد CPU ، تعداد بیش از حد تصور دیسک سخت و موارد دیگر از اجزای اصلی این کامپیوتر ها است .
بررسی اجزای یک کامپیوتر شخصی :
CASE : یکی از اجزای عمومی کامپیوتر شخصی بودهو در دو مدل DESKTOP و TOWER تولید می شوند.
مدل ایستاده TOWER در سه سایز MINI TOWER ، MEDIUM TOWER ، FULL TOWER طراحی و ساخته می شوند .
POWER (منبع تغذیه): در حقیقت یک ترانسفورماتور است. که برق ورودی 220 ولت یا 110 ولت را به برق خروجی مستقیم 12 یا 5 ولت تبدیل مینماید . همچنین در این ترانس عمل تثبیت ولتاژ نیز جهت نوسانات برقی انجام می گیرد .

CPU و اجزای داخلی آن:
 
 این قطعه کلیه عملیات پردازش و محاسباتی کامپیوتر بر عهده دارد و مهمترین بخش کامپیوتر به شمار میرود.
مکانیزم بدین صورت می باشد که از ورودی ، داده را گرفته و عمل پردازش و محاسبات یا مقایسه را بر روی آن انجام داده و به صورت اطلاعات بر روی خروجی انتقال می دهد . کلمه CPU که کوتاه شده عبارت CENTER PROCESS UNIT می باشد در اصطلاح فارسی ، واحد پردازنده مرکزی نام دارد.
در حال حاظر دو شرکت وظیفه ساخت این قطعه را دارند یکی INTEL و دیگری AMD . CPU های INTEL برای پردازش و اعمال محاسباتی کاربرد فراوان دارند و CPU های AMD جهت انجام کارهای گرافیکی و میکس و مونتاژ کاربرد دارند.
CPU خود شامل واحد های زیر می باشد:
1- ALU
2- CU
3- REGISTER
4- CACHE
1- ALU (ARITHMETIC LOGIC UNIT) واحد محاسبه و منطق : این واحد وظیفه اعمالی چون محاسبات (جمع ،تفریق ، ضرب ، تقسیم )، مقایسه داد ها و مشابه آن را دارد.
2- CUCONTROL UNIT واحد کنترل : کنترل دریافت ورودی عملیات ، عملیات داخلی CPU وکنرل ارسال اطلاعات به واحد خروجی وظیفه این بخش می باشد . این واحد هیچ گونه عملیات پردازشی انجام نمی دهد و مشابه یک سیستم عصبی برای سایر بخش های کامپیوتر عمل می کند . بطور کلی کلیه عملیات CPU توسط این مدارات در حال مراقبت و کنترل هستند .
3-REGISTER ثبات: در هر CPU چند ثبات وجود دارد. ثبات ها در واقع واحدهای کوچک حافظه هستند که جهت نگهداری نتایج محاسبات در CPU بکار می روند .هر گاه CPU عملیاتی را بخواهد انجام دهد از ثبات ها استفاده می کند تا عمل مربوط را انجام دهد .
4- ( CACHE )حافظه پنهان : همانطور که از اسم آن مشخص است این یک حافظه است که در داخل CPU قرار دارد که داردای سرعت بالا می باشد . هرگاه برنامه ای در حافظه اصلی برای پردازش قرار می گیرد ، در هرلحظه فقط بخشی از برنامه اجرا می شود حال اگر CPU برای دسترسی به برنامه جهت اجرا به حافظه اصلی مراجعه نماید سرعت پردازش بسیار پایین خواهد آمد ، لذا آن بخش از برنامه که نیاز به پردازش CPU دارد ، در حافظه پنهان قرار می گیرد و چون سرعت حافظه پنهان بسیار بیشتر از حافظه اصلی است پس CPU با سرعت به قسمت برنامه دسترسی خواهد داشت و برنامه به سرعت اجرا خواهد شد . این حافظه در حقیقت یک حافظه میانی بین حافظه اصلی و CPU است .