دستهبندیهای کامپیوترها: انواع و اجزا
رایانهها از زمان فعالسازی ENIAC در اواسط دهه 1940 به شکلی از اشکال مختلف در جامعه ما حضور داشتهاند. با گذشت زمان، آنها فراتر از مدل اولیه و حتی فراتر از رایانههای رومیزی و لپتاپهایی که هر روز استفاده میکنیم تکامل یافتهاند. رایانه یک دستگاه پردازش اطلاعات است و انواع آن معمولاً بر اساس اندازه و هدف دستهبندی میشوند. چهار دسته اصلی شامل ابررایانهها (بزرگترین، سریعترین و مناسب برای وظایف پیچیده)، مینفریمها (مناسب برای سازمانهای بزرگ و پشتیبانی از کاربران متعدد)، مینیکامپیوترها (متوسط، چندپردازشی) و میکروکامپیوترها (کوچکترین، برای استفاده فردی، شامل رایانههای رومیزی و لپتاپها) هستند.
امروز رایانهها همهجا حضور دارند؛ از سیستمهای قدرتمندی که محرک کشفهای علمی هستند تا دستگاههای کوچک جیبی که همراه خود حمل میکنیم. آنها وظایف حیاتی را در تقریباً هر صنعت انجام میدهند.
در ادامه، دستههای اصلی رایانهها و انواع موجود در هر دسته را بررسی خواهیم کرد.
ابررایانهها
تعریف ابررایانه طی دههها تغییر کرده است. در سال 1951، دستگاه UNIVAC تنها قادر بود چند هزار محاسبه یا دستور را در یک ثانیه پردازش کند. تا سال 1975، ابررایانه Cray 1 میتوانست در هر ثانیه حدود 160 میلیون دستور (MIPS) را روی حجم زیادی از داده اجرا کند.
در قرن 21، ابررایانهها ساختاری مشابه نمونههای اولیه خود دارند و فضای زیادی از مراکز داده را اشغال میکنند. تفاوت اصلی این است که بهجای تعداد کمی پردازنده، هر دستگاه چندین نمونه پردازشی را همزمان اجرا میکند. این پردازندهها با هم قادرند میلیاردها میلیارد (کوادریلیون) دستور را در هر نانوثانیه محاسبه کنند. این سطح از توان پردازشی «ابررایانش اگزاسکیل» نام دارد که در آن واحد سنجش از MIPS به عملیات ممیز شناور (FLOPS) تغییر میکند.
این نوع دستگاهها کارهای سادهای مانند جستجوی اینترنتی انجام نمیدهند؛ بلکه وظایفی مانند پردازش و تحلیل Big Data در حوزههای علمی و تجاری را بر عهده دارند. برای مثال، از آنها برای مدلسازی ساختارهای مولکولی استفاده میشود یا سازمانهایی مانند اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) برای پیشبینی الگوهای احتمالی آبوهوای شدید از آنها بهره میبرند.
ابررایانهها به دو نوع تقسیم میشوند: کاربرد عمومی و کاربرد ویژه.
کاربرد عمومی
این نوع ابررایانه خود به سه زیرمجموعه تقسیم میشود.
ابررایانههای پردازش برداری بر پردازندههای آرایهای تکیه دارند. این پردازندهها مشابه واحد پردازش مرکزی (CPU) در یک رایانه استاندارد هستند، اما قابلیت انجام عملیات ریاضی سریع روی تعداد زیادی از عناصر داده را دارند. این نوع پردازش، پایه صنعت ابررایانه در دهه 1980 و 1990 بود و دستگاههای امروزی همچنان نوعی از دستورالعملهای پردازش برداری را حفظ کردهاند.
کلاسترها یا خوشهها به گروهی از رایانههای متصل اشاره دارند که با همکاری یکدیگر مانند یک واحد ابررایانش عمل میکنند. نمونهای از آنها، گروهی از رایانههاست که برنامههای قدرتمند پایگاه داده را اجرا میکنند تا نتایج حاصل از پردازش Big Data را تولید کنند.
کلاسترهای کالایی شامل تعداد زیادی رایانه شخصی (PC) استاندارد هستند که از طریق شبکههای محلی (LAN) با پهنایباند بالا و تأخیر کم به هم متصل شدهاند.
کاربرد ویژه
رایانههای کاربرد ویژه، ابررایانههایی هستند که با هدف مشخص و برای انجام یک وظیفه یا دستیابی به یک نتیجه خاص طراحی شدهاند. این دستگاهها معمولاً از مدارهای مجتمع با کاربرد ویژه (ASIC) برای دستیابی به عملکرد بهتر استفاده میکنند. یکی از نمونههای شناختهشده این نوع، رایانه Deep Blue شرکت IBM است.
مینفریمها
رایانههای مینفریم دستگاههایی بزرگ با توان پردازشی بالا هستند. سازمانهایی که نیاز به ذخیره حجم عظیمی از اطلاعات دارند همچنان از آنها استفاده میکنند. با این حال، مینفریمها ابررایانه محسوب نمیشوند. در ادامه چند تفاوت میان آنها ذکر شده است:
آنها از تعداد زیادی کاربر پشتیبانی میکنند.
بهعنوان فضای ذخیرهسازی برای جمعآوری، پردازش و ارائه انواع دادهها در پایگاههای داده استفاده میشوند.
توان پردازشی مینفریمها بر اساس MIPS سنجیده میشود، نه کوادریلیونها دستور.
هزینه خرید و نگهداری آنها کمتر است.
قادرند چندین سیستمعامل را بهطور همزمان اجرا کنند.
اگرچه در زمان خود بهعنوان ابررایانه شناخته میشدند، اما سیستمهای اولیهای مانند ENIAC و UNIVAC امروزه در دسته مینفریمها قرار میگیرند.
رایانههای میانرده
رایانههای میانرده یک سطح پایینتر از مینفریمها قرار دارند. این دستگاههای چندپردازشی که تقریباً هماندازه یک یخچال معمولی هستند، میتوانند همزمان از حداکثر 200 کاربر پشتیبانی کنند. با وجود نام آنها، رایانههای میانرده جزو رایانههای شخصی محسوب نمیشوند.
این دسته که در ابتدا «مینیکامپیوتر» نام داشت، در دهه 1960 بهعنوان جایگزینی مقرونبهصرفه برای مینفریمها توسعه یافت؛ اما در عین حال قدرت پردازشی بالاتری نیز داشت. دلیل اصلی این موضوع آن بود که رایانههای میانرده قادر به اجرای زبانهای برنامهنویسی سطح بالا بودند. برای مثال، در دهه 70 و 80 دادهها را با استفاده از زبانهایی مانند Fortran یا BASIC پردازش میکردند.
اگرچه رایانههای میانرده هنوز وجود دارند، اما تقریباً منسوخ شدهاند. امروزه قدرت پردازشی این دستگاهها در رایانههای رومیزی، لپتاپها و حتی دستگاههای هوشمند دیده میشود.
میکروکامپیوترها
میکروکامپیوتر نوعی دستگاه کوچکتر است که بر پایه یک ریزپردازنده اجرا میشود. این رایانهها بسیار ارزانتر از نمونههای بزرگتر با توان پردازشی عظیم هستند. چنین «مینیکامپیوترهایی» برای استفاده روزمره و کاربردهای معمول مورد استفاده قرار میگیرند.
عصر میکروکامپیوترها از سال 1970 و با عرضه ریزپردازنده آغاز شد. به جای مجموعهای از بردهای مدار یا لولههای خلأ، یک واحد پردازش مرکزی در قالب یک ریزپردازنده بهکار گرفته شد. با کوچک شدن اندازه رایانهها، شرکت MITS توانست در سال 1974 اولین میکروکامپیوتر شخصی با نام ALTAIR 8800 را عرضه کند.
گرچه واژه «میکروکامپیوتر» با اصطلاحاتی مانند PC و دستگاه هوشمند جایگزین شده است، اما این نوع سیستم همچنان مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع، در قرن 21 بیش از هر زمان دیگری از دوران آغاز رایانش دیجیتال، از این دستگاهها استفاده میشود. این دسته شامل هفت نوع میکروکامپیوتر است.
رایانه رومیزی
رایانههای رومیزی که با نام رایانههای شخصی (PC) نیز شناخته میشوند، بهطور گسترده برای استفادههای روزمره و تجاری به کار میروند. این دستگاهها برای قرار گرفتن در یک محل ثابت مانند روی میز طراحی شدهاند.
رایانههای رومیزی معمولاً بزرگ هستند، اما نه به اندازه نمونههای اولیه. با کوچکتر شدن مادربردها و اجزای داخلی آنها، اندازه کیسها نیز کاهش یافته است. با وجود این کوچکسازی، رایانههای رومیزی همچنان قدرتمندترین نوع میکروکامپیوترها محسوب میشوند.
یکی از مزیتهای مهم رایانههای رومیزی قابلیت ارتقای آنهاست. این ارتقا تنها شامل سیستمعامل (OS) نمیشود؛ بلکه میتوان برای بهبود عملکرد، درایوهای ذخیرهسازی، حافظه RAM و کارتهای صوتی و تصویری را نیز تعویض کرد.
ایستگاه کاری (Workstation)
ایستگاه کاری یک میکروکامپیوتر پیشرفته است که مانند یک سرور در یک شبکه کاری دادهها را به اشتراک میگذارد. وظیفه آن مدیریت عملیات سایر رایانههای رومیزی و سرورها در محیط محلی است. این دستگاهها وظایف سطح بالا را انجام میدهند و اطلاعات مهم را با دیگر رایانهها به اشتراک میگذارند.
هدف ایستگاه کاری، داشتن قدرت کافی برای افزایش کارایی در شبکه محلی (LAN) است. در حالی که رایانههای شخصی به دنبال تنوع در کاربرد هستند، ایستگاههای کاری روی دقت تمرکز دارند. به همین دلیل، تیم مدیریت سیستم در شرکتها معمولاً از این دستگاهها پشتیبانی میکند.
سرور
در حالی که یک رایانه رومیزی برای استفاده فردی طراحی شده، سرور بهطور غیرمستقیم توسط افراد زیادی در یک شبکه مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین، دستگاههای دیگر ممکن است برای انجام وظایف مختلف به یک سرور وابسته باشند.
در سطح جهانی، سرورها معمولاً خدمات و محتوای موجود در اینترنت را فراهم میکنند. امروزه بسیاری از آنها در فضای ابری قرار دارند تا امکان دسترسی از هر نقطه فراهم شود. به همین دلیل، سرورها باید از ظرفیت ذخیرهسازی بالا، RAM زیاد، توان پردازشی قوی و امنیت مناسب برخوردار باشند. علاوه بر این، لازم است اطلاعات خود را روی یک سرور پشتیبان، رسانه دیگر یا هر دو ذخیره کنند.
اگرچه یک رایانه رومیزی قدرتمند میتواند نقش یک سرور را ایفا کند، اما باید ظرفیت بیشتری داشته باشد؛ نهتنها برای نگهداری حجم بالای داده، بلکه برای فعالیت پیوسته در تمام ساعات شبانهروز. به عبارت دیگر، میکروکامپیوتری که قرار است به سرور تبدیل شود، باید کاملاً به این هدف اختصاص یابد.
رایانههای همراه
رایانههای همراه دستگاههایی کوچک هستند که برای جابهجایی و استفاده در مکانهای مختلف طراحی شدهاند. امروزه بسیاری از دستگاههای همراه توان پردازشی برابر یا حتی بیشتر از یک رایانه رومیزی دارند. علاوه بر این، از آنجایی که برای استفاده در موقعیتهای گوناگون ساخته شدهاند، انعطافپذیری بیشتری نیز ارائه میدهند.
در طول سالها نسلهای مختلفی از رایانش همراه معرفی شدهاند. در هر دوره، پیشرفتهای جدید موجب کوچکتر شدن اندازه دستگاهها شده است، در حالی که توان پردازشی آنها تقریباً ثابت مانده است.
قابلیت حمل: این مفهوم با معرفی Dynabook در سال 1968 آغاز شد. اگرچه در ابتدا قرار بود برای کودکان استفاده شود، توسعهدهندگان متوجه شدند که یک رایانه قابل حمل میتواند برای نیازهای روزمره کاربرد داشته باشد. نخستین رایانه قابل حمل رسمی، GRiD Compass، در سال 1981 معرفی شد و اندازهای برابر با نیمی از یک کیف دستی داشت.
کوچکسازی: تا دهه 1990، اندازه سختافزار رایانهها به حدی رسیده بود که امکان ورود رایانههای همراه کوچک به بازار فراهم شد. به این ترتیب، مفهوم دستیار دیجیتال شخصی (PDA) ایجاد شد. PDA جایگزینی برای رایانه رومیزی نبود؛ بلکه ابزاری تکمیلی برای افرادی بود که مدت طولانی از رایانههای رومیزی خود دور بودند.
اتصالپذیری: این نسل با ارتباطات بیسیم گره خورده است. در سال 1973، تیمی در موتورولا یک مفهوم تلفن همراه را به ثبت رساند. یک دهه بعد، آنها دستگاه DynaTAC 8000X را تولید کردند؛ نخستین تلفن همراه تجاری که اندازهای مناسب برای حمل داشت. با پیشرفت فناوری، قابلیتهایی مانند پیامک (SMS)، تقویمها و مرور اینترنت نیز برای افزایش اتصالپذیری معرفی شدند.
همگرایی: این نسل زمانی شکل گرفت که سازندگان تصمیم گرفتند دستگاههای همراه تخصصی را در قالب سیستمهای ترکیبی ادغام کنند. نخستین مرحله این روند، ظهور گوشی هوشمند بود. گوشی هوشمند، قابلیتهای PDA را با عملکردهای تلفن همراه ترکیب کرد و موجی از نوآوریها را به وجود آورد که شامل صفحهکلیدهای کوچک QWERTY و صفحهنمایشهای لمسی میشد.
واگرایی: در همین زمان، برخی سازندگان رویکرد «ابزار اطلاعاتی» را پیشنهاد کردند. در این روش، یک رایانه همراه برای انجام یک فعالیت مشخص طراحی میشد. محصولاتی مانند iPod و کنسول Sony PlayStation Portable (PSP) نمونههایی از این رویکرد هستند.
مفاهیمی که در این نسلها ایجاد شدند، امروزه نیز ادامه دارند. مواردی که دیگر کاربرد ندارند، مانند PDAها، در سایر دستگاهها ادغام شدهاند. در ادامه، فهرستی از رایانههای همراه امروزی آورده شده است.
لپتاپها
لپتاپها برای استفاده در مکانهای مختلف طراحی شدهاند. تمام اجزای آنها در یک بدنه واحد قرار گرفته که شامل صفحهکلید، ماوس و دکمه روشن/خاموش است. صفحهنمایش متصل به این بدنه نیز روی آن تا میشود تا دستگاه بهراحتی قابل حمل باشد.
با کاهش اندازه و وزن لپتاپها در طول سالها، محبوبیت آنها افزایش یافته است. زمانی که لپتاپ به یک داکینگ استیشن متصل میشود، میتواند عملکردی مشابه رایانه رومیزی داشته باشد. برای مثال، امکان اتصال چندین مانیتور به داک برای نمایشگر بزرگتر وجود دارد.
نتبوک
نتبوک نسخه کوچکتر لپتاپ است. این دستگاه عمداً سبکتر و ارزانتر طراحی شده است. برای نمونه، ممکن است صفحهنمایشی کوچکتر در حدود شش یا هفت اینچ داشته باشد، در حالی که لپتاپهای استاندارد معمولاً صفحهنمایش 11 تا 13 اینچی دارند.
در نتبوک همهچیز کوچکسازی شده است. به دلیل محدودیت فضا، از پردازندههای کممصرف و کمولتاژ استفاده میشود. همچنین برای حفظ وزن سبک، نتبوکها دارای هاردهای کوچکتر هستند.
اگرچه نتبوکها در اواخر دهه 2000 و اوایل دهه 2010 محبوب بودند، اما بازار آنها با ظهور تبلتهای هوشمند ضعیف شد.
تبلت
تبلت یا تبلت هوشمند، رایانهای همراه و تخت است. بهجای صفحهکلید و ماوس، از قابلیت لمسی صفحهنمایش برای کنترل و ناوبری استفاده میکند. تبلتها بهدلیل پشتیبانی از طیف وسیعی از اپلیکیشنهای شخص ثالث، دستگاههایی بسیار منعطف محسوب میشوند.
انواع مختلفی از تبلتها وجود دارند. مدلهای تخصصی مانند Amazon Kindle بیشتر برای خواندن کتابهای الکترونیکی استفاده میشوند. با این حال، امکان تماشای ویدئو و انجام بازی نیز در آنها وجود دارد.
تبلتهای هیبریدی مانند Microsoft Surface ظاهری مشابه این نوع رایانه همراه دارند، اما بههمراه سیستمعامل مشابه رایانه رومیزی و صفحهکلیدهای جداشدنی عرضه میشوند تا عملکردی مشابه میکروکامپیوتر داشته باشند.
کنسول بازی دستی
پیش از فراگیر شدن دستگاههای هوشمند، کنسولهای بازی دستی بر بازار تسلط داشتند. برخی از محبوبترین آنها شامل Game Boy و DS از شرکت Nintendo و همچنین PSP از Sony بودند. امروزه Nintendo Switch پیشتاز بازار است، در حالی که بسیاری از مصرفکنندگان برای بازی به گوشیهای هوشمند و تبلتهای خود روی آوردهاند.
گوشیهای هوشمند
مردم از گوشیهای هوشمند بیشتر از رایانههای شخصی یا لپتاپهای خود استفاده میکنند. اگرچه گوشیهای هوشمند ممکن است ظرفیت ذخیرهسازی کمتری داشته باشند، اما استفاده گسترده از فضای ابری باعث شده بتوانند بسیاری از کارهایی را انجام دهند که مدلهای بزرگتر انجام میدهند. بهدلیل پیشرفت سریع فناوری، کیفیت تصویر، صدا و ویدئو در گوشیهای هوشمند بسیار بهتر شده است.
در مجموع، گوشیهای هوشمند بهقدری پیشرفته شدهاند که دیگر نباید صرفاً جزو دسته رایانههای همراه محسوب شوند؛ بلکه شایسته آن هستند که دستهبندی مخصوص به خود را داشته باشند.
ریزکنترلرها (Microcontrollers)
ریزکنترلرها که با عنوان سیستمهای تعبیهشده نیز شناخته میشوند، نوعی مینیکامپیوتر هستند که دادهها را ذخیره کرده و فرمانها و وظایف ساده را اجرا میکنند. این دستگاهها در بخشهایی قرار دارند که دنیای «اینترنت اشیا» (IoT) را تشکیل میدهند.
IoT شامل دستگاههایی است که خارج از سیستمهای اصلی فعالیت کرده و به صورت مستقل عملیات انجام میدهند. برای مثال، کامپیوتر داخلی خودرو شما یکی از نمونههای رایج است. این سیستم نهتنها عملکردهای عادی خودرو را مدیریت میکند، بلکه اطلاعات را به سازنده یا در مواقع اضطراری به یک سرویس ثالث ارسال میکند تا خدمات امدادی را مطلع کند.
ریزکنترلرها در بسیاری از لوازم خانگی و صنعتی نیز استفاده میشوند؛ از یخچالهای هوشمند گرفته تا ماشینآلات تولید. هر وسیلهای که از طریق یک اپلیکیشن یا اتصال بیسیم به اینترنت دسترسی داشته باشد، از ریزکنترلر بهره میبرد و بخشی از اکوسیستم IoT محسوب میشود.
این مرور کلی از دستهبندیهای مختلف کامپیوترها نشان میدهد که فناوری تا چه اندازه پیشرفت کرده است. دستگاههایی که زمانی اتاقهای کامل را اشغال میکردند، امروز در جیب شما جای میگیرند. علاوه بر این، بسیاری از دستگاههای امروزی، بهویژه ابررایانهها، قدرت پردازشی بسیار بیشتری نسبت به اولین مدلهای کامپیوتری دارند.
برای ثبت دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.
