سخت افزار هارد دیسک بر روی هر کامپیوتر حداقل یک هارد دیسک وجود دارد.برخی از سیستم ها ممکن است دارای بیش از یک هارد دیسک باشند. هارد دیسک یک محیط ذخیره سازی دائم برای اطلاعات را فراهم می نماید . اطلاعات دیجتال در کامییوتر می بایست بگونه ای تبدیل گردند که بتوان آنها را بصورت دائم بر روی هارد دیسک مغناطیسی ذخیره کرد.
مبانی هارد دیسک 
هارد دیسک در سال 1950 اختراع گردید. هارد دیسک های اولیه شامل دیسک های بزرگ با قطر 20 اینچ ( 50/8 سانتیمتر) بوده و توان ذخیره سازی چندین مگابایت بیشتر را نداشتند. به این نوع دیسک ها در ابتدا " دیسک ثابت " می گفتند. در ادامه بمنظور تمایز آنها با فلاپی دیسک ها از واژه " هارد دیسک " استفاده گردید. هارد دیسک ها دارای یک Platter ( صفحه ) بمنظور نگهداری محیط مغناطیسی می باشند. عملکرد یک هارد دیسک مشابه یک نوار کاست بوده و از یک روش یکسان برای ضبط مغناطیسی استفاده می نمایند. هارد دیسک ونوار کاست از امکانات ذخیره سازی مغناطیسی یکسانی نیز استفاده می نمایند.در چنین مواردی می توان بسادگی اطلاعاتی را حذف و یا مجددا" بازنویسی کرد. اطلاعات ذخیره شده بر روی هر یک از رسانه های فوق ، سالیان سال باقی خواهند ماند. علیرغم وجود شباهت های موجود ، رسانه های فوق در مواردی نیز با یکدیگر متفاوت می باشند:
- لایه مغناطیسی بر روی یک نوار کاست بر روی یک سطح پلاستیکی نازک توزیع می گردد. در هارد دیسک لایه مغناطیسی بر روی یک دیسک شیشه ای ویا یک آلومینیوم اشباح شده قرار خواهد گرفت . در ادامه سطح آنها بخوبی صیقل داده می شود.
- در نوار کاست برای استفاده از هر یک از آیتم های ذخیره شده می بایست بصورت ترتیبی ( سرعت معمولی و یا سرعت بالا) در محل مورد نظر مستقر تا امکان بازیابی ( شنیدن ) آیتم دلخواه فراهم گردد. در رابطه با هارد دیسک ها می توان بسرعت در هر نقظه دلخواه مستفر و اقدام به بازیابی ( خواندن و یا نوشتن ) اطلاعات مورد نظر کرد.
در یک نوار کاست ، هد مربوط به خواندن / نوشتن می بایست سطح نوار را مستقیما" لمس نماید. در هارد دیسک هد خواندن و نوشتن در روی دیسک به پرواز در می آید! ( هرگز آن را لمس نخواهد کرد )
- نوار کاست موجود در ضبط صوت در هر ثانیه 2 اینچ ( 5/08 سانتیمتر ) جابجا می گردد. گرداننده هارد دیسک می تواند هد مربوط به هارد دیسک را در هر ثانیه 3000 اینچ به چرخش در آورد .
یک هارد دیسک پیشرفته قادر به ذخیره سازی حجم بسیار بالائی از اطلاعات در فضائی اندک و بازیابی اطلاعات با سرعت بسیار بالا است . اطلاعات ذخیره شده برروی هارد دیسک در قالب مجموعه ای از فایل ها ذخیره می گردند. فایل نامی دیگر برای مجموعه ای از بایت ها است که بنوعی در آنها اطلاعاتی مرتبط به هم ذخیره شده است . زمانیکه برنامه ای اجراء و در خواست فایلی را داشته باشد، هارد دیسک اطلاعات را بازیابی و آنها برای استفاده پردازنده ارسال خواهد کرد.
برای اندازه گیری کارآئی یک هارد دیسک از دو روش عمده استفاده می گردد:
- میزان داده (Data rate) . تعداد بایت هائی ارسالی در هر ثانیه برای پردازنده است . اندازه فوق بین 5 تا 40 مگابایت در هر ثانیه است .
- زمان جتسجو (Seek Time) . مدت زمان بین درخواست یک فایل توسط پردازنده تا ارسال اولین بایت فایل مورد نظربرای پردازنده را می گویند.
کالبد شکافی هارد دیسک
بهترین روش شناخت نحوه عملکرد هارد دیسک کالبد شکافی آن است .شکل زیر یک هارد دیسک را نشان می دهد.

یک پوسته ( قاب ) آلومینیومی که کنترل کننده هارد دیسک در درون آن ( یک سمت دیگر ) قرار دارد. کنترل کننده فوق مکانیزمهای خواندن ، نوشتن و موتوری که باعث چرخش صفحات هارد دیسک می شود را کنترل می نماید.

در نزدیکی برد کنترل کننده کانکتورهای مربوط به موتوری که باعث چرخش صفحات هارد می شود قرار دارد.

در صورتیکه روکش مربوطه را از روی درایو برداریم با وضعیتی مشابه شکل زیر برخورد خواهیم کرد.

در تصویر فوق موارد زیر مشاهده می گردد:
- Platters ( صفحات ) این صفحات می توانند با سرعت 3600 تا 7200 دور در دقیقه چرخش نمایند.
- بازوئی که هد خواندن و نوشتن را نگاه داشته است . این بازو با سرعتی معادل 50 بار در ثانیه قادر به حرکت در طول هر یک از صفحات است ( حرکت شعاعی )
بمنظور افزایش ظرفیت هارد دیسک می توان تعدادی از صفحات را استفاده کرد . شکل زیر هارد دیسکی با سه صفحه و شش هد خواندن / نوشتن را نشان می دهد.

مکانیزمی که باعث حرکت بازوها بر روی هارد دیسک می گردد ، سرعت و دقت را تضمین می نماید.در این راستا از یک موتور خطی با سرعت بالا استفاده می گردد.

ذخیره سازی داده ها
اطلاعات بر روی سطح هر یک از صفحات هارد دیسک در مجموعه هائی با نام سکتور و شیار ذخیره می گردد. شیارها دوایرمتحدالمرکزی می باشند ( نواحی زرد) که بر روی هر یک از آنها تعداد محدودی سکتور(نواحی آبی ) با ظرفیت بین 256 ، 512 بایت ایجاد می گردد. سکتورهای فوق در ادامه و همزمان با آغاز فعالیت سیستم عامل در واحد های دیگر با نام " کلاستر " سازماندهی می گردند. زمانیکه یک درایو تحت عملیاتی با نام Low level format قرار می گیرد، شیارها و سکتورها ایجاد می گردند. درادامه و زمانیکه درایو High level format گردید، با توجه به نوع سیستم عامل و سیاست های راهبردی مربوطه ساختارهائی نظیر : جدول اختصاص فایل ها، جدول آدرس دهی فایل ها و... ایجاد، تا بستر مناسب برای استقرار فایل های اطلاعاتی فراهم گردد.

هر آنچه که می خواهید درباره هارد دیسک بدانید


برخی می گویند که دور و زمانه هارد درایو ها به سر آمده و سرانجام به دست SSD به قتل خواهند رسید. اما من فکر می کنم که هنوز داستان تکنولوژیی که بابت یک ترابایت فضای ذخیره فقط 100 هزار تومان از شما می گیرد، هنوز به پایان نرسیده است.
هنوز سالهای زیادی باقی مانده است که SSDها بتوانند از نظر امنیت و اعتماد و همچنین قیمت، جایگزین هارد دیسک های قدیمی شوند. کمی منصف باشید، هارد دیسک ها بر روی میز و یا کامپیوتر همه شما جا خوش کرده اند و از حجم عظیمی از خرت و پرت های شما را (از قبیل فیلم های HD، عکس های حجیم، موسیقی ها و هر چیزی که فکرش را کنید) محافظت می کنند. کاری که ممکن است در خور شان و شخصیت SSD گرانقیمت و ظریفتان نباشد.

آنچه که در زیر پنهان است
هارد درایو را به این دلیل HDD می گویند که خلاصه شده عبارت Hard Disk Drive یا گرداننده دیسک سخت است. درون یک هارد درایو شما چیزی به نام «پلاتر» دارید که یک سطح مغناطیسی برای ضبط اطلاعات است و با سرعت بسیار زیادی به دور خود می چرخد. یک ابزار هم به نام هد در سراسر صفحه مغناطیسی حرکت می کند و کار خواندن و نوشتن اطلاعات را انجام می دهد. کار هارد از این نظر مشابه گرامافون است. اما تفاوت اصلی در این است که نوک هد هرگز با صفحه مغناطیسی تماس ندارد.
هارد درایوها به طور معمول در اندازه های 1.8 اینچی، 2.5 و 3.5 اینچی تولید می شوند، اماممکن است در اندازه های بزرگتر و کوچکتر از این هم دیده شوند. 3.5 اینچی ها در کامپیوتر های رومیزی به کار می روند و 2.5 اینچی ها مخصوص لپ تاپ هستند. 1.8 اینچی ها هم در iPod کلاسیک، مک بوک ایر و برخی ابزارهای پرتابل کوچک کاربرد دارند. این اعداد نشان دهنده قطر پلاتر به کار رفته در آن هارد درایو هستند.
یک درایو هرچه تعداد پلاتر بیشتری داشته باشد، توانایی نگهداری حجم بیشتری از اطلاعات را خواهد داشت. اما در این میان هنوز برخی محدودیت ها در خصوص تعداد و حجم اطلاعات پلاتر ها وجود دارد. هارد درایوهای پرظرفیتی که در کامپیوتر های رومیزی مورد استفاده قرار می گیرند می توانند تا 4 پلاتر داشته باشند. بسیاری از مدل های 3.5 اینچی و برخی از 2.5 اینچی های ویژه 3 پلاتر دارند. اما اغلب 2.5 اینچی های لپ تاپ و تمام 1.8 اینچی های پرتابل به دو پلاتر محدود می شوند.
ممکن است فکر کنید در هارد 1 ترابایتی و یا غول های 1.5 و 2 ترابایتی که توسط هیتاچی و سی گیت تولید شده اند، با توده ای از پلاتر ها مواجه ایم. تکنیک استفاده شده در این هاردها به PMR یا ضبط مغناطیسی ستونی مشهور است که به ما این امکان را می دهد که بر روی پلاتر تا 10 برابر اطلاعات بیشتری ضبط و نگهداری کنیم. روش کار بدین صورت است که اطلاعات بصورت عمودی (ستونی) بر روی پلاترها ضبط می شوند، در حالی که در گذشته به صورت افقی (سطری) این کار انجام می شده است. اما اطلاعاتی که به این صورت نگهداری می شوند، در برابر پاک شدن و آسیب دیدن بسیار حساس و شکننده هستند. برای درک بهتر به این ویدئو نگاهی بیاندازید.

این همه اعداد و حروف چه معنی دارند؟
اگربه برچسب هارد دیسک ها دقت کرده باشید ممکن است به کلماتی از قبیل IDE، SATA و PATA برخورده باشید و یا خصوصیاتی مانند 5400RPM یا 7200RPM را مشاهده کرده باشید. همچنین اندازه های مختلفی چون 3.5 اینچ، 2.5 اینچ و 1.8 اینچ برای آنها ذکر می شود. حسابی گیج کننده است؟ همه این اطلاعات چه معنی می توانند داشته باشند؟
RPM در هارد دیسک ها دقیقا مترادف با معنی آن در اتومبیل است: تعداد دور در دقیقه. این عدد در هارد دیسک ها بسیار مهم است، زیرا سرعت چرخش بالاتر به معنی سرعت خواندن و نوشتن بیشتر است. 7200RPM سرعت استاندارد هارد دیسک کامپیوترهای رومیزی است، اما مدل های ویژه ای با سرعت های 10,000RPM و 15,000RPM هم برای کاربردهای حرفه ای تولید می شوند. هارد لپ تاپ ها به علت اندازه کوچک شان،عموما 5400RPM سرعت دارند. اما می توانید مدل های 7200RPM را هم بیابید، ولی باید مقداری از شارژ لپ تاپ تان را فدای سرعت بیشتر هارد تان کنید.
RPM را شاید بتوان مهمترین عامل کارایی هارد دیسک دانست. وقتی هارد با سرعت بیشتری بچرخد، اطلاعات بیشتری در واحد زمان قابل خواندن و نوشتن هستند، این امر همچنین امکان دسترسی سریعتر به اطلاعات را فراهم می کند. در سرعت های بالا، هد برای رسیدن به اطلاعات درست دچار وقفه نمی گردد و سریعا خود را به محل مناسب می رساند. زمان جستجوی هارد هم عبارت است از مدت زمان مورد نیاز که هارد هد را به محل مناسب برای خواندن و نوشتن اطلاعات برساند. هارد های با کیفیت و گرانقیمت زمان جستجویی در حد 2 میلی ثانیه دارند و برای هارد های معمولی موجود در بازار این زمان به 9 میلی ثانیه می رسد. بافر هارد هم نشان دهنده میزان اطلاعاتی است که قبل از استفاده cache می شوند و هر چه میزان آن بیشتر باشد هارد با سرعت بالاتری به درخواست های سیستم پاسخ می دهد. هارد های معمول موجود در بازار با بافرهای 8، 16 و 32 مگابایت ارائه می گردند، اما برخی هارد های ویژه را با بافرهای بسیار بالا هم (حتی تا یک گیگابایت) می توان یافت.



آنها چگونه وصل می شوند؟
ابزارهای بسیاری برای اتصال هارد دیسک به مادربورد وجود دارند. اما تا چند سال پیش در بازار هارد دیسک ها ATA -اتصال با تکنولوزی پیشرفته- استاندارد حکمران بود. این اتصال عبارت از یک سوکت 16 پین بود که کنترل هارد دیسک را در اختیار مادر بورد قرار می داد. البته قبل از اینکه SATA پا به عرصه بگذارد، رابط ATA صاحب برادر دوقلویی به نام Parallel ATA هم شد.
پس از آن، ATA به دفعات دچار بازبینی ها و ارتقا های متعددی شد که به آن اجازه می داد با هارد های حجیم تر و سریعتر هم به راحتی کار کند. ممکن است هارد هایی را دیده باشید که بر روی آنها عبارت Ultra ATA درج شده است. این دسته از رابط ها امکان جابجایی اطلاعات را با سرعت 133 مگابیت بر ثانیه مهیا می ساختند. ATA در میان عموم به IDE هم مشهور است، اما همان نام ATA توصیف دقیق تری برای این رابط است. اگر درون کامپیوترتان را نگاهی انداخته باشید ممکن است این نوع رابط را دیده باشید. تشخیص این رابط هم بسیار آسان است، کابل های نواری عریضی که فضای زیادی را هم اشغال کرده اند، همان کابلهای ATA هستند. نوع دیگری از کابل ها که ممکن است نام آن برایتان اشنا باشد، رابط های SCSI (اسکازی) هستند که در زمان حکومت ATA/IDE، به طور معمول برای مقاصد تجاری و یا سیستم های با کاربری ویژه استفاده می شدند. یکی دیگر از دردسرهای رابط های ATA/IDE تنظیمات Master/Slave و نحوه کار با آنها بود که با ظهور SATA این مشکل هم رفع شده است.
در چند سال اخیر استاندارد SATA برای هارد دیسک ها استفاده می شود که دنیایی کاملا متفاوت از ATA است. این رابط ها از اولین ابزار هایی بودند که به سرعت 1.5 گیگابیت بر ثانیه دست یافتند و هم اکنون با سرعت 3 گیگابیت بر ثانیه کار می کنند. البته چیزی نمانده که به سرعت 6 گیگابیت بر ثانیه هم دست پیدا کنند. این کابل ها نازک ترند و جای کمتری از کیس را اشغال می کنند، که این امر باعث مرتب تر بودن داخل کیس و گردش هوای بهتر در آن می شود. با استفاده از این استاندارد، دیگر نیازی به تنظیمات پیچیده و گیج کننده ندارید و کار با آن بسیار راحت تر است. امروزه برخی از ابزارهای external هم از نوع خاص SATA با نام eSATA استفاده می کنند که e مخفف همان external یا بیرونی است که امکان استفاده از سرعت بالای SATA را بصورت پرتابل و بیرونی فراهم می کند. چیزی نمانده که eSATA هم به استانداردی شبیه USB و با سرعت بسیار بالاتر از آن تبدیل گردد.
زمان جستجوی بالا، چیزی کاملا متفاوت با زمان انتقال بالا است. اولی نشان دهنده مدت زمانی است که اطلاعات مورد نظر در هارد پیدا می شوند و دومی نشان دهنده مدت زمانی است که این اطلاعات به مقصد منتقل می گردند. اگر بخواهیم این موضوع را به شکل ساده توضیح دهیم، یک هارد با رابط کم سرعت و زمان جستجوی سریع بهتر است برای جاهایی که تکه های کوچک اطلاعاتی را مرتبا جابجا می کنند بکار گرفته شود و هارد با رابط پرسرعت و زمان جستجوی کندتر بدرد کسانی می خورد که همیشه حجم بالایی از اطلاعات را انتقال می دهند.


چرا هاردها می میرند؟
به یاد دارید که گفتیم هد در حالت عادی هیچ گاه سطح پلاتر هارد را لمس نمی کند؟ هنگامی که هد با سطح پلاتر تماس پیدا کند در اصطلاح به آن شکستگی هد می گوییم (ویدئویی در این زمینه). به طور معمول هد بر روی کیسه کوچکی از هوا حرکت می کند، اما برخی ذرات ریز باعث می شوند هد بر روی دیسک کوبیده شود، این اتفاق در سرعت های چرخش بالاتر بیشتر اتفاق می افتد و تاثیر شدید تری هم بر هد و پلاتر می گذارد، زیرا ضربه آن مانند این است که هد دفعات بیشتری بر سطح پلاتر کوبیده شود. قطعات ظریف مکانیکی با این اتفاقات سرانجام به پایان عمر خود می رسند، چیزی که معمولا با نام میانگین عمر شناخته می شود. متاسفانه هنگامی که عمر درایو شما به پایان می رسد دیگر کاری جز خرید یک هارد جدید از دستتان بر نمی آید. مگر اینکه مشکل ایجاد شده برای هارد شامل موارد گارانتی تولید کننده باشد.
و مهمترین چیزی که در مورد هارد دیسک باید بدانید، این است که از خرت و پرت هایتان حتما نسخه پشتیبان تهیه کنید، ممکن است هارد دیسک ها با هیبت و مقاوم به نظر بیایند، اما این به این معنی نیست که آنها هیچ نقطه ضعفی ندارند.  

فلاپی دیسک، دیسک نرم رایانه است که از جنس فیلم ویدئویی است و ۱٫۴۴ مگابایت حجم دارد.

به آنها دیسکت نیز گفته می‌شودکه یک صفحه گرد صاف و انعطاف‌پذیر که با لایه‌ای از اکسید آهن پوشیده شده و سطح آن حاوی ذرات ریزی است که قابلیت حفظ میدان مغناطیسی را دارند و در مجموع در یک پوشش پلاستیکی محافظ جای می‌گیرد. این دیسک هابه طور گسترده به عنوان رسانه یا واسطه ذخیره سازی ثانوی به کار می‌رود. دیسکهای نرم وسیله‌ای معمول و رایج برای انتقال فایلها برنامه و متن از یک رایانه به رایانه دیگر هستند و زمانی تنها وسیله ذخیره سازی ثانوی برای رایانه‌های شخصی بودند. اما با ساخته شدن دیسکهای سخت ارزان قیمت این گونه دیسکها به صورت جانبی مورد استفاده قرار میگیرند.

فلاپی دیسک در اصل نوعی حافظه جانبی از نوع دیسک مغناطیسی‌است‌ که از یک صفحه حساس به مغناطیس از جنس پلاستیک ساخته شده است و در یک محفظه پلاستیکی نیز قرار دارد. ظرفیت این نوع حافظة جانبی 1.44 مگا بایت بوده که امروزه حافظة نسبتاً کمی به حساب می‌آید.

مزیت فلاپی دیسک ها
شاید تنها مزیت فلاپی دیسک ها قابلیت حمل آنها باشد که به کاربر این امکان را می دهد تا اطلاعاتی در حدود یک مگا بایت را با خود حمل نماید ( که البته اطلاعات زیادی بشمار نمی‌آید )


اشکالات فلاپی دیسک‌ها
با توجه به اینکه فلاپی دیسک‌ها حافظه‌های جانبی نسبتاً قدیمی هستند، امروزه اشکالات زیادی در رابطه با آنها به چشم می‌خورد که عبارت‌اند از : سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات در آنها بسیار کم است ظرفیت آنها کم است نسبت به ضربه حساس بوده و در نتبجه دوام کمی دارند


موارد نگهداری از فلاپی دیسک‌ها
در نگهداری از فلاپی دیسک‌ها باید به موارد زیر توجه نمود

آنها را در دمای مناسب نگهداری کرد
به آنها ضربه‌ای وارد نشود
جسم خارجی باصفحة حساس به مغناطیس آنها برخورد ننماید

در میدان‌های مغناطیسی شدید قرار داده نشوند

ساختمان فلاپی دیسک‌ها
فلاپی دیسک‌ها از یک صفحة دایره ای شکل از جنس پلاستیک ساخته می‌شوند که از مواد حساس به مغناطیسی پوشیده شده است . بر روی فلاپی دیسک ها شیارهای دایره ای شکلی وجود دارد به نام TRACK که اطلاعات بر روی آن به صورت مغناطیسی نوشته می شود .برای دسترسی سریعتر به اطلاعات ذخیره شده ، هر یک از شیارها را به قسمت های کوچک‌تری تقسیم می کنند که قطاع یا SECTOR نام دارد . ظرفیت هر قطاع 512 بایت است .


محافظت نمودن فلاپی دیسک‌ها در مقابل نوشتن
در بعضی از موارد لازم است پس از ذخیره نمودن اطلاعات در فلاپی دیسک ها آنها را در مقابل تغییر و یا پاک شدن محافظت نمود . بدین جهت در فلاپی دیسک ها یک فضای باز مربع شکلی در نظر گرفته شده است که در زیر آن یک دکمة متحرک قرار دارد . هر گاه دکمة متحرک فضای باز را نپوشاند امکان‌نوشتن و یا پاک کردن اطلاعاتِ دیسک وجود ندارد و تنها می توان اطلاعات را از روی دیسک خواند . به عبارت دیگر در چنین حالتی تنها می توان عمل LOAD را جهت اجراء برنامه ها انجام داد . به این حالت از دیسک اصطلاحا Write protect می گویند .

منبع تغذیه (Computer power supply units) وظیفه عرضه برق را به اجزای مختلف کامپیوتر بر عهده دارد. این دستگاه باید برق شهری را به ولتاژ مورد نیاز برای اجزای ماشین تبدیل کند . قطعات کامپیوتر نیاز به منبع تغذیه دقیق دارند ، اندکی نوسان در جریان می تواند آسیب های جدی به قطعات کامپیوتر وارد کند .

حداکثر قدرت یک منبع تغذیه شایع ترین مشخصه آن است که معمولاً در هنگام خرید باید به آن توجه داشت .قدرت یک منبع تغذیه به طور معمول در یک کامپیوتر رومیزی از حدود ۴۰۰ وات تا ۱۰۰۰ وات است دستگاه هایی نیز وجود دارند که تا ۲۰۰۰ وات قدرت را تأمین می کنند که البته بسیار گران قیمت هستند که اغلب در ایستگاه های کاری (workstations) و سرورها استفاده می شود .

طیف گسترده ای از اتصالات به صورت استاندارد بر روی منبع تغذیه وجود دارد . این اتصال دهنده ها قابلیت های کامپیوتر را تعیین می کنند از این رو باید دید که این اتصال دهنده ها نیاز کامپیوتر ما را برآورده می کنند یا نه و از سوی دیگر یک آداپتور مورد اعتماد باید بتواند نیروی اجزاء مختلف کامپیوتر را تأمین کند .

خرید یک منبع تغذیه ؟

مهم ترین  سوالی که قبل از خرید یک منبع تغذیه باید به آن پاسخ داد این است که کامپیوتر ما به چه میزان انرژی نیاز دارد ؟

برای پاسخ به این سوال کافیست انرژی مصرفی توست قطعات مختلف را باهم جمع کنیم . میزان انرژی مورد نیاز هر قطعه را می توان در وب سایتهای مربوط به آنها پیدا کرد . ولی هنگام خرید حتماً باید قدرت منبع تغذیه را ۳۰% بیشتر از میزان مورد نیاز در نظر گرفت . اضافه کردن این قدرت اضافی به شما اطمینان خواهد داد که در هنگام اضافه کردن اجزاء جدید به کامپیوتر دیگر لازم نیست که منبع تغذیه را عوض کنید .به غیر از وات شما باید نوع اتصالات موجود را نیز در نظر بگیرید .

با خرید یک منبع تغذیه مناسب می توانید مدت طولانی ای از آن استفاده کنید و در هزینه خرید و ارتقاع کامپیوتر مبلغ قابل توجهی را صرفه جویی کنید .

کیس ، یک جعبه فلزی و پلاستیکی است که قطعات اصلی یک کامپیوتر را در خود جای می دهد . با این که کیس دارای نقشی حیاتی در یک کامپیوتر نظیر پردازنده و یا مادربرد نمی باشد، ولی نمی توان به آن صرفا" به عنوان یک جعبه نگاه کرد . کیس دارای نقشی اساسی در رابطه با نحوه عملکرد مناسب و شکل ظاهری یک کامپیوتر است :ساختار : مادر برد در کیس و در محل مورد نظر بسته می شود. سایر قطعات داخلی به مادربرد متصل شده و یا مستقیما" به کیس بسته خواهند شد .

کیس ، یک جعبه فلزی و پلاستیکی است که قطعات اصلی یک کامپیوتر را در خود جای می دهد . با این که کیس دارای نقشی حیاتی در یک کامپیوتر نظیر پردازنده و یا مادربرد نمی باشد، ولی نمی توان به آن صرفا" به عنوان یک جعبه نگاه کرد . کیس دارای نقشی اساسی در رابطه با نحوه عملکرد مناسب و شکل ظاهری یک کامپیوتر است :ساختار : مادر برد در کیس و در محل مورد نظر بسته می شود. سایر قطعات داخلی به مادربرد متصل شده و یا مستقیما" به کیس بسته خواهند شد .کیس می بایست دارای یک ساختار قابل قبول برای نصب قطعات باشد تا این اطمینان حاصل گردد که هر چیز به درستی در محل خود قرار گرفته و همه چیز به درستی کار می کند . حفاظت : کیس ، حفاظت لازم از عناصر نصب شده درون سیستم با دنیای خارج و بالعکس را انجام می دهد . یک کیس مناسب ، درون کامپیوتر را در مقابل صدمات فیزیکی ، اشیاء خارجی و نوسانات جریان برق محافظت نموده و سایر تجیهزات الکترونیکی موجود در خارج از کیس نیز در مقابل نویز تولید شده توسط عناصر درون کیس ، حفاظت می شوند . منبع تغذیه نصب شده بر روی کیس ، با توجه به نحوه انجام وظایف مربوطه ، امواج رادیوئی محدودی را تولید می نماید که می تواند بر روی سایر دستگاه های الکترونیکی در مجاورت کیس ، تاثیر داشته باشد . سیستم خنک کننده : حرارت در هر سیستم با کارائی بالا می تواند مسائل خاص خود را بدنبال داشته باشد . پردازنده های با سرعت بالا ، برق بیشتری را مصرف می نمایند و طبیعی است که حرارت بیشتری را نیز تولید نمایند . در صورتی که عناصر حیاتی درون کیس به درستی خنک نگردند و حرارت آنان افزایش پیدا نماید ، می بایست در انتظار طیف وسیعی از مشکلات و مسائل کاملا" تصادفی در سیستم بود . مسائلی که عملا" امکان ردیابی و تشخیص آنان ممکن است مدت ها بطول انجامد . متاسفانه مشکلاتی که بدلیل افزایش حرارت در سیستم ایجاد می شود ، بگونه ای نمی باشند که یک پیام خاص بر روی نمایشگر نمایش داده شود و اعلام گردد که "سیستم به دلیل بالا رفتن حرارت قادر به کارکردن نمی باشد" . یک کیس مناسب دارای امکانات لازم به منظور خنک نمودن عناصر حیاتی سیستم است. در کیس های کوچک بدلیل این که عناصر در فاصله کمتری نسبت به یکدیگر نصب می گردند ، جریان هوای درون کیس کاهش پیدا نموده ( توسط برخی عناصر بلاک می گردد ) و دستگاه تولید کننده حرارت دارای فضای کمتری به منظور دور کردن حرارت می باشد . قابلیت توسعه : کیس، ظرفیت فیزیکی ارتقاء کامپیوتر در آینده را نیز مشخص خواهد کرد . مثلا" در صورتی که قصد اضافه نمودن تجهیزاتی نظیر هارد دیسک ، درایوهای CD ، درایو Tape و سایر دستگاه های داخلی را داشته باشیم ، تمامی عناصر فوق می بایست در مکان هائی که در کیس تعبیه می گردد ، نصب شوند. در صورت کوچک بودن کیس و یا عدم طراحی مناسب آن ، در زمان ارتقاء سیستم با محدودیت های ناخواسته ای مواجه خواهیم شد . زیبائی : کیس ، اولین نمای ظاهری از یک کامپیوتر است که توجه افراد را به سوی خود جلب می نماید . برای برخی از مردم شکل ظاهری کیس دارای نقشی اساسی نمی باشد و برای تعدادی دیگر این موضوع حائز اهمیت است . نمایش وضعیت عملیات درون کیس : کیس دارای چندین LED است که اطلاعات لازم در رابطه با عملیاتی که درون کیس در شرف انجام است را اعلام می نماید ( برخی از عملیات نشان داده خواهند شد ).
اجزای یک کیس
به همراه کیس عناصر دیگری نیز عرضه می گردد. عناصر فوق با توجه به نوع و طراحی یک کیس متفاوت می باشند . در زمان تهیه یک کیس می بایست از وجود عناصر ارائه شده همراه کیس اطمینان حاصل نمود تا در زمان نصب تجهیزات سخت افزاری درون آن با مشکل خاصی مواجه نشویم . در صورت تهیه یک سیستم آماده ( اسمبل شده ) ، از تعداد زیادی از عناصر فوق استفاده شده است .
فریم و روکش
فریم فیزیکی کیس و روکش آن معمولا" از جنس ورق فلزی می باشد. روکش کیس با استفاده از پیچ به بدنه کیس بسته می شود ( تمامی کیس ها از پیچ به منظور بستن روکش به بدنه استفاده نمی نمایند و در طرح های جدید از پانل های متحرک استفاده می گردد ) . نوع و کیفیت روکش و فریم کیس یکی از عوامل تاثیر گذار در نگهداری ، طول عمر مفید و زیبائی یک کیس می باشد . غیر قابل انعطاف : تعداد زیادی از عناصر درون کامپیوتر دارای تحمل مناسب به منظور بستن بر روی کیس می باشند ( مثلا" مادربرد ) . یک کیس با کیفیت بالا از ورق های فلزی ( ۱۶ تا ۱۸ ) استفاده می نماید. تمامی کیس های فلزی دارای استحکام لازم بوده و سیستم را در مقابل خم شدن و لرزش حفاظت می نمایند . تناسب لازم : کیس های با کیفیت دارای یک تناسب بین عناصر خود هستند . روکش به درستی به صورت کشوئی در فریم قرار می گیرد و هر پانل پلاستیکی بدون تلق و تلق و یا وجود فاصله و فضای خالی بدرستی در محل مربوطه قرار می گیرد . بستن مناسب روکش به فریم ، کاهش تشعشعات رادیوئی از کامپیوتر را بدنبال خواهد داشت . برش مناسب : کیس های مناسب به خوبی برش داده می شوند . در برخی از کیس ها نوع برش بگونه ای است که لبه ها و گوشه های تیزی ایجاد می گردد که می تواند برای هر فردی که از کیس استفاده می نماید ، خطرناک باشد .
منبع تغذیه
منبع تغذیه معمولا" به همراه کیس ارائه می گردد ولی از لحاظ فنی جزئی از یک کیس نمی باشد . منبع تغذیه به همراه یک فن تعبیه شده ارائه می شود که در قسمت پشت کیس نصب می گردد . بر روی منبع تغذیه از یک سوئیچ برای تغییر ولتاژ ورودی استفاده می شود که در اکثر سیستم های جدید پشت یک دکمه پلاستیکی قرار می گیرد که از طریق بخش بیرونی منبع تغذیه در دسترس قرار خواهد گرفت . به همراه اکثر کیس ها یک کابل برق استاندارد ( معمولا" مشکی ) ارائه می شود که منبع تغذیه از طریق آن به برق متصل می گردد .
کابل های اتصال Speaker و LEDs
اکثر کیس ها حداقل دارای دو LED می باشند که روشن و یا خاموش بودن سیستم و فعالیت هارد دیسک را نشان می دهند . برخی کیس ها دارای LED بیشتری می باشند . یک Speaker استاندارد در کامپیوترهای شخصی معمولا" در محلی درون کیس بسته می شود. به همراه کیس، کابل های خاصی برای LED و Speaker ارائه می شود که به مادربرد و یا درایوها متصل می گردند .
هواگیر خننک کننده و فن های کمکی
هواگیرهای خنک کننده معمولا" در جلوی کیس قرار می گیرند تا امکان چرخش هوا درون کیس فراهم گردد . برخی از کیس ها دارای امکانات لازم به منظور اضافه نمودن فن های بیشتری می باشند .
امکانات لازم به منظور بستن عناصر درون کیس
در صورت تهیه یک کیس جدید ، امکانات سخت افزاری خاصی به منظور بستن مادربرد بر روی کیس نیز ارائه می گردد . امکانات فوق با توجه به نوع طراحی کیس و سیاست های تولید کننده متفاوت می باشد. پایه های پلاستیکی که از آنان به منظوربستن مادربرد برروی کیس استفاده می گردد و واشر هائی از جنس پلاستیک و یا کاغذ که در زیر پیچ ها قرار خواهند گرفت ، از حمله امکانات ارائه شده به همراه کیس می باشد .
انواع کیس : اندازه و Style
کیس ها در مدل های متفاوتی عرضه می گردند. کیس های Desktop و Tower ( صرفنظر از اندازه آن ) دو نمونه متداول در این زمینه می باشند . کیس های Desktop به شکل مستطیل و کیس های Tower به شکل برج می باشند. برای اندازه و شکل یک کیس تاکنون استاندارد خاصی تدوین نشده است . مثلا" یک کیس Full tower تولید شده توسط یک تولید کننده می تواند با نمونه مشابه تولید شده توسط یک شرکت دیگر متفاوت باشد . برخی از تولیدکنندگان ، امکاناتی را به کیس اضافه می نمایند که قابلیت های آن را افزایش می دهد . مثلا" کیس های Mini tower یک تولید کننده ممکن است دارای فضاء و امکانات بیشتری به منظور نصب تجهیزات سخت افزاری در مقایسه با یک کیس Mid Tower باشند .
محل استقرار کیس
اولین موضوع در زمان انتخاب یک کیس، تعیین مکان استقرار کیس است. در این رابطه از دو گزینه متفاوت میزکار و یا کف زمین می توان استفاده نمود. قرار دادن کیس بر روی زمین، بخشی از فضای میز شما را آزاد می نماید ولی دکمه های Power ، Reset ، LED و درایوهای موجود براحتی در دسترس شما قرار نخواهند گرفت( خصوصا" اگر محل نصب کیس با میز کار فاصله داشته باشد) . در چنین مواردی ممکن است به دلیل فاصله زیاد بین کیس و میزکار ، به امکانات خاصی به منظور افزایش طول کابل صفحه کلید، موس و یا مانیتـور نیاز باشد . کیس های Desktop معمولا" بر روی میز و کیس های Tower بر روی زمین قرار گرفته و در اندازه های متفاوتی عرضه می شوند : Full Tower : این نوع کیس ها بزرگ و سنگین بوده و معمولا" دارای ارتفاعی بین دو تا سه فوت می باشند . کیس های فوق دارای امکانات و انعطاف لازم در زمان توسعه سیستم می باشند . ( استفاده از چندین Drive Bay برای نصب درایو درون کیس ) . کیس های Full tower معمولا" از منابع تغذیه با توان بالا استفاده می نمایند . Mid Tower : کیس های فوق مشابه Full tower بوده با این تفاوت که اندازه آنان کوچکتر است . Mini Tower : در حال حاضر یکی از متداولترین کیس های استفاده شده برای کامپیوترهای شخصی است . سیستم خنک کننده این نوع کیس ها بهتر از کیس های Desktop می باشد. اندازه این کیس ها بگونه ای است که بسیاری از کاربران ترجیح می دهند آنان را بر روی میز کار خود قرار دهند.Desktop : استفاده از کیس های فوق در ماشین های IBM مدل های AT و XT متداول و بنوعی استاندارد گردید. کیس های Desktop امروزی دارای تفاوت هائی با مدل های قدیمی می باشند ولی ایده آن همچنان یکی است : قرار دادن کیس بر روی میز و مانیتور بر روی آن طرح های خاص : علاوه بر مدل های استاندارد کیس ، در برخی سیستم ها از طرح های کاملا" خاص و سفارشی استفاده می گردد . مثلا" در برخی از مدل های کامپک ، مانیتور و کیس در یک جعبه مشترک قرار می گیرند . قابلیت ارتقاء اینگونه سیستم ها بدلیل وابستگی به یک طرح خاص ، مشکلات خاص خود را بدنبال خواهد داشت .
انواع کیس : لی اوت عمومی
محل اسلات ها در پشت کیس و روشی که کیس با عناصر اصلی مرتبط می گردد از جمله عوامل تاثیر گذار در انتخاب یک لی اوت می باشد . منبع تغذیه ، مادربرد و نوع کیس سه عامل مهم در رابطه با نوع لی اوت یک کیس می باشند که می بایست بدرستی با یکدیگر مطابقت نمایند . ATX ، اولین تغییر محسوس در طراحی کیس و مادربرد در سالیان اخیر است که توسط شرکت اینتل در سال ۱۹۹۵ مطرح گردید.در این نوع کیس ها از منابع تغذیه ATX استفاده می شود . در پشت کیس ، سوراخ های خاصی تعبیه شده است تا متناسب با نوع مادربرد از آنان استفاده شود ( خصوصا" پورت های I/O ).
Drive Bays
به فضای موجود در کیس به منظور قرار دادن هارد دیسک ، فلاپی ، CD و سایر درایوها اطلاق می گردد که داری دو نوع Internal ، External و در دو اندازه متفاوت ۵ / ۳ و ۲۵ / ۵ اینچ است .External Bay ، امکان دستیابی به دستگاه مورد نظر را از طریق خارج از کیس فراهم می نماید . هر نوع دستگاهی که از رسانه های ذخیره سازی Removable استفاده می نماید و یا دارای امکاناتی به منظور کنترل دستی است ، در یک External drive bay قرار می گیرد( فلاپی دیسک ، CD و ...) . Internal Drive Bay ، درون کیس قرار داشته و عملا" امکان دستیابی به آنان از خارج از کیس وجود ندارد . در صورتی که نحوه عملکرد یک دستگاه بگونه ای است که نیازمند دسترسی و یا کنترل خارجی نمی باشد ، از یک Internal Bay استفاده می گردد ( نظیر هارد دیسک ، البته می توان هارد دیسک را درون یک External Bay نیز نصب نمود ) .
نحوه انتخاب یک کیس
برای تهیه یک کیس می بایست پارامترهای متعددی را بررسی نمود : عملکرد در مقابل زیبائی : تعداد زیادی از مردم انتخاب یک کیس را بر اساس شکل ظاهری و قیت آن انجام می دهند . اکثر کارشناسان کامپیوتر انتخاب یک کیس را بر اساس قابلیت ها و پتانسیل های درون کیس انجام خواهند داد . منبع تغذیه : مهمترین بخش یک کیس ، منبع تغذیه آن است . منبع تغذیه از جمله تجهیزات محدود سخت افزاری در کامپیوتر است که دارای بخش های متحرکی است ( فن ها ) که می تواند مسائل مختص به خود را در مقایسه با سایر عناصر سخت افزاری بدنبال داشته باشد . انتخاب یک کیس به همراه یک منبع تغذیه مناسب ، امری حیاتی است . توان خروجی یک منبع تغذیه نسبت به قابلیت اعتماد پذیری آن از درجه اهمیت کمتری برخوردار است . برای اکثر سیستم ها یک منبع تغذیه سیصد وات کفایت می نماید . در مواردی که از چندین هارد درایو ، درایو نوری و کارت های گرافیک با پتانسیل بالا استفاده می شود، می توان از یک منبع تغذیه ۳۵۰ و یا ۴۰۰ وات استفاده نمود . سیستم خنک کننده : استفاده از یک و یا چندین فن به همراه کیس همواره توصیه می گردد . پردازنده هائی که امروزه از آنان استفاده می گردد، دارای سرعت بسیار بالائی بوده و حرارت زیادی را نیزتولید می نمایند . بنابراین می بایست از خنک کننده هائی استفاده شود که در زمانی قابل قبول عناصر حیاتی نظیر پردازنده ، هارد دیسک و کارت گرافیک را خنک نمایند . استفاده آسان : یک کیس جادار که بسادگی به آن دستیابی شود و دارای لبه ها و گوشه های تیزی نمی باشد از جمله آرزوهای هر تکنسین کامپیوتر است .
سازگاری :
AT ، علیرغم این که چندین سال به عنوان یک استاندارد مورد استفاده قرار می گرفت،ولی هم اینک به عنوان یک استاندارد غیر فعال( مرده ) محسوب می گردد . مادربردهای AT اغلب در کیس های ATX کار می کنند ولی مادربردهای ATX در کیس های AT کار نمی کنند ( بسادگی ) . در زمان ارتقاء از AT به ATX ، می بایست از یک منبع تغذیه جدید نیز استفاده نمود . ATX : تقریبا" تمامی مادربردهای امروزی از نوع ATX و یا گونه های متفاوتی از آن می باشند . مهمترین مزیت ATX در مقابل استانداردهای قدیمی AT ، مدیریت پیشرفته power و وجود پورت های onboard نظیر کانکتور PS۲ و یا موس ، می باشد . طرح مناسب: کیس انتخابی می بایست دارای طرحی متناسب با خواسته استفاده کننده باشد . هر یک از طرح های موجود می تواند دارای مزایا و معایب مختص به خود باشد . مواد استفاده شده برای تولید کیس: ورقه های آهنی و پلاستیک دو ماده اولیه در ساخت کیس ها می باشند . کیس های فلزی سنگین و کیس های آلومینیومی سبک تر می باشند. وزن سبک یک کیس می تواند پارامتری تاثیرگذار در انتخاب یک کیس در نظر گرفته شود ، خصوصا" اگر به دلایلی دائما" کیس را می بایست جابجا نمود . طول عمر مفید یک کیس و میزان تحمل آن در مقابل ضربات نیز به نوع مواد استفاده شده برای تولید کیس بستگی دارد . میزان ارائه نویز : سه عنصر حرکت کننده خاص در کیس استفاده می گردد (فن پردازنده ، فن کیس و فن درون منبع تغذیه) که می توانند تاثیری مستقیم در ارائه نویز و سطح آن را داشته باشند .انتخاب فن های مناسب به منظور برخورد با نویز بسیار حائز اهمیت است .اندازه مادربرد ، مکانیزم بستن فن پردازنده و روشی که مادربرد به کیس بسته می شود، از حمله عوامل تاثیر گذار دیگر در ارائه نویز است. هر اندازه ابعاد مادربرد بزرگتر باشد ، سطح نویز کمتر خواهد بود . بستن مناسب فن پردازنده و مادربرد، کاهش نویز را بدنبال خواهد داشت .

یک (central processing unit (CPU که گاهی اوقات آن را پردازنده (Processor) نیز می‌نامند ؛ یکی از اجزاء رایانه‌های رقمی می‌باشند که فرامین را در رایانه‌ها تفسیر می‌نماید و اطلاعات را مورد پردازش قرار می‌دهد . واحدهای مرکزی پردازش ویژگی پایه‌ای قابل برنامه ریزی شدن را در رایانه‌های رقمی فراهم می‌کنند ؛ و یکی از مهم‌ترین اجزاء رایانه‌ها در حافظهٔ اولیه ؛امکانات ورودی/خروجی هستند .یک پردازندهٔ مرکزی مداری یکپارچه می‌باشد که معمولاً به عنوان ریزپردازنده شناخته می‌شود . امروزه عبارت CPU‌ها معمولاً برای ریزپردازندها به کار می‌روند.
عبارت «central process unit»(واحد پردازندهٔ مرکزی) یک ردهٔ خاص از ماشین را معرفی می‌کند که می‌تواند برنامه‌های رایانه را اجرا کند .این عبارت گسترده می‌تواند به راحتی به بسیاری از رایانه‌هایی که بسیار قبل تر از عبارت "CPU" بودند تعمیم داد . به هر حال ؛این عبارت و شروع استفاده از آن در صنعت رایانه حداقل از اوایل سال ۱۹۶۰ رایج شد. شکل ,طراحی و پیاده سازی پرازنده‌ها نسبت به طراحی اولیه تغییر کرده‌است ولی عملگرهای بنیادی آن همچنان به همان شکل باقی مانده‌است .
پردازنده‌های اولیه که به عنوان یک بخش از چیزی بزرگ‌تر که معمولاً یک نوع رایانه ‌است ؛دارای طراحی سفارشی بودند . در هر صورت این روش طراحی سفارشی پردازنده‌ها ،کاری گران قیمت برای یک بخش خاص، به مقدار زیادی راه تولید را به تعداد زیاد که برای اهداف زیادی قابل استفاده بود را فراهم کرد .این استانداردسازی روند عمومی را در عصر transistor mainframes وminicomputer گسسته و شتابدار کردن تعمیم مدارات مجتمع(IC)را شروع کرد . IC امکان افزایش پیچیدگی ها برای طراحی پردازنده‌ها و ساختن آنها در مقیاس کوچک (در حد میلیمتر) امکان پذیر می‌سازد. هر دو فرآیند کوچک سازی و استاندارد سازی پردازنده‌ها حضور این تجهیزات رقمی در زندگی مدرن گسترش داد و آن را به فراتر از یک دستگاه خاص مانند رایانه برد .ریزپردازنده‌های جدید در هر چیزی چون خودروها تا تلفن‌های همراه و حتی اسباب بازی‌های کودکان وجود دارند.

تاریخچه

پیش از ظهور اولین ماشین که به پردازنده‌های امروزی شباهت داشت ؛ کامپیوتر‌هایی مثلانیاک(‍‍‍‍‌‍ENIAC) مجبور بودند برای اینکه کارهای مختلفی را انجام دهند دوباره سیم کشی کنند . این ماشین‌ها اغلب به رایانه هایی، با برنامهٔ ثابت اطلاق می‌شد تا زمانیکه توانایی اجرای چند برنامه را پیدا کردند. عبارت "CPU" از زمانی برای ابزار اجرا کنندهٔ نرم افزار(برنامهٔ رایانه) تعریف شد ؛ اولین ابزارهای که عبارت "CPU" به آن‌ها اطلاق شد همراه ظهور اولین برنامهٔ ذخیره شدهٔ در رایانه بود.
ایدهٔ برنامهٔ ذخیره شده مربوط به بعد زمان طراحی ENIAC بود . در ۳۰ ژوئن سال ۱۹۴۵ (۹ تیر ماه ۱۳۲۴) قبل از اینکه انیاک کامل شود , دانشمند ریاضیدان جان فون نیومان در مقاله‌ای به نام «First Draft of a Report on the EDVAC» آن را شرح داده بود .سرانجام شکل کلی ارائه داده شده برای برنامهٔ قابل ذخیره شدن در رایانه در آگوست سال ۱۹۴۹(تیر ماه ۱۳۲۸) کامل شد .EDVAC برای اجرا یک سری دستوالعمل‌های معین (یا عملگرهای خاص) برای گونه‌های متفاوت ،طراحی شده بود .این دستورالعمل‌ها می‌توانستند ترکیب شوند تا برنامه‌های مفید را بر روی EDVAC اجرا کنند . از نکات قابل توجه این بود که برنامه‌ای که برای EDVAC نوشته شده بود در یک حافظهٔ رایانه‌ای سریع؛ ذخیره شده بود که سریعتر از ثبت سخت افزاری است این پیروزی یک محدودیت شدید را بر ENIACایجاد می‌کرد و آن عبارت بود از این که مقدار بسیار زیادی از زمان و تلاش آن صرف تنظیمات دوباره برای انجام یک کار(پردازشی) جدید بود .با طراحی فون نیومان ؛برنامه یا نرم افزار که EDVAC اجرا می‌کرد می‌توانست تغییری ساده با محتوای حافظهٔ رایانه تغییر دهد .
دستگاه‌های رقمی حال حاضر ،همه با پردازنده‌هایی توزیع شده‌اند که به مدار گسسته و بنابراین به تعدادی تغییر المان برای متفاوت بودن و تغییر حالات احتیاج دارند . قبل از تجاری شدن ترانزیستور ؛ برای تغییر المانها از electrical relays و vacum tubes به صورت عمومی استفاده می‌شد . اگر چه اینها از مزایایی چون سرعت - به خاطر ساز و کار عمومی شان- برخوردار بودند ولی به خاطر بعضی مسایل غیرقابل اطمینان بودند .

ترانزیستور و مدارات مجتمع گسسته پردازنده ها

پیچیدگی طراحی پردازنده‌ها هم ‌زمان با افزایش سریع فن آوری‌های متنوع که ساختارهای کوچک‌تر و قابل اطمینان تری را در وسایل الکترونیک باعث می‌شد، افزایش یافت . اولین موفقیت با ظهور اولین ترانزیستورها حاصل شد . پردازنده‌های ‍‍ ترانزیستوری در طول دهه‌های ۵۰ و ۶۰ میلادی زمان زیادی نبود که اختراع شده بود و این در حالی بود که آنها بسیار حجیم، غیر قابل اعتماد و دارای المانهای سوئیچینگ شکننده مانند لامپ‌های خلا و رله‌های الکتریکی بودند. با چنین پیشرفتی پردازنده‌هایی با پیچیدگی و قابلیت اعتماد بیشتری بر روی یک یا چندین برد مدار چاپی که شامل قسمت‌های تفکیک شده بودند ساخته شدند.
در طول این مدت ، یک روش برای تولید تعداد زیادی ترانزیستور روی یک فضای فشرده نظر اکثریت را به خود جلب کرد. مدارات مجتمع (IC)‌ها ،این امکان را فراهم کردند که تعداد زیادی از ترانزیستورها روی یک پایه نیمه رسانا لایه لایه شده یا «چیپ»ساخته شوند. در ابتدا تنها مدارات غیر تخصصی پایه مانند گیتهای منطقی NOR به صورت مدارات مجتمع ساخته شدند. پردازنده‌هایی که بر اساس چنین واحد سیستم پایه‌ای مدارات مجتمع ساخته شدند به طور کلی جزو مدارات مجتمع مقیاس کوچک (SSI) محسوب می‌شدند.مدارات مجتمع SSI مانند آنچه که در راهنمای کامپیوتر آپولو آورده شده ،معمولاً شامل ترانزیستورها با تعداد ضرایبی از ۱۰ می‌باشند. ساخت یک پردازنده یکپارچه و بی عیب و نقص بدون استفاده از مدارات مجتمع SSI نیازمند هزاران چیپ مجزا می‌باشد ، اما همچنان مقدار حجم و توان مصرفی بسیار کمتری نسبت به طراحی به وسیله مدارات ترانزیستوری گسسته نیازمند است.چنین تکنولوژی میکرو الکترونیک پیشرفته‌ای باعث افزایش تعداد ترانزیستورهای موجود در ICها شد و بدین ترتیب کاهش تعداد ICهای منفردی را در پی داشت که به یک پردازنده کامل نیاز داشتند. در مدارات مجتمع سری MSI و LSI (مدارات مجتمع مقیاس متوسط و بزرگ) میزان ترانزیستورها تا صدها و سپس تا هزاران ترانزیستور افزایش یافت.در سال ۱۹۶۴ شرکت IBMسیستم معماری ۳۶۰ کامپیوتر را معرفی کرد که در یک سری از کامپیوترها که می‌توانستند یک برنامه را با چندین سرعت و شکل مختلف اجرا کنند مورد استفاده قرار گرفت. این کار در زمانی که بیشتر کامپیوترهای الکترونیکی با یکدیگر نا سازگار بودند ، حتی آنهایی که توسط یک کارخانه ساخته می‌شدند ،بسیار حائز اهمیت بود. به منظور تسهیل در چنین پیشرفتی شرکت IBM از یک راهکار به نام ریز برنامه (ریز دستورالعمل)استفاده کرد ، که همچنان به صورت گسترده‌ای در پردازنده‌های مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم معماری ۳۶۰ آنچنان به شهرت رسید که چندین دهه بر بازار سیستم‌های کامپیوتری قدرتمند حکمفرما بود و چیزی از خود بر جای گذاشت که روند آن همچنان نیز به وسیله کامپیوترهای مدرن مشابه مانند کامپیوترهای سری Z شرکت IBM ادامه دارد. در همان سال (۱۹۶۴) انجمن تجهیزات دیجیتالی (DEC) یک کامپیوتر قدرتمند با هدف کاربرد علمی و تحقیقاتی به بازا عرضه کرد. بعدها یک سیستم با نام ۱۱ PDP-عرضه کرد که به نهایت شهرت دست یافت و این سیستم در اصل با مدارات مجتمع SSI ساخته شده بود با این تفاوت که نهایتا با اجزاء LSI تکمیل شده بود و به یکباره به کاربرد عملی رسید. بر خلاف SSI و MSI های قبلی ، اولین پیاده سازی LSI از ۱۱PDP- شامل پردازنده‌های مرکب از چهار LSI مدار مجتمع می‌باشد.(انجمن تجهیزات دیجیتالی ۱۹۷۵)
کامپیوترهای با ترانزیستور پایه دارای چندین مزیت ممتاز بود. گذشته از تسهیل و ساده سازی ، قابلیت اعتماد بالا و توان مصرفی پایین تری داشتند. ترانزیستورها همچنین به پردازنده‌ها اجازه می‌دادند تا با سرعت بالاتری مورد استفاده قرار گیرد و این به علت زمان سوئیچینگ کوتاه یک ترانزیستور در مقایسه با یک لامپ الکترونی یا رله می‌باشد. در نتیجه برای هر دو حالت افزایش اعتماد و متناسب با آن افزایش چشمگیر سرعت ، المانهای سوئیچینگ پالس ساعت پردازنده در دهگان مگاهرتز در طول این دوره بدست آمد. به علاوه زمانیکه ترانزیستورهای گسسته و ICهای ریزپردازنده‌ها مورد استفاده زیادی قرار گیرند ، طراحی‌های جدید با کیفیت بالا مانند SIMD(دستورالعمل‌های منفرد با اطلاعات چندگانه) پردازنده‌های جهت دار آشکار می‌شود. این طراحی آزمایشگاهی اخیر بعدها باعث شکل گیری عصر تخصصی ابر کامپیوترها مانند نمونه ساخته شده توسط کری اینک گردید.

CPU چیست ؟ - ریزپردازنده‌ها 

پیدایش ریز پردازنده‌ها در سال ۱۹۷۰ به طور قابل توجهی در طراحی و پیاده سازی پردازنده‌ها تأثیر گذار بود. از زمان ابداع اولین ریزپردازنده (اینتل۴۰۰۴)در سال ۱۹۷۰ و اولین بهره برداری گسترده از ریزپردازنده اینتل ۸۰۸۰ در سال ۱۹۷۴ ، این روند رو به رشد ریزپردازنده‌ها از دیگر روشهای پیاده سازی واحدهای پردازش مرکزی (CPU) پیشی گرفت ،کارخانجات تولید ابر کامپیوترها و کامپیوترهای شخصی در آن زمان اقدام به تولید مدارات مجتمع با برنامه ریزی پیشرفته نمودند تا بتوانند معماری قدیمی کامپیوترهای خود را ارتقا دهند و در نهایت ریز پردازنده‌ای سازگار با مجموعه دستورالعمل‌های خود تولید کردند که با سخت افزار و نرم افزارهای قدیمی نیز سازگار بودند. با دستیابی به چنین موفقیت بزرگی امروزه در تمامی کامپیوترهای شخصی CPUها منحصرا از ریز پردازنده‌ها استفاده می‌کنند.
نسل قبلی ریزپردازنده‌ها از اجزا و قسمت‌های بیشمار مجزا از هم تشکیل می‌شد که در یک یا چندین برد مداری قرار داشتند. اما ریزپردازنده‌ها ، CPUهایی هستند که با تعداد خیلی کمی ICساخته می‌شوند ، معمولاً فقط از یک IC ساخته می‌شوند. کارکرد در یک قالب مداری به مفهوم زمان سوئیچینگ سریعتر به دلیل حذف عوامل فیزیکی می‌باشد. مانند کاهش بهره پارازیتی خازنها ، که همگی در نتیجه کوچکی اندازه CPU هاست. این حالت باعث هم‌زمان سازی ریزپردازنده‌ها می‌شود تا بتوانند پالس ساعتی در رنج چند ده مگا هرتز تا چندین گیگا هرتز داشته باشند. به علاوه تعداد مینی ترانزیستورها روی یک IC افزایش می‌یابد و پیچیدگی عملکرد با افزایش ترانزیستورها در یک پردازنده به طرز چشمگیری باعث افزایش قابلیت CPUها می‌شود. این واقعیت به طور کامل مبین قانون مور می‌باشد که در آن بطور کامل و دقیق رشد افزایشی ریزپردازنده‌ها و پیچیدگی آنها با گذر زمان پیش بینی شده بود.
در حالیکه پیچیدگی ، اندازه ، ساختمان و شکل کلی ریزپردازنده‌ها نسبت به ۶۰ سال گذشته کاملاً تغییر کرده ، این نکته قابل توجه‌است که طراحی بنیادی و ساختاری آنها تغییر چندانی نکرده‌است. امروزه تقریباً تمام ریزپردازنده‌های معمول می‌توانند پاسخگوی اصل نیومن در مورد ماشینهای ذخیره کننده برنامه باشند.
مطابق قانون مور که در حال حاضر نیز مطابق آن عمل می‌شود ، روی کرد استفاده از فناوری جدید کاهش در مدارات مجتمع ترانزیستوری مد نظر است. در نهایت مینیاتوری کردن مدارهای الکترونیکی باعث ادامه تحقیقات و ابداع روشهای جدید محاسباتی مانند ایجاد کامپیوترهای ذره‌ای (کوانتومی) شد . به علاوه موجب گسترش کاربرد موازی سازی و روشهای دیگر که ادامه دهنده قانون سودمند کلاسیک نیومن است گردید.

عملکرد ریزپردازنده‌ها
کارکرد بنیادی بیشتر ریزپردازنده‌ها علیرغم شکل فیزیکی که دارند ، اجرای ترتیبی برنامه‌های ذخیره شده را موجب می‌شود. بحث در این مقوله نتیجه پیروی از قانون رایج نیومن را به همراه خواهد داشت. برنامه توسط یک سری از اعداد که در بخشی از حافظه ذخیره شده‌اند نمایش داده می‌شود.چهار مرحله که تقریباً تمامی ریزپردازنده‌هایی که از [ قانون نیومن] در ساختارشان استفاده می‌کنند از آن پیروی می‌کنند عبارت‌اند از : فراخوانی ،رمز گشایی ، اجرا ، بازگشت برای نوشتن مجدد.

بلوک دیاگرامی که نمایشگر چگونگی رمز گشایی یک MIPS32 است.

مرحله اول ، فراخوانی ، شامل فراخوانی یک دستورالعمل (که به وسیله یک عدد و یا ترتیبی از اعداد نمایش داده می‌شود) از حافظه برنامه می‌باشد. یک محل در حافظه برنامه توسط شمارنده برنامه(PC) مشخص می‌شود که در آن عددی که ذخیره می‌شود جایگاه جاری برنامه را مشخص می‌کند.به عبارت دیگر شمارنده برنامه از مسیرهای پردازنده در برنامه جاری نگهداری می‌کند. بعد از اینکه یک دستورالعمل فراخوانی شد شمارنده برنامه توسط طول کلمه دستورالعمل در واحد حافظه افزایش می‌یابد. گاهی اوقات برای اینکه یک دستورالعمل فراخوانی شود بایستی از حافظه کند بازخوانی شود. که این عمل باعث می‌شود ریزپردازنده همچنان منتظر بازگشت دستورالعمل بماند. این موضوع به طور گسترده‌ای در پردازنده‌های مدرن با ذخیره سازی و معماری مخفی سازی در حافظه‌های جانبی مورد توجه قرار گرفت. دستورالعملی که پردازنده از حافظه بازخوانی می‌کند باید معین شده باشد که چه عملی را CPU می خواهد انجام دهد. در مرحله رمزگشایی ، دستورالعمل به بخش‌هایی که قابل فهم برای قسمت‌های پردازنده هستند تفکیک می‌شود. روشی که در آن مقادیر دستورالعمل شمارشی ترجمه می‌شود توسط معماری مجموعه دستورالعمل‌ها (ISA) تعریف می‌شود. اغلب یک گروه از اعداد در یک دستورالعمل که شناسنده نامیده می‌شوند بیانگر این هستند که کدام فرایند باید انجام گیرد. قسمت باقیمانده اعداد معمولاً اطلاعات مورد نیاز برای دستور را در بر دارند ، مانند عملوندهای یک عملیات اضافی که در واقع چنین عملوندهایی ممکن است به عنوان یک مقدار ثابت داده شوند(مقدار بی واسطه) ، یا اینکه به عنوان یک محل برای مکان یابی یک مقدار ، یک ثبات و یا آدرس حافظه که به وسیله گروهی از مدهای آدرس دهی تعیین می‌گردد داده شوند. در طرحهای قدیمی سهم پردازنده‌ها یی که در رمزگشایی دستورالعملها نقش داشتند از واحد سخت افزاری غیر قابل تغییر برخوردار بودند. اگرچه در بیشتر پردازنده‌ها و ISA‌های انتزاعی و پیچیده اغلب یک ریز برنامه دیگر جهت ترجمه دستورالعمل به صورت ترکیب سیگنالهای مختلف برای CPU ‌ها وجود دارد. این ریز برنامه گاهی قابلیت دوباره نویسی را دارد ، بنابراین آنها می‌توانند برای تغییر نحوه رمز گشایی دستورالعملها حتی پیش از آنکه CPU ها تولید شدند اصلاحاتی را مجدداً انجام دهند.

بلوک دیاگرام یک پردازنده ساده

بعد از مراحل فراخوانی و رمزگشایی مرحله اجرای دستور انجام می‌گیرد. در طول این مرحله قسمت‌های مختلفی از پردازنده با هم مرتبط هستند و می‌توانند یک عملکرد مطلوب ایجاد کنند. برای مثال اگر یک عملکرد اضافی درخواست شود واحد محاسبه و منطق (ALU)با یک سری از ورودی‌ها و خروجی‌ها مرتبط خواهد شد. ورودی‌ها اعداد مورد نیاز برای افزوده شدن را فراهم می‌کنند و خروجیها شامل جمع نهایی اعداد می‌باشند. ALU شامل مجموعه‌ای از مدارهاست تا بتواند عملیاتهای ساده محاسباتی و منطقی را روی ورودی‌ها انجام دهد. اگر فرایند اضافی نتیجه بزرگی برای کارکرد پردازنده ایجاد کند یک پرچم سر ریز محاسباتی در ثبات پرچمها ایجاد می‌شود.
مرحله پایانی یعنی بازگشت به مکان اولیه و آمادگی برای نوشتن مجدد پس از مرحله اجرا در قسمتی از حافظه به وجود می‌آید. گاهی اوقات نتایج محاسبات در ثباتهای پردازنده‌های خارجی نوشته می‌شوند که اینکار برای دسترسی سریع به وسیله دستورهایی که بعدا به برنامه داده می‌شود انجام می‌گیرند. در حالت دیگر ممکن است نتایج با سرعت کمتری نوشته شوند اما در حجم بزرگ‌تر و ارزش کمتر ، که این نتایج در حافظه اصلی ذخیره خواهند شد. برخی از دستورات شمارنده برنامه که قابل تغییر هستند نسبت به آن دسته از اطلاعاتی که مستقیما نتایج را تولید می‌کنند ترجیح داده می‌شوند. در اصل همگی این موارد خیزش نامیده می‌شوند و رفتارهایی شبیه حرکت در یک لوپ ، زمان اجرای برنامه (در طول استفاده از خیزش‌های شرطی) و همچنین روند توابع در برنامه‌ها را تسهیل می‌دهند. تعداد بسیاری از دستورات وضعیت یک رقم در ثبات پرچمها را تغییر می‌دهند. این پرچمها می‌توانند برای تأثیر گذاری در چگونگی عملکرد یک برنامه مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال یک نوع از دستورات مقایسه‌ای به مقایسه یک عدد و مقدار موجود در ثبات پرچمها رسیدگی می‌کند. این پرچم ممکن است بعدا با یک دستورالعمل جهشی برای مشخص کردن روند برنامه مورد استفاده قرار بگیرد.
بعد از اجرای دستورالعمل و نوشتن مجدد روی اطلاعات منتجه فرآیند به طور کامل تکرار می‌شود و با دستور بعدی چرخه به طور معمول مقدار بعدی را از ترتیب شمارشی فراخوانی می‌کند، که این عمل به دلیل روند افزایشی مقدار شمارنده برنامه می‌باشد. در پردازنده‌های خیلی پیچیده تر نسبت به آنچه توضیح داده شد چندین دستورالعمل قابل فراخوانی ، رمز گشایی و اجرا به صورت هم‌زمان می‌باشند. این امر به طور کلی بیان می‌دارد که چه مباحثی به روش زمانبندی کلاسیکRISC مربوط می‌شود ، که در حقیقت این فرایند در پردازنده‌های معمولی که در بسیاری از دستگاههای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند متداول است. (ریز کنترل کننده یا میکرو کنترولر)

طراحی و پیاده سازی

دامنه صحیح (رنج کاری) :
روشی که یک پردازنده از طریق آن اعداد را نمایش می‌دهد یک روش انتخابی در طراحی است که البته در بسیاری از راههای اصولی اثر گذار است. در برخی از کامپیوترهای دیجیتالی اخیر از یک مدل الکترونیکی بر پایه سیستم شمارش دسیمال (مبنای ده) برای نمایش اعداد استفاده شده‌است. برخی دیگر از کامپیوترها از یک سیستم نامتعارف شمارشی مانند سیستم سه تایی(مبنای سه) استفاده می‌کنند. در حال حاضر تمامی پردازنده‌های پیشرفته اعداد را به صورت دودویی (مبنای دو) نمایش می‌دهند که در آن هر عدد به وسیله چندین کمیت فیزیکی دو ارزشی مانند ولتاژ بالا و پایین نمایش داده می‌شوند.

ریز پردازنده ۶۵۰۲ MOS در بسته دوتایی که به صورت رایج 8بیتی طراحی شده‌است.

علت نمایش دهی از طریق اعداد حجم کم و دقت بالا در اعدادی است که پردازشگر می‌تواند نمایش دهد. در حالت دودویی پردازنده‌ها , یک بیت به یک مکان مشخص در پردازنده اطلاق می‌شود که پردازنده با آن به صورت مستقیم در ارتباط است. ارزش بیت (مکانهای شمارشی) یک پردازنده که برای نمایش اعداد بکار برده می‌شود «بزرگی کلمه»، «پهنای بیت»،«پهنای گذرگاه اطلاعات» و یا «رقم صحیح» نامیده می‌شود.که البته این اعداد گاهی در بین بخش‌های مختلف پردازنده‌های کاملاً یکسان نیز متفاوت است. برای مثال یک پردازنده ۸ بیتی به محدوده‌ای از اعداد دسترسی دارد که می‌تواند با هشت رقم دودویی (هر رقم دو مقدار می‌تواند داشته باشد) ۲ یا ۲۵۶ عدد گسسته نمایش داده شود. نتیجاتا مقدار صحیح اعداد باعث می‌شود که سخت افزار در محدوده‌ای از اعداد صحیح که قابل اجرا برای نرم افزار باشد محدود شود و بدین وسیله توسط پردازنده مورد بهره برداری قرار گیرد.
دامنه صحیح همچنین می‌تواند در تعداد مکانهایی از حافظه که قابل آدرس دهی در پردازنده هستند تأثیر گذار باشد. به عنوان مثال اگر یک پردازنده از ۳۲ بیت برای نمایش آدرس حافظه استفاده کند و هر آدرس حافظه‌ای یک بایت (۸بیت) را نمایش دهد ، ماکزیمم مقدار حافظه چنین پردازنده‌ای می‌تواند ۲ بایت یا ۴ گیگا بایت را آدرس دهی کند. این یک نمای ساده از فضای آدرس دهی پردازنده هاست و بسیاری از طراحی‌ها از روشهای آدرس دهی پیشرفته تری مانند استفاده از حافظه‌های مجازی استفاده می‌کنند تا بتوانند مکانهای بیشتری از حافظه را آدرس دهی کنند.
سطوح بالا تر دامنه صحیح (رنج کاری) به تشکیلات بیشتری برای رسیدگی به رقمهای افزوده نیازمند است و بنابراین پیچیدگی ، اندازه ،توان مصرفی و حتی هزینه عمومی بیشتری را در پی خواهد داشت.و این امر به هیچ وجه مقبول نیست. بنابر این استفاده از ریز کنترل کننده‌های ۴و ۸ بیتی که در کاربردها پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد متداول تر است. هرچند پردازنده‌های با دامنه کاری بالاتر (مثل ۱۶ ،۳۲ ،۶۴ ویا حتی ۱۲۸ بیتی)نیز موجود می‌باشد. میکرو کنترل کننده‌های ساده تر معمولاً ارزانتر بوده و توان مصرفی کمتری دارند و نتیجاتا گرمای کمتری نیز تولید می‌کنند که همگی این موارد در طراحی قطعات الکترونیکی مدنظر قرار می‌گیرند. به عنوان مثال سیستم ۳۷۰ شرکتIBM از یک پردازنده‌ای استفاده می‌کند که در حالت اولیه ۳۲ بیتی است اما در قسمت متغیر درونی خود از ۱۲۸ بیت برای تسهیل و دقت بیشتر استفاده می‌کند. بسیاری از پردازنده‌های اخیر از پهنای بیت ترکیبی مشابهی استفاده می‌کنند ، خصوصا زمانیکه پردازنده برای کاربردهای عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرد و نیازمند ایجاد تعادل بین قسمت متغیر و صحیح می‌باشد.

پالس ساعت :
اکثر پردازنده‌ها و در حقیقت اکثر دستگاههایی که با منطق پالسی و تناوبی کار می‌کنند به صورت طبیعی باید سنکرون یا هم‌زمان باشند. این بدان معناست که آنها به منظور هم‌زمان سازی سیگنالها طراحی و ساخته شده‌اند. این سیگنالها به عنوان سیگنال ساعت(پالس ساعت) شناخته می‌شوند و معمولاً به صورت یک موج مربعی پریودیک (متناوب) می‌باشند. برای محاسبه بیشترین زمانی که سیگنال قادر به حرکت از قسمت‌های مختلف مداری پردازنده‌است ، طراحان یک دوره تناوب مناسب برای پالس ساعت انتخاب می‌کنند. این دوره تناوب باید از مقدار زمانی که برای حرکت سیگنال یا انتشار سیگنال در بدترین شرایط ممکن صرف می‌شود بیشتر باشد. برای تنظیم دوره تناوب باید پردازنده‌ها مطابق حساسیت به لبه‌های پایین رونده یا بالا رونده حرکت سیگنال در بدترین شرایط تاخیر طراحی و ساخته شوند. در واقع این حالت هم از چشم انداز طراحی و هم از نظر میزان اجزای تشکیل دهنده یک مزیت ویژه در ساده سازی پردازنده‌ها محسوب می‌شود. اگرچه معایبی نیز دارد ، از جمله اینکه پردازنده باید منتظر المانهای کندتر بماند ، حتی اگر قسمت‌هایی از آن سریع عمل کنند. این محدودیت به مقدار زیادی توسط روشهای گوناگون افزایش قدرت موازی سازی (انجام کارها به صورت هم‌زمان) پردازنده‌ها قابل جبران است.
با وجود این پیشرفت معماری کامپیوترها ، به تنهایی قادر به حل اشکالات عدم هم‌زمان سازی سرتاسری و جهانی پردازنده‌ها نیست. برای مثال یک پالس ساعت تابع تاخیرهای موجود در هر سیگنال دیگر است. پالس ساعت‌های بالاتر در پردازنده‌های پیچیده و ترکیبی برای نگه داریشان در یک فاز (هم‌زمانی) در طول یک واحد ، بسیار مشکل ساز خواهد بود. این مشکل بسیاری از پردازنده‌های پیشرفته را به سوی سیگنالهای ساعت متغیر سوق داده‌است تا بتواند از تاخیرهای سیگنال-سیگنال جلوگیری به عمل آورد.موضوع مهم دیگر در زمینه پالس ساعت ، افزایش چشمگیر میزان گرمایی است که توسط پردازنده تولید می‌شود.تغییر دائمی کلاک پالسها باعث می‌شوند تا اجزای بیشتری بدون در نظر گرفتن اینکه آیا در آن زمان مورد استفاده قرار می‌گیرند یا نه تغییر وضعیت پیدا کنند. به طور کلی جزئی که تغییر وضعیت می‌دهد انرژی بیشتری نسبت به المانی که ثابت است مصرف می‌کند. بنابر این وقتی که پالس ساعت افزایش یابد باعث اتلاف گرمای بیشتری می‌شود و در نتیجه پردازنده نیازمند راه حل‌های مناسب تری برای انجام خنک کاریست.

يكي از مهمترين سخت‌افزارهاي تشکيل دهندهء يك كامپيوتر كه ارتباط تمامي سخت‌افزارها توسط آن انجام مي‌شود Mother Board است. Mother Board يك برد الكترونيكي است كه از تعداد زيادي المان الكترونيكي تشكيل شده و معمولاً داراي يك IC یا مدارمجتمع اصلي و تعدادي IC جانبي براي پردازش سخت‌افزارها است.
Mother Boardها داراي محل‌‌هاي متعددي براي اتصالات خاص هستند، معمولاً اين اتصالات داراي اشكال منحصر به فرد و مشخصي هستند و امكان جابجايي در اتصالات وجود ندارد.
كارتها يا بردهاي الكترونيكي، چاپگر، صفحه كليد و ماوس همگي به برد اصلي وصل مي‌شوند و مهمتر از همه CPU که روي Mother Board سوار مي‌شود.
نحوه اتصالات هر يك از قطعات متفاوت است، عده‌اي از طريق درگاهها یا port ها ، برخي از طريق شيارهاي توسعه یا Slot ها و بعضي به وسيله كابلها متصل مي‌شوند. البته لازم به ذكر است كه اتصالات به دو شكل داخلي و خارجي وجود دارند، اتصالات داخلي به قطعات Internal مربوط است كه داخل Case قرار مي‌گيرند و اتصالات خارجي به قطعات External مربوط است كه از بيرون Case به مادر برد متصل مي‌شوند.

اتصالات داخلي عبارتند از :
محل سوار شدن CPU
محل قرارگيري RAM
اتصالات IDE
محل اتصال Floppy
محل اتصال كابل برق
محل اتصال سيم‌هاي Case
شيارهاي توسعه یا Slot
پين‌هاي اتصالي USB
پين‌هاي اتصال كابل Audio
که اکنون به توضیح هر کدام می پردازیم .
محل سوار شدن CPU، بستگي به نوع Suport یا پشتيباني Mother Board از CPU دارد . مثلاً در صورتي‌كه Mother Board ،يک CPU از نوع Intel Pentium 4 را Suport نمايد، محل سوارشدن CPU از نوع Socket 478 بوده و در صورتي‌كهMother board یک CPU از نوع AMD Athlon را Suport نماید ، اين محل از نوع Socket A خواهد بود، برخي از Mother Boardها داراي 2 يا 4 محل براي سوار كردن CPU هستند، از اين نوع Mother Boardها معمولا در کامپيوتر هاي Server استفاده مي‌شود. براي قرار دادن CPU روي Mother Board ، ابتدا دستة متحرك جانبي را بالا آورده سپس تراشة CPU را با توجه به لبه‌ء برش خورده و فلش موجود، که در يکي از چهار گوشهء آن قراردارد ، روي محل مورد نظر قرار مي‌دهيم و سپس دستة متحرك را به سمت پايين آورده تا در جاي خود قرار گرفته و پايه‌هاي CPU را محكم كند. فراموش نكنيم كه Fan مربوط به CPU را روي آن قرار داده و پايه‌هاي آن را در جاي خود محكم نموده و سيم برق آن‌ را نيز در محل تعيين شده بر روي Mother Board وصل‌كنيم.
محل قرارگيري RAM، که به آن بانک RAM مي گويند نوعي شيار است، كه بستگي به پشتيباني مقدار RAM و نوع آن دارد. Mother Boardهاي قديمي‌تر داراي شيارهاي كوتاهتري بودند که اصطلاحاً SIMM ناميده مي‌شدند. ولي Mother Board هاي امروزي داراي دو نوع شيار هستند، يك نوع براي قرارگيري RAMهاي SDR و نوع ديگر براي قرارگيري RAMهاي DDR. سمت قرارگيري RAM روي Mother Board ، از محل وجود شكافهاي روي RAM و برجستگي‌هاي داخل شيار مشخص مي‌گردد. براي قرار دادن RAM روي Mother Board دسته‌هاي موجود در دو سر شيار را باز كرده و RAM را در امتداد عمود به سمت پايين به صورت اله کلنگي فشار مي‌دهيم تا در جاي خود قرار گيرد و دسته‌ها بسته شوند.
اتصالات IDE، محل اتصال كابل اطلاعات درايوها به كامپيوتر است . درايوهاي ديسك‌سخت یا HardDisk ، DVDROM، CD-Writer، CDROM و ديگر درايوهاي از اين نوع معمولا بوسيله اين اتصالات به Mother Board متصل مي‌شوند. محل اتصال اين كابلها به شكل مستطيلي است که داراي 40 پين يا پايه مي‌باشد. اين پين‌ها در دو رديف قرار دارند و معمولاً يك پين در وسط پينها وجود ندارد، كه تعداد آنها را به 39 پين مي‌رساند .
معمولا روي هر Mother Board دو اتصال يا port IDE وجود دارد و به هر كدام دو وسيله یا Device يا درايو متصل مي‌شود. همانطور که متوجه شديد معمولا چهار سخا افزار از اين طريق به mother board متصل مي شود. نام اين چهار وسيله از نظر Mother Board و به ترتيب اولويت عبارتند از :
IDE يک شامل :
IDE Primary Master
IDE Primary Slave
IDE دو شامل :
IDE Secondary Master
IDE Secondary Slave
محل اتصال Floppy مشابه با محل اتصال كابل IDE بوده ولي داراي پين‌هاي كمتر و اندازه كوچكتري مي‌باشد، تعداد پين‌ها در اين نوع اتصال 33 پين است. به اين كابل نيز دو درايو فلاپي متصل مي‌شود كه اولي با نام درايو A و دومي با نام درايو B شناخته مي‌شوند. خوب است بدانيم در صورت اتصال برعكس اين كابل در يك يا دو سر آن، چراغ درايو فلاپي به طور مداوم روشن خواهد ماند.
محل اتصال كابل برق كه از Power يا منبع تغذيه Case به Mother Board متصل مي‌شود، شامل20 رشته سيم مي‌باشد که ازدو دسته سيم 10 تايي تشکيل شده است. در كامپيوترهاي قديمي‌تر اين دو دسته از يكديگر مجزا بودند. ولي در كامپيوترهاي امروزي متصل و به صورت يك سوكت 20 رشته‌اي مي‌باشند .
البته در كامپيوترهاي Intel P4، يك كابل چهار رشته‌اي نيز وجود دارد كه به Mother Board متصل مي‌شود و در صورت عدم اتصال آن، كامپيوتر قادر به راه‌اندازي یا Boot شدن نخواهد بود.
محل اتصال سيم‌هاي Case روي Mother Board به منظور ارتباط مادربرد با Case در نظر گرفته شده اند . این سیمها عبارتند از :
سیم روشن و خاموش سیستم برای روشن یا خاموش کردن چراغ مربوطه بر روی کیس
سبم هارد دیسک برای روشن و خاموش شدن چراغ هارد دیسک در روی کیس به عنوان تبادل اطلاعات در هارد
سیم reset برای فعال نمودن این کلید بر روی کیس
سیم بلندگوی داخلی سیستم
شيارهاي توسعه یا Slot ها نيز محل‌هايي براي سوار نمودن بردهاي الكترونيكي افزودني به كامپيوتر هستند. بر روي اين شيارها مي‌توان، انواع كارت صدا ، کارت گرافيك ، مودم ، كارت شبكه ، كارت تلويزيون، کارت ماهواره و ديگر بردها از اين نوع را سوار نمود. در كامپيوترهاي امروزي سه نوع Slotها مشاهده مي‌شوند که عبارتند از :
ISA
PCI
AGP
 ISA ؛ مخفف Industry Standard Architecture بوده و يك شيار بلند است، كه معمولاً به رنگ مشكي بوده و توسط يك لبه از داخل به دو قسمت مساوي تقسيم شده‌است، اين شيار قديمي‌ترين Slot روي Mother Boardهاي امروزي است. در حال حاضر و در صورت وجود اين شيار روي يك Mother Board ، كارتهاي صدا يا گرافيك قديمي روي آن سوار مي‌شوند.
 PCI ؛ مخفف Peripheral component Interconnect بوده و يك شيار معمولاً سفيد رنگ است، كه توسط لبه‌اي از داخل به دو قسمت نامساوي تقسيم شده است، اين شيار مرسوم‌ترين Slot امروزي است و نسبت به شيار ISA ، داراي سرعت بيشتري مي‌باشد. تقريباً تمامي بردهاي جديد، به جز كارت گرافيك روي اين شيار قابل نصب و اتصال هستند. از اين نوع شيار حداقل یک عدد بر روي Mother Boardها قرار دارد و حتی ممكن است که یک Mother board دارای 5 پورت PCI نیز باشد .
 AGP ؛ مخفف Accelerated Graphics Port بوده و جديدترين و پرسرعت‌ترين Slot حال حاضر مي‌باشد، كه معمولاً با رنگ قهوه‌اي مشخص مي‌شود. اين Slot از لحاظ سرعت با علامت 1x، 2x، 4x و 8x شناخته شده و متناسب با سرعت كارت سوار شده بر روي آن كه يك كارت گرافيك مي‌باشد، تنظيم مي‌شود. از اين نوع شيار معمولاً تنها يك عدد روي Mother Boardها وجود دارد.

پين‌هاي اتصالي USB يكي ديگر از اتصالات داخلي كامپيوتر محسوب مي‌شود. اين پين‌ها در دو رديف 4 و 5 تايي قرار دارند.
پين‌هاي اتصال كابل (CD-RW)، كه يك سيم 4 رشته‌اي را بطور مستقيم، از CD Drive به Mother Board های دارای کارت صدای On board متصل مي‌نمايد. وجود اين كابل باعث مي‌شود تا كاربر بتواند از صداي CD موسيقي Audio كه درداخل CD Drive قرار دارد به صورت مستقل از هر نرم افزاری استفاده نماید .

در پشت Case نیز اتصلاتی وجود دارد که به شكل‌هاي منحصر به فردي به چشم مي‌خورند، اما نوع چيدمان و قرارگيري آنها در Mother Boardهاي مختلف، متفاوت است. با معرفي آنها شما نيز مي‌توانيد به راحتي آنها را از يكديگر تشخيص دهيد . این اتصالات عبارتند از :
اتصلات PS2
اتصال سریال یا Com
اتصال LPT1
اتصال Game یا Midi
و اتصالات صدا
يک اتصال PS2 به رنگ بنفش براي متصل نمودن صفحه كليد است .. اتصال PS2 به شكل دايره و داراي 6 پين ورودي مي‌باشد و برجستگي چهارگوش روي كابل PS2 باعث مي‌شود كه كاربر براي اتصال كابل به درگاه PS2 دچار اشتباه نشود.
يک اتصال PS2 نیز براي نيز اتصال ماوس در كامپيوترهاي امروزي وجود دارد، كه كاملاً شبيه به اتصال صفحه‌کليد است، با اين تفاوت که معمولاً سبز رنگ مي‌باشد. البته تفاوت اصلي در اينجاست که هنگام نگاه کردن به پشت Case ، محل اتصال ماوس در سمت راست و محل اتصال صفحه‌کليد در سمت چپ وجود دارد.
اتصال سريال يا Com، يك نوع درگاه است كه براي چندين اتصال مختلف به كار مي‌رود. اين درگاه در گذشته عمدتاً براي اتصال ماوس استفاده مي‌شد و پس از آن اغلب براي اتصال Modemهاي External و يا وسايل خاص، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. Com معمولاً به صورت 2 درگاه كنار هم در پشت كامپيوترها وجود دارد. درگاه Com از 9 پين كه در دو رديف 5 و 4 تايي چيده شده است تشکيل مي‌شود. به اين دو درگاه Com2, Com1 مي‌گويند، Com4 , Com3 نيز معمولاً به صورت مجازي براي اتصال مودم‌هاي Internal وجود دارند. البته برخي از MotherBoardها تنها داراي يک درگاه Com مي باشند .
اتصال LPT1، port يا درگاهي با 25 پين ورودي است، كه در دو رديف 12 و 13 تايي قرار دارند. از اين درگاه معمولاً براي وصل نمودن چاپگريا اسكنر استفاده مي‌شود . البته ديگر استفاده اين درگاه اتصال قفل‌هاي سخت‌افزاري به آن است. اين درگاه معمولاً با رنگ صورتي يا قرمز ديده مي‌شود.
اتصال Game/MIDI، درگاهي است با 15 پين ورودي که براي اتصال دستةبازي يا Joystick استفاده مي‌شود. البته اين Port جزئي از كارت صدا است ولي در Mother Boardهايي كه كارت‌ صداي آنها به‌صورت Onboard ميباشد، مي‌توان آنرا در پشت کامپيوتر ديد. اين درگاه معمولاً با رنگ زرد مشخص مي‌شود.
اتصالات صدا كه به دليل Onboard بودن كارت صدا بين اتصالات Mother Board ديده مي‌شود ، معمولا سه‌تا هستند كه هر سه به وسيلة يک فيش متوسط به Speaker، راديوپخش و ميكروفن متصل مي‌شوند.

اجزاي ديگري نيز روي يک  MainBoardقرار دارد که اکنون به توضيح انها مي پردازيم :
Bios،که مخفف Basic input/output system بوده و يك مدار مجتمع یا IC است كه كامپيوتر براي راه‌اندازي اوليه و قبل از بارگذاري سيستم عامل، از آن استفاده مي‌كند. در Bios اطلاعاتي راجع به سخت‌افزارهاي متصل و تنظيماتي راجع به ساعت كامپيوتر و ديگر ابزار ها و سخت‌افزارها قرار دارد كه مي‌توان اطلاعات آن را به نوعي تغيير داد. گفتني است كه Bios يك حافظه از نوع E2PROM است که فقط اطلاعات از روي آن خوانده مي شود .
باطري Bios، يك باطري با طول عمر زيادی در 5 سال است، كه از آن براي نگهداري اطلاعات روي Bios استفاده مي‌شود. در كامپيوترهاي قديمي‌تر براي Reset كردن و برنامه‌ريزي دوبارة Bios، باطري آن را برداشته و پس از مدتي در جاي خود قرار مي‌دادند، اما در Mother Boardهاي جديد يك jumper و يا اتصال دو Pin پين باعث Reset شدن Bios و بارگذاري اطلاعات قبلي و پيش فرض آن مي شود .
يکي از اجزاي ديگري که بارها ديده‌ايم Chipset است. اين كلمه عنواني است براي مدارات مجتمعي كه اصولاً هسته‌هاي مركزي يك MotherBoard را تشکيل مي دهند . البته اغلب Mother Boardها يك Chipset اصلي دارند، كه ساخت كارخانه‌هاي مختلف و البته معروفي است. برخي از اين كارخانه‌ها عبارتند از Solteck, MSI, ALI, VIA, GIGA, Intel, Abit .

اکنون که ارائه توضيحات فني mother board به اتمام رسيد به توضيح مطالبي که در هنگام خريد يک mother board مهم مي باشد بپردازيم .
اولين موضوع در مورد خريد يک MainBoard سازگاري و پشتيباني آن از نوع و سرعت CPU است. با توجه به مطالب گفته شده در مورد نوع Socketها براي بارگذاري CPU ، بايد نوع MainBoard را انتخاب نمود که به اين سوکتها معمولا Zif Socket مي گويند . مثلاً اگر شما يک CPU ازنوع Sempron انتخاب نموديد، بايد مادر بوردي انتخاب نماييد، که اولاً CPU را بتوان روي آن سوار نمود، يعني محل نصب پردازنده از نوع Socket 7 باشد و دوماً پهناي باند سرعت انتقال اطلاعات CPU و MainBoard با هم سازگاري داشته باشند. يکي از راه‌هاي مناسب براي انتخاب يک MainBoard مناسب مراجعه به WebSite شرکت سازندهء CPU ، ودريافت نام و مدل بهترين MainBoard از نظر شرکت مذکور مي‌باشد.
پس از انتخاب نوع MainBoard از لحاظ نوع CPU ، نوبت به ديگر مشخصات يک MainBoard مي‌رسد، که يک به يک به آنها مي‌پردازيم :
1- پشتيباني نهايي CPU ؛ که عبارتست از بهترين CPU ، با بالاترين سرعت، که MainBoard پشتيباني مي‌کند. به عنوان مثال شما يک CPU با سرعت 2.4GHz انتخاب‌نموده‌ايد، اما بهتر است مادر بوردي انتخاب‌نماييد که بتواند يک پردازنده با سرعت 3.0GHz را نيز پشتيباني‌کند، زيرا دراين‌‌صورت اگر بعدها به فکر ارتقاء سيستم خود بيافتيد، کافي است تنها CPU کامپيوتر خود را تعويض نموده تا سرعت سيستم خود را افزايش دهيد .
موضوع بعدي، نوع جايگاه RAM يا بانک Ram و سرعت انتقال اطلاعات RAM در MainBoard است. در اين مورد بايد دقت شود، که MainBoard چه نوعي از RAM را پشتيباني مي‌کند؟ DDR يا SDR . همچنين مهم است که يک MainBoard از چه ميزان BUS براي RAM پشتيباني ‌کند؟ . اين مقدار براي RAMهاي SDR در رنجِ 66، 100 و 133 مگا هرتز و براي RAMهاي DDR در محدودهء 266، 333 ، 400 و 533 مگا هرتز مي باشد . که البته هرچه اين ميزان بيشتر باشد سرعت کامپيوتر بيشتر خواهد‌بود. گفتني است جديدترين مادر برد هاي امروزي ، قابليت پشتيباني از Ram های DDR2 را داراست.
نکته ديگر پهناي باند انتقال اطلاعات در MainBoard است، که اصطلاحاً به آن FSB گويند. اين پهناي باند براي انتقال اطلاعات بين سخت افزارهاي تعبيه شده در داخل MainBoard است، که مي‌توان آنرا با مقاديري مانند 266، 300، 333، 400، 533 و 800 مگا هرتز مشاهده نمود. البته به تازگي شرکت Intel يک تراشه براي پشتيباني از بردهاي اصلي با FSB معادل 1066 توليدنموده‌است.
علاوه بر نکات گفته شده ، نوع و تعداد Slotهاي روي MainBoard نيز حائز اهميت است، بدين شکل که بهتر است تا تعداد Slotها طوري باشد که علاوه بر رفع نياز ما، حداقل يک يا دو Slot نيز براي نيازهاي بعدي خالي بماند. مثلاً اگر ما از کارت يا برد الکترونيکي استفاده مي‌کنيم، که روي شيار ISA نصب مي‌شود، MainBoard انتخابي، حتماً بايد داراي اين شيار باشد.
نکته مهم ديگر وجود شيار AGP روي MainBoard و داشتن سرعت مناسب است. اهميت اين مسئله در اين است که در حال حاضر تقريبا تمام کارتهاي گرافيک پرقدرت موجود در بازار بر روي اين شيار نصب مي‌شوند . البته سرعت اين شيار هرچه بيشتر باشد ، چون مي‌تواند از کارتهاي گرافيک کم سرعت‌تر نيز پشتيباني‌کند، مفيدتر خواهد بود.
همچنين بسيار مهم است که يک MainBoard امروزي درگاه USB و USB2 داشته باشد، زيرا همانطور که مي‌دانيد بسياري از وسايل و ابزارهاي جانبي، مانند دوربين‌هاي فيلم‌برداري و عکاسي ديجيتال، چاپگرها، اسکنرها و بسياري ديگر از اين دست، به اين درگاه متصل مي‌شوند، پس بهتر است که مادر برد ما داراي اين درگاه نيز باشد .
همچنين ممکن است روي جعبه MainBoard ، چند نوشته برجسته و مشخص ديگر نيز مشاهده شود. کلمه Dual Bios يکي از آنهاست. وجود اين مشخصه بدين‌معني است که MainBoard موجود داراي دو Bios است. يکي براي استفاده عادي است و ديگري به عنوان BackUp . Bios دوم هنگامي استفاده مي‌شود که به هر علتي ، Bios اول دچار مشکل حادي گردد و يا مشکلي ناهنجار براي آن به وجود آيد. البته از اين امکان به عنوان يک انقلاب! در ساخت MainBoard ها ياد ‌شده است.
گزينه ديگري که ممکن است به چشم بخورد، EasyTune و يا چيزي مشابه آن است. اين واژه به معني وجود يک نرم‌افزار براي دريافت گزارش و ايجاد کنترل روي MainBoard است، که البته در محيط Windows قابل استفاده مي‌باشد.
و فراموش نکنيم که ، چه خوب است به گارانتي هر سخت افزاري که مي‌خريم، توجه کنيم.