سخت افزار کامپیوتر چیست؟

سخت افزار یا Hardware یک اصطلاح جمعی است که برای توصیف هر یک از اجزای فیزیکی یک کامپیوتر آنالوگ یا دیجیتال  استفاده می شود. اصطلاح سخت‌ افزار جنبه‌های ملموس یک دستگاه محاسباتی را از نرم‌ افزار متمایز می‌ کند، که شامل دستورالعمل‌ ها 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 کنند. سخت افزار و نرم افزار مکمل یکدیگر هستند. یک دستگاه محاسباتی تنها زمانی می تواند کارآمد عمل کند و خروجی مفیدی داشته باشد که سخت افزار و نرم افزار به درستی با هم کار کنند.

سخت افزار کامپیوتر را می توان به دو بخش داخلی یا خارجی تقسیم کرد. به طور کلی، اجزای سخت‌ افزار داخلی آن‌هایی هستند که برای عملکرد صحیح رایانه ضروری هستند، در حالی که قطعات سخت‌ افزاری خارجی برای افزودن یا افزایش عملکرد به رایانه متصل می‌شوند.

اجزای اصلی سخت افزار کدامند؟

1. سخت افزار داخلی کامپیوتر (Internal Hardware)

اجزای داخلی به طور جمعی دستورالعمل های ارائه شده توسط برنامه یا سیستم عامل ( OS ) را پردازش یا ذخیره می کنند. که شامل موارد زیر است:

• مادربرد : یک برد مدار چاپی است که واحد پردازش مرکزی ( CPU ) و سایر سخت افزارهای داخلی ضروری را نگه می دارد و به عنوان هاب مرکزی که سایر اجزای سخت افزاری از آن عبور می کنند، عمل می کند.
• سی پی یو : CPU مغز کامپیوتر است که دستورات دیجیتال را از برنامه های مختلف پردازش و اجرا می کند.  سرعت آن عملکرد و کارایی کامپیوتر در پردازش داده ها را تعیین می کند.
• رم : RAM یا حافظه موقت، ذخیره سازی موقت حافظه است که اطلاعات را بلافاصله در دسترس برنامه ها قرار می دهد. RAM یک حافظه فرار است، بنابراین داده های ذخیره شده با خاموش شدن رایانه پاک می شوند.
• هارد دیسک : هارد دیسک دستگاه‌ های ذخیره‌ سازی فیزیکی هستند که داده‌ های دائمی و موقت را در قالب‌ های مختلف از جمله برنامه‌ ها، سیستم‌ عامل‌ ها، فایل‌ های دستگاه، عکس‌ ها و غیره ذخیره می‌کنند.
• درایو حالت جامد ( SSD ) : هارد SSD ها دستگاه های ذخیره سازی حالت جامد مبتنی بر فناوری حافظه فلش NAND هستند. SSD ها غیرفرار هستند و در برابر ضربه، شوک و لرزش مقام هستند. بنابراین می توانند با خیال راحت داده ها را حتی زمانی که کامپیوتر خاموش است ذخیره کنند.
• درایو نوری : درایوهای نوری معمولاً در یک محفظه درایو روی دستگاه قرار می گیرند. آنها رایانه را قادر می سازند تا رسانه های خارجی غیر مغناطیسی را بخواند و با آنها تعامل داشته باشد، مانند: CD ها و DVD ها.
• هیت سینک : این یک قطعه سخت افزاری غیرفعال است که گرما را از اجزاء برای تنظیم و کاهش دمای آنها می گیرد تا از ادامه عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل شود. به طور معمول، یک هیت سینک مستقیماً در بالای CPU نصب می شود که بیشترین گرما را در بین اجزای داخلی تولید می کند.
• واحد پردازش گرافیک : این دستگاه مبتنی بر تراشه، داده‌ های گرافیکی را پردازش می‌کند و اغلب به عنوان یک افزونه برای CPU اصلی عمل می‌کند.
• کارت رابط شبکه ( Network interface card ) : NIC یک برد مدار یا تراشه است که کامپیوتر را قادر می سازد به شبکه متصل شود. همچنین به عنوان آداپتور شبکه یا آداپتور شبکه محلی شناخته می شود، معمولاً از اتصال به شبکه اترنت (Ethernet network) پشتیبانی می کند.

سایر اجزای محاسباتی مانند پورت های USB، منبع تغذیه، ترانزیستورها و تراشه ها نیز از انواع سخت افزار داخلی هستند.

2. قطعات سخت افزاری خارجی کامپیوتر (External Hardware)

اجزای سخت‌ افزار خارجی که اجزای جانبی نیز نامیده می‌شوند، مواردی هستند که اغلب به‌ صورت خارجی به رایانه متصل می‌شوند تا عملکردهای ورودی یا خروجی را کنترل کنند. این دستگاه های سخت افزاری برای ارائه دستورالعمل ها به نرم افزار (ورودی) و یا ارائه نتایج حاصل از اجرای آن (خروجی) طراحی شده اند. اجزای سخت افزاری ورودی رایج شامل موارد زیر است:

• ماوس : ماوس وسیله ای است که نشانگر دستی یا مکان نما را در اطراف صفحه نمایش کامپیوتر حرکت می دهد و تعامل با اشیاء روی صفحه را امکان پذیر می کند. همچنین با سیم و یا بی سیم می باشد.
• صفحه کلید (کیبورد) : کیبورد یک دستگاه ورودی است که دارای یک مجموعه کلید استاندارد QWERTY است که به کاربران امکان می دهد متن، اعداد یا کاراکترهای خاص را وارد کنند.
• میکروفون : میکروفون وسیله ای است که امواج صوتی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند و از ارتباطات صوتی مبتنی بر رایانه پشتیبانی می کند.
• دوربین : یک دوربین تصاویر بصری را می گیرد و آنها را به رایانه یا از طریق رایانه به دستگاه شبکه پخش می کند.
• تاچ پد : تاچ پد یک دستگاه ورودی خارجی یا داخلی لپ تاپ است که برای کنترل نشانگر روی صفحه نمایش استفاده می شود. این دستگاه معمولاً جایگزینی برای ماوس خارجی است.
• فلش درایو USB : فلش USB یک دستگاه ذخیره سازی خارجی و قابل جابجایی است که از حافظه فلش و رابط با رایانه از طریق درگاه USB استفاده می کند.
• کارت حافظه : کارت حافظه نوعی رسانه ذخیره سازی خارجی قابل حمل است، مانند کارت CompactFlash که برای ذخیره رسانه یا فایل های داده استفاده می شود.

سایر اجزای سخت افزار ورودی عبارتنداز: جوی استیک، قلم، هارد اکسترنال(جانبی) و اسکنر.

نمونه هایی از قطعات سخت افزاری خروجی شامل موارد زیر است:

• مانیتور . مانیتور یک دستگاه خروجی شبیه به صفحه تلویزیون است که اطلاعات، اسناد یا تصاویر تولید شده توسط دستگاه محاسباتی را نمایش می دهد.
• چاپگر . چاپگرها یا پرینتر (Printer) داده های الکترونیکی را از رایانه به نسخه چاپی تبدیل می کنند.
• بلندگو.  بلندگو یک دستگاه خروجی صوتی خارجی است که برای تولید صدای خروجی به رایانه متصل می شود.
• هدفون، هدست، هندزفری و ایرفون. مشابه اسپیکر، این دستگاه ها خروجی صوتی را ارائه می دهند که فقط برای یک شنونده قابل شنیدن است.

سخت افزار در مقابل نرم افزار

سخت افزار به اجزای محسوس کامپیوتر یا سیستم های تحویل اطلاق می شود که دستورالعمل های مکتوب ارائه شده توسط نرم افزار را ذخیره و اجرا می کند. نرم افزار بخشی ناملموس از دستگاه است که به کاربر اجازه می دهد با سخت افزار تعامل داشته باشد و به آن دستور دهد تا وظایف خاصی را انجام دهد. نرم افزارهای کامپیوتری شامل موارد زیر است:

• سیستم عامل و برنامه های کاربردی مرتبط مانند ویندوز
• برنامه هایی که عملکردهای خاص کامپیوتر را کنترل می کنند. 
• برنامه هایی که معمولاً عملیاتی را روی داده های ارائه شده توسط کاربر انجام می دهند.

در گوشی موبایل ها و لپ‌ تاپ‌ها، صفحه‌ کلیدهای مجازی نیز نرم‌ افزار محسوب می‌ شوند، زیرا فیزیکی نیستند. از آنجایی که نرم افزار و سخت افزار به یکدیگر وابسته هستند تا کامپیوتر را قادر به تولید خروجی مفید کند، نرم افزار باید طوری طراحی شود که به درستی با سخت افزار کار کند. وجود نرم‌ افزارهای مخرب یا بدافزارهایی مانند ویروس‌ ها، Trojan Horse، جاسوس‌ افزارها و کرم‌ ها می‌ تواند تأثیر زیادی بر برنامه‌ های کامپیوتری و سیستم‌ عامل سیستم داشته باشد. با این حال، سخت افزار تحت تأثیر بدافزار قرار نمی گیرد.

بدافزار می تواند سیستم را به روش های دیگری تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال، می تواند بخش زیادی از حافظه رایانه را مصرف کند یا حتی خود را تکرار کند تا هارد دیسک دستگاه را پر کند. این کار سرعت کامپیوتر را کند می کند و همچنین ممکن است از اجرای برنامه های قانونی جلوگیری کند. بدافزار همچنین می تواند از دسترسی کاربران به فایل های موجود در حافظه سخت افزاری کامپیوتر جلوگیری کند.

مجازی سازی سخت افزار چیست؟

مجازی سازی سخت افزار روشی است که برای ایجاد نسخه های مجازی دسکتاپ های فیزیکی و سیستم عامل ها استفاده می شود. این از یک مدیر ماشین مجازی (VMM) به نام Hypervisor برای ارائه سخت افزار انتزاعی به چندین سیستم عامل مهمان استفاده می کند، که سپس می تواند منابع سخت افزار فیزیکی را به طور موثرتری به اشتراک بگذارد. مجازی سازی سخت افزار مزایای زیادی مانند عملکرد بهتر و هزینه کمتر را ارائه می دهد.

مجازی سازی سخت افزار گاهی اوقات به عنوان پلتفرم مجازی یا سرور مجازی نیز نامیده می شود، مجازی سازی سخت افزار بر روی یک پلتفرم سخت افزاری خاص توسط نرم افزار میزبان اجرا می شود. این به یک ماشین مجازی مدیریت کننده به نام Hypervisor نیاز دارد که نسخه‌های مجازی سخت‌ افزار داخلی را ایجاد می‌کند. این امر باعث می‌شود که منابع سخت‌ افزاری ماشین فیزیکی بین سیستم‌ عامل‌ها و برنامه‌های کاربردی به اشتراک گذاشته شود و به طور کارآمدتری مورد استفاده قرار گیرد.

در  رایانش ابری، مجازی‌ سازی سخت‌ افزار اغلب با زیر ساخت به‌ عنوان یک سرویس ( IaaS )، یک مدل تحویل که منابع سخت‌ افزاری را از طریق اینترنت پر سرعت فراهم می‌کند، مرتبط است. یک ارائه‌ دهنده خدمات ابری ( CSP )، مانند سرویس‌ های وب آمازون یا مایکروسافت آژور، میزبان همه اجزای سخت‌ افزاری است که به طور سنتی در یک مرکز داده در محل وجود دارد، از جمله سرورها، ذخیره‌ سازی و سخت‌ افزار شبکه و همچنین نرم‌ افزاری که مجازی‌ سازی را ممکن می‌سازد. این باعث می‌شود IaaS و CSP ها از ارائه‌ دهنده سخت‌ افزار به‌ عنوان سرویس ( HaaS ) که فقط سخت‌ افزار را میزبانی می‌کند، اما نه نرم‌ افزار را متفاوت باشد. به طور معمول، یک ارائه‌ دهنده IaaS مجموعه‌ای از خدمات را برای همراهی اجزای زیرساخت ارائه می‌کند، مانند موارد زیر:

• صورتحساب
• نظارت
• دسترسی به گزارش
• امنیت
• متعادل سازی بار
• خوشه بندی

برخی از CSPها همچنین خدمات انعطاف پذیری ذخیره سازی، مانند پشتیبان گیری خودکار، تکرار و بازیابی را ارائه می دهند.

سخت افزار به عنوان یک سرویس (سرور) چیست؟

در حالی که برای افراد یا مشاغل معمول است که سخت افزار رایانه را خریداری کنند و سپس به طور دوره ای آن را جایگزین یا ارتقا دهند، آنها همچنین می توانند سخت افزار فیزیکی و مجازی را از یک ارائه دهنده خدمات اجاره کنند.  سپس ارائه‌ دهنده مسئول به‌روز نگه‌ داشتن سخت‌ افزار، از جمله اجزای مختلف فیزیکی آن و نرم‌ افزارهای در حال اجرا بر روی آن می‌ شود. این به عنوان مدل HaaS شناخته می‌شود .

بزرگ‌ ترین مزیت HaaS این است که هزینه‌ های خرید و نگهداری سخت‌ افزار را کاهش می‌ دهد و سازمان‌ ها را قادر می‌سازد از بودجه هزینه سرمایه‌ای به بودجه هزینه‌های عملیاتی کم‌ هزینه‌تر تغییر کنند. همچنین، از آنجایی که بیشتر پیشنهادات HaaS مبتنی بر یک مدل پرداخت به‌ موقع است، کنترل هزینه‌ ها را برای سازمان‌ ها آسان‌ تر می‌کند، در حالی که همچنان به سخت‌ افزار مورد نیاز برای تداوم عملیاتی و تجاری خود دسترسی دارند.

در HaaS، اجزای فیزیکی که متعلق به یک ارائه دهنده خدمات مدیریت شده ( MSP ) هستند در سایت مشتری نصب می شوند. یک قرارداد سطح خدمات ( SLA ) مسئولیت های هر دو طرف را مشخص می کند. مشتری ممکن است برای استفاده از سخت افزار MSP هزینه ماهانه بپردازد، یا برای استفاده از آن ممکن است در ساختار هزینه MSP برای نصب، نظارت و نگهداری سخت افزار گنجانده شود. در هر صورت، اگر سخت افزار خراب شود یا قدیمی شود، MSP مسئول تعمیر یا تعویض آن است.

بسته به شرایط SLA، از کار انداختن سخت افزار ممکن است شامل پاک کردن داده های اختصاصی، از بین بردن فیزیکی هارد دیسک ها و تأیید اینکه تجهیزات قدیمی به طور قانونی بازیافت شده اند باشد.