الأجهزة الرقمية الحديثة: شاشات اللمس، الماسحات الضوئية، الكاميرات، كاميرات الفيديو، الهواتف المحمولة، كاميرات الويب، كاميرات المستندات، أجهزة عرض الفيديو، أجهزة نقل البيانات اللاسلكية، أنظمة المراقبة بالفيديو، الكتب الإلكترونية، المجاهر الرقمية

يمكن تجهيز شاشات اللمس على أجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر وأجهزة الشاشة الأخرى. ويمكن تركيبها في محطات الدفع، وفي معدات أتمتة التجارة، وفي أجهزة كمبيوتر الجيب، وفي لوحات التشغيل في الصناعة.

أجهزة المسح الضوئي الماسح الضوئي هو جهاز مصمم لإدخال صور متعددة الألوان وبالأبيض والأسود (الصور والرسومات والشرائح)، بالإضافة إلى معلومات نصية من ورقة، من صفحة كتاب أو مجلة، إلى جهاز الكمبيوتر . يتم استخدام الماسح الضوئي عندما تكون هناك حاجة لإدخال نص و/أو صورة رسومية إلى جهاز كمبيوتر من نسخة أصلية موجودة لمزيد من المعالجة (التحرير، وما إلى ذلك).

الماسح الضوئي هو جهاز لإدخال المعلومات من الورق إلى ذاكرة الكمبيوتر وتحرير النصوص أو الصور بشكل أكبر.

مجالات استخدام الكاميرات تستخدم على نطاق واسع في الطباعة والبحث العلمي والطب والجيولوجيا والطب الشرعي. في هذه الصناعات والعديد من الصناعات الأخرى، غالبًا ما تكون هناك حاجة للحصول على الصور على الفور تقريبًا، ثم معالجتها وإرسالها عبر مسافات طويلة عبر الإنترنت.

كاميرات الويب هي كاميرات رقمية يمكنها التقاط الصور في الوقت الفعلي، ثم يتم نقلها عبر الإنترنت أو تطبيق فيديو آخر.

كاميرا المستندات هي كاميرا فيديو خاصة. يتم استخدامه عندما يكون من الضروري إظهار شيء صغير موجود في نسخة واحدة (كتب، صور، صور مجهرية). يتصل بالتلفزيون وجهاز العرض والكمبيوتر.

القراء الإلكترونيون هم نوع من أجهزة الكمبيوتر اللوحية. ويعود ظهورها إلى التطور والتخصص في أجهزة الكمبيوتر اللوحية بشكل عام. تم تجهيز بعض الأجهزة الحديثة بشاشة تعمل باللمس ولديها مجموعة موسعة من الوظائف، ولا تسمح لك بالقراءة فحسب، بل أيضا بتحرير النص.

المزايا مدمجة ومحمولة. يمكن تخزين مئات وآلاف الكتب في جهاز واحد. بالإضافة إلى ذلك، يكون الجهاز عادةً أصغر حجمًا وأخف وزنًا من الكتاب الورقي. إعدادات الصورة. بناءً على طلب المستخدم، يمكنك تغيير نمط الخط وحجمه وتنسيق الإخراج (عمود واحد أو عمودين، عمودي أو أفقي). تتيح القدرة على تغيير حجم الخط قراءة الكتب للأشخاص الذين لا يسمح لهم الخط الصغير غير المنظم للكتب الورقية بقراءتها بشكل أساسي. ميزات إضافية. يمكن للجهاز تنفيذ البحث عن النص، والتنقل عبر الارتباط التشعبي، وعرض التمييزات والملاحظات المؤقتة، والإشارات المرجعية الإلكترونية، والقاموس.

المزايا: البرامج المدمجة - تتيح لك أجهزة توليف الكلام كتابة النصوص الصوتية. لا يسمح لك الكتاب الإلكتروني بقراءة النصوص فحسب، بل يتيح لك أيضًا عرض الصور المتحركة أو مقاطع الوسائط المتعددة أو تشغيل الكتب الصوتية. تكلفة النص. العديد من النصوص في شكل إلكتروني مجانية أو أرخص من النصوص الورقية. التوفر. إذا كان لديك اتصال بالإنترنت، فإن النصوص متاحة للتحميل من المواقع المناسبة (المكتبات الإلكترونية) في أي وقت.

فوائد صديقة للبيئة. لقراءة النصوص في الكتاب الإلكتروني، لا تحتاج إلى ورق، لإنتاج الغابات المقطوعة. آمن لمرضى الربو ومرضى الحساسية والحساسين لغبار المنزل والورق.

مساوئ الكتب الإلكترونية المزودة بشاشات TFT لها تأثير سلبي على رؤية الإنسان، مثل تأثير الكمبيوتر. جودة صورة منخفضة نسبيًا، لا يمكن مقارنتها بالكتب الورقية المنشورة على ورق باهظ الثمن وعالي الجودة [المصدر غير محدد 42 يومًا]. مثل أي جهاز إلكتروني، يكون قارئو الكتب الإلكترونية أكثر حساسية للتأثيرات المادية (الأضرار) من الكتب الورقية ذات الأسعار المرتفعة. يقوم بعض الناشرين بإصدار النسخة الإلكترونية من الكتاب مع تأخير. بعض الكتب لا يتم نشرها رسميًا على الإطلاق في شكل نسخة إلكترونية.

العيوب: بعض النماذج [توضيح] تستخدم إدارة الحقوق الرقمية، مما يفرض قيودًا، بما في ذلك على الاستخدام العادل، وبالتالي فإن استخدام إدارة الحقوق الرقمية يؤدي إلى موقف لا يمكن فيه قراءة أي كتاب على أي جهاز. أحد الأمثلة الأكثر لفتًا للانتباه هو الحذف عن بعد للكتب التي تم شراؤها بشكل قانوني من أجهزة المستخدمين. ومع ذلك، نظرًا لأنه ليس من الصعب شراء كتاب إلكتروني يقرأ التنسيقات التي لا تدعم إدارة الحقوق الرقمية (على سبيل المثال، fb 2، rtf، txt، وما إلى ذلك)، وليس كل الكتب الإلكترونية تتمتع بقدرات اتصال، فمن الصعب أن يكون ذلك ممكنًا يعتبر من عيوب الكتب الإلكترونية كفئة جهاز. تتطلب أجهزة قراءة الكتب الإلكترونية إعادة شحن البطاريات المدمجة القابلة لإعادة الشحن (البطاريات) بشكل دوري.

المجهر الرقمي المجهر الرقمي هو مجهر مزود بنظام التقاط الصور الرقمية الذي ينقل الصور إلى جهاز كمبيوتر. لا يتيح المجهر الرقمي مراقبة الأجسام الدقيقة فحسب، بل يتيح أيضًا توثيق الصور باستخدام نظام إدخال مثبت على المجهر، وإذا لزم الأمر، أخذ قياسات على الصور وتحليلها باستخدام البرامج.

المجهر الرقمي يمكن استخدام كاميرات الفيديو الرقمية أو الكاميرات الرقمية الثابتة أو أنظمة الإدخال التناظرية لنقل الصور من المجهر أو المجهر الاستريو إلى الكمبيوتر. وبمساعدة هذه الأجهزة، يتم نقل الصورة من المجهر إلى جهاز كمبيوتر لحفظها أو معالجتها لاحقًا إذا لزم الأمر. يعتمد اختيار نظام الإدخال على المهام التي يجب حلها ومتطلبات جودة الصورة.

المجهر الرقمي تتيح لك المجاهر الرقمية نقل الصور بدرجات تكبير مختلفة، بدءًا من التكبير عدة مرات وحتى التكبير مئات الآلاف من المرات.

تم تصميم جهاز الكمبيوتر اللوحي للرسومات، أو جهاز التحويل الرقمي، لإدخال الصور الرسومية في جهاز كمبيوتر ويتم استخدامه عند العمل مع الرسومات الاحترافية وبرامج CAD، وكذلك لإنشاء الرسومات أو الصور الفوتوغرافية أو نسخها. يسمح لك بإنشاء رسومات تمامًا كما هو الحال على قطعة من الورق. يتكون جهاز إدخال المعلومات هذا من جهاز لوحي ومؤشر. يتم تحويل الصورة إلى شكل رقمي، ومن هنا جاء اسم الجهاز (من الرقم الإنجليزي - الرقم).

الكمبيوتر اللوحي الرسومي يعتمد مبدأ تشغيل جهاز التحويل الرقمي على تثبيت إحداثيات المؤشر على سطح الجهاز اللوحي باستخدام شبكة مدمجة تتكون من سلك أو موصلات مطبوعة. يتيح لك الجهاز تحويل حركة المؤشر على الجهاز اللوحي إلى تنسيق رسومات متجهة. يحدد جهاز التحويل الرقمي بدقة الإحداثيات المطلقة للمؤشر على الجهاز اللوحي ويترجمها إلى إحداثيات نقطة على شاشة المراقبة.

لوح الرسومات يتم استخدام مؤشرات وأقلام دائرية خاصة كمؤشرات. مثل الفئران، تحتوي المؤشرات على أزرار. تتيح لك المؤشرات تحديد إحداثيات النقطة بدقة؛ وغالبًا ما يتم استخدامها عند العمل في التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). يتم استخدام الأقلام عند العمل في برامج تحرير الرسوم، وبعضها حساس للضغط ويسمح لك بتغيير معلمات الخط

تابلت الرسومات يمكن أن تكون الأجهزة اللوحية صلبة أو مرنة. يمكن دحرجة الأجهزة اللوحية المرنة في أنبوب، وهي ملائمة للنقل والتخزين، فهي أخف وزنًا وأكثر إحكاما وأكثر تكلفة، ولكنها في نفس الوقت تتمتع بدقة وموثوقية أقل من الأجهزة الصلبة.

لوح الرسم يتم عرض نتيجة جهاز التحويل الرقمي على شاشة العرض ويمكن طباعتها على الطابعة إذا لزم الأمر. عادة ما يتم استخدام أجهزة التحويل الرقمي من قبل المهندسين المعماريين والمصممين. إن السعر المرتفع لأجهزة التحويل الرقمية الاحترافية ذات التنسيق اللوحي الكبير والمؤشر المتوازن عالي الجودة يحد من استخدام جهاز إدخال المعلومات هذا.

إن جهاز معالجة المعلومات الرقمية و"العقل" لنظام النشر بأكمله هو الكمبيوتر، والذي يمثل أيضًا بنية متعددة المستويات. ويشمل كلاً من عناصر المعالجة (المعالج) وعدة أنواع من أجهزة تخزين المعلومات (ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، القرص الصلب، ذاكرة الفيديو)، بالإضافة إلى عدد من العناصر المساعدة (المنافذ والمكونات الأخرى)

يتطلب العمل مع الرسومات، خاصة تلك المخصصة لأغراض الطباعة، معلمات كبيرة جدًا للكمبيوتر المستخدم. ولسوء الحظ (بالنسبة للمؤلف فقط)، فإن وتيرة التقدم التكنولوجي في هذا المجال مرتفعة بشكل غير عادي، ولا يمكن للإطار الزمني لكتابة الكتاب وإعداده وطباعته وتوزيعه أن يواكبه، لذلك سننظر فقط في المعايير الأساسية التي يجب على كل يحتاج المصمم إلى الفهم عند الجلوس أمام الكمبيوتر.

الكمبيوتر الشخصي هو في المقام الأول وحدة نظام توجد بها جميع المكونات الرئيسية للكمبيوتر. "دماغ" الكمبيوتر هو معالج دقيق -الجهاز المركزي للكمبيوتر عبارة عن دائرة إلكترونية يبلغ حجمها عدة سنتيمترات مربعة، والتي تضمن تنفيذ جميع البرامج التطبيقية والتحكم في جميع الأجهزة. يتكون المعالج الدقيق على شكل دائرة متكاملة كبيرة جدًا (ليس في الحجم ولكن في عدد المكونات الإلكترونية التي يصل عددها إلى عدة ملايين) تقع على رقاقة السيليكون.

يمكن أن تختلف المعالجات الدقيقة في المعلمات الأساسية التالية:

النوع (النموذج)يعني جيل من المعالجات الدقيقة، فمثلا هناك معالجات متسلسلة تسمى مجتمعة "286"، "386"، "486"، "بنتيوم".

ساعة تكراريحدد عدد العمليات الأولية التي يتم إجراؤها في ثانية واحدة. يتم قياسه بالهرتز (هرتز). تردد الساعة هو المعلمة الرئيسية التي تضمن أداء المعالج. كلما زاد نوع المعالج، زادت سرعة الساعة. كان أحد النماذج الأولى لأجهزة الكمبيوتر الشخصية يحتوي على معالج بتردد ساعة يبلغ 4.77 ميجاهرتز، وقد تجاوزت أحدث المعالجات حاجز 1 جيجاهرتز.

عمق بتيحدد عدد البتات المرسلة في وقت واحد (بشكل متزامن) عبر ناقلات المعلومات. يرتبط أداء الكمبيوتر أيضًا بشكل مباشر بسعة البت. تتغير هذه المعلمة بسرعة فائقة: 8 بت، ثم 16، و32 بت، وأخيرًا حافلات 64 بت.

يتميز الكمبيوتر ككل بعدد من المعلمات الأخرى التي تؤثر على أدائه.

التشغيل ذاكرة (أو ذاكرة الوصول العشوائي - ذاكرة الوصول العشوائي) تحدد مقدار الذاكرة التي "يديرها" المعالج. ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) هي ذاكرة سريعة ومتقلبة (عند إيقاف تشغيل الطاقة، يتم فقدان المعلومات تمامًا) حيث يوجد البرنامج الذي يتم تنفيذه حاليًا والبيانات اللازمة له. كلما ارتفعت هذه القيمة، زادت المعلومات المتاحة للمعالجة في وقت واحد. زادت كمية ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) خلال فترة تاريخية قصيرة نسبيًا من 640 كيلو بايت إلى عشرات ميغابايت في الأنظمة الحديثة (حتى في التكوينات الأكثر تواضعًا). يعتمد أداء (سرعة التشغيل) للكمبيوتر بشكل مباشر على مقدار ذاكرة الوصول العشوائي.

ذاكرة الفيديو -هذه ذاكرة وصول عشوائي منفصلة موجودة على بطاقة فيديو متخصصة. تحتوي هذه الذاكرة على بيانات تتوافق مع الصورة الحالية التي تظهر على الشاشة.

يطبق الكمبيوتر الشخصي الحديث مبدأ البنية المفتوحة، والذي يسمح لك بتغيير تكوين الأجهزة (الوحدات) بحرية تقريبًا. يرتبط عدد كبير من الأجهزة الطرفية بطريق المعلومات السريع الرئيسي. من المهم جدًا استبدال بعض الأجهزة بأجهزة أخرى. حتى المعالجات الدقيقة ورقائق ذاكرة الوصول العشوائي ليست استثناءً.

يتم توصيل الأجهزة الطرفية بالطريق السريع للمعلومات من خلال كتلة خاصة تسمى مراقب(يسمى أحيانًا المحول). ويتم أيضًا توفير التحكم البرمجي في تشغيل الأجهزة الخارجية بواسطة برامج خاصة - السائقين،والتي عادة ما تكون مدمجة في نظام التشغيل.

أثناء تطور التكنولوجيا الرقمية، تم تطوير أجهزة الكمبيوتر بأنواعها المختلفة. لقد تم نسيان الكثير منها منذ فترة طويلة، ولكن كان لبعضها تأثير قوي على تطوير أنظمة الحوسبة الحديثة. سنقدم هنا لمحة موجزة عن بعض مراحل تطور آلات الحوسبة لإظهار كيف وصل الفكر البشري إلى الفهم الحديث لتكنولوجيا الكمبيوتر.

الأجهزة التي تسهل العد أو حفظ نتائجه معروفة منذ زمن طويل، لكننا سنهتم فقط بأجهزة العمليات الحسابية التي تنفذ البرامج المضمنة فيها تلقائيا، لذلك لا نعتبر مثل هذه الأجهزة مثل العداد وآلات الجمع الميكانيكية والإلكترونية الآلات الحاسبة.

أول آلة لحساب البرامج المخزنة صنعها عالم فرنسي بليز باسكالفي عام 1642. تم تشغيله يدويًا ويمكنه إجراء عمليات الجمع والطرح. عالم الرياضيات الألماني جوتفريد لايبنتزوفي عام 1672 قام ببناء آلة ميكانيكية يمكنها أيضًا إجراء عمليات الضرب والقسمة. تم تطوير أول آلة تعمل وفق البرنامج عام 1834 على يد عالم إنجليزي تشارلز باباج. كان يحتوي على جهاز تخزين، وجهاز حوسبة، وجهاز إدخال البطاقة المثقوبة، وجهاز طباعة. تمت قراءة الأوامر من بطاقة مثقوبة وقراءة البيانات من الذاكرة إلى جهاز حاسوبي وكتابة نتائج الحسابات على الذاكرة. كانت جميع أجهزة آلة باباج، بما في ذلك الذاكرة، ميكانيكية وتحتوي على آلاف التروس، التي كان تصنيعها يتطلب دقة لم يكن من الممكن الوصول إليها في القرن التاسع عشر. كانت الآلة قادرة على تنفيذ أي برنامج مكتوب على بطاقة مثقوبة، ولأول مرة كانت هناك حاجة إلى مبرمج لكتابة مثل هذه البرامج. المبرمج الأول كان امرأة إنجليزية أدا لوفليسوبعدها سُميت لغة البرمجة Ada في عصرنا هذا.

في القرن العشرين، بدأت الإلكترونيات في التطور وتم اعتماد قدراتها على الفور من قبل مطوري الكمبيوتر. مع بناء أجهزة الكمبيوتر، التي بني نظام عناصرها الأساسي على مكونات إلكترونية، يبدأ العد التنازلي لأجيال أجهزة الكمبيوتر الرقمية. نلاحظ أن تقسيم فترة تطور التكنولوجيا الرقمية إلى مراحل يرتبط بشكل رئيسي بنقل النظام الأساسي للعناصر إلى التقنيات الجديدة لإنتاج المكونات الإلكترونية.

الجيل الأول - الأنابيب المفرغة (1945-1955)

كان النظام الأساسي لعناصر هذا الجيل من أجهزة الكمبيوتر يعتمد على الأنابيب المفرغة. يحدد استخدامها مزايا وعيوب الأجهزة الرقمية. قدمت الأنابيب المفرغة تبديلًا عالي السرعة للعناصر المنطقية، مما أدى إلى زيادة سرعة الحساب مقارنة بمحاولات إنشاء جهاز كمبيوتر، تم بناء العنصر الأساسي فيه على أساس مرحل كهروميكانيكي. كانت الأنابيب الإلكترونية متينة للغاية وتضمن التشغيل الموثوق للكمبيوتر. لسوء الحظ، كان لأجهزة الكمبيوتر الأنبوبية أيضًا الكثير من العيوب. أولاً، تعمل الأنابيب المفرغة بجهد يصل إلى عشرات الفولتات وتستهلك الكثير من الطاقة؛ بالإضافة إلى ذلك، كان حجم الأنابيب المفرغة، وفقًا لمفاهيم الإلكترونيات الدقيقة الحديثة، ضخمًا - عدة عشرات من السنتيمترات المكعبة. لبناء جهاز كمبيوتر، كانت هناك حاجة إلى آلاف العناصر المنطقية، فكان حجم أجهزة الكمبيوتر الأنبوبية من حيث المساحة المشغولة عشرات الأمتار المربعة، وتراوح استهلاك الطاقة من بضعة إلى عشرات وحتى مئات الكيلووات. أدت هذه الطاقة إلى ارتفاع درجة حرارة المصابيح، التي تم وضعها بشكل مضغوط تمامًا، وطرحت مشكلة التبريد الفعال للمكونات الإلكترونية للجهاز. تراوحت سرعة معالجة المعلومات في الآلات الأنبوبية من عدة مئات إلى عدة آلاف من العمليات في الثانية.

أثناء تطور التكنولوجيا الرقمية، تم تطوير أجهزة الكمبيوتر بأنواعها المختلفة. لقد تم نسيان العديد منها منذ فترة طويلة، لكن البعض الآخر كان له تأثير قوي على تطوير أنظمة الحوسبة الحديثة. سنقدم هنا لمحة موجزة عن بعض مراحل تطور آلات الحوسبة لإظهار كيف وصل الفكر البشري إلى الفهم الحديث لتكنولوجيا الكمبيوتر.

إن الأجهزة التي تسهل العد أو حفظ نتائجها معروفة منذ زمن طويل، ولكننا سنكون مهتمين فقط بأجهزة الحوسبة التي تقوم تلقائيًا بتنفيذ البرامج المضمنة فيها. ولذلك، فإننا لا نعتبر هنا الأجهزة مثل المعداد وآلات الجمع الميكانيكية والآلات الحاسبة الإلكترونية.

أول آلة لحساب البرامج المخزنة صنعها عالم فرنسي بليز باسكالفي عام 1642. كان يُدار يدويًا ويمكنه إجراء عمليات الجمع والطرح. عالم الرياضيات الألماني جوتفريد لايبنتزوفي عام 1672 قام ببناء آلة ميكانيكية يمكنها أيضًا إجراء عمليات الضرب والقسمة. تم تطوير أول آلة تعمل وفق البرنامج عام 1834 على يد عالم إنجليزي تشارلز باباج.كان يحتوي على جهاز تخزين، وجهاز حوسبة، وجهاز إدخال البطاقة المثقوبة، وجهاز طباعة. تمت قراءة الأوامر من بطاقة مثقوبة وقراءة البيانات من الذاكرة إلى جهاز حاسوبي وكتابة نتائج الحسابات على الذاكرة. كانت جميع أجهزة آلة باباج، بما في ذلك الذاكرة، ميكانيكية وتحتوي على آلاف التروس، التي كان تصنيعها يتطلب دقة لم تكن متوفرة في القرن التاسع عشر. كانت الآلة قادرة على تنفيذ أي برنامج مكتوب على بطاقة مثقوبة، ولأول مرة كانت هناك حاجة إلى مبرمج لكتابة مثل هذه البرامج. المبرمج الأول كان امرأة إنجليزية أدا لوفليس,وبعدها سُميت لغة البرمجة Ada في عصرنا هذا.

في القرن 20th بدأت الإلكترونيات في التطور وتم اعتماد قدراتها على الفور من قبل مطوري الكمبيوتر. مع بناء أجهزة الكمبيوتر، التي بني نظام عناصرها الأساسي على مكونات إلكترونية، يبدأ العد التنازلي لأجيال أجهزة الكمبيوتر الرقمية. نلاحظ أن تقسيم فترة تطور التكنولوجيا الرقمية إلى مراحل يرتبط بشكل رئيسي بنقل النظام الأساسي للعناصر إلى التقنيات الجديدة لإنتاج المكونات الإلكترونية.

الجيل الاول -

الأنابيب المفرغة (1945-1955)

كان النظام الأساسي لعناصر هذا الجيل من أجهزة الكمبيوتر يعتمد على الأنابيب المفرغة. حدد استخدامها مزايا وعيوب الأجهزة الرقمية، حيث وفرت سرعة تحويل عالية للعناصر المنطقية، مما أدى إلى زيادة سرعة العمليات الحسابية مقارنة بمحاولات إنشاء جهاز كمبيوتر، تم بناء العنصر الأساسي فيه على أساس كهروميكانيكي. تناوب. كانت الأنابيب الإلكترونية متينة للغاية وتضمن التشغيل الموثوق للكمبيوتر. لسوء الحظ، كان لأجهزة الكمبيوتر الأنبوبية أيضًا الكثير من العيوب. تعمل الأنابيب الإلكترونية بجهد يصل إلى عشرات الفولتات وتستهلك الكثير من الطاقة، بالإضافة إلى ذلك، كان حجم أنابيب الإلكترون، وفقًا لمفاهيم الإلكترونيات الدقيقة الحديثة، ضخمًا - عدة عشرات من السنتيمترات المكعبة. لبناء جهاز كمبيوتر، كانت هناك حاجة إلى آلاف العناصر المنطقية، فكان حجم أجهزة الكمبيوتر الأنبوبية من حيث المساحة المشغولة عشرات الأمتار المربعة، وتراوح استهلاك الطاقة من بضعة إلى عشرات وحتى مئات الكيلووات. أدت هذه الطاقة إلى ارتفاع درجة حرارة المصابيح، التي تم وضعها بشكل مضغوط تمامًا، وطرحت مشكلة التبريد الفعال للمكونات الإلكترونية للجهاز. تراوحت سرعة معالجة المعلومات في الآلات الأنبوبية من عدة مئات إلى عدة آلاف من العمليات في الثانية.

الجيل الثاني - الترانزستورات (1955-1965)

أجهزة أشباه الموصلات - تم اختراع الترانزستورات في عام 1948. وهي تختلف عن الأنابيب الإلكترونية في صغر حجمها وجهد إمدادها المنخفض واستهلاكها المنخفض للطاقة. كل هذه المزايا التي تتمتع بها أجهزة أشباه الموصلات أحدثت ثورة في صناعة الإلكترونيات. بدأت أجهزة الإرسال والاستقبال المصغرة للراديو والتلفزيون في الظهور، وأصبح من الممكن بناء أجهزة تحكم مباشرة في كائنات التحكم، وما إلى ذلك. كما أحدثت قاعدة العناصر الجديدة لأجهزة الكمبيوتر المعتمدة على الترانزستورات ثورة في إنتاج أجهزة الكمبيوتر. لقد أتاح الانخفاض الكبير في الحجم وتقليل استهلاك الطاقة والتكلفة إنشاء بنيات كمبيوتر ذات وظائف أكبر وزيادة سرعة أجهزة الكمبيوتر بشكل كبير إلى مئات الآلاف وحتى ملايين العمليات في الثانية. تم تحقيق الزيادة في الإنتاجية بسبب زيادة سرعة تشغيل الترانزستورات مقارنة بالأنابيب المفرغة، ومن خلال إدخال العديد من أجهزة المعالجة في الكمبيوتر، والتي تعمل بالتوازي. وقد انخفضت المساحة المطلوبة لاستيعاب جهاز كمبيوتر إلى عدة أمتار مربعة، وبُذلت محاولات لإنتاج إصدارات سطح المكتب. أدى انخفاض التكاليف إلى زيادة عدد مستخدمي الكمبيوتر المحتملين. ظهرت شركات كبيرة تنتج أجهزة كمبيوتر للأغراض العامة: شركة International Business Machines (IBM)، وشركة Control Data Corporation (CDC)، وشركة المعدات الرقمية (DEC)تجدر الإشارة إلى أن جهاز الكمبيوتر PDP-8 من شركة DEC كان أول كمبيوتر صغير مزود بحافلة مشتركة، وكان له تأثير كبير على تطوير بنيات الكمبيوتر الشخصي.

الجيل الثالث - الدوائر المتكاملة (1965-1980)

تم إنتاج خلايا أشباه الموصلات والمكونات الإلكترونية الأخرى بواسطة صناعة الإلكترونيات في شكل عناصر فردية. وبالتالي، فإن بلورة أشباه الموصلات التي تم وضع الترانزستور عليها كانت محاطة بغلاف معدني أو بلاستيكي خاص. شرط لتقليل حجم الإلكترونية

أدت الأجهزة إلى حقيقة أنه في البداية بدأ إنتاج أجهزة أشباه الموصلات بتصميم بدون عبوات، ثم في عام 1958 جرت محاولة لوضع جميع مكونات وحدة وظيفية واحدة في شريحة واحدة من أشباه الموصلات. وهكذا ظهرت الدوائر المتكاملة (ICs)، والتي جعلت من الممكن تقليل حجم دوائر أشباه الموصلات بشكل كبير وتقليل استهلاك الطاقة. تم بناء أجهزة الكمبيوتر الصغيرة على أساس الدوائر المتكاملة، والتي تم تصنيعها على شكل رف واحد وأجهزة طرفية. تم تقليل الطاقة التي يستهلكها كمبيوتر IC إلى مئات الواط. أدت زيادة سرعة العقد المبنية على الدوائر المتكاملة إلى زيادة سرعة أجهزة الكمبيوتر إلى عشرات الملايين من العمليات في الثانية. بدأت صناعة الإلكترونيات في الإنتاج الضخم للمكونات الإلكترونية على الدوائر المتكاملة، مما أدى إلى خفض تكلفتها وخفض تكلفة أجهزة الكمبيوتر بشكل كبير. أدى خفض التكاليف إلى التطوير والتنفيذ العملي لأنظمة حوسبة قوية تستخدم المعالجة المتوازية: أجهزة كمبيوتر متعددة المعالجات وخطوط الأنابيب.

الجيل الرابع – الدوائر المتكاملة واسعة النطاق (منذ عام 1980)

أدى تصغير الأجهزة الإلكترونية إلى ظهور صناعة جديدة - الالكترونيات الدقيقة,الذي ينتمي إلى مجال التكنولوجيا العالية. باستخدام أحدث الإنجازات العلمية والتقنية في الفيزياء والكيمياء وعلم البلورات وعلوم المواد وحتى الملاحة الفضائية (في حالة انعدام الجاذبية يمكنك الحصول على بلورات أشباه الموصلات ذات درجة نقاء عالية جدًا)، حققنا وضع المئات الأولى، ثم الآلاف، وأخيراً الملايين من الترانزستورات و والبعض الآخر على بلورة واحدة تقيس مكونات إلكترونية تبلغ عدة ملليمترات مربعة. الآن لم تعد دائرة أشباه الموصلات تحتوي على مجموعة من العناصر المنطقية المتعددة، والتي تم من خلالها بناء الوحدات الوظيفية للكمبيوتر، ولكن وحدات وظيفية بالكامل، وقبل كل شيء، وحدة المعالجة المركزية،والتي، نظرا لحجمها، كانت تسمى معالج دقيق,أجهزة التحكم بالأجهزة الخارجية - وحدات تحكمالأجهزة الخارجية. تم استدعاء هذه الدوائر المتكاملة لأول مرة دوائر متكاملة كبيرة(بيس)، وبعد ذلك دوائر متكاملة واسعة النطاق(فلسي).

كانت نتيجة هذا التطور السريع للإلكترونيات الدقيقة ظهور أجهزة كمبيوتر ذات لوحة واحدة، حيث تم وضع العديد من دوائر VLSI التي تحتوي على جميع الكتل الوظيفية للكمبيوتر على لوحة واحدة، يبلغ حجمها عدة عشرات من السنتيمترات المربعة. تم دمج أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة في العديد من الأجهزة الصناعية والطبية والمنزلية لمعالجة المعلومات والتحكم فيها بسرعة. لقد انخفضت تكلفة أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة بشكل كبير لدرجة أنه أصبح من الممكن للأفراد شرائها واستغل المهندسون الإنجليز هذه الفرصة ستيف جوبيو ستيف وزنياك.باستخدام الوحدات الوظيفية المنتجة صناعيًا: لوحة حاسوب صغير مع معالج وذاكرة، ولوحة مفاتيح، وشاشة، قاموا بتجميع كمبيوتر مكتبي رخيص الثمن - كمبيوتر صغير.كان جاذبيته للمستخدمين غير المحترفين هو أنه جهاز جاهز للاستخدام يحتوي على جميع الأجهزة والبرامج اللازمة لإنجاز المهمة. تم تسمية هذا الكمبيوتر الصغير وصول! هوأصبح الأول في العالم كمبيوتر شخصي.

الحواسيب الشخصية التي انتشرت في سوق الحاسوب، أصبحت محل اهتمام شركة كبيرة تنتج أنظمة حاسوبية قوية - 1VM،وقررت إطلاق إنتاج نموذجها الخاص للكمبيوتر الشخصي. جنبا إلى جنب مع الشركة شركة انتل،التي طورت مجموعة المعالجات الدقيقة، وشركة مايكروسوفت التي زودت الكمبيوتر بنظام التشغيل مس دوسقامت شركة IBM بإنشاء الكمبيوتر الشخصي آي بي إم آر إس.مكنت الإمكانات الكبيرة لشركة IBM من إنتاج عدد كبير من أجهزة الكمبيوتر هذه في وقت قصير. إن سعرها الجذاب للمشترين وبعض الابتكارات، على سبيل المثال، كمية أكبر من ذاكرة الوصول العشوائي مقارنة بأجهزة الكمبيوتر الشخصية التي تنتجها شركات أخرى في ذلك الوقت، سمح لجهاز الكمبيوتر الشخصي IBM بأن يصبح "الكمبيوتر الشخصي" الأكثر شعبية في العالم.

2.6. بنيات أنظمة الكمبيوتر لمعالجة المعلومات المركزة

يتكون الكمبيوتر الحديث من عدة وحدات وظيفية: المعالج، والذاكرة، وأجهزة التحكم في الأجهزة، وما إلى ذلك. كل عقدة عبارة عن جهاز إلكتروني معقد قد يحتوي على ملايين العناصر المنطقية. لفهم مبدأ تشغيل كل عقدة والكمبيوتر ككل بشكل أفضل، تم تقديم مفهوم مستويات تمثيل الكمبيوتر.

مستوى المنطق الرقمي -مستوى الدوائر المنطقية للنظام الأساسي للعناصر.

المستوى المعماري الدقيق- مستوى تنظيم معالجة المعلومات داخل الوحدة الوظيفية. يتضمن ذلك سجلات لأغراض مختلفة، وجهازًا لمعالجة الأوامر الواردة، وجهاز تحويل البيانات، وجهاز التحكم.

مستوى القيادة- مجموعة من الوحدات الوظيفية والاتصالات فيما بينها ونظام الأوامر والبيانات المنقولة بين الأجهزة.

يتم استدعاء مجموعة الكتل والاتصالات بينها وأنواع البيانات والعمليات لكل مستوى بنية المستوى.

يُطلق على بنية مستوى القيادة عادةً اسم هندسة الكمبيوتر أو تنظيم الكمبيوتر. في هذا القسم سوف نلقي نظرة على بنيات الكمبيوتر المختلفة. سيتم مناقشة بنيات الطبقات الأخرى في الأقسام التالية.

2.6.1. بنيات الأجهزة الثابتة

أجهزة الكمبيوتر ذات المعالجة المركزةهذه هي أنظمة الحوسبة التي يوجد فيها واحد أو أكثر من أجهزة المعالجة (المعالجات) بشكل مضغوط وتستخدم ناقلات البيانات الداخلية لتبادل المعلومات. كانت أجهزة الكمبيوتر من الجيلين الأول والثاني ذات بنية مغلقة مع مجموعة محدودة من المعدات الخارجية. هذه البنية نموذجية لأجهزة الكمبيوتر، حيث تم بناء النظام الأساسي للعناصر المنطقية على مكونات إلكترونية منفصلة (أنابيب الإلكترون، والترانزستورات). ارتبط إدخال أي كتلة وظيفية إضافية في مثل هذه البنى بزيادة في استهلاك الطاقة والمساحة المحتلة وزيادة حادة في تكلفة النظام بأكمله. ولذلك، فإن الكمبيوتر الذي تم تصنيعه وفقًا لهذه البنية لم يكن لديه القدرة على توصيل الأجهزة الإضافية التي لم يوفرها المطور.

يظهر الرسم التخطيطي الموسع لبنية الكمبيوتر هذه في الشكل. 2.9. تقوم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بتخزين الأوامر والبيانات الخاصة بالبرامج القابلة للتنفيذ؛ ولا توفر وحدة ALU المعالجة الرقمية فحسب، بل تشارك أيضًا في عملية إدخال/إخراج المعلومات، وتخزينها في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM). قناة الإدخال/الإخراج هي جهاز متخصص يعمل بناءً على الأوامر الصادرة عن جهاز التحكم. تسمح القناة بالاتصال بعدد معين من الأجهزة الخارجية. يضمن جهاز التحكم تنفيذ أوامر البرنامج والتحكم في جميع عقد النظام.

أرز. 2.9. بنية الكمبيوتر المغلقة

أجهزة الكمبيوتر بهذه البنية فعالة في حل المشكلات الحسابية البحتة. إنها غير مناسبة لتنفيذ تقنيات الكمبيوتر التي تتطلب توصيل أجهزة خارجية إضافية وتبادل المعلومات عالي السرعة معها.

6.2. أنظمة الحوسبة ذات الهندسة المعمارية المفتوحة

في أوائل السبعينيات. بحلول ديسمبر (شركة المعدات الرقمية)تم اقتراح جهاز كمبيوتر ذو بنية مختلفة تمامًا. جعلت هذه البنية من الممكن توصيل أي أجهزة طرفية بحرية، والتي كانت مهتمة على الفور بمطوري أنظمة التحكم لمختلف الأنظمة التقنية، لأنها توفر اتصالاً مجانيًا بجهاز كمبيوتر بأي عدد من أجهزة الاستشعار والمحركات. كان الابتكار الرئيسي هو ربط جميع الأجهزة، بغض النظر عن الغرض منها حافلة مشتركةنقل المعلومات. تم توصيل الأجهزة بالحافلة وفقًا لـ معيار الحافلة.كان معيار الناقل عبارة عن وثيقة يتم توزيعها مجانًا، مما سمح لمصنعي المعدات الطرفية بتطوير وحدات تحكم لتوصيل أجهزتهم بالحافلات ذات المعايير المختلفة. يظهر الشكل 1 بنية الكمبيوتر من النوع المفتوح، التي تعتمد على استخدام ناقل مشترك. 2.10. الإدارة العامة للجميع