سخت افزار و نرم افزار

سخت افزار و نرم افزار

  کامپيوترهای شخصی

اغلب مردم زمانيکه با واژه " تکنولوژی " برخورد می نمايند ، بی اختيار "کامپيوتر" برای آنها تداعی می گردد. امروزه  کامپيوتر در موارد متعددی بخدمت گرفته می شود. برخی از تجهيزات موجود در منازل ، دارای  نوع خاصی  از " ريزپردازنده" می باشند. حتی اتومبيل های جديد نيز دارای نوعی  کامپيوتر خاص می باشند. کامپيوترهای شخصی ، اولين تصوير از انواع کامپيوترهائی است که  در ذهن هر شخص نقش پيدا می کند. بدون شک مطرح شدن اين نوع از کامپيوترها در سطح جهان، باعث عموميت  کامپيوتر در عرصه های متفاوت بوده است .
کامپيوتر شخصی وسيله ای "همه منظوره " بوده که توان عملياتی خود را مديون يک ريزپردازنده است. اين نوع از کا مپيوترها دارای بخش های متعددی نظير : حافظه ، هارد ديسک، مودم  و... بوده که حضور آنها در کنار يکديگر به منظور انجام عمليات مورد نظر است . علت استفاده از واژه " همه منظوره " بدين دليل است که  می توان بکمک اين نوع از کامپيوترها عمليات متفاوتی ( تايپ يک نامه ، ارسال يک نامه الکترونيکی،  طراحی و نقشه کشی و ...) را انجام داد .

پردازنده

کامپيوتری که هم اکنون بکمک آن در حال مشاهده و مطالعه اين صفحه هستيد ، دارای يک ريزپردازنده است . ريزپردازنده بمنزله مغز در کامپيوتر است. تمام کامپيوترها اعم از کامپيوترهای شخصی ، کامپيوترهای دستی و ... دارای ريزپردازنده می باشند. نوع  ريزپردازنده استفاده شده در يک کامپيوتر می تواند متفاوت باشد ولی تمام آنها عمليات يکسانی را انجام خواهند داد.

تاريخچه ريزپردازنده ها

 ريزپردازنده که CPU هم ناميده می گردد، پتانسيل های اساسی برای انجام محاسبات و عمليات مورد نظر در يک کامپيوتر را فراهم  می نمايد. ريزپردازنده  از لحاظ فيزيکی  يک تراشه است . اولين ريزپردازنده در سال 1971 و با نام Intel 4004  معرفی گرديد. ريزپردازنده فوق چندان قدرتمند نبود و صرفا" قادر به انجام عمليات جمع و تفريق  چهار بيتی بود. نکته مثبت پردازنده فوق، استفاده از صرفا" يک تراشه بود.قبل از آن مهندسين و طراحان کامپيوتر از چندين تراشه و يا عصر برای توليد کامپيوتر استفاده می کردند.

اولين ريزپردازنده ای که بر روی يک کامپيوتر خانگی نصب  گرديد ، 8080 بود. پردازنده فوق هشت بيتی و بر روی يک تراشه قرار داشت . اين ريزپردازنده در سال 1974 به بازار عرضه گرديد.اولين پردازنده ای که باعث تحولات اساسی در دنيای کامپيوتر شد ، 8088 بود. ريزپردازنده فوق در سال 1979 توسط شرکت IBM طراحی و اولين نمونه آن در سال 1982 عرضه گرديد. وضعيت توليد ريزپردازنده توسط شرکت های توليد کننده بسرعت رشد و از مدل  8088 به 80286 ، 80386  ، 80486 ، پنتيوم ، پنتيوم II ، پنتيوم III و پنتيوم 4  رسيده است . تمام پردازنده های فوق توسط شرکت اينتل و ساير شرکت های  ذيربط طراحی و عرضه شده است . پردازنده های پنتيوم 4 در مقايسه با پردازنده 8088 عمليات مربوطه را با سرعتی به ميزان 5000 بار سريعتر انجام می دهد! جدول زير ويژگی هر يک از پردازنده های فوق بهمراه تفاوت های موجود  را نشان می دهد.

حافظه های RAM و ROM

در بخش قبل گذرگاه های آدرس و داده نظيرخطوط RD,WR بررسی گرديدند. گذرگاه های فوق به حافظه های RAM ،ROM و يا هر دو متصل خواهند بود. در ريزپردازنده ساده فرضی فوق، از گذرگاه های آدرس و داده هشت بيتی استفاده می گردد. بدين ترتيب پردازنده قادر به آدرس دهی 256 بايت حافظه و خواندن و يا نوشتن هشت بيت از حافظه در هر لحظه خواهد بود. فرض کنيد پردازنده فوق دارای 128 بايت حافظه ROM بوده که از آدرس صفر شروع شده و 128 بايت حافظه RAM که از آدرس 128 آغاز می گردد ، است . حافظه ROM تراشه ای است که اطلاعاتی را از قبل و بصورت دائم در خود نگهداری می نمايد. گذرگاه های آدرس به  تراشه ROM اعلام خواهند کرد که کدام بايت را خواسته و آن را بر روی گذرگاه قرار خواهد داد. زمانيکه وضعيت خط RD تغيير نمايد تراشه ROM بايت مورد نظر و انتخابی را بر روی گذرگاه داده قرار خواهد داد. RAM شامل بايت هائی از اطلاعات است . ريزپردازنده قادر به خواندن و نوشتن در حافظه فوق بر اساس سيگنال های دريافتی از خطوط RD و RW است . در رابطه با حافظه RAM می بايست به اين نکته نيز اشاره گردد که اين نوع از حافظه ها با از دست منبع انرژی ( برق ) اطلاعات خود را از دست خواهند داد.

تمامی کامپيوترها دارای حافظه ROM به ميزان مشخص می باشند. ( برخی از کامپيوترها ممکن است دارای حافظه RAM نبوده نظير ميکرو کنترل ها ، ولی وجود و ضرورت حافظه ROM را در هيچ کامپيوتری نمی توان انکار نمود).بر روی کامپيوترهای شخصی حافظه ROM را BIOS نيز می نامند. زمانيکه ريزپردازنده فعاليت خود را آغاز می نمايد ، در ابتدا دستورالعمل هائی را اجراء خواهد کرد که در BIOS می باشند. دستورالعمل های موجود در BIOS عمليانی نظير تست سخت افزار و سيستم را انجام و در ادامه فرآيندی آغاز خواهد شد که نتيجه آن استقرار سيستم عامل در حافظه خواهد بود. (Booting) . در آغاز فرآيند فوق ، بوت سکتور هارد ديسک ( می تواند آغاز عمليات فوق از هارد شروع نشده و از فلاپی ديسک انجام گردد ، اتخاذ تصميم در رابطه با وضعيت فوق بر اساس پارامترهای ذخيره شده در حافظه CMOS خواهند بود ) را بررسی خواهد کرد . بوت سکتور فوق حاوی برنامه ای کوچک است که در ادامه BIOS آن را خوانده و در حافظه RAM مستقر خواهد کرد. ريزپردازنده در ادامه دستورالعمل های مربوط به برنامه بوت سکتور را که در حافظه RAM مستقر شده اند ،اجراء خواهد کرد. برنامه فوق به ريزپردازنده اعلام خواهد کرد که اطلاعات ديگری را از هارد ديسک به درون حافظه RAM انتقال و آنها را اجراء نمايد. با ادامه وتکميل  فرآيند فوق سيستم عامل در حافظه مستقر ومديريت  خود را آغاز می نمايد.

ريجستر و Cache

با توجه به سرعت بسيار بالای پردازنده حتی در صورت استفاده از Bus عريض وسريع همچنان مدت زمانی طول خواهد کشيد تا داده ها از حافظه RAM برای پردازنده ارسال گردند. Cache با اين هدف  طراحی شده است که داده های مورد نياز پردازنده را که احتمال استفاده از آنان  بيشتر است ، در دسترس تر  قرار دهد . عمليات فوق از طريق بکارگيری مقدار اندکی از حافظه   Cache  که Primary و يا Level 1 ناميده می شود صورت می پذيرد. ظرفيت حافظه های فوق بسيار اندک بوده و از دو کيلو بايت تا شصت و چهار کيلو بايت را، شامل می گردد.  نوع دوم Cache  که Secodray و يا level 2 ناميده می شود بر روی يک کارت حافظه و در مجاورت پردازنده قرار می گيرد. اين نوع Cache دارای يک ارتباط مستقيم با پردازنده است. يک مدار کنترل کننده  اختصاصی بر روی برد اصلی که " کنترل کننده L2 " ناميده می شود مسئوليت عمليات مربوطه  را برعهده خواهد گرفت . با توجه به نوع پردازنده ، اندازه حافظه فوق متغير بوده و دارای  دامنه ای بين 256Kb تا 2MB است. برخی از پردازنده های با کارائی بالا اخيرا" اين نوع Cache را بعنوان جزئی جداناپذير در کنار خود دارند. ( بخشی از تراشه  پردازنده ) در اين نوع پردازنده ها با توجه به اينکه  Cache  بخشی از پردازنده محسوب می گردد، اندازه آن متغير بوده و بعنوان يکی از مهمترين شاخص ها در کارائی پردازنده مطرح است.

 نوع  ديگری از RAM با نام SRAM ( حافظ های با دستيابی تصادفی ايستا ) نيز وجود داشته که  در آغاز برای Cache استفاده می گرديد. اين نوع حافظه ها از چندين ترانزيستور ( معمولا" چهار تا شش ) برای هر يک از سلول های حافظه خود استفاده می نمايند. حافظه های فوق دارای مجموعه ای از فليپ فلاپ ها با دو وضعيت خواهند بود. بنابراين حافظه های فوق  قادر به بازخوانی اطلاعات  بصورت پيوسته نظير حافظه های DRAM نخواهند بود. هر يک از سلول های حافظه ماداميکه  منبع تامين انرژی آنها فعال (On) باشد داده های خود را ذخيره نگاه خواهند داشت . در اين حالت ضرورتی به بازخوانی اطلاعات  بصورت پريوديک نخواهد بود . سرعت حافظه های فوق بسيار بالا است ، ولی بدليل قيمت بالا ، در حال حاضر بعنوان جايگزينی استاندارد برای حافظه های RAM مطرح نمی باشند .

حافظه RAM

حافظه (RAM(Random Access Memory شناخته ترين نوع حافظه در دنيای  کامپيوتر است . روش دستيابی به اين نوع از حافظه ها  تصادفی است . چون می توان به هر سلول حافظه مستقيما" دستيابی پيدا کرد . در مقابل حافظه های RAM ، حافظه های(SAM(Serial Access Memory وجود دارند. حافظه های SAM  اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخيره و صرفا" امکان دستيابی به آنها بصورت ترتيبی وجود خواهد داشت. ( نظير نوار کاست ) در صورتيکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر يک از سلول های حافظه به ترتيب بررسی شده تا داده مورد نظر پيدا گردد. حافظه های  SAM در موارديکه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتيبی خواهد بود مفيد می باشند ( نظير حافظه موجود بر روی کارت های گرافيک ). داده های ذخيره شده در حافظه RAM با هر اولويت دلخواه قابل دستيابی خواهند بود.

انواح حافظه RAM

Static random access memory)SRAM) . اين نوع حافظه ها از چندين ترانزيستور ( چهار تا شش ) برای هر سلول حافظه استفاده می نمايند. برای هر سلول از خازن استفاده نمی گردد. اين نوع حافظه در ابتدا بمنظور cache استفاده می شدند.

Dynamic random access memory)DRAM) . در اين نوع حافظه ها برای سلول های حافظه از يک زوج ترانزيستورو خازن استفاده می گردد .

Fast page mode dynamic random access memory)FPM DRAM) . شکل اوليه ای از حافظه های DRAM می باشند.در تراشه ای فوق تا زمان تکميل فرآيند استقرار يک بيت داده توسط سطر و ستون مورد نظر، می بايست منتظر  و در ادامه بيت خوانده خواهد شد.( قبل از اينکه عمليات مربوط به بيت بعدی آغاز گردد) .حداکثر سرعت ارسال داده به L2 cache معادل 176 مگابايت در هر ثانيه است .

Extended data-out dynamic random access memory)EDO DRAM) . اين نوع حافظه ها  در انتظار تکميل و اتمام پردازش های لازم برای اولين بيت  نشده و عمليات مورد نظر خود را در رابطه با بيت بعد بلافاصله  آغاز خواهند کرد.  پس از اينکه آدرس اولين بيت مشخص گرديد EDO DRAM  عمليات مربوط به جستجو برای بيت بعدی را آغاز خواهد کرد. سرعت عمليات فوق پنج برابر سريعتر نسبت به حافظه های FPM است . حداکثر سرعت ارسال داده به  L2 cache معادل 176 مگابايت در هر ثانيه است .

Synchronous dynamic random access memory)SDRM)  از ويژگی "حالت پيوسته " بمنظور افزايش و بهبود کارائی استفاده می نمايد .بدين منظور زمانيکه  سطر شامل داده مورد نظر باشد ، بسرعت در بين ستون ها حرکت و بلافاصله پس از تامين داده ،آن را خواهد خواند. SDRAM دارای سرعتی معادل پنج برابر سرعت حافظه های EDO بوده و امروزه در اکثر کامپيوترها استفاده می گردد.حداکثر سرعت ارسال  داده به L2 cache معادل 528 مگابايت در ثانيه است .

Rambus dynamic random access memory )RDRAM) يک رويکرد کاملا" جديد نسبت به  معماری قبلی DRAM است. اين نوع حافظه ها از Rambus in-line memory module)RIMM) استفاده کرده که از لحاظ اندازه و پيکربندی مشابه يک DIMM استاندارد است. وجه تمايز اين نوع حافظه ها استفاده  از يک گذرگاه داده با سرعت بالا با نام "کانال Rambus " است . تراشه های حافظه RDRAM بصورت موازی کار کرده تا بتوانند به سرعت 800 مگاهرتز دست پيدا نمايند.

Credit card memory يک نمونه کاملا" اختصاصی از توليدکنندگان خاص بوده و شامل ماژول های DRAM بوده که دريک نوع خاص اسلات ، در  کامپيوترهای noteBook استفاده می گردد .

PCMCIA memory card .نوع ديگر از حافظه  شامل ماژول های DRAM بوده که در notebook استفاده می شود.

FlashRam نوع خاصی از حافظه با ظرفيت کم  برای استفاده در دستگاههائی نظير تلويزيون، VCR بوده و از آن به منظور  نگهداری اطلاعات خاص مربوط به هر دستگاه  استفاده می گردد. زمانيکه اين نوع دستگاهها خاموش باشند همچنان  به ميزان اندکی برق مصرف خواهند کرد. در کامپيوتر نيز از اين نوع حافظه ها برای نگهداری اطلاعاتی در رابطه با تنظيمات هارد ديسک و ... استفاده می گردد.

VideoRam)VRAM) يک نوع خاص از حافظه های RAM بوده که برای موارد خاص نظير : آداپتورهای ويدئو و يا شتا ب دهندگان سه بعدی استفاده می شود. به اين نوع از حافظه ها multiport dynamic random access memory) MPDRAM) نيز گفته می شود.علت نامگذاری فوق بدين دليل است که  اين نوع از حافظه ها  دارای امکان دستيابی به اطلاعات،  بصورت تصادفی و سريال می باشند . VRAM بر روی کارت گرافيک قرار داشته و دارای فرمت های متفاوتی است. ميزان حافظه فوق به عوامل متفاوتی نظير : " وضوح تصوير " و " وضعيت  رنگ ها " بستگی دارد.

حافظه PROM

توليد تراشه های ROM مستلزم صرف وقت و هزينه بالائی است .بدين منظور اغلب توليد کنندگان ، نوع خاصی از اين نوع حافظه ها را که PROM )Programmable Read-Only Memory) ناميده می شوند ، توليد می کنند.اين نوع از تراشه ها با محتويات خالی با قيمت مناسب عرضه شده و می تواند توسط هر شخص با استفاده از دستگاههای خاصی که Programmer ناميده می شوند ، برنامه ريزی گردند. ساختار اين نوع از تراشه ها مشابه ROM بوده با اين تفاوت که در محل برخورد هر سطر و ستون از يک فيوز( برای اتصال  به يکديگر) استفاده می گردد. يک شارژ که از طريق يک ستون ارسال می گردد از طريق فيوز به يک سلول پاس داده شده و بدين ترتيب به يک سطر Grounded که نماينگر مقدار "يک" است ، ارسال خواهد شد. با توجه به اينکه تمام سلول ها دارای يک فيوز می باشند، درحالت اوليه ( خالی )، يک تراشه PROM دارای مقدار اوليه " يک" است . بمنظور تغيير مقدار يک سلول به صفر، از يک Programmer برای ارسال يک جريان خاص به سلول مورد نظر، استفاده می گردد.ولتاژ بالا، باعث قطع  اتصال بين سطر و ستون (سوختن فيوز) خواهد کرد. فرآيند فوق را " Burning the PROM " می گويند. حافظه های PROM صرفا" يک بار قابل برنامه ريزی هستند. حافظه های فوق نسبت به RAM شکننده تر بوده  و يک جريان حاصل  از الکتريسيته ساکن، می تواند باعث سوخته شدن فيور در تراشه شده و مقدار يک را به صفر تغيير نمايد. از طرف ديگر ( مزايا ) حافظه ای PROM دارای قيمت مناسب بوده و برای نمونه سازی داده برای يک ROM ، قبل از برنامه ريزی نهائی کارآئی  مطلوبی دارند.

حافظه EPROM

 استفاده کاربردی از  حافظه های ROM و PROM با توجه به نياز به اعمال تغييرات در آنها قابل تامل است ( ضرورت اعمال تغييرات و اصلاحات در اين نوع حافظه ها می تواند به صرف هزينه بالائی منجر گردد)حافظه هایEPROM)Erasable programmable read-only memory) پاسخی مناسب به نياز های مطح شده است ( نياز به اعمال تغييرات )  تراشه های EPROM را می توان چندين مرتبه باز نويسی کرد. پاک نمودن محتويات يک تراشه EPROM مشتلزم استفاده از دستگاه خاصی است که باعث ساطع کردن  يک فرکانس خاص ماوراء بنفش  باشد.. پيکربندی اين نوع از حافظه ها مستلزم استفاده  از يک Programmer  از نوع EPROM است که يک ولتاژ را در يک سطح خاص ارائه نمايند ( با توجه به نوع EPROM استفاده شده ) اين نوع حافظه ها ، نيز دارای شبکه ای مشتمل از سطر و ستون می باشند. در يک EPROM سلول موجود در نقظه برخورد  سطر و ستون دارای دو ترانزيستور است .ترانزيستورهای فوق توسط يک لايه نازک اکسيد از يکديگر جدا شده اند. يکی از ترانزيستورها Floating Gate و ديگری Control Gate ناميده می شود. Floating gate صرفا" از طريق Control gate به سطر مرتبط است. ماداميکه لينک برقرارباشد سلول دارای مقدار يک خواهد بود. بمنظور تغيير مقدار فوق به صفر به فرآيندی با نام Fowler-Nordheim tunneling نياز خواهد بود .Tunneling بمنظور تغيير محل الکترون های Floating gate استفاده می گردد.يک شارژ الکتريکی  بين 10 تا 13 ولت به floating gate داده  می شود.شارژ از ستون شروع و پس از ورود به floating gate در ground تخليه خواهد گرديد. شارژ فوق باعث می گردد که ترانزيستور floating gate مشابه يک "پخش کننده الکترون  " رفتار نمايد . الکترون های مازاد فشرده شده و در سمت ديگر لايه اکسيد به دام افتاد  و يک شارژ منفی را باعث می گردند. الکترون های شارژ شده منفی ، بعنوان يک صفحه عايق  بين control gate و floating gate  رفتار می نمايند.دستگاه خاصی با نام Cell sensor سطح شارژ پاس داده شده به floating gate را مونيتور خواهد کرد. در صورتيکه جريان گيت بيشتر از 50 درصد شارژ باشد  در اينصورت مقدار "يک" را دارا خواهد بود.زمانيکه شارژ پاس داده شده از 50 درصد آستانه عدول نموده مقدار به "صفر" تغيير پيدا خواهد کرد.يک تراشه EPROM دارای گيت هائی است که تمام آنها باز بوده و هر سلول آن مقدار يک را دارا است.

بمنظور باز نويسی يک EPROM می بايست در ابتدا محتويات آن پاک گردد. برای پاک نمودن می بايست يک سطح از انرژی زياد را بمنظور شکستن الکترون های منفی Floating gate استفاده کرد.در يک EPROM استاندارد ،عمليات فوق از طريق اشعه ماوراء بنفش با فرکانس 253/7 انحام می گردد.فرآيند حذف در EPROM انتخابی نبوده و تمام محتويات آن حذف خواهد شد. برای حذف يک EPROM می بايست آن را از محلی که نصب شده است جدا کرده و به مدت چند دقيقه زير  اشعه ماوراء بنفش دستگاه پاک کننده EPROM قرار داد.

 هارد ديسک

 بر روی هر کامپيوتر حداقل يک هارد ديسک وجود دارد.برخی از سيستم ها ممکن است دارای بيش از يک هارد ديسک باشند. هارد ديسک يک محيط ذخيره سازی دائم برای اطلاعات را فراهم می نمايد . اطلاعات ديجتال در کامييوتر می بايست بگونه ای  تبديل گردند که بتوان آنها را بصورت دائم بر روی هارد ديسک مغناطيسی  ذخيره کرد.

مبانی هارد ديسک

هارد ديسک در سال 1950 اختراع گرديد. هارد ديسک های اوليه شامل ديسک های بزرگ با قطر 20 اينچ ( 50/8 سانتيمتر) بوده و توان ذخيره سازی چندين مگابايت بيشتر را نداشتند. به اين نوع ديسک ها در ابتدا " ديسک ثابت "  می گفتند. در ادامه بمنظور تمايز آنها با فلاپی ديسک ها از واژه " هارد ديسک " استفاده گرديد. هارد ديسک ها دارای يک  Platter ( صفحه ) بمنظور نگهداری محيط مغناطيسی می باشند. عملکرد يک هارد ديسک مشابه يک نوار کاست بوده و از يک روش يکسان برای ضبط مغناطيسی استفاده می نمايند. هارد ديسک ونوار کاست از امکانات ذخيره سازی مغناطيسی يکسانی نيز استفاده می نمايند.در چنين مواردی می توان بسادگی اطلاعاتی را حذف و يا مجددا" بازنويسی کرد. اطلاعات ذخيره شده بر روی هر يک از رسانه های فوق ، ساليان سال باقی خواهند ماند. عليرغم وجود  شباهت های موجود ، رسانه های  فوق در مواردی نيز با يکديگر متفاوت می باشند:

- لايه مغناطيسی بر روی يک نوار کاست بر روی يک سطح پلاستيکی نازک توزيع می گردد. در هارد ديسک لايه مغناطيسی بر روی يک ديسک شيشه ای ويا يک آلومينيوم اشباح شده قرار خواهد گرفت . در ادامه سطح آنها بخوبی صيقل داده می شود.

- در نوار کاست برای استفاده از هر يک از آيتم های ذخيره شده می بايست بصورت ترتيبی ( سرعت معمولی و يا سرعت بالا) در محل مورد نظر مستقر تا امکان بازيابی ( شنيدن ) آيتم دلخواه فراهم گردد. در رابطه با هارد ديسک ها می توان بسرعت در هر نقظه دلخواه مستفر و اقدام به بازيابی ( خواندن و يا نوشتن ) اطلاعات مورد نظر کرد.

در يک نوار کاست ، هد مربوط به خواندن / نوشتن می بايست سطح  نوار را مستقيما" لمس نمايد. در هارد ديسک هد خواندن و نوشتن در روی ديسک به پرواز در می آيد! ( هرگز آن را لمس نخواهد کرد )

- نوار کاست  موجود در ضبط صوت در هر ثانيه 2 اينچ ( 5/08 سانتيمتر ) جابجا می گردد. گرداننده هارد ديسک می تواند هد مربوط به هارد ديسک را  در هر ثانيه 3000 اينچ  به چرخش در آورد .

 يک هارد ديسک پيشرفته قادر به ذخيره سازی حجم بسيار بالائی از اطلاعات در فضائی اندک و  بازيابی اطلاعات با سرعت بسيار بالا است . اطلاعات ذخيره شده برروی هارد ديسک در قالب مجموعه ای از فايل ها ذخيره می گردند. فايل نامی ديگر برای مجموعه ای از بايت ها است که بنوعی در آنها اطلاعاتی مرتبط به هم ذخيره شده است . زمانيکه برنامه ای اجراء  و در خواست فايلی را داشته باشد، هارد ديسک اطلاعات را بازيابی و آنها برای استفاده  پردازنده ارسال خواهد کرد.

 برای اندازه گيری کارآئی يک هارد ديسک از دو روش عمده استفاده می گردد:

 - ميزان داده (Data rate) . تعداد بايت هائی ارسالی  در هر ثانيه برای پردازنده است . اندازه فوق بين 5 تا 40 مگابايت در هر ثانيه است .

- زمان جتسجو (Seek Time) . مدت زمان بين درخواست يک فايل توسط پردازنده  تا ارسال اولين بايت فايل مورد نظربرای پردازنده را می گويند.

نرم افزار سیستم

یک بخش حیاتی هر کامپیوتر همه منظوره نرم افزار سیستم یا ابزارهای نرم افزاری هستند که همراه با سخت افزار کامپیوتر به کار می روند. کامپیوتر بدون نرم افزار سیستم بیشتر شبیه به ماشینی است بدون بنزین، اگرچه مکانیک پایه ای سیستم وجود دارد، ولی هیچ راهی برای استفاده واقعی از آن وجود ندارد. این بخش بر ابزارهای نرم افزاری ای تمرکز دارد که برای تبدیل یک کامپیوتر همه منظوره به یک سیستم کامپیوتری مفید برای برنامه ریزی کاربردی، برای توسعه کاربردهای میکروپروسور، یا برای استفاده که به عنوان یک سیستم تجاری یا اداری، لازم هستند. با در نظر گیری وظایف متعددی که می توان با استفاده از یک کامپیوتر همه منظوره تقبل کرد، می توان دیدی در مورد انواع برنامه های لازم به دست آورد.

بارکننده

هنگام روشن کردن یک کامپیوتر، اولین ضرورت نوعی برنامه بارکننده است که می تواند برای بار کردن هر برنامه دیگری از محیط ذخیره سازی کمکی به حافظه قبل ز اجرا بکار رود. در اکثر کامپیوترهای مدرن، بار کننده یک برنامه بزرگ است که در ROM ذخیره شده و برای خواندن برنامه ها از یک دیسک طراحی شده است.

ایده استفاده از یک قطعه نرم افزار برای امکان پذیر کردن اجرای یک قطعه نرم افزار (عموماً پیچیده تر) دیگر خود راه اندازی خوانده می شود. از اینرو برنامه بار کننده یک روش خود راه اندازی سایر برنامه های پیچیده تر را فراهم می کند. این رهیافت به منظور حداقل کردن استفاه از حافظه سیستم کامپیوتر اتخاذ می شود؛ برنامه بارکننده که به طور دائمی در ROM قرار دارد نوعاً فقط حدود 1KBYTE حافظه را اشغال می کند و از اینرو قسمت اعظم حافظه باقیمانده را برای سایر برنامه ها آزاد می گذارد. همچنین برنامه بارکننده اغلب با یک برنامه نمایش دهنده یا خطایاب ترکیب می شدکه می تواند برای اشکال گیری از برنامه های کد  ماشین و نیز برای تأیید عملکرد سخت افزار کامپیوتر بدون لزوم  دسترسی به یک محیط ذخیره سازی کمکی بکار رود.

نوع متفاوتی از کامپیوتر نیز می تواند با استفاده از نرم افزار متقابل برای خود راه اندازی  بکار رود. به عنوان  مثال امکان دارد با استفاده از  یک اسمبلر  نوشته شده به زبانی  که در کامپیوتر بزرگ قابل دسترسی است مثلاً  پاسکال، C، یا فرترن، برنامه ای برای میکروپروسوری مانند MC6809 روی یک مینی کامپیوتر  یا کامپیوتر بزرگ نوشته شود. برنامه اسمبلری که روی کامپیوتر کوچکتر اجرا می شود به یک اسمبلر  متقابل مشهور است زیرا برای ریز کامپیوتر کد ماشین تولید می کند نه برای کامپیوتری که روی  آن اسمبلر اجرا می شود. سپس برنامه کد ماشین می تواند یا بصورت PROM یا متوسط هر محیط  ذخیره سازی  دیگر، به کامپیوتر  هدف منتقل شود یا            می تواند مستقیماً توسط یک رابط ارتباطات سری یا موازی گرفته و بارگذاری شود.

سیستم عامل دیسکی

نرم افزاری که برنامه ها را قادر به بار شدن از (و ذخیره شدن در) محیط های ذخیره سازی کمکی می سازد، می تواند با تسهیلاتی ترکیب شود که ترمینال های نمایش و سایر دستگاه های جانبی کامپیوتر مانند چاپگرها، رسام ها و غیره را، بکار می گیرند تا یک برنامه کنترلی همه منظوره را تدارک ببینند. این برنامه سیستم عامل عموماً به دلیل سهولت دسترسی تصادفی به نواحی مختلف دیسک حاوی فایلهای مختلف ، از فلاپی دیسکها یا هارد دیسک ها به عنوان محیط ذخیره سازی کمکی اصلی استفاده می کند. از اینرو برنامه به یک سیستم عامل دیسکی  (DOS) معروف است. یک سیستم عامل دیسکی دو قابلیت اساسی فراهم می آورد. اولاً با گردانش ورودی و خروجی به کنسول کاربر و اجرای دستورات تعیین شده توسط کاربر مکانیزمی برای ارتباط بین کامپیوتر و کاربر فراهم می کند. دوماً مکانیزمی برای ذخیره و بازاریابی برنامه فراهم می کند، اگرچه در حالت کلی به طریقی انعطاف پذیرتر و پیچیده تر از برنامه بار کننده ساده انجام می شود. کاربرها با استفاده از محیط سیستم عامل قادر به دسترسی به فایلهای مرجع و فراخوانی ویرایشگرهای متن جهت انجام تغییرات در آنها هستند. سپس می توانند کد مرجع را اسمبل یا کامپایل کنند (به صورتی مناسب) تا برنامه های کد ماشین به وجود آورند، و کد ماشین می تواند در حافظه بارگذاری و اجرا شود، که همگی تحت کنترل سیستم عامل هستند. فایلها که می توانند حاوی کد ماشین، متن مرجع کد بندی شده به صورت ASCII، داده ها یا هر اطلاعات دیگری باشند، با فرمتی که توسط سیستم عامل تعریف شده است روی دیسک ذخیره می شوند و توسط اسم فایل ها قابل دسترسی هستند. اسم فایلها، که به طور ساده یادآورهایی هستند که توسط کاربر به منظور نشان دادن محتویات یک فایل انتخاب شده اند، در فهرستی  ذخیره می شوند که می تواند توسط کاربر بررسی شود. سپس کار بافایلها می تواند به سادگی با مراجعه به فایل با استفاده از اسم فایل آن انجام شود. به روش مشابه، تمامی سایر برنامه های سیستم که در این فصل توصیف داده شدند توسط یک سیستم عامل در دسترس قرار می گیرند. همچنین سیستم عامل تعدادی برنامه کمکی محیط اداری تهیه می کند که به گونه ای ضروری هستند که کاربر بتواند فایلهای خود را به صورتی منظم روی دیسک نگهدارد. نوعاً، سیستم عامل  شامل موارد زیر است:

(a لیست بندی فهرست به گونه ای که کاربرمی تواند تعیین کند که کدام فایلها روی دیسک هستند، اندازه آنها چقدر است، چه وقت به گونه ای که فایلهای غیر لازم بتوانند از دیسک حذف شوند تا برای مقاصد دیگر  جا باز شود .

(c  نام گذاری مجدد فایل به گونه ای که در صورت لزوم اسامی فایل ها قابل تغییر باشند.

(d انتقال فایل به گونه ای که فایل ها بتوانند برای مقاصد پشتیبانی یا برای تکثیر روی دیسک دیگر کپی شوند.

(e لیست بندی فایل به گونه ای که محتویات فایل های متن بتوانند چاپ شوند.

(f اجرای فایل به گونه ای  که فایلهای کد ماشین بتوانند در حافظه بارگذاری شده و اجرا شوند.

بعلاوه سیستم های عامل می توانند شامل بسیاری امکانات پیشرفته تر و اختصاصی تر باشد که خارج از حوزه این بحث است.

نهایتاً، سیستم عامل برای قادر ساختن کاربر جهت دسترسی به ترمینالها، چاپگرها و دستگاه های ذخیره سازی متصل به کامپیوتر از داخل برنامه های کاربردی وی، مکانیزم مستقیمی فراهم                    می آورد. دسترسی به کمک فراخوانی زیر روالها به زیر روال های استانداردی در سیستم عامل حاصل می شود که این دستگاه ها راکنترل می کنند. این مسأله، در صورتی که کاربر بخواهد برنامه های کاربردی ای را اجرا کند به دستگاه های جانبی استاندارد کامپیوتر تحت کنترل سیستم عامل دسترسی دارند، وی را از نیاز به اطلاعات مفصل در مورد مشخصات واسطه ای دستگاه های جانبی متصل به کامپیوتر  مصون می دارد.