آشنایی با مفهوم سیستم‌ کامپیوتری و نحوه‌ی عملکرد آن به زبان ساده

سیستم کامپیوتری عمدتا شامل یک واحد پردازش مرکزی (CPU)، حافظه، دستگاه‌های ورودی/خروجی و فضای ذخیره سازی است. همه این اجزا با هم به عنوان یک واحد عمل می‎کنند تا خروجی مورد نظر را ارائه دهند. سیستم کامپیوتری در اشکال و اندازه‌های مختلف در بازار وجود دارد. در این مقاله به تعریف «سیستم‌های کامپیوتری» و مزایای آن‌ها می‌پردازیم و در نهایت با انواع سیستم‌ها آشنا می‌شویم. بنابراین، قبل از شروع این مقاله اجازه دهید در مورد کلمه "کامپیوتر" و اینکه چرا کامپیوترها در سراسر جهان محبوب هستند صحبت کنیم.

چرا کامپیوترها در سراسر جهان محبوب هستند؟

همانطور که می‌دانید کامپیوتر یک دستگاه بسیار محبوب در سراسر جهان است. بیشتر کارهایی که زندگی روزمره ما به آن وابسته است توسط کامپیوتر انجام می‌شود. مثلا امروزه ما با کمک رایانه آب و هوا را پیش بینی می‌کنیم، دانشمندان از آن‌ها برای تحقیقات خود استفاده می‌کنند، پزشکان از آن برای ذخیره تمام اطلاعات بیماران خود استفاده می‌کنند و بسیاری موارد دیگر که همه با کمک کامپیوتر انجام می‌شود.

سیستم کامپیوتری چیست؟

اساسا یک سیستم کامپیوتری ترکیبی از قطعات سخت افزاری و نرم افزاری است که به رایانه‌ها کمک می‌کند تا از طریق برقراری ارتباط با یکدیگر داده‌ها یا اطلاعات را دریافت کنند. سیستم رایانه مجموعه‌ای از دستگاه‌های یکپارچه است که داده‌های ورودی را می‌پذیرد، آن‌ها را پردازش می‌کنند و در نهایت یک نتیجه (خروجی) به ما ارائه می‌دهد که به «سیستم کامپیوتری» معروف است.

سیستم کامپیوتری با کمک چهار بخش اصلی "ورودی"، "خروجی"، "ذخیره سازی" و "پردازش" این کار را انجام می‌دهد. این چهار کلمه مفهوم سیستم‌ کامپیوتری را مشخص می‌کند. این شامل CPU، مانیتور، صفحه کلید، ماوس و بسیاری از اجزای دیگر است. پس به طور کلی تعریف این مفهوم به این شکل است:

سیستم کامپیوتری مجموعه‌ای از دستگاه‌های یکپارچه است که از واحدهای ورودی، پردازش، خروجی و ذخیره‌سازی داده‌ها و اطلاعات تشکیل شده است.

انواع سیستم‌های کامپیوتری

در سراسر جهان از کامپیوتر برای انجام چند کار مختلف استفاده می‌شود. این سیستم دسترسی به اطلاعات بیشتر را در اختیار ما قرار می‌دهد. همچنین، امکان ارتباط بهتر را به ما می‌دهد و برای سرگرمی‌هایی مانند بازی کردن، موسیقی و تماشای فیلم نیز می‌توان از آن استفاده کرد.

سیستم‌های کامپیوتری به طور کلی بر اساس عملکردشان طبقه بندی می‌شوند و عملکرد آن‌ها توسط موارد زیر تعریف می‌شود:

• مقدار داده‌ای که می‌تواند در حافظه ذخیره شود

• سرعت توان داخلی کامپیوتر

• تعداد و انواع دستگاه‌های جانبی

• مقدار و نوع نرم افزار موجود برای استفاده در کامپیوتر

انواع آن‌ها عبارتند از:

میکرو کامپیوتر

میکرو کامپیوترها آن دسته از رایانه‌هایی هستند که معمولا به عنوان رایانه شخصی استفاده می‌شوند. این سیستم کامپیوتری از یک پردازنده واحد برای CPU خود استفاده می‌کند. همچنین یک ریزپردازنده در آن قرار دارد که به "Micro-Chips" معروف است. این دستگاه از یکپارچگی تراشه‌های سیلیکونی نهایت استفاده را کرده است. از سال 1971 پردازنده در انواع ماشین‌ها قرار گرفت. ROM (حافظه فقط خواندنی) و RAM (حافظه دسترسی تصادفی) در پردازنده ذخیره می‌شوند. ROM دستورالعمل‌هایی که باید توسط کامپیوتر اجرا شود را تعریف می‌کند، در حالی که RAM معادل عملکرد حافظه کامپیوتر را تعریف می‌کند.

امروزه میکرو کامپیوترها را کامپیوترهای شخصی می‌نامند. این‌ کامپیوترها کوچک و نسبتا ارزان هستند. بیشتر میکرو رایانه‌ها معمولا در مدارس، ادارات، شرکت‌ها و برای مصارف شخصی استفاده می‌شوند. از میان نمونه‌هایی از میکرو کامپیوترها می‌توان به لپ تاپ، تبلت، تلفن همراه و PDA (دستیار دیجیتال شخصی) اشاره کرد.

مینی کامپیوترها

مینی کامپیوترها کامپیوترهایی هستند که تمام ویژگی‌ها و قابلیت‌های یک کامپیوتر بزرگ را دارند و در اواسط دهه 1960 توسعه یافتند. سیستم‌های کامپیوتری کوچک نیز به عنوان مینی کامپیوترها شناخته می‌شوند که سرعت عملکرد سریع‌تر و ظرفیت ذخیره‌سازی بزرگ‌تری را نسبت به میکروکامپیوترها ارائه می‌دهند. این نوع سیستم کامپیوتری بسیار منعطف است و می تواند با توجه به رفع نیازهای کاربران ساخته شود.

کامپیوترهای سایز متوسط

این‌ها آن دسته از رایانه‌هایی هستند که نسبت به رایانه‌های کوچک (میکرو یا مینی کامپیوترها) سرعت و فضای ذخیره سازی بزرگ‌تری دارند. این رایانه‌ها از تعداد زیادی دستگاه ورودی-خروجی و چندین درایو دیسک پشتیبانی می‌کنند که می‌توان از آن‌ها برای ارائه دسترسی آنلاین استفاده کرد. نمونه‌ای از یک کامپیوتر با اندازه متوسط: سیستم‌های IBM.

کامپیوترهای بزرگ

کامپیوترهای بزرگ آن دسته از کامپیوترهایی هستند که نهایت انعطاف و سرعت را ارائه می‌دهند. این کامپیوترها معمولا سیستم‌ها را با حداقل دخالت اپراتور به طور کامل کنترل می‌کنند. سرعت عملکرد داخلی در رایانه‌های بزرگ بر حسب نانوثانیه اندازه‌گیری می‌شود. این در حالی است که سرعت رایانه‌های کوچک‌تر بر حسب میکروثانیه است. نمونه هایی از رایانه‌های بزرگ: ابر رایانه‌ها و کامپیوترهای Mainframe.

کامپیوترهای Mainframe

رایانه‌های اصلی سیستم‌های بزرگ و چند کاربره‌ای هستند که برای پردازش میلیون‌ها دستورالعمل این رایانه در ثانیه طراحی شده‌اند و قادر به دسترسی به میلیاردها داده هستند. این ترکیبی از RAM و بسیاری از پردازنده‌ها است و به عنوان یک واحد پردازش مرکزی برای بسیاری از ورک استیشن‌ها عمل می‌کند.

این کامپیوتر معمولا در بیمارستان‌های بزرگ، شرکت‌های هواپیمایی و بسیاری از شرکت‌های بزرگ دیگر استفاده می‌شود. این به کاربر اجازه می‌دهد تا حجم زیادی از اطلاعات را در یک مکان متمرکز ذخیره کند. این کامپیوترها معمولا گران هستند و هر کسی قادر به خرید آن نیست و از نظر قابلیت و اندازه در خانواده سیستم‌های کامپیوتری در دومین رتبه جای می‌گیرد.

ابر کامپیوتر

ابرکامپیوتر بزرگ‌ترین، سریع‌ترین و گران‌ترین سیستم کامپیوتری است. این سیستم در دهه 1960 توسعه یافته است و برای کارهای محاسباتی مانند مدل سازی مولکولی، پیش بینی آب و هوا، فیزیک کوانتوم و غیره استفاده می‌شود. ابرکامپیوترها سیستم‌های پرسرعتی هستند که برای پردازش حجم عظیمی از داده‌ها و سپس نمایش آن‌ها طراحی شده‌اند. سرعت این ماشین‌های قدرتمند در محدوده 100 میلیون دستورالعمل در ثانیه است. از این کامپیوترها برای محاسبات مختلف و وظایف سنگین خود استفاده می‌کند.

مهم‌ترین ویژگی‌های سیستم کامپیوتری

ویژگی‌های کامپیوترها که آن‌ها را بسیار قدرتمند و کاربردی کرده است. اجازه دهید به طور مختصر آن‌ها را مورد بررسی قرار دهیم:

1. سرعت

2. دقت

3. پایداری

4. تطبیق پذیری

5. فضای ذخیره سازی

کامپیوترها با سرعتی باورنکردنی کار می‌کنند. یک کامپیوتر قدرتمند قادر است حدود 3-4 میلیون دستور ساده را ظرف یک ثانیه انجام دهد. آن‌ها علاوه بر سریع بودن، بسیار دقیق هستند. خطاهایی که ممکن است در کامپیوتر رخ دهد تقریبا همیشه به اشتباه انسانی نسبت داده می‌شود (داده‌های نادرست، طراحی ضعیف سیستم‌ها یا دستورالعمل‌ها / برنامه‌های اشتباه نوشته شده توسط برنامه‌نویس). برخلاف انسان‌ها، کامپیوترها بسیار سازگار هستند. آن‌ها ویژگی‌های انسانی مانند خستگی و عدم تمرکز را ندارند. بنابراین در انجام کارهای بزرگ و تکراری بهتر از انسان عمل می‌کنند.

کامپیوترها ماشین‌های همه کاره هستند و می‌توانند هر کاری را انجام دهند. حضور رایانه‌ها تقریبا در هر حوزه‌ای قابل مشاهده است: راه‌آهن، بانک‌ها، هتل‌ها، فرودگاه و بسیاری از موارد دیگر. رایانه‌های امروزی می‌توانند حجم زیادی از داده‌ها را ذخیره کنند. اطلاعات پس از ثبت (یا ذخیره) در رایانه، هرگز فراموش نمی‌شوند و تقریبا بلافاصله می‌توان آن را بازیابی کرد.

چه واحدهایی در سیستم کامپیوتری وجود دارد؟

در این بخش به طور مختصر در مورد واحدهای کاربردی کامپیوتر صحبت می‌کنیم:

ورودی: این واحد برای وارد کردن داده‌ها و برنامه‌ها به سیستم کامپیوتری برای پردازش توسط کاربر استفاده می‌شود.

ذخیره سازی: واحد ذخیره سازی برای ذخیره داده‌ها و دستورالعمل‌ها قبل و بعد از پردازش استفاده می‌شود.

پردازش: وظیفه انجام عملیاتی مانند محاسبات پردازش نامیده می‌شود. واحد پردازش مرکزی (CPU) داده‌ها و دستورالعمل‌ها را از واحد ذخیره سازی دریافت می‌کند و انواع محاسبات را بر اساس دستورالعمل‌های داده شده و نوع داده‌های ارائه شده انجام می‌دهد. سپس به واحد ذخیره سازی ارسال می‌شود. CPU شامل یک واحد محاسبه (ALU) و یک واحد کنترل (CU) است.

محاسبه و منطق: تمامی محاسبات و مقایسه‌ها، بر اساس دستورالعمل‌های ارائه شده در ALU انجام می‌شود. توابع محاسباتی مانند جمع، تفریق، ضرب، تقسیم در این قسمت انجام می‌شود.

کنترل: کلیه عملیات مانند ورودی، پردازش و خروجی توسط واحد کنترل انجام می‌شود. این واحد پردازش گام به گام تمام عملیات داخل کامپیوتر را انجام می‌دهد.

نتیجه گیری

همه ما از سیستم‌های کامپیوتری و اهمیت بسیار زیاد آن‌ها در زندگی روزمره خود آگاه هستیم. این سیستم یک دستگاه الکترونیکی است که نه تنها داده‌ها را ذخیره می‌کند، بلکه پردازش آن‌ها را نیز انجام می‌دهد. یک کامپیوتر با دریافت دستورالعمل‌های معتبر می‌تواند عملیات‌های مختلفی را انجام دهد. آنچه به ما امکان می‌دهد چنین کارهایی را در رایانه انجام دهیم سیستم کامپیوتری است. یک سیستم کامپیوتری شامل تمام اجزاء (سخت افزار و نرم افزار) است که در کنار هم یک سیستم کاملا عالی و کاربردی را می‌سازند.

چگونه توان حرارتی TDP روی عملکرد قطعات کامپیوتری تاثیر می‌گذارد؟

شاید هنگامی که به دنبال خرید پردازنده کامپیوتر، لپ تاپ یا حتی یک مادربرد جدید بودید، با اصطلاح توان حرارتی TDP برخورد کرده باشید. اگر نظرات افراد مختلف در اینترنت را بخوانید، احتمالا TDP های خوب یا بد را برای محصولات مشاهده خواهید کرد. بیشتر تولیدکنندگان قطعات کامپیوتر TDP محصولات خود را تبلیغ می‌کنند. اگر یک پردازنده کامپیوتر (CPU) یا یک کارت گرافیک (GPU) خریده باشید این اصطلاح به گوشتان آشناست. اگرچه بسیاری از افراد TDP را معادل مصرف برق می‌دانند، اما این مفهوم دقیقا درست نیست.

متاسفانه بیشتر مواقع این اتفاق می افتد، چرا که مقدار TDP بر حسب وات بیان می‌شود که اکثر مردم آن را با اندازه گیری توان الکتریکی اشتباه می‌گیرند. در واقع توان حرارتی TDP به وات‌های حرارتی اشاره دارد، نه به وات‌های الکتریکی، و معیاری برای اندازه گیری توان الکتریکی نیست، بلکه مشخصات سیستم خنک کننده را ارائه می‌دهد. اگر می خواهید به طور دقیق با مفهوم TDP آشنا شوید و بدانید که برای چه کاری باید از آن استفاده کنید، این مقاله را بخوانید.

توان حرارتی TDP چیست؟

TDP مخفف عبارت Thermal Design Power است و برای اندازه گیری میزان گرمای خروجی یک دستگاه با واحد وات طراحی و ساخته شده است. در گذشته از وات یا حداکثر توان مصرفی برای اندازه گیری توان دستگاه‌های الکتریکی استفاده می‌شد و این اصطلاح در بیشتر مواقع با TDP اشتباه گرفته می‌شود.

مقدار گرمایی که یک دستگاه تولید می‌کند به مقدار برق مصرفی آن مرتبط است و TDP بیشترین میزان گرمایی است که CPU و GPU زیر سنگین‌ترین بار کاری، تولید می‌کند. قطعات سخت افزارها هنگام کار و محاسبات گرما تولید می‌کنند و هر چه اندازه کار بیشتر باشد، حرارتی که تولید می‌شود نیز بیشتر خواهد بود. اما اینکه هنگام کار چه مقدار حرارت توسط پردازنده یا کارت گرافیک تولید می‌شود به TDP مرتبط نیست. TDP به شما می‌گوید که خنک کننده چه مقدار گرما را هنگام اجرای یک بار کاری معمولی باید دفع کند.

اهمیت شاخص توان حرارتی TDP در دنیای فناوری

عملکرد اصلی TDP اندازه گیری میزان خنک کننده ای می‌باشد که برای دفع گرمای قطعه الکترونیکی مورد نیاز است. به عناون مثال، شاخص توان طراحی گرمایی یک میکروکنترلر چیزی حدود 10 وات است که به راحتی توسط یک هیت سینک پسیو یا یک فن کوچک خنک می‌شود. از سویی دیگر، اگر TDP یک قطعه 95 وات باشد، فرایند خنک سازی آن باید با یک هیت سینک اختصاصی و فن بزرگتر انجام شود. بنابراین، درک شاخص TDP برای تعیین نوع خنک کننده نیز موثر خواهد بود.

TDP چگونه اندازه گیری می‌شود؟

متاسفانه، هیچ استانداردی برای اندازه گیری TDP وجود ندارد. اغلب سازندگان طیفی از پردازنده‌ها را که تفاوت‌های قابل‌توجهی در سرعت یا تعداد هسته دارند، به یک مقدار واحد اختصاص می‌دهند. گاهی اوقات خنک‌کننده‌های CPU و GPU میزان گرمایی را که می‌توانند بر حسب وات دفع کنند، تعیین می‌کنند. مقدار گرمایی که توسط خنک کننده دفع می‌شود باید بیشتر از TDP پردازنده ای باشد که برای خنک کردن آن طراحی شده است. به بیانی ساده‌تر، دفع گرمای سیستم خنک کننده باید نسبت به آنچه پردازنده شما تولید می‌کند، بیشتر باشد. اگر اینگونه نباشد، ممکن است پردازنده زیر بار سنگین برای یک بازه زمانی طولانی به دمای “اتصال حرارتی” برسد و سرعت خود را کاهش دهد تا از گرم شدن بیش از حد و خراب شدن آن جلوگیری شود.

در اینجا فرایندی برای افزایش دستی سرعت یک پردازنده وجود دارد که می تواند به طور قابل توجهی مصرف انرژی و در نتیجه خروجی حرارت پردازنده را افزایش دهد. به این فرایند اورکلاک گفته می‌شود. اورکلاک از محدودیت‌های توانی و حرارتی استفاده می‌کنند تا به‌طور خودکار سرعت پردازنده را در زمانی که قدرت کافی در دسترس دارد و خیلی داغ نیست، افزایش دهند. TDP نباید به عنوان معیار مطلق مصرف برق یا تولید گرما استفاده شود. در واقع TDP یک راهنمای تقریبی برای خنک سازی عملیات سنگین و در عین حال استاندارد است.

TDP زیاد خوب است یا بد؟

سوال خوبی است، اما پاسخ آنطور که ما می‌خواهیم روشن نیست. TDP بالا نه خوب است و نه بد. چرا این حرف را میزنیم؟ برای درک آن بیایید ببینیم که TDP بالا برای یک پردازنده کامپیوتر به چه معناست:

یک تراشه با TDP بالا به این معنی است که آن پردازنده گرمای زیادی تولید می‌کند. ممکن است فکر کنید که گرمای زیاد به معنای بد بودن آن است و نه تنها این پردازنده به خنک کننده بهتری نیاز دارد، بلکه احتمالا توان الکتریکی بیشتری نیز مصرف می‌کند. از طرفی دیگر ممکن است فکر کنید که توان بیشتر ویژگی بدی است. با این حال، گرمای بیشتر و قدرت بیشتر می‌تواند به این معنی باشد که تراشه سریع‌تر است و عملکرد بالاتری نسبت به سایر پردازنده‌ها با رتبه TDP پایین‌تر ارائه می‌دهد.

اگر چیزی که به دنبال آن هستید سرعت است، توان حرارتی TDP به وات‌های حرارتی اشاره دارد، نه به وات‌های الکتریکی، و معیاری برای اندازه گیری توان الکتریکی نیست، بلکه مشخصات سیستم خنک کننده را ارائه می‌دهد.بالا نباید شما را از خرید یک پردازنده باز دارد. اما اگر بهره وری انرژی برایتان مهم است به دنبال TDP کمتر باشید.

علاوه بر این، معمولا پردازنده‌ها و کارت گرافیک‌های جدید سرعت بیشتری را با استفاده از TDPهای پایین‌ ارائه می‌دهند. دلیل آن این است که فناوری‌های جدیدتر به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند که هنگام ایجاد تراشه‌های کامپیوتری از ترانزیستورهای کوچک‌ استفاده کنند تا گرمای کمتری ایجاد شود. به‌طور خلاصه، تراشه‌های جدیدتر نسبت به نسل‌های قبلی تراشه‌ها بسیار سریع‌ هستند و حرارت کمتری تولید می‌کنند.

توان حرارتی TDP برای کدام اجزای سخت افزاری کاربرد دارد؟

TDP برای اندازه گیری تراشه‌هایی است که برای کار از برق استفاده می‌کنند. این بدان معنی است که هنگام نگاه کردن به رایانه‌ها، اجزای کامپیوتر و سایر دستگاه‌های مشابه که به تراشه‌ها متکی هستند، جزئیات مربوط به TDP را مشاهده خواهید کرد. TDP مشخصات مهمی را در پردازنده‌های کامپیوتر، کارت‌های گرافیک و چیپ‌ ست‌ها (از جمله چیپ‌ست‌های مادربرد) نشان می‌دهد.

چگونه دانستن TDP به شما کمک می‌کند؟

اکنون که معنی TDP و نحوه استفاده از آن را در پردازنده‌ها و کارت گرافیک می‌دانید، بیاید ببینیم که درک و تشخیص این مفهوم چقدر می تواند برای شما مفید باشد. با نگاهی به TDP قطعات سخت افزاری متوجه می شوید که از نظر عملکرد چگونه خواهند بود. دو مورد از محبوب‌ترین پردازنده‌ها در حال حاضر، Intel Core i7-9700K و AMD Ryzen 7 2700X را را در نظر بگیرید. این دو پردازنده در عرض شش ماه به بازار عرضه شدند و مشخصات مشابهی دارند.

پردازنده AMD Ryzen 7 2700X دارای سرعت کلاک بالاتر (3.7 گیگاهرتز تا 3.6 گیگاهرتز) و حداکثر TDP (105 وات تا 95 وات) است. اما آیا این نشان دهنده قوی بودن آن است؟ در رای گیری بنچمارک، پردازنده AMD امتیاز بیشتری را نسبت به Core i7-9700K اینتل دریافت کرده است.

نتیجه گیری

TDP یا توان طراحی حرارتی یا گرمایی شاخصی است که برای تعیین میزان گرمای خارج شده توسط CPU استفاده می‌شود. ارتباط قدرتمندی میان مصرف انرژی و TDP و همچنین عملکرد CPU وجود دارد. TDPحداقل سطح فعالیتی را که یک خنک کننده برای حفظ عملکرد CPU باید داشته باشد را تعیین می کند.

پردازنده‌هایی با کارایی بالاتر، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند و تمایل دارند گرمای بیشتری تولید کنند. در مقابل، پردازنده‌های با کارایی پایین‌تر، مانند پردازنده‌های لپ‌تاپ، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و عملکرد آن ها به طور قابل توجهی پایین‌تر است. TDP یکی از مفاهیم مهمی است که به شما کمک می‌کند تا عملکرد و بازده انرژی یک پردازنده را درک کنید. آگاهی از TDP و همچنین معماری و سرعت آن به شما کمک می‌کند تا نحوه عملکرد یک قطعه الکترونیکی را به درستی تشخیص دهید.