فصل اول

درک داده ها و اطلاعات:

تصور کنید که جعبه ای عظیم از آجرهای لگو با رنگ ها، شکل ها و اندازه های مختلف دارید. هر آجر لگو نشان دهنده یک تکه اطلاعات است. می تواند یک واقعیت، عدد یا ایده منحصر به فرد باشد. اگر فقط یک آجر را بررسی کنید، ممکن است به خودی خود چندان جالب نباشد. با این حال، جادوی واقعی زمانی اتفاق می افتد که شما شروع به مونتاژ این آجرها به روشی خاص یعنی ساختن چیزی قابل توجه و هدفمند کنید. مانند ساختن یک قلعه تخیلی یا اختراع یک بازی جدید. این خلاقیت، چه قلعه باشد و چه بازی، شبیه اطلاعات است.

اطلاعات و داده ها چیست؟

داده ها:

تعریف: داده ها به حقایق یا ارقام خام و سازمان نیافته اشاره دارد که می تواند به صورت اعداد، متن، تصویر یا هر فرمت دیگری باشد.

ماهیت: داده ها اغلب گسسته هستند و به خودی خود فاقد زمینه هستند. این مشاهدات یا اندازه گیری های فردی را نشان می دهد.

مثال: اگر لیستی از اعدادی مانند 5، 12، 8، 15 و 20 دارید، این اعداد مجزا نقاط داده هستند.

اطلاعات:

تعریف: اطلاعات حاصل پردازش، سازماندهی و تفسیر داده ها به منظور معنادار ساختن آنهاست. زمینه، ارتباط و هدف را برای داده ها فراهم می کند.

ماهیت: اطلاعات در مقایسه با داده های خام، ساختارمندتر، قابل اجرا و معنادارتر است. این نشان دهنده درک یا دانش به دست آمده از داده ها است.

مثال: اگر نقاط داده ای که قبلاً ذکر شد را تجزیه و تحلیل کنید و تعیین کنید که آنها دمای روزانه را نشان می دهند، داده ها را به اطلاعاتی مانند "دماهای روزانه: 5، 12، 8، 15، 20 درجه سانتیگراد" تبدیل کرده اید.

تفاوت ها: داده ها اغلب فاقد زمینه هستند و ممکن است فورا مرتبط نباشند. داده ها سازماندهی نشده و ممکن است از ساختار خاصی پیروی نکنند و برای استخراج معنا نیاز به تفسیر دارد. داده به عنوان ماده خام برای تولید اطلاعات عمل می‌کند. اطلاعات قابل اجرا است و می‌تواند برای تصمیم‌گیری، حل مسئله یا درک یک پدیده استفاده شود.

انواع کامپیوتر:

رایانه های شخصی (Personal Computers - PC): معمولاً برای مقاصد فردی یا تجاری استفاده می شود.

سرورها (Servers): رایانه های قدرتمندی که برای مدیریت منابع شبکه و ارائه خدمات به رایانه های دیگر طراحی شده اند.

Mainframes: کامپیوترهایی در مقیاس بزرگ که برای کاربردهای حیاتی در سازمان ها استفاده می شوند.

سیستم های جاسازی شده (Embedded Systems): رایانه هایی که در دستگاه های روزمره مانند اتومبیل ها، لوازم خانگی و ماشین های صنعتی ادغام می شوند.

کامپیوتر را می توان به دو بخش اصلی تقسیم کرد:

• سخت افزار
• نرم افزار

سخت افزار:

اینها قطعات قابل لمس و فیزیکی یک کامپیوتر هستند، مانند کیس، منبع تغذیه برق (Power)، مادربرد، فضای ذخیره سازی (HDD، SSD)، کیبورد، مانیتور، RAM، ماوس و پردازنده مرکزی (CPU).

کیس کامپیوتر: کیس عمدتاً برای نصب فیزیکی و حاوی تمام اجزای واقعی در داخل یک رایانه، مانند مادربرد، هارد دیسک، درایو نوری، درایو فلاپی دیسک و غیره است. کیس ها معمولاً همراه با منبع تغذیه برق (Power) هستند.

ترانزیستورها و گیت‌های منطقی:

ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور یک قطعه الکترونیکی نیمه‌هادی است که می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی را تقویت یا قطع و وصل کند. در کامپیوترها، ترانزیستورها به عنوان کلیدهای الکترونیکی عمل می‌کنند که می‌توانند در دو حالت باشند: روشن (1) یا خاموش (0). میلیاردها ترانزیستور در یک پردازنده مدرن وجود دارد.

گیت‌های منطقی:

گیت‌های منطقی بلوک‌های سازنده مدارهای دیجیتال هستند. آن‌ها از ترانزیستورها ساخته می‌شوند و عملیات منطقی پایه را روی یک یا چند ورودی باینری انجام می‌دهند تا یک خروجی باینری تولید کنند.

گیت‌های پایه:

AND: خروجی 1 است اگر و فقط اگر همه ورودی‌ها 1 باشند.

OR: خروجی 1 است اگر حداقل یک ورودی 1 باشد.

NOT: خروجی معکوس ورودی است (0 به 1 و 1 به 0).

گیت‌های ترکیبی:

NAND: معکوس AND — خروجی 0 است فقط اگر همه ورودی‌ها 1 باشند.

NOR: معکوس OR — خروجی 1 است فقط اگر همه ورودی‌ها 0 باشند.

XOR: خروجی 1 است اگر ورودی‌ها متفاوت باشند.

XNOR: معکوس XOR — خروجی 1 است اگر ورودی‌ها یکسان باشند.

قانون مور (Moore’s Law):

گوردون مور، یکی از بنیانگذاران اینتل، در سال 1965 پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه تقریباً هر دو سال دو برابر می‌شود. این قانون برای دهه‌ها صادق بوده و باعث رشد نمایی قدرت محاسباتی شده است.

گیت AND: خروجی ۱ است اگر همه ورودی‌ها ۱ باشند

گیت OR: خروجی ۱ است اگر حداقل یک ورودی ۱ باشد

گیت NOT: معکوس‌کننده

گیت NAND: معکوس AND

گیت NOR: معکوس OR

گیت XOR: خروجی ۱ است اگر ورودی‌ها متفاوت باشند

گیت XNOR: معکوس XOR

بیت و بایت / Bit & Byte

بیت (Bit) کوچکترین واحد داده در کامپیوتر است. یک ترانزیستور می‌تواند در دو حالت باشد: روشن (1) یا خاموش (0). این کوچکترین اطلاعات در دنیای کامپیوتر است که آن را "بیت" می‌نامیم — مخفف Binary Digit.

بایت (Byte) از 8 بیت تشکیل شده است. یک بایت می‌تواند 256 مقدار مختلف (از 0 تا 255) را ذخیره کند. بایت واحد استاندارد برای اندازه‌گیری حافظه و ذخیره‌سازی است.

واحدهای بزرگتر: کیلوبایت (KB) = 1024 بایت، مگابایت (MB) = 1024 KB، گیگابایت (GB) = 1024 MB، ترابایت (TB) = 1024 GB.

شمارش با بیت ها و بایت ها:

با n بیت می‌توان 2^n مقدار مختلف را نمایش داد. برای مثال:

• 1 بیت = 2 مقدار (0 یا 1)
• 2 بیت = 4 مقدار (00, 01, 10, 11)
• 3 بیت = 8 مقدار
• 4 بیت = 16 مقدار (یک نیبل)
• 8 بیت = 256 مقدار (یک بایت)
• 16 بیت = 65,536 مقدار (یک ورد)
• 32 بیت = 4,294,967,296 مقدار (یک دابل ورد)

ترجمه باینری به اعشاری:

درک اعشاری: اعشاری سیستم شمارش منظمی است که ما هر روز از آن استفاده می‌کنیم، مانند 1، 2، 3 و غیره. ده رقم دارد: 0 تا 9.

تبدیل باینری به اعشاری: برای ترجمه باینری به اعشاری، فقط باید ارزش مکانی هر بیت را محاسبه کنید. هر موقعیت در عدد باینری یک توان از 2 را نشان می‌دهد (از راست به چپ: 2^0, 2^1, 2^2, ...).

مثال: عدد باینری 1011 = (1×2³) + (0×2²) + (1×2¹) + (1×2⁰) = 8 + 0 + 2 + 1 = 11 در اعشاری.

ASCII و ترجمه “A” به باینری:

ASCII چیست:

ASCII (American Standard Code for Information Interchange) یک استاندارد کدگذاری کاراکتر است که به هر حرف، عدد و نماد یک کد عددی اختصاص می‌دهد. ASCII اصلی از 7 بیت استفاده می‌کند و می‌تواند 128 کاراکتر مختلف را نمایش دهد.

مثال با حرف "A": کد ASCII حرف "A" برابر با 65 است. 65 در باینری برابر با 01000001 می‌باشد. بنابراین کامپیوتر حرف "A" را به صورت 01000001 ذخیره و پردازش می‌کند.

مراحل تبدیل "A" به باینری: A → کد ASCII 65 → تقسیم متوالی بر 2 → 01000001. هر کاراکتر ASCII دقیقاً یک بایت (8 بیت) فضا اشغال می‌کند.