چگونه کامپیوتر کار می کند How Computer Work

چگونه انرژی تبدیل به اطلاعات می شومد.تبدیل کننده های آنالوگ و دیجیتال







دستگاه های ورودی / خروجی



ما می دانیم که فکر کردن در مورد الکتریسته آنی است. چون حرکت الکترون ها 186000 مایل بر ثانیه می باشد. اما در مقیاسی که الکترون ها حرکت میکنند تا یک بیت BIT اطلاعات را تشکیل دهند ، این فقط ثانیه ها نیستند که در نظر گرفته می شوند و حتی میکرو ثانیه ها. در میکرو چیپ ها و مدار ها، اتفاقات در متراژ یک بیلیون نانو ثانیه ام رخ می دهند.چیپ ها می توانند شامل میلیون پالس الکتریکی که در یک مایل از سیم در هر ثانیه فرستاده می شود باشند. محدوده الکتریسیته آنقدر وسیع هست که ابر کامپیوتر های Cray که طوری ساخته شده اند تا فاصله انتقال سیگنال های الکتریکی را به اندازه کافی کوچک کنند.

سیگنال ها برای داشتن سرعت حرکت لازم باید در مدار های ساخته شده از آلمنیوم و مس در چیپ ها انتقال پیدا کنند. زمان همه چیز است. هر عنصر خروجی کامپیوتر عنصر ورودی دیگر کامپیوتر است. خواندن فایل از دیسک یک خروجی که مربوط به درایو می باشد، ولی برای چیپ های حافظه دریافت فایل به همان صورت که وارد می شود است.

اگر هارد دیسک کند تر از چیپ های حافظه باشد مثل این میماند که حافظه در حال ایست می باشد.

الکتریسیته به آزادی گردش نمی کند. هر جسم رسانا مثل مس دارای پایداری الکتریکی می باشد. پایداری مثل یک لوله بسته شده آب می باشد. وقتی لوله ها از ماسه پر شده باشند مقدار کمتری آب در آن جریان دارد. ناخالیصی های درون رسانا حرکت الکترون ها را کاهش می دهد. لوله کوچک مقدار کمتر آب نسبت به یک لوله آب بزرگ از خود عبور می دهد.افزایش پایداری رسانایی به افزایش قطر سیم وابسته وبالعکس.

تصور کنید اگر آب درون لوله دارای سویچ شدن هزار بار بر ثانیه جهت دار باشد. که در حال جریان از هر لوله به لوله دیگر و درون خودش باشد.و این پدیده electromagnetism یا تولید خاصیت مقناطیسی توسط برق می باشد که امواج رادیویی توسط حرکت الکترون ها ساخته می شوند.



زمانی که اولین جرقه ای که بین دو دستگاه جرقه زده شد بدون وجود هیچ سیمی بین آنها دانشمندان به این نتیجه رسیدن که میشود بین دو جسم با فاصلهی زیاد ارتباط برقرار کرد. اولین دستگاه رادیو که از قوس الکتریکی ساخته شد راهنمایی برای اولین موج که بعد ها Multi media نام گرفت بود.اما اگر فرکانس یا و طول موج موجهای فیلد ها شبیه هم شوند می توانند تداخل ایجاد کنند و همدیگر را خراب کنند . خیلی از کابل ها ، شامل دو برابر تعداد کابل های مورد نیاز هستند کابل های اضافه کارشان جذب کردن اختلال ناشی از کار کردن دیگر سیم ها می باشد.

نویز ها بسیار مهم هستند چونکه به زمان بشتری برای باز کردن لوله احتیاج پیدا می کنیم. نویز ها باعث افتادن اطلاعات یاز از ین رفتن آنها هنگام انتقال می شود که این باعث تولید دوباره اطالعات و زمان بیشتری را مصرف می کند.





زمانی که ما در مورد ورودی و خروجی صحبت می کنیم ما در مورد پدیده های درون اتمی الکترون ها فکر نمی کنیم. ما مقیاس ورودی و خروجی انسان در نظر می گیریم مانند کیبورد ، موس و مانیتور و....

چند تعریف اولیه :

accelerated graphics port (دستگاهی که اجازه می دهد تصاویر سه بعدی و گرافیکی بهتر نمایش یابند )

شکاف گسترشی که به کارت تصویر اجازه می دهد تا با صرعت زیاد به بیت مپ BitMap ذخیره شده در RAM کامپیوتر دست رسی داشته باشد.

active matrix/passive matrix ( ماتریس فعال و ماتریس غیر فعال )

دو نوع مختلف از نمایش گر های LCD . Active-matrix دارای یک قطب مغناطیسی مجزا برای هر پیکسل می باشد ، که نتیجه آن روشنایی بیشتر تصاویر است.

Passive matrix دارای پیکسل های اختصاصی نمی باشد و به همین دلیل دارای تصاویری ضعیف تر می باشد.

adapter (expansion card) آداپتور (کارت توسعه)

مداری که درای یک میکرو پردازنده و یک حافظه بر روی خودش می باشد.که وارد شکاف گسترشی سیستم شما می شود و امکانات آن را افزایش می دهد. برای مثال ویدئو و صدا و دیگر SCSI (Small Computer System Interface ) کارد ها.

analog/digital آنالوگ / دیجیتال

سیگنال های آنالوگ پیوسته هستند که دارای مقدار های الکتیریکی خروجی متفاوتی هستند مثل آنهایی که توسط میکروفون و تقویت کننده های صدا تولید می شوند.

سیگنال های دیجیتال عبارتی از سیگنال های تمیز می باشد که دارای ارزش ورودی و خروجی متفاوت می باشد.

ASCII

مختصر (American Standard Code for Information Interchange ) کد استاندارد آمریکایی برای مبادله اطلاعات می باشد.

ASCII شامل 256 علامت که شامل حروف ،اعداد، نقطه گزاری و کارکتر های دیگر است

Bitmap (نقشه بیتی)

یک فایل گرافیکی که شامل رکوردی از رنگ برای هر پیکسل در گرافیک می باشد

Bus گذرگاه (مسیری الکتریکی برای انتقال اطلاعات)

مدار ها و چیپ هایی که ساماندهی جا به جایی اطلاعات بین دستگاه ها را بر عهده دارند. برد مادر کامپیوتر ها دارای Bus هستند از قبیل ISA یا PCI اما آنها باس بین حافظه و پردازنده هستند و قطعه های خارجی از قبیل SCSI یا Universal Serial Bus یا همان در گاه USB

Cable (کابل)

مجموعه ای از کابل های جدا از هم که انتقال سیگنال های الکتریکی بین دو قطعه را بر عهده دارند.آنها می توانند درون یا خارج سیستم قرار بگیرند.

Circuit (مدار)

مسیری از جنس فلز که روی یک فیبر تخت که سیگنال های الکتریکی رو روی آن حرکت می کنند.

CRT (cathode ray tube) لوله اشعه کاتدی

اشعه های الکترون از کاتد (قطب منفی) در پشت لوله در مسیر ی از فسفر در درون لوله اشعه کاتدی وقتی که به الکترون ها انرژی داده می شود تابیده می شوند.

digital-to-analog converter (DAC) تبدیل کننده دیجیتال به آنالوگ

چیپی که مجمعه ای از مقدار های دیجیتالی تبدیل به مقدار های آنالوگ می کند

dot pitch فاصله میلیمتری میان دو نقطه منفرد روی یک صفحه نمایش

فاصله میلیمتری میان دو نقطه منفرد روی یک صفحه نمایش . فاصله کمتر بهتر است.

input/output ورودی و خروجی

ورودی دادهای است که وارد دستگاه می شود و خروجی دادهای که از آن خارج می شود. نکته اینکه خروجی یک دستگاه ورودی برای دستگاه دیگر است.

Pixel عنصر تصویری


عنصر تصویر کوچکترین واحد نمایشگر کامپیوتر می باشد. پیکسل های فیزیکی شامل فقط شامل یک نقطه از قرمز ، آبی و سبز هستند.چندین پیکسل فیزیکی یک پیکسل منطقی را بوجود می آورند،اگر تنها آنها نقطه نورانی باشند کوچکترین گروهی از نقاط رنگی هستند که کارت ویدئو با آن کار می کند.

Polarization ایجاد دو قطب

نور معمولاً پولاریزه نشده است. بدین معنی که در یک مسیر مستقیم از منبع حرکت می کند، امواج نور بین دو خط مرتعش می شوند. پولاریزه کردن زمانی اتفاق می افتد که نور از یک فیلتری که فقط به نورهایی که دامنه ارتعاش آنها محدود شده عبور کنند.

VGA Video graphic array) ) آرایه نگاره سازی بصری

VGA استاندارد مانیتور که دقت 640 پیکسل افقی و 480 پیکسل عمودی و محدوده ای مشخص رنگی تعریف می شود.





































چگونه داده ها وارد کامپیوتر می شوند



شما بیشترین استفاده مستقیم رو با صفحه کلید دارید تا به بقیه دستگاه ها









مراحل کار یک صفحه کلید و نمایش آن روی شکل نشان داده شده.

مرحله

1) فشردن کلید سبب تغییر در میزان جریان مدار به طور منحصر بفردی می شود.



2)
) ریز پردازنده ای که در صفحه کلید وجود دارد شبیه Intel 8048 همواره مدار کلید ها را کورد بررسی قرار می دهد. کاهش و یا افزایشی جریانی که توسط فشردن کلید ها تولید می شود را شناسایی می کند. با شناسایی هر دو عمل کاهش و افزایش جریان، پردازنده می تواند کشف کند که چه زمان کلیدی فشرده شده یا آزاد است. هر کلید کد مخصوص خودش را دارد . به طور مثال پردازنده می تواند بین کلید شیفت سمت راست با کلید شیفت سمت چپ تمایز قائل شود.برای تمیز دادن بین سیگنال واقعی و نوسان جریان غیر معمول اسکن کردن هزار بار بر ثانیه رخ می دهد پردازنده فقط روی سیگنالی هایی که بیش از دو بار یا بیشتر توسط اسکن یافت شد عملیات انجام می دهد.

4) هر سیگنالی که مدار ها به ریز پردازنده می فرستند ریز پردازنده یک عدد تولید می کند که به آن کد اسکن شده Scan Code گفته می شود. برای هر کلید Scan Code نیاز است یکی برای زمانی ه فشرده شده و دیگری برای زمانی که آزاد است. پردازنده اعداد را در حافظه ی کمک روی خودش نگهداری می کند و اعداد را در درگاه ارتباطی که توسط BIOS (Basic Input ,Out Put Unit ) بار گزاری می کند.

سپس پردازنده سیگنال وقفه ای توسط کابل صفحه کلید می فرستد تا به پردازنده بگوید که اسکن کد آماده ارسال داده است. وقفه به پردازنده اطلاع می دهد تا هر کاری که در حال انجام است را کنار گذاشته و آن را به سرویسی که توسط وقفه فراخوانی شه را انجام دهد.

برای مثال حرف A که اسکن کد 1E را دارد .

5) Bios اسکن کد را از درگاه صفحه کلید می خواند و سیگنالی به صفحه کلید می فرستد و به صفحه کلید می گوید که می تواند اطلاعات را از حافظه کمکی خودش (buffer) پاک کند.

6) اگر اسکن کد برای یکی از کلید های معمولی Shift یا خاص Shift یا کلید های ترکیبی Ctrl و Alt و Num Lock و Caps Lock یا Scroll Lock یا Insert ، Bios دو بایت از محل خاص حافظه را برای نگهداری کلیدی که فشرده شه قرار می دهد.

7) برای تمامی کلید های دیگر Bios دو بایت را چک می کند تا وضعیت Shift یا کلید های ترکیبی آن را تعیین کند .

مشخص کردن وضعیت آنها توسط این دو بایت صورت می گیرد، Bios اسکن کد را به ASCII ترجمه می کند که توسط کامپیوتر استفاده می شود. که به صورت کاراکتر، کد خاص ، و یا کلید های تابعی و... مشخص می گردد.و برنامه های مختلف از آن استفاده می کنند.Bios ASCII را در حافظه بافر خودش آنجایی که سیستم عامل یا برنامه های دیگر آن را بازیابی می کنند نگه می دارد .









نحوه نمایش اطلاعات توسط نمایشگر





1) سیگنال های دیجیتال از سیستم عامل یا برنامه های دیگر به SVGA Super Video Graphic Array) ( فرستاده می شود . آداپتور سیگنال ها را به مدار Digital-to-Analog-Converter می فرستد. معمولاً مدار DAC شامل یک چیپ مخصوص که شامل چیپ های DAC هست می باشد که هر کدام برای یکی از رنگ های اصلی که توسط نمایشگر استفاده می گردد می باشد: قرمز ، آبی و سبز.

2) DAC مقدار های دیجیتالی که توسط سیستم به جدولی که شامل ولتاژ های مشخص شده، برای تولید رنگ های مورد نیاز در یک پیکسل می باشد رجوع می دهد و با آن مقایسه می کند. در آداپتور VGA های معمولی جدول شامل 262144 رنگ ممکن می باشد.در هر لحظه 256 مقدار می تواند در حافظه ی آداپتور VGA ذخیری می شود. SVGA Adapter ها کنونی داری حافظه کافی برای ذخیره 16 bit اطلاعات برای هر پیکسل(65536 رنگ، High Color کیفیت رنگ بالا نام دارد) یا 24 bit که (16777216 سایه ها- یا True Color رنگ مناسب )

3) آداپتور سیگنال ها را به 3 گان الکترونی در پشت لوله ی اشعه کاتدی می فرستد .درون فضای خلاء CRT هر تفنگ الکترونی در یک مسیر مستقیم الکترون را شلیک می کند. هر یک از سه رنگ اصلی دارای خط خاص خودش است. شدت هر جریان توسط سیگنال آداپتور کنترل می شود.

4) آداپتور ها معمولاً سیگنال ها را توسط مکانیزیمی که در جولوی CRT وجود دارد و کار آن وضوح و هدف گیری کردن اشعه را برعهده دارد می فرستند. این مکانیزیم را Magnetic deflection yoke (خمش مغناطیسی انحراف دهنده) که از میدان مغناطیسی برای ایجاد خمش در مسیر الکترون ها استفاده می شود. سیگنال ها فرستاده شده به یوق(قسمتى از سیستم انحراف پرتو الکترونى که براى ادرس دهى یک نمایش تصویرى بکار مى رود) ، کمک می کند تا میزان Resolution (تفکیک پذیری) – تعداد پیکسلی که به طور افقی و عمودی نمایش داده می شوند – و Refresh Rate (تعداد دفعات در ثانیه که یک تصویر بر روى CRT باید مجدداً ترسیم شود تا چشمک نزند.) معین گردد.

5) اشعه ها از چاله هایی درون صفحه های فلزی که Shadow Mask (صفحه مشبک نام دارند) عبور می کنند. هدف از ماسک گذاری چینش درست و قرار گیری درست اشعه الکترون ها نسبت به هدفشان در درون صفحه CRT می باشد. Dot Pitch (درجه نقطه) های CRT نسبت به فاصله ی هر چاله نسبت دیگری اندازه گیری می شود، چاله های نزدیکتر دارای درجه نقاط کوچکتری نیز می باشد.در این مرحله تصاویری با لبه های تیز بیشتری ایجاد می شود. چاله ها ی موجود در بیشتر Shadow Mask ها به طور مثلثی چینش شده اند، به استثنای Sony Trinitron CRT که در خیلی از نمایشگر کارخانه اش استفاده شده است. Trinitrons چاله ها در شیار های موازی قرار گرفته اند.

Trinitrons : تکنولوژی که توسط شرکت Sony برای ایجاد تصاویری تمیز تر بر روی کامپیوتر و صفحه تلویزیون ساخته شده( از سیم های عمودی به جای Shadow Mask استفاده شده.

6) الکترون خا به لایه کشیده شده در درون صفحه نمایش ضربه وارد می کنند. فسفر ماده ایست که توسط برخورد الکترون ها شرع به تابش می کند.سه نوع مختلف از فسفر برای هر کدام از رنگ های قرمز ، آبی سبز استفاده می شود.هر چه اشعه الکترون قوی تری به فسفر ضربه وارد کند فسفر نور بیشتری ساتع می کند. اگر خر رنگ قرمز ، آبی و سبز در یک نقطه توسط میزان برابری از اشعه الکترون ضربه وارد کنند نتیجه نور سفید می شود.برای ساخت رنگ های مختلف شدت هر کدام از سه رنگ متفاوت است. بعد از عبور اشعه ها از فسفر، فسفر به تابش ادامه می دهد که به آن Persistence (دوام) گفته می شود.برای اینکه تصویر ثابت بماند ، فسفر ها قبل از ، ازبین رفتن اثر قبلیشان دوباره باید توسط تکرار تابش الکترون ها فعال شوند.

7) بعد از اینکه اشعه ها ایجاد یک خط افقی کردند، راهنمای الکترون ها تا زمانی که یوق دوباره مسیر را به سمت چپ صفحه به زیر لبه ای که خط قبل از آن ایجاد شد برود. این پردازش را Raster Scanning (پویش تصویر) نامیده می شود.

8) خمش الکترومغناطیسی تا زمانی که از گوشه سمت چپ بالا با عبور از تمام صفحه نمایش به گوشه سمت چپ پایین برسد ادامه دارد. هر یک رفت و برگشت در صفحه را یک Field (میدان) می نامند. به محض پایان یافتن فیلد اشعه ها به گوشه چپ بالا می روند و یک فیلد جدید را شروع می کنند.صفحه به طور معمول 60 بار بر ثانیه Refresh می شود.
9) بعضی از آداپتور ها فقط به طور ذوجی پردازش می کنند ( یکبار خطوط زوج و بار دیگر فرد) به این پردازش Interlacing گفته می شود. Interlacing اجازه می دهد تا آداپتور Resolution بیشتری را با یک دستگاه ارزان تر بسازد . اما محو شدن فسفر بین هر عبور سبب پرش صفحه می شود.