آشنایی با مفاهیم سخت افزاری

[atena-ati]

با نام خدا
در اين بخش قراره كه درباره مطالب پايه و اساسي سخت افزار ، كه چندان به تكنولوژي روز وابسته نيستن و تكنولوژي روز بر پايه اين ساختار و تعاريف اوليه شكل گرفته و ادامه يافته ، صحبت بشه .
مطالبي كه مشمول مرور زمان نمي شه ، مانند : فرق انواع ram ، شرح جزييات كارت گرافيكي ، انواع پورت ، تعريف cache memory و....
فكر مي كنم با وجود يه همچين تاپيكي ، كارخيلي ها ، راحت تر راه بيفته و سوالات تكراري هم كمتر مطرح بشه . و در ضمن يك مجموعه اطلاعات ارزشمند جمع بشه .

[atena-ati]

در ابتدا به برخي از تعاريف اوليه مربوط به هارد ديسك مي پردازيم :

DMA يا Direct Memory Access همونطور كه از نامش پيداست امكان دستيابي مستقيم به حافظه رو براي دستگاه مربوطه فراهم مي كنه . يعني در اين نوع تبادل داده ، انتقال بين Device و Ram بطور مستقيم و بدون دخالت CPU انجام مي گيره و طبعا سريع تره . و همونطور كه روي Hardها و ساير وسايل IDE رو نوشته براي هر يك ميزان انتقال فرق مي كنه .Ultra DMA 33 / 66 /100/133 كه به ترتيب به نام مد شماره گذاري مي شن . يعني Ultra DMA 33 مد 2 ، بعدي مد 4 ، بعدي مد 5 و آخري نيز مد 6 است . كه در جدولي كه بعد از Bios روي سيستم نمايش داده ميشه براي هر يك از وسايل شماره اين مد ها رو نوشته . ( مد 33 يعني امكان انتقال يكجا به اندازه 33 مگابايت در ثانيه براي اون وسيله وجود داره و..) ..

PIO يا Programmed Input / Output در اينجا بلوكي از دادها به رجيسترهاي CPU انتقال داده مي شن و سپس CPU اونها رو به مقصد مورد نظر مي رسونه . در واقع در اين روش انتقال داده با واسطه CPU انجام مي گيره ، كاملا بر عكس روش قبل . و به همين خاطر در انجام چند كار بصورت همزمان سيستم كند تر عمل خواهد كرد .

براي تغيير تنظيمات مربوط به مد تبادل داده : در Windows XP داخل Device Manager گزينه IDE ATA /ATAPI controllesr بطور معمول دو گزينه براي دستگهايي كه به IDE ها وصل هستند ، نشون مي ده ؛ يكي براي Primary و يكي براي Secondary وقتي روي هر يك از اين كانال ها كليك كنيد جزييات مربوط به وسايل وصل شده به اون رو نشون مي ده ( Hard , CDRom , writer ,....) و داخل گزينه Advanced Settings براي هر يك از Device ها يك Transfer Mode وجود داره كه اصولا قابل تنظيمه و در پايين اون نيز نوع تبادل داده هاي فعلي اون Device رو نشون مي ده ( يعني در حال حاضر روي چه مدي كار مي كنه )

[atena-ati]

File System در يك سيستم عامل به ساختار كلي نامگذاري ، ذخيره سازي و سازماندهي فايل ها گفته مي شود . سيستم فايل ها ، داده ها را به واحدهايي به نام Cluster تقسيم بندي مي كنند . هر كلاستر مي تواند فقط بخشي از يك فايل را نگه دارد . يك فايل ممكن است چندين كلاستر را به خود اختصاص دهد ،و مقداري فضاي خالي در آخرين كلاستر بلا استفاده باقي بماند . كلاستر هاي كوچك مي توانند داده هاي بيشتري در يك ديسك جاي بدهند ( چون فضاي بلا استفاده كمتري به وجود مي آورند ) اما كلاستر هاي بزرگ ، كارايي را بالا مي برند ( در كلاسترهاي بزرگتر ، داده هاي بيشتري مي تواند در هر كلاستر نگهداري شود . بدين معني كه براي بازيابي آن ، سيستم كار كمتري انجام مي دهد و در نتيجه به طور كارآمدتر و سريعتر آن را بازيابي مي كند ) اندازه كلاستر در اندازه ديسك سختي كه كامپيوتر مي تواند پشتيباني كند نيز نقش دارد .
..
Fat مخفف File Allocatin Table ، جدول تخصيص فضا به فايل . اين جدول كه در نزديكيهاي ابتداي ديسك سخت ذخيره مي شود ، توسط سيستم عامل نگهداري مي شود تا فضاي مورد استفاده براي ذخيره سازي فايل ها را مديريت كند . اين جدول وظيفه نگهداري فضاهاي موجود در ديسك را بر عهده دارد تا سگمنت هاي خراب غير قابل استفاده ، علامت گذاري شوند و قسمت هاي مختلف يك فايل با يكديگر مرتبط شوند . در واقع هنگام ذخيره داده ها روي ديسك سخت ، سيستم جهت دستيابي به كلاسترهاي خالي با Fat مشورت كرده و هم در هنگام اجرا فايل ، Fat را جستجو مي كند تا كلاسترهاي مرتبط با آن را يافته و اطلاعات ذخيره شده در آن كلاسترها را بخواند . دو نوع Fat اصلي وجود دارد : Fat 16 , Fat32

Fat 16 : اين سيستم فايل ، يك سيستم فايل 16 بيتي است ، زيرا كلاستر هايي را تشخيص مي دهد كه 16 بيت طول ( يا رقم ) دارند . اندازه كلاسترهاي Fat بسته به مقدار فضا درايوي است و از آنجا كه Fat16 نمي تواند به اندازه Fat32 كلاستر داشته باشد ، براي پوشش دادن به مقدار يكساني از فضا به كلاسترهاي بزرگتري نياز دارد . Windows XP كلاسترهاي 64 كيلو بايتي را براي Fat16 پشنيباني مي كند. چون Fat16 فقط 65,536 كلاستر را پشتيباني مي كند ، با اين سيستم فايل ، حداكثر يك پارتيشن 4 گيگابايتي را مي توان تقسيم بندي كرد . ..

Fat32 : يك سيستم فايل 32 بيتي است ، مي تواند كلاسترهاي بيشتري را نسبت به Fat16 آدرس دهي كند . در نتيجه Fat32 مي تواند از كلاسترهاي كوچكتري براي كارآمدتر كردن سيستم ذخيره سازي ، بهره بگيرد . همچنين بدين مفهوم است كه Fat32 مي تواند پارتيشنهاي بزرگتري را پشتيباني كند . Fat32 با كلاسترهاي 32 بيتي مي تواند پارتيشنهايي تا 8 ترا بايت را پشتيباني كند .

NTFS مخفف NT File System مي باشد . در سيستم فايل fat ، جدول تخصيص فضا ( File Allocation Table ) داشتيم و در اينجا جدول فايل اصلي ( MFT: Master File Table ) داريم . البته MFT بسيار پيچيده تر است . MFT صفات فايل را براي هر فايل ذخيره شده در پارتيشن NTFS ذخيره مي كند . ( صفات فايل هر چيزي را كه لازم است درباره يك فايل دانست ، توصيف مي كند . در NTFS حتي داده هاي موجود در يك فايل نيز صفت فايل محسوب مي شود . اسم ، مكان ، و اطلاعات امنيتي نيز ، از ديگر صفات فايل محسوب مي شود )
NTFS در صورت امكان همه صفات فايل را ، شامل داده هاي فايل ، در MFT ذخيره مي كند . ( هر چند در اكثر موارد ، جاي كافي براي ذخيره همه صفات در MFT وجود ندارد . در اين زمان صفت داده اي به خارج MFT انتقال مي يابد . )

MFT بعنوان يك فايل Metadata مشهور است . ( Metadata اساسا داده هايي درباره خود Data است . بعنوان مثال عنوان ، موضوع ، مولف و اندازه يك فايل ، Metadata آن فايل را تشكيل مي دهند ) NTFS از فايلهاي Metadata براي مديريت داده هاي روي پارتيشن بهره مي گيرد . بعضي از مهمترين فايلهاي Metadata بشرح زير است :

MFT Mirror : يك نسخه پشتيبان از MFT است . MFT در ابتداي سطح ديسك ذخيره مي شود ، در حاليكه MFT Mirror در وسط ديسك قرار مي گيرد . و در صورت خراب شدن MFT اصلي مي تواند مساله را حل كند . و اطلاعات لازم را براي بازيابي داده ها روي سيستم فراهم كند .

Log File : كه Log Journal نيز ناميده مي شود ، تغييرات روي سيستم فايل را ثبت مي كند . Log File فقط عملياتي را كه انجام مي گيرد ثبت مي كند ، نه داده هايي كه اصلاح مي شوند .

Cluster Allocation Bitmap : نقشه اي از پارتيشن را در خود دارد . سيستم مي تواند اين اطلاعات را براي يافتن كلاسترهاي موحود به كار گيرد .

Bad Cluster File : بخشهايي از ديسك را كه معيوب شده اند ، علامت گذاري مي كند . بدين ترتيب NTFS از كلاسترهاي معيوب كه در اين فايل علامت گذاري شده اند براي ذخيره داده هاي جديد استفاده نخواهد كرد .

Quota Table : جدول سهميه ها ، يك خصوصيت جديد در windows 2000/xp با استفاده از اين خصوصيت مي توانيد بعنوان مدير سيستم ، دايركتوري ها و زير دايركتوري ها را در ديسك سخت كنترل كنيد . و ميزان مصرف فضاي ديسك سخت كاربران مختلف يك كامپيوتر را كنترل كنيد .

NFTS مي تواند تعداد كلاسترهاي بيشتري را نسبت به Fat32 پشتيباني كند . در نتيجه ، كلاسترهاي NTFS عموما كوچك و براي حفظ فضاي ديسك سخت ، كارآمد هستند . يكي ديگر از مزاياي NTFS پشتيباني آن براي مجوزهاي فايل و دايركتوري است . اين خصوصيت امنيتي ، اطمينان مي دهد كه فقط كاربران خاصي به فايلها و دايركتوري ها ي ويژه دسترسي دارند .

در ميان آنچه ذكر شد ، سيستم فايل كارآمد NTFS است . چون مي تواند براي پارتيشنهاي 2 گيگابايت و بيشتر ، كلاسترهاي 4 كيلو بايتي ايجاد كند ، كه بهترين تعادل بين سرعت عمل ديسك سخت و صرفه جويي در فضاي ديسك را فراهم مي سازد . و در واقع بهترين كارآيي را به سيستم مي دهد .

[atena-ati]

حافظه رو از نظر نوع دسترسی به اطلاعات میشه به دو نوع تقسیم کرد :

1) حافظه با دستیابی مستقیم
2) حافظه با دستیابی ترتیبی

در حافظه های نوع اول (DASD = Direct Access Storage Device) برای دسترسی به داده ای که در نقطه خاصی از حافظه است لازم نیست داده های قبل از آن خوانده شود بلکه می توان مستقیماً به مکان ذخیره سازی آن داده دسترسی داشت. دیسک سخت (هارد) ، Ram ، فلاپی و..... از این نوع اند.

در وسایلی که دستیابی به داده های آنها ترتیبی است برای دسترسی به داده ای که در نقطه خاصی از حافظه است لازم است داده های قبل از آن خوانده شود تا مکان مورد نظر برسیم.
نوار مغناطیسی از این نوع حافظه است.

واضح است که سرعت دستیابی به داده ها در وسایل با دستیابی مستقیم بیشتر است.

[atena-ati]

انواع حافظه :

1) حافظه اصلی
2) حافظه جانبی

حافظه اصلی مانند رم و حافظه های جانبی مانند دیسک سخت،دیسک نرم(فلاپی)، سی دی و .....

سرعت دستیابی در حافظه های اصلی بسیار بیشتر از حافظه های جانبی است.

چرا Ram سریعتر از انواع حافظه های جانبی است ؟

داده ها در Ram به صورت الکترونیکی ذخیره و بازیابی میشوند اما در دیسک سخت و .... عمل ذخیره و بازیابی اطلاعات نیازمند اعمال مکانیکی نیز هست.مثلاً جابجایی هد تا زیر سکتور یا کلاستر مورد نظر.

با وجود هارد چرا از Ram در کامپیوتر استفاده می شود ؟

چون سرعت هارد در مقایسه با Cpu بسیار پایینه. حتی سرعت Ram هم از سرعت Cpu خیلی کمتره.
چون Cpu باید با دستگاه های ورودی-خروجی و داده های ذخیره شده در حافظه ها در ارتباط باشد هر چه سرعت حافظه به سرعت پردازنده نزدیکتر باشد انجام عملیات بهینه تر خواهد بود و Cpu لازم نیست معتل شود !

[atena-ati]

RAM

RAM مخفف Random Access Memory می باشد؛ یعنی حافظه با دستیابی تصادفی.

ذخیره سازی اطلاعات در رم موقتی بوده و با قطع جریان برق اطلاعات از بین میروند.

اگه بخواهیم در سطح بسیار پایین به رم نگاه کنیم باید بگیم که رم از فلیپ فلاپ ها تشکیل شده.

هر فلیپ فلاپ قابلیت ذخیره سازی 1 بیت (Bit) از اطلاعات رو داره.

خود فلیپ فلاپ هم از تعدادی گیت منطقی (Gate) ساخته میشه.

هر فلیپ فلاپ در هر لحظه میتونه در دو حالت باشه که نشانگر 0 یا 1 هست.

سرعت رم از حافظه های جانبی بیشتر است. ..

CPU فقط میتونه به داده هایی دسترسی داشته باشه که در RAM هستند.

پس برای دستیابی به یک فایل که روی هارد کامپیوتر هست این فایل ابتدا به داخل RAM کپی میشه و بعد توسط CPU قابل دستیابیه.

برای دستیابی به یک بایت خاص در RAM آدرس اون بایت در یکی از ثبات(Register) های CPU قرار میگیره و بعد بلافاصله به داده موجود در اون آدرس دسترسی داریم. بنابراین سرعت RAM بسیار بالاست.

اما در هارد : وقتی میخواهیم به یک بایت خاص دسترسی داشته باشیم ابتدا آدرس آن به کنترلگر هارد فرستاده میشود و بعد کنترلگر دستور میده که هد (Head) به زیر سکتوری که آون بایت در اون هست بره (دقت کنید این یک عمل مکانیکیه و نسبت به اعمال الکترونیکی خیلی خیلی وقتگیر تره !) و بعد میتونیم به اون بایت خاص دسترسی داشته باشیم. ..

[atena-ati]

حافظه Cache چیست ؟
فرض کنیم که شما هر روز به رستوران می رید . هر روز راس ساعت 5 بعد از ظهر سفارش غذا می دید . هروز 4 نوع غذا رو به ترتیب خاص سفارس می دید . راس ساعت 5 همبرگر سفارش می دید گارسون سفارش شما رو بررسی می کنه به آشپزخونه میره بعد از 1 دقیقه همبرگر رو برای شما میاره شما همبرگر رو خورده و سفارش سوسیس می دید مجددا سفارش توسط گارسون به آشپزخانه منتقل شده و بعد از یک دقیقه غذا آماده می شه . به همین ترتیب شما سه غذای دیگه رو سفارش داده و برای هر غذا 1 دقیقه معطل میشید . خوب شما هروز همین غذاهارو سفارش داده و برای آماده شدن هر غذا 1 دقیقه معطل می شید . گارسون با خودش فکر می کنه که برای اینکه هم خودش کمتر کار کنه و هم شما کمتر معطل بشید بیاد و 1 میز دیگه ای آماده از غذاهای شما رو تهیه کنه و بلافاصله بعد از سفارش شما غذا رو روی میزتون بزاره . در اینجا گارسون" باس " آشپزخانه " رم " و میز آماده " کش " در نظر گرفته می شن . بعد از چند روز شما همبرگر رو میخورید طبق عادت گارسون برای شما سوسیس میاره اما شما می گید که امروز املت می خوام! اینجا گارسون مجددا مجبور میشه که 1 دقیقه شما رو در انتظار بزاره تا املت رو براتون بیاره . در اینجا گارسون میز دومی رو تهیه می کنه که بر اساس انتخاب های دوم شما چیده شده . بدین ترتیب شما اگر غذایی رو سفارش بدین که در میز اول نباشه اما در میز دوم باشه بلافاصله غذا رو میل می کنید و معطل نمی شید . میز دوم در اینجا کش سطح دو یا " Cache L2 " هست . اصطلاحی که امروزه در رابطه با فول کش یا هالف کش گفته میشه همین کش سطح 2 هست . اصول کار پردازنده بدین صورت که پیش بینی دستورات بعدی رو کرده و جواب دستورات رو در حافظه ی نهان یا همون کش می ذاره . جالبه که بدونید پردازنده 90% دستورات بعدی رو درست حدس میزنه و اگر حدس پردازنده غلط از کار در بیاد مجبوره که به حافظه ی رم مراجعه کنه که همین مراجعه باعث تاخیر زیادی در کار پردازنده میشه . .. ..
نکته ی که قابل گفتن هست اینه که این حافظه بسیار گران قیمت هست و به صرفه نیست که برای بالا بردن سرعت کامپیوتر حافظه کش تهیه کنید . ( مجبورید پردازنده هم عوض کنید!)