یک شخص، زمانی که به‌تازگی با یک سیستم کامپیوتری آشنا می‌شود، چیزی که از روی کنجکاوی به ذهنش خطور میکند آن است که واقعاً کامپیوتر چگونه کار می کند؟ چگونه حرف‌های من را می‌فهمد و به‌محض پلک‌زدن به نتیجه می‌رسد؟ طبیعتاً همه این سؤالات، درست زمانی مطرح می‌شوند که ما تقریباً هیچ پس‌زمینه‌ای از کامپیوتر نداشته باشیم. در این مقاله، تمام تلاش خود را به کار گرفته‌ایم تا تمام علامت سؤال‌های ذهن کنجکاو شما را پاسخ دهیم و در مورد فرایند کاری یک سیستم کامپیوتری بیشتر بحث کنیم.
کامپیوتر چیست؟
کامپیوتر را می‌توان از هزار جنبه مختلف توصیف کرد. در یک تعریف جمع‌وجور و خلاصه، کامپیوتر یک ماشین پردازش اطلاعات دیجیتال است. به زبان ساده این دستگاه، اطلاعات را گرفته و ابتدا به اعداد باینری یا همان صفر و یک خودمان تبدیل کرده و سپس با استفاده ازعملیات پایه ریاضی، مورد نحوه برگرداندن آن اعداد به کلمات یا عملگرها، تصمیم‌گیری میکند. یک سیستم دیجیتال با ذخیره اطلاعات در یک بیت یا مجموعه‌ای از بیت‌ها، اطلاعات را به روشی خاص ذخیره کرده و بر روی آنها پردازش میکند. همان‌طورکه می‌دانید بیت، متغیری است که می‌تواند تنها یکی از دو مقدار 0 یا 1 را داشته باشد. البته با معرفی کامپیوترهای کوانتومی، تعریف ما شاید کمی ابتدایی به نظر برسد.
بخش‌های اصلی یک کامپیوتر
برای این که ببینم یک کامپیوتر چگونه کارمی کند بایستی در ابتدا پیچ و مهره‌های آن را خوب بشناسیم. تلفیقی از ورودی و خروجی، فضای ذخیره‌سازی و نیز پردازش، نیرومحرکه‌های اصلی این ماشین الکترونیکی هستند. این چهار جزء اصلی کامپیوتر درذیل شرح داده شده‌اند:
پردازنده مرکزی (CPU)
Central Processing Unit یا واحد پردازش مرکزی، به‌عنوان مغز یک کامپیوتر شناخته می‌شود. این میکروپروسسور یا ریزپردازنده، گروهی از بیت‌ها را به‌اصطلاح واکشی میکند که دستورالعمل نامیده می‌شوند. این دستورالعمل‌ها به ریزپردازنده می‌گویند که چه نوع دیتایی را و چگونه باید مدیریت کند. پردازنده (CPU) در هنگام پردازش اطلاعات، به‌شدت داغ میکند، به همین دلیل است که یک فن کوچک از گرمای بیش از حد آن جلوگیری میکند.
" مغز کامپیوتر (CPU) 4 برابر سریع‌تر از مغز انسان است! "
حافظه
حافظه یا Storage دقیقاً همان کاری را انجام می‌دهد که از نامش پیداست؛ مقادیر بیت‌ها را به‌خاطر می‌آورد. حافظه در کامپیوتر دائماً با CPU در تعامل است به‌گونه‌ای که بیت‌های ارسال شده توسط CPU را ذخیره کرده یا مقادیر آن بیت‌ها را به CPU برمی‌گرداند. کامپیوتر از نوع حافظه برای فضای ذخیره‌سازی خود استفاده میکند؛ حافظه داخلی (RAM) و حافظه خارجی.
ورودی و خروجی
ورودی‌های کامپیوتر شما به‌عنوان‌مثال، صفحه‌کلید و ماوسی هستند که راه‌هایی برای دریافت اطلاعات به رایانه شما برای پردازش هستند. از طرفی، کامپیوتر شما احتمالاً دارای صفحه نمایشی است که قادر به نمایش نوشته‌هایی است که از طریق کیبورد تایپ شده‌اند. پرینتر، بلندگوهای استریو، هدفون، پروژکتور و... از دیگر دستگاه‌های خروجی هستند.
فرق سخت‌افزار با نرم‌افزار
دستگاه‌های ورودی و خروجی را که می‌توان به‌صورت فیزیکی لمس کرد تحت عنوان سخت افزار شناخته می‌شوند، مانند صفحه‌کلید، ماوس، صفحه‌نمایش و غیره. در مقابل، برنامه‌هایی که در رایانه قرار دارند و شما فقط می‌توانید آنها را ببینید اما نمی‌توانید لمس کنید به‌عنوان نرم‌افزار کامپیوتر شناخته می‌شوند. نرم‌افزارهایی مثل مایکروسافت ورد، اکسل، پینت و تمامی نرم‌افزارهای نصب شده بر روی سیستم.
کامپیوتر چطور کار میکند؟
برای پاسخ به این سؤال که کامپیوتر چگونه کار می کند، در اینجا ضروری است تا یک شناخت اجمالی از سیستم‌عامل و نیز برنامه‌های کامپیوتری داشته باشیم.
سیستم‌عامل چیست؟
اکنون که با سخت‌افزار و نرم‌افزار یک سیستم کامپیوتری به‌خوبی آشنا شدید باید بدانید که سیستم عامل، نرم‌افزاری است که منابع سخت‌افزاری و نرم‌افزاری کامپیوتر را مدیریت میکند و خدمات مشترکی را به سایر برنامه‌های کامپیوتری سرویس می‌دهد. در اصل سیستم‌عامل سه کارکرد اصلی دارد: 1- مدیریت منابع کامپیوتر از قبیل واحد پردازنده مرکزی، حافظه و پرینتر 2- برقراری یک رابط کاربری 3- اجرا و ارائه خدمات برای نرم‌افزارهای کاربردی.
برنامه کامپیوتری چیست؟
برنامه کامپیوتری در واقع همان دستورالعمل هایی است که به کامپیوتر تغذیه می‌شود و در نهایت نوعی از محاسبات را انجام می‌دهد یا الگوریتم خاصی را بر روی قسمت‌های مختلف پیاده‌سازی میکند؛ همچنین ممکن است که کنترل و هدایت برخی از دستگاه‌های ورودی و خروجی مثل پرینتر، دیسک‌گردان، ربات‌ها و سایرموارد هم به‌وسیله یک برنامه کامپیوتری نوشته شده با یک زبان برنامه نویسی خاص، انجام شود.
اکنون باتوجه به دانشی که از مطالب بالا به‌دست آورده‌اید، برویم به سراغ اینکه کامپیوتر چگونه کار می کند؟ تمامی قسمت‌های اصلی یک کامپیوتر دست‌به‌دست هم می‌دهند تا این دستگاه به‌خوبی بتواند کار کند. زمان که شما کلید پاور کامپیوترتان را می‌فشارید، اتفاقات زیر در پشت پرده رخ خواهند داد:
- کار با سیستم‌عامل (ویندوز، لینوکس، مک و غیره) آغاز می‌شود. فرایند بوت شدن سیستم ازسرگرفته شده و بوت‌استرپ لودر، بوت شدن سیستم را شروع میکند؛ بدین ترتیب، ویندوز و سایر سرویس‌های ضروری آن در سیستم بارگذاری می‌شوند.
- به‌محض لود شدن سیستم‌عامل بر روی کامپیوتر، سخت‌افزار سیستم فعال شده و آماده برقراری ارتباط با CPU است. ضمناً ارتباط دستگاه‌های سخت‌افزاری از طریق درخواست وقفه (IRQ) انجام می‌گیرد. هنگامی که وظیفه یا Task فعلی از قبل در حال اجرا است، کنترل‌کننده وقفه، درخواست را به CPU می‌فرستد و از آن می‌خواهد تا پردازش بر روی درخواست جدید را متوقف کند. البته تا زمانی که اجرای Task فعلی تکمیل شود سپس CPU درخواست جدید را در حالت انتظار نگه می‌دارد و این فرایند یا Process تحت یک آدرس در پشته حافظه ذخیره می‌شود. درست هنگامی که اجرای پروسه فعلی به پایان رسید، آن فرایند که در حالت انتظار به سر می‌برد، اجرایش آغاز شده و پردازش بر روی آن صورت می‌گیرد.
- با فشاردادن دکمه پاور کامپیوتر، سیستم روشن شده و سیگنالی به منبع تغذیه می‌رسد که بایستی جریان متناوب را به جریان مستقیم یا DC تبدیل کند. پس از آن، برق‌کافی برای هر یک از اجزای کامپیوتر تأمین می‌شود.
- در این مرحله، تمامی اجزای سیستم بدون هیچ مشکلی در حالت فعال هستند. منبع تغذیه نیز سیگنالی را از طریق ترانزیستور به مادربرد و CPU ارسال میکند. در طول این مدت کوتاه، پردازنده داده‌های باقی‌مانده در حافظه را حذف کرده و CPU آماده دریافت دستورالعمل (ورودی) جدید و پردازش آن می‌شود.
- یک تست کلی بر روی رایانه به‌صورت متوالی انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که اجزای اصلی کامپیوتر سر جای خود قرار داشته باشند و به‌درستی کار می‌کنند. پس از تست موفقیت‌آمیز کامپیوتر، ابتدا حافظه بیدار می‌شود؛ زیرا اطلاعات زمان و تاریخ سیستم و سایراطلاعات مربوط به سخت‌افزار بر روی آن قرار دارند سپس این اطلاعات شروع به بارگذاری کرده و کنترل‌کننده تست، این اطلاعات را با تنظیمات سیستم بررسی و مقایسه میکند. پس از پشت سر گذاشتن این بررسی و مقایسه، درایورهای اصلی لود شده و کنترل‌کننده‌های وقفه سخت‌افزاری برای صفحه‌کلید، هارد دیسک و ماوس نیز در حالت آماده‌باش به سر می‌برند.
- پس از یک سری آزمایش و تست خودکار، درصورتی‌که مشکلی پیش نیامده باشد، صفحه نمایشگر کامپیوتر بالا می‌آید و در مرحله آخر، رم نصب شده بر روی کامپیوتر چک می‌شود.
دیاگرام عملکرد کامپیوتر
جمع‌بندی
کامپیوتر یکی از پیچیده‌ترین ماشین‌آلاتی است که تا کنون توسط انسان ساخته شده است و برای درک همه چیز در مورد یک کامپیوتر زمان بیشتری نسبت به یک فرد معمولی صرف می‌شود اما فارغ از درک اینکه کامپیوتر چگونه کار می کند، دانستن اینکه یک کامپیوتر قادر به انجام چه کاری است از درجه اهمیت بالاتری برخوردار است. یک رایانه می‌تواند دنیای جدیدی از اکتشافات را برای همه از یک کودک خردسال گرفته تا یک فرد بزرگسال و بازنشسته بگشاید.
کامپیوتر چیست و اجزای اصلی آن کدام‌اند؟
کامپیوتر زاده ذهن خلاق بشر، مهم‌ترین اختراع انسان است که در یک تعریف جمع‌وجور و خلاصه باید از آن به‌عنوان یک ماشین الکترونیکی و دیجیتالی یاد کرد. همان‌طور که می‌دانید زبان کامپیوتر، صفر و یک است. اجزای اصلی کامپیوتر شامل ورودی، حافظه، پردازنده و خروجی است.
چطور همه چیز دست‌به‌دست هم می‌دهند تا یک کامپیوتر کار کند؟
پاسخ به این پرسش کلی که کامپیوتر چگونه کار میکند، از جوانب زیادی موردبحث قرار می‌گیرد. مولفه‌های زیادی مثل سیستم‌عامل، برنامه کامپیوتری و اجزای سخت‌افزاری به همراه نرم‌افزار، دست‌به‌دست هم می‌دهند تا یک کامپیوتر به‌درستی کار کند. درست است که شما برای روشن‌کردن کامپیوتر، کافی است تا یک دکمه را بفشارید؛ اما این تنها پایان ماجرا نیست چرا که در پشت پرده، ما بوت شدن سیستم‌عامل بر روی حافظه، تست قطعات و دیگر الگوریتم‌های پیچیده را بایستی پشت سر بگذاریم تا یک کامپیوتر به‌درستی کار کند.
آیا مهم است که بدانیم کامپیوتر چگونه کار می کند؟
همان‌طور که می‌دانید، در طول تاریخ بشر، اختراعات زیادی به‌منظور رفاه و آسایش وارد زندگی مردم شده است مثلاً یک فرد بدون اینکه اصلاً بداند یک ماشین‌حساب چگونه کار میکند، نیازهای خود را بدون دردسر محاسباتی و غیره حل‌وفصل میکند. کامپیوتر نیز از این قاعده مستثنی نیست. اما چیزی که شاید مهم‌تر از جزئیات کارکرد فنی یک کامپیوتر است، در واقع انواع کارهایی است که می‌توان با آن انجام داد.
