درسنامه آموزشی کتاب مفاهیم پایه فناوری اطلاعات

هدف‌های رفتاری

پس از مطالعه این فصل از هنرجو انتظار می‌رود که:

- مفاهیم اصلی در علوم رایانه را بیان کند.
- انواع رایانه‌ها را براساس قدرت پردازش و کاربرد آن‌ها بیان کند.
- ساختمان رایانه و اجزای آن را شرح دهد.

مقدمه

در عصر حاضر، رایانه نقش زیادی در ابعاد مختلف زندگی انسان از جمله: آموزش، کارو کسب، سرگرمی و... پیدا کرده است. رایانه و فناوری‌های نوظهور آن، افزایش روزافزون اطلاعات، مشاغل و کسب‌وکارهای مختلف پدید آمده در این حوزه، اقتصاد جهانی را تحت تأثیر قرار داده است. سرعت و حفظ کیفیت انجام کارها سبب شده است که استفاده از رایانه‌ها اجتناب‌ناپذیر باشد.

تعریف رایانه

رایانه دستگاهی است که از اجزای الکترونیکی و الکترومکانیکی تشکیل شده است و براساس مجموعه دستوراتی به‌نام برنامه کار می‌کند. برنامه داده‌ها را دریافت نموده و پس از پردازش آن‌ها را به اطلاعات قابل بهره‌برداری شامل اعداد، متن، تصویر، صدا، فیلم یا سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌کند.

سیستم (System) و سیستم‌های رایانه‌ای

سیستم مجموعه‌ای از اجزای مختلف است که برای رسیدن به یک یا چند هدف با یکدیگر در ارتباط و تعامل هستند. سیستم‌ها داده‌ها را به‌عنوان ورودی می‌پذیرند و با انجام عملکرد معینی بر روی آن‌ها، اطلاعات قابل ارائه‌ای به‌عنوان خروجی ارائه می‌دهند؛ از این‌رو رایانه نیز نوعی سیستم محسوب می‌شود. بنابراین، اساس کار هر سیستم به‌صورت زیر دسته‌بندی می‌شود:

1- ورود داده‌های موردنیاز
2- انجام عملیات موردنظر روی داده‌ها
3- خروج نتیجه

مثلا: سیستم کارخانه از واحد خرید واحد تولید واحد فروش تشکیل شده است.

مفاهیم پایه رایانه

برای آشنایی بیشتر با رایانه و چگونگی کارکرد آن لازم است با برخی از مفاهیم پایه در رایانه آشنا شوید.

داده (Data)

داده عبارت است از: شکل، نمودار، عدد، متن، عکس و... که قرار است بر روی آن عملیاتی انجام شود. داده‌ها توسط انسان به شکل اعداد، حروف، علائم وارد رایانه شده و طی فرایندی در حافظه رایانه به‌صورت صفر و یک ذخیره می‌شوند تا عملیات خاصی روی آن‌ها انجام شود.

پردازش (Process)

تعریف پردازش: به مجموعه عملیاتی که روی داده‌ها صورت می‌گیرد تا نتیجه مطلوب حاصل شود، پردازش گفته می‌شود.

اطلاعات (Information)

داده‌ها پس از پردازش تبدیل به اطلاعات می‌شوند. در واقع خروجی هر سیستم رایانه‌ای به‌صورت اطلاعات قابل نمایش می‌باشد.

دانش (Knowledge)

یک گام پس از اطلاعات دانش حاصل می‌شود. دانش؛ درک، آگاهی یا شناختی است که در خلال مطالعه، تحقیق، مشاهده یا تجربه و در طول زمان به‌دست می‌آید.

داده‌ها با پردازش در رایانه به اطلاعات تبدیل می‌شوند که این اطلاعات برای همه یک‌سان است؛ اما برداشت و استفاده‌ای که از این دانش اطلاعات می‌شود، همان دانشی است که تولید می‌شود. بنابراین دانش متکی به اطلاعات است.

واحد ورودی: این بخش از دستگاه‌ها و تجهیزاتی تشکیل شده است که به کمک آن‌ها داده‌ها وارد رایانه می‌شود.
واحد پردازش مرکزی: در این بخش داده‌ها مورد تجزیه و تحلیل و پردازش قرار می‌گیرند.

واحد خروجی: در این بخش نتایج حاصل از پردازش نمایش داده می‌شود.

اجزای مختلف رایانه

هر رایانه از دو جزء اصلی سخت‌افزار و نرم‌افزار تشکیل شده است بدون هماهنگی این دو بخش، هیچ رایانه‌ای قادر به کار کردن نمی‌باشد.

سخت‌افزار (Hardware): به اجزای فیزیکی و قابل لمس رایانه، سخت‌افزار گفته می‌شود. سخت‌افزار رایانه مجموعه‌ای از قطعات و مدارات الکترونیکی و الکترومکانیکی است.

نرم‌افزار (Software): به برنامه‌ها و دستورالعمل‌هایی که جهت ارتباط با رایانه و استفاده از آن به‌کار می‌روند، نرم‌افزار گفته می‌شود. هر نرم‌افزار جهت کار مشخصی تولید می‌شود و توسط افرادی که در آن زمینه فعالیت می‌کنند، استفاده می‌شود. مثلا نرم‌افزارهای گرافیکی توسط طراحان و گرافیست‌ها جهت ایجاد تصاویر گرافیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دسته‌بندی رایانه‌ها

رایانه‌ها از لحاظ قدرت پردازش، بزرگی و سرعت، به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

ابررایانه (Super Computer)

ابررایانه‌ها، رایانه‌های بزرگی هستند که دارای قدرت پردازش فوق‌العاده زیادی می‌باشند. این رایانه‌ها اغلب در پروژه‌های بسیار بزرگ علمی و تحقیقاتی به‌عنوان سرویس دهنده استفاده می‌شوند. اولین ابررایانه ایران در سال 1380 به‌وسیلهٔ محققان مرکز تحقیقات پردازش‌های فوق‌سریع دانشگاه صنعتی امیرکبیر به بهره‌برداری رسید.

رایانه‌های بزرگ (Mainframe Computer)

این دسته از رایانه‌ها در مراکز تجاری بزرگ، دانشگاه‌ها و برخی از مراکز دولتی که تنوع کار و حجم محاسباتی بسیار زیادی دارند استفاده می‌شوند. هزاران رایانه به‌طور هم‌زمان می‌توانند به این رایانه‌ها متصل شده و از آن سرویس دریافت کنند.

رایانه‌های کوچک (Mini Computer)

از رایانه‌های کوچک در مراکز تجاری، دانشگاه‌ها و برخی از مراکز دولتی که حجم محاسباتی متوسطی دارند استفاده می‌شود.

ریز رایانه‌ها (Micro Computer)

ریز رایانه‌ها، رایانه‌هایی هستند که در مقیاس کوچک‌تری نسبت به رایانه‌های قبلی ساخته شده‌اند. با این‌که این رایانه‌های نسبت به رایانه‌های قبلی کم‌مصرف‌ترند ولی بسیار کاربردی و پرمصرف می‌باشند. ریز رایانه‌ها از لحاظ ظاهر، اندازه و قدرت پردازشی به چند دسته تقسیم می‌شوند که به برخی از آن‌ها اشاره خواهیم کرد.

رایانه‌های رومیزی (Desktop Computer): این رایانه‌ها در محل ثابتی (روی میز) قابل استفاده بوده و اغلب دارای کاربردهای خانگی، شخصی و اداری می‌باشند. منبع تغذیه انرژی آن‌ها برق شهری متناوب است. به برخی از مدل‌های این رایانه‌ها که بیشتر در منازل از آن‌ها استفاده می‌شود رایانه‌های شخصی (PC) گفته می‌شود.

رایانه‌های روپایی و کیفی (Laptop, Notebook): این نوع از رایانه‌ها به شکل یک کیف کوچک قابل حمل هستند که هم با برق شهر و هم با باطری کار می‌کنند. نوع سبک‌تر این رایانه‌ها را Notebook می‌گویند. رایانه‌های روپایی به‌طور کلی دارای همان اجزایی هستند که در یک رایانه رومیزی وجود دارد با این تفاوت که تا حد ممکن از وزن و اندازه آن‌ها کاسته شده است.

گوشی‌های هوشمند (SmartPhone): گوشی هوشمند یکی از مهم‌ترین ابزار ارتباطی برای هر فرد می‌باشد که علاوه‌بر امکان برقراری تماس تلفنی امکانات بسیار زیادی از جمله: دسترسی به اینترنت، سازماندهی اطلاعات تماس، ارسال نامه‌های الکترونیکی و پیام‌های متنی، انجام بازی‌های آنلاین، برقراری ارتباط از راه دور و ... را برای کاربران فراهم می‌نماید.

تبلت یا لوح رایانه (Tablet PC): لوح رایانه، یک تلفن همراه بزرگ است که دارای یک صفحه نمایش بزرگ و لمسی می‌باشد.

رایانه‌های پوشیدنی (Wearable Computer): این دسته از رایانه‌ها که اغلب در قالب عینک، کلاه و لباس طراحی شده‌اند، طوری که افراد آن را می‌پوشند و بدون کمک از دست قادر به انجام کارهای روزمره خود مثل: گشت‌وگذار در اینترنت، چک کردن ایمیل، پخش موزیک و... می‌باشند.

ساختار عمومی یک رایانه شخصی

در یک نگاه کلی وقتی به یک رایانه رومیزی نگاه می‌کنید اجزای سخت‌افزاری زیر مشاهده می‌شود.

جعبه رایانه (Case)

Case جعبه‌ای است که مادربرد، منبع تغذیه و یک‌سری از قطعات اصلی دیگر را در خود جا می‌دهد و مانند کمدی از این قطعات در برابر حوادث، گرد و خاک، تشعشعات الکترومغناطیس محافظت می‌کند.

انواع جعبه‌های رایانه‌ای: جعبه‌های رایانه از لحاظ شکل ظاهری به دو دسته کلی تقسیم‌بندی می‌شوند:

1- جعبه‌های خوابیده یا رومیزی (Desktop Case): رایانه‌های قدیمی دارای جعبه‌های رومیزی بودند. Desktop Case برای کاربردهای ساده و اولیه کاربرد دارد.

2- جعبه‌های ایستاده یا برجکی (Tower Case): امروزه این نوع جعبه در اکثر رایانه‌های شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اجزای جعبه‌های رایانه‌ای:

1- پوشش جعبه (Cover): پوشش جعبه برای حفاظت از قطعات داخلی در برابر صدمات فیزیکی و تشعشعات به‌کار می‌رود.

2- شاسی (Chassis): به اسکلت اصلی جعبه که قطعات به آن متصل می‌شوند، شاسی گفته می‌شود.

3- پنل جلویی (Front Panel): روی پنل جلویی جعبه دکمه‌های مختلفی جهت روشن، خاموش نمودن و راه‌اندازی مجدد سیستم تعبیه شده است. علاوه‌بر آن، به کمک این پنل دسترسی به دیسک‌گردان امکان‌پذیر می‌باشد. روی این پنل یک سری چراغ‌های LED وجود دارد که برای نمایش وضعیت روشن و خاموش بودن سیستم و نمایش عملکرد دیسک سخت به‌کار می‌رود.

صفحه کلید (Keyboard)

صفحه کلید پرکاربردترین ابزار برای ورود اطلاعات به سیستم می‌باشد.

ماوس (Mouse)

در سیستم عامل‌های گرافیکی، ماوس یکی از پراستفاده‌ترین ابزار برای ورود اطلاعات به رایانه می‌باشد.

صفحه نمایش (Monitor)

صفحه نمایش برای نمایش اطلاعات به کاربر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تجهیزات جانبی (Peripheral Devices)

چاپگر، بلندگو، میکروفن، دیسک‌گردان، دسته‌بازی و ... جزء تجهیزات جانبی سیستم‌های رایانه‌ای هستند.

معرفی اجزای سخت‌افزاری رایانه

الگوی ساخت تمام رایانه‌های امروزی معماری ون نویمان است. در این معماری طراحی سخت‌افزار رایانه شامل چهار واحد اصلی (پردازش مرکزی - ورودی - خروجی - حافظه) می‌باشد.

1- واحد ورودی به کمک دستگاه‌های ورودی داده‌ها را دریافت کرده و به حافظه منتقل می‌نماید.

2- داده‌ها برای پردازش از واحد حافظه به واحد پردازش مرکزی (CPU) فرستاده می‌شوند.

3- داده‌های پردازش شده به حافظه منتقل می‌شوند.

4- داده‌های پردازش شده از واحد حافظه، به شکل قابل ارائه به واحد حافظه منتقل می‌شوند.

در فصول بعدی وظایف واحدهای سخت‌افزاری رایانه تشریح خواهد شد.

فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT)

فناوری اطلاعات و ارتباطات در بیشتر زمینه‌هایی مانند تجارت‌الکترونیک، بانک‌داری، کشاورزی، آموزش، پزشکی، دفاع، حمل‌ و نقل و غیره استفاده می‌شود.

فناوری اطلاعات

گردآوری، سازماندهی، ذخیره و نشر اطلاعات با استفاده از ابزار رایانه و مخابرات صورت می‌پذیرد. به عبارت دیگر، فناوری اطلاعات شامل همهٔ ابزارها و روش‌هایی است که اطلاعات را دریافت، ذخیره، پردازش و مبادله نموده و مورد استفاده قرار می‌دهند.

کاربرد فناوری اطلاعات

از فناوری اطلاعات می‌توان در زمینه‌های مختلف استفاده کرد، از جمله:

آموزش: امروزه به کمک سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای آموزشی، ارائه خدمات آموزشی آسان‌تر و با کیفیت بیشتری انجام می‌شود. دسترسی بهتر و هزینه کمتر برای دستیابی به این منابع آموزشی نیز به توسعه عدالت آموزشی کمک کرده است.

آموزش از راه دور: در سال‌های اخیر، ابزارهای فناوری اطلاعات برای توسعه و دسترسی به منابع آموزشی بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. با استفاده از فناوری اطلاعات محیط آموزشی بهتری را از طریق استفاده از رایانه‌ها، تبلت‌ها، نمایش داده‌ها و... در فرایند انتقال اطلاعات به دانش‌آموزان فراهم می‌شود.

صنایع: پس از انقلاب صنعتی، استفاده از فناوری اطلاعات منجر به توسعه ماشین‌های مورد استفاده و پیوند آن‌ها به وب برای ارسال سفارشات از بخش‌های مختلف شد. فناوری اطلاعات و ارتباطات، بهره‌وری صنایع را افزایش داده و زمان لازم برای دستیابی به هدف موردنظر را کاهش داده است.

ابعاد سیاسی و نظامی: کشورها به‌ دنبال توسعه وسایل ارتباطی و ابزارهایی برای به‌دست آوردن اطلاعات هستند که فناوری اطلاعات نقش عمده‌ای در این زمینه ایفا می‌کند. استفاده از رادارها و هواپیماهای بدون سرنشین نمونه‌ای از کاربرد فناوری اطلاعات در ابعاد سیاسی و نظامی به‌شمار می‌رود.

سرگرمی: با استفاده از فناوری اطلاعات، کاربران می‌توانند مستقیماً از اینترنت موسیقی، فیلم مورد علاقه و یا بازی‌های برخط انجام دهند.

علوم پزشکی: اغلب دستگاه‌های پزشکی، در تشخیص و درمان بیماری‌ها به فناوری اطلاعات متکی هستند. ابزارهای انفورماتیک سلامت، شامل اصطلاحات پزشکی رسمی، دستورالعمل‌های بالینی و سیستم‌های اطلاعات و ارتباطات است.

امور مالی: فناوری اطلاعات، به‌طور مداوم توسط شرکت‌های مالی، برای مبادله ابزارهای مالی، گزارش درآمدهای یک تجارت و ثبت سوابق بودجه شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. انتقال الکترونیکی پول از طریق استفاده از کارت‌های اعتباری یا تجارت الکترونیکی که شامل خرید و پرداخت از طریق اینترنت و... در همین گروه قرار می‌گیرند.

مدیریت بخش دولتی: استفاده از فناوری اطلاعات در ارائه خدمات دولتی موجب ارتقاء و بهبود پاسخگویی بیشتر دولت به شهروندان و در نتیجه رضایت هرچه بیشتر آنان را به دنبال خواهد داشت. از این‌رو به کارگیری فناوری اطلاعات، نقش مهمی در ارتقای دولت کارآمد ایفا می‌نماید. فناوری اطلاعات دسترسی عمومی بیشتر به اطلاعات را فراهم می‌کند و فرصت‌هایی را برای مدیریت دولتی ایجاد می‌کند که نیازمند برآوردن بسیاری از شرایط اقتصادی، مالی، ساختاری و قانونی است.

به کمک فناوری، فعالیت‌های مختلفی مانند: پرداخت قبوض بانکی، تمدید گواهینامه رانندگی و بسیاری از خدمات دولتی به‌صورت غیرحضوری امکان‌پذیر شود.

لوازم خانگی: سازندگان لوازم خانگی برای ارتقاء بهره‌وری و ارائه خدمات بهتر، از ابزارهای فناوری اطلاعات و ارتباطات در ساخت وسایل و تجهیزات خانگی استفاده می‌کنند. این کار با به‌کارگیری ابزارهای فناوری اطلاعات و ایجاد ارتباط در وسایل و تجهیزات خانگی امکان مدیریت و کنترل از راه دور وسایل را فراهم کرده و در نهایت باعث کارآمدی آن‌ها می‌شود. در واقع با ارتباط این وسایل، شبکه‌ای از ابزارها درست می‌شود که به آن اینترنت اشیا می‌گویند. ایجاد چنین شبکه‌ای در بین وسایل، امکانات جدیدی برای ساده‌سازی کاربری آن‌ها ارتقای امنیت به‌کارگیری این وسایل و شکوفایی ایده‌ها و خلاقیت کاربران شده است.

کشاورزی: فناوری اطلاعات با ارائه تکنیک‌های کشاورزی، دسترسی بهتر به منابع طبیعی، استراتژی‌های تولید مؤثر و استراتژی‌های بازاریابی دیجیتال برای خدمات کشاورزی و مالی و غیره به توانمندسازی مردم روستایی کمک می‌کند.

تجارت: استفاده از فناوری اطلاعات برای کار و کسب‌ها و برای ایجاد یک جریان ارتباطی بدون دردسر و ایمن و انجام وظایف عملیاتی روزانه بسیار مهم است. ابزارهای فناوری اطلاعات به شرکت‌ها کمک می‌کند تا حجم وسیعی از داده‌ها را تجزیه و تحلیل، ذخیره، پردازش و به اشتراک بگذارند و از محصولات منابع بهتر استفاده کنند.

این ابزار همچنین به بهبود سودآوری، کاهش هزینه‌ها در مقایسه با کارهای دستی و به حداقل رساندن زمان انجام کار کمک می‌کند. سیستم‌های فناوری اطلاعات به مدیران و کارکنان این امکان را می‌دهند که سریع و دقیق تصمیم‌گیری کنند تا بتوانند به‌طور مؤثر فرایند عملیات و فعالیت‌های روزمره را مدیریت کنند و به‌سرعت فرصت‌ها یا تهدیدهای تجاری را پیشبینی کنند.

حمل‌ و نقل: اخذ عوارض الکترونیکی جزئی از سیستم‌های حمل و نقل هوشمند است که امکان اخذ عوارض در بزرگراه‌ها را بدون توقف خودرو فراهم می‌کند. این کار به کمک سنسورهای خاصی انجام می‌شود. به‌طوری‌ که هر خودرو به‌صورت منحصر به فرد شناسایی شده و عوارض آن محاسبه می‌شود. این امر می‌تواند به کاهش ترافیک، افزایش کارایی، بهینه‌سازی زمان سفر و کاهش آلودگی کمک کند.