مفهوم دیجیتال و سیستم اعداد [درس1، فصل1]
هدف کلی: شناخت مفهوم دیجیتال و سیستم اعداد
عناوین مورد بحث و آنچه در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته:
- معماری سیستم های کامپیوتری
- تاریخچه سیستم های دیجیتال
- سیستم های دیجیتال و عناصر گسسته در آن
معماری سیستم های کامپیوتری
معماری سیستم های کامپیوتری شامل مجموعه ای از دستورالعمل ها و سخت افزار ها است.
این سیستم ها براساس ترکیبی از دو نوع معماری نرم افزاری و سخت افزاری شکل می گیرند.
معماری نرم افزار: شامل مجموعه ای از دستورات و فرمت استفاده از آنها است.
معماری سخت افزار: شامل مولفه های سخت افزاری به شرح زیر است:
۱. واحد حافظه: ذخیره کردن برنامه ها، داده های ورودی، خروجی و واسطه.
۲. واحد پردازنده (CPU): وظیفه تفسیر و اجرای دستورالعمل ها را آن گونه که در برنامه مشخص شده است.
۳. واحد کنترل: نظارت بر جریان اطلاعات بین قسمت های گوناگون.
* واحد کنترل دستورات را یک به یک از برنامه ای که در حافظه ذخیره شده است، بازیابی کرده و برای هر دستورالعمل، پردازنده را مطلع می سازد تا عملیات مشخص شده آن دستور را اجرا کند.
تاریخچه سیستم های دیجیتال
سیستم های دیجیتال نقش برجسته ای را در زندگی روزانه بشر ایفا می کند و به همین دلیل دوره فعلی را عصر دیجیتال می گویند.
تبدیل فناوری آنالوگ به دیجیتال را که از سال ۱۹۸۰ آغاز شده است و تاکنون ادامه دارد، انقلاب دیجیتال نامیده می شود.
در سال های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰: ارتش و سازمان های دولتی، صاحب سیستم های کامپیوتری شده بودند.
در سال ۱۹۷۰: با اختراع ترانزیستور، امکان ساخت کامپیوتر های دیجیتال پیشرفته تری به وجود آمد.
در دهه ۱۹۸۰: کامپیوتر های توسعه یافته برای مردم به وجود آمدند.
در سال ۱۹۹۲: وب جهان گستر به عموم عرضه شد.
در سال ۱۹۹۶: اینترنت به ابزار اصلی برای اطلاع رسانی تبدیل شد.
در نهایت ساخت ایستگاه های رادیویی و تولید ابر کامپیوتر های با پردازنده قدرتمند از دستاورد های انسان در قرن بیست و یکم بوده است.
سیستم های دیجیتال و عناصر گسسته در آن
از ویژگی های سیستم های دیجیتال، توانمندی آن در دستکاری عناصر گسسته اطلاعاتی است.
کامپیوتر های دیجیتال اولیه برای محاسبات عددی به کار می رفتند.
عناصر گسسته به کار رفته در محاسبات کامپیوتر های دیجیتال، ارقام بودند. نام دیجیتال یا رقمی از این مفهوم حاصل شده است.
مجموعه ای که به تعداد متناهی از عناصر محدود باشد، این مجموعه دارای عناصر اطلاعاتی گسسته است.
عناصر گسسته اطلاعاتی در سیستم دیجیتال با کمیت های فیزیکی به نام سیگنال نشان داده می شوند.
رایج ترین سیگنال های الکتریکی عبارتند از: ولتاژ و جریان
سیگنال ها در بسیاری از سیستم های دیجیتال امروزی، تنها دارای دو مقدار هستند و بنابراین به آنها دودویی می گویند.
هر رقم دودویی بیت خوانده می شود و دارای دو مقدار 0 و 1 است.
عناصر گسسته اطلاعاتی با گروهی از بیت ها به شکل کد های دودویی نمایش داده می شوند.
یک سیستم دیجیتال، سیستمی است که با عناصر گسسته اطلاعاتی به شکل دودویی کار می کند.
کمیت های اطلاعاتی یا ذاتا گسسته اند و یا از نمونه برداری فرایند های پیوسته حاصل شده اند.
شکل فوق مثالی از نحوه ذخیره اطلاعات در دیسک های لیزری فشرده را نشان می دهد.
شکل الف: یک سیگنال سینوسی آنالوگ را برای یک سیکل نشان می دهد.
شکل ب: همان سیگنال سینوسی را نشان می دهد که فاصله زمانی معین و یکنواخت ، نمونه برداری شده و به صورت یک تابع پله ای در آمده است.
شکل ج: این اطلاعات را به صورت دیجیتال نشان می دهد. هر نمونه به صورت یک عدد دودویی به طور عمودی روی نوار نوشته شده است.
استفاده از مدار های دیجیتال به جای مدار های آنالوگ در محصولات، به دلایل اساسی زیر است:
- انعطاف پذیری بیشتر: فناوری های دیجیتال، قابلیت انعطاف پذیری بیشتری نسبت به فناوری آنالوگ ارائه می دهند.
- سرعت بیشتر: مدار های دیجیتال سرعت بیشتری دارند.
- ارائه اطلاعات عددی با دقت وضوح بیشتر: اطلاعات عددی می توانند به صورت دیجیتالی و با دقت وضوح بیشتری در مقایسه با سیگنال های آنالوگ ارائه شوند.
- ذخیره و بازیابی ساده تر اطلاعات: ذخیره اطلاعات و بازیابی آن ها در سیستم های دیجیتالی ساده تر است.
- کاهش چشم گیر ابعاد: ابعاد سیستم های دیجیتالی نسبت به سیستم های مسابه آنالوگ به طور چشم گیری کاهش یافته است.
