WiFi روش بیسیم برای ایجاد و اداره شبکه است که به آن شبکه سازی ???.?? و شبکه سازی بیسیم نیز گفته می شود . بزرگترین نقطه قوت WiFi ، سادگی آسان است . شما می توانید کامپیوترهای منزل یا محل کار خود را بدون نیاز به سیم به یکدیگر متصل کنید

اگر در دفتر کار خود یک شبکه داشته باشید ، روش های بسیار زیادی برای اتصال کامپیوترهای شبکه شما به هم وجود دارد .
WiFi روش بیسیم برای ایجاد و اداره شبکه است که به آن شبکه سازی ???.?? و شبکه سازی بیسیم نیز گفته می شود . بزرگترین نقطه قوت WiFi ، سادگی آسان است . شما می توانید کامپیوترهای منزل یا محل کار خود را بدون نیاز به سیم به یکدیگر متصل کنید . کامپیوترهایی که شبکه را تشکلیل می دهند می توانند تا بیش از ??? فوت از هم فاصله داشته باشند .
در این مقاله ما در مورد دو جنبه متفاوت WiFi بحث خواهیم کرد . اول ما در رابطه با تکنولوژی پایه که امکان شبکه سازی WiFi را فراهم می کند بحث می کنیم .

? شبکه Walkie_Talkie .
اگر می خواهید با شبکه سازی بیسیم در ساده ترین سطح آن آشنا شوید ، یک جفت Walkie_Talkie ارزان قیمت ? دلاری را در نظر بگیرید . اینها رادیوهای کوچکی هستند که قادر به ارسال و دریافت امواج رادیویی می باشند . وقتی در یک Walkie_Talkie صحبت می کنید ، صدای شما توسط یک میکروفون دریافت می شود . سپس به شکل یک فرکانس رادیویی کد گذاری می شود و توسط آنتن آن ارسال می گردد . Walkie_Talkie دیگر می تواند امواج ارسال شده را توسط آنتن خود دریافت کند ، صدای شما را که به شکل امواج رادیویی کد گذاری شده decode کند و آن را از یک بلند گو پخش نماید .
یک Walkie_Talkie نمونه مثل این ، با قدرت سیگنالی در حدود ?.?? وات امواج را ارسال می کند و برد آنها می تواند و برد آنها می تواند به حدود ??? تا ???? فوت برسد . بیایید تصور کنیم که شما قصد دارید دو کامپیوتر را با استفاده از تکنولوژی Walkie_Talkie در یک شبکه به هم وصل کنید :
شما هر دو کامپیوتر با یک Walkie_Talkie تجهیز می کنید .
شما برای هر دو کامپیوتر روشی را برای مشخص نمودن اینکه آیا قصد ارسال یا دریافت امواج را دارد معین می نمایید .
شما روشی را بمنظور تبدیل کد های باینری ( دودویی ) ? و ? ها به دو beep متفاوت که Walkie_Talkie بتواند آنها را ارسال و دریافت کند و بین beep ها و ? و ? ها عمل تبدیل به انجام برساند مشخص می کنید .
این سناریو عملاً کار می کند . تنها مشکلی که در این زمینه وجود دارد این است که نرخ تبادل داده بسیار آهسته و کند است . یک Walkie_Talkie ? دلاری برای کار با صدای انسان طراحی شده است ، بنابراین شما نمی توانید حجم زیادی از داده ها را به این روش ارسال کنید . شاید ???? بیت در ثانیه .
? تکنولوژی رادیویی WiFi .
رادیوهایی که در WiFi استفاده می شود خیلی با رادیوهای بکار رفته در Walkie_Talkie های ? دلاری متفاوت نیست . آنها از توانایی ارسال و دریافت برخوردار هستند . آنها دارای قابلیت و توانایی تبدیل ? و ? ها به امواج رادیویی و سپس تبدیل آنها به ? و ? ها هستند .
سه تفاوت عمده بین رادیوهای WiFi و Walkie_Talkie ها وجود دارد :
رادیوهای WiFi که با استاندارد های ???.??b و ???.??g کار می کنند در ?.?GHz امواج را ارسال می کنند ، در صورتیکه آنهایی که از استاندارد ???.??a تبعیت می کنند در ?GHz امواج را ارسال می نمایند . Walkie_Talkie های عادی عموماً در ??MHz کار می کنند . فرکانس بالاتر امکان نرخ های داده ای بالاتر را فراهم می کند .
رادیوهای WiFi از تکنیک های کد گذاری پیشرفته تری استفاده می کنند که بنوبه خود موجب نرخ های داده ای بالاتری می شود . برای ???.??a و ???.??g ، تکنیک بکار گرفته شده ، orth_ogonal freguency_division multiplexing (OFDM) نام دارد . برای ???.??b این تکنیک با عنوان : Complementary Code Kying(cck) شناخته می شود .
رادیوهای بکار رفته در WiFi از قابلیت تغییر فرکانس ها برخوردار هستند .
کارت های ???.??b میتوانند مسیقیماً بر روی هر یک از این سه باند ارسال شوند ، یا می توانند پهنای باند رادیویی در دسترس را به چندین کانال و hop frequency بین آنها تبدیل کنند . مزیت frequency hopping در این است که در مقابل اختلال و پارازیت بسیار ایمن تر است و به چندین عدد از کارت های WiFi اجازه می دهد بطور همزمان و بدون ایجاد اختلال در کار هم با یکدیگر مکالمه کنند .
بدلیل اینکه آنها امواج را با فرکانس های بسیار بالاتری در مقایسه با Walkie_Talkie ها ارسال می کنند ، و بدلیل تکنیک های کدگذاری بکار رفته در آنها ، رادیوهای WiFi می توانند در هر ثانیه داده های بسیار زیادی را اداره و کنترل کنند .
???.??b می تواند تا ?? مگابیت در ثانیه ( اگر چه ? مگابیت درثانیه معمول تر است ، و ???.??b در صورتیکه اختلال زیادی وجود داشته باشد تا کمتر از ? یا ? مگابیت در ثانیه تنزل می کند ) را handle کند . ???.??g و ???.??a می توانند تا ?? مگابیت در ثانیه را handle کنند ( اگر چه ?? مگابیت در ثانیه معمول تر است ) .
شما ممکن است از اینکه نامگذاری از کجا نشات گرفته است دچار کنجکاوی شوید . انستیتوی مهندسان الکتریک و الکترونیک استانداردها را ایجاد می کند ، و آنها این استانداردها را به شکل منحصر به فردی شماره گذاری می کنند . استاندارد ???.?? شبکه های بیسیم را در بر می گیرد . حروف b،a و g به سه نوع استاندارد متفاوت اشاره می کنند :
???.??b اولین نسخه ای بود که به بازار مصرف رسید و کندترین و ارزان قیمت ترین در بین این سه استاندارد محسوب می شود . همانگونه که در بالا اشاره شد ، ???.??b در ?.?GHz ارسال می شود و می تواند تا ?? مگابیت در ثانیه را کند .
???.??a نسخه بعدی این استاندارد بود که در ?GHz عمل می کند و قادر است تا ?? مگابیت در ثانیه را handle کند .
???.??g تلفیقی از هر دو مورد قبل است که در ?.?GHz عمل می کند اما دارای سرعت ?? مگابیت در ثانیه ای ???.??a است .
خوشبختانه ، تمام این تکنولوژی های رادیویی در کارت WiFi گنجانده شده است که کاملاً هم مخفی است . در واقع ، WiFi ، یکی از ساده ترین تکنولوژی هایی است که شما از آن استفاده کرده اید
? اضافه کردن WiFi به یک کامپیوتر .
یکی از بهترین چیزها در مورد WiFi سادگی آن است . تعداد زیادی از laptop های جدید با کارت WiFi توکار به بازار عرضه شده اند ـ ـ در بسیاری از موارد شما برای شروع کار با WiFi مجبور به انجام هیچ کاری نیستید . همچنین افزودن یک کارت WiFi به یک laptop قدیمی تر یا به یک کامپیوتر رومیزی بسیار ساده است . کاری که باید انجام دهید عبارت است از :
یک کارت شبکه ???.??b ، ???.??a یا ???.??g بخرید . ???.??g از مزیت سرعت های بالاتر و قابلیت کار و تطابق مناسب در تجهیرات ???.??b برخوردار است .
برای یک laptop ، این کار بطور معمول یک کارت PCMCIA که آن را در شکاف PCMCIA کامپیوتر قابل حمل خود قرار می دهید خواهد بود . یا می توانید یک آداپتور بیرونی کوچک خریداری کنید و آن را به یک درگاه USB وصل کنید .
برای یک کامپیوتر رو میزی ، شما می توانید یک کارت PCI که آن را در داخل کامپیوتر نصب می کنید خریداری کنید و یا یک آداپتور بیرونی کوچک که می توانید از طریق کابل USB آن را به کامپیوتر متصل کنید تهیه نمایید .
کارت را نصب کنید .
درایورهای کارت را نصب کنید .
به hotspot دسترسی پیدا کنید .
یک hotspot عبارت است از یک نقطه برای یک شبکه WiFi که یک جعبه کوچک است که به اینترنت متصل شده است . این جعبه شامل یک رادیوی ???.?? است که می تواند بطور همزمان با بیش از ??? کارت ???.?? صحبت کند . در حال حاضرWiFi hotspot های زیادی در مکان های مثل رستوران ها ، هتل ها ، کتابخانه ها و فرودگاه ها وجود دارد .

WiFi روش بیسیم برای ایجاد و اداره شبکه است که به آن شبکه سازی ???.?? و شبکه سازی بیسیم نیز گفته می شود . بزرگترین نقطه قوت WiFi ، سادگی آسان است . شما می توانید کامپیوترهای منزل یا محل کار خود را بدون نیاز به سیم به یکدیگر متصل کنید

اگر در دفتر کار خود یک شبکه داشته باشید ، روش های بسیار زیادی برای اتصال کامپیوترهای شبکه شما به هم وجود دارد .
WiFi روش بیسیم برای ایجاد و اداره شبکه است که به آن شبکه سازی ???.?? و شبکه سازی بیسیم نیز گفته می شود . بزرگترین نقطه قوت WiFi ، سادگی آسان است . شما می توانید کامپیوترهای منزل یا محل کار خود را بدون نیاز به سیم به یکدیگر متصل کنید . کامپیوترهایی که شبکه را تشکلیل می دهند می توانند تا بیش از ??? فوت از هم فاصله داشته باشند .
در این مقاله ما در مورد دو جنبه متفاوت WiFi بحث خواهیم کرد . اول ما در رابطه با تکنولوژی پایه که امکان شبکه سازی WiFi را فراهم می کند بحث می کنیم .

? شبکه Walkie_Talkie .
اگر می خواهید با شبکه سازی بیسیم در ساده ترین سطح آن آشنا شوید ، یک جفت Walkie_Talkie ارزان قیمت ? دلاری را در نظر بگیرید . اینها رادیوهای کوچکی هستند که قادر به ارسال و دریافت امواج رادیویی می باشند . وقتی در یک Walkie_Talkie صحبت می کنید ، صدای شما توسط یک میکروفون دریافت می شود . سپس به شکل یک فرکانس رادیویی کد گذاری می شود و توسط آنتن آن ارسال می گردد . Walkie_Talkie دیگر می تواند امواج ارسال شده را توسط آنتن خود دریافت کند ، صدای شما را که به شکل امواج رادیویی کد گذاری شده decode کند و آن را از یک بلند گو پخش نماید .
یک Walkie_Talkie نمونه مثل این ، با قدرت سیگنالی در حدود ?.?? وات امواج را ارسال می کند و برد آنها می تواند و برد آنها می تواند به حدود ??? تا ???? فوت برسد . بیایید تصور کنیم که شما قصد دارید دو کامپیوتر را با استفاده از تکنولوژی Walkie_Talkie در یک شبکه به هم وصل کنید :
شما هر دو کامپیوتر با یک Walkie_Talkie تجهیز می کنید .
شما برای هر دو کامپیوتر روشی را برای مشخص نمودن اینکه آیا قصد ارسال یا دریافت امواج را دارد معین می نمایید .
شما روشی را بمنظور تبدیل کد های باینری ( دودویی ) ? و ? ها به دو beep متفاوت که Walkie_Talkie بتواند آنها را ارسال و دریافت کند و بین beep ها و ? و ? ها عمل تبدیل به انجام برساند مشخص می کنید .
این سناریو عملاً کار می کند . تنها مشکلی که در این زمینه وجود دارد این است که نرخ تبادل داده بسیار آهسته و کند است . یک Walkie_Talkie ? دلاری برای کار با صدای انسان طراحی شده است ، بنابراین شما نمی توانید حجم زیادی از داده ها را به این روش ارسال کنید . شاید ???? بیت در ثانیه .
? تکنولوژی رادیویی WiFi .
رادیوهایی که در WiFi استفاده می شود خیلی با رادیوهای بکار رفته در Walkie_Talkie های ? دلاری متفاوت نیست . آنها از توانایی ارسال و دریافت برخوردار هستند . آنها دارای قابلیت و توانایی تبدیل ? و ? ها به امواج رادیویی و سپس تبدیل آنها به ? و ? ها هستند .
سه تفاوت عمده بین رادیوهای WiFi و Walkie_Talkie ها وجود دارد :
رادیوهای WiFi که با استاندارد های ???.??b و ???.??g کار می کنند در ?.?GHz امواج را ارسال می کنند ، در صورتیکه آنهایی که از استاندارد ???.??a تبعیت می کنند در ?GHz امواج را ارسال می نمایند . Walkie_Talkie های عادی عموماً در ??MHz کار می کنند . فرکانس بالاتر امکان نرخ های داده ای بالاتر را فراهم می کند .
رادیوهای WiFi از تکنیک های کد گذاری پیشرفته تری استفاده می کنند که بنوبه خود موجب نرخ های داده ای بالاتری می شود . برای ???.??a و ???.??g ، تکنیک بکار گرفته شده ، orth_ogonal freguency_division multiplexing (OFDM) نام دارد . برای ???.??b این تکنیک با عنوان : Complementary Code Kying(cck) شناخته می شود .
رادیوهای بکار رفته در WiFi از قابلیت تغییر فرکانس ها برخوردار هستند .
کارت های ???.??b میتوانند مسیقیماً بر روی هر یک از این سه باند ارسال شوند ، یا می توانند پهنای باند رادیویی در دسترس را به چندین کانال و hop frequency بین آنها تبدیل کنند . مزیت frequency hopping در این است که در مقابل اختلال و پارازیت بسیار ایمن تر است و به چندین عدد از کارت های WiFi اجازه می دهد بطور همزمان و بدون ایجاد اختلال در کار هم با یکدیگر مکالمه کنند .
بدلیل اینکه آنها امواج را با فرکانس های بسیار بالاتری در مقایسه با Walkie_Talkie ها ارسال می کنند ، و بدلیل تکنیک های کدگذاری بکار رفته در آنها ، رادیوهای WiFi می توانند در هر ثانیه داده های بسیار زیادی را اداره و کنترل کنند .
???.??b می تواند تا ?? مگابیت در ثانیه ( اگر چه ? مگابیت درثانیه معمول تر است ، و ???.??b در صورتیکه اختلال زیادی وجود داشته باشد تا کمتر از ? یا ? مگابیت در ثانیه تنزل می کند ) را handle کند . ???.??g و ???.??a می توانند تا ?? مگابیت در ثانیه را handle کنند ( اگر چه ?? مگابیت در ثانیه معمول تر است ) .
شما ممکن است از اینکه نامگذاری از کجا نشات گرفته است دچار کنجکاوی شوید . انستیتوی مهندسان الکتریک و الکترونیک استانداردها را ایجاد می کند ، و آنها این استانداردها را به شکل منحصر به فردی شماره گذاری می کنند . استاندارد ???.?? شبکه های بیسیم را در بر می گیرد . حروف b،a و g به سه نوع استاندارد متفاوت اشاره می کنند :
???.??b اولین نسخه ای بود که به بازار مصرف رسید و کندترین و ارزان قیمت ترین در بین این سه استاندارد محسوب می شود . همانگونه که در بالا اشاره شد ، ???.??b در ?.?GHz ارسال می شود و می تواند تا ?? مگابیت در ثانیه را کند .
???.??a نسخه بعدی این استاندارد بود که در ?GHz عمل می کند و قادر است تا ?? مگابیت در ثانیه را handle کند .
???.??g تلفیقی از هر دو مورد قبل است که در ?.?GHz عمل می کند اما دارای سرعت ?? مگابیت در ثانیه ای ???.??a است .
خوشبختانه ، تمام این تکنولوژی های رادیویی در کارت WiFi گنجانده شده است که کاملاً هم مخفی است . در واقع ، WiFi ، یکی از ساده ترین تکنولوژی هایی است که شما از آن استفاده کرده اید
? اضافه کردن WiFi به یک کامپیوتر .
یکی از بهترین چیزها در مورد WiFi سادگی آن است . تعداد زیادی از laptop های جدید با کارت WiFi توکار به بازار عرضه شده اند ـ ـ در بسیاری از موارد شما برای شروع کار با WiFi مجبور به انجام هیچ کاری نیستید . همچنین افزودن یک کارت WiFi به یک laptop قدیمی تر یا به یک کامپیوتر رومیزی بسیار ساده است . کاری که باید انجام دهید عبارت است از :
یک کارت شبکه ???.??b ، ???.??a یا ???.??g بخرید . ???.??g از مزیت سرعت های بالاتر و قابلیت کار و تطابق مناسب در تجهیرات ???.??b برخوردار است .
برای یک laptop ، این کار بطور معمول یک کارت PCMCIA که آن را در شکاف PCMCIA کامپیوتر قابل حمل خود قرار می دهید خواهد بود . یا می توانید یک آداپتور بیرونی کوچک خریداری کنید و آن را به یک درگاه USB وصل کنید .
برای یک کامپیوتر رو میزی ، شما می توانید یک کارت PCI که آن را در داخل کامپیوتر نصب می کنید خریداری کنید و یا یک آداپتور بیرونی کوچک که می توانید از طریق کابل USB آن را به کامپیوتر متصل کنید تهیه نمایید .
کارت را نصب کنید .
درایورهای کارت را نصب کنید .
به hotspot دسترسی پیدا کنید .
یک hotspot عبارت است از یک نقطه برای یک شبکه WiFi که یک جعبه کوچک است که به اینترنت متصل شده است . این جعبه شامل یک رادیوی ???.?? است که می تواند بطور همزمان با بیش از ??? کارت ???.?? صحبت کند . در حال حاضرWiFi hotspot های زیادی در مکان های مثل رستوران ها ، هتل ها ، کتابخانه ها و فرودگاه ها وجود دارد .

سوپرکامپیوترهایی را که در دهه? ???? ساخته و ارائه شدند سیمور کری از بنگاه کنترل اطلاعات (CDC) طراحی کرده بود و تا دهه? ???? هم بازار در دست این سوپرکامپیوترها بود. زمانی که سیمورکری جدا شد و رفت تا شرکت خودش به نام تحقیقات سیمور را راه اندازی و اداره کند با طرح‌های جدیدش بازار سوپرکامپیوترها را در دست گرفت و تا پنج سال (????-????) یکه تاز بازار ابرمحاسبه بود. خود کری هرگز واژه? سوپرکامپیوتر را استفاده نکرد و کمتر کسی به خاطر دارد که او تنها کلمه? کامپیوتر را استفاده می‌کرد. در سال ???? هم زمان با ظهور بازار مینی کامپیوترها که یک دهه قبل به وجود آمده بودند تعداد زیادی رقبای کوچک وارد بازار شدند. اما بسیاری از این‌ها در دهه? ???? با بروز مبارزات بازار سوپرکامپیوتر حذف شدند. امروزه سوپرکامپیوترها طراحی‌های سفارشی کم نظیری هستند که شرکت‌های صنعتی مثل IBM و hp تولید می‌کنند. همان شرکت هایی که بسیاری کمپانی‌های دهه? ?? را خریدند تا از تجربه شان استفاده کنند. البته بنگاه کری هنوز به صورت حرفه‌ای به ساخت سوپرکامپیوتر ادامه می‌دهد. اصطلاح سوپرکامپیوتر چندان پایدار و ثابت نیست. ممکن است سوپرکامپیوتر امروز فردا تبدیل به یک کامپیوتر معمولی شود. اولین دستگاه‌های CDC پردازنده‌های نرده‌ای (اسکالر) خیلی سریع بودند؛ ده برابر سریع تر از سریع‌ترین ماشین‌های سیر شرکت ها. در دهه? ???? اکثر سوپرکامپیوترها به انجام محاسبات برداری پرداختند و بسیاری رقبا و تولید کنندگان جدید پردازنده‌های خودشان را با قیمت پایین با همان روش کار به بازار ارائه کردند تا در بازار حاضر شوند. در ابتدا و میانه? دهه? ???? ماشین هایی با پردازنده‌های اندک برداری که به صورت موازی کار می‌کردند تبدیل به استاندارد شدند. هر ماشینی معمولاً چهارده تا شانزده پردازنده? برداری داشت. در اواخر ده? ???? و ???? مجددا توجه‌ها از پردازنده‌های برداری به سیستم‌های پردازنده? موازی معمول معطوف شد که هزاران ریزپردازنده معمولی داشتند و برخی از ان‌ها نمونه‌های آماده و برخی هم سفارش‌های مشتریان بودند (در اصطلاح کاری این را حمله? میکروهای کشنده می نامند). امروزه طرح‌های موازی بر اساس میکروپروسسورهای آماده? نوع سرور ساخته می‌شوند از جمله power pc، Itanium، x??-?? و مدرن‌ترین سوپرکامپیوترها بسته (کلاستر)های کامپیوتری با تنظیمات دقیق هستند که پردازنده‌های کم حجم و رابط‌های داخلی سفارشی و بسته به مورد دارند.

ابزارهای نرم‌افزاری

ابزارهای نرم‌افزاری برای پردازش توزیع شده شامل APIهای استاندارد از جمله MPI، PVM و ابزارهای نرم‌افزاری متن باز ازجمله Beowulf، Warewulf، Open mosix هستند که ساختن یک سوپرکامپیوتر را از تعدادی سرورها یا واحدهای کاری ممکن می‌کنند. تکنولوژی هایی مثل ZerConf (Rendez-Vous/Bonjourقرار ملاقات/سلام) برای ساخت بسته‌های کامپیوتری موردنیاز برای نرم‌افزارهای تخصصی مثل shake اپل هستند. در علوم کامپیوتر هنوز یک زبان برنامه نویسی ساده برای ابرکامپیوترها نیست و موضوع خوبی برای تحقیق خواهد بود. برنامه‌های کاربردی هزاران دلار هزینه داشت اما امروزه به لطف جامعه? متن باز (که گاهی در این زمینه تکنولوژی‌های جالب توجهی به وجود می‌آورد) رایگان هستند.

 استفاده‌های عمومی

سوپرکامپیوترها با رم‌ها و کار آیی‌های بسیاری که دارند معمولاً برای عملیات حساس روی محاسبه از جمله مسائل فیزیک وانتوم، هواشناسی، جست جوی آب و هوا (از جمله تحقیق در مورد گرم شدن کره? زمین) مدل سازی مولکولی (مطالعه? ساختارها و محتویات ترکیبات شیمیایی، ماکرومولکول‌های بیولوژیکی، پلیمرها و بلورها) شبیه سازی‌های فیزیکی (مثل شبیه سازی هواپیماها در تونل‌های هوا، شبیه سازی انفجار سلاح‌های هسته‌ای و تحقیق در مورد پیوست هسته ای) تحلیل مخفی و ... استفاده می‌شوند. دانشگاه‌های بزرگ، مراکز نظامی و آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی بزرگ‌ترین کاربران آن هستند. نوع خاصی از مسایل به نام مسایل بسیار مشکل، مسایلی که حل کامل شان نیازمند منابع کامپیوتری نیمه بی پایان هستند. یک مطلب قابل توجه در این مقال تفادوت بین محاسبه? توانایی محاسبه و ظرفیت است چنان که گراهام و همکارانش بررسی کرده اند. محاسبه? توانایی یعنی استفاده از ماکزیمم توان محاسبه برای حل یه مساله? بزرگ در کم‌ترین زمان. یک سیستم توانایی اغلب می‌تواند مساله? را با حجم و پیچیدگی که هیچ کامپیوتر دیگری نمی‌تواند حل کند حل نماید. اما محاسبه? ظرفیت یعنی استفاده از توان محاسبه? مقرون به صرفه و کارآمد برای حل مسایل کم و بیش بزرگ یا تعداد زیادی مسایل کوچک یا آمادگی برای اجرا روی سیستم توانایی استفاده می‌شود.

 طراحی سخت‌افزار و نرم‌افزار

سوپرکامپیوتر هایی که پردازنده‌های سفارشی داشتند قبلا سرعتی که روی کامپیوترهای معمولی داشتند را از طراحی‌های ابتکاری شان به دت می‌آوردند که اجازه می‌داد مثل یک مهندسی به هم پیچیده چند کار را به صورت موازی انجام دهند. آن‌ها را تنها برای انواع مشخصی از محاسبات مثل محاسبات عددی استفاده می‌کردند و در محاسبات کلی تر کامپیوتری ضعیف عمل می‌کردند. سلسله مراتب حافظه? آن‌ها به دقت طراحی می‌شد تا دائما اطلاعات و دستور العمل در دسترس پردازنده قرار گیرد. در اصل عمده‌ترین تفاوت بین سوپرکامپیوترهاو کامپیوترهای کندتر در سلسله مراتب حافظه شان است. سیستم ورودی/خروجی آنها برای پهنای باندهای بالا با توقف (latency) بسیار پایین طراحی شده است چرا که اساسا ابرکامپیوترها برای پردازش انتقالات طراحی نشده اند. در این جا هم مقل هر سیستم موازی قانون آمدال صدق می‌کند. طراحی‌های مختلف سوپرکامپیوترها برای حذف تتابع (serialization) نرم‌افزارها تلاش بسیاری می‌کنند و برای رفع مشکلات و تنگناهای باقی مانده و تسریع آن‌ها از سخت‌افزار استفاده می‌کنند.

تکنولوژی‌ها و دشواری‌های سوپرکامپیوترها

• یک سوپرکامپیوتر گرمای زیادی تولید می‌کند و باید خنک شود. خنک کردن بری بسیاری سوپرکامپیوترها مسئله? بسیار بزرگی برای HVAC است.
• اطلاعات نمی‌توانند با سرعتی بالاتر از سرعت نور بین دو بخش کامپیوتر جابجا شوند. به همین دلیل یک سوپرکامپیوتر چندمتری (با عرض چندمتر) باید توقف (latency) بین قطعاتش در حد چند ده نانوثانیه باشد. به خاطر همین مشکل طراحی‌های سیمور کری کوشیدند در حد امکان از طول کابل‌های کمتراستفاده کنند شکل استوانه? کری هم به همین ترتیب به وجود آمد. در سوپرکامپیوتر هایی که تعداد بسیار زیادی cpu دارند که موازی هم کار می‌کنند برای فرستادن پیام بین پردازنده‌ها توقف یک تا پنج میکرو ثانیه معمول است.
• برای فرستادن پیام بین پردازنده‌هاها حجم بسیار بالای اطلاعات را در مدت زمان کوتاه مصرف و تولید می‌کنند. کن بچر می‌گوید : برای فرستادن پیام بین پردازنده‌ها وسیله‌ای است که مسایل محدود به محاسبه را محدود به I/O می‌کند. برای حصول اطمینان از انتقال سریع و ذخیره? و بازیابی صحیح اطلاعات باید روی پهنای باند ذخره? خارجی کار زیادی انجام بدهیم.

تکنولوژی‌های تولید شده برای سوپرکامپیوترها شامل این‌ها می‌شوند:

• پردازش برداری
• خنک کنندگی مایع
• دسترسی ناهمشکل به حافظه (NUMA)
• دیسک‌های راه راه (اولین نمونه از آنچه بعدها نامش RAID شد)
• فایل سیستم‌های موازی

تکنیک‌های پردازش

تکنیک‌های پردازش برداری اوائل برای سوپرکامپیوترها طراحی و ایجاد شده اند و برای کاربردهای سطح بالا و تخصصی استفاده می‌شوند. این تکنیک‌ها به وفور وارد بازار معماری DSP و راهکارهای پردازش SIMD کامپیوترهای همه منظوره هم شده اند. خصوصا کنسول‌های جدید بازی‌های کامپیوتری از SIMD خیلی استفاده می‌کنند و به این دلیل است که برخی تولیدکنندگان ادعا می‌کنند ماشین‌های بازی شان سوپرکامپیوتر هستند. واقعیت این است که برخی کارت‌های گرافیک توان محاسبه? چندین ترافلاپ (teraFLOP) را دارند. اولین پردازش‌های کامپیوتری طبیعتی داشت که هدف خاصی را دنبال می‌کرد و کاربردهایی که می‌توان برای این قدرت داشت را محدود می‌کرد با پیش رفته تر شدن بازی‌های کامپیوتری واحدهای پردازش گرافیکی (GPUها) متحول شده است به عنوان پردازنده‌های برداری همه منظوره مفیدتر شده اند و یک دیسیپلین کامل علوم کامپیوتری به وجود آمد تا از این توانایی استفاده کند به نام محاسبه‌های همه منظوره بر واحدهای پردازش گرافیکی(GPGPU).

سیستم‌عامل

سیستم‌عامل سوپرکامپیوترها که اغلب امروزه انواعی از لینوکس و یونیکس هستند و اگر پیچیده تر از ماشین‌های کوچک تر نباشند همان قدر پیچیده هستند. ظاهری که کاربر می بیند ساده تر است چون سازندگان OSها منابع برتامه نویسی کمتری برای سرمایه گذاری بر بخش‌های غیرضروری OSها (یعنی بخش هایی که مستقیما به بهترین کاربرد سخت‌افزار نمی‌شود) دارند. دلیل اصلی آن این است که این کامپیوترها میلیون‌ها دلار قیمت دارند اما بازار خریدشان بسیار کوچک است لذا بودجه‌های R&D شان اغلب محدود است. وجود یونیکس و لینوکس اجازه می‌دهد ظاهر کاربرد (user interface) نرم‌افزار دسکتاپ معمولی دوباره مورد استفاده قرار بگیرد. جالب آنجا ست که در تاریخ صنعت سوپرکامپیوترها این روند هم چنان ادامه پیدا کرده است و رهبران قدیمی این تکنولوژی از جمله Silicon Graphics در برابر امثال nVIDIA عقب نشسته اند چرا که این‌ها می‌توانند محصولات ابتکاری ارزان و پرفایده و پرکاربرد را به لطف مشتریان بسیارشان که R&D آن‌ها را تامین می‌کنند تولید نمایند. از نظر تاریخی تا ایتدا و میانه? دهه? سوپرکامپیوترها اغلب سازگاری گروه دستورات و قابلیت جابجایی کدها را فدای عملکرد و سرعت پردازش و دست رسی به حافظه? کامپیوتر می‌کردند. اغلب سوپرکامپیوترها تا به امروز برخلاف کامپیوترهای گران قیمت فنی high end main frames سیستم‌های عامل بسیار متفاوتی دارند. Cray-? به تنهایی شش OS مخصوص خودش را داشت که جامعه? کامپیوتر هیچ خبری از آن‌ها نداشت. مشابه آن کامپایلرهای برداری کننده و مواز یکننده? بسیاری هم برای فرترن موجد بود. اگر به خاطر سازگاری گروه دستورات اولیه بین Cray-? و Cray x-mp و پذیرش انواع OSهای یونیکس مثل CrayUnicos و لینوکس نبود این اتفاق برای ETA-?? هم می افتاد. به همین دلیل در آینده سیستم هایی با بالاترین کاربرد احتمالا رنگ و بویی از یونیکس خواهند داشت اما با خاصیت‌های مخصوص سیستم ناسازگار خصوصا برای سیستم‌های بسیار فنی و گران قیمت با امکانات امن مطمئن.

برنامه نویسی

معماری موازی سوپرکامپیوترها ایجاب می‌کند تکنیک‌های برنامه نویسی خاصی برای سرعت بالایشان استفاده شود. کامپایلرهای هدفمند فرتران معمولاً می‌توانند کدهای سریع تری از C یا C++ تولید کنند. به این دلیل فرتران همچنان بهترین انتخاب برای برنامه نویسی علمی و البته برای اکثر برنامه‌هایی که روی سوپرکامپیوترها جرا می‌شود باقی می ماند. برای بهره وری از موازی بودن سوپرکامپیوترها، محیط‌های برنامه نویسی خاصی برای برنامه نویسی آن‌ها استفاده می‌شود از جمله برای بسته‌های کامپیوتری پراکنده و دور از هم PVM و MPI و برای ماشین‌های حافظه اشتراکی بسیار نزدیک به هم OpenMP استفاده می‌شود.

چنان که در فهرست نوامبر ???? می بینیم ده کامپیوتر برتر فهرست پانصد کامپیوتر برتر (و البته بسیاری کامپیوتر دیگر در این لیست) معماری سطح بالا اما مشابهی دارند. هر کدام مجموعه‌ای از مولتی پروسسورهای تماما SIMD هستند. هر سوپرکامپیوتری بسته به تعداد مولتی پروسسورهای مجموعه، تعداد پروسسورهای هر مولتی پروسسور و نیز تعداد عملیاتی که می‌تواند به صورا هم زمان در هر پروسسور SIMD انجام بدهد از سایر سوپرکامپیوترها متفاوت می‌شود. در این سلسله چنین چیزهایی داریم :

• یک مجموعه کامپیوتری که کامپیوترهای آن از طریق شبکه? سرعت بالا یا شبکه? تعویض (switching fabric) اتصال بسیار مفصلی با هم دارند. هر کامپیوتر هم تحت نمونه? مجزایی از OS کار می‌کند.
• کمپیوتر مولتی پروسسور کامپیوتری است که تحت OS مشخصی کار می‌کند و بیش از یک CPU دارد و در آن نرم‌افزار سطح عملکرد از تعداد پروسسورها مستقل است. وظایفی مثل مولتی پروسسینگ متقارن (SMP) و دسترسی غیرهمشکل به حافظه (NUMA) را با هم انجام می‌دهند.
• یک پروسسور SIMD یک دستور را بر چندین دسته اطلاعات به صورت هم زمان اجرا می‌کند. پردازنده می‌تواند چندمنظوره یا برداری با کاربرد خاص باشد. سطح عملکرد هم می‌تواند بالا یا پایین باشد.

طبق بررسی ماه نوامبر سال ???? قانون مور (Moore) و اقتضا مقیاسی (economy of scale) فاکتور اصلی در طراحی سوپرکامپیوترها هستند. یک PC دسکتاپ مدرن امروزه قوی تر از یک سوپرکامپیوتر پانزده سال پیش است و این طراحی هایی که سابقا اجازه می‌داد سوپرکامپیوترها از ماشین‌های دسکتاپ بهتر عمل کنند در طراحی PCها استفاده می‌شوند. به علاوه هزینه‌های ایجاد تراشه‌ها (چیپchip) باعث می‌شود طراحی تراشه‌های سفارشی برای کاربرد محدود مقرون به صرفه باشد بلکه تولید انبوه تراشه‌ها را تایید می‌کند که مشتری داشته باشند و هزینه? تولید را پوشش بدهد. یک واحد کاری مدل هسته چهارگانه Xeon با عملکرد GHz???? از یک سوپرکامپیوتر C?? کری چند میلیون دلاری که در دهه? ???? استفاده می‌شد بهتر است و حجم بسیار بالایی از کار که در دهه? ???? به چنین سوپرکامپیوتری نیاز داشت امروزه با یک واحد کاری کمتر از ???? دلاری انجام می‌شود. مسایلی که سوپرکامپیوترها آن‌ها را حل می‌کردند اکثرا باید موازی سازی می‌شدند (یعنی تقسیم کار بزرگ به چند کار کوچک تر برای انجام هم زمان) آن هم به قطعات بزرگ تا حجم اطلاعاتی که بین واحدهیای پردازنده? مستقل انتقال پیدا یم کرد کاهش پیدا کند. این است که می‌توان به جای بسیاری سوپرکامپیوترهای سنتی از بسته‌های طراحی استاندارد بهره برد که با برنامه ریزی قابلیت عملکرد یگانه و همگرا را دارند

تصویر2ابر رایانه فوق سریع

در گذشته دستگاه های مختلف مکانیکی ساده ای مثل خط کش محاسبه و چرتکه نیز رایانه خوانده می شدند. در برخی موارد از آن ها به عنوان رایانه آنالوگ نام برده می شود. چراکه برخلاف رایانه های رقمی، اعداد را نه به صورت اعداد در پایه دو بلکه به صورت کمیت های فیزیکی متناظر با آن اعداد نمایش می دهند. چیزی که امروزه از آن به عنوان «رایانه» یاد می شود در گذشته به عنوان «رایانه رقمی (دیجیتال)» یاد می شد تا آن ها را از انواع «رایانه آنالوگ» جدا سازند.

رایانه یکی از دو چیز برجسته ای است که بشر در سده? بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ???? ساخت اولین تلاش در راه ساخت دستگاه های محاسب خودکار بود. پاسکال آن دستگاه را که پس از چرتکه دومیت ابزار ساخت بشر بود، برای یاری رساندن به پدرش ساخت. پدر وی حسابدار دولتی بود و با کمک این دستگاه می توانست همه اعدادشش رقمی را با هم جمع و تفریق کند.

لایبنیتز ریاضی دان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ???? دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ???? به درازا کشید. همزمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ???? دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب می کرد.

در سده هجدهم میلادی هم تلاش های فراوانی برای ساخت دستگاه های محاسب خودکار انجام شد که بیشترشان نافرجام بود. سرانجام در سال ???? میلادی استیفن بالدوین نخستین دستگاه محاسب را که هر چهار عمل اصلی را انجام می داد، به نام خود ثبت کرد.

از جمله تلاش های نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به چارلز بابیچ ریاضی دان انگلیسی است. وی در آغاز این سده در سال ???? در اندیشه? ساخت دستگاهی بود که بتواند بر روی اعداد بیست و شش رقمی محاسبه انجام دهد. او بیست سال از عمرش را در راه ساخت آن صرف کرد اما در پایان آن را نیمه کاره رها کرد تا ساخت دستگاهی دیگر که خود آن را دستگاه تحلیلی می نامید آغاز کند. او می خواست دستگاهی برنامه پذیر بسازد که همه عملیاتی را که می خواستند دستگاه برروی عددها انجام دهد، قبلا برنامه شان به دستگاه داده شده باشد. قرار بود عددها و درخواست عملیات برروی آن ها به یاری کارت های سوراخ دار وارد شوند. بابیچ در سال ???? مرد و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید.

کارهای بابیچ به فراموشی سپرده شد تا این که در سال ???? و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاری شده? آلمانی ها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت IBM و دانشگاه هاروارد به عهده گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی به نام ASCC در سال ???? انجامید. این دستگاه پنج تنی که ?? متر درازا و ??? متر بلندی داشت، می توانست تا ?? عدد ?? رقمی را در خود نگاه دارد و با آن ها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخدار برنامه ریزی می شد و همه? بخش های آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود.

 ? تعریف داده و اطلاعات

داده به آن دسنه از ورودی هایی خام گفته می شود که برای پردازش به رایانه ارسال می شوند.

اطلاعات به داده های پردازش شده می گویند.

  رایانه ها چگونه کار می کنند؟

از زمان رایانه های اولیه که در سال ???? ساخته شده بودند تا کنون فناوری های دیجیتالی رشد نموده است، معماری فون نوِیمن یک رایانه را به چهار بخش اصلی توصیف می کند: واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit یا ALU)، واحد کنترل یا حافظه، و ابزارهای ورودی و خروجی ( که جمعا I/O نامیده می شود). این بخش ها توسط اتصالات داخلی سیمی به نام گذرگاه (bus) با یکدیگر در پیوند هستند.

  ? حافظه

در این سامانه، حافظه بصورت متوالی شماره گذاری شده در خانه ها است، هرکدام محتوی بخش کوچکی از داده ها می باشند. داده ها ممکن است دستورالعمل هایی باشند که به رایانه می گویند که چه کاری را انجام دهد باشد. خانه ممکن است حاوی اطلاعات مورد نیاز یک دستورالعمل باشد. اندازه هر خانه، وتعداد خانه ها، در رایانه? مختلف متفاوت است، همچنین فناوری های بکاررفته برای اجرای حافظه نیز از رایانه ای به رایانه دیگر در تغییر است(از بازپخش کننده های الکترومکانیکی تا تیوپ ها و فنرهای پر شده از جیوه و یا ماتریس های ثابت مغناطیسی و در آخر ترانزیستورهای واقعی و مدار مجتمع ها با میلیون ها خازن روی یک تراشه تنها).

? پردازش

واحد محاسبه و منطق یا ALU دستگاهی است که عملیات پایه مانند چهار عمل اصلی حساب (جمع و تفریق و ضرب و تقسیم)، عملیات منطقی (و،یا،نقیض)، عملیات قیاسی (برای مثال مقایسه دو بایت برای شرط برابری) و دستورات انتصابی برای مقدار دادن به یک متغیر را انجام می دهد. این واحد جائیست که «کار واقعی» در آن صورت می پذیرد.

البته CPUها به دو دسته کلی RISC و CISC تقسیم بندی می شوند. نوع اول پردازش گرهای مبتنی بر اعمال ساده هستند و نوع دوم پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده می باشند. پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده در واحد محاسبه و منطق خود دارای اعمال و دستوراتی بسیار فراتر از چهار عمل اصلی یا منطقی می باشند. تنوع دستورات این دسته از پردازنده ها تا حدی است که توضیحات آن ها خود می تواند یک کتاب با قطر متوسط ایجاد کند. پردازنده های مبتنی بر اعمال ساده اعمال بسیار کمی را پوشش می دهند و در حقیقت برای برنامه نویسی برای این پردازنده ها بار نسبتاً سنگینی بر دوش برنامه نویس است. این پردازنده ها تنها حاوی ? عمل اصلی و اعمال منطقی ریاضی و مقایسه ای به علاوه چند دستور بی اهمیت دیگر می باشند.هرچند ذکر این نکته ضروری است که دستورات پیچیده نیز از ترکیب تعدادی دستور ساده تشکیل شده اند و برای پیاده سازی این دستورات در معماری های مختلف از پیاده سازی سخت افزاری(معماری CISC) و پیاده سازی نرم افزاری(معماری RISC) استفاده می شود.

(قابل ذکر است پردازنده های اینتل از نوع پردازنده مبتنی بر اعمال پیچیده می باشند.)

واحد کنترل همچنین این مطلب را که کدامین بایت از حافظه حاوی دستورالعمل فعلی اجرا شونده است را تعقیب می کند، سپس به واحد محاسبه و منطق اعلام می کند که کدام عمل اجرا و از حافظه دریافت شود و نتایج به بخش اختصاص داده شده از حافظه ارسال گردد. بعد از یک بار عمل، واحد کنترل به دستورالعمل بعدی ارجاع می کند(که معمولاً در خانه حافظه بعدی قرار دارد، مگر اینکه دستورالعمل جهش دستورالعمل بعدی باشد که به رایانه اعلام می کند دستورالعمل بعدی در خانه دیگر قرار گرفته است).

? ورودی/خروجی

بخش ورودی/خروجی (I/O) این امکان را به رایانه می دهد تا اطلاعات را از جهان بیرون تهیه و نتایج آن ها را به همان جا برگرداند. محدوده فوق العاده وسیعی از دستگاه های ورودی/خروجی وجود دارد، از خانواده آشنای صفحه کلیدها، نمایشگرها، نَرم دیسک گرفته تا دستگاه های کمی غریب مانند رایابین ها (webcams). (از سایر ورودی/خروجی ها می توان موشواره mouse، قلم نوری، چاپگرها (printer)، اسکنرها، انواع لوح های فشرده(CD, DVD) را نام برد ).

چیزی که تمامی دستگاه های عمومی در آن اشتراک دارند این است که آن ها رمزکننده اطلاعات از نوعی به نوع دیگر که بتواند مورد استفاده سیستم های رایانه دیجیتالی قرار گیرد، هستند. از سوی دیگر، دستگاه های خروجی آن اطلاعات به رمز شده را رمزگشایی می کنند تا کاربران آن ها را دریافت نمایند. از این رو یک سیستم رایانه دیجیتالی یک نمونه از یک سامانه داده پردازی می باشد.

? دستورالعمل ها

هر رایانه تنها دارای یک مجموعه کم تعداد از دستورالعمل های ساده و تعریف شده می باشد. از انواع پرکاربردشان می توان به دستورالعمل «محتوای خانه ??? را در خانه ??? کپی کن!»، «محتوای خانه ??? را با محتوای خانه ??? جمع کن، نتایج را در خانه ??? کن!»، «اگر محتوای خانه ??? برابر با صفر است، به دستورالعمل واقع در خانه ??? رجوع کن!».

دستورالعمل ها در داخل رایانه بصورت اعداد مشخص شده اند مثلاً کد دستور العمل (copy instruction) برابر ??? می تواند باشد. مجموعه معین دستورالعمل های تعریف شده که توسط یک رایانه ویژه پشتیبانی می شود را زبان ماشین می نامند. در واقعیت، اشخاص معمولاً به [زبان ماشین]] دستورالعمل نمی نویسند بلکه بیشتر به نوعی از انواع سطح بالای زبان های برنامه نویسی، برنامه نویسی می کنند تا سپس توسط برنامه ویژه ای (تفسیرگرها (interpreters) یا همگردان ها (compilers) به دستورالعمل ویژه ماشین تبدیل گردد. برخی زبان های برنامه نویسی از نوع بسیار شبیه و نزدیک به زبان ماشین که اسمبلر (یک زبان سطح پایین) نامیده می شود، استفاده می کنند؛ همچنین زبان های سطح بالای دیگری نیز مانند پرولوگ نیز از یک زبان انتزاعی و چکیده که با زبان ماشین تفاوت دارد بجای دستورالعمل های ویژه ماشین استفاده می کنند.

? معماری ها

در رایانه های معاصر واحد محاسبه و منطق را به همراه واحد کنترل در یک مدار مجتمع که واحد پردازشی مرکزی (CPU) نامیده می شود، جمع نموده اند. عموما، حافظه رایانه روی یک مدار مجتمع کوچک نزدیک CPU قرار گرفته. اکثریت قاطع بخش های رایانه تشکیل شده اند از سامانه های فرعی (به عنوان نمونه، منبع تغذیه) و یا دستگاه های ورودی/خروجی.

برخی رایانه های بزرگ تر چندین CPU و واحد کنترل دارند که بصورت هم زمان با یکدیگر درحال کارند. این گونه رایانه ها بیشتر برای کاربردهای پژوهشی و محاسبات علمی بکار می روند.

کارایی رایانه ها بنا به تئوری کاملاً درست است. رایانه داده ها و دستورالعمل ها را از حافظه اش واکشی (fetch) می کند. دستورالعمل ها اجرا می شوند، نتایج ذخیره می شوند، دستورالعمل بعدی واکشی می شود. این رویه تا زمانی که رایانه خاموش شود ادامه پیدا می کند. واحد پردازنده مرکزی در رایانه های شخصی امروزی مانند پردازنده های شرکت ای ام دی و شرکت اینتل از معماری موسوم به Pipeline استفاده می شود و در زمانی که پردازنده در حال ذخیره نتیجه یک دستور است مرحله اجرای دستور قبلی و مرحله واکشی دستور قبل از آن را آغاز می کند. همچنین این رایانه ها از سطوح مختلف حافظه نهانگاهی استفاده می کنند که در زمان دسترسی به حافظه اصلی صرفه جویی کنند.

? برنامه ها

برنامه رایانه ای فهرست های بزرگی از دستورالعمل ها (احتمالاً به همراه جدول هائی از داده) برای اجرا روی رایانه هستند. خیلی از رایانه ها حاوی میلیون ها دستورالعمل هستند، و بسیاری از این دستورات به تکرار اجرا می شوند. یک رایانه شخصی نوین نوعی (درسال ????) می تواند در ثانیه میان ? تا ? میلیارد دستورالعمل را پیاده نماید. رایانه ها این مقدار محاسبه را صرف انجام دستورالعمل های پیچیده نمی کنند. بیشتر میلیون ها دستورالعمل ساده را که توسط اشخاص باهوشی «برنامه نویسان» در کنار یکدیگر چیده شده اند را اجرا می کنند. برنامه نویسان خوب مجموعه هایی از دستورالعمل ها را توسعه می دهند تا یکسری از وظایف عمومی را انجام دهند(برای نمونه، رسم یک نقطه روی صفحه) و سپس آن مجموعه دستورالعمل ها را برای دیگر برنامه نویسان در دسترس قرار می دهند. (اگر مایلید «یک برنامه نویس خوب» باشید به این مطلب مراجعه نمایید.)

رایانه های امروزه، قادرند چندین برنامه را در آن واحد اجرا نمایند. از این قابلیت به عنوان چندکارگی (multitasking) نام برده می شود. در واقع، CPU یک رشته دستورالعمل ها را از یک برنامه اجرا می کند، سپس پس از یک مقطع ویژه زمانی دستورالعمل هایی از یک برنامه دیگر را اجرا می کند. این فاصله زمانی اکثرا به عنوان یک برش زمانی (time slice) نام برده می شود. این ویژگی که CPU زمان اجرا را بین برنامه ها تقسیم می کند، این توهم را بوجود می آورد که رایانه هم زمان مشغول اجرای چند برنامه است. این شبیه به چگونگی نمایش فریم های یک فیلم است، که فریم ها با سرعت بالا در حال حرکت هستند و به نظر می رسد که صفحه ثابتی تصاویر را نمایش می دهد. سیستم عامل همان برنامه ای است که این اشتراک زمانی را بین برنامه های دیگر تعیین می کند.

? سیستم عامل

رایانه همیشه نیاز دارد تا برای بکارانداختنش حداقل یک برنامه روی آن در حال اجرا باشد. تحت عملکردهای عادی این برنامه همان سیستم عامل یا OS است. سیستم یا سامانه عامل تصمیم می گیرد که کدام برنامه اجرا شود، چه زمان، از کدام منابع (مثل حافظه، ورودی/خروجی و ...) استفاده شود. همچنین سیستم عامل یک لایه انتزاعی بین سخت افزار و برنامه های دیگر که می خواهند از سخت افزار استفاده کنند، می باشد، که این امکان را به برنامه نویسان می دهد تا بدون اینکه جزئیات ریز هر قطعه الکترونیکی از سخت افزار را بدانند بتوانند برای آن قطعه برنامه نویسی نمایند. با تمام این وجود کامپیوتر ها نمی توانند برخی از مسائل را حل کنند که به این مسائل حل نشدنی گفته می شود مانند مسائلی که در مسیر حلشان در حلقه بی نهایت می افتند

? کاربردهای رایانه

نخستین رایانه های رقمی، با قیمت های زیاد و حجم بزرگشان، در اصل محاسبات علمی را انجام می دادند، انیاک یک رایانه قدیمی ایالات متحده اصولا طراحی شده تا محاسبات پرتابه ای توپخانه و محاسبات مربوط به جدول چگالی نوترونی را انجام دهد. (این محاسبات بین دسامبر ???? تا ژانویه ???? روی حجمی بالغ بر یک میلیون کارت پانچ انجام پذیرفت! که این خود طراحی و سپس تصمیم نادرست بکارگرفته شده را نشان می دهد) بسیاری از ابررایانه های امروزی صرفاً برای کارهای ویژه محاسبات جنگ افزار هسته ای استفاده می گردد.

CSIR Mk I نیز که نخستین رایانه استرالیایی بود برای ارزیابی میزان بارندگی در کوه های اسنوئی (Snowy)این کشور بکاررفت، این محاسبات در چارچوب یک پروژه عظیم تولید برقابی انجام گرفت.

برخی رایانه ها نیز برای انجام رمزگشایی بکارگرفته می شد، برای مثال Colossus که در جریان جنگ جهانی دوم ساخته شد، جزو اولین کامپیوترهای برنامه پذیر بود(البته ماشین تورینگ کامل نبود). هرچند رایانه های بعدی می توانستند برنامه ریزی شوند تا شطرنج بازی کنند یا تصویر نمایش دهند و سایر کاربردها را نشان دهد.

سیاستمداران و شرکت های بزرگ نیز رایانه های اولیه را برای خودکارسازی بسیاری از مجموعه های داده و پردازش کارهایی که قبلا توسط انسان ها انجام می گرفت، بکار بستند برای مثال، نگهداری و بروزرسانی حساب ها و دارایی ها. در موسسات پژوهشی نیز دانشمندان رشته های مختلف شروع به استفاده از رایانه برای مقاصدشان نمودند.

کاهش پیوسته قیمت های رایانه باعث شد تا سازمان های کوچک تر نیز بتوانند آن ها را در اختیار بگیرند. بازرگانان، سازمان ها، و سیاستمداران اغلب تعداد زیادی از کامپیوترهای کوچک را برای تکمیل وظایفی که قبلا برای تکمیلشان نیاز به رایانه بزرگ (mainframe) گران قیمت و بزرگ بود، به کار بگیرند. مجموعه هایی از رایانه های کوچک تر در یک محل اغلب به عنوان خادم سر(server farm) نام برده می شود.

با اختراع ریزپردازندهها در دهه ???? این امکان که بتوان رایانه هایی بسیار ارزان قیمت را تولید نمود بوجود آمد. رایانه های شخصی برای انجام وظایف بسیاری محبوب گشتند، از جمله کتابداری، نوشتن و چاپ مستندات. محاسبات پیش بینی ها و کارهای تکراری ریاضی توسط صفحات گسترده (spreadsheet)، ارتباطات توسط پست الکترونیک، و اینترنت. حضور گسترده رایانه ها و سفارشی کردن آسانشان باعث شد تا در امورات بسیار دیگری بکارگرفته شوند.

در همان زمان، رایانه های کوچک، که معمولاً با یک برنامه ثابت ارائه می شدند، راهشان را بسوی کاربردهای دیگری باز می نمودند، کاربردهایی چون لوازم خانگی، خودروها، هواپیماها، و ابزار صنعتی. این پردازشگرهای جاسازی شده کنترل رفتارهای آن لوازم را ساده تر کردند، همچنین امکان انجام رفتارهای پیچیده را نیز فراهم نمودند (برای نمونه، ترمزهای ضدقفل در خودروها[?]). با شروع قرن بیست و یکم، اغلب دستگاه های الکتریکی، اغلب حالت های انتقال نیرو، اغلب خطوط تولید کارخانه ها توسط رایانه ها کنترل می شوند. اکثر مهندسان پیش بینی می کنند که این روند همچنان به پیش برود. یکی از کارهایی که می توان به وسیله رایانه انجام داد پروگرام گیرنده ماهواره است.

? انواع رایانه

? رایانه های توکار

در ?? سال گذشته ، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونه های قابل ذکر آن می توان جعبه های بازی های ویدئویی را که بعدها در دستگاه های دیگری از جمله تلفن همراه، دوربین های ضبط ویدئویی، و PDAها و دهها هزار وسیله خانگی، صنعتی، خودروسازی و تمام ابزاری که در درون آنها مدارهایی که نیازهای ماشین تورینگ را مهیا ساخته اند، گسترش یافت، را نام برد(اغلب این لوازم برنامه هایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشه هایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند،نگاشته شده اند). این رایانه ها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شده اند «ریزکنترل گرها» یا رایانه های توکار (Embedded Computers) نامیده می شوند. بنابراین تعریف این رایانه ها به عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطلاعات طراحی گردیده محدودیت هایی دارد. بیشتر می توان آنها را به ماشین هایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگ تر به عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاه های تلفن، ماکروفرها و یا هواپیما که این رایانه ها بدون تغییر فیزیکی توسط کاربر می توانند برای مقاصد مختلفی بکارگرفته شوند.

? رایانه های شخصی

اشخاصی که با انواع دیگری از رایانه ها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی که رایانه شخصی (PC) نامیده می شوند استفاده می کنند.