سخت افزار چیست؟

همانطور که بدن ما دارای مجموعه‌ای از سخت افزارها مانند مغز، قلب، کبد، معده و غیره است، کامپیوترها نیز برای ارائه عملکرد خود به سخت افزارها نیاز دارند. درحقیقت، سخت افزار اجزای ملموس یک سیستم کامپیوتری است که می‌توان از آنها برای ورودی و خروجی اطلاعات استفاده کرد.

سخت افزارها توسط انواع نرم افزارهای کامپیوتری کنترل می‌شوند. نرم افزار شامل مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها است که برای انجام یک عمل با سخت افزار همکاری می‌کند. سخت افزار کامپیوتر براساس نوع فناوری ساخت، برند تولید کننده، قدرت و غیره متفاوت است. برای شناخت بیشتر مفهوم سخت افزار و درک اهمیت آن با مقاله دیگری از پینگونت همراه باشید.

سخت افزار چیست؟

سخت افزار (Hardware) یک اصطلاح جمعی است که برای توصیف هر یک از اجزای فیزیکی یک کامپیوتر استفاده می‌شود. سخت افزار کامپیوتر را می‌توان به عنوان اجزای داخلی یا خارجی طبقه بندی کرد. به طور کلی، اجزای داخلی آنهایی هستند که برای عملکرد صحیح کامپیوتر ضروری هستند، در حالی که قطعات سخت‌ افزاری خارجی برای افزودن یا افزایش عملکرد به کامپیوتر متصل می‌شوند.

یک کامپیوتر رومیزی متشکل از سخت افزارهایی خارجی مانند مانیتور، صفحه کلید (کیبورد)، ماوس و کیس کامپیوتر است. سایر قطعات سخت افزاری داخلی نیز شامل مادربرد، واحد پردازش مرکزی (CPU)، هارددیسک، کارت گرافیک، رم و غیره هستند.

لپ تاپ هم این قطعات را در یک دستگاه فشرده و قابل حمل ادغام کرده است. دستگاه‌های سخت ‌افزار خارجی دیگری مانند چاپگر، اسکنر، میکروفون، دوربین دیجیتال، وب کم، اسپیکرها، درایوهای فلش USB نیز وجود دارند که می‌توانند برای انجام کارهای مختلف به یک سیستم کامپیوتری متصل شوند.

اصطلاح سخت ‌افزار، جنبه‌های ملموس یک دستگاه محاسباتی را از نرم ‌افزار متمایز می‌کند. نرم افزار شامل دستورالعمل‌ها یا برنامه‌هایی نوشته شده و قابل خواندن توسط ماشین است که به اجزای فیزیکی می‌گوید چه کاری انجام دهند و چه زمانی دستورالعمل‌ها را اجرا نمایند.

سخت افزار و نرم افزار مکمل هم هستند. یک دستگاه کامپیوتری تنها زمانی می‌تواند به صورت کارآمد عمل کند و خروجی مفیدی تولید نماید که سخت افزار و نرم افزار به طور مناسب با هم کار کنند.

تفاوت سخت افزار با نرم افزار

سخت افزار به اجزای محسوس کامپیوتر اطلاق می‌شود که دستورالعمل‌های مکتوب ارائه شده توسط نرم افزار را ذخیره و اجرا می‌کند. نرم افزار بخشی ناملموسی از دستگاه است که به کاربر اجازه می‌دهد تا با سخت افزار جهت انجام وظایف خاص خود تعامل داشته باشد. نرم افزارهای کامپیوتری شامل موارد زیر هستند:

• سیستم عامل‌ها (مانند ویندوز)
• نرم افزارهای سیستمی (مانند درایورها)
• نرم افزارهای کاربردی (مانند فتوشاپ و آفیس)

در دستگاه‌های تلفن همراه و لپ ‌تاپ‌ها، صفحه‌ کلیدهای مجازی نیز نرم ‌افزار محسوب می‌شوند زیرا فیزیکی نیستند. از آنجایی که نرم افزار و سخت افزار به یکدیگر وابسته هستند تا کامپیوتر را قادر به تولید خروجی کنند، نرم افزار باید طوری طراحی شود که به درستی با سخت افزار کار کند.

وجود نرم ‌افزارهای مخرب یا بدافزارهایی مانند ویروس‌ها، تروجان‌ها، باج افزارها ، جاسوس ‌افزارها و کرم‌ها می‌توانند تأثیر زیادی در برنامه‌های کامپیوتری و سیستم‌ عامل‌ها داشته باشند. با این حال، سخت افزار تحت تأثیر بدافزار قرار نمی‌گیرد.

بدافزار می‌تواند سیستم را به روش‌های دیگری تحت تأثیر قرار دهد. به عنوان مثال، بدافزار می‌تواند بخش زیادی از حافظه کامپیوتر را مصرف یا حتی خود را تکرار کند تا هارد دیسک را پر کند. این کار کامپیوتر را کند می‌کند و همچنین ممکن است از اجرای نرم افزارهای مختلف جلوگیری کند. بدافزار همچنین می‌تواند از دسترسی کاربران به فایل‌های موجود در حافظه سخت افزاری کامپیوتر جلوگیری کند.

از آنجایی که نرم افزار بر روی سخت افزار کامپیوتر کار می‌کند، برنامه‌های نرم افزاری اغلب نیازمندی‌های سیستمی دارند که حداقل سخت افزار مورد نیاز برای اجرای نرم افزار را فهرست می‌کند. برای مثال، کار با نرم افزارهای گرافیکی یا بازی‌های ویدئویی به سخت افزارهای قوی نیاز دارد.

انواع سخت افزار

سخت افزارها را می‌توان بر اساس عملکردشان به دسته‌های زیر تقسیم کرد:

دستگاه‌های ورودی

دستگاه‌هایی هستند که می‌توانید برای تغذیه داده‌ها به کامپیوتر استفاده کنید تا توسط برنامه‌های نرم ‌افزاری پردازش شوند. نمونه‌های معمولی دستگاه‌های ورودی شامل ماوس، صفحه ‌کلید، پد لمسی، صفحه لمسی، اسکنر و وب کم هستند.

دستگاه‌های خروجی

دستگاه‌هایی هستند که داده‌های پردازش‌ شده را به شکلی قابل درک برای انسان مانند صدا، فیلم، متن و گرافیک تبدیل می‌کنند. مانیتور کامپیوتر، چاپگر و اسپیکرها نمونه‌هایی برای دستگاه‌های خروجی هستند.

دستگاه‌های پردازشگر

دستگاه‌هایی هستند که دستورالعمل‌های برنامه را اجرا کرده و بر اساس آن داده‌ها را پردازش می‌کنند. واحد پردازش مرکزی، واحد پردازش گرافیکی و مادربرد نمونه‌هایی از دستگاه‌های پردازشگر هستند.

دستگاه‌های ذخیره سازی

دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند برای ذخیره داده‌ها و بازیابی دوباره از طریق دستگاه‌های پردازشگر استفاده شوند. این دستگاه‌ها می‌توانند دستگاه‌های ذخیره سازی داخلی و خارجی مانند هارد دیسک (HDD)، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، درایو فلش USB و هارد اکسترنال باشند.

قطعات سخت افزاری داخلی کامپیوتر

اجزای داخلی کامپیوتر به طور جمعی دستورالعمل‌های ارائه شده توسط برنامه یا سیستم عامل (OS) را پردازش یا ذخیره می‌کنند. قطعات داخلی شامل موارد زیر هستند:

• مادربرد (Motherboard): این یک برد مدار چاپی است که واحد پردازش مرکزی (CPU) و سایر سخت افزارهای داخلی ضروری را در جای خود نگه می‌دارد و به عنوان هاب مرکزی که سایر اجزای سخت افزاری از آن عبور می‌کنند، عمل خواهد کرد.
• واحد پردازش مرکزی (CPU): واحد پردازش مرکزی مغز کامپیوتر است که دستورات دیجیتال را از برنامه‌های مختلف را پردازش و اجرا می‌کند. مقدار سرعت CPU عملکرد و کارایی کامپیوتر در پردازش داده‌ها را تعیین می‌کند.
• رم (RAM): رم ذخیره سازی موقت حافظه است که اطلاعات را بلافاصله در دسترس نرم افزار‌ها قرار می‌دهد. RAM یک حافظه فرار است، بنابراین داده‌های ذخیره شده با خاموش شدن کامپیوتر پاک می‌شوند.
• هارد دیسک (Hard Disk): درایوهای هارد دیسک، دستگاه‌های ذخیره‌سازی فیزیکی هستند که داده‌های دائمی و موقتی را در خود ذخیره نگه می‌دارند. این داده‌ها می‌توانند نرم افزارها، سیستم‌ عامل‌ها، فایل‌ها، عکس‌ها و سایر موارد باشند.
• درایو حالت جامد: ‌دستگاه‌های ذخیره سازی حالت جامد (SSD) مبتنی بر فناوری حافظه فلش هستند. درایورها غیر فرار هستند، بنابراین می‌توانند با خیال راحت داده‌ها را حتی زمانی که کامپیوتر خاموش است، ذخیره کنند.
• درایو نوری: درایوهای نوری معمولاً در یک محفظه درایو روی دستگاه قرار دارند. این درایوها کامپیوتر را قادر می‌سازند تا رسانه‌های خارجی غیر مغناطیسی مانند حافظه فقط خواندنی دیسک فشرده یا دیسک‌های ویدئویی دیجیتال را بخواند و با آنها تعامل داشته باشد.
• سینک حرارتی: این یک قطعه سخت افزاری غیرفعال است که گرما را از دیگر سخت افزارها برای تنظیم و کاهش دمای آنها می‌گیرد تا از ادامه عملکرد صحیح آنها مطمئن شود. به طور معمول، یک هیت سینک مستقیماً در بالای CPU نصب می‌شود که بیشترین گرما را در بین اجزای داخلی تولید می‌کند.
• واحد پردازش گرافیک (GPU): این دستگاه مبتنی بر تراشه، داده‌های گرافیکی را پردازش می‌کند و اغلب به عنوان یک افزونه برای CPU اصلی عمل می‌نماید.
• کارت رابط شبکه (NIC): این کارت یک برد مدار یا تراشه است که کامپیوتر را قادر می‌سازد تا به یک شبکه متصل شود. همچنین، کارت رابط شبکه (NIC) به عنوان آداپتور شبکه یا آداپتور شبکه محلی شناخته می‌شود و معمولاً از اتصال به شبکه اترنت پشتیبانی می‌کند.

سایر اجزای محاسباتی مانند پورت‌های USB، منابع تغذیه، ترانزیستورها و تراشه‌ها نیز از انواع سخت افزارهای داخلی هستند.

قطعات سخت افزاری خارجی کامپیوتر

اجزای سخت ‌افزار خارجی که اجزای جانبی نیز نامیده می‌شوند، مواردی هستند که اغلب برای کنترل عملکردهای ورودی یا خروجی به صورت خارجی به کامپیوتر متصل خواهند شد. این دستگاه‌های سخت افزاری برای ارائه دستورالعمل‌ها به نرم افزار (ورودی) و یا ارائه نتایج حاصل از اجرای آن (خروجی) طراحی شده‌اند.

اجزای سخت افزاری ورودی رایج، شامل موارد زیر هستند:

• ماوس (Mouse): ماوس وسیله‌ای است که مکان نما را در مانیتور حرکت می‌دهد و تعامل با اشیاء روی صفحه را امکان پذیر می‌کند. ماوس ممکن است سیمی یا بی‌سیم باشد.
• صفحه کلید (Keyboard): صفحه کلید یک دستگاه ورودی است که دارای یک مجموعه کلید استاندارد می‌باشد که به کاربران این امکان را می‌دهد تا متن، اعداد یا کاراکترهای خاصی را وارد کنند.
• میکروفون (MIC): میکروفون وسیله‌ای است که امواج صوتی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند و از ارتباطات صوتی مبتنی بر کامپیوتر پشتیبانی می‌نماید.
• دوربین: یک دوربین تصاویر بصری را می‌گیرد و آنها را به کامپیوتر یا از طریق کامپیوتر به دستگاه شبکه پخش می‌کند.
• پد لمسی (Touchpad): تاچ پد یک دستگاه ورودی خارجی یا داخلی لپ تاپ است که برای کنترل نشانگر روی صفحه نمایش استفاده می‌شود. این مهم معمولاً جایگزینی برای ماوس خارجی می‌باشد.
• فلش درایو: درایو فلش یک دستگاه ذخیره سازی خارجی و قابل حمل است که از حافظه فلش و رابط با کامپیوتر از طریق درگاه USB استفاده می‌کند.
• کارت حافظه (SD Card): کارت حافظه نوعی رسانه ذخیره سازی خارجی قابل حمل است که برای ذخیره فایل‌ها استفاده می‌شود.

سایر اجزای سخت افزار ورودی شامل جوی استیک، قلم و اسکنر هستند. نمونه‌هایی از قطعات سخت افزاری خروجی شامل موارد زیر هستند:

• مانیتور (Monitor): مانیتور یک دستگاه خروجی شبیه به صفحه تلویزیون است که اطلاعات، اسناد یا تصاویر تولید شده توسط دستگاه محاسباتی را نمایش می‌دهد.
• چاپگر (Printer): چاپگرها داده‌های الکترونیکی را از کامپیوتر به مواد چاپی تبدیل می‌کنند.
• بلندگو (Speaker): بلندگو یک دستگاه خروجی صوتی خارجی است که برای تولید صدای خروجی به کامپیوتر متصل می‌شود.
• هدفون (Headphone): مشابه بلندگوها، این دستگاه‌ها خروجی صوتی را ارائه می‌دهند که فقط برای یک شنونده قابل شنیدن هستند.

سخت افزارها و ابرکامپیوترها (Supercomputer)

علاوه بر کامپیوتر‌های شخصی و لپ تاپ‌ها که دارای سخت افزارهای محدود هستند، ابرکامپیوتر‌ها نیز وجود دارند. ابرکامپیوتر‌ها همانطور که از نامشان مشخص است، کامپیوترهای خاصی هستند که برای انجام خواسته‌های بسیار سنگین از منظر کامپیوتر طراحی شده‌اند. یکی از بهترین و سریع‌ترین کامپیوتر‌های جهان، ابرکامپیوتر Tianhe 2 است.

از سوی دیگر، ابرکامپیوتر‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تعداد بسیار زیادی محاسبات را در کوتاه ترین زمان انجام دهند. سخت افزار این کامپیوترها معمولاً آنقدر بزرگ و زیاد هستند که اغلب یک اتاق مجزا برای آنها در نظر گرفته می‌شود.

مجازی سازی سخت افزار چیست؟

مجازی سازی سخت افزار تفکیک منابع محاسباتی فیزیکی از نرم افزاری است که از آن منابع استفاده می‌کند. به بیان ساده‌تر، وقتی از نرم افزار برای ایجاد نسخه‌های مجازی سخت افزار به جای استفاده از اجزای سخت افزاری فیزیکی برای برخی از عملکردهای محاسباتی استفاده شود، این مهم به عنوان مجازی سازی سخت افزار شناخته می‌شود.

مجازی سازی سخت افزار بر روی یک پلتفرم سخت افزاری خاص توسط نرم افزار میزبان اجرا می‌شود. این مهم به یک مدیر ماشین مجازی به نام هایپروایزر (Hypervisor) نیاز دارد که نسخه‌های مجازی سخت افزار داخلی را ایجاد می‌کند. هایپروایزر این امکان را فراهم می‌کند که منابع سخت افزاری یک ماشین فیزیکی بین سیستم عامل‌ها و برنامه‌های کاربردی به اشتراک گذاشته شوند و به طور موثرتری مورد استفاده قرار گیرند.

در رایانش ابری، مجازی‌ سازی سخت ‌افزار اغلب با زیرساخت به ‌عنوان سرویس (IaaS) انجام می‌شود. زیرساخت به ‌عنوان سرویس منابع سخت ‌افزاری را از طریق اینترنت پرسرعت فراهم می‌کند. یک ارائه ‌دهنده خدمات ابر (CSP) مانند سرویس‌های وب آمازون یا مایکروسافت آژور، میزبان همه اجزای سخت ‌افزاری است که به طور سنتی در یک مرکز داده در محل وجود دارد.

سخت افزار شبکه چیست؟

سخت افزار شبکه اجزای منفرد یک سیستم شبکه هستند که وظیفه انتقال داده‌ها و تسهیل عملیات یک شبکه کامپیوتری را بر عهده دارند. اگرچه یک شبکه شامل اجزای سخت افزاری بسیاری است اما چندین دسته اساسی وجود دارند که عملیات کامل یک سیستم شبکه را تشکیل می‌دهند. در زیر به برخی از دسته بندی‌های مختلف سخت افزاری شبکه اشاره می‌کنیم:

روتر شبکه (Network Router)

روتر شبکه یک دستگاه سخت افزاری است که از طریق رابطی که در هر شبکه قرار دارد به چندین کانال برای شبکه‌های مختلف متصل می‌شود. روتر معمولاً در لایه‌های یک شبکه قرار می‌گیرد که مسیر انتقال داده را تعیین می‌کند و به عنوان واحد پردازش بسته‌های اطلاعاتی عمل می‌کند.

روتر بسته‌های اطلاعاتی را برای استفاده در حین انتقال از یک شبکه به شبکه دیگر کپی می‌کند. این دستگاه از یک پروتکل یا مجموعه‌ای از قوانین خاص استفاده می‌کند تا مشخص شود کدام بسته‌های اطلاعاتی باید به واسط‌های خاصی در شبکه هدایت شوند. انواع مختلف روترها بسته به نیاز سیستم شبکه، عملکردهای متفاوتی را انجام می‌دهند.

کارت رابط شبکه (Network Interface Card)

کارت‌های رابط شبکه برای اتصال هر کامپیوتر به شبکه استفاده می‌شوند تا بتوانند با روتر شبکه برای دریافت بسته‌های اطلاعاتی ارتباط برقرار کنند. کارت‌های رابط زیرساخت یک شبکه محلی (LAN) را تعیین می‌کنند و به همه کامپیوتر‌ها اجازه می‌دهند به شبکه متصل شوند. انواع مختلفی از کارت‌های رابط شبکه وجود دارند که عملکردهای مختلفی را در شبکه انجام می‌دهند که شامل کارت‌های اترنت (Ethernet) و کارت‌های رابط شبکه بی‌سیم هستند.

سوئیچ‌های شبکه (Network Switches)

سوئیچ‌های شبکه مانند روترها کار می‌کنند زیرا هر دو اطلاعات را از یک ناحیه از شبکه به ناحیه دیگر کپی می‌کنند. با این حال، سوئیچ‌های شبکه حاوی چندین پورت برای کپی فریم‌های اطلاعات از یک پورت به پورت دیگر هستند.

مانند روترها، سوئیچ‌ها در لایه‌های شبکه عمل می‌کنند و هر فریم را قبل از تعیین پورتی که فریم باید در آن کپی شود، ارزیابی می‌کنند. سوئیچ‌های شبکه پیچیده‌تر از هاب شبکه هستند که به جای تعیین مقاصد فردی، همه فریم‎ها را در همه پورت‌ها کپی می‌کند. هاب شبکه به پهنای باند بیشتری نسبت به سوئیچ‌های شبکه نیاز دارد.

پل شبکه (Network Bridge)

پل شبکه، ترافیک یک شبکه محلی را با جدا کردن شبکه محلی به چندین بخش مختلف تقسیم می‌کند. همچنین مسئول فیلتر کردن داده‌ها با تعیین مقصد داده یا دور انداختن داده‌های غیر ضروری است. پل‌های شبکه در لایه‌های شبکه عمل می‌کنند و همچنین داده‌هایی را که از مرزهای یک شبکه محلی به شبکه دیگر عبور می‌کنند، کنترل می‌نمایند.

کلام آخر

سخت افزار به بخش‌های فیزیکی کامپیوتر و دستگاه‌های مرتبط با آن اطلاق می‌شود. دستگاه‌های سخت افزاری داخلی شامل مادربرد، هارد دیسک و رم هستند. دستگاه‌های سخت افزاری خارجی شامل مانیتور، صفحه کلید، ماوس، چاپگر و اسکنر هستند. همه سخت افزارها برای کار نیاز به نرم افزارها دارند. در یک همکاری موثر بین سخت افزار و نرم افزار، کاربر می‌تواند از یک سیستم کامپیوتری استفاده کند. ناگفته نماند، کیفیت و قدرت سخت افزارها و نحوه مونتاژ آنها در کنار یکدیگر بسیار مهم است و این مهم باید توسط متخصصین ست افزار برای سازمان‌ها انجام شود.

 

منابع:

https://v2cloud.com/

https://www.techtarget.com