هر سیستم کامپیوتری دارای سخت افزارهای مختلفی مانند مانیتور، CPU، کیبورد، ماوس، چاپگر، سیستم صوتی، RAM، هارد دیسک و بسیاری موارد دیگر است. سخت افزار شامل دو بخش قطعات داخلی و خارجی است. البته سخت افزار‌های مختلف کامپیوتر را می‌توان به دو گروه عناصر مکانیکی و الکترونیکی نیز دسته‌بندی کرد. سخت افزار یکی از دو بخش اصلی است که هر کامپیوتری برای کار کردن به آن‌‌ها نیاز دارد. سیستم‌های کامپیوتری برای کار به دو موئلفه اساسی نرم‌افزار و سخت افزار در کنار هم احتیاج دارند. کامپیوترهای مختلف بر اساس نیاز و هدفشان از اجزای سخت افزاری متفاوتی استفاده می‌کنند. به همین دلیل در این مطلب توضیح داده‌ایم که سخت‌ افزار چیست و اجزای تشکیل دهنده آن را نیز معرفی کردیم.

در این مطلب از مجله فرادرس، درباره سخت افزار کامپیوتر صحبت کرده‌ایم. بعد از اینکه در ابتدای مطلب توضیح دادیم سخت افزار چیست، به بررسی تفاوت بین سخت افزار و نرم‌افزار پرداخته و رایج‌ترین سخت افزارهای داخلی و خارجی را یک به یک معرفی کردیم. در نهایت هم درباره مجازی‌سازی سخت‌ افزار صحبت کرده و انواع معماری سخت افزار را نام برده‌ایم.

سخت افزار چیست؟‌

در یک تعریف ساده از سخت‌ افزار کامپیوتر چنین می‌توان گفت که هر قطعه فیزیکی یا دستگاهی که بخشی از عملکرد سیستم کامپیوتر را بر عهده گرفته را سخت افزار می‌نامند. در هر کامپیوتر چندین نوع سخت‌ افزار مختلف قرار گرفته‌اند. هر دو نوع کامپیوترهای شخصی و لپتاپ‌ها از انواع سخت افزار استفاده می‌کنند. اما به دلیل فشرده بودن لپ تاپ‌ها نوع قطعات فیزیکی استفاده شده در آن‌ها کمی فرق دارد.

کاربرد سخت افزار چیست؟

سخت افزارها برای گرفتن اطلاعات ورودی از کاربر، ذخیره‌سازی انواع اطلاعات، نمایش داده‌های خروجی به کاربر و اجرای دستورات داده شده توسط افراد به کار برده می‌شوند. از دیدگاه مهندسی نرم‌افزار، درک نحوه تعامل سخت افزار با نرم‌افزار ضروری است. زیرا این مسئله تاثیر مستقیمی بر روی مدیریت کارآمد داده‌ها، پردازش صحیح دستورات و طراحی رابط کاربری دارد. توجه به این موارد برای ارائه راه حل‌های قابل اتکا در مسائل نرم‌افزاری بسیار مهم است.

تفاوت بین نرم افزار و سخت افزار چیست؟

در دنیایی که برای حل مسائل به کامپیوترها متکی هستیم، شناخت اجزاء مهم سخت افزار و نرم افزار بسیار ضروری است. سخت افزار به عناصر عینی و قابل لمس در سیستم‌های کامپیوتری گفته می‌شود. برای مثال می‌توان به واحد پردازش مرکزی، درایو‌های سخت افزاری، کارت‌های گرافیکی و غیره اشاره کرد. از طرف دیگر، نرم‌‌افزارها در برگیرنده برنامه‌های غیرملماوس و اپلیکیشن‌هایی هستند که بر روی این قطعات سخت افزاری اجرا می‌شوند. به عنوان نمونه‌های از نرم‌افزارهای مختلف می‌توان به سیستم‌های عامل مانند ویندوز و MacOS اشاره کرد. همچنین محصولات نرم‌افزاری کاربردی مانند Microsoft Office و مرورگرهای اینترنتی مثل گوگل کروم هم نوع دیگری از نرم‌افزارها هستند.

• سخت افزار: به سخت افزار کامپیوتر، مانند قطعاتی از کامپیوتر خود فکر کنید که قابل دیدن و لمس کردن هستند. به این موارد، موئلفه‌های ملماوس گفته می‌شود. قطعات سخت افزار داخلی به احتمال زیاد درون کِیس کامپیوتر با استفاده از آچارپیچ‌گوشتی به یکدیگر چفت شده‌اند.
• نرم‌افزار: از طرف دیگر نرم‌افزارهای کامپیوتری چیزی نیستند که کسی بتواند لمس کند. اما به عنوان برنامه‌هایی تعریف می‌شوند که بر روی کامپیوتر خود نصب کرده‌ایم. نرم افزار‌ها مجموعه‌ای از دستور‌العمل‌ها را فراهم می‌کنند. این دستور‌العمل‌ها روش اجرای کارها را به کامپیوتر می‌گویند.

مثال هایی از نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر

در این بخش از مطلب، با کمک جدول زیر، چند مثال مختلف از قطعات سخت افزاری و نرم‌افزاری را بیان کرده‌ایم.

کامپیوترها فقط وقتی کار می‌کنند که هر دو جزء سخت افزار و نرم‌افزار به شکل هماهنگ و در کنار هم کار کنند. اما به طور کلی سرعت عملکرد سیستم توسط سخت افزار تعیین می‌شود. در زمان ساخت یا ارتقای کامپیوتر، لازم است که به نیازمندی‌های خاص سخت افزاری آن توجه کنیم. باید بررسی کنیم که برای انجام کارهایمان چه نوع سخت افزارهایی با سیستم موجود یا مورد نظر سازگار هستند.

پیشنهاد فرادرس برای آموزش سخت افزار چیست؟

در دنیای امروز، کامپیوترها و موبایل‌ها به ابزارهایی ضروری و جدایی‌ناپذیر در زندگی انسان‌ها تبدیل شده‌اند. با توجه به گستردگی کاربرد این دستگاه‌ها، شناخت قطعات سخت‌افزاری آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. این شناخت به انتخاب آگاهانه کامپیوتر و موبایل در زمان خرید کمک می‌کند. همچنین افراد علاقه‌مند به این حوزه، می‌توانند با بالا بردن دانش خود درک بهتری از عملکرد داخلی کامپیوتر و موبایل داشته باشند. بنابراین در صورت نیاز، می‌توانند سیستم خود را ارتقا داده و عملکرد آن را بهتر کنند.

برای شناخت اینکه بهترین روش انتخاب، تعمیر و ارتقای سخت افزار چیست، باید دوره‌های حرفه‌ای را بگذرانیم. اما پیدا کردن دوره‌های حرفه‌ای و با کیفیت کار آسانی نیست. به همین دلیل، فرادرس در بین فیلم‌های آموزشی خود، مجموعه‌ای را با نام مجموعه آموزش سخت افزار کامپیوتر، تولید کرده است که جدیدترین و بهترین فیلم‌های آموزشی حوزه سخت‌افزار را می‌توان آن‌جا پیدا کرد. بیشتر فیلم‌هایی که جنبه عمومی دارند و بسیاری از مشکلات سخت‌افزاری افراد را برطرف می‌کنند در فرادرس به صورت رایگان عرضه شده‌اند.

در پایین چند مورد از فیلم‌های عمومی و تخصصی فرادرس را مشاهده می‌کنید. در صورت نیاز با کلیک بر روی تصویر بالا به صفحه اصلی این مجموعه آموزشی رفته و باقی فیلم‌ها را نیز مشاهده کنید.

در ادامه به بررسی انواع سخت افزار پرداخته‌ و مهمترین و پراستفاده‌ترین قطعات سخت‌افزار را نیز معرفی کرده‌ایم.

انواع سخت افزار چیست؟

بعد از اینکه متوجه شدیم سخت افزار چیست، در این بخش از مطلب به بررسی سخت افزارهای مختلف و کاربردی در کامپیوترهای شخصی و سازمانی پرداخته‌ایم. از جهات مختلفی می‌توان سخت افزارها را دسته‌بندی کرد، اما به طور کلی دو دسته مهم وجود دارند.

• سخت افزارهای داخلی
• سخت افزارهای خارجی

در تصویر زیر بعضی از انواع این سخت افزارها را معرفی کرده‌ایم.

برای آشنایی با انواع سخت‌افزار مورد استفاده در کامپییوتر و موبایل می‌توانید از فیلم رایگان سخت افزار چیست؟ شناخت انواع سخت افزار کامپیوتر و موبایل در فرادرس استفاده کنید. به منظور کمک به مخاطبان مجله، لینک این فیلم را در پایین نیز قرار داده‌ایم.

در ادامه، مهم‌ترین و رایج‌ترین سخت افزارهای کاربردی را یک به یک نام برده و هر کدام را به ترتیب توضیح داده‌ایم.

انواع مختلف سخت افزار داخلی

اجزای مختلف سخت افزارهای درونی، دستگاه‌های الکترونیکی و فیزیکی هستند که بر روی مادربرد تعبیه شده‌اند. این قطعات به عنوان کارت یا وسایل افزوده شده به کامپیوتر در داخل کیس قرار می‌گیرند. مهمترین اجزای سخت افزاری درونی کامپیوتر RAM، هارددیسک، SSD و CPU هستند. تمام قطعات سخت افزاری توسط مادربرد بهم متصل می‌شوند. به همین دلیل، مادربرد نقش ستون فقرات کامپیوتر را بازی می‌کند.

در ادامه این بخش از مطلب، قطعات سخت افزاری کامپیوتر را همراه با توضیحات کامل معرفی کرده‌ایم.

مادربرد چیست؟

مادربر در کامپیوترها نقش هاب را بازی می‌کند. یعنی اینکه مادربرد، تمام قطعات سخت افزار کامپیوتر را به یکدیگر متصل می‌کند. یکی دیگر از وظایف مادربرد این است که مانند مدیری هوشیار، منابع برق را به صورت متناسب بین تمام قطعات سخت افزاری تقسیم کند.

اگر در حال ساخت یا ارتقا بخش سخت افزاری کامپیوتر هستید، بسیار مهم است که حتما سازگاری قطعات را با مادربرد در نظر داشته باشید. زیرا بیشتر کارهای قابل انجام، تحت تاثیر مدل و قدرت مادربرد قرار دارند.

مادربرد تعیین می‌کند که چه قطعات سخت افزاری دیگری را می‌توانیم به کامپیوتر خود متصل کنیم. برای مثال، دستگاه‌های ذخیره‌سازی اطلاعات را می‌توان از بین SATA SSD با اندازه ۲٫۵ اینچی یا M.2 NVMe SSD انتخاب کرد.

در زمان جست‌وجو برای خرید مادربرد جدید، عاقلانه است که تعداد پورت‌های USB و مدل آن‌ها را – USB از ۲ و ۳ و ۳٫۱ وجود دارد – بررسی کنیم. به همین صورت خیلی خوب است که پورت‌های مربوط به انواع دستگاه‌های صفحه نمایش و تعداد هر کدام از پورت‌ها را نیز بررسی کنیم. برای مثال می‌توان به پورت‌های HDMI و DVI و RGB اشاره کرد.

واحد پردازش مرکزی یا CPU چیست؟

اگر بخواهید بدانید که قطعه مرکزی در سخت افزار چیست باید به CPU توجه کنیم. کلمه CPU مخفف «Central Processing Unit» به معنای «واحد پردازش مرکزی» است. وظیفه اصلی این قطعه سخت افزاری، مدیریت و هدایت دستورات کامپیوتر است. رفتار این قطعه سخت افزاری در کامپیوتر مانند رفتار مغز در بدن انسان است. سرعتی که CPU با آن کارهای خود را به پیش می‌برد به عنوان سرعت کلاک شناخته می‌شود. مقیاس اندازه‌گیری این سرعت گیگاهرتز – با نماد GHz – است. در یک نسل و با برند یکسان، CPUیی که نرخ گیگاهرتز بالاتری داشته باشد نسبت به همنوعان خود با سرعت بیشتری کار می‌کند.

حافظه با دسترسی تصادفی یا RAM چیست؟

برای دانستن اینکه در کامپیوتر، مهم‌ترین قطعات سخت افزار چیست لازم است از RAM هم نام ببریم. کلمه RAM مخفف عبارت «Random Access Memory» به معنا «حافظه با دسترسی تصادفی» است. قطعه RAM به شکل مستقیم در تعامل با CPU کار می‌کند. این قطعه وظیفه ذخیره‌سازی موقتی اطلاعاتی را بر عهده دارد که توسط برنامه‌های مختلف تولید شده‌اند. بنابراین داده‌های مورد نظر به سرعت قابل دسترسی هستند. بعضی وقت‌ها به این قطعه، حافظه بی‌ثبات هم گفته می‌شود. زیرا با هر بار ری‌استارت شدن کامپیوتر، تمام داده‌های ذخیره شده در RAM، از حافظه آن پاک می‌‌شوند.

در بسیاری از کارهای کامپیوتر، RAM نقش حیاتی ایفا می‌کند. برای مثال می‌توان به رندر کردن تصاویر در طراحی‌های گرافیکی، ویرایش ویدئو‌ها و تصاویر و اجرای کارها به صورت «چند وظیفه‌ای» (Multitasking) توسط چندین اپلیکیشن و برنامه باز اشاره کرد.

از آن‌جا که وجود RAM برای اجرای درست وظایف در کامپیوتر ضروری است. ارتقای RAM یکی از موثرترین و سریع‌ترین روش‌ها برای افزایش سرعت در کامپیوترهای با عملکرد کند است.

میزان RAM مورد نیاز، بستگی به برنامه‌هایی دارد که باید در کامپیوتر اجرا شوند. گیمرها اغلب می‌توانند بازی‌های خود را با ۸ گیگابایت رم انجام دهند. اما برای افزایش سرعت و کیفیت و تعداد فریم‌های بیشتر لازم است از RAM با ظرفیت بیشتری استفاده کنند. افرادی مانند طراحان گرافیک یا ویدئو شاید به ۱۶ گیگابایت RAM یا بیشتر برای کار با نرم‌افزارهای پرمصرفی مانند Adobe® Photoshop یا After Effects نیاز داشته باشند.

برای اینکه به طور کامل متوجه شویم سرعت، ظرفیت و نوع RAM چگونه بر روی عملکرد کامپیوتر تاثیر می‌گذارد، باید به تاریخ تحول حافظه و RAM-ها از SDRAM تا مدل‌های جدید DDR5 توجه کنیم.

تفاوت بین SSD و HDD چیست؟

حافظه SSD و هارد HDD دو نوع مهم از دستگاه‌های ذخیره اطلاعات در کامپیوتر هستند. این دستگاه‌ها برای ذخیره دائمی اطلاعات به کار برده می‌‌شوند. هارددیسک، مسئول ذخیره‌سازی هر برنامه، اپلیکیشن یا فایلی است که بر روی کامپیوتر نصب شده. بنابراین حتی بعد از خاموش شدن کامپیوتر هم داده‌ها و تغییرات ذخیره شده در هارد از بین نمی‌روند.

هارد درایوهای HDD تکنولوژی قدیمی‌تری هستند که به وسیله نوشتن اطلاعات به صورت باینری بر روی دیسک‌های مغناطیسی چرخان کار می‌کنند. صفحات مکانیکی این دیسک با سرعت بسیار بالایی می‌چرخند. SSD-ها نوع جدیدی از سخت افزارهای ذخیره‌سازی داده هستند. این قطعات سخت افزاری، داده‌ها را بر روی چیپست‌های حافظه فلش NAND ذخیره می‌کنند. این چیپست‌ها ایستا بوده و هیچ قطعه متحرکی ندارند. در زمان مقایسه SSD و HDD، می‌توان گفت که SSD به دلیل سرعت بالاتر، راندمان بیشتر، مصرف کمتر برق و استحکام و پایداری بیشتر برنده قطعی این مقایسه است.

از آنجا که SSD-ها با شکل و ظرفیت‌های متفاوتی وارد بازار شده‌اند، موارد زیادی درباره آن‌ها وجود دارد که باید آموخت. دو نوع اصلی هادرهای SSD شامل NVMe و SATA می‌شوند. با توجه به مشخصات مربوط به مادربرد – اینکه با کدام نوع‌ها سازگارتر است – می‌توانیم بهتر درباره انتخاب نوع هارد برای کامپیوتر خود تصمیم بگیریم.

واحد پردازش گرافیکی یا GPU در سخت افزار چیست؟

GPU مخفف عبارت «Graphics Processing Unit» به معنای «واحد پردازش گرافیکی» است. GPU دقیقا کاری را می‌کند که از روی نام آن مشخص است. یعنی در واقع کار آن پردازش حجم انبوه داده‌های گرافیکی است. GPU، کارت گرافیکی اختصاصی است که با استفاده یکی از اسلات‌های مخصوص مادربرد به آن متصل می‌شود. بنابراین کاربران کامپیوتر در صورتی که بخواهند توان گرافیکی کامپیوتر خود را – مثلا با هدف اجرای بهتر بازی‌ها، تماشای بهتر فیلم‌ها یا عملکرد بهتر صفحه نمایش – ارتقا دهند، فقط کافی است که از کارت گرافیک قوی‌تری بر روی مادربرد خود استفاده کنند. قبل از تعویض کارت گرافیکی خود با کارت گرافیکی جدید، حتما باید نسبت به سازگار بودن قطعه جدید با مادربرد مطمئن شویم.

GPU-های مدرن کارهایی بسیار بیشتر از مدیریت گرافیک کامپیوتر انجام می‌دهند. این GPU-ها می‌توانند وظایف کامپیوتری بیشتری را با هدف کمک به CPU برعهده بگیرند و محاسباتی به غیر از کار بر روی داده‌های گرافیکی هم انجام دهند.

PSU یا پاور کامپیوتر چیست؟

PSU مخفف عبارت «Power Supply Unit» به معنای «واحد تامین نیرو» است. وظیفه اصلی قطعه PSU در کامپیوتر‌های دسکتاپ این است که نیروی برق را از منبع خارجی، بگیرد و آن را به مادربرد ارسال کند. مادربرد هم از برق گرفته شده توسط PSU برای تامین نیروی قطعات سخت افزاری به صورت مجزا استفاده می‌کند. بنابراین بسیار ضروری است که از قطعه پاور با توان وات خروجی مناسب استفاده کنیم.

کامپیوتر‌های مدرن، برای اینکه به شکل مناسب به تمام قطعات سخت افزاری خود برق‌رسانی کنند از پاور استفاده می‌کنند. هرچند کامپیوترهایی که کارهای پرمصرفی مانند طراحی گرافیک یا بازی‌های سنگین انجام می‌دهند نیاز به قطعات قدرتمندتر و PSU بزرگتر دارند.

معمولا توصیه شده  از پاوری استفاده کنید که آزادی عمل بیشتری به کامپیوتر می‌دهد. یعنی اینکه توانی بیشتر از مقدار اسمی مورد نیاز کامپیوتر داشته باشد. این مسئله از کامپیوتر در مقابل خرابی‌های احتمالی محافظت کرده و آن را برای به‌روز‌رسانی‌های آینده با قطعات قوی‌تر آماده می‌کند.

درایو نوری چیست؟

درایو‌های نوری معمولا در محفظه خاصی در کیس کامپیوتر قرار می‌گیرند. این درایو‌ها به کامپیوتر برای خواندن و تعامل با منابع خارجی رسانه‌‌‌ای مانند CD-ها یا DVD-ها کمک می‌کنند.

هیت سینک چیست؟

«هیت‌سینک» (Heat Sink) قطعه‌ای است که گرما را از سایر قطعات دفع می‌کند. با این کار دمای قطعات فعال کاهش پیدا کرده و باعث می‌شود که به درستی کار کنند. معمولا هیت‌سینک در بالای CPU قرار می‌گیرد. زیرا CPU بیشترین گرما را در بین سایر قطعات سخت افزاری کامپیوتر تولید می‌کند.

کارت رابط شبکه یا NIC چیست؟

کلمه NIC مخفف عبارت «Network Interface Card» به معنای «کارت رابط شبکه» است. NIC، برد الکترونیکی یا چیپ الکترونیکی است که به کامپیوتر برای اتصال به شبکه کمک می‌کند. به NIC، آداپتور «شبکه محلی» (Local Area Network) یا به طور خلاصه کارت شبکه LAN هم گفته می‌شود. معمولا از کارت شبکه LAN برای برقرار کردن ارتباطات در شبکه‌های اترنت – شبکه‌های محلی – استفاده می‌شود.

سایر عناصر محاسباتی مانند پورت‌های USB، واحد تامین برق، ترانزیستور‌ها و چیپ‌ها هم جزو سخت افزارهای داخلی کامپیوتر در نظر گرفته می‌شوند.

در تصویر زیر، رایج‌ترین سوکت‌های ورودی کامپیوتر‌ها را در کنار انواع رم‌های لپتاپ و کامپیوتر شخصی نمایش داده‌ایم.

انواع مختلف سخت افزار خارجی

سخت افزارهای خارجی کامپیوتر با نام اجزای جانبی دستگاه هم شناخته می‌شوند. اجزای جانبی به قطعاتی گفته می‌‌شود که از بیرون به کامپیوتر متصل شده‌اند. از این قطعات برای کنترل عملکردهای مربوط به ورود و خروج داده از کامپیوتر استفاده می‌شود. قطعات سخت افزار خارجی با هدف انجام دو کار اصلی طراحی شده‌اند.

•  عملکردهای مناسبی را برای دریافت اطلاعات توسط کامپیوتر از محیط بیرونی فراهم کنند.
• نتیجه اجرای عملیات مختلف را در کامپیوتر برای ارسال اطلاعات به محیط بیرون از آن آماده کنند.

یکی از دوره‌هایی که به صورت کاملا منظم تدریس شده و در آن دانشجویان را با سخت‌ افزارهای کامپیوتر آشنا می‌کنند، دوره آموزش مهارت های هفتگانه ICDL است. این دوره شامل هفت ماژول اصلی است که در ماژول اول – به نام IT – مفاهیم پایه مربوط به فن‌آوری و کامپیوتر، تدریس می‌شوند. در این دوره دانشجویان را با سخت‌ افزارهای کامپیوتر آشنا می‌کنند. در ماژول سوم هم – که مربوط به آموزش اینترنت است – انواع شبکه‌ها و سخت‌ افزارهای مورد نیاز برای پیاده‌سازی شبکه‌های کامپیوتر به دانشجویان معرفی می‌شوند. برای آشنایی با این دوره می‌توانید از مطلب مربوط به آن در مجله فرادرس استفاده کنید.

در ادامه این بخش از مطلب به بررسی رایج‌ترین سخت افزارهای خارجی کامپیوتر پرداخته‌ایم.

مانیتور

مانیتور، به وسیله‌ای می‌گویند که برای خارج کردن اطلاعات از کامپیوتر – نمایش آن‌ها به کاربران – استفاده می‌شود. این وسیله شبیه به صفحه نمایش تلویزیون است. انواع اطلاعات، اسناد، تصاویر و ویدئو‌های تولید شده با بخش‌های محاسباتی سخت افزار، توسط مانیتور نمایش داده می‌شوند.

پرینتر

پرینتر در فارسی با عنوان چاپگر هم شناخته می‌شود. این دستگاه داده‌های الکترونیکی که از کامپیوتر می‌آیند را دریافت کرده و با استفاده از مواد مورد استفاده برای پرینت بر روی کاغذ، چاپ می‌کند.

بلندگو

بلندگوها وسایل خروجی صدا هستند. این سخت افزارهای خارجی به کامپیوتر متصل شده و سیگنال‌های پردازش شده توسط آن را به صوت تبدیل می‌کنند.

ماوس

ماوس وسیله کوچکی است که در دست کاربر نگهداشته می‌شود. از ماوس برای تکان دادن نشان‌گر بر روی صفحه نمایش استفاده می‌کنیم. این قطعه به کاربران کمک می‌کند تا با اشیاء نمایش داده شده در صفحه نمایش کامپیوتر تعامل کنند. ماوس‌ها به دو نوع سیمی و بی‌سیم تقسیم می‌شوند.

صفحه کلید

«صفحه کلید» (Keyboard) یکی دیگر از وسایلی است که به منظور ارسال داده به کامپیوتر استفاده می‌شود. صفحه کلید‌ها برای قرارگیری حروف زبان انگلیسی و اعداد به شکل صحیح از استاندارد QWERTY پیروی می‌کنند. این چیدمان استاندارد به کاربران برای نوشتن راحت‌تر متن، اعداد و کاراکترهای خاص کمک می‌کند.

میکروفون

میکروفون وسیله‌ای است که امواج صوتی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. کامپیوتر با استفاده از این سخت افزار، از ارتباطات صوتی پشتیبانی می‌کند.

دوربین

دوربین برای تصویربرداری از محیط استفاده می‌شود. تمام تصاویر ضبط شده توسط دوربین به کامپیوتر ارسال می‌شوند. البته با استفاده از کامپیوتر می‌توان این تصاویر را در طول شبکه‌های کامپیوتری به دستگاه‌های دیگر نیز ارسال کرد.

تاچ پَد

Touchpad یکی دیگر از دستگاه‌هایی است که برای گرفتن اطلاعات از محیط خارج از کامپیوتر به کار برده می‌‌شود. این دستگاه هم به صورت خارجی قابل نصب بر روی کامپیوتر است و هم در دستگاه‌هایی مانند لپتاپ‌ها به صورت درونی تعبیه شده. یکی از کاربردهای Touchpad، کنترل اشاره‌گر در صفحه نمایش است. به طور کلی می‌توان از این وسیله به عنوان جایگزینی برای ماوس استفاده کرد.

فلش درایو USB

فلش درایو USB یکی دیگر از سخت‌افزارهای خارجی است که برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده می‌شوند. این دستگاه را می‌توان به سادگی از کامپیوتر جدا کرده و بر روی کامپیوتر دیگری متصل کرد. این قطعه از حافظه فلش استفاده کرده و با استفاده از پرت اختصاصی USB به کامپیوتر متصل می‌شود.

کارت حافظه

کارت حافظه، وسیله‌ خارجی و قابل حملی است که برای ذخیره‌سازی اطلاعات استفاده می‌شود. به عنوان نمونه می‌توان به کارت CompactFlash اشاره کرد. از این دستگاه‌ها برای ذخیره‌سازی فایل‌ها، تصاویر، ویدئو، صدا و غیره استفاده می‌شود.

سخت افزارهای خارجی، شامل چند مدل دیگر مانند اسکنر، Joystick و غیره نیز می‌شوند.

مجازی سازی سخت افزار چیست؟

«مجازی‌سازی سخت افزار» (Hardware Virtualization) یعنی اینکه نرم‌افزارها به‌جای استفاده از سخت افزارهای واقعی، نسخه‌های مجازی از منابع سخت افزاری فیزیکی ایجاد می‌کنند. این حالت انتزاعی به نرم‌افزارها برای شبیه‌سازی عملکرد رفتارهایی کمک می‌کند که باید توسط سخت افزارهای واقعی اجرا شوند.

به غیر از سرورهای بزرگ، افراد معمولی هم با استفاده از ابزارهای خاصی می‌توانند محیط‌های مجازی ایجاد کرده و برای مثال، سخت‌افزار کامپیوتر خود را بین سیستم‌ عامل‌های مختلف به اشتراک بگذارند. البته این مجازی‌سازی سطوح مختلفی دارد که با توجه به اهداف مختلف پیاده‌سازی می‌شوند. برای آموزش یکی از بهترین نرم‌افزارهای مخصوص مجازی‌سازی می‌توانید از فیلم آموزش مجازی‌ سازی سرور و مدیریت ماشین‌ های مجازی با VMware VCP/ICM در فرادرس استفاده کنید. لینک مربوط به این فیلم آموزشی در پایین نیز قرار داده شده است.

بعضی وقت‌ها به مجازی سازی سخت افزار، مجازی‌سازی سرور یا مجازی‌سازی سیستم عامل هم گفته می‌شود. مجازی‌سازی سخت افزار با کمک نرم‌افزار میزبان خاصی انجام می‌شود. استفاده از این نرم‌افزارهای تخصصی باید بر روی پلتفرمی انجام شود که توان مجازی‌سازی سخت‌افزار مورد نظر را داشته باشند. این سیستم، نیازمند مدیر ماشین مجازی به نام Hypervisor است. Hypervisor نسخه‌های مجازی از سخت افزارهای داخلی را ایجاد می‌کند. این تکنیک به منابع سخت افزار فیزیکی قرار گرفته بر روی دستگاه خاصی کمک می‌کند که توسط چندین سیستم عامل و اپلیکیشن‌های مختلف به صورت اشتراکی استفاده شوند. با کمک این تکنیک می‌توان از از قطعات سخت افزاری به شکل کارآمدتری استفاده کرد.

در رایانش ابری، مجازی‌سازی سخت افزار اغلب اوقات با «زیرساخت به عنوان سرویس» (Infrastructure as a Service | IaaS) تجمیع شده‌اند. این مدل، منابع سخت افزاری را بر روی اینترنت به کاربران ارائه می‌دهد. «فراهم کننده خدمات ابری» (Cloud Service Provider | CSP) مانند Amazon Web Services یا Microsoft Azure، خودشان تمام سخت افزارهایی را میزبانی می‌کنند که به طور رایج در دیتاسنترها وجود دارند. برای مثال می‌توان به سرور‌ها، سخت افزارهای مربوط به ذخیره‌سازی اطلاعات و قطعات مورد استفاده در پیاده‌سازی شبکه‌های کامپیوتری اشاره کرد. علاوه بر این‌ها در سیستم‌های خود از نرم‌افزارهای میزبانی می‌کنند که به شکل تخصصی، وظیفه اجرای مجازی‌سازی سخت افزار را بر عهده دارند.

این تفاوت‌ها IaaS و CSP را از «سخت افزار به عنوان سرویس» (Hardware as a Service | HaaS) جدا می‌کند. میزبان‌های HaaS برای کاربران فقط سخت افزار – بدون هیچ نرم‌افزاری – فراهم کرده‌اند. به طول معمول، فراهم‌ کنندگان IaaS خدمات اضافی هم در کنار عناصر زیرساختی به کاربران ارائه می‌دهند. در فهرست زیر چند مورد از این خدمات را معرفی کرده‌ایم.

• Billing
• سامانه‌های نظارتی یا Monitoring
• دسترسی به گزارشات
• خدمات امنیتی
• «تعادل بار» (Load Balancing)
• خوشه‌بندی

بعضی از CSP-ها حتی خدمات مرتبط به ذخیره‌سازی داده‌ها را نیز مانند پشتیبان‌گیری خودکار، کپی گرفتن از داده‌ها و بازیابی داده‌های حذف شده، ارائه می‌دهند.

آموزش استفاده از نرم‌ افزارهای عمومی با کمک فرادرس

امروزه کامپیوترها به بخش جدایی‌ناپذیری از لوازم منزل در بیشتر خانه‌ها تبدیل شده‌اند. کاربری عمومی کامپیوتر چنان گسترده است که تمام اعضای خانواده می‌توانند برای برطرف کردن نوع خاصی از نیاز‌های خود به آن مراجعه کنند. به غیر از فضای اینترنت که برای تمام نیاز‌های بشر اطلاعات مختلفی را ارائه می‌دهد، استفاده‌های خانگی کامپیوترها از بازی‌ها گرفته تا مدیریت سلامت خانواده، آلبوم‌های دیجیتال، پلتفرم‌های آموزش آنلاین و غیره در تمام زندگی انسان مدرن، نقش دارند. فرادرس به این منظور، مجموعه آموزشی را برای پوشش دادن نرم‌افزارهای کابردی ایجاد کرده است. در پایین چند مورد از این آموزش‌ها را معرفی کرده‌ایم.

برای دیدن فیلم‌های آموزشی بیشتر و متنوع‌تر بر روی تصویر زیر کلیک کنید.

معماری سخت افزار چیست؟

معماری کامپیوتر، روش کار قطعات سخت افزاری را در کنار یکدیگر توضیح می‌دهد. مانند نقشه اولیه‌ای است که به صورت جزئی، روش کار هر قطعه و هماهنگی کلی قطعات مختلف با یکدیگر را در دستگاه بیان می‌کند. معماری سخت افزار، دید کاملی از طراحی و ساختار قطعات سخت افزاری کامپیوتر ارائه می‌دهد. به طور خلاصه می‌توان گفت معماری سخت افزار، روش کار قطعات مختلف را با هم و به منظور تشکیل سیستم کامپیوتری واحد، بیان می‌کند.

برای اینکه بدانیم معماری سخت افزار چیست، لازم است که با چند مدل و مفهوم کلیدی آشنا شویم. یکی از این مدل‌های اصلی، «معماری وان نویمن» (Von Neumann architecture) است. این معماری، نقطه عطف تاریخی و مهمی در دنیای طراحی کامپیوتر ایجاد کرد. آقای «جان وان نیومن» (John Von Neumann) ریاضی‌دان و فیزیک‌دان مشهوری است که استفاده از این مدل را پیشنهاد داده. این مدل، اصول پایه طراحی «ماشین حساب خودکار ذخیره‌سازی تاخیر الکترونیکی» (Electronic Delay Storage Automatic Calculator | EDSAC) را فراهم کرده است. این ماشین، در زمان خود اولین کامپیوتر دیجیتالی بود که با برنامه ذخیره شده کار می‌کرد.

توسط مطالعه مدل‌هایی مانند Von Neumann و Harvard Architecture می‌توانیم ساختارهای موثر بر طراحی کامپیوترهای مدرن را درک کنیم. بررسی این مدل‌های زیربنایی به درک روش کار کامپیوترهای اولیه و مسیر توسعه‌ آن‌ها به سمت سیستم‌های پیشرفته امروزی کمک می‌کنند.

انواع گرایش‌ های اصلی در معماری سخت افزار چیست؟

همین‌طور که تکنولوژی روزبه‌روز پیشرفته‌تر می‌شود، معماری سخت افزار هم با هدف برطرف کردن چالش‌ها و نیاز‌های اپلیکیشن‌های جدید، به طور دائم تغییر می‌کند. در این بخش از مطلب، چند مورد از جدید‌ترین گرایش‌های اصلی در معماری سخت افزار را معرفی کرده‌ایم.

1. طراحی معماری سخت افزار با هدف شتاب‌دهی به هوش مصنوعی و یادگیری ماشین
2. معماری Edge Computing
3. «محاسبات کوانتوم» (Quantum Computing)
4. «محاسبات ناهمگن» (Heterogeneous Computing)
5. «معماری‌های حافظه‌محور» (Memory-Centric Architectures)
6. «محاسبات عصبی» (Neuromorphic Computing)
7. «محاسبات درون حافظه‌ای» (In-Memory Computing)
8. سخت افزارهای قابل سفارشی‌سازی و تنظیم مجدد
9. «طراحی‌های امنیت‌محور» (Security-Centric Designs)

در ادامه این بخش تمام گرایش‌های بالا در معماری سخت افزار را یک به یک همراه با توضیح کوتاهی معرفی کرده‌‌ایم.

شتاب دهی به هوش مصنوعی و یادگیری ماشین

معماری سخت افزار به طور دائم برای فعالیت در محیط‌های کاری هوش مصنوعی «AI» و یادگیری ماشین «ML» در حال بهینه‌سازی و گسترش هرچه بیشتر است. برای نمونه در «شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی» (AI Accelerators) سخت افزارهایی مانند «واحد پردازش گرافیک» (Graphics Processing Units | GPU)، «واحد پردازش تنسور» (Tensor Processing Units | TPU) و «مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر» (Field Programmable Gate Array | FPGA) به سیستم‌ها افزوده شده‌اند تا آموزش دادن و استفاده از مدل‌های هوش مصنوعی، سریع‌تر و کارآمدتر شوند.

معماری رایانش لبه‌ای

معماری «رایانش لبه‌ای» (Edge Computing) در حوزه طراحی سخت افزار در حال مشهورتر شدن است. وسایل و سیستم‌های لبه‌ای طوری طراحی شده‌‌اند که عملیات پردازش و تحلیل اطلاعات را نزدیک به منبع داده‌ها انجام دهند. این مسئله باعث کاهش تاخیر در پاسخ‌دهی، صرفه‌جویی در مصرف اینترنت و افزایش حریم خصوصی و امنیت می‌شود. استفاده از این معماری برای انجام وظایفی که باید به صورت بی‌درنگ انجام شوند، مانند اینترنت اشیاء «IoT»، وسایل نقلیه خودران و سایر وظایفی که نیاز به پاسخ‌های سریع دارند، بسیار عالی است.

محاسبات کوانتوم

یکی از جدید‌ترین گرایش‌ها در معماری سخت افزار توجه به «محاسبات کوانتومی» (Quantum Computing) است. این مسئله می‌تواند در انجام محاسبات توسط کامپیوترها تغییر و تحول شگرفی ایجاد کند. در این تکنیک از کیوبیت‌ها استفاده می‌شود. کیوبیت‌ها می‌توانند در زمان یکسان در حالت‌های مختلف قرار بگیرند. کامپیوترهای کوانتومی برای اجرای محاسبات بسیار پیچیده‌ای به کار برده می‌شوند که برای کامپیوترهای معمولی، غیرقابل حل هستند. معماری کوانتوم برای انجام کارهایی مانند رمزگذاری، ارتقا سیستم‌ها، ساخت دارو‌های جدید و غیره به کار برده می‌شود.

محاسبات ناهمگن

«محاسبات ناهمگن» (Heterogeneous Computing) شامل ادغام انواع واحد‌های پردازش داده مانند CPU-ها، GPU-ها و شتاب‌دهنده‌های سفارشی‌سازی شده است. تمام پردازنده‌های نام برده‌ شده درون سیستم یکسانی با همدیگر ترکیب می‌شوند. این سبک معماری به وظایف مختلف برای اجرا شدن بر روی بهترین پردازنده ممکن کمک می‌کند. در نتیجه به ازای وظایف مشخص شده، بهره‌وری و کارآمدی کلی سیستم به بیشترین حالت ممکن می‌رسد.

معماری های حافظه محور

هرچقدر که استفاده از اپلیکیشن‌های داده‌محور، فراگیرتر می‌شوند، معماری‌های سخت افزار هم بیشتر به سمت طراحی‌های حافظه‌محور حرکت می‌کنند. معماری‌های حافظه‌محور بر روی دسترسی و تبادل سریع‌تر داده‌ها با استفاده از حافظه‌های بسیار سریع و روش‌های مدیریت هوشمند کَش، تمرکز کرده‌اند. این تکنولوژی‌ها میزان تاخیر در عملیات مربوط به حافظه را کاهش داده و کارایی کلی سیستم را افزایش می‌دهند.

محاسبات عصبی

«محاسبات عصبی» (Neuromorphic Computing) از روی شبکه عصبی نورون‌های مغز انسان کپی‌برداری شده‌اند. هدف از این معماری سخت افزار، ساخت سیستم‌هایی است که عملکردی شبیه به مغز انسان داشته باشند. چیپ‌های عصبی می‌توانند مسائل را به شکل موازی هم حل کنند. در نتیجه برای انجام وظایفی مانند تشخیص الگو‌ها، پردازش داده‌های حسی و متصل کردن مطالب موجود در حافظه به یکدیگر، بسیار مناسب‌ هستند.

محاسبات درون حافظه ای

«محاسبات درون حافظه‌ای» (In-Memory Computing)، یکی دیگر از گرایش‌های معماری سخت افزار است. این گرایش، به انجام محاسبات به صورت مستقیم در درون ماژول‌های حافظه‌ اشاره می‌کند. در معماری محاسبات درون حافظه‌ای، انتقال داده بین حافظه و واحد پردازنده به میزان زیادی کاهش پیدا کرده است. این رویکرد، کارایی اپلیکیشن‌های که مصرف داده بالایی دارند را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. از دیگر فواید این معماری، آن است که اجرای عملیات مربوط به تحلیل داده‌‌ها را به صورت بی‌درنگ ممکن می‌کند.

سخت افزارهای قابل سفارشی سازی و تنظیم مجدد

معماری سخت افزارهایی که قابل سفارشی‌سازی‌اند یا تنظیماتشان را می‌توان تغییر داد، به مرور زمان در حال محبوب‌تر شدن است. بخصوص در حوزه‌هایی مانند «شبکه‌های مبتنی بر نرم‌افزار» (Software-Defined Networking | SDN) و «محاسبات تطبیقی» (Adaptive Computing) از این سبک معماری سخت‌افزار استفاده زیادی می‌شود. پردازنده‌هایی که قابلیت تنظیم مجدد دارند و «مدارهای مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر» (Field Programmable Gate Arrays | FPGA) به منابع سخت افزاری برای انطباق با وظایف مشخص کمک می‌کنند. در نتیجه هم میزان انطباق‌پذیری سیستم افزایش پیدا می‌کند و هم مقدار انعطاف‌پذیری آن.

طراحی های امنیت محور‌

همراه با افزایش روز افزون تهدیدات و لزوم توجه هرچه بیشتر به امنیت سایبری، معماری‌های سخت افزاری هم بیشتر از قبل بر روی ویژگی‌های امنیتی برنامه‌ها تاکید می‌کنند. ویژگی‌هایی مانند «معیار‌های امنیتی اعمال شده بر روی سخت افزار»، Secure Enclave-ها و «محیط‌های اجرایی امن» (Trusted Execution Environment | TEE) به پردازشگر‌ها افزوده شده‌اند تا از داده‌های حساس محافظت کرده و از دسترسی‌های ناشناس به داده‌ها جلوگیری کنند.

جمع‌بندی

در این مطلب، موفق شدیم به درک بهتری از سخت افزار و شاخت کامل‌تری درباره انواع قطعات به کار برده شده در کامپیوتر‌های شخصی و اداری برسیم. از علت و اهمیت وجود هر قطعه مطلع شده و به سادگی تمام این قطعات را بر روی کامپیوتر خود پیدا کردیم. البته برای شناخت مشخصات دقیق قطعات سخت افزارهای داخلی می‌توانیم از روش‌های مختلفی استفاده کنیم. ساده‌ترین روش، مستقیم از درون ویندوز است. ابتدا به بخش تنظیمات منوی System می‌رویم. سپس در برگه About به بیشتر اطلاعات مربوط به قطعات سخت افزاری داخلی دسترسی پیدا می‌کنیم. اما در صورتی که به اطلاعات بیشتری نیاز داشته باشیم، می‌توانیم از نرم‌افزارهای مخصوص به این کار استفاده کنیم.

در این مطلب از مجله فرادرس، بعد از اینکه فهمیدیم سخت افزار چیست و تفاوت نرم‌افزار و سخت افزار چیست، درباره رایج‌ترین نوع سخت افزارهای داخلی و خارجی مورد استفاده در کامپیوترها صحبت کردیم. سپس به بررسی معماری سخت افزار پرداخته و با مشهور‌ترین گرایشات مدرن معماری سخت افزار هم آشنا شدیم.