درسنامه آموزشی پودمان 1 دانش فنی پایه دهم شبکه و نرم افزار رایانه

آیا تا به حال اندیشیده‌اید

1- برتری رایانه‌های امروزی نسبت به رایانه‌های قدیمی در چه مواردی است؟
2- آیا می‌شود از ضعف‌های سخت‌افزاری برای هک سیستم استفاده کرد؟
3- چگونه اجزای مختلف رایانه با یکدیگر همکاری می‌کنند تا برنامه‌ها و بازی‌های محبوب شما اجرا شوند؟
4- با هر بار استفاده از رایانه، چه میزان انرژی مصرف می‌شود و چگونه می‌توانیم مصرف انرژی را بهینه کنیم؟
5- اگر می‌توانستید یک جزء جدید برای رایانه اختراع کنید، چه چیزی بود و چه کاربردی داشت؟
6- چگونه تکنولوژی‌هایی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، نیاز به اجزای خاصی از رایانه را افزایش داده‌اند؟

از هنرجو انتظار می‌رود

1- تاریخچه پیدایش و تکامل رایانه‌ها را بداند.
2- اجزای اصلی سخت‌افزار رایانه را نام ببرد و کارکرد آن‌ها را توضیح دهد.
3- قطعات داخل کیس مانند Ram ،main board ،cpu و منبع تغذیه را شناسایی کند.
4- قطعات ورودی و خروجی مانند صفحه کلید، موس، مانیتور، پرینتر، اسکنر و... را تشخیص دهد.
5- اسلات‌های توسعه را بشناسد و کارکرد و تفاوت هر یک را تشخیص دهد.

استاندارد عملکرد

شناخت اجزای سخت‌افزاری رایانه و عملکرد آن‌ها

تاریخچۀ پیدایش رایانه‌ها

در سال 1822 (1200 شمسی)، چارلز بابیج، یک ریاضیدان و مهندس بریتانیایی، تصمیم گرفت ماشینی به نام «ماشین تفاضلی» بسازد. ایدۀ وی ایجاد دستگاهی بود که بتواند محاسبات ریاضی پیچیده را به‌صورت مکانیکی انجام دهد. اگرچه بابیج هرگز نتوانست دستگاه مورد نظر خود را کامل کند، اما پایه‌گذاری مفهوم رایانه مدرن را انجام داد.

در دهه 1840، آدا لاولیس، دختر شاعر معروف لرد بایرون، با چارلز بابیج آشنا شد. او توانست الگوریتم‌هایی برای ماشین بابیج بنویسد و به عنوان اولین برنامه‌نویس در تاریخ شناخته شود. آدا لاولیس باور داشت که این ماشین‌ها می‌توانند بسیار بیشتر از محاسبات ریاضی ساده انجام دهند.

در اوایل قرن بیستم، هنوز رایانه‌های آنالوگ مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اما در دهه 1930، آلن تورینگ، ریاضی‌دان بریتانیایی، مفهوم رایانه‌های دیجیتال را معرفی کرد که پایه‌های اساسی رایانه‌های امروز می‌باشد. در دوران جنگ جهانی دوم، نیاز به ماشین‌های محاسباتی قوی‌تر باعث شد که پروژه‌های مختلفی در سراسر جهان شکل گیرد. از جملۀ این پروژه‌ها، رایانه ENIAC بود که در سال 1945 ساخته شد و اولین رایانه الکترونیکی کاملاً عمومی در جهان بود. ENIAC قادر بود محاسباتی را که قبلاً روزها طول می‌کشید در چند دقیقه انجام دهد.

در دهه 1970، تکنولوژی نیمه‌هادی‌ها و مدارهای مجتمع بهبود یافت و این امکان را فراهم کرد که رایانه‌ها کوچک‌تر و ارزان‌تر شوند.

شرکت‌هایی مانند IBM و Apple، رایانه‌های شخصی را به بازار عرضه کردند. در سال 1981، IBM اولین رایانه شخصی خود را معرفی کرد و سپس اپل مکینتاش در سال 1984 با رابط گرافیکی جذاب خود معرفی شد.

با ورود به دهه 1990 و به‌ویژه توسعه شبکه جهانی وب توسط تیم برنرزلی، اینترنت به سرعت به یکی از بخش‌های اصلی زندگی روزمره تبدیل شد. این تکنولوژی ارتباطات و اطلاعات را متحول کرد و راه را برای توسعه نرم‌افزارها و خدمات آنلاین باز کرد.

و به این ترتیب، رایانه‌ها از ماشین‌های بزرگ و جاگیر به ابزارهای هوشمند و قابل حمل تبدیل شدند که امروز در جیب‌های ما قرار دارند.

ورود رایانه به ایران داستانی پر از فراز و نشیب‌ها و تحولات تکنولوژیکی دارد. این داستان به دهه‌های 1340 و 1350 بازمی‌گردد. در ادامه، مروری بر این مسیر هیجان‌انگیز خواهیم داشت:

در دهه 1340، اولین رایانه‌ها به ایران وارد شدند. این رایانه‌ها بیشتر در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اولین رایانه‌هایی که وارد ایران شدند، از نوع رایانه‌های main frame بودند که اندازه بسیار بزرگی داشتند و از شرکت‌های معروف آن زمان مانند IBM وارد می‌شدند.

در دهه 1350، با پیشرفت‌های بیشتر در زمینۀ تکنولوژی، رایانه‌ها به تدریج در بخش‌های مختلفی از جمله ادارات دولتی، بانک‌ها و صنایع بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند. این دوره زمانی بود که اهمیت و ضرورت استفاده از رایانه‌ها در بهبود کارایی و دقت سیستم‌های اطلاعاتی بیشتر مورد توجه قرار گرفت.

با وقوع انقلاب اسلامی در سال 1357 و سپس جنگ تحمیلی عراق علیه ایران، توسعه فناوری اطلاعات و رایانه در ایران دچار وقفه شد. اما با این وجود، برخی سازمان‌ها و ادارات دولتی همچنان به استفاده از رایانه‌ها ادامه دادند و تلاش کردند تا به روز باشند.

بعد از پایان جنگ در سال 1367، روند بازسازی و نوسازی در ایران آغاز شد و استفاده از رایانه‌ها و فناوری اطلاعات نیز رشد کرد. در دهه 1370، رایانه‌های شخصی به‌تدریج وارد بازار شدند و مورد استقبال عموم مردم قرار گرفتند. این دوران، دوره‌ای بود که استفاده از رایانه‌ها در مدارس، دانشگاه‌ها و منازل گسترش یافت. در دهه 1380 و با گسترش اینترنت، ایران نیز به جمع کشورهای متصل به شبکه جهانی وب پیوست. این دوره، تحول بزرگی در استفاده از رایانه‌ها و فناوری‌های اطلاعاتی در ایران به‌وجود آورد. نرم‌افزارها و برنامه‌های کاربردی مختلفی توسعه یافتند و استفاده از اینترنت در بخش‌های مختلف جامعه رایج شد.

نمای گرافیکی بخش‌های اصلی یک رایانه

در نمای گرافیکی بخش‌های اصلی هر سیستم رایانه‌ای به تصویر کشیده می‌شود. در شکل بالا می‌توان ارتباط اجزای مختلف رایانه با همدیگر را مشاهده کرد. سه بخش اصلی در این نمودار بخش ورودی، بخش پردازش و بخش خروجی می‌باشد. حافظه نیز جزء جداناپذیر هر سیستم رایانه‌ای می‌باشد که ارتباط مستقیم با واحد پردازش دارد.

دستگاه‌های ورودی

دستگاه‌های ورودی، ابزارهایی هستند که کاربران به وسیله آن‌ها داده‌ها را به رایانه وارد می‌کنند. این داده‌ها می‌توانند متن، تصاویر، صدا، فیلم یا هر نوع داده دیگری باشد. معروف‌ترین دستگاه‌های ورودی صفحه کلید و ماوس هستند که سال‌هاست تقریباً بدون تغییر عمده‌ای به‌صورت سیمی یا بی‌سیم استفاده می‌شوند. اسکنر یا پویشگر نیز برای وارد کردن تصاویر و اسناد به رایانه‌ها کاربرد دارند. امروزه اسکنرهای سه بعدی برای مدل‌سازی احجام مختلف استفاده می‌شوند. میکروفون و دوربین هم که در تولید محتوای الکترونیک کاربرد زیادی دارند در این دسته قرار می‌گیرند. در صنعت بازی‌های رایانه‌ای انواع مختلفی از گیم پدها و شبیه‌سازهای رانندگی و نیز اسکنرهای حرکات گیمر استفاده می‌شوند که جزء دستگاه‌های ورودی دسته‌بندی می‌شوند. قلم نوری نیز از دستگاه‌های ورودی است که بیشتر در حوزه گرافیک رایانه‌ای کاربرد دارد. این وسیله حدوداً با ابعاد و وزن یک قلم واقعی ساخته شده‌اند و روی یک پد مخصوص، قابلیت رسم انواع طرح‌های گرافیکی را دارند. همچنین می‌توانند نقش پاک‌کن و یا کلیک راست ماوس را نیز در هنگام کار ایفا کنند. برخی از کاربردهای قلم نوری به شرح زیر می‌باشد.

• طراحی گرافیکی: برای ایجاد آثار هنری دیجیتال، طراحی لوگو، طراحی شخصیت و...
• ویرایش تصاویر: دستکاری و اصلاح تصاویر
• طراحی انیمیشن: برای ایجاد انیمیشن‌های دو بعدی و سه بعدی
• کالوگرافی: برای خوشنویسی و خطاطی دیجیتال
• طراحی معماری: برای طراحی نقشه‌ها و پلان‌های معماری
• طراحی مدل‌سازی سه بعدی: برای ایجاد مدل‌های سه بعدی

کیس و انواع آن

اجزای داخل کیس

برد اصلی یا (MainBoard/ MotherBoard) چیست؟

برد اصلی قطعه‌ای است که تمامی قطعات دیگر، روی آن نصب شده و یا به‌وسیله کابل به آن متصل می‌شوند. ارتباط بین قطعات از طریق برد اصلی صورت می‌گیرد. برخی از اجزای برد اصلی در شکل زیر نشان داده شده است. برد اصلی در اندازه‌های مختلف، طراحی و ساخته می‌شود که چیدمان اجزای آن‌ها متفاوت است. به شکل، اندازه و چیدمان اجزای برد اصلی فرم فاکتور گفته می‌شود که کیس‌ها براساس آن طراحی و ساخته می‌شوند. به شکل زیر توجه کنید.

اغلب مادربردها بر روی خود کارت صدا، شبکه، USB و در برخی موارد کارت گرافیک و یا مودم به همراه دارند و دیگر نیازی نیست تا آن‌ها را به‌صورت جداگانه خریداری نمود و بر روی آن نصب کرد. به این‌گونه بردهای اصلی Onboard می‌گویند.

درگاه‌های ورودی ـ خروجی: درگاه (Port)، محلی روی رایانه یا هر دستگاه الکترونیکی است که از طریق آن تجهیزات جانبی خارجی (موس، صفحه کلید، نمایشگر، فلش و...) به دستگاه متصل می‌شوند (شکل زیر). درگاه‌ها به‌صورت استاندارد جهانی طراحی می‌شوند و ابعاد و شکل آن‌ها در بین دستگاه‌ها یکسان می‌باشد. این استانداردها ممکن است دهه‌ها تغییر نکنند و به‌همین جهت به ندرت پیش می‌آید که تغییری در شکل و ابعاد درگاه‌ها رخ دهد.

ساختار کلی پردازنده

تنظیم تعداد تنفس هر انسان در زمان‌های متفاوت (خواب، ورزش، غذا خوردن) را چه بخشی از بدن انجام می‌دهد؟ وظیفه هماهنگی 50 عضله مختلف را در هنگام راه رفتن بر عهده چه بخشی از بدن است؟ همان‌طور که حدس زدید مغز انسان کلیه اجزای بدن را کنترل کرده و تمامی دستورات برای کارکرد مناسب بدن را صادر می‌کند. در رایانه نیز تمامی اجزاء تحت کنترل پردازنده کار می‌کنند و وظیفۀ هماهنگی آن‌ها بر عهده پردازنده می‌باشد. همچنین اجرای تمامی دستورالعمل‌های ریاضی و منطقی و انجام محاسبات مورد نیاز نرم‌افزارهای مختلف نیز برعهده پردازنده می‌باشد.

نقش پردازنده در رایانه را می‌توان به عنوان «آشپز اصلی» در آشپزخانۀ یک رایانه درنظر گرفت. همان‌طور که آشپز با دریافت دستور پخت، مواد اولیه را آماده و غذا را درست می‌کند، پردازنده نیز با دریافت دستورهای مختلف از نرم‌افزارها، آن‌ها را به ترتیب اجرا میکند و نتیجه را به واحد خروجی ارسال می‌کند. هر کاری که کاربر در رایانه انجام می‌دهد مانند فرستادن ایمیل، دیدن فیلم یا طراحی یک جدول به کمک پردازنده انجام می‌گیرد.

اجزا و بخش‌های مختلف پردازنده به‌طورکلی به‌صورت زیر می‌باشد:

واحد کنترل (Control Unit)

تمامی واحدهای ورودی و خروجی و نیز دیگر اجزای رایانه در هنگام کار سیگنال‌هایی را به پردازنده می‌فرستند. نرم‌افزارهای مختلف نیز در حین اجرا دستورات اجرایی خود را در حافظه بارگذاری می‌کنند. وظیفه واکشی، رمزگشایی و تحلیل این دستورات برعهده واحد CU می‌باشد. ارجاع هر دستور به واحد مربوطه برای اجرای آن نیز وظیفه CU می‌باشد.

واحد محاسبه و منطق (Arithmetic Logic Unit)

این واحد عملیات ریاضی و منطقی را انجام می‌دهد. به عنوان مغز ریاضی رایانه شناخته می‌شود و از ثبات‌ها برای محاسبات استفاده می‌کند. داده‌های ورودی را از ثبات می‌گیرد، عملیات موردنظر را روی داده انجام می‌دهد و خروجی را روی ثبات ذخیره می‌کند. عملیات ریاضی مانند جمع دو عدد و عملیات منطقی مانند مقایسه دو عدد در این واحد صورت می‌پذیرد.

ثبات‌ها (Registers)

پرسرعت‌ترین و گران‌قیمت‌ترین نوع حافظه، ثبات‌ها هستند و به‌همین دلیل به تعداد بسیار کمی در داخل پردازنده نصب شده‌اند. ثبات‌ها بخشی از حافظه رایانه هستند که برای ذخیره موقت داده‌ها و دستورالعمل‌ها استفاده می‌شود تا در مواقع ضروری، آن‌ها را در اختیار پردازنده قرار دهند. انواع مختلفی از ثبات‌ها وجود دارند که عملکردهای مختلفی را انجام می‌دهند.

گذرگاه‌ها (Bus)

حافظه پنهان (Cache)

نوعی حافظه با دسترسی سریع است که مقادیر کمی از داده‌ها و دستورالعمل‌ها را به‌طور موقت ذخیره می‌کند تا در صورت لزوم دوباره استفاده شود و مدت زمان مورد نیاز برای دسترسی به آن‌ها را کاهش می‌دهد.

پردازنده‌های مبتنی بر هوش مصنوعی (Artificial Intelligence)

نوعی پردازنده که مخصوص یادگیری و تصمیم‌گیری هوشمند طراحی شده است، مثل مغز انسان که می‌فهمد، یاد می‌گیرد و تصمیم می‌گیرد. پردازنده‌های معمولی برای انجام کارهای هوش مصنوعی خیلی کند هستند و انرژی زیادی مصرف می‌کنند. ولی پردازنده‌های AI:

• سریع‌تر محاسبه می‌کنند.
• انرژی کمتری مصرف می‌کنند.
• همچنین مخصوص پردازش عکس، صدا، گفتار، تشخیص چهره و... ساخته شده‌اند.

وقتی گوشی هوشمند شما چهره کاربر را تشخیص می‌دهد یا دستورات صوتی را می‌فهمد، یک پردازنده هوش مصنوعی در پشت صحنه در حال کار است و داده‌های ورودی را پردازش کرده و واکنش مناسب را انجام می‌دهد.

نمونه‌هایی از پردازنده‌های هوش مصنوعی

نوع پردازنده هوش مصنوعی	کاربرد
GPU	برای آموزش مدل‌های AI استفاده می‌شود
TPU	مخصوص یادگیری ماشین
Neural Engine	برای تشخیص چهره، صدا، عکس
NPU	گوشی‌های هوشمند

پردازنده گرافیکی

هر تصویر در رایانه از نقاط رنگی کوچکی تشکیل شده است که چینش و ترکیب این نقاط، تصاویر مختلف را ایجاد می‌کنند. به هر نقطه کوچک رنگی پیکسل گفته می‌شود. هر پیکسل مانند کاشی ریز تک‌رنگ می‌باشد ولی ترکیب آن‌ها طرح‌های زیبایی را می‌سازد.

وظیفه پردازندۀ گرافیکی تولید و پردازش سریع پیکسل‌ها است. در هر ثانیه هزاران پیکسل ساخته شده و به صفحه نمایش فرستاده شده و در آنجا به کاربر نمایش داده می‌شوند. در بازی‌های رایانه‌ای و پویانمایی‌ها در هر ثانیه ده‌ها بار پیکسل‌ها ساخته شده و در کسری از ثانیه تازه‌سازی می‌گردند. برای این کار ابتدا تصویر به‌صورت بخش‌های کوچک تقسیم می‌شود. پردازنده‌های گرافیکی دارای تعداد زیادی هسته هستند که در هنگام کار، هر هسته بخش کوچک تصویر را پردازش می‌کند و در نهایت بخش‌های کوچک مجدد با هم به‌صورت هم‌زمان به صفحه نمایش فرستاده شده و کاربر تصویر نهایی را می‌بیند.

پردازنده‌های گرافیکی یا در درون خود پردازنده قرار دارند و یا به‌صورت یک کارت توسعه به نام کارت گرافیکی به برد اصلی متصل می‌شوند. به‌علت سرعت بالای پردازش تصاویر، پردازنده‌های گرافیکی به حافظه‌های پرسرعت و اختصاصی نیاز دارند که بر روی برد کارت گرافیک نصب می‌شوند. این حافظه‌ها معمولاً سریع‌تر از حافظه اصلی است که بر روی مادربرد نصب می‌شود.

حافظه ROM یا (Read Only Memory)

اگر کاربر نیاز به اجرای برنامه‌ای داشته باشد که باید سریع اجرا شود و نیز نیازی به دادن تغییرات در آن نباشد مانند برنامه‌های شست‌وشو در ماشین لباسشویی، یا برنامه پخت‌وپز موادغذایی مختلف در دستگاه‌های ماکروویو دیجیتال یا پلوپز برقی، سازنده‌ها این دستورالعمل‌ها را در داخل یک آی‌سی ROM که یک نوع حافظه فقط خواندنی می‌باشد ذخیره می‌کنند. این دستورات مانند یک دفترچه راهنما هستند که همواره خوانده و اجرا می‌شوند.

نوع پیشرفته‌تر این نوع حافظه‌ها که تحت شرایطی می‌توان محتوای آن را پاک کرده و داده‌های جدید را روی آن ذخیره کرد EEPROM نام دارد که می‌توان محتویات آن را به‌روزرسانی کرد.

برای اجرای داده‌های ذخیره شده روی ROM نیاز به یک نرم‌افزار است که خود نیز روی یک آی‌سی ROM یا EEPROM ذخیره شده است. به این نرم‌افزار که مستقل از سیستم عامل اجرا می‌شود Firmware گفته می‌شود. به عنوان مثال پیکربندی و ذخیره اطلاعات اولیه در داخل یک مودم ADSL به‌وسیله Firmware یا ثابت افزار آن صورت می‌گیرد که از طریق مرورگر قابل دسترسی است.

firmware در دستگاه‌های مختلفی استفاده می‌شوند، مانند:

BIOS / UEFI: در رایانه‌ها و لپ‌تاپ‌ها، سیستم پایه ورودی / خروجی (BIOS) یا رابط‌های پیشرفتۀ قابل ارتقا (UEFI) وجود دارد که مسئول راه‌اندازی اولیه سخت‌افزار و بارگذاری و نصب سیستم عامل می‌باشد.

گوشی‌های هوشمند: ثابت‌افزار موجود در گوشی‌های هوشمند، عملکردهای مربوط به سخت‌افزار را مدیریت می‌کند و به‌روزرسانی‌های آن، باعث بهبود عملکرد و امنیت گوشی می‌شود.

دستگاه‌های اینترنت اشیا (IOT): ثابت‌افزار موجود در این دستگاه‌ها عملکرد آن‌ها را کنترل کرده و امنیت آن‌ها را تضمین می‌کند.

گجت‌های ورزشی: دستگاه‌هایی مانند ساعت‌های هوشمند و گام شمارها دارای firmware هستند که عملکرد حسگرها و ویژگی‌های مربوط به ردیابی فعالیت‌ها را کنترل می‌کند.

مودم‌ها و مسیریاب‌ها: وظایف firmware در این دستگاه‌ها شامل مدیریت و اتصالات شبکه، امنیت و مدیریت ترافیک می‌باشد.

حافظه اصلی RAM یا (Random Access Memory)

نوعی حافظه موقت و سریع است که سیستم عامل برای اجرای نرم‌افزارها و نگهداری مقادیر برنامه‌های درحال اجرا از آن استفاده می‌کند. اگر نیاز به ذخیره دائم اطلاعات باشد سیستم عامل آن‌ها را از RAM به حافظه‌های دائمی مانند هارد دیسک منتقل می‌کند. RAM مانند یک میزکار بزرگ برای رایانه است. هرچه میز کار بزرگ‌تر باشد، رایانه می‌تواند برنامه‌های بیشتری را به‌صورت هم‌زمان اجرا و به آن‌ها دسترسی داشته باشد.

کوچک‌ترین واحد ذخیره اطلاعات بایت نام دارد که می‌تواند 8 رقم صفر یا یک باشد. هر یک بایت اطلاعات می‌تواند 256 حالت مختلف را داشته باشد.

مثال: عدد 01000001 معادل کاراکتر «A» می‌باشد یا 00101000 معادل کاراکتر «C» می‌باشد.

تجهیزات ذخیره‌سازی اطلاعات

امروزه با گسترش فناوری‌هایی مانند شبکه‌های اجتماعی، شبکه نمایش خانگی، پادکست و... نیاز به ذخیره‌سازی اطلاعات بسیار زیاد شده است. از این‌رو بیشتر کاربران همواره نیاز به تجهیزات ذخیره‌سازی اطلاعات دارند که بتوانند اطلاعات مورد نیاز خود را ذخیره کنند و آن‌ها را بایگانی یا جابه‌جا کنند. هرکدام از انواع رایانه مورد استفاده کاربران (رایانه رومیزی، لپ‌تاپ، گوشی‌های هوشمند و...) دارای حافظه‌های دائمی محدودی هستند که در اغلب موارد بعد از مدتی استفاده پر می‌شوند. راهکار حل این مشکل استفاده از حافظه‌های جانبی است. برای ذخیرۀ دائمی داده‌ها از حافظه‌هایی استفاده می‌شود که اطلاعات بر روی آن‌ها ماندگار باشد و با عواملی مانند قطعی برق از بین نرود. حافظه‌های دائمی در نسل‌های اولیه رایانه‌ها همواره وجود داشته‌اند. اولین حافظه‌های دائمی کارت‌های پانچ شده بودن که صفر و یک‌ها را روی یک تخته حکاکی می‌کردند. با پیشرفت تکنولوژی حجم حافظه‌های دائمی افزایش چشمگیری پیدا کرده است. در ادامه با چند مورد از پر کاربردترین تجهیزات ذخیره‌سازی اطلاعات آشنا می‌شوید.

هارد اکسترنال

برای ساخت یک هارد اکسترنال به این صورت عمل می‌شود که همان هارد دیسک داخلی رایانه را در داخل یک قاب فلزی یا پلاستیکی قرار داده‌اند و به‌وسیله کابل USB نقل و انتقال اطلاعات با آن‌ها صورت می‌گیرد. اگر از هارد دیسک‌های 3/5 اینچی استفاده شود برای تغذیه آن نیاز به آداپتور 12 ولتی جداگانه می‌باشد اما اکثر هارد اکسترنال‌ها از هارد دیسک 2/5 اینچی کوچک استفاده می‌کنند که به‌وسیله همان کابل USB انتقال داده تغذیه می‌شوند و نیازی به آداپتور برق ندارند. از لحاظ نسبت قیمت به حجم ذخیره‌سازی برای کاربران بسیار به‌صرفه است و به همین دلیل بین کاربران همواره اولین انتخاب می‌باشد.

SSD

نوع جدید حافظه‌های دائمی حافظه‌های SSD هستند که با استفاده از همان تکنولوژی استفاده شده در حافظه‌های فلش اقدام به ذخیره‌سازی اطلاعات در آی‌سی‌های مخصوص می‌کنند. به‌دلیل اینکه برخلاف هارد دیسک‌ها هیچ قطعه متحرکی در ساخت آن‌ها استفاده نشده است نسبت به آن‌ها سرعت بالاتر، مصرف انرژی و وزن بسیار کمتری دارند. یک نوع از حافظه‌های SSD با اندازه مشابه با هارد دیسک‌های 2/5 اینچی ساخته شده و همانند آن‌ها از درگاه SATA برای نقل و انتقال اطلاعات استفاده می‌کنند. اما نوع سریع‌تر، کوچک‌تر و سبک‌تر مبتنی بر درگاه 2.M عرضه شده‌اند که بدون استفاده از هیچ کابلی به‌صورت مستقیم برروی برد اصلی رایانه نصب می‌شوند.

به‌طور کلی حافظه‌های SSD دارای مزایای زیر نسبت به هارد دیسک‌ها می‌باشند:

- زمان راه‌اندازی و خواندن ـ نوشتن سریع‌تر
- مصرف برق و تولید گرمای کمتر
- عملکرد کاملاً بی‌صدا
- به‌طور کلی به‌دلیل عدم وجود قطعات متحرک، قابل اعتمادتر هستند.
- بسیار کمتر در معرض آسیب ناشی از ضربه فیزیکی و تولید گرما هستند.

معایب SSD به شرح زیر است:

فناوری در ساخت SSDها به‌گونه‌ای است که هر بایت ذخیره اطلاعات در آن نسبت به هارددیسک‌ها گران‌تر است.

تمام حافظه‌های SSD به تعداد از پیش تعیین شده‌ای عملیات نوشتن (از جمله پاک کردن) محدود شده‌اند و در واقع عمر مفید آن‌ها محدود می‌باشد. البته با پیشرفت تکنولوژی این محدودیت همواره رو به بهبود است.

حافظه فلش (Memory Flash)

این نوع حافظه، به علت مزایایی مانند اندازه و وزن کم در بین کاربران بسیار محبوب هستند و در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف تولید می‌شوند. این حافظه‌ها به‌وسیله درگاه USB نقل و انتقالات اطلاعات را انجام می‌دهند و از این‌رو می‌توان آن‌ها را علاوه‌بر رایانه‌ها به دستگاه‌های متعددی متصل نمود. در حجم‌های مختلفی تولید می‌شوند اما انواع کم حجم آن‌ها به صرفه‌تر بوده و فروش بیشتری دارند.

کارت حافظه

همانند حافظه فلش از نظر وزن و اندازه کوچک بوده و بیشتر برای ارتقای حجم ذخیره‌سازی در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده می‌شوند. به‌علت شکل ظاهری به نسبت آسیب‌پذیر بوده و از این‌رو در بین کاربران زیاد قابل اعتماد نیستند.

دیسک نوری

از حدود 40 سال قبل دیسک‌های نوری همواره یکی از به‌صرفه‌ترین حافظه‌های قابل حمل و دائمی بوده‌اند. قیمت ارزان، کاربری آسان و دوام نسبتاً خوب از دلایلی است که تا به‌حال هنوز در بین کاربران محبوبیت دارند. اولین CDها ابتدا برای ذخیره موسیقی و جایگزینی نوار کاست به بازار عرضه شدند. اما به مرور حجم ذخیره‌سازی و سرعت نقل و انتقال آن‌ها افزایش یافت. امروزه دیسک Blu-ray در ظرفیت 50 گیگابایت تولید می‌شود و اکثراً شرکت‌های ارائه بازی‌های رایانه‌ای و فیلم‌های سینمایی محصولات خود را بر روی دیسک Blu-ray به بازار عرضه می‌کنند.

ذخیره‌ساز تحت شبکه

این نوع حافظه‌ها برای ذخیره و اشتراک اطلاعات در شبکه‌های کوچک کاربرد دارند. به‌عنوان یک گره در شبکه نصب شده و نیازی به صفحه نمایش و صفحه کلید برای کنترل ندارند. معمولاً دارای چند جایگاه برای نصب هارددیسک هستند. به‌عنوان مثال می‌توان با استفاده از کابل شبکه آن را به مودم خانگی متصل نمود و تمامی دستگاه‌هایی که به وسیله کابل یا wifi به مودم متصل می‌شوند علاوه‌بر دسترسی به داده‌های ذخیره شده قبلی در آن، داده‌های خود را نیز در آن ذخیره کنند.

فضای ابری

با گسترش اینترنت شرکت‌های زیادی اقدام به ارائۀ فضای ابری به کاربران برای ذخیره اطلاعات کرده‌اند. بسیاری از آن‌ها تا حجم خاصی را به‌صورت رایگان در اختیار کاربر قرار می‌دهند و کاربر در هر مکانی و با هر نوع رایانه‌ای به‌وسیلۀ مرورگر و یا برنامه‌های کاربردی با وارد نمودن اسم و رمز خود می‌تواند به فضای ذخیره‌سازی ابری خود دسترسی پیدا کند.

دستگاه‌های خروجی

دستگاه‌های خروجی، تجهیزاتی هستند که اطلاعات پردازش شده توسط رایانه را به شکل قابل درک برای انسان ارائه می‌کنند. این اطلاعات می‌تواند به‌صورت متن، تصویر، صدا یا حتی حس لامسه و بویایی باشد. صفحه نمایش مهم‌ترین دستگاه خروجی هر رایانه‌ای است که با ابعاد مختلف برای انواع رایانه‌ها تولید می‌شود. در نسل‌های جدیدتر صفحه نمایش‌های لمسی عمومیت پیدا کرده‌اند. بلندگو و هدفون نیز برای پخش صدا به رایانه‌ها به‌صورت سیمی یا بی‌سیم متصل شده و صداهای مختلف را به گوش کاربر می‌رسانند. یکی دیگر از دستگاه‌های خروجی پرکاربرد چاپگرها هستند که در انواع مختلفی برای کاربری‌های گوناگون ساخته می‌شوند.

انواع رایانه‌ها

امروزه رایانه‌ها در انواع و مدل‌های بسیاری تولید و عرضه می‌گردند که هرکدام مناسب کارایی، قیمت و کاربرد خاص خود را دارند. در این بخش سعی می‌شود که با انواع رایانه‌ها، مزایا و معایب هرکدام آشنا شوید.

1- رایانه‌های رومیزی
Mini PC -2
Micro PC -3
4- لپ‌تاپ‌ها
5- تبلت‌ها
6- رایانه‌های یکپارچه (AIO)
7- گوشی‌های هوشمند
8- کنسول‌های بازی
9- بردهای توسعه

رایانۀ رومیزی

قدیمی‌ترین نوع رایانه‌های شخصی که کاربردهای عمومی و اداری داشته و در اکثر مراکز، دفاتر تجاری و منازل شخصی استفاده می‌شوند رایانه‌های رومیزی هستند. این نوع رایانه‌ها دهه‌هاست که در بین کاربران مختلف استفاده می‌شود و از نظر کاربری، خود به چند زیر گروه تقسیم می‌شوند. رایانه‌های اداری، رایانه‌های آموزشی، رایانه‌های طراحی و مدل‌سازی، رایانه‌های مخصوص بازی، رایانه‌های مهندسی و برنامه‌نویسی و رایانه‌های تولید چندرسانه‌ای از انواع کاربردهای رایانه‌های رومیزی می‌باشد. در جدول زیر انواع رایانه را از نظر قطعات سخت‌افزاری با هم مقایسه می‌کنیم.

پردازنده‌های اینتل در 6 طبقه‌بندی از نظر قدرت پردازشی تولید می‌گردند. (تا قبل از سال 2023) در این کتاب این 6 دسته را طبق جدول زیر دسته‌بندی می‌کنیم.

مدل پردازنده	تعداد هسته	دسته‌بندی کاربری
Celeron	2	اقتصادی
Pentium	2	اقتصادی
Core i3	4	عمومی
Core i5	6-10	عمومی
Core i7	8-16	حرفه‌ای
Core i9	24	حرفه‌ای

در رده‌بندی جدید پردازنده‌ها را با نام Core Ultra به‌علاوه یک عدد که نشان‌دهنده رده‌بندی و قدرت پردازشی است، نام‌گذاری شده است. جدول زیر این دسته‌بندی‌ها را نشان می‌دهد.

مدل پردازنده	تعداد هسته	دسته‌بندی
Core Ultra 5	10-14	عمومی
Core Ultra 7	20	حرفه‌ای
Core Ultra 9	24	ایستگاه‌های کاری و سرورها

با توجه به کاربری‌های مختلف، طبقه‌بندی حافظه اصلی را نیز در جدول زیر ببینید.

مقدار حافظه اصلی	دسته‌بندی
تا 8 گیگابایت	اقتصادی
12 و 16 گیگابایت	عمومی
20 گیگابایت به بالا	حرفه‌ای

دسته‌بندی حافظه دائمی را نیز در جدول زیر می‌بینید.

مقدار حافظه دائمی	دسته‌بندی
تا 512 گیگابایت	اقتصادی
1 ترابایت	عمومی
2 ترابایت به بالا	حرفه‌ای

برای دسته‌بندی کارت گرافیک به‌علت تنوع بسیار زیاد مدل‌ها می‌توان از امتیاز بنچ‌مارک برای رده‌بندی بهره برد. این امتیاز را می‌توان از سایت‌های مختلف برای هر مدل کارت گرافیکی به‌دست آورد.

رایانه‌های کوچک (Mini PC)

با پیشرفت تکنولوژی ساخت قطعات سخت‌افزاری امکان ساخت آن‌ها با اندازه‌های کوچک‌تر و مصرف انرژی کمتر به‌وجود آمد، از این‌رو برخی شرکت‌های سازنده اقدام به ساخت رایانه‌هایی کوچک‌تر و سبک‌تر از کیس‌های رومیزی کردند. این کار مزایای بسیاری مخصوصاً در کاربری‌های اداری و آموزشی دارد. این نوع رایانه‌ها، از نظر اندازه و اشغال فضا بسیار کوچک‌تر از کیس‌های رومیزی هستند و از نظر مصرف انرژی و گرمای تولیدی نیز بهینه‌تر از کیس‌های بزرگ می‌باشند. در برخی از این نوع رایانه‌ها حافظه اصلی و حافظه دائمی قابلیت ارتقا دارند ولی امکان ارتقای پردازنده و کارت گرافیکی در آن‌ها وجود نداشته و امکان استفاده از کارت‌های توسعه را نیز ندارند.

ریز رایانه (Micro PC)

این دسته از رایانه‌ها دارای امکانات پایه هستند و مخصوص کاربری‌های شبکه‌های اجتماعی، وب‌گردی، اداری، تماشای فیلم و گوش دادن به موسیقی می‌باشند. پردازنده‌هایی با فرکانس پایین و معمولاً دو هسته‌ای داشته و امکان ارتقای سخت‌افزاری ندارند. اما امکان افزایش حافظه دائمی با استفاده از مموری کارت‌ها را دارند. این دسته از رایانه‌ها معمولاً دارای پردازنده‌های اقتصادی، حداقل حافظه اصلی و حافظه دائمی بوده و امکان اتصال مستقیم به صفحه نمایش و تلویزیون را دارند. از نظر ابعاد و وزن در بین سایر انواع رایانه‌ها، کوچک‌ترین و سبک‌ترین نوع می‌باشند.

لپ‌تاپ

می‌توان گفت محبوب‌ترین نوع رایانه‌ها در بین کاربران رایانه‌های قابل حمل هستند. قدرت پردازشی مناسب، اندازه و کیفیت خوب صفحه نمایش، ابعاد و وزن مناسب دستگاه و مهم‌تر از همه قابلیت کار با باتری از بارزترین ویژگی‌هایی هستند که لپ‌تاپ‌ها را در بین کاربران به این اندازه محبوب نموده است. همچنین نصب سیستم عامل و نرم‌افزارهای مشترک با رایانه‌های رومیزی مانند انواع ویندوز و آفیس و...، قابلیت ارتقای حافظه اصلی و حافظه دائمی و نیز داشتن درگاه‌های متعدد ورودی و خروجی همانند رایانه‌های رومیزی باعث محبوبیت و کارایی بیشتر این دسته از رایانه‌ها شده است. از لحاظ قدرت پردازشی و حجم حافظه نیز لپ‌تاپ‌ها به‌راحتی از عهده کاربری‌های اداری، آموزشی و تا حد زیادی مهندسی و طراحی‌های متوسط برآمده و دستگاه‌های مخصوص بازی نیز برای آن‌ها طراحی و عرضه شده که به راحتی می‌توانند بازی‌های روز را با کیفیت مناسب اجرا نمایند. امکان استفاده از صفحه کلید، تنوع طراحی در اندازه و رنگ نیز باعث شده که تقریباً برای هر سلیقه‌ای چندین مدل مختلف لپ‌تاپ قابل خرید باشد. یکی از محدودیت‌های این دسته از رایانه‌ها این است که به‌علت محدودیت فضا، در آن‌ها امکان استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده قوی نیست و از این‌رو سازنده‌ها نمی‌توانند از پردازنده‌های پرقدرت و کارت‌های گرافیکی حرفه‌ای استفاده کنند و همواره از نسخه‌های ضعیف‌تر با فرکانس کاری کمتر در لپ‌تاپ‌ها بهره می‌برند.

تبلت

این دسته از رایانه‌ها یک ویژگی مشخص و منحصر به فرد دارند که آن‌ها را از لپ‌تاپ‌ها جدا می‌کند؛ تمامی اجزای سخت‌افزاری مانند برد اصلی، حافظه اصلی و دائمی، پردازنده و تراشۀ گرافیک و شبکه و نیز درگاه‌های ورودی و خروجی همگی در یک صفحه نمایش لمسی جمع شده و مجتمع می‌باشند. برخلاف لپ‌تاپ‌ها در آن از صفحه کلید و پد لمسی استفاده نمی‌شود. محدودیت فضا بیشتر از لپ‌تاپ‌ها بوده و از این‌رو استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده حتی ضعیف‌تر از لپ‌تاپ‌ها می‌باشد (در بسیاری از تبلت‌ها از پردازنده‌های ARM استفاده شده و نیازی به خنک‌کننده مجزا ندارند) و واضح است که پردازنده‌ها و تراشه‌های گرافیک باید با فرکانس کمتری کار کرده تا گرمای کمتری تولید نمایند. گرمای تولید شده معمولاً از طریق بدنه تبلت به فضای بیرون انتقال پیدا می‌کند. معمولاً از لحاظ قدرت پردازشی پایین‌تر از لپ‌تاپ‌ها بوده و کاربری‌های خاص خود را دارند. از جمله وب‌گردی، شبکه‌های اجتماعی، تماشای فیلم و ویدئو و... از لحاظ قیمت نیز در بازۀ وسیعی وجود داشته و از تبلت‌های ارزان قیمت مبتنی بر اندروید تا تبلت‌های بسیار گران‌قیمت مبتنی بر سیستم عامل iOS در بازار وجود دارند.

رایانه یکپارچه All in one

این رایانه‌ها جهت کاربری‌های اداری و آموزشی طراحی شده و هدف اصلی آن‌ها از اول این بوده که جای کمتری نسبت به رایانه‌های رومیزی اشغال کنند. از این‌رو تمامی سخت‌افزارها در فضای پشت صفحه نمایش جاگذاری شده و در آن‌ها دیگر خبری از کیس مجزا نیست. در مدل‌های جدیدتر اکثراً دارای صفحه نمایش لمسی بوده و به علت استفاده از برق خانگی به‌جای باتری از لحاظ قدرت پردازشی در رده‌های بالا نیز تولید می‌شوند که مناسب دفاتری با کاربری‌های سنگین هستند. از لحاظ درگاه‌های ورودی و خروجی تقریباً کامل بوده و کمبودی احساس نمی‌شود. سیستم‌های خنک‌کننده بسیار کاراتری نسبت به لپ‌تاپ‌ها داشته ولی هنوز از این نظر پایین‌تر از رایانه‌های رومیزی قرار می‌گیرند. چون طراحی آن‌ها برای قابلیت حمل‌ونقل نبوده است اکثراً دارای صفحه نمایش‌های بزرگ و با کیفیت و نیز دارای اسپیکرهای قوی‌تری نسبت به لپ‌تاپ‌ها می‌باشند و نیز درگاه‌های ورودی و خروجی بیشتری را چه از نظر تنوع و چه تعداد دارا می‌باشند.

گوشی هوشمند

تقریباً پرکاربردترین و عمومی‌ترین نوع رایانه‌ها گوشی‌های هوشمند هستند که به علت مزایای بسیار زیادی که داشته مورد استفاده هر رده سنی با هر کاربری می‌باشند. مزایایی مانند وزن سبک و ابعاد مناسب، قدرت پردازشی کافی برای کاربری‌های وب‌گردی و شبکه‌های اجتماعی و سرگرمی، دوربین‌های با کیفیت مناسب عکاسی و فیلم‌برداری، امکان تماس صوتی و تصویری، شارژ مناسب برای کار در محیط باز و بسیاری کاربردهای دیگر باعث شده که شرکت‌های زیادی به دنبال طراحی و تولید این رایانه‌های جیبی باشند تا از بازار بسیار داغ و پرسود آن بهره ببرند.

امروزه امکانات و فناوری‌های پیشرفته و هوشمندی در گوشی‌های هوشمند وجود دارد که محبوبیت آن را بیش از پیش نزد کاربران اضافه کرده است. دستیار صوتی در گوشی‌های هوشمند می‌تواند دستورات صوتی کاربر را اجرا نماید، به عنوان مثال با مخاطبی تماس برقرار کرده و یا آهنگی را پخش نماید. امکان ترجمه هم‌زمان با مکالمه به‌وسیله برنامه‌های خاصی امکان‌پذیر می‌باشد. تغییر صدا و حذف نویزهای مزاحم در هنگام مکالمه، کنترل لوازم خانگی هوشمند و ارتباط با واحد کنترل منازل هوشمند، دوربین‌های هوشمند که قابلیت حذف اشیا و پس‌زمینه را دارند، توانایی تشخیص چهره و لبخند از قابلیت‌های گوشی‌های هوشمند می‌باشند.

همچنین امکان پرداخت هنگام خرید با استفاده از NFC در بیشتر گوشی‌های امروزی وجود دارد. با استفاده از ابزارهای موقعیت یاب مکانی می‌توان مسیریابی هوشمندی را با این نوع از رایانه‌ها انجام داد.

کنسول بازی

از هنگامی که اولین رایانه‌های شخصی عرضه شدند یکی از کاربری‌های آن‌ها بازی و سرگرمی بود. بازی‌های رایانه‌ای قدمت بسیاری داشته و شرکت‌های تخصصی زیادی در این بازار فعالیت دارند. از همان سال‌های اولیه عرضه بازی‌های دیجیتال دستگاه‌هایی ساخته شدند که اختصاصاً برای اجرای بازی‌های رایانه‌ای طراحی شده بودند. به این رایانه‌ها در اصطلاح کنسول‌های بازی گفته می‌شود. یک کنسول بازی اختصاصاً برای اجرای روان و با کیفیت بازی‌های رایانه‌ای طراحی شده و معمولاً از سخت‌افزارهای قدرتمندی برای پردازش و اجرای بازی‌های سنگین رایانه‌ای بهره می‌برند و دارای پردازنده‌های گرافیکی نسبتاً قدرتمند با حافظه‌های زیاد جهت ذخیره و اجرای بازی‌های متعدد می‌باشند. علاوه‌ بر این دارای سیستم‌های خنک‌کننده نسبتاً کارا بوده که حجم بالای دمای تولیدی توسط پردازنده چند هسته‌ای کنسول را بتواند به بیرون انتقال داده و آن را خنک کند. همچنین معمولاً دارای یک درایو نوری جهت اجرای دیسک‌های نوری (بیشتر بازی‌های رایانه‌ای بر روی دیسک‌های نوری DVD و BlueRay عرضه می‌شوند) نیز بوده و نیز دارای خروجی‌های تصویر با کیفیت HDMI برای پخش بازی‌ها بر روی صفحه نمایش و تلویزیون‌های با کیفیت و بزرگ می‌باشند. از نظر تجهیزات ارتباطی هم نسبتاً کامل هستند و برای بازی‌های تحت شبکه تمامی تجهیزات ارتباطی پر سرعت را دارا می‌باشند.

برد توسعه

ساده‌ترین و ارزان‌ترین نوع رایانه‌ها بردهای توسعه هستند که شامل یک میکروکنترلر ساده، حافظه اختصاصی و ورودی و خروجی‌های متعدد هستند که همه این اجزا بر روی یک PCB (برد مدار چاپی) جمع شده‌اند و با ولتاژ کمی نیز تغذیه می‌شوند. برای استفاده از این سخت‌افزارها باید خود کاربر آن‌ها را برنامه‌ریزی کرده و برای هر کاربردی می‌تواند ماژولی مجزا را به آن متصل کند و برنامه آن را بر روی یک رایانه دیگر کدنویسی کند و سپس با اتصال برد توسعه به رایانه آن را پروگرام نماید. پروژه‌های بسیار زیادی مخصوصاً در حوزه اینترنت اشیا را می‌توان با این بردهای توسعه ساخت. مهم‌ترین مزیت این نوع رایانه‌های قابل برنامه‌ریزی، قیمت بسیار پایین آن‌هاست که خرید و استفاده از آن‌را برای دانش‌آموزان و دانشجویان امکان‌پذیر نموده است.

رایانه‌های پوشیدنی (Wearable Computers)

به ابزارک‌هایی که به‌وسیله کاربران به‌صورت مستقیم روی بدن استفاده می‌شوند و اکثراً برای کاربردهای خاصی طراحی و تولید می‌شوند به‌صورت عمومی رایانه‌های پوشیدنی گفته می‌شود. پیشینه استفاده از ابزارک‌های پوشیدنی به بیش از پنجاه سال قبل می‌رسد. ابزارک‌هایی مانند ساعت‌های هوشمند، هدست‌های بلوتوثی، عینک‌های واقعیت مجازی، ابزارک‌های سلامتی، کنترل‌کننده‌های عوامل حیاتی مانند فشار خون و قند خون و ضربان قلب، عینک‌های گوگل، ابزارک‌های پوشیدنی نظامی، هولومانز مایکروسافت، ابزارک‌های ورزشی مانند قدم شمارها و تعداد زیادی از این قبیل وسایل در این دسته‌بندی قرار می‌گیرند. به‌علت محدودیت‌های طراحی از نظر اندازه و وزن، استفاده از پردازشگرها و سنسورهای بسیار کم مصرف در این دسته بسیار ضروری می‌باشد، زیرا باتری‌های مورد استفاده در رایانه‌های پوشیدنی بسیار کوچک و با توان کم هستند. امروزه بیشتر رایانه‌های پوشیدنی قابلیت اتصال مستقیم به اینترنت را دارند.

رایانه‌های تعبیه شده (Embedded Computers)

رایانه‌هایی که در محصولات الکترونیکی و سیستم‌های صنعتی جاسازی شده‌اند و برای کنترل و مدیریت عملکرد خاصی طراحی شده‌اند. مثال‌هایی از این رایانه‌ها شامل ماشین‌های لباسشویی، خودروهای خودران و نیمه خودران، خودپردازهای بانکی و سیستم‌های GPS هستند. رایانه‌های تعبیه شده فقط برای مقاصد و اهداف خاصی طراحی شده و قابلیت برنامه‌ریزی برای کارهای دیگر را ندارند، اکثراً دارای بردهای اختصاصی و سنسورها و ورودی و خروجی‌های مخصوص همان دستگاه هستند و بسته به نوع وسیله‌ای که در آن جاسازی شده‌اند از برق مستقیم یا باتری برای کار استفاده می‌کنند.

رایانه‌های ابری (Cloud Computers)

فرض کنید برای انجام یک پروژه سنگین محاسباتی به یک رایانه با تعداد هسته‌های پردازشی زیاد و همچنین حافظه اصلی بالا نیازمند هستید. برای خرید این رایانه باید مبلغ بسیار زیادی را هزینه کنید و بعد از انجام پروژه تقریباً نیازی به آن نخواهید داشت. در این موارد می‌توان از رایانه‌های ابری استفاده کرد. به این صورت که از پلتفرم‌های اینترنتی که این خدمات را ارائه می‌دهند برای مدت مشخصی (مثلاً 3 ماه) یک رایانه با 24 هسته پردازشی و 128 گیگابایت حافظه اصلی را به همراه 500 گیگابایت فضای ابری اجاره می‌کنید. بر روی فضای ابری سیستم عامل، نرم‌افزارهای مورد نیاز و داده‌های محاسباتی خود را ذخیره کرده و با سخت‌افزارهای قدرتمندی که در اختیار شما قرار گرفته است پروژه خود را اجرا می‌کنید. در این مدت شما از طریق اینترنت به رایانه اجاره‌ای خود دسترسی پیدا کرده و پروژه‌های خود را اجرا کرده و خروجی‌های مدنظر را دریافت می‌کنید و نگران خرابی‌های سخت‌افزاری و قطعی برق و مشکلات فنی نخواهید بود. با پایان مدت زمان قرارداد نیز اگر پروژه اتمام نیافته باشد می‌توانید مدت قرارداد را تمدید نمایید. با هزینه‌ای بسیار کمتر از خرید می‌توانید کارهای خود را در نهایت امنیت انجام دهید.

این امکان به‌وسیله رایانه‌های ابری انجام‌پذیر است و شرکت‌های ارائه‌دهنده این خدمات به‌وسیله فناوری‌های مجازی‌سازی و موازی‌سازی، سرورهای قدرتمند خود را در اختیار کاربران قرار خواهند داد.

رایانه‌های کوانتومی (Quantum Computers)

قبل از شروع این بخش لازم است درباره فیزیک کوانتوم اندکی اطلاعات داشته باشید. در رایانه‌های کلاسیک برای انجام محاسبات از بیت استفاده می‌شود. ترانزیستورها که اصلی‌ترین بخش در پردازنده‌ها هستند می‌توانند مانند یک کلید صفر یا یک را ایجاد کنند و محاسبات را در مبنای دو و با استفاده همین دو مقدار صفر و یک انجام دهند. اصول کار تمامی رایانه‌های کلاسیک محاسبات براساس صفر و یک است.

در فیزیک کوانتوم هر ذره به‌جز حالت صفر و یک می‌تواند حالت بینابینی نیز داشته باشد که عوامل خارجی (مانند تابش پرتوها) می‌توانند حالت ذره را تغییر دهند. از این اصل فیزیک در رایانه‌های کوانتومی استفاده می‌شود. همان‌طور که در رایانه‌های کلاسیک از بیت برای محاسبات استفاده می‌شود، در رایانه‌های کوانتومی کیوبیت برای این منظور طراحی شده است. در واقع کیوبیت همواره حالتی بین صفر و یک داشته و بسته به عوامل خارجی می‌تواند صفر یا یک شود. سرعت تغییرات و انتقال اطلاعات در کیوبیت‌ها حتی از سرعت نور نیز بیشتر است. از این‌رو رایانه‌های کوانتومی دارای سرعت محاسباتی بسیار بیشتری از قوی‌ترین ابررایانه‌های کلاسیک هستند.

برای مقایسه در این بخش ابتدا سرعت یک ابررایانه با یک رایانه شخصی مقایسه می‌شود. ابررایانه SUMMIT در سال 2018 توسط شرکت IBM ساخته شده و یکی از قوی‌ترین و سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان است. سامیت 340 تن وزن دارد و برق مصرفی آن معادل هشت هزار خانه است. برای خنک کردن این ابررایانه از مخزنی استفاده می‌شود که با 4000 بشکه آب پر شده است. این ابررایانه از ترکیب 4608 سرور درست شده است که در مجموع 9216 عدد پردازنده 22 هسته‌ای به همراه 27648 پردازنده گرافیکی بسیار قوی مغز محاسباتی این ابررایانه را تشکیل می‌دهند. این ابررایانه می‌تواند دویست پتا محاسبه در ثانیه انجام دهد (رقم 2 با 17 عدد صفر جلوی آن). برای انجام این تعداد محاسبه با یک رایانه رومیزی به 305 روز زمان احتیاج داریم و اگر این محاسبات را یک انسان بخواهد انجام دهد 63 میلیارد سال طول خواهد کشید.

حال که با قدرت پردازشی بالای یک ابررایانه کلاسیک آشنا شدید، کافی است فقط بدانید که رایانه کوانتومی گوگل به اسم Sycamore که فقط از 54 کیوبیت برای محاسبات استفاده می‌کند 158 میلیون بار سریع‌تر از ابررایانه SUMMIT است. به‌عنوان مثال محاسباتی که اگر توسط SUMMIT انجام شوند ده هزارسال زمان لازم داشته باشند، توسط Sycamore تنها در 200 ثانیه انجام می‌شوند.