مطالعات راسانه ای
مطالعات رسانهای
مطالعات رسانهای نام حوزهای از علوم ارتباطات است که به مطالعه رسانههای جمعی و آثار آنها بر افراد و جوامع میپردازد. از پیشگامان این حوزه مارشال مکلوهان و استوارت هال هستند. در ایران مطالعات رسانهای به عنوان زیر مجموعهای از علوم ارتباطات در دانشگاه تهران تدریس میشود.
ارتباطات رشتهای دانشگاهی است که به بررسی پدیدهٔ ارتباط میپردازد. ارتباط فرایند تبادل دادههاست که معمولاً از رهگذر سامانهای از نمادهای مشترک انجام میگیرد. ارتباطات امروزه دارای دو حوزه کلی است، یکی ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای علوم انسانی که شامل زیرشاخههایی از جمله مطالعات ارتباطی و روزنامهنگاری و روابط عمومی است، و دیگری ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای فناوری که مخابرات از زیرشاخههای آن بشمار میآید.
ارتباطات علم برقراری ارتباط است و دارای شاخههای گوناگون از جمله ارتباطات انسانی و ارتباطات همگانی است. ارتباط به معنای ایجاد رابطه تعامل و گفتگو است. در حال حاضر ارتباطات جزو مهمترین و مورد علاقهترین علوم است.
رشته دانشگاهی
ارتباطات رشتهای دانشگاهی است که به بررسی پدیدهٔ ارتباط میپردازد. ارتباط فرایند تبادل دادههاست که معمولاً از رهگذر سامانهای از نمادهای مشترک انجام میگیرد. ارتباطات امروزه دارای دو حوزه کلی است، یکی ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای علومانسانی که به ارتباطات اجتماعی معروف است و در ایران شامل زیرشاخههایی از جمله تحقیق در ارتباطی جمعی، مدیریت رسانه، روزنامهنگاری، روابط عمومی، مدیریت رسانه خبرگزاریها، تبلیغات بازرگانی و خود ارتباطات اجتماعی است و دیگری ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای فناوری ارتباطات و اطلاعات است که IT و ICT و مدیریت IT در ایران از زیرشاخههای آن بشمار میآید.
ارتباطات در ارتباطات اجتماعی بر اساس سیستم اجتماعی مورد نظر تعریف میشود بطور مثال در ارتباطات انسانی «تفهیم و تفاهم و تسهیم معنی» (علی اکبر فرهنگی) قابل کاربرد است ولی در رسانهها از تعریف محسنیان راد استفاده میشود که میگوید «فراگرد انتقال پیام از گیرنده به فرستنده مشروط بر اینکه مفهوم متجلی شده در گیرنده شبیه معنی مورد نظر فرستنده باشد» البته برای موارد دیگر مانند موسیقی باید از تعاریف دیگری در ارتباطات استفاده کرد.
تعریف ارتباطات در علوم پایه از مدل شنن و ویور استفاده میکند و در آن انتقال سیگنال و اطلاعات از مهمترین ارکان بشمار میآید.
رشته ارتباطات دارای گستره وسیعی است. نخستین کالج هایی که به آموزش علوم ارتباطات می پرداختند، مدارس روزنامه نگاری بودند. تا مدتها میان متخصصین روزنامه نگاری و اندیشمندان رشته تازه ایجاد شده ارتباطات بر سر موضوع علم ارتباطات جدل وجود داشت.این موضوع کماکان به صورت کامل حل نشده است. از چالشهای دیگر ارتباطات نسبت آن با حوزههای مثل جامعه شناسی، نقد ادبی، مطالعات فرهنگی، مطاعات فیلم و سینما و... است. واقعیت آن است که ارتباطات ماهیتی میان رشته ایی داشته و در ارتباطات با حوزههای متعدد علوم انسانی قرار دارد.
به طور کلی میتوان گفت از نسبت میان علوم ارتباطات با سیاست، گرایشی تحت عنوان ارتباطات سیاسی از نسبت میان ارتباطات و توسعه گرایشی تحت عنوان ارتباطات و توسعه و از نسبت میان مدیریت و ارتباطات رشته روابط عمومی شکل گرفته است. رشته روزنامه نگاری نیز که بنیان اولیه این رشته محسوب می گردد. تحولات بوجود آمده در حوزه ارتباطات راه دور اینترنت و شبکه نیز موضوع و گرایش مهم دیگری در مطالعات ارتباطات است. مطالعه رسانهها با رویکرد نقد فرهنگی از حوزههای دیگر این رشته است...
رایانه
رایانه یا کامپیوتر (به انگلیسی: computer) ماشینی است که از آن برای پردازش اطلاعات استفاده میشود.
نام
در زبان انگلیسی «کامپیوتر» به دستگاه خودکاری میگفتند که محاسبات ریاضی را انجام میداد. بر پایهٔ «واژهنامه ریشهیابی Barnhart Concise» واژهٔ کامپیوتر در سال ۱۶۴۶ به زبان انگلیسی وارد گردید که به معنی «شخصی که محاسبه میکند» بودهاست و سپس از سال ۱۸۹۷ به ماشینهای محاسبه مکانیکی گفته میشد. در هنگام جنگ جهانی دوم «کامپیوتر» به زنان نظامی انگلیسی و آمریکایی که کارشان محاسبه مسیرهای شلیک توپهای بزرگ جنگی به وسیله ابزار مشابهی بود، اشاره میکرد.
البته در اوایل دهه ۵۰ میلادی هنوز اصطلاح ماشین حساب (computing machines) برای معرفی این ماشینها بهکار میرفت. پس از آن عبارت کوتاهتر کامپیوتر (computer) بهجای آن بهکار گرفته شد. ورود این ماشین به ایران در اوائل دهه ۱۳۴۰ بود و در فارسی از آن زمان به آن «کامپیوتر» میگفتند. واژه رایانه در دو دهه اخیر در فارسی رایج شده است.
برابر این واژه در زبانهای دیگر حتماً همان واژه زبان انگلیسی نیست. در زبان فرانسوی واژه "ordinateur"، که به معنی «سازمانده» یا «ماشین مرتبساز» است، بهکار میرود. در اسپانیایی "ordenador" با معنایی مشابه استفاده میشود، همچنین در دیگر کشورهای اسپانیایی زبان computadora بصورت انگلیسیمآبانهای ادا میشود. در پرتغالی واژه computador بهکار میرود که از واژه computar گرفته شده و به معنای «محاسبه کردن» میباشد. در ایتالیایی واژه "calcolatore" که معنای ماشین حساب بکار میرود که بیشتر روی ویژگی حسابگری منطقی آن تاکید دارد. در سوئدی رایانه "dator" خوانده میشود که از "data" (دادهها) برگرفته شدهاست. به فنلاندی "tietokone" خوانده میشود که به معنی «ماشین اطلاعات» میباشد. اما در زبان ایسلندی توصیف شاعرانهتری بکار میرود، «tölva» که واژهایست مرکب و به معنای «زن پیشگوی شمارشگر» میباشد. در چینی رایانه «dian nao» یا «مغز برقی» خوانده میشود. در انگلیسی واژهها و تعابیر گوناگونی استفاده میشود، بهعنوان مثال دستگاه دادهپرداز («data processing machine»).
معنای واژهٔ فارسی رایانه
واژهٔ رایانه از مصدر رایانیدن ساخته شده که در فارسی میانه به شکلِ rāyēnīdan و به معنای «سنجیدن، سبک و سنگین کردن، مقایسه کردن» یا «مرتّب کردن، نظم بخشیدن و سامان دادن» بودهاست. این مصدر در زبان فارسی میانه یا همان پهلوی کاربرد فراوانی داشته و مشتقهای زیادی نیز از آن گرفته شده بوده. برایِ مصدر رایانیدن/ رایاندن در فرهنگ واژهً دهخدا چنین آمده:
رایاندن
[ دَ ] (مص) رهنمائی نمودن به بیرون. هدایت کردن. (ناظم الاطباء).
شکلِ فارسی میانهٔ این واژه rāyēnīdan بوده و اگر میخواسته به فارسی نو برسد به شکل رایانیدن/ رایاندن درمیآمده. (بسنجید با واژهیِ فارسیِ میانهیِ āgāhēnīdan که در فارسیِ نو آگاهانیدن/ آگاهاندن شدهاست).
این واژه از ریشهیِ فرضیِ ایرانیِ باستانِ –radz* است که به معنایِ «مرتّب کردن» بوده. این ریشه بهصورتِ –rad به فارسیِ باستان رسیده و به شکلِ rāy در فارسیِ میانه (پهلوی) بهکار رفته. از این ریشه ستاکهایِ حالِ و واژههایِ زیر در فارسیِ میانه و نو بهکار رفتهاند:
-ā-rādz-a*یِ ایرانیِ باستان> -ā-rāy ِ فارسی میانه که در واژهیِ آرایشِ فارسیِ نو دیده میشود.
-pati-rādz-a*یِ ایرانیِ باستان> -pē-rāy ِ فارسی میانه که در واژهیِ پیرایشِ فارسیِ نو دیده میشود؛ و
-rādz-ta*یِ ایرانیِ باستان> rāst ِ فارسی میانه که در واژهیِ راستِ فارسیِ نو دیده میشود.
این ریشهیِ ایرانی از ریشهیِ هندواروپاییِ -reĝ* به معنایِ «مرتّب کردن و نظم دادن» آمدهاست. از این ریشه در
هندی rāj-a به معنیِ «هدایتکننده، شاه» (یعنی کسی که نظم میدهد)؛
لاتینی rect-us به معنیِ «راست، مستقیم»،
فرانسه di-rect به معنیِ «راست، مستقیم»،
آلمانی richt به معنیِ «راست، مستقیم کردن» و
انگلیسی right به معنیِ «راست، مستقیم، درست»
برجای ماندهاست.
در فارسیِ نو پسوندِ -ـه (= /e/ در فارسی رسمی ایران و /a/ در فارسی رسمی افغانستان و تاجیکستان) را به ستاکِ حالِ فعلها میچسبانند تا نامِ ابزارِ آن فعلها بهدست آید (البته با این فرمول مشتقهای دیگری نیز ساخته میشود، امّا در اینجا تنها نامِ ابزار مدِّ نظر است)؛ برای نمونه از
مالـ- (یعنی ستاکِ حالِ مالیدن) + -ـه، ماله «ابزار مالیدنِ سیمان و گچِ خیس»
گیر- (یعنی ستاکِ حالِ گرفتن) + -ـه، گیره «ابزار گرفتن»
پوشـ- (یعنی ستاکِ حالِ پوشیدن) + -ـه، پوشه «ابزار پوشیدن» (خود را جایِ کاغذهایی بگذارید که پوشه را میپوشند!)
رسانـ- (یعنی ستاکِ حالِ رساندن) + -ـه، رسانه «ابزار رساندنِ اطّلاعات و برنامههایِ دیداری و شنیداری»
حاصل میگردد.
در فارسیِ نو پسوندِ -ـه (= e- یا همان a-) را به ستاکِ حالِ "رایانیدن" یعنی رایانـ- چسباندهاند تا نامِ ابزارِ این فعل ساخته شود؛ یعنی "رایانه" به معنایِ «ابزارِ نظم بخشیدن و سازماندهی (ِ دادهها)» است.
سازندگان این واژه به واژهیِ فرانسویِ این مفهوم، یعنی ordinateurتوجّه داشتهاند که در فرانسه از مصدرِ ordre«ترتیب و نظم دادن و سازمان بخشیدن» ساخته شده. به هرحال، معنادهیِ واژهیِ رایانه برایِ این دستگاه جامعتر و رساتر از کامپیوتر است. یادآور میشود که computerبه معنایِ «حسابگر» یا «مقایسهگر» است، حال آنکه کارِ این دستگاه براستی فراتر از "حساب کردن" است.
تاریخچه
در گذشته دستگاههای مختلف مکانیکی سادهای مثل خطکش محاسبه و چرتکه نیز رایانه خوانده میشدند. در برخی موارد از آنها بهعنوان رایانه قیاسی نام برده میشود. البته لازم به ذکر است که کاربرد واژهٔ رایانه آنالوگ در علوم مختلف بیش از این است که به چرتکه و خطکش محاسبه محدود شود. به طور مثال در علوم الکترونیک، مخابرات و کنترل روشی برای محاسبه مشتق و انتگرال توابع ریاضی و معادلات دیفرانسیل توسط تقویت کنندههای عملیاتی، مقاومت، سلف و خازن متداول است که به مجموعهٔ سیستم مداری «رایانهٔ قیاسی» (آنالوگ) گفته میشود. چرا که برخلاف رایانههای رقمی، اعداد را نه بهصورت اعداد در پایه دو بلکه بهصورت کمیتهای فیزیکی متناظر با آن اعداد نمایش میدهند. چیزی که امروزه از آن بهعنوان «رایانه» یاد میشود در گذشته به عنوان «رایانه رقمی (دیجیتال)» یاد میشد تا آنها را از انواع «رایانه قیاسی» جدا سازند.
به تصریح دانشنامه انگلیسی ویکیپدیا، بدیعالزمان ابوالعز بن اسماعیل بن رزاز جَزَری (درگذشتهٔ ۶۰۲ ق.) یکی از نخستین ماشینهای اتوماتا را که جد رایانههای امروزین است، ساخته بودهاست. این مهندس مکانیک مسلمان از دیاربکر در شرق آناتولی بودهاست. رایانه یکی از دو چیز برجستهای است که بشر در سدهٔ بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ۱۶۴۲ ساخت اولین تلاش در راه ساخت دستگاههای 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 میتوانست همه اعدادشش رقمی را با هم جمع و تفریق کند.
لایبنیتز ریاضیدان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ۱۶۷۱ دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ۱۹۶۴ به درازا کشید. همزمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ۱۶۷۳ دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب میکرد.
در سدهٔ هجدهم میلادی هم تلاشهای فراوانی برای ساخت دستگاههای محاسب خودکار انجام شد که بیشترشان نافرجام بود. سرانجام در سال ۱۸۷۵ میلادی استیفن بالدوین نخستین دستگاه محاسب را که هر چهار عمل اصلی را انجام میداد، به نام خود ثبت کرد.
از جمله تلاشهای نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به چارلز ببیج ریاضیدان انگلیسی است. وی در آغاز این سده در سال ۱۸۱۰ در اندیشهٔ 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 نیمهکاره رها کرد تا ساخت دستگاهی دیگر که خود آن را دستگاه تحلیلی مینامید آغاز کند. او میخواست دستگاهی برنامهپذیر بسازد که همه عملیاتی را که میخواستند دستگاه برروی عددها انجام دهد، قبلا برنامهشان به دستگاه داده شده باشد. قرار بود عددها و درخواست عملیات برروی آنها به یاری کارتهای سوراخدار وارد شوند. بابیچ در سال ۱۸۷۱ مرد و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید.
کارهای بابیچ به فراموشی سپرده شد تا این که در سال ۱۹۴۳ و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاریشدهٔ آلمانیها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت آیبیام و دانشگاه هاروارد به عهده گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی به نام ASCC در سال ۱۹۴۴ انجامید. این دستگاه پنج تنی که ۱۵ متر درازا و ۲٫۵ متر بلندی داشت، میتوانست تا ۷۲ عدد ۲۴ رقمی را در خود نگاه دارد و با آنها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخدار برنامهریزی میشد و همهٔ بخشهای آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود.
تعریف داده و اطلاعات
داده به آن دسته از ورودیهایی خام گفته میشود که برای پردازش به رایانه ارسال میشوند.
اطّلاعات به دادههای پردازش شده میگویند.
رایانهها چگونه کار میکنند؟
از زمان رایانههای اولیه که در سال ۱۹۴۱ ساخته شده بودند تا کنون فناوریهای دیجیتالی رشد نمودهاست، معماری فون نوِیمن یک رایانه را به چهار بخش اصلی توصیف میکند: واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit یا ALU)، واحد کنترل یا حافظه، و ابزارهای ورودی و خروجی (که جمعا I/O نامیده میشود). این بخشها توسط اتصالات داخلی سیمی به نام گذرگاه (bus) با یکدیگر در پیوند هستند.
حافظه
در این سامانه، حافظه بصورت متوالی شماره گذاری شده در خانهها است، هرکدام محتوی بخش کوچکی از دادهها میباشند. دادهها ممکن است دستورالعملهایی باشند که به رایانه میگویند که چه کاری را انجام دهد باشد. خانه ممکن است حاوی اطلاعات مورد نیاز یک دستورالعمل باشد. اندازه هر خانه، وتعداد خانهها، در رایانهٔ مختلف متفاوت است، همچنین فناوریهای بکاررفته برای اجرای حافظه نیز از رایانهای به رایانه دیگر در تغییر است (از بازپخشکنندههای الکترومکانیکی تا تیوپها و فنرهای پر شده از جیوه و یا ماتریسهای ثابت مغناطیسی و در آخر ترانزیستورهای واقعی و مدار مجتمعها با میلیونها فیوز نیمه هادی یا MOSFETهایی با عملکردی شبیه ظرفیت خازنی 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 میدهد. این واحد جائیست که «کار واقعی» در آن صورت میپذیرد.
البته CPUها به دو دسته کلی RISC و CISC تقسیم بندی میشوند. نوع اول پردازشگرهای مبتنی بر اعمال ساده هستند و نوع دوم پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده میباشند. پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده در واحد محاسبه و منطق خود دارای اعمال و دستوراتی بسیار فراتر از چهار عمل اصلی یا منطقی میباشند. تنوع دستورات این دسته از پردازندهها تا حدی است که توضیحات آنها خود میتواند یک کتاب با قطر متوسط ایجاد کند. پردازندههای مبتنی بر اعمال ساده اعمال بسیار کمی را پوشش میدهند و در حقیقت برای برنامهنویسی برای این پردازندهها بار نسبتاً سنگینی بر دوش برنامهنویس است. این پردازندهها تنها حاوی ۴ عمل اصلی و اعمال منطقی ریاضی و مقایسهای به علاوه چند دستور بیاهمیت دیگر میباشند. هرچند ذکر این نکته ضروری است که دستورات پیچیده نیز از ترکیب تعدادی دستور ساده تشکیل شدهاند و برای پیادهسازی این دستورات در معماریهای مختلف از پیادهسازی سختافزاری (معماری CISC) و پیادهسازی نرمافزاری (معماری RISC) استفاده میشود.
(قابل ذکر است پردازندههای اینتل از نوع پردازنده مبتنی بر اعمال پیچیده میباشند.)
واحد کنترل همچنین این مطلب را که کدامین بایت از حافظه حاوی دستورالعمل فعلی اجرا شوندهاست را تعقیب میکند، سپس به واحد محاسبه و منطق اعلام میکند 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 میکند (که معمولاً در خانه حافظه بعدی قرار دارد، مگر اینکه دستورالعمل جهش دستورالعمل بعدی باشد که به رایانه اعلام میکند دستورالعمل بعدی در خانه دیگر قرار گرفتهاست).
ورودی/خروجی
بخش ورودی/خروجی (I/O) این امکان را به رایانه میدهد تا اطلاعات را از جهان بیرون تهیه و نتایج آنها را به همان جا برگرداند. محدوده فوق العاده وسیعی از دستگاههای ورودی/خروجی وجود دارد، از خانواده آشنای صفحهکلیدها، نمایشگرها، نَرمدیسک گرفته تا دستگاههای کمی غریب مانند رایابینها (webcams). (از سایر ورودی/خروجیها میتوان موشواره mouse، قلم نوری، چاپگرها (printer)، اسکنرها، انواع لوحهای فشرده(CD, DVD) را نام برد).
چیزی که تمامی دستگاههای عمومی در آن اشتراک دارند این است که آنها رمزکننده اطلاعات از نوعی به نوع دیگر که بتواند مورد استفاده سیستمهای رایانه دیجیتالی قرار گیرد، هستند. از سوی دیگر، دستگاههای خروجی آن اطلاعات به رمز شده را رمزگشایی میکنند تا کاربران آنها را دریافت نمایند. از این رو یک سیستم رایانه دیجیتالی یک نمونه از یک سامانه دادهپردازی میباشد.
دستورالعملها
هر رایانه تنها دارای یک مجموعه کم تعداد از دستورالعملهای ساده و تعریف شده میباشد. از انواع پرکاربردشان میتوان به دستورالعمل «محتوای خانه ۱۲۳ را در خانه ۴۵۶ کپی کن!»، «محتوای خانه ۶۶۶ را با محتوای خانه ۰۴۲ جمع کن، نتایج را در خانه ۰۱۳ کن!»، «اگر محتوای خانه ۹۹۹ برابر با صفر است، به دستورالعمل واقع در خانه ۳۴۵ رجوع کن!».
دستورالعملها در داخل رایانه بصورت اعداد مشخص شدهاند - مثلاً کد دستور العمل (copy instruction) برابر ۰۰۱ میتواند باشد. مجموعه معین دستورالعملهای تعریف شده که توسط یک رایانه ویژه پشتیبانی میشود را زبان ماشین مینامند. در واقعیت، اشخاص معمولاً به زبان ماشین دستورالعمل نمینویسند بلکه بیشتر به نوعی از انواع سطح بالای زبانهای برنامهنویسی، برنامهنویسی میکنند تا سپس توسط برنامه ویژهای (تفسیرگرها (interpreters) یا همگردانها (compilers) به دستورالعمل ویژه ماشین تبدیل گردد. برخی زبانهای برنامهنویسی از نوع بسیار شبیه و نزدیک به زبان ماشین که اسمبلر (یک زبان سطح پایین) نامیده میشود، استفاده میکنند؛ همچنین زبانهای سطح بالای دیگری نیز مانند پرولوگ نیز از یک زبان انتزاعی و چکیده که با زبان ماشین تفاوت دارد بجای دستورالعملهای ویژه ماشین استفاده میکنند.
معماریها
در رایانههای معاصر واحد محاسبه و منطق را به همراه واحد کنترل در یک مدار مجتمع که واحد پردازشی مرکزی (CPU) نامیده میشود، جمع نمودهاند. عموما، حافظه رایانه روی یک مدار مجتمع کوچک نزدیک CPU قرار گرفته. اکثریت قاطع بخشهای رایانه تشکیل شدهاند از سامانههای فرعی (به عنوان نمونه، منبع تغذیه رایانه) و یا دستگاههای ورودی/خروجی.
برخی رایانههای بزرگتر چندین CPU و واحد کنترل دارند که بصورت همزمان با یکدیگر درحال کارند. اینگونه رایانهها بیشتر برای کاربردهای پژوهشی و محاسبات علمی بکار میروند.
کارایی رایانهها بنا به تئوری کاملاً درست است. رایانه دادهها و دستورالعملها را از حافظهاش واکشی (fetch) میکند. دستورالعملها اجرا میشوند، نتایج ذخیره میشوند، دستورالعمل بعدی واکشی میشود. این رویه تا زمانی که رایانه خاموش شود ادامه پیدا میکند. واحد پردازنده مرکزی در رایانههای شخصی امروزی مانند پردازندههای شرکت ای-ام-دی و شرکت اینتل از معماری موسوم به خط لوله استفاده میشود 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 میکند. همچنین این رایانهها از سطوح مختلف حافظه نهانگاهی استفاده میکنند که در زمان دسترسی به حافظه اصلی صرفهجویی کنند.
برنامهها
برنامه رایانهای فهرستهای بزرگی از دستورالعملها (احتمالاً به همراه جدولهائی از داده) برای اجرا روی رایانه هستند. خیلی از رایانهها حاوی میلیونها دستورالعمل هستند، و بسیاری از این دستورها به تکرار اجرا میشوند. یک رایانه شخصی نوین نوعی (درسال ۲۰۰۳) میتواند در ثانیه میان ۲ تا ۳ میلیارد دستورالعمل را پیاده نماید. رایانهها این مقدار محاسبه را صرف انجام دستورالعملهای پیچیده نمیکنند. بیشتر میلیونها دستورالعمل ساده را که توسط اشخاص باهوشی «برنامه نویسان» در کنار یکدیگر چیده شدهاند را اجرا میکنند. برنامهنویسان خوب مجموعههایی از دستورالعملها را توسعه میدهند تا یکسری از وظایف عمومی را انجام دهند (برای نمونه، رسم یک نقطه روی صفحه) و سپس آن مجموعه دستورالعملها را برای دیگر برنامهنویسان در دسترس قرار میدهند. (اگر مایلید «یک برنامهنویس خوب» باشید به این مطلب مراجعه نمایید.)
رایانههای امروزه، قادرند چندین برنامه را در آن واحد اجرا نمایند. از این قابلیت به عنوان چندکارگی (multitasking) نام برده میشود. در واقع، CPU یک رشته دستورالعملها را از یک برنامه اجرا میکند، سپس پس از یک مقطع ویژه زمانی دستورالعملهایی از یک برنامه دیگر را اجرا میکند. این فاصله زمانی اکثرا بهعنوان یک برش زمانی (time slice) نام برده میشود. این ویژگی که CPU زمان اجرا را بین برنامهها تقسیم میکند، این توهم را بوجود میآورد که رایانه همزمان مشغول اجرای چند برنامهاست. این شبیه به چگونگی نمایش فریمهای یک فیلم است، که فریمها با سرعت بالا در حال حرکت هستند و به نظر میرسد که صفحه ثابتی تصاویر را نمایش میدهد. سیستمعامل همان برنامهای است که این اشتراک زمانی را بین برنامههای دیگر تعیین میکند.
سیستمعامل
کامپیوتر همیشه نیاز دارد تا برای بکار انداختنش حداقل یک برنامه روی آن در حال اجرا باشد. تحت عملکردهای عادی این برنامه همان سیستمعامل یا OS که مخفف واژههای Operating System است. سیستم یا سامانه عامل بر اساس پیشفرضها تصمیم میگیرد که کدام برنامه برای انجام چه وظیفهای اجرا شود، چه زمان، از کدام منابع (مثل حافظه، ورودی/خروجی و...) استفاده شود. همچنین سیستمعامل یک لایه انتزاعی بین سختافزار و برنامههای دیگر که میخواهند از سختافزار استفاده کنند، میباشد، که این امکان را به برنامه نویسان میدهد تا بدون اینکه جزئیات ریز هر قطعه الکترونیکی از سختافزار را بدانند بتوانند برای آن قطعه برنامهنویسی نمایند. در گذشته یک اصطلاح متداول بود که گفته میشد با تمام این وجود کامپیوترها نمیتوانند برخی از مسائل را حل کنند که به این مسائل حل نشدنی گفته میشود مانند مسائلی که در مسیر حلشان در حلقه بینهایت میافتند. به همین دلیل نیاز است که با کمک روشهای خاص بطور مثال به چند بخش تقسیم نمودن مساله یا روشهای متداول دیگر از رخ دادن این خطا تا حد امکان جلوگیری نمود. از جمله سیستم عاملهای امروزی میتوان به مایروسافت ویندوز، مکینتاش اپل و لینوکس و بی اس دی اشاره کرد.
کاربردهای رایانه
نخستین رایانههای رقمی، با قیمتهای زیاد و حجم بزرگشان، در اصل محاسبات علمی را انجام میدادند، انیاک یک رایانهٔ قدیمی ایالات متحده اصولاً طراحی شده تا محاسبات پرتابهای توپخانه و محاسبات مربوط به جدول چگالی نوترونی را انجام دهد. (این محاسبات بین دسامبر ۱۹۴۱ تا ژانویه ۱۹۴۶ روی حجمی بالغ بر یک میلیون کارت پانچ انجام پذیرفت! که این خود طراحی و سپس تصمیم نادرست بکارگرفته شده را نشان میدهد) بسیاری از ابررایانههای امروزی صرفاً برای کارهای ویژهٔ محاسبات جنگافزار هستهای استفاده میگردد.
CSIR Mk I نیز که نخستین رایانه استرالیایی بود برای ارزیابی میزان بارندگی در کوههای اسنوئی (Snowy)این کشور بکاررفت، این محاسبات در چارچوب یک پروژه عظیم تولید برقابی انجام گرفت.
برخی رایانهها نیز برای انجام رمزگشایی بکارگرفته میشد، برای مثال Colossus که در جریان جنگ جهانی دوم ساخته شد، جزو اولین کامپیوترهای برنامهپذیر بود (البته ماشین تورینگ کامل نبود). هرچند رایانههای بعدی میتوانستند برنامهریزی شوند تا شطرنج بازی کنند یا تصویر نمایش دهند و سایر کاربردها را نشان دهد.
سیاستمداران و شرکتهای بزرگ نیز رایانههای اولیه را برای خودکارسازی بسیاری از مجموعههای داده و پردازش کارهایی که قبلا توسط انسانها انجام میگرفت، بکار بستند - برای مثال، نگهداری و بروزرسانی حسابها و داراییها. در موسسات پژوهشی نیز دانشمندان رشتههای مختلف شروع به استفاده از رایانه برای مقاصدشان نمودند.
کاهش پیوسته قیمتهای رایانه باعث شد تا سازمانهای کوچکتر نیز بتوانند آنها را در اختیار بگیرند. بازرگانان، سازمانها، و سیاستمداران اغلب تعداد زیادی از کامپیوترهای کوچک را برای تکمیل وظایفی که قبلا برای تکمیلشان نیاز به رایانه بزرگ (mainframe) گرانقیمت و بزرگ بود، به کار بگیرند. مجموعههایی از رایانههای کوچکتر در یک محل اغلب بهعنوان خادم سر (server farm) نام برده میشود.
با اختراع ریزپردازندهها در دههٔ ۱۹۷۰ این امکان که بتوان رایانههایی بسیار ارزان قیمت را تولید نمود بوجود آمد. رایانههای شخصی برای انجام وظایف بسیاری محبوب گشتند، از جمله کتابداری، نوشتن و چاپ مستندات. محاسبات پیش بینیها و کارهای تکراری ریاضی توسط صفحات گسترده (spreadsheet)، ارتباطات توسط پست الکترونیک، و اینترنت. حضور گسترده رایانهها و سفارشی کردن آسانشان باعث شد تا در امورات بسیار دیگری بکارگرفته شوند.
در همان زمان، رایانههای کوچک، که معمولاً با یک برنامه ثابت ارائه میشدند، راهشان را بسوی کاربردهای دیگری باز مینمودند، کاربردهایی چون لوازم خانگی، خودروها، هواپیماها، و ابزار صنعتی. این پردازشگرهای جاسازی شده کنترل رفتارهای آن لوازم را سادهتر کردند، همچنین امکان انجام رفتارهای پیچیده را نیز فراهم نمودند (برای نمونه، ترمزهای ضدقفل در خودروه). با شروع قرن بیست و یکم، اغلب دستگاههای الکتریکی، اغلب حالتهای انتقال نیرو، اغلب خطوط تولید کارخانهها توسط رایانهها کنترل میشوند. اکثر مهندسان پیش بینی میکنند که این روند همچنان به پیش برود... یکی از کارهایی که میتوان بهوسیله رایانه انجام داد برنامه گیرنده ماهوارهاست.
نیز تنها ۴۹۵ دلار قیمت داشت! قیمت آن کامپیوتر نیز ۳٬۰۰۵ دلار بود و IBM در آن زمان توانست ۶۷۱٬۵۳۷ دستگاه از آن را بفروشد.
انواع رایانه
رایانههای توکار (جاسازی شده)
رایانههایی هم وجود دارند که تنها برای کاربردهایی ویژه طراحی میشوند. در ۲۰ سال گذشته، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونههای قابل ذکر آن میتوان جعبههای بازیهای ویدئویی را که بعدها در دستگاههای دیگری از جمله تلفن همراه، دوربینهای 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 ساختهاند، گسترش یافت، را نام برد (اغلب این لوازم برنامههایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشههایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند، نگاشته شدهاند). این رایانهها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شدهاند «ریزکنترلگرها» یا رایانههای توکار" (Embedded Computers) نامیده میشوند. بنا بر این تعریف این رایانهها به عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطّلاعات طراحی گردیده محدودیتهایی دارد. بیشتر میتوان آنها را به ماشینهایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگتر به عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاههای تلفن، ماکروفرها و یا هواپیما که این رایانهها بدون تغییری فیزیکی به دست کاربر میتوانند برای هدفهای گونهگونی به کارگرفته شوند.
رایانههای شخصی
اشخاصی که با انواع دیگری از رایانهها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی استفاده میکنند که رایانه شخصی (PC) نامیده میشوند. رایانهای است که از اجزای الکترونیکی میکرو (ریز) تشکیل شده که جزو کوچکترین و ارزانترین رایانهها به شمار میروند و کاربردهای خانگی و اداری دارند. شرکت آیبیام رایانه شخصی را در سال ۱۹۸۱ میلادی به جهان معرفی کرد.
نخستین رایانه آیبیام از برخی از ماشین حسابهای امروزی نیز ضعیفتر است ولی در آن زمان شگفت انگیز بود. رایانه شخصی سی سال پیش دارای حافظه ROM با ظرفیت 40K و حافظه RAM با ظرفیت 64K بود. البته کاربر میتوانست حافظه RAM را تا 256K افزایش دهد. قیمت هر ماژول 64K حافظه والانیوز
سرمایهگذاری
صنعت رایانه همواره صنعتی رو به رشد بوده است چه در حوزهٔ سختافزار چه در حوزهٔ نرمافزار، این صنعت پیوسته مورد توجه سرمایه گذاران بوده است و سرمایهها را به خود جذب کرده است. آیندهٔ روشن این فناوری همواره سرمایه داران را ترغیب میکند تا روی این صنعت سرمایهگذاری کنند.
علوم رایانه
علوم رایانه یا علوم کامپیوتر (به انگلیسی: Computer Science) به مجموعهٔ فنون و رشتههایی گفته میشود که به زیربناهای نظری، روشهای طرّاحی و ساخت و چگونگی استفاده از رایانه میپردازند. بنا به نظر پیتر جی. دنینگ، پرسش اساسی در علوم رایانه این است که: " چه چیزی میتواند (به نحوی کارآمد) خودکار انجام شود؟ "
عموماً مردم عامی، بین علوم رایانه و سایر امور مرتبط با رایانه که اغلب مایهای برای کسب درآمد هستند، تمایزی قایل نمیشوند و یا فکر میکنند علوم رایانه با تجربیّات روزمرهٔ آنها در کار با رایانه، مانند گشتزنی در اینترنت، انجام بازیهای رایانهای و مانند اینها، تفاوتی ندارد. حال آنکه علوم رایانه بیشتر به فهم و بررسی خصوصیاتی میپردازد که برنامهها بر پایه آنها ساخته شدهاند. و بر مبنای این فهم و درک، به ایجاد برنامههای جدید و یا بهبودی برنامههای پیشین میپردازند.
پیشینه
اگرچه آغاز ساخت رایانههای رقمی الکترونیک را میشود از اواخر دههٔ ۱۹۳۰ میلادی دانست، ریشهها، مبادی و سرچشمههای دانش رایانه را باید در روشهای محاسباتی کهن با تاریخ و سوابق هزاران ساله نشان گرفت. در بسیاری از روشهای محاسباتی بابلیان الگوریتمهایی به کار میرفتهاند که هماکنون نیز رایجاند. کتاب الجبر و مقابله خوارزمی پر از روشهای محاسباتی الگوریتمی است و بیدلیل نیست که نام الگوریتم از نام خوارزمی گرفته شدهاست. کارهایی غیر از محاسبات ریاضی استفاده کرد علم رایانه به تمام کارهای محاسباتی گسترش یافت. برای اولین بار در سال ۱۹۶۰ علوم رایانه بصورت یک رشتهٔ تحصیلی مستقل بوجود آمد و آن را با مدارک معتبر در دانشگاهها ارائه نمودند. از زمانی که رایانهها در دسترس عموم قرار گرفتند، برنامههای کاربردی مختلف ارائه شده برای آنها، زمینههای جداگانه برای مطالعه گشتهاند.
پیشرفتهای بزرگ
با وجود عمر کم این شاخه از علوم، به عنوان یک رشتهٔ دانشگاهی، علم رایانه کمکهای اساسی به دانش و اجتماع نمودهاست که شامل موارد زیر است:
کاربردها در علم رایانه
یک تعریف رسمی برای محاسبات و محاسبه پذیری و اثبات اینکه مسائلی غیر قابل حل و یا حل آنها طاقت فرساست، ارائه داد.
مفهوم زبان برنامه نویسی، به معنی ابزاری برای بیان دقیق اطلاعات تحلیل پذیر در سطوح مختلف انتزاع، را ارائه داد.
کاربردها خارج از علم رایانه
موجب بوجود آمدن انقلاب دیجیتال شد که به عصر اطلاعات فعلی منجر شد.
در رمزنگاری شکسته شدن کد انیگما کمکی اساسی برای پیروزی متّفقین در جنگ جهانی دوم شد.
محاسبات علمی مطالعه پیشرفت ذهن و بررسی ژنوم انسانی در پروژه ژنوم انسانی را ممکن ساخت. پروژههای محاسبات توزیعی مانند Folding@home، امکان بررسی پروتئینها را فراهم ساخت.
بخشهایی از علم رایانه
علم رایانه، موضوعات متنوعی از مطالعات نظری روی الگوریتمها و محدودیت محاسبات گرفته تا مسائل کاربردی از جمله ساخت سختافزار و نرمافزار رایانهها را شامل میشود.
هیأت اعتبارگذاری علم رایانه(The Computer Sciences Accreditation Board) - متشکل از انجمن محاسبات ماشینی (ACM)، جامعه علوم کامپیوتر مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک و انجمن سیستمهای اطلاعاتی - چهار عرصه خطیر برای علم رایانه معرفی کردهاست: نظریه محاسبات، الگوریتمها و ساختمان داده، زبانهای برنامه سازی و معماری رایانه. علاوه بر اینها، این هیأت، موضوعاتی نظیر مهندسی نرمافزار، هوش مصنوعی، شبکههای کامپیوتری، سیستمهای پایگاه داده، پردازش موازی، ارتباط انسان و کامپیوتر، گرافیک کامپیوتری، سیستمهای عامل و محاسبات عددی را نیز موضوعاتی مهم در این علم قلمداد کرده است.
علم نظری رایانه
موضوع وسیع علم نظری رایانه، علاوه بر نظریات کلاسیک محاسبات، شامل طیف وسیعی از موضوعات دیگری میشود که بیشتر بر روی جنبههای منطقی و ریاضیاتی پردازش و محاسبه تمرکز دارند.
نظریه محاسبات
نظریه محاسبات سعی دارد به این پرسشها پاسخ دهد که اساساً چه چیزی میتواند محاسبه شود و محاسبهٔ آن چقدر توان و منابع نیاز دارد. در تلاشی برای پاسخ گویی به پرسش اول، نظریه محاسبهپذیری (computability theory) بررسی میکند که چه مسائلی قابل حل هستند (از طریق نظریات مدلهای پردازش ). پاسخ دومین پرسش به نظریه پیچیدگی محاسباتی مرتبط میشود. این نظریه به زمان و فضای مورد نیاز برای رسیدن به پاسخ مطلوب در روشهای مختلف پاسخگویی، میپرازد.
مسئله مشهور "P=NP?" یکی مسائل حل نشده نظریه محاسبات است.
الگوریتمها و ساختمانهای داده
ارتباط با سایر رشتهها
علیرغم نام آن علم رایانه بیشتر در زمینههایی غیر از علم رایانه به بررسی میپردازد. بدین دلیل نامهای جایگزین دیگری برای آن پیشنهاد شدهاست. دانشمند دانمارکی پیتر ناور عبارت دادهشناسی (Datalogy) را پیشنهاد نمود تا این حقیقت را که این رشته علمی بیشتر به دادهها و پردازش آنها توجه دارد نه لزوما رایانهها، روشن سازد. اولین موسسهٔ علمی که عبارت دادهشناسی را بکار برد DIKU گروه دادهشناسی در دانشگاه کپنهاگ بودهاست که توسط پیتر ناور در سال ۱۹۶۹ به عنوان اولین گروه دادهشناسی بنا گذاشته شد. این عبارت بیشتر در کشور اسکاندیناوی مورد استفاده قرار گرفتهاست. در اولین روزهای این علم در ارتباطات ACM نامهای دیگری نیز برای دانشمندان این زمینه پیشنهاد شده بود مانند Turingineer و Turologist و Flowcharts-Man و Applied-Metamathematition و Applied Epistomologist. سه ماه بعد در این مجله عبارت Comptologist پیشنهاد شد و سال بعد عبارت Hypologist. اخیرا عبارت Computics نیز پیشنهاد شدهاست.
در حقیقت عبارت زیر از دانشمند معروف علم رایانه ادگار دایجکسترا نقل قول شدهاست: "علم رایانه به همان اندازه در مورد رایانهاست که نجوم در مورد تلسکوپ." طراحی و بکارگیری رایانه و سیستمهای رایانهای معمولاً در محل بکارگیری رشتههای دیگر است. برای مثال سختافزار رایانه توسط مهندسین رایانه مورد بررسی قرار میگیرد و مطالعهٔ سیستمهای رایانهای تجاری و بکارگیری آنها در رشته فنآوری اطلاعات و سیستمهای اطلاعاتی است. گاهی علوم رایانه را به دلیل این که به اندازه کافی علمی نیست مورد انتقاد قرار میدهند که در این عبارت بیان شدهاست: "دانش به علم رایانه مانند هیدرودینامیک است به لولهکشی". این عبارت توسط استن کلی بوتل و دیگران بیان شدهاست. مطالعات در علم رایانه به سایر رشتهها نیز وارد شدهاست مانند هوش مصنوعی.
آموزش علوم رایانه در ایران
در ایران، دورههای آموزش علوم رایانه، به دو بخش مجزا تفکیک شدهاست. یکی تحت نام مهندسی رایانه و دیگری با عنوان علوم رایانه. که البته در بسیاری از کشورهای جهان، مهندسی رایانه، یکی از گرایشهای رشته علوم رایانهاست که در دانشکدهای با نام علوم رایانه به تدریس آنها پرداخته میشود. در ایران، دانشکدهای با این عنوان وجود ندارد و تدریس رشته علوم کامپیوتر در گروه آموزشی علوم کامپیوتر دانشکدههای علوم ریاضی صورت میپذیرد.
مرجع
مرجع در علوم گوناگون در معانی مختلف به کار رفتهاست.
هنر
در هنر مرجع چیزی است که یک اثر هنری بر پایه آن به وجود آمده است. این مرجع ممکن است یک کار هنری موجود، یک شی بازتولیدشده (عکس) یا مشاهدهشده (توسط شخص)، یا سرچشمهگرفته از حافظهٔ هنرمند باشد.
وب جهانگستر
جهان وب٬ وب جهانگستر٬ تار گیتیگستر٬ یا به طور ساده وب (به انگلیسی: World Wide Web) یک سامانهٔ اطلاعاتی از پروندههای ابرمتنی متصلبههم است که از طریق شبکهٔ جهانی اینترنت قابل دسترسی هستند. بهکمک یک مرورگر وب میتوان صفحات وب (که شامل متن، تصویر، ویدیو و سایر محتویات چندرسانهای هستند) را مشاهده و بهکمک ابرپیوندها در میان آنها حرکتکرد.
تیم برنرز لی، یک پژوهشگر علوم رایانه و کارمند موسسهٔ سرن در نزدیکی ژنو، در ماه مارچ سال ۱۹۸۹ میلادی پیشنهاد اولیهٔ وب امروزی را مطرح کرد. پیشنهاد ارائهشده در ۱۹۸۹ قرار بود که یک سیستم ارتباطی برای موسسه سرن شود، اما برنرز لی بهزودی متوجهشد که این ایده قابلیت جهانیشدن را دارد. برنرز لی به همراه رابرت کایلیائو در سال ۱۹۹۰ میلادی این پیشنهاد را بهعنوان «پیوند و دسترسی به اطلاعات مختلف بهصورت تارنمایی از گرههایی که کاربران به دلخواه در میان آنها حرکت میکنند» ارائه دادند. برنرز لی در ماه دسامبر همان سال اولین وبگاه را بهوجودآورد و در ۷ اوت سال ۱۹۹۱ میلادی آنرا بهعنوان یک پروژه بر روی گروه خبری alt.hypertext منتشر کرد.
واژهٔ وب
واژهٔ وب (به معنی تار) در بسیاری از ترکیبات «اینترنتی» میآید. کم کم «وب» بهعنوان واژهٔ بینالمللی جا افتاده و به منظورهای مختلفی به کار میرود. این واژه معمولاً به صورت اشتباه به جای اینترنت به کار میرود اما وب در حقیقت یکی از خدماتی است که روی اینترنت ارایه میشود (مانند پست الکترونیکی).
همچنین، وب مخفف کلمه وبسایت (website) است. سایت یعنی مکان و منظور از وبسایت صفحات مرتبط است. در پارسی واژهٔ تارنما جایگزین وبسایت شده است.
تاریخچه
ایده اولیه در مورد تارِ گیتیگستر به سال ۱۹۸۰ (میلادی) برمیگردد. زمانی که در شهر سرن سوئیس، تیم برنرز لی شبکه ENQUIRE را ساخت (که به "Enquire Within Upon Everqthing CSS" اشاره داشت و همنام کتابی بود که وی از جوانی خود به یاد داشت. اگرچه آنچه وی ساخت با وب امروزی تفاوتهای زیادی دارد اما ایده اصلی در آن گنجانده شده است (و حتی برخی از این ایدهها در پروژه بعدی برنرزلی پس از WWW یعنی وب معنایی به کار گرفته شد).
در مارس 1989، برنرزلی یک پیشنهاد را نوشت که به ENQUIRE اشاره داشت و یک سیستم اطلاعاتی پیشرفته را توصیف میکرد. وی با کمک رابرت کایلا، پیشنهاد طراحی تور جهان گستر را در 12 نوامبر 1990 ارائه کرد. اولین مرور وب جهان توسط برنرزلی با عنوانNEXTcube مورد استفاده قرار گرفت و وی اولین مرورگر وب و تور جهان گستر را در سال 1990 طراحی کرد.
در کریسمس 1990، برنرز لی همه ابزارهای لازم برای کار با وب را فراهم کرد
در 6 آگوست 1991 وی خلاصهای از پروژه تور جهان گستر را در گروه خبری alt.hypertext پست کرد. در همین روز وب به عنوان یک خدمات عمومی روی اینترنت ارائه شد. مفهوم مهم ابر متن در پروژههای قدیمیتر مربوط به دهه 1960 مانند Project Xanadu مربوط به تد نلسون و NLS (سیستم آنلاین) مربوط به داگلاس انگلبارت مطرح شد.
موفقیت برنرزلی در ایجاد ارتباط بین ابر متن و اینترنت بود. در کتاب "بافتن تور" وی اذعان میکند که بارها از امکان برقراری ارتباط میان دو تکنولوژی صحبت کرده بود اما چون کسی به حرفهایش توجه نکرد وی خودش دست به کار شد و پروژه را به سرانجام رساند. وی در سیستم خود شاخصهای منحصر به فرد جهانی برای شناسایی منابع موجود روی وب و دیگر مکانها در نظر گرفت و آنها را شناسه منبع یکپارچه نامید.
تور جهان گستر با بقیه سیستمهای ابر متنی موجود تفاوتهایی داشت:
WWW به لینکهای یک طرفه نیاز داشت و نه دوطرفه بنابراین فرد میتوانست بدون آن که از جانب مالک منبع واکنشی صورت گیرد به منبع دسترسی پیدا کند. همچنین ابر متن مشکل پیادهسازی سرورهای وب و مرورگرها (در مقایسه با سیستمها قبلی) را برطرف کرد اما در مقابل مشکل زمان در لینکهای قطع شده را ایجاد کرد.
تور جهان گستر بر خلاف سیستمهای قبلی مانند ابر کارت غیر انحصاری بود و این امکان را فراهم میکرد که سرورها و مرورگرهای مستقلی را ایجاد کرده و بدون هیچ محدودیتی آنها را به شبکه وصل کرد.
در 30 آوریل سال ۱۹۹۳ (میلادی)، CERN اعلام کرد که تور جهان گستر به صورت رایگان برای همه افراد قابل دسترسی است. این موضوع دو ماه پس از اعلام رایگان نبودن پروتکل گوفر مطرح میشد و در نتیجه تمایل به وب به شدت افزایش یافت. قبل از آن مرورگر وب معروفی به نامViolaWWW وجود داشت که بر اساس ابر کارت کار میکرد. نسخه گرافیکی تور جهان گستر با نام مرورگر وب موزائیک در سال 1993 توسط مرکز ملی برنامههای سوپرکامپیوتر که توسط مارک اندرسن راه اندازی شده بود مورد انتقاد شدید قرار گرفت. قبل از عرضه موزائیک، گرافیک و متن در صفحات وب از یکدیگر جدا بودند و در پروتکلهای اینترنتی قبلی مانند پروتکل گوفر و مرور اطلاعات ناحیه وسیع گرافیک کاربرد زیادی نداشت. واسط کاربر گرافیکی موزائیک وب را به مشهورترین پروتکل اینترنتی تبدیل کرد.
اجزاء وب
تار گیتیگستر ترکیبی از چهار عنصر اصلی است:
hypertext یا بسامتن: فرمتی از اطلاعات که به افراد اجازه می دهد تا در محیط کامپیوتر با استفاده از ارتباط داخلی موجود میان دو متن از بخشی از سند به بخش دیگری از آن یا حتی سند دیگری مراجعه کنند و به اطلاعات جدیدی دسترسی پیدا کند.
URL: شناسههای منحصر به فردی که برای مشخص کردن محل حضور اطلاعات موجود روی شبکه (فایل کامپیوتری، سند یا منابع دیگر) به کار می روند.
مدل Client-Server یا مشتری-خدمتگزار: سیستمی که در آن نرمافزار یا کامپیوتر مشتری از نرمافزار یا کامپیوتر خدمتگزار تقاضای دریافت منابع اطلاعاتی مانند داده یا فایل می کند.
markup language یازبان علامتگذاری: کاراکترها یا کدهای موجود در متن که ساختار متن وب معنایی را مشخص می کنند.
معماری سیستم وب
کلاً از دیدگاه فنی سیستم وب در دو بخش سازماندهی می شود:
برنامه سمت سرویس دهنده ی وب و برنامه سمت مشتری وب
پایگاه اطلاعاتی توزیع شده از صفحات ابرمتن، فایل های داده مثل صدا، تصویر و بطور کل هر منبع
صفحه وب چیزی نیست مگر یک فایل متنی بسیار ساده که با یکی از زبان های نشانه گذاری ابرمتنی مثل HTML، XHTML ، DHTML یا XML تدوین می شود. کاری که مرورگر به عنوان مشتری وب انجام می دهد آن است که تقاضای دریافت یکی از صفحات یا فایل ها را در قالب قراردادی استاندارد (به نام پروتکل HTTP) به سمت سرویس دهنده ارسال کند. در سمت مقابل سرویس دهنده ی وب این تقاضا را پردازش کرده و در صورت امکان، فایل مورد نظر را برای مرورگر ارسال می کند. مرورگر پپس از دریافت فایل ابرمتنی ، آن را تفسیر کرده و به صورت صفحه آرایی شده روی خروجی نشان می دهد. اگر فایل ابرمتنی در جایی به فایل صدا یا تصویر پیوند خورده باشد آن ها نیز توسط مرورگر تقاضا شده و پس از دریافت در جای خود قرار می گیرند.
وب چگونه عمل میکند
برای مشاهده یک صفحه وب یا دیگر منابع اطلاعاتی روی تور جهان گستر معمولاً URL صفحه را در یک مرورگر وب وارد میکنیم و یا لینک ابر متن مربوط با آن صفحه یا منبع را انتخاب میکنیم. اولین گام که در پشت پرده انجام میشود اختصاص یک آدرس IP به بخش سرور URL است که توسط پایگاه داده توزیع شده اینترنت صورت میگیرد که به آن DNS میگویند.
در مرحله بعد یک درخواست HTTP به مرور وب در آن آدرس IP ارسال میشود و درخواست مشاهده صفحه ارائه میگردد. در صورتی که یک صفحه معمولی در خواست شده باشد متن HTML، تصاویر گرافیکی یا هر فایل دیگری که مربوط به آن صفحه است در اختیار مشتری (مرورگر وب) قرار میگیرد. سپس مرورگر وب صفحه HTML، و دیگر فایلهای دریافت شده را ترجمه میکند. در نهایت "صفحه" مورد نظر مشتری در اختیار وی قرار میگیرد.
در تور جهان گستر، یک برنامه مشتری که عامل کاربر نام دارد منابع اطلاعاتی مانند صفحات وب یا فایلهای کامپیوتری را با استفاده از URL از وب در خواست میکند. اگر عامل کاربر نوعی مرورگر وب باشد، اطلاعات را روی مانیتور نشان میدهد. کاربر میتواند با دنبال کردن لینکهای موجود در صفحه وب به بقیه منابع موجود روی تور جهان گستر دسترسی پیدا کند. همچنین میتوان با پرکردن فرمهای HTML و تحویل این فرمهای وب میتوان اطلاعات را بر اساس پروتکل انتقال ابرمتن به سرور وب برگرداند تا از آن ذخیره شده یا پردازش شوند. صفحات وب در کنار هم قرار گرفته و وبسایتها را می سازند. عمل دنبال کردن ابرلینک از یک وب سایت به وب سایت دیگر را "مرور وب" یا " گشت و گذار" وب مینامند.
اصطلاح "گشت و گذار در اینترنت" اولین بار توسط جین آرمور پولی که یک کتابدار بود در مقاله یا به نام "Surfing the INTERNET" مطرح شد که ژوئن سال 1992 در "بولتن کتابخانه ویلسن" در دانشگاه مینوستا چاپ شد. اگر چه پولی مستقلاً از این کلمه استفاده کرد اما در یوزنتهای مربوط به سالهای 1991 و 1992 این کلمه دیده میشود و حتی عدهای میگویند که این کلمه در مجمع هکرها در دو سال قبل از آن به صورت شفاهی عنوان شده بود. پولی در تاریخ اینترنت به مادر اینترنت معروف است.
اغلب صفحات وب شامل ابر لینکهایی هستند که به صفحات و منابع اطلاعاتی مرتبط با آنها مانند صفحات دانلود، اسناد منابع، تعاریف و غیره منتهی میشوند. چنین مجموعهای از منابع مفید و مرتبط با هم توسط لینکهای ابر متن به یکدیگر متصل شدهاند را "وب" اطلاعات مینامند. قرار دادن این مجموعه منابع روی اینترنت شبکهای را تولید کرد که در اوایل دهه 1990 توسط تیم برنرز لی، " تور جهان گستر" نامیده شد.
عملکرد برنامه ی سرویس دهنده و مشتری وب
در سمت سرویس دهنده ی وب، پروسه ای وجود دارد که دائماً به پورت شماره 80 گوش می دهد و منتظر تقاضای برقراری اتصال توسط مشتریان می ماند. دقت کنید که برنامه ی سرویس دهنده از سوکت های نوع استریم استفاده می کند و اتصال از نوع TCP است. فرامین و داده هایی که بین سرویس دهنده و مرورگر وب مبادله می شوند تماماً متنی هستند.(همانند سیستم پست الکترونیکی) پس از آنکه ،ژ\ بین برنامه ی سویس دهنده و مشتری برقرار شد برنامه ی مشتری حق دارد یک یا چندین تقاضا بفرستد و این تقاضا ها باید در قالب استاندارد HTTP باشد. سرویس دهنده، یکایک تقاضا ها را دریافت و پردازش و در صورت امکان آن ها را اجرا می کند.
کش (cache)
اگر کاربر پس از مدت زمان اندکی به سرعت به صفحه وب برگردد احتمال دارد که اطلاعات از سرور وب اصلی بازیابی نشوند. به طور پیش فرض، مرورگرهای همه منابع وب را روی هارد کامپیوتر مشتری، مخفی (کش) میکنند. مرورگر درخواست HTML را تنها در صورتی که نیاز به روزآوری دادههای قبلی وجود داشته باشد ارسال میکند. در غیر این صورت از دادههای کش استفاده میشود.
این عمل باعث کاهش ترافیک شبکه اینترنت میشود. تصمیمگیری در مورد انقضای زمان استفاده از منبع تصویر، CSS، فایل جاوا اسکریپت و همچنین HTML به صورت مستقل انجام میگیرد. بنابراین حتی در برخی از سایتهای با محتوای پویا، بسیاری از منابع اطلاعاتی اصلی فقط در هر بار مراجعه عرضه میشوند. بهتر است طراحان وب سایت همه فایلهای جاوا اسکریپت و CSS را درون تعدادی فایل سایت جمعآوری کنند تا کش های کاربران بتوانند از آنها استفاده کنند و بدین ترتیب زمان دانلود شدن صفحه و تعداد مراجعات به سرور کاهش یابد.
همچنین بخشهای دیگری از اینترنت میتوانند محتوای وب را کش (مخفی) کنند. یکی از بهترین این اجزاء دیوارهای آتش است که در شرکتها و محیطهای دانشگاهی کاربرد دارد و منابع وب درخواست شده توسط یک کاربر را برای همه کاربران کش میکند. با وجود آن که این قابلیتها در اغلب مرورگرهای وب دیده میشود طراحان صفحات وب میتوانند عناوین HTTP که توسط کاربر درخواست شده را کنترل کنند تا صفحات در مواردی که لازم نیست در کش ذخیره نشوند؛ مثلاً صفحات خبری و بانکها.
بدین ترتیب میتوانیم بین اعمال "دریافت" و "ارسال" HTTP تفاوت قائل شویم. در صورتی که همه شرایط محقق شود، دادههایی که توسط فرمان دریافت (GET) درخواست شدهاند میتوانند در کش ذخیره شوند در حالی که دادههای به دست آمده پس از ارسال (posting) اطلاعات به سرور در کش ذخیره نمیشوند.
مطالعات رسانهای نام حوزهای از علوم ارتباطات است که به مطالعه رسانههای جمعی و آثار آنها بر افراد و جوامع میپردازد. از پیشگامان این حوزه مارشال مکلوهان و استوارت هال هستند. در ایران مطالعات رسانهای به عنوان زیر مجموعهای از علوم ارتباطات در دانشگاه تهران تدریس میشود.
ارتباطات رشتهای دانشگاهی است که به بررسی پدیدهٔ ارتباط میپردازد. ارتباط فرایند تبادل دادههاست که معمولاً از رهگذر سامانهای از نمادهای مشترک انجام میگیرد. ارتباطات امروزه دارای دو حوزه کلی است، یکی ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای علوم انسانی که شامل زیرشاخههایی از جمله مطالعات ارتباطی و روزنامهنگاری و روابط عمومی است، و دیگری ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای فناوری که مخابرات از زیرشاخههای آن بشمار میآید.
ارتباطات علم برقراری ارتباط است و دارای شاخههای گوناگون از جمله ارتباطات انسانی و ارتباطات همگانی است. ارتباط به معنای ایجاد رابطه تعامل و گفتگو است. در حال حاضر ارتباطات جزو مهمترین و مورد علاقهترین علوم است.
رشته دانشگاهی
ارتباطات رشتهای دانشگاهی است که به بررسی پدیدهٔ ارتباط میپردازد. ارتباط فرایند تبادل دادههاست که معمولاً از رهگذر سامانهای از نمادهای مشترک انجام میگیرد. ارتباطات امروزه دارای دو حوزه کلی است، یکی ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای علومانسانی که به ارتباطات اجتماعی معروف است و در ایران شامل زیرشاخههایی از جمله تحقیق در ارتباطی جمعی، مدیریت رسانه، روزنامهنگاری، روابط عمومی، مدیریت رسانه خبرگزاریها، تبلیغات بازرگانی و خود ارتباطات اجتماعی است و دیگری ارتباطات به عنوان یکی از شاخههای فناوری ارتباطات و اطلاعات است که IT و ICT و مدیریت IT در ایران از زیرشاخههای آن بشمار میآید.
ارتباطات در ارتباطات اجتماعی بر اساس سیستم اجتماعی مورد نظر تعریف میشود بطور مثال در ارتباطات انسانی «تفهیم و تفاهم و تسهیم معنی» (علی اکبر فرهنگی) قابل کاربرد است ولی در رسانهها از تعریف محسنیان راد استفاده میشود که میگوید «فراگرد انتقال پیام از گیرنده به فرستنده مشروط بر اینکه مفهوم متجلی شده در گیرنده شبیه معنی مورد نظر فرستنده باشد» البته برای موارد دیگر مانند موسیقی باید از تعاریف دیگری در ارتباطات استفاده کرد.
تعریف ارتباطات در علوم پایه از مدل شنن و ویور استفاده میکند و در آن انتقال سیگنال و اطلاعات از مهمترین ارکان بشمار میآید.
رشته ارتباطات دارای گستره وسیعی است. نخستین کالج هایی که به آموزش علوم ارتباطات می پرداختند، مدارس روزنامه نگاری بودند. تا مدتها میان متخصصین روزنامه نگاری و اندیشمندان رشته تازه ایجاد شده ارتباطات بر سر موضوع علم ارتباطات جدل وجود داشت.این موضوع کماکان به صورت کامل حل نشده است. از چالشهای دیگر ارتباطات نسبت آن با حوزههای مثل جامعه شناسی، نقد ادبی، مطالعات فرهنگی، مطاعات فیلم و سینما و... است. واقعیت آن است که ارتباطات ماهیتی میان رشته ایی داشته و در ارتباطات با حوزههای متعدد علوم انسانی قرار دارد.
به طور کلی میتوان گفت از نسبت میان علوم ارتباطات با سیاست، گرایشی تحت عنوان ارتباطات سیاسی از نسبت میان ارتباطات و توسعه گرایشی تحت عنوان ارتباطات و توسعه و از نسبت میان مدیریت و ارتباطات رشته روابط عمومی شکل گرفته است. رشته روزنامه نگاری نیز که بنیان اولیه این رشته محسوب می گردد. تحولات بوجود آمده در حوزه ارتباطات راه دور اینترنت و شبکه نیز موضوع و گرایش مهم دیگری در مطالعات ارتباطات است. مطالعه رسانهها با رویکرد نقد فرهنگی از حوزههای دیگر این رشته است...
رایانه
رایانه یا کامپیوتر (به انگلیسی: computer) ماشینی است که از آن برای پردازش اطلاعات استفاده میشود.
نام
در زبان انگلیسی «کامپیوتر» به دستگاه خودکاری میگفتند که محاسبات ریاضی را انجام میداد. بر پایهٔ «واژهنامه ریشهیابی Barnhart Concise» واژهٔ کامپیوتر در سال ۱۶۴۶ به زبان انگلیسی وارد گردید که به معنی «شخصی که محاسبه میکند» بودهاست و سپس از سال ۱۸۹۷ به ماشینهای محاسبه مکانیکی گفته میشد. در هنگام جنگ جهانی دوم «کامپیوتر» به زنان نظامی انگلیسی و آمریکایی که کارشان محاسبه مسیرهای شلیک توپهای بزرگ جنگی به وسیله ابزار مشابهی بود، اشاره میکرد.
البته در اوایل دهه ۵۰ میلادی هنوز اصطلاح ماشین حساب (computing machines) برای معرفی این ماشینها بهکار میرفت. پس از آن عبارت کوتاهتر کامپیوتر (computer) بهجای آن بهکار گرفته شد. ورود این ماشین به ایران در اوائل دهه ۱۳۴۰ بود و در فارسی از آن زمان به آن «کامپیوتر» میگفتند. واژه رایانه در دو دهه اخیر در فارسی رایج شده است.
برابر این واژه در زبانهای دیگر حتماً همان واژه زبان انگلیسی نیست. در زبان فرانسوی واژه "ordinateur"، که به معنی «سازمانده» یا «ماشین مرتبساز» است، بهکار میرود. در اسپانیایی "ordenador" با معنایی مشابه استفاده میشود، همچنین در دیگر کشورهای اسپانیایی زبان computadora بصورت انگلیسیمآبانهای ادا میشود. در پرتغالی واژه computador بهکار میرود که از واژه computar گرفته شده و به معنای «محاسبه کردن» میباشد. در ایتالیایی واژه "calcolatore" که معنای ماشین حساب بکار میرود که بیشتر روی ویژگی حسابگری منطقی آن تاکید دارد. در سوئدی رایانه "dator" خوانده میشود که از "data" (دادهها) برگرفته شدهاست. به فنلاندی "tietokone" خوانده میشود که به معنی «ماشین اطلاعات» میباشد. اما در زبان ایسلندی توصیف شاعرانهتری بکار میرود، «tölva» که واژهایست مرکب و به معنای «زن پیشگوی شمارشگر» میباشد. در چینی رایانه «dian nao» یا «مغز برقی» خوانده میشود. در انگلیسی واژهها و تعابیر گوناگونی استفاده میشود، بهعنوان مثال دستگاه دادهپرداز («data processing machine»).
معنای واژهٔ فارسی رایانه
واژهٔ رایانه از مصدر رایانیدن ساخته شده که در فارسی میانه به شکلِ rāyēnīdan و به معنای «سنجیدن، سبک و سنگین کردن، مقایسه کردن» یا «مرتّب کردن، نظم بخشیدن و سامان دادن» بودهاست. این مصدر در زبان فارسی میانه یا همان پهلوی کاربرد فراوانی داشته و مشتقهای زیادی نیز از آن گرفته شده بوده. برایِ مصدر رایانیدن/ رایاندن در فرهنگ واژهً دهخدا چنین آمده:
رایاندن
[ دَ ] (مص) رهنمائی نمودن به بیرون. هدایت کردن. (ناظم الاطباء).
شکلِ فارسی میانهٔ این واژه rāyēnīdan بوده و اگر میخواسته به فارسی نو برسد به شکل رایانیدن/ رایاندن درمیآمده. (بسنجید با واژهیِ فارسیِ میانهیِ āgāhēnīdan که در فارسیِ نو آگاهانیدن/ آگاهاندن شدهاست).
این واژه از ریشهیِ فرضیِ ایرانیِ باستانِ –radz* است که به معنایِ «مرتّب کردن» بوده. این ریشه بهصورتِ –rad به فارسیِ باستان رسیده و به شکلِ rāy در فارسیِ میانه (پهلوی) بهکار رفته. از این ریشه ستاکهایِ حالِ و واژههایِ زیر در فارسیِ میانه و نو بهکار رفتهاند:
-ā-rādz-a*یِ ایرانیِ باستان> -ā-rāy ِ فارسی میانه که در واژهیِ آرایشِ فارسیِ نو دیده میشود.
-pati-rādz-a*یِ ایرانیِ باستان> -pē-rāy ِ فارسی میانه که در واژهیِ پیرایشِ فارسیِ نو دیده میشود؛ و
-rādz-ta*یِ ایرانیِ باستان> rāst ِ فارسی میانه که در واژهیِ راستِ فارسیِ نو دیده میشود.
این ریشهیِ ایرانی از ریشهیِ هندواروپاییِ -reĝ* به معنایِ «مرتّب کردن و نظم دادن» آمدهاست. از این ریشه در
هندی rāj-a به معنیِ «هدایتکننده، شاه» (یعنی کسی که نظم میدهد)؛
لاتینی rect-us به معنیِ «راست، مستقیم»،
فرانسه di-rect به معنیِ «راست، مستقیم»،
آلمانی richt به معنیِ «راست، مستقیم کردن» و
انگلیسی right به معنیِ «راست، مستقیم، درست»
برجای ماندهاست.
در فارسیِ نو پسوندِ -ـه (= /e/ در فارسی رسمی ایران و /a/ در فارسی رسمی افغانستان و تاجیکستان) را به ستاکِ حالِ فعلها میچسبانند تا نامِ ابزارِ آن فعلها بهدست آید (البته با این فرمول مشتقهای دیگری نیز ساخته میشود، امّا در اینجا تنها نامِ ابزار مدِّ نظر است)؛ برای نمونه از
مالـ- (یعنی ستاکِ حالِ مالیدن) + -ـه، ماله «ابزار مالیدنِ سیمان و گچِ خیس»
گیر- (یعنی ستاکِ حالِ گرفتن) + -ـه، گیره «ابزار گرفتن»
پوشـ- (یعنی ستاکِ حالِ پوشیدن) + -ـه، پوشه «ابزار پوشیدن» (خود را جایِ کاغذهایی بگذارید که پوشه را میپوشند!)
رسانـ- (یعنی ستاکِ حالِ رساندن) + -ـه، رسانه «ابزار رساندنِ اطّلاعات و برنامههایِ دیداری و شنیداری»
حاصل میگردد.
در فارسیِ نو پسوندِ -ـه (= e- یا همان a-) را به ستاکِ حالِ "رایانیدن" یعنی رایانـ- چسباندهاند تا نامِ ابزارِ این فعل ساخته شود؛ یعنی "رایانه" به معنایِ «ابزارِ نظم بخشیدن و سازماندهی (ِ دادهها)» است.
سازندگان این واژه به واژهیِ فرانسویِ این مفهوم، یعنی ordinateurتوجّه داشتهاند که در فرانسه از مصدرِ ordre«ترتیب و نظم دادن و سازمان بخشیدن» ساخته شده. به هرحال، معنادهیِ واژهیِ رایانه برایِ این دستگاه جامعتر و رساتر از کامپیوتر است. یادآور میشود که computerبه معنایِ «حسابگر» یا «مقایسهگر» است، حال آنکه کارِ این دستگاه براستی فراتر از "حساب کردن" است.
تاریخچه
در گذشته دستگاههای مختلف مکانیکی سادهای مثل خطکش محاسبه و چرتکه نیز رایانه خوانده میشدند. در برخی موارد از آنها بهعنوان رایانه قیاسی نام برده میشود. البته لازم به ذکر است که کاربرد واژهٔ رایانه آنالوگ در علوم مختلف بیش از این است که به چرتکه و خطکش محاسبه محدود شود. به طور مثال در علوم الکترونیک، مخابرات و کنترل روشی برای محاسبه مشتق و انتگرال توابع ریاضی و معادلات دیفرانسیل توسط تقویت کنندههای عملیاتی، مقاومت، سلف و خازن متداول است که به مجموعهٔ سیستم مداری «رایانهٔ قیاسی» (آنالوگ) گفته میشود. چرا که برخلاف رایانههای رقمی، اعداد را نه بهصورت اعداد در پایه دو بلکه بهصورت کمیتهای فیزیکی متناظر با آن اعداد نمایش میدهند. چیزی که امروزه از آن بهعنوان «رایانه» یاد میشود در گذشته به عنوان «رایانه رقمی (دیجیتال)» یاد میشد تا آنها را از انواع «رایانه قیاسی» جدا سازند.
به تصریح دانشنامه انگلیسی ویکیپدیا، بدیعالزمان ابوالعز بن اسماعیل بن رزاز جَزَری (درگذشتهٔ ۶۰۲ ق.) یکی از نخستین ماشینهای اتوماتا را که جد رایانههای امروزین است، ساخته بودهاست. این مهندس مکانیک مسلمان از دیاربکر در شرق آناتولی بودهاست. رایانه یکی از دو چیز برجستهای است که بشر در سدهٔ بیستم اختراع کرد. دستگاهی که بلز پاسکال در سال ۱۶۴۲ ساخت اولین تلاش در راه ساخت دستگاههای 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 میتوانست همه اعدادشش رقمی را با هم جمع و تفریق کند.
لایبنیتز ریاضیدان آلمانی نیز از نخستین کسانی بود که در راه ساختن یک دستگاه خودکار محاسبه کوشش کرد. او در سال ۱۶۷۱ دستگاهی برای محاسبه ساخت که کامل شدن آن تا ۱۹۶۴ به درازا کشید. همزمان در انگلستان ساموئل مورلند در سال ۱۶۷۳ دستگاهی ساخت که جمع و تفریق و ضرب میکرد.
در سدهٔ هجدهم میلادی هم تلاشهای فراوانی برای ساخت دستگاههای محاسب خودکار انجام شد که بیشترشان نافرجام بود. سرانجام در سال ۱۸۷۵ میلادی استیفن بالدوین نخستین دستگاه محاسب را که هر چهار عمل اصلی را انجام میداد، به نام خود ثبت کرد.
از جمله تلاشهای نافرجامی که در این سده صورت گرفت، مربوط به چارلز ببیج ریاضیدان انگلیسی است. وی در آغاز این سده در سال ۱۸۱۰ در اندیشهٔ 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 نیمهکاره رها کرد تا ساخت دستگاهی دیگر که خود آن را دستگاه تحلیلی مینامید آغاز کند. او میخواست دستگاهی برنامهپذیر بسازد که همه عملیاتی را که میخواستند دستگاه برروی عددها انجام دهد، قبلا برنامهشان به دستگاه داده شده باشد. قرار بود عددها و درخواست عملیات برروی آنها به یاری کارتهای سوراخدار وارد شوند. بابیچ در سال ۱۸۷۱ مرد و ساخت این دستگاه هم به پایان نرسید.
کارهای بابیچ به فراموشی سپرده شد تا این که در سال ۱۹۴۳ و در بحبوحه جنگ جهانی دوم دولت آمریکا طرحی سری برای ساخت دستگاهی را آغاز کرد که بتواند مکالمات رمزنگاریشدهٔ آلمانیها را رمزبرداری کند. این مسئولیت را شرکت آیبیام و دانشگاه هاروارد به عهده گرفتند که سرانجام به ساخت دستگاهی به نام ASCC در سال ۱۹۴۴ انجامید. این دستگاه پنج تنی که ۱۵ متر درازا و ۲٫۵ متر بلندی داشت، میتوانست تا ۷۲ عدد ۲۴ رقمی را در خود نگاه دارد و با آنها کار کند. دستگاه با نوارهای سوراخدار برنامهریزی میشد و همهٔ بخشهای آن مکانیکی یا الکترومکانیکی بود.
تعریف داده و اطلاعات
داده به آن دسته از ورودیهایی خام گفته میشود که برای پردازش به رایانه ارسال میشوند.
اطّلاعات به دادههای پردازش شده میگویند.
رایانهها چگونه کار میکنند؟
از زمان رایانههای اولیه که در سال ۱۹۴۱ ساخته شده بودند تا کنون فناوریهای دیجیتالی رشد نمودهاست، معماری فون نوِیمن یک رایانه را به چهار بخش اصلی توصیف میکند: واحد محاسبه و منطق (Arithmetic and Logic Unit یا ALU)، واحد کنترل یا حافظه، و ابزارهای ورودی و خروجی (که جمعا I/O نامیده میشود). این بخشها توسط اتصالات داخلی سیمی به نام گذرگاه (bus) با یکدیگر در پیوند هستند.
حافظه
در این سامانه، حافظه بصورت متوالی شماره گذاری شده در خانهها است، هرکدام محتوی بخش کوچکی از دادهها میباشند. دادهها ممکن است دستورالعملهایی باشند که به رایانه میگویند که چه کاری را انجام دهد باشد. خانه ممکن است حاوی اطلاعات مورد نیاز یک دستورالعمل باشد. اندازه هر خانه، وتعداد خانهها، در رایانهٔ مختلف متفاوت است، همچنین فناوریهای بکاررفته برای اجرای حافظه نیز از رایانهای به رایانه دیگر در تغییر است (از بازپخشکنندههای الکترومکانیکی تا تیوپها و فنرهای پر شده از جیوه و یا ماتریسهای ثابت مغناطیسی و در آخر ترانزیستورهای واقعی و مدار مجتمعها با میلیونها فیوز نیمه هادی یا MOSFETهایی با عملکردی شبیه ظرفیت خازنی 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 میدهد. این واحد جائیست که «کار واقعی» در آن صورت میپذیرد.
البته CPUها به دو دسته کلی RISC و CISC تقسیم بندی میشوند. نوع اول پردازشگرهای مبتنی بر اعمال ساده هستند و نوع دوم پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده میباشند. پردازشگرهای مبتنی بر اعمال پیچیده در واحد محاسبه و منطق خود دارای اعمال و دستوراتی بسیار فراتر از چهار عمل اصلی یا منطقی میباشند. تنوع دستورات این دسته از پردازندهها تا حدی است که توضیحات آنها خود میتواند یک کتاب با قطر متوسط ایجاد کند. پردازندههای مبتنی بر اعمال ساده اعمال بسیار کمی را پوشش میدهند و در حقیقت برای برنامهنویسی برای این پردازندهها بار نسبتاً سنگینی بر دوش برنامهنویس است. این پردازندهها تنها حاوی ۴ عمل اصلی و اعمال منطقی ریاضی و مقایسهای به علاوه چند دستور بیاهمیت دیگر میباشند. هرچند ذکر این نکته ضروری است که دستورات پیچیده نیز از ترکیب تعدادی دستور ساده تشکیل شدهاند و برای پیادهسازی این دستورات در معماریهای مختلف از پیادهسازی سختافزاری (معماری CISC) و پیادهسازی نرمافزاری (معماری RISC) استفاده میشود.
(قابل ذکر است پردازندههای اینتل از نوع پردازنده مبتنی بر اعمال پیچیده میباشند.)
واحد کنترل همچنین این مطلب را که کدامین بایت از حافظه حاوی دستورالعمل فعلی اجرا شوندهاست را تعقیب میکند، سپس به واحد محاسبه و منطق اعلام میکند 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 میکند (که معمولاً در خانه حافظه بعدی قرار دارد، مگر اینکه دستورالعمل جهش دستورالعمل بعدی باشد که به رایانه اعلام میکند دستورالعمل بعدی در خانه دیگر قرار گرفتهاست).
ورودی/خروجی
بخش ورودی/خروجی (I/O) این امکان را به رایانه میدهد تا اطلاعات را از جهان بیرون تهیه و نتایج آنها را به همان جا برگرداند. محدوده فوق العاده وسیعی از دستگاههای ورودی/خروجی وجود دارد، از خانواده آشنای صفحهکلیدها، نمایشگرها، نَرمدیسک گرفته تا دستگاههای کمی غریب مانند رایابینها (webcams). (از سایر ورودی/خروجیها میتوان موشواره mouse، قلم نوری، چاپگرها (printer)، اسکنرها، انواع لوحهای فشرده(CD, DVD) را نام برد).
چیزی که تمامی دستگاههای عمومی در آن اشتراک دارند این است که آنها رمزکننده اطلاعات از نوعی به نوع دیگر که بتواند مورد استفاده سیستمهای رایانه دیجیتالی قرار گیرد، هستند. از سوی دیگر، دستگاههای خروجی آن اطلاعات به رمز شده را رمزگشایی میکنند تا کاربران آنها را دریافت نمایند. از این رو یک سیستم رایانه دیجیتالی یک نمونه از یک سامانه دادهپردازی میباشد.
دستورالعملها
هر رایانه تنها دارای یک مجموعه کم تعداد از دستورالعملهای ساده و تعریف شده میباشد. از انواع پرکاربردشان میتوان به دستورالعمل «محتوای خانه ۱۲۳ را در خانه ۴۵۶ کپی کن!»، «محتوای خانه ۶۶۶ را با محتوای خانه ۰۴۲ جمع کن، نتایج را در خانه ۰۱۳ کن!»، «اگر محتوای خانه ۹۹۹ برابر با صفر است، به دستورالعمل واقع در خانه ۳۴۵ رجوع کن!».
دستورالعملها در داخل رایانه بصورت اعداد مشخص شدهاند - مثلاً کد دستور العمل (copy instruction) برابر ۰۰۱ میتواند باشد. مجموعه معین دستورالعملهای تعریف شده که توسط یک رایانه ویژه پشتیبانی میشود را زبان ماشین مینامند. در واقعیت، اشخاص معمولاً به زبان ماشین دستورالعمل نمینویسند بلکه بیشتر به نوعی از انواع سطح بالای زبانهای برنامهنویسی، برنامهنویسی میکنند تا سپس توسط برنامه ویژهای (تفسیرگرها (interpreters) یا همگردانها (compilers) به دستورالعمل ویژه ماشین تبدیل گردد. برخی زبانهای برنامهنویسی از نوع بسیار شبیه و نزدیک به زبان ماشین که اسمبلر (یک زبان سطح پایین) نامیده میشود، استفاده میکنند؛ همچنین زبانهای سطح بالای دیگری نیز مانند پرولوگ نیز از یک زبان انتزاعی و چکیده که با زبان ماشین تفاوت دارد بجای دستورالعملهای ویژه ماشین استفاده میکنند.
معماریها
در رایانههای معاصر واحد محاسبه و منطق را به همراه واحد کنترل در یک مدار مجتمع که واحد پردازشی مرکزی (CPU) نامیده میشود، جمع نمودهاند. عموما، حافظه رایانه روی یک مدار مجتمع کوچک نزدیک CPU قرار گرفته. اکثریت قاطع بخشهای رایانه تشکیل شدهاند از سامانههای فرعی (به عنوان نمونه، منبع تغذیه رایانه) و یا دستگاههای ورودی/خروجی.
برخی رایانههای بزرگتر چندین CPU و واحد کنترل دارند که بصورت همزمان با یکدیگر درحال کارند. اینگونه رایانهها بیشتر برای کاربردهای پژوهشی و محاسبات علمی بکار میروند.
کارایی رایانهها بنا به تئوری کاملاً درست است. رایانه دادهها و دستورالعملها را از حافظهاش واکشی (fetch) میکند. دستورالعملها اجرا میشوند، نتایج ذخیره میشوند، دستورالعمل بعدی واکشی میشود. این رویه تا زمانی که رایانه خاموش شود ادامه پیدا میکند. واحد پردازنده مرکزی در رایانههای شخصی امروزی مانند پردازندههای شرکت ای-ام-دی و شرکت اینتل از معماری موسوم به خط لوله استفاده میشود 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 میکند. همچنین این رایانهها از سطوح مختلف حافظه نهانگاهی استفاده میکنند که در زمان دسترسی به حافظه اصلی صرفهجویی کنند.
برنامهها
برنامه رایانهای فهرستهای بزرگی از دستورالعملها (احتمالاً به همراه جدولهائی از داده) برای اجرا روی رایانه هستند. خیلی از رایانهها حاوی میلیونها دستورالعمل هستند، و بسیاری از این دستورها به تکرار اجرا میشوند. یک رایانه شخصی نوین نوعی (درسال ۲۰۰۳) میتواند در ثانیه میان ۲ تا ۳ میلیارد دستورالعمل را پیاده نماید. رایانهها این مقدار محاسبه را صرف انجام دستورالعملهای پیچیده نمیکنند. بیشتر میلیونها دستورالعمل ساده را که توسط اشخاص باهوشی «برنامه نویسان» در کنار یکدیگر چیده شدهاند را اجرا میکنند. برنامهنویسان خوب مجموعههایی از دستورالعملها را توسعه میدهند تا یکسری از وظایف عمومی را انجام دهند (برای نمونه، رسم یک نقطه روی صفحه) و سپس آن مجموعه دستورالعملها را برای دیگر برنامهنویسان در دسترس قرار میدهند. (اگر مایلید «یک برنامهنویس خوب» باشید به این مطلب مراجعه نمایید.)
رایانههای امروزه، قادرند چندین برنامه را در آن واحد اجرا نمایند. از این قابلیت به عنوان چندکارگی (multitasking) نام برده میشود. در واقع، CPU یک رشته دستورالعملها را از یک برنامه اجرا میکند، سپس پس از یک مقطع ویژه زمانی دستورالعملهایی از یک برنامه دیگر را اجرا میکند. این فاصله زمانی اکثرا بهعنوان یک برش زمانی (time slice) نام برده میشود. این ویژگی که CPU زمان اجرا را بین برنامهها تقسیم میکند، این توهم را بوجود میآورد که رایانه همزمان مشغول اجرای چند برنامهاست. این شبیه به چگونگی نمایش فریمهای یک فیلم است، که فریمها با سرعت بالا در حال حرکت هستند و به نظر میرسد که صفحه ثابتی تصاویر را نمایش میدهد. سیستمعامل همان برنامهای است که این اشتراک زمانی را بین برنامههای دیگر تعیین میکند.
سیستمعامل
کامپیوتر همیشه نیاز دارد تا برای بکار انداختنش حداقل یک برنامه روی آن در حال اجرا باشد. تحت عملکردهای عادی این برنامه همان سیستمعامل یا OS که مخفف واژههای Operating System است. سیستم یا سامانه عامل بر اساس پیشفرضها تصمیم میگیرد که کدام برنامه برای انجام چه وظیفهای اجرا شود، چه زمان، از کدام منابع (مثل حافظه، ورودی/خروجی و...) استفاده شود. همچنین سیستمعامل یک لایه انتزاعی بین سختافزار و برنامههای دیگر که میخواهند از سختافزار استفاده کنند، میباشد، که این امکان را به برنامه نویسان میدهد تا بدون اینکه جزئیات ریز هر قطعه الکترونیکی از سختافزار را بدانند بتوانند برای آن قطعه برنامهنویسی نمایند. در گذشته یک اصطلاح متداول بود که گفته میشد با تمام این وجود کامپیوترها نمیتوانند برخی از مسائل را حل کنند که به این مسائل حل نشدنی گفته میشود مانند مسائلی که در مسیر حلشان در حلقه بینهایت میافتند. به همین دلیل نیاز است که با کمک روشهای خاص بطور مثال به چند بخش تقسیم نمودن مساله یا روشهای متداول دیگر از رخ دادن این خطا تا حد امکان جلوگیری نمود. از جمله سیستم عاملهای امروزی میتوان به مایروسافت ویندوز، مکینتاش اپل و لینوکس و بی اس دی اشاره کرد.
کاربردهای رایانه
نخستین رایانههای رقمی، با قیمتهای زیاد و حجم بزرگشان، در اصل محاسبات علمی را انجام میدادند، انیاک یک رایانهٔ قدیمی ایالات متحده اصولاً طراحی شده تا محاسبات پرتابهای توپخانه و محاسبات مربوط به جدول چگالی نوترونی را انجام دهد. (این محاسبات بین دسامبر ۱۹۴۱ تا ژانویه ۱۹۴۶ روی حجمی بالغ بر یک میلیون کارت پانچ انجام پذیرفت! که این خود طراحی و سپس تصمیم نادرست بکارگرفته شده را نشان میدهد) بسیاری از ابررایانههای امروزی صرفاً برای کارهای ویژهٔ محاسبات جنگافزار هستهای استفاده میگردد.
CSIR Mk I نیز که نخستین رایانه استرالیایی بود برای ارزیابی میزان بارندگی در کوههای اسنوئی (Snowy)این کشور بکاررفت، این محاسبات در چارچوب یک پروژه عظیم تولید برقابی انجام گرفت.
برخی رایانهها نیز برای انجام رمزگشایی بکارگرفته میشد، برای مثال Colossus که در جریان جنگ جهانی دوم ساخته شد، جزو اولین کامپیوترهای برنامهپذیر بود (البته ماشین تورینگ کامل نبود). هرچند رایانههای بعدی میتوانستند برنامهریزی شوند تا شطرنج بازی کنند یا تصویر نمایش دهند و سایر کاربردها را نشان دهد.
سیاستمداران و شرکتهای بزرگ نیز رایانههای اولیه را برای خودکارسازی بسیاری از مجموعههای داده و پردازش کارهایی که قبلا توسط انسانها انجام میگرفت، بکار بستند - برای مثال، نگهداری و بروزرسانی حسابها و داراییها. در موسسات پژوهشی نیز دانشمندان رشتههای مختلف شروع به استفاده از رایانه برای مقاصدشان نمودند.
کاهش پیوسته قیمتهای رایانه باعث شد تا سازمانهای کوچکتر نیز بتوانند آنها را در اختیار بگیرند. بازرگانان، سازمانها، و سیاستمداران اغلب تعداد زیادی از کامپیوترهای کوچک را برای تکمیل وظایفی که قبلا برای تکمیلشان نیاز به رایانه بزرگ (mainframe) گرانقیمت و بزرگ بود، به کار بگیرند. مجموعههایی از رایانههای کوچکتر در یک محل اغلب بهعنوان خادم سر (server farm) نام برده میشود.
با اختراع ریزپردازندهها در دههٔ ۱۹۷۰ این امکان که بتوان رایانههایی بسیار ارزان قیمت را تولید نمود بوجود آمد. رایانههای شخصی برای انجام وظایف بسیاری محبوب گشتند، از جمله کتابداری، نوشتن و چاپ مستندات. محاسبات پیش بینیها و کارهای تکراری ریاضی توسط صفحات گسترده (spreadsheet)، ارتباطات توسط پست الکترونیک، و اینترنت. حضور گسترده رایانهها و سفارشی کردن آسانشان باعث شد تا در امورات بسیار دیگری بکارگرفته شوند.
در همان زمان، رایانههای کوچک، که معمولاً با یک برنامه ثابت ارائه میشدند، راهشان را بسوی کاربردهای دیگری باز مینمودند، کاربردهایی چون لوازم خانگی، خودروها، هواپیماها، و ابزار صنعتی. این پردازشگرهای جاسازی شده کنترل رفتارهای آن لوازم را سادهتر کردند، همچنین امکان انجام رفتارهای پیچیده را نیز فراهم نمودند (برای نمونه، ترمزهای ضدقفل در خودروه). با شروع قرن بیست و یکم، اغلب دستگاههای الکتریکی، اغلب حالتهای انتقال نیرو، اغلب خطوط تولید کارخانهها توسط رایانهها کنترل میشوند. اکثر مهندسان پیش بینی میکنند که این روند همچنان به پیش برود... یکی از کارهایی که میتوان بهوسیله رایانه انجام داد برنامه گیرنده ماهوارهاست.
نیز تنها ۴۹۵ دلار قیمت داشت! قیمت آن کامپیوتر نیز ۳٬۰۰۵ دلار بود و IBM در آن زمان توانست ۶۷۱٬۵۳۷ دستگاه از آن را بفروشد.
انواع رایانه
رایانههای توکار (جاسازی شده)
رایانههایی هم وجود دارند که تنها برای کاربردهایی ویژه طراحی میشوند. در ۲۰ سال گذشته، هرچند برخی ابزارهای خانگی که از نمونههای قابل ذکر آن میتوان جعبههای بازیهای ویدئویی را که بعدها در دستگاههای دیگری از جمله تلفن همراه، دوربینهای 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 ساختهاند، گسترش یافت، را نام برد (اغلب این لوازم برنامههایی را در خود دارند که بصورت ثابت روی ROM تراشههایی که برای تغییر نیاز به تعویض دارند، نگاشته شدهاند). این رایانهها که در درون ابزارهای با کاربرد ویژه گنجانیده شدهاند «ریزکنترلگرها» یا رایانههای توکار" (Embedded Computers) نامیده میشوند. بنا بر این تعریف این رایانهها به عنوان ابزاری که با هدف پردازش اطّلاعات طراحی گردیده محدودیتهایی دارد. بیشتر میتوان آنها را به ماشینهایی تشبیه کرد که در یک مجموعه بزرگتر به عنوان یک بخش حضور دارند مانند دستگاههای تلفن، ماکروفرها و یا هواپیما که این رایانهها بدون تغییری فیزیکی به دست کاربر میتوانند برای هدفهای گونهگونی به کارگرفته شوند.
رایانههای شخصی
اشخاصی که با انواع دیگری از رایانهها ناآشنا هستند از عبارت رایانه برای رجوع به نوع خاصی استفاده میکنند که رایانه شخصی (PC) نامیده میشوند. رایانهای است که از اجزای الکترونیکی میکرو (ریز) تشکیل شده که جزو کوچکترین و ارزانترین رایانهها به شمار میروند و کاربردهای خانگی و اداری دارند. شرکت آیبیام رایانه شخصی را در سال ۱۹۸۱ میلادی به جهان معرفی کرد.
نخستین رایانه آیبیام از برخی از ماشین حسابهای امروزی نیز ضعیفتر است ولی در آن زمان شگفت انگیز بود. رایانه شخصی سی سال پیش دارای حافظه ROM با ظرفیت 40K و حافظه RAM با ظرفیت 64K بود. البته کاربر میتوانست حافظه RAM را تا 256K افزایش دهد. قیمت هر ماژول 64K حافظه والانیوز
سرمایهگذاری
صنعت رایانه همواره صنعتی رو به رشد بوده است چه در حوزهٔ سختافزار چه در حوزهٔ نرمافزار، این صنعت پیوسته مورد توجه سرمایه گذاران بوده است و سرمایهها را به خود جذب کرده است. آیندهٔ روشن این فناوری همواره سرمایه داران را ترغیب میکند تا روی این صنعت سرمایهگذاری کنند.
علوم رایانه
علوم رایانه یا علوم کامپیوتر (به انگلیسی: Computer Science) به مجموعهٔ فنون و رشتههایی گفته میشود که به زیربناهای نظری، روشهای طرّاحی و ساخت و چگونگی استفاده از رایانه میپردازند. بنا به نظر پیتر جی. دنینگ، پرسش اساسی در علوم رایانه این است که: " چه چیزی میتواند (به نحوی کارآمد) خودکار انجام شود؟ "
عموماً مردم عامی، بین علوم رایانه و سایر امور مرتبط با رایانه که اغلب مایهای برای کسب درآمد هستند، تمایزی قایل نمیشوند و یا فکر میکنند علوم رایانه با تجربیّات روزمرهٔ آنها در کار با رایانه، مانند گشتزنی در اینترنت، انجام بازیهای رایانهای و مانند اینها، تفاوتی ندارد. حال آنکه علوم رایانه بیشتر به فهم و بررسی خصوصیاتی میپردازد که برنامهها بر پایه آنها ساخته شدهاند. و بر مبنای این فهم و درک، به ایجاد برنامههای جدید و یا بهبودی برنامههای پیشین میپردازند.
پیشینه
اگرچه آغاز ساخت رایانههای رقمی الکترونیک را میشود از اواخر دههٔ ۱۹۳۰ میلادی دانست، ریشهها، مبادی و سرچشمههای دانش رایانه را باید در روشهای محاسباتی کهن با تاریخ و سوابق هزاران ساله نشان گرفت. در بسیاری از روشهای محاسباتی بابلیان الگوریتمهایی به کار میرفتهاند که هماکنون نیز رایجاند. کتاب الجبر و مقابله خوارزمی پر از روشهای محاسباتی الگوریتمی است و بیدلیل نیست که نام الگوریتم از نام خوارزمی گرفته شدهاست. کارهایی غیر از محاسبات ریاضی استفاده کرد علم رایانه به تمام کارهای محاسباتی گسترش یافت. برای اولین بار در سال ۱۹۶۰ علوم رایانه بصورت یک رشتهٔ تحصیلی مستقل بوجود آمد و آن را با مدارک معتبر در دانشگاهها ارائه نمودند. از زمانی که رایانهها در دسترس عموم قرار گرفتند، برنامههای کاربردی مختلف ارائه شده برای آنها، زمینههای جداگانه برای مطالعه گشتهاند.
پیشرفتهای بزرگ
با وجود عمر کم این شاخه از علوم، به عنوان یک رشتهٔ دانشگاهی، علم رایانه کمکهای اساسی به دانش و اجتماع نمودهاست که شامل موارد زیر است:
کاربردها در علم رایانه
یک تعریف رسمی برای محاسبات و محاسبه پذیری و اثبات اینکه مسائلی غیر قابل حل و یا حل آنها طاقت فرساست، ارائه داد.
مفهوم زبان برنامه نویسی، به معنی ابزاری برای بیان دقیق اطلاعات تحلیل پذیر در سطوح مختلف انتزاع، را ارائه داد.
کاربردها خارج از علم رایانه
موجب بوجود آمدن انقلاب دیجیتال شد که به عصر اطلاعات فعلی منجر شد.
در رمزنگاری شکسته شدن کد انیگما کمکی اساسی برای پیروزی متّفقین در جنگ جهانی دوم شد.
محاسبات علمی مطالعه پیشرفت ذهن و بررسی ژنوم انسانی در پروژه ژنوم انسانی را ممکن ساخت. پروژههای محاسبات توزیعی مانند Folding@home، امکان بررسی پروتئینها را فراهم ساخت.
بخشهایی از علم رایانه
علم رایانه، موضوعات متنوعی از مطالعات نظری روی الگوریتمها و محدودیت محاسبات گرفته تا مسائل کاربردی از جمله ساخت سختافزار و نرمافزار رایانهها را شامل میشود.
هیأت اعتبارگذاری علم رایانه(The Computer Sciences Accreditation Board) - متشکل از انجمن محاسبات ماشینی (ACM)، جامعه علوم کامپیوتر مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک و انجمن سیستمهای اطلاعاتی - چهار عرصه خطیر برای علم رایانه معرفی کردهاست: نظریه محاسبات، الگوریتمها و ساختمان داده، زبانهای برنامه سازی و معماری رایانه. علاوه بر اینها، این هیأت، موضوعاتی نظیر مهندسی نرمافزار، هوش مصنوعی، شبکههای کامپیوتری، سیستمهای پایگاه داده، پردازش موازی، ارتباط انسان و کامپیوتر، گرافیک کامپیوتری، سیستمهای عامل و محاسبات عددی را نیز موضوعاتی مهم در این علم قلمداد کرده است.
علم نظری رایانه
موضوع وسیع علم نظری رایانه، علاوه بر نظریات کلاسیک محاسبات، شامل طیف وسیعی از موضوعات دیگری میشود که بیشتر بر روی جنبههای منطقی و ریاضیاتی پردازش و محاسبه تمرکز دارند.
نظریه محاسبات
نظریه محاسبات سعی دارد به این پرسشها پاسخ دهد که اساساً چه چیزی میتواند محاسبه شود و محاسبهٔ آن چقدر توان و منابع نیاز دارد. در تلاشی برای پاسخ گویی به پرسش اول، نظریه محاسبهپذیری (computability theory) بررسی میکند که چه مسائلی قابل حل هستند (از طریق نظریات مدلهای پردازش ). پاسخ دومین پرسش به نظریه پیچیدگی محاسباتی مرتبط میشود. این نظریه به زمان و فضای مورد نیاز برای رسیدن به پاسخ مطلوب در روشهای مختلف پاسخگویی، میپرازد.
مسئله مشهور "P=NP?" یکی مسائل حل نشده نظریه محاسبات است.
الگوریتمها و ساختمانهای داده
ارتباط با سایر رشتهها
علیرغم نام آن علم رایانه بیشتر در زمینههایی غیر از علم رایانه به بررسی میپردازد. بدین دلیل نامهای جایگزین دیگری برای آن پیشنهاد شدهاست. دانشمند دانمارکی پیتر ناور عبارت دادهشناسی (Datalogy) را پیشنهاد نمود تا این حقیقت را که این رشته علمی بیشتر به دادهها و پردازش آنها توجه دارد نه لزوما رایانهها، روشن سازد. اولین موسسهٔ علمی که عبارت دادهشناسی را بکار برد DIKU گروه دادهشناسی در دانشگاه کپنهاگ بودهاست که توسط پیتر ناور در سال ۱۹۶۹ به عنوان اولین گروه دادهشناسی بنا گذاشته شد. این عبارت بیشتر در کشور اسکاندیناوی مورد استفاده قرار گرفتهاست. در اولین روزهای این علم در ارتباطات ACM نامهای دیگری نیز برای دانشمندان این زمینه پیشنهاد شده بود مانند Turingineer و Turologist و Flowcharts-Man و Applied-Metamathematition و Applied Epistomologist. سه ماه بعد در این مجله عبارت Comptologist پیشنهاد شد و سال بعد عبارت Hypologist. اخیرا عبارت Computics نیز پیشنهاد شدهاست.
در حقیقت عبارت زیر از دانشمند معروف علم رایانه ادگار دایجکسترا نقل قول شدهاست: "علم رایانه به همان اندازه در مورد رایانهاست که نجوم در مورد تلسکوپ." طراحی و بکارگیری رایانه و سیستمهای رایانهای معمولاً در محل بکارگیری رشتههای دیگر است. برای مثال سختافزار رایانه توسط مهندسین رایانه مورد بررسی قرار میگیرد و مطالعهٔ سیستمهای رایانهای تجاری و بکارگیری آنها در رشته فنآوری اطلاعات و سیستمهای اطلاعاتی است. گاهی علوم رایانه را به دلیل این که به اندازه کافی علمی نیست مورد انتقاد قرار میدهند که در این عبارت بیان شدهاست: "دانش به علم رایانه مانند هیدرودینامیک است به لولهکشی". این عبارت توسط استن کلی بوتل و دیگران بیان شدهاست. مطالعات در علم رایانه به سایر رشتهها نیز وارد شدهاست مانند هوش مصنوعی.
آموزش علوم رایانه در ایران
در ایران، دورههای آموزش علوم رایانه، به دو بخش مجزا تفکیک شدهاست. یکی تحت نام مهندسی رایانه و دیگری با عنوان علوم رایانه. که البته در بسیاری از کشورهای جهان، مهندسی رایانه، یکی از گرایشهای رشته علوم رایانهاست که در دانشکدهای با نام علوم رایانه به تدریس آنها پرداخته میشود. در ایران، دانشکدهای با این عنوان وجود ندارد و تدریس رشته علوم کامپیوتر در گروه آموزشی علوم کامپیوتر دانشکدههای علوم ریاضی صورت میپذیرد.
مرجع
مرجع در علوم گوناگون در معانی مختلف به کار رفتهاست.
هنر
در هنر مرجع چیزی است که یک اثر هنری بر پایه آن به وجود آمده است. این مرجع ممکن است یک کار هنری موجود، یک شی بازتولیدشده (عکس) یا مشاهدهشده (توسط شخص)، یا سرچشمهگرفته از حافظهٔ هنرمند باشد.
وب جهانگستر
جهان وب٬ وب جهانگستر٬ تار گیتیگستر٬ یا به طور ساده وب (به انگلیسی: World Wide Web) یک سامانهٔ اطلاعاتی از پروندههای ابرمتنی متصلبههم است که از طریق شبکهٔ جهانی اینترنت قابل دسترسی هستند. بهکمک یک مرورگر وب میتوان صفحات وب (که شامل متن، تصویر، ویدیو و سایر محتویات چندرسانهای هستند) را مشاهده و بهکمک ابرپیوندها در میان آنها حرکتکرد.
تیم برنرز لی، یک پژوهشگر علوم رایانه و کارمند موسسهٔ سرن در نزدیکی ژنو، در ماه مارچ سال ۱۹۸۹ میلادی پیشنهاد اولیهٔ وب امروزی را مطرح کرد. پیشنهاد ارائهشده در ۱۹۸۹ قرار بود که یک سیستم ارتباطی برای موسسه سرن شود، اما برنرز لی بهزودی متوجهشد که این ایده قابلیت جهانیشدن را دارد. برنرز لی به همراه رابرت کایلیائو در سال ۱۹۹۰ میلادی این پیشنهاد را بهعنوان «پیوند و دسترسی به اطلاعات مختلف بهصورت تارنمایی از گرههایی که کاربران به دلخواه در میان آنها حرکت میکنند» ارائه دادند. برنرز لی در ماه دسامبر همان سال اولین وبگاه را بهوجودآورد و در ۷ اوت سال ۱۹۹۱ میلادی آنرا بهعنوان یک پروژه بر روی گروه خبری alt.hypertext منتشر کرد.
واژهٔ وب
واژهٔ وب (به معنی تار) در بسیاری از ترکیبات «اینترنتی» میآید. کم کم «وب» بهعنوان واژهٔ بینالمللی جا افتاده و به منظورهای مختلفی به کار میرود. این واژه معمولاً به صورت اشتباه به جای اینترنت به کار میرود اما وب در حقیقت یکی از خدماتی است که روی اینترنت ارایه میشود (مانند پست الکترونیکی).
همچنین، وب مخفف کلمه وبسایت (website) است. سایت یعنی مکان و منظور از وبسایت صفحات مرتبط است. در پارسی واژهٔ تارنما جایگزین وبسایت شده است.
تاریخچه
ایده اولیه در مورد تارِ گیتیگستر به سال ۱۹۸۰ (میلادی) برمیگردد. زمانی که در شهر سرن سوئیس، تیم برنرز لی شبکه ENQUIRE را ساخت (که به "Enquire Within Upon Everqthing CSS" اشاره داشت و همنام کتابی بود که وی از جوانی خود به یاد داشت. اگرچه آنچه وی ساخت با وب امروزی تفاوتهای زیادی دارد اما ایده اصلی در آن گنجانده شده است (و حتی برخی از این ایدهها در پروژه بعدی برنرزلی پس از WWW یعنی وب معنایی به کار گرفته شد).
در مارس 1989، برنرزلی یک پیشنهاد را نوشت که به ENQUIRE اشاره داشت و یک سیستم اطلاعاتی پیشرفته را توصیف میکرد. وی با کمک رابرت کایلا، پیشنهاد طراحی تور جهان گستر را در 12 نوامبر 1990 ارائه کرد. اولین مرور وب جهان توسط برنرزلی با عنوانNEXTcube مورد استفاده قرار گرفت و وی اولین مرورگر وب و تور جهان گستر را در سال 1990 طراحی کرد.
در کریسمس 1990، برنرز لی همه ابزارهای لازم برای کار با وب را فراهم کرد
در 6 آگوست 1991 وی خلاصهای از پروژه تور جهان گستر را در گروه خبری alt.hypertext پست کرد. در همین روز وب به عنوان یک خدمات عمومی روی اینترنت ارائه شد. مفهوم مهم ابر متن در پروژههای قدیمیتر مربوط به دهه 1960 مانند Project Xanadu مربوط به تد نلسون و NLS (سیستم آنلاین) مربوط به داگلاس انگلبارت مطرح شد.
موفقیت برنرزلی در ایجاد ارتباط بین ابر متن و اینترنت بود. در کتاب "بافتن تور" وی اذعان میکند که بارها از امکان برقراری ارتباط میان دو تکنولوژی صحبت کرده بود اما چون کسی به حرفهایش توجه نکرد وی خودش دست به کار شد و پروژه را به سرانجام رساند. وی در سیستم خود شاخصهای منحصر به فرد جهانی برای شناسایی منابع موجود روی وب و دیگر مکانها در نظر گرفت و آنها را شناسه منبع یکپارچه نامید.
تور جهان گستر با بقیه سیستمهای ابر متنی موجود تفاوتهایی داشت:
WWW به لینکهای یک طرفه نیاز داشت و نه دوطرفه بنابراین فرد میتوانست بدون آن که از جانب مالک منبع واکنشی صورت گیرد به منبع دسترسی پیدا کند. همچنین ابر متن مشکل پیادهسازی سرورهای وب و مرورگرها (در مقایسه با سیستمها قبلی) را برطرف کرد اما در مقابل مشکل زمان در لینکهای قطع شده را ایجاد کرد.
تور جهان گستر بر خلاف سیستمهای قبلی مانند ابر کارت غیر انحصاری بود و این امکان را فراهم میکرد که سرورها و مرورگرهای مستقلی را ایجاد کرده و بدون هیچ محدودیتی آنها را به شبکه وصل کرد.
در 30 آوریل سال ۱۹۹۳ (میلادی)، CERN اعلام کرد که تور جهان گستر به صورت رایگان برای همه افراد قابل دسترسی است. این موضوع دو ماه پس از اعلام رایگان نبودن پروتکل گوفر مطرح میشد و در نتیجه تمایل به وب به شدت افزایش یافت. قبل از آن مرورگر وب معروفی به نامViolaWWW وجود داشت که بر اساس ابر کارت کار میکرد. نسخه گرافیکی تور جهان گستر با نام مرورگر وب موزائیک در سال 1993 توسط مرکز ملی برنامههای سوپرکامپیوتر که توسط مارک اندرسن راه اندازی شده بود مورد انتقاد شدید قرار گرفت. قبل از عرضه موزائیک، گرافیک و متن در صفحات وب از یکدیگر جدا بودند و در پروتکلهای اینترنتی قبلی مانند پروتکل گوفر و مرور اطلاعات ناحیه وسیع گرافیک کاربرد زیادی نداشت. واسط کاربر گرافیکی موزائیک وب را به مشهورترین پروتکل اینترنتی تبدیل کرد.
اجزاء وب
تار گیتیگستر ترکیبی از چهار عنصر اصلی است:
hypertext یا بسامتن: فرمتی از اطلاعات که به افراد اجازه می دهد تا در محیط کامپیوتر با استفاده از ارتباط داخلی موجود میان دو متن از بخشی از سند به بخش دیگری از آن یا حتی سند دیگری مراجعه کنند و به اطلاعات جدیدی دسترسی پیدا کند.
URL: شناسههای منحصر به فردی که برای مشخص کردن محل حضور اطلاعات موجود روی شبکه (فایل کامپیوتری، سند یا منابع دیگر) به کار می روند.
مدل Client-Server یا مشتری-خدمتگزار: سیستمی که در آن نرمافزار یا کامپیوتر مشتری از نرمافزار یا کامپیوتر خدمتگزار تقاضای دریافت منابع اطلاعاتی مانند داده یا فایل می کند.
markup language یازبان علامتگذاری: کاراکترها یا کدهای موجود در متن که ساختار متن وب معنایی را مشخص می کنند.
معماری سیستم وب
کلاً از دیدگاه فنی سیستم وب در دو بخش سازماندهی می شود:
برنامه سمت سرویس دهنده ی وب و برنامه سمت مشتری وب
پایگاه اطلاعاتی توزیع شده از صفحات ابرمتن، فایل های داده مثل صدا، تصویر و بطور کل هر منبع
صفحه وب چیزی نیست مگر یک فایل متنی بسیار ساده که با یکی از زبان های نشانه گذاری ابرمتنی مثل HTML، XHTML ، DHTML یا XML تدوین می شود. کاری که مرورگر به عنوان مشتری وب انجام می دهد آن است که تقاضای دریافت یکی از صفحات یا فایل ها را در قالب قراردادی استاندارد (به نام پروتکل HTTP) به سمت سرویس دهنده ارسال کند. در سمت مقابل سرویس دهنده ی وب این تقاضا را پردازش کرده و در صورت امکان، فایل مورد نظر را برای مرورگر ارسال می کند. مرورگر پپس از دریافت فایل ابرمتنی ، آن را تفسیر کرده و به صورت صفحه آرایی شده روی خروجی نشان می دهد. اگر فایل ابرمتنی در جایی به فایل صدا یا تصویر پیوند خورده باشد آن ها نیز توسط مرورگر تقاضا شده و پس از دریافت در جای خود قرار می گیرند.
وب چگونه عمل میکند
برای مشاهده یک صفحه وب یا دیگر منابع اطلاعاتی روی تور جهان گستر معمولاً URL صفحه را در یک مرورگر وب وارد میکنیم و یا لینک ابر متن مربوط با آن صفحه یا منبع را انتخاب میکنیم. اولین گام که در پشت پرده انجام میشود اختصاص یک آدرس IP به بخش سرور URL است که توسط پایگاه داده توزیع شده اینترنت صورت میگیرد که به آن DNS میگویند.
در مرحله بعد یک درخواست HTTP به مرور وب در آن آدرس IP ارسال میشود و درخواست مشاهده صفحه ارائه میگردد. در صورتی که یک صفحه معمولی در خواست شده باشد متن HTML، تصاویر گرافیکی یا هر فایل دیگری که مربوط به آن صفحه است در اختیار مشتری (مرورگر وب) قرار میگیرد. سپس مرورگر وب صفحه HTML، و دیگر فایلهای دریافت شده را ترجمه میکند. در نهایت "صفحه" مورد نظر مشتری در اختیار وی قرار میگیرد.
در تور جهان گستر، یک برنامه مشتری که عامل کاربر نام دارد منابع اطلاعاتی مانند صفحات وب یا فایلهای کامپیوتری را با استفاده از URL از وب در خواست میکند. اگر عامل کاربر نوعی مرورگر وب باشد، اطلاعات را روی مانیتور نشان میدهد. کاربر میتواند با دنبال کردن لینکهای موجود در صفحه وب به بقیه منابع موجود روی تور جهان گستر دسترسی پیدا کند. همچنین میتوان با پرکردن فرمهای HTML و تحویل این فرمهای وب میتوان اطلاعات را بر اساس پروتکل انتقال ابرمتن به سرور وب برگرداند تا از آن ذخیره شده یا پردازش شوند. صفحات وب در کنار هم قرار گرفته و وبسایتها را می سازند. عمل دنبال کردن ابرلینک از یک وب سایت به وب سایت دیگر را "مرور وب" یا " گشت و گذار" وب مینامند.
اصطلاح "گشت و گذار در اینترنت" اولین بار توسط جین آرمور پولی که یک کتابدار بود در مقاله یا به نام "Surfing the INTERNET" مطرح شد که ژوئن سال 1992 در "بولتن کتابخانه ویلسن" در دانشگاه مینوستا چاپ شد. اگر چه پولی مستقلاً از این کلمه استفاده کرد اما در یوزنتهای مربوط به سالهای 1991 و 1992 این کلمه دیده میشود و حتی عدهای میگویند که این کلمه در مجمع هکرها در دو سال قبل از آن به صورت شفاهی عنوان شده بود. پولی در تاریخ اینترنت به مادر اینترنت معروف است.
اغلب صفحات وب شامل ابر لینکهایی هستند که به صفحات و منابع اطلاعاتی مرتبط با آنها مانند صفحات دانلود، اسناد منابع، تعاریف و غیره منتهی میشوند. چنین مجموعهای از منابع مفید و مرتبط با هم توسط لینکهای ابر متن به یکدیگر متصل شدهاند را "وب" اطلاعات مینامند. قرار دادن این مجموعه منابع روی اینترنت شبکهای را تولید کرد که در اوایل دهه 1990 توسط تیم برنرز لی، " تور جهان گستر" نامیده شد.
عملکرد برنامه ی سرویس دهنده و مشتری وب
در سمت سرویس دهنده ی وب، پروسه ای وجود دارد که دائماً به پورت شماره 80 گوش می دهد و منتظر تقاضای برقراری اتصال توسط مشتریان می ماند. دقت کنید که برنامه ی سرویس دهنده از سوکت های نوع استریم استفاده می کند و اتصال از نوع TCP است. فرامین و داده هایی که بین سرویس دهنده و مرورگر وب مبادله می شوند تماماً متنی هستند.(همانند سیستم پست الکترونیکی) پس از آنکه ،ژ\ بین برنامه ی سویس دهنده و مشتری برقرار شد برنامه ی مشتری حق دارد یک یا چندین تقاضا بفرستد و این تقاضا ها باید در قالب استاندارد HTTP باشد. سرویس دهنده، یکایک تقاضا ها را دریافت و پردازش و در صورت امکان آن ها را اجرا می کند.
کش (cache)
اگر کاربر پس از مدت زمان اندکی به سرعت به صفحه وب برگردد احتمال دارد که اطلاعات از سرور وب اصلی بازیابی نشوند. به طور پیش فرض، مرورگرهای همه منابع وب را روی هارد کامپیوتر مشتری، مخفی (کش) میکنند. مرورگر درخواست HTML را تنها در صورتی که نیاز به روزآوری دادههای قبلی وجود داشته باشد ارسال میکند. در غیر این صورت از دادههای کش استفاده میشود.
این عمل باعث کاهش ترافیک شبکه اینترنت میشود. تصمیمگیری در مورد انقضای زمان استفاده از منبع تصویر، CSS، فایل جاوا اسکریپت و همچنین HTML به صورت مستقل انجام میگیرد. بنابراین حتی در برخی از سایتهای با محتوای پویا، بسیاری از منابع اطلاعاتی اصلی فقط در هر بار مراجعه عرضه میشوند. بهتر است طراحان وب سایت همه فایلهای جاوا اسکریپت و CSS را درون تعدادی فایل سایت جمعآوری کنند تا کش های کاربران بتوانند از آنها استفاده کنند و بدین ترتیب زمان دانلود شدن صفحه و تعداد مراجعات به سرور کاهش یابد.
همچنین بخشهای دیگری از اینترنت میتوانند محتوای وب را کش (مخفی) کنند. یکی از بهترین این اجزاء دیوارهای آتش است که در شرکتها و محیطهای دانشگاهی کاربرد دارد و منابع وب درخواست شده توسط یک کاربر را برای همه کاربران کش میکند. با وجود آن که این قابلیتها در اغلب مرورگرهای وب دیده میشود طراحان صفحات وب میتوانند عناوین HTTP که توسط کاربر درخواست شده را کنترل کنند تا صفحات در مواردی که لازم نیست در کش ذخیره نشوند؛ مثلاً صفحات خبری و بانکها.
بدین ترتیب میتوانیم بین اعمال "دریافت" و "ارسال" HTTP تفاوت قائل شویم. در صورتی که همه شرایط محقق شود، دادههایی که توسط فرمان دریافت (GET) درخواست شدهاند میتوانند در کش ذخیره شوند در حالی که دادههای به دست آمده پس از ارسال (posting) اطلاعات به سرور در کش ذخیره نمیشوند.
فیزیولوژی ورزشی
فیزیولوژی ورزشی به ۴ بخش فراگیر تقسیم میشود: آمادگی جسمانی، فیزیولوژی ماهیچهها، فیزیولوژی گردش خون،
فیزیولوژی تنفس
بدن انسان برای اینکه بتواند نقش خود را به طور مؤثر در زندگی ایفا کند باید از آمادگی جسمانی خوبی برخوردار باشد یعنی به طور مداوم انرژی لازم را در اختیار داشته باشد تا بتواند وظایف خود را به نحو احسن انجام دهد. وقتی سخن از آمادگی جسمانی به میان میآید مقصود از آن داشتن چنان قلب، رگهای خونی و ششها و ماهیچههایی است که بتوانند وظایف خود را به خوبی انجام دهند و با شور و نشاط تمام در فعالیتها و تفریحات سالمی شرکت کنند که افراد عادی و غیر فعال از انجام آنها ناتوانند. عوامل متعددی در آمادگی جسمانی مؤثر است اما چهار عامل بیش از عوامل دیگر در این میان ایفای نقش میکنند این عوامل عبارتاند از (نیروی ماهیچه، استقامت ماهیچه، انعطاف ماهیچه و استقامت قلبی ریوی) می باشد.
نیروی ماهیچه
همانطور که میدانید حدود ۴۰ درصد وزن بدن را ماهیچه تشکیل میدهد این ماهیچهها در خود تولید انرژی میکنند که این نیرو، نیروی ماهیچه نامیده میشود که البته قابل اندازهگیری نیز هست. مهمترین عامل شناخته شده در آمادگی جسمانی استعداد و توانایی ماهیچهها در وارد کردن نیرو یا مقاومت در برابر آن است. تمرینات قدرتی از عواملی است که سبب حجیم شدن تارهای ماهیچهای میشود و توانایی فرد را در تولید نیروی بیشتر افزایش میدهد، این افزایش میتواند به دلایل عصبی (فراخوانی تارهای بیشتر و تحریک واحدهای عصبی-ماهیچهای بزرگتر)باشد یا به دلیلی مثل افزایش رها سازی یون کلسیم یا افزایش تماس تارهای اکتین و میوزین. قدرت ماهیچه اهمیت بسیاری در ورزشهای مختلف و البته فعالیتهای روزانه دارد بسیاری از مردان و حتی زنان از ماهیچهها بازو و سرشانه ضعیفی برخوردار هستند که باعث ضعف در فعالیتهای ورزشی و روزانه و ایجاد درد و بیماری در سنین بالا میشود..
استقامت ماهیچه
ماهیچهها در خود انرژی ذخیره میکنند. این عمل به ماهیچهها امکان میدهد که مدت زیادی به فعالیت خود ادامه دهند. این عمل ماهیچهها را استقامت ماهیچهای گویند. استقامت ماهیچهای عبارت است از ظرفیت یک ماهیچه یا گروهی از ماهیچهها برای انقباض مداوم. معمولاً استقامت ماهیچه را با قدرت ماهیچهای اشتباه میگیرند ولی باید توجه کرد که معمولاً استقامت ماهیچهای عبارت است از توانایی در کاربرد قدرت و نگهداری این توانایی برای مدت نسبتاً طولانی. برای مثال در فعالیتهایی چون: برف پارو کردن، چمن زدن، نظافت و یا حرکات ورزشی چون دراز و نشست، بالا کشیدن بدن در حالت بارفیکس و... استقامت ماهیچهای نقش اساسی دارد که میشود با تمرینات منظم ورزشی آن را افزایش داد.
انعطاف ماهیچه
توانایی در کاربرد ماهیچهها در وسیعترین دامنه حرکت آنها به دور مفصلها را انعطاف پذیری گویند. این عامل در آمادگی جسمانی از اهمیت ویژهای برخوردار است. با تمرینات ورزشی میزان توانایی مفاصل بدن در خم شدن و چرخیدن بیشتر میشود و در نتیجه کارایی ماهیچهها بهبود مییابد اگر مفاصل از انعطاف کمی برخوردار باشند محدودیت حرکتی برای بدن ایجاد میشود. انعطاف پذیری در فعالیتهای روزانه چون باغبانی، خانه داری، فعالیتهای ورزشی که احتیاج به نرمی و انعطاف پذیری دارند مؤثر است. که البته این نقش در فعالیتهای ورزشی چون ژیمناستیک، دو و میدانی و... پر رنگ تر میشود.
استقامت قلبی و ریوی
بسیاری از دانشمندان و صاحب نظران ورزشی عقیده دارند که عامل استقامت قلبی ریوی در آمادگی جسمانی بیش از عوامل دیگر اهمیت دارد و بعضی دیگر دقیقاً بر عکس این نظریه مهر تأیید زدند. اما تجربه نشان دادهاست که استقامت قلبی ریوی از عوامل اساسی آمادگی جسمانی است و با تمرینات استقامتی شدید و سنگین میتوان آن را ارتقاء بخشید.
فیزیولوژی ماهیچه
ماهیچهها دستگاهی هستند که مواد غذایی را از صورت شیمیایی به صورت انرژی مکانیکی یا کار تبدیل میکنند. میدانیم که حرکات بدن از انقباض ماهیچهها حاصل
در بخش ماهیچهها مخطط ۲ مطلب را بررسی میکنیم: ۱- انقباض ماهیچه، ۲- منابع انرژی ماهیچه.
انقباض ماهیچه: اگر طول ماهیچه به هنگام انقباض تغییر نکند این انقباض را (هم طول) میگویند. در این نوع انقباض جسم مقاوم جابه جا نمیشود تمام انرژی حاصل از انقباض به حرارت تبدیل میشود. ولی اگر انقباض ماهیچه به کوتاه شدن آن منجر شود آن انقباض را (هم تنش) میگویند که باعث میشود جسمی که در برابر ماهیچه قرار میگیرد جابه جا شود. سرعت انقباض ماهیچه با مقدار وزنهای که در مقابل آن قرار میگیرد رابطه عکس دارد. اگر هیچ نیرویی در برابر ماهیچه قرار نگیرد ماهیچه سریعاً منقبض میشود ولی اگر به تدریج نیروی مخالف افزایش مییابد از سرعت انقباض کاسته میشود. تا اینکه اگر میزان نیروی مخالف برابر با نیروی ماهیچه شود سرعت کوتاه شدن یا انقباض به صفر خواهد رسید.
منابع تامین انرژی
ماهیچه برای آنکه به حالت انقباض درآید احتیاج به انرژی دارد. منبع اصلی انرژی ماهیچه آدنوزین تری فسفات است که به مقدار کمی در ماهیچه وجود دارد ولی به مقدار زیادی انرژی آزاد میکند. کراتین فسفات منبع انرژی دیگری است که در سلولهای ماهیچهای ذخیره میشود. اگر مقدار آدنوزین تری فسفات در سلول بیش از اندازه لازم باشد انرژی اضافی صرف تولیدکراتین فسفات میشود و در نتیجه مقدار بیشتری از انرژی ذخیره خواهد شد. به مجرد ذخیره آدنوزین تری فسفات در ماهیچه کراتین فسفات موجود به سرعت و سهولت به آدنوزین تری فسفات تبدیل میشود و در نتیجه کراتین فسفات باعث ثابت ماندن مقدار آدنوزین تری فسفات ماهیچه میشود. انرژی حاصل از کراتین فسفات و آدنوزین تری فسفات برای مدت کوتاهی انرژی لازم را تأمین میکنند پس در فعالیتهای شدید بدنی که بیش از چند دقیقه طول میکشد باید منبع دیگری از انرژی وجود داشته باشد. این انرژی از تجزیه گلیگوژن حاصل میشود و چون این واکنش در مجاورت اکسیژن قرار میگیرد آن را هوازی یا (با اکسیژن) میگویند. اگر اکسیژن به اندازه کافی برای این واکنشهای شیمیایی وجود نداشته باشد در ماهیچه اسیدلاکتیک تولید میشود. قسمت اعظم این اسیدلاکتیک مجدداً به گلوکز و گلیگوژن تبدیل میشود و مقداری از آن در ماهیچه بر جای میماند. در ورزشهای سخت و طولانی و مخصوصاً افرادی که از آمادگی جسمانی کمی برخوردارند خستگی ماهیچهها بعد از ورزش مربوط به اسیدلاکتیک باقیمانده در ماهیچهاست، میزان خستگی با مقدار اسیدلاکتیک موجود در ماهیچه رابطه مستقیم دارد.
تولید انرژی در بدن به ۳ طریق انجام میگیرد که ۲ طریق آنها برای تولیدآدنوزین تری فسفات نیاز به اکسیژن ندارند (بی هوازی) و در سومین طریقه وجود اکسیژن کاملاً ضروری است که به آن (هوازی) گویند:
سیستم تامین انرژی فسفاژن ATP-Pc
در ورزشهایی چون: پرتاب نیزه، پرتاب دیسک، دو ۱۰۰ متر و شیرجه یا فعالیتهایی که زمان اجرای آن بسیار کم است (حدود ۱۰ ثانیه) و با حداکثر شدت انجام میشوند انرژی مورد نیاز را از این سیستم تأمین میکنند. آدنوزین تری فسفات وکراتین فسفات موجود در ماهیچه به صورت ذخیره وجود دارند و به هنگام فعالیت انرژی مورد لزوم را تهیه میکنند. در این سیستم برای تأمین انرژی احتیاجی به حضور اکسیژن نیست (بی هوازی)
سیستم تامین انرژی بی هوازی(اسیدلاکتیک)
در ورزشهایی که زمان اجرای آنها بین ۱ تا ۳ دقیقه طول میکشد انرژی مورد نیازشان را از این طریق تأمین میکنند مثل دوهای ۴۰۰ و۸۰۰ متر وکشتی. هنگام اجرای این فعالیتها اکسیژن به قدر کافی در ماهیچه موجود نیست از اینرو گلوکز موجود در ماهیچه به اسیدلاکتیک و آدنوزین تری فسفات تبدیل میشود. در حقیقت در این سیستم گلوکز عامل اصلی تأمین کننده انرژی ماهیچهاست.
سیستم تامین انرژی هوازی
هر موجود زندهای برای ادامه زندگی و فعالیت احتیاج به اکسیژن دارد. بعد از چند دقیقه که اکسیژن به بدن نرسد، نه آدنوزین تری فسفات در بدن ساخته میشود و نه انرژی وجود دارد و در نتیجه زندگی پایان مییابد. در ورزشهایی که بیش از ۳ دقیقه طول میکشد ماهیچهها انرژی مورد نیاز را از تجزیه مواد غذایی در مقابل اکسیژن بدست میآورند. در دوهای ماراتن، کوهنوردی و... آدنوزین تری فسفات مورد نیاز ماهیچهها از این طریق تأمین میگردد. پروتئینها، گلیگوژن و چربیها از جمله مواد غذایی هستند که در این سیستم مورد استفاده قرار میگیرد و بیشترین مقدار تولید آدنوزین تری فسفات را نیز دارد.
برگشت به حالت اولیه و وام اکسیژن
همانطور که گفته شد برای اینکه بدن از حالت استراحت به حالت فعالیت درآید واکنشهای متعددی در ماهیچه صورت میگیرد تا انرژی لازم کسب شود. همچنین برگشت بدن از حالت فعالیت به حالت استراحت نیز بسیار مهم است که آن را برگشت به حالت اولیه یا تجدید قوا (Recovery) گویند. ذخیره اکسیژن بدن هنگام فعالیتهای شدید به مصرف سوخت و ساز بدن میرسد؛ در نتیجه هنگام استراحت مقدار اکسیژنی که از ذخیره بدن گرفته شدهاست باید دوباره به بدن باز گردد و اسیدلاکتیک جمع شده در ماهیچهها نیز باید از سلولهای ماهیچهای خارج شودکه البته هر دو نیز هوازی هستند. انرژی از دست رفته بدن را وام اکسیژن (Oxygen Debt) گویند. مقدار وام اکسیژن برابر است با مقدار اکسیژن مورد نیاز در هنگام فعالیت؛ اگر نوع فعالیت شخص ملایم، طولانی و یکنواخت باشد بدن میتواند انرژی مورد نیاز را از هوا بگیرد و وام اکسیژن به وجود نمیآید والی اگر فعالیت شخص شدید باشد به طوری که او مجبور باشد با کمبود انرژی به فعالیت خود ادامه دهد مبتلا به وام اکسیژن میشود. مدت زمانی که طول میکشد تا بدن به حالت اول برگردد بستگی به مدت، شدت و آمادگی جسمانی فرد دارد؛ بعد از فعالیتها در ۲ یا ۳ دقیقه اول مصرف اکسیژن به شدت پایین میآید اما از این شدت به تدریج کاسته میشود تا به حالت یکنواخت برسد. اگر شخص بعد از فعالیت ورزشی خود، به جای استراحت، کار سادهای مثل راه رفتن یا دویدن آرام (سرد کردن) را انجام دهد اسیدلاکتیک موجود در بدن زودتر از بین میرود (در این مورد در فصل علم تمرین به طور کامل توضیح داده شدهاست)
فیزیولوژی دستگاه گردش خون
دستگاه گردش خون از رگها و قلب تشکیل شده که خون تیره و روشن در آنها جریان دارد. قلب به صورت تلمبهای قوی خون روشن را از راه سرخرگ آئورت و سرخرگ ششی به بدن میفرستد و از طرفی سیاهرگهای اجوف فوقانی و تحتانی خون تیره را از بدن به قلب بر میگردانند. به استثنای سیاهرگ ششی که خون روشن و تیره را از ششها به قلب بر میگرداند. یاختههای بدن پیوسته در حال فعالیت اند و برای ادامه حیات و فعالیت خود موادی را میسوزانند و مواد دیگری را دفع میکنند دستگاه گردش خون عهده دار رساندن مواد سوختنی به سلولها و خارج کردن مواد زائد است. قلب از چهار حفره تشکیل شدهاست. دو حفره در طرف راست و دو حفره در طرف چپ. دو حفره بالایی را دهلیز و دو حفره پایینی را بطن میگویند. بطن باعث به حرکت درآمدن خون در بدن میشود و اگر بطن از انقباض بیفتد خون از گردش خواهد ایستاد. شکل قلب شبیه مخروطی است که قاعده آن در بالا و نوک آن در پایین در انتهای بطنها است. در موقع ضربان دو دهلیز با هم منقبض میشوند و بعد از مدت نسبتاً کوتاهی دو بطن منقبض میشوند بعد از این انقباض توقف بیشتر و طولانی تری وجود دارد که به منزلة استراحت قلب است. مدت انقباض بطنها در افراد بالغ ۳/۰ ثانیه و مدت انبساط آنها ۵/۰ ثانیه طول میکشد روی هم رفته یک دوره کامل قلبی ۸/۰ ثانیه طول میکشد بنابراین در هر دقیقه تقریباً ۷۰ دورة قلبی صورت میگیرد و این رقم را تعداد ضربان قلب گویند. همانطور که میدانید در حدود 8 درصد وزن بدن را خون تشکیل میدهد یعنی یک شخص معمولی با وزن در حدود۷۰ کیلوگرم دارای ۵ تا ۶ لیتر خون است قسمت اعظم خون را گلبولهای قرمز تشکیل میدهند. کمبود اکسیژن معمولاً موجب افزایش گلبولهای قرمز خون میشود به همین دلیل است که در ارتفاعات زیاد ورزشکاران استقامتی قادر نیستند رکوردهای جهانی از خود به جا بگذارند چون در مکانهای مرتفع فشار نسبی اکسیژن در هوای تنفسی کم است و شخص ورزشکار قادر نیست به راحتی اکسیژن مورد نیاز را در هنگام ورزش از هوا کسب کند لذا این امر در کارایی او اثر نامطلوب میگذارد.
فیزیولوژی دستگاه تنفسی
طبق تعاریف کتابهای فیزیولوژی، تنفس عبارت است از جذب اکسیژن و دفع انیدریدکربنیک به وسیله سلول زنده، خواه این سلول حیوانی باشد، خواه نباتی.
عمل تنفس طی ۲ مرحله متمایز انجام میشود: تنفس خارجی: که عبارت است از حرکت هوا به داخل ریهها، انتقال اکسیژن از ریهها به خون و انتقال انیدریدکربنیک از خون به ریهها. تنفس سلولی یا داخلی: که شامل جذب اکسیژن و تولید انیدریدکربنیک توسط سلولها میشود. انقباض حجاب حاجز یا دیافراگم و پایین آمدن در محوطه شکم باعث بزرگ شدن قفسه سینه از بالا به پایین میشود. همزمان با این عمل ماهیچهها شکم بتدریج شل میشود و با انقباض ماهیچهها بین دندهای، دندهها به بالا کشیده میشود و استخوان جناغ را به جلو میراند این عمل قفسه سینه را از جلو به عقب میبرد و از طرفین بزرگ میکند؛ با بزرگ شدن حجم قفسه سینه فشار موجود در ریهها از فشار جو کاهش مییابد و باعث حرکت هوا به داخل ریهها میشوند این عمل آنقدر ادامه پیدا میکند تا فشار هوا در ریهها با فشار جو برابر گردد. کلیه اعمال بالا را دم گویند. اما عمل بازدم در حالت استراحت نتیجه شل شدن ماهیچهها دمی و بازگشت ریهها به حالت قبل صورت میگیرد با بالا رفتن ماهیچه دیافراگم و بازگشت حجم قفسه سینه به حالت استراحت، فشار هوا در ریهها از جو بیشتر میشود و آن قدر هوا از ریهها خارج میشود تا فشار ریهها دوباره با فشار جو برابر گردد،عمل بازدم در حالت ورزش کاملاً تغییر کرده واز یک حرکت پاسیو(غیر فعال) به یک حرکت اکتیو(فعال)تبدیل می شود.
حجم جاری و تهویه ریوی
حجم هوایی که با هر بار حرکت به داخل ریهها جریان مییابد را حجم جاری مینامند و مقدار آن بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ میلی لیتر است و تهویه ریوی عبارت است از حجم جاری ضرب در تعداد حرکات تنفسی در دقیقه که معمولاً بین ۱۰ تا ۲۰ بار در حالت استراحت است. در هنگام ورزش تعداد حرکات تنفسی افزایش پیدا میکند و عمیق تر میشود تا جایی که در فعالیتهای شدید ورزشی ماهیچهها دمی و بازدمی فعال میشوند و تهویه ریوی تا حدود ۱۰۰ لیتر در دقیقه افزایش مییابد. حداکثر تهویه ریوی ممکن است به ۱۵۰ لیتر در دقیقه هم برسد ولی افزایش تهویه ریوی اگر از ۱۰۰ لیتر در دقیقه بیشتر شود به افزایش جذب اکسیژن کمکی نمیکند زیرا به نظر میرسد که انتقال اکسیژن بیش از این مقدار به بافتها، توسط ماهیچهها قلب و ماهیچهها تنفس محدود میشود.
ورزش حرفهای
ورزش حرفهای به ورزشی گفته میشود که در آن ورزشکاران برای فعالیت خود دستمزد دریافت میکنند. ورزش حرفهای در نقطه مقابل ورزش آماتور قرار میگیرد که در آن ورزشکاران فقط برای علاقه شخصی به ورزش میپردازند.
اغلب ورزشهایی که به صورت حرفهای دنبال میشوند، ورزشکاران آماتوری نیز دارند که تعداد آنها بسیار بیشتر از همتایان حرفهای خود است. طرفداران ورزش آماتور معمولاً ورزش حرفهای را در تضاد با اصول اخلاقی ورزش میدانند و معتقدند رقابتهای ورزشی نباید وسیله امرار معاش باشد. این گروه در برخی رشتههای ورزشی تا مدتها توانستند در مقابل جاذبههای مالی و تبلیغاتی ورزش حرفهای مقاومت کنند. برای مثال اتحاد راگبی برای سالها یک ورزش نیمهوقت مخصوص آماتورها باقیمانده بود.
ورزشکارانی که در سطح اول ورزش حرفهای فعالیت میکنند درآمدهای بسیار بالایی را دریافت میکنند. تایگر وودز بازیکن گلف اهل آمریکا پردرآمدترین ورزشکار دنیاست و بر اساس گزارش سال ۲۰۰۹ نشریه فوربز مجموع جوایز و دستمزدهایی که وی از فعالیتهای ورزشی خود دریافت کرده از یک میلیارد دلار فراتر رفتهاست. مایکل جردن بازیکن بسکتبال آمریکایی با ۸۰۰ میلیون دلار و میشاییل شوماخر راننده فرمول یک آلمانی با حدود ۷۰۰ میلیون دلار درآمد از ورزش در رتبههای بعدی قرار میگیرند.
ده بازیکن برتر تنیس دنیا به طور میانگین سالانه ۳ میلیون دلار دریافت میکنند و میانگین درآمد بازیکنان لیگ برتر بیسبال آمریکا ۳ میلیون و ۴۴۰ هزار دلار بودهاست. در فصل ۱۱-۲۰۱۰ میانگین دستمزد بازیکنان لیگ برتر فوتبال انگلستان ۷ میلیون پوند، بازیکنان سری آ فوتبال ایتالیا ۵ میلیون یورو و بازیکنان بوندسلیگا ۳.۳ میلیون یورو بودهاست.
فیزیولوژی ورزشی به ۴ بخش فراگیر تقسیم میشود: آمادگی جسمانی، فیزیولوژی ماهیچهها، فیزیولوژی گردش خون،
فیزیولوژی تنفس
بدن انسان برای اینکه بتواند نقش خود را به طور مؤثر در زندگی ایفا کند باید از آمادگی جسمانی خوبی برخوردار باشد یعنی به طور مداوم انرژی لازم را در اختیار داشته باشد تا بتواند وظایف خود را به نحو احسن انجام دهد. وقتی سخن از آمادگی جسمانی به میان میآید مقصود از آن داشتن چنان قلب، رگهای خونی و ششها و ماهیچههایی است که بتوانند وظایف خود را به خوبی انجام دهند و با شور و نشاط تمام در فعالیتها و تفریحات سالمی شرکت کنند که افراد عادی و غیر فعال از انجام آنها ناتوانند. عوامل متعددی در آمادگی جسمانی مؤثر است اما چهار عامل بیش از عوامل دیگر در این میان ایفای نقش میکنند این عوامل عبارتاند از (نیروی ماهیچه، استقامت ماهیچه، انعطاف ماهیچه و استقامت قلبی ریوی) می باشد.
نیروی ماهیچه
همانطور که میدانید حدود ۴۰ درصد وزن بدن را ماهیچه تشکیل میدهد این ماهیچهها در خود تولید انرژی میکنند که این نیرو، نیروی ماهیچه نامیده میشود که البته قابل اندازهگیری نیز هست. مهمترین عامل شناخته شده در آمادگی جسمانی استعداد و توانایی ماهیچهها در وارد کردن نیرو یا مقاومت در برابر آن است. تمرینات قدرتی از عواملی است که سبب حجیم شدن تارهای ماهیچهای میشود و توانایی فرد را در تولید نیروی بیشتر افزایش میدهد، این افزایش میتواند به دلایل عصبی (فراخوانی تارهای بیشتر و تحریک واحدهای عصبی-ماهیچهای بزرگتر)باشد یا به دلیلی مثل افزایش رها سازی یون کلسیم یا افزایش تماس تارهای اکتین و میوزین. قدرت ماهیچه اهمیت بسیاری در ورزشهای مختلف و البته فعالیتهای روزانه دارد بسیاری از مردان و حتی زنان از ماهیچهها بازو و سرشانه ضعیفی برخوردار هستند که باعث ضعف در فعالیتهای ورزشی و روزانه و ایجاد درد و بیماری در سنین بالا میشود..
استقامت ماهیچه
ماهیچهها در خود انرژی ذخیره میکنند. این عمل به ماهیچهها امکان میدهد که مدت زیادی به فعالیت خود ادامه دهند. این عمل ماهیچهها را استقامت ماهیچهای گویند. استقامت ماهیچهای عبارت است از ظرفیت یک ماهیچه یا گروهی از ماهیچهها برای انقباض مداوم. معمولاً استقامت ماهیچه را با قدرت ماهیچهای اشتباه میگیرند ولی باید توجه کرد که معمولاً استقامت ماهیچهای عبارت است از توانایی در کاربرد قدرت و نگهداری این توانایی برای مدت نسبتاً طولانی. برای مثال در فعالیتهایی چون: برف پارو کردن، چمن زدن، نظافت و یا حرکات ورزشی چون دراز و نشست، بالا کشیدن بدن در حالت بارفیکس و... استقامت ماهیچهای نقش اساسی دارد که میشود با تمرینات منظم ورزشی آن را افزایش داد.
انعطاف ماهیچه
توانایی در کاربرد ماهیچهها در وسیعترین دامنه حرکت آنها به دور مفصلها را انعطاف پذیری گویند. این عامل در آمادگی جسمانی از اهمیت ویژهای برخوردار است. با تمرینات ورزشی میزان توانایی مفاصل بدن در خم شدن و چرخیدن بیشتر میشود و در نتیجه کارایی ماهیچهها بهبود مییابد اگر مفاصل از انعطاف کمی برخوردار باشند محدودیت حرکتی برای بدن ایجاد میشود. انعطاف پذیری در فعالیتهای روزانه چون باغبانی، خانه داری، فعالیتهای ورزشی که احتیاج به نرمی و انعطاف پذیری دارند مؤثر است. که البته این نقش در فعالیتهای ورزشی چون ژیمناستیک، دو و میدانی و... پر رنگ تر میشود.
استقامت قلبی و ریوی
بسیاری از دانشمندان و صاحب نظران ورزشی عقیده دارند که عامل استقامت قلبی ریوی در آمادگی جسمانی بیش از عوامل دیگر اهمیت دارد و بعضی دیگر دقیقاً بر عکس این نظریه مهر تأیید زدند. اما تجربه نشان دادهاست که استقامت قلبی ریوی از عوامل اساسی آمادگی جسمانی است و با تمرینات استقامتی شدید و سنگین میتوان آن را ارتقاء بخشید.
فیزیولوژی ماهیچه
ماهیچهها دستگاهی هستند که مواد غذایی را از صورت شیمیایی به صورت انرژی مکانیکی یا کار تبدیل میکنند. میدانیم که حرکات بدن از انقباض ماهیچهها حاصل
در بخش ماهیچهها مخطط ۲ مطلب را بررسی میکنیم: ۱- انقباض ماهیچه، ۲- منابع انرژی ماهیچه.
انقباض ماهیچه: اگر طول ماهیچه به هنگام انقباض تغییر نکند این انقباض را (هم طول) میگویند. در این نوع انقباض جسم مقاوم جابه جا نمیشود تمام انرژی حاصل از انقباض به حرارت تبدیل میشود. ولی اگر انقباض ماهیچه به کوتاه شدن آن منجر شود آن انقباض را (هم تنش) میگویند که باعث میشود جسمی که در برابر ماهیچه قرار میگیرد جابه جا شود. سرعت انقباض ماهیچه با مقدار وزنهای که در مقابل آن قرار میگیرد رابطه عکس دارد. اگر هیچ نیرویی در برابر ماهیچه قرار نگیرد ماهیچه سریعاً منقبض میشود ولی اگر به تدریج نیروی مخالف افزایش مییابد از سرعت انقباض کاسته میشود. تا اینکه اگر میزان نیروی مخالف برابر با نیروی ماهیچه شود سرعت کوتاه شدن یا انقباض به صفر خواهد رسید.
منابع تامین انرژی
ماهیچه برای آنکه به حالت انقباض درآید احتیاج به انرژی دارد. منبع اصلی انرژی ماهیچه آدنوزین تری فسفات است که به مقدار کمی در ماهیچه وجود دارد ولی به مقدار زیادی انرژی آزاد میکند. کراتین فسفات منبع انرژی دیگری است که در سلولهای ماهیچهای ذخیره میشود. اگر مقدار آدنوزین تری فسفات در سلول بیش از اندازه لازم باشد انرژی اضافی صرف تولیدکراتین فسفات میشود و در نتیجه مقدار بیشتری از انرژی ذخیره خواهد شد. به مجرد ذخیره آدنوزین تری فسفات در ماهیچه کراتین فسفات موجود به سرعت و سهولت به آدنوزین تری فسفات تبدیل میشود و در نتیجه کراتین فسفات باعث ثابت ماندن مقدار آدنوزین تری فسفات ماهیچه میشود. انرژی حاصل از کراتین فسفات و آدنوزین تری فسفات برای مدت کوتاهی انرژی لازم را تأمین میکنند پس در فعالیتهای شدید بدنی که بیش از چند دقیقه طول میکشد باید منبع دیگری از انرژی وجود داشته باشد. این انرژی از تجزیه گلیگوژن حاصل میشود و چون این واکنش در مجاورت اکسیژن قرار میگیرد آن را هوازی یا (با اکسیژن) میگویند. اگر اکسیژن به اندازه کافی برای این واکنشهای شیمیایی وجود نداشته باشد در ماهیچه اسیدلاکتیک تولید میشود. قسمت اعظم این اسیدلاکتیک مجدداً به گلوکز و گلیگوژن تبدیل میشود و مقداری از آن در ماهیچه بر جای میماند. در ورزشهای سخت و طولانی و مخصوصاً افرادی که از آمادگی جسمانی کمی برخوردارند خستگی ماهیچهها بعد از ورزش مربوط به اسیدلاکتیک باقیمانده در ماهیچهاست، میزان خستگی با مقدار اسیدلاکتیک موجود در ماهیچه رابطه مستقیم دارد.
تولید انرژی در بدن به ۳ طریق انجام میگیرد که ۲ طریق آنها برای تولیدآدنوزین تری فسفات نیاز به اکسیژن ندارند (بی هوازی) و در سومین طریقه وجود اکسیژن کاملاً ضروری است که به آن (هوازی) گویند:
سیستم تامین انرژی فسفاژن ATP-Pc
در ورزشهایی چون: پرتاب نیزه، پرتاب دیسک، دو ۱۰۰ متر و شیرجه یا فعالیتهایی که زمان اجرای آن بسیار کم است (حدود ۱۰ ثانیه) و با حداکثر شدت انجام میشوند انرژی مورد نیاز را از این سیستم تأمین میکنند. آدنوزین تری فسفات وکراتین فسفات موجود در ماهیچه به صورت ذخیره وجود دارند و به هنگام فعالیت انرژی مورد لزوم را تهیه میکنند. در این سیستم برای تأمین انرژی احتیاجی به حضور اکسیژن نیست (بی هوازی)
سیستم تامین انرژی بی هوازی(اسیدلاکتیک)
در ورزشهایی که زمان اجرای آنها بین ۱ تا ۳ دقیقه طول میکشد انرژی مورد نیازشان را از این طریق تأمین میکنند مثل دوهای ۴۰۰ و۸۰۰ متر وکشتی. هنگام اجرای این فعالیتها اکسیژن به قدر کافی در ماهیچه موجود نیست از اینرو گلوکز موجود در ماهیچه به اسیدلاکتیک و آدنوزین تری فسفات تبدیل میشود. در حقیقت در این سیستم گلوکز عامل اصلی تأمین کننده انرژی ماهیچهاست.
سیستم تامین انرژی هوازی
هر موجود زندهای برای ادامه زندگی و فعالیت احتیاج به اکسیژن دارد. بعد از چند دقیقه که اکسیژن به بدن نرسد، نه آدنوزین تری فسفات در بدن ساخته میشود و نه انرژی وجود دارد و در نتیجه زندگی پایان مییابد. در ورزشهایی که بیش از ۳ دقیقه طول میکشد ماهیچهها انرژی مورد نیاز را از تجزیه مواد غذایی در مقابل اکسیژن بدست میآورند. در دوهای ماراتن، کوهنوردی و... آدنوزین تری فسفات مورد نیاز ماهیچهها از این طریق تأمین میگردد. پروتئینها، گلیگوژن و چربیها از جمله مواد غذایی هستند که در این سیستم مورد استفاده قرار میگیرد و بیشترین مقدار تولید آدنوزین تری فسفات را نیز دارد.
برگشت به حالت اولیه و وام اکسیژن
همانطور که گفته شد برای اینکه بدن از حالت استراحت به حالت فعالیت درآید واکنشهای متعددی در ماهیچه صورت میگیرد تا انرژی لازم کسب شود. همچنین برگشت بدن از حالت فعالیت به حالت استراحت نیز بسیار مهم است که آن را برگشت به حالت اولیه یا تجدید قوا (Recovery) گویند. ذخیره اکسیژن بدن هنگام فعالیتهای شدید به مصرف سوخت و ساز بدن میرسد؛ در نتیجه هنگام استراحت مقدار اکسیژنی که از ذخیره بدن گرفته شدهاست باید دوباره به بدن باز گردد و اسیدلاکتیک جمع شده در ماهیچهها نیز باید از سلولهای ماهیچهای خارج شودکه البته هر دو نیز هوازی هستند. انرژی از دست رفته بدن را وام اکسیژن (Oxygen Debt) گویند. مقدار وام اکسیژن برابر است با مقدار اکسیژن مورد نیاز در هنگام فعالیت؛ اگر نوع فعالیت شخص ملایم، طولانی و یکنواخت باشد بدن میتواند انرژی مورد نیاز را از هوا بگیرد و وام اکسیژن به وجود نمیآید والی اگر فعالیت شخص شدید باشد به طوری که او مجبور باشد با کمبود انرژی به فعالیت خود ادامه دهد مبتلا به وام اکسیژن میشود. مدت زمانی که طول میکشد تا بدن به حالت اول برگردد بستگی به مدت، شدت و آمادگی جسمانی فرد دارد؛ بعد از فعالیتها در ۲ یا ۳ دقیقه اول مصرف اکسیژن به شدت پایین میآید اما از این شدت به تدریج کاسته میشود تا به حالت یکنواخت برسد. اگر شخص بعد از فعالیت ورزشی خود، به جای استراحت، کار سادهای مثل راه رفتن یا دویدن آرام (سرد کردن) را انجام دهد اسیدلاکتیک موجود در بدن زودتر از بین میرود (در این مورد در فصل علم تمرین به طور کامل توضیح داده شدهاست)
فیزیولوژی دستگاه گردش خون
دستگاه گردش خون از رگها و قلب تشکیل شده که خون تیره و روشن در آنها جریان دارد. قلب به صورت تلمبهای قوی خون روشن را از راه سرخرگ آئورت و سرخرگ ششی به بدن میفرستد و از طرفی سیاهرگهای اجوف فوقانی و تحتانی خون تیره را از بدن به قلب بر میگردانند. به استثنای سیاهرگ ششی که خون روشن و تیره را از ششها به قلب بر میگرداند. یاختههای بدن پیوسته در حال فعالیت اند و برای ادامه حیات و فعالیت خود موادی را میسوزانند و مواد دیگری را دفع میکنند دستگاه گردش خون عهده دار رساندن مواد سوختنی به سلولها و خارج کردن مواد زائد است. قلب از چهار حفره تشکیل شدهاست. دو حفره در طرف راست و دو حفره در طرف چپ. دو حفره بالایی را دهلیز و دو حفره پایینی را بطن میگویند. بطن باعث به حرکت درآمدن خون در بدن میشود و اگر بطن از انقباض بیفتد خون از گردش خواهد ایستاد. شکل قلب شبیه مخروطی است که قاعده آن در بالا و نوک آن در پایین در انتهای بطنها است. در موقع ضربان دو دهلیز با هم منقبض میشوند و بعد از مدت نسبتاً کوتاهی دو بطن منقبض میشوند بعد از این انقباض توقف بیشتر و طولانی تری وجود دارد که به منزلة استراحت قلب است. مدت انقباض بطنها در افراد بالغ ۳/۰ ثانیه و مدت انبساط آنها ۵/۰ ثانیه طول میکشد روی هم رفته یک دوره کامل قلبی ۸/۰ ثانیه طول میکشد بنابراین در هر دقیقه تقریباً ۷۰ دورة قلبی صورت میگیرد و این رقم را تعداد ضربان قلب گویند. همانطور که میدانید در حدود 8 درصد وزن بدن را خون تشکیل میدهد یعنی یک شخص معمولی با وزن در حدود۷۰ کیلوگرم دارای ۵ تا ۶ لیتر خون است قسمت اعظم خون را گلبولهای قرمز تشکیل میدهند. کمبود اکسیژن معمولاً موجب افزایش گلبولهای قرمز خون میشود به همین دلیل است که در ارتفاعات زیاد ورزشکاران استقامتی قادر نیستند رکوردهای جهانی از خود به جا بگذارند چون در مکانهای مرتفع فشار نسبی اکسیژن در هوای تنفسی کم است و شخص ورزشکار قادر نیست به راحتی اکسیژن مورد نیاز را در هنگام ورزش از هوا کسب کند لذا این امر در کارایی او اثر نامطلوب میگذارد.
فیزیولوژی دستگاه تنفسی
طبق تعاریف کتابهای فیزیولوژی، تنفس عبارت است از جذب اکسیژن و دفع انیدریدکربنیک به وسیله سلول زنده، خواه این سلول حیوانی باشد، خواه نباتی.
عمل تنفس طی ۲ مرحله متمایز انجام میشود: تنفس خارجی: که عبارت است از حرکت هوا به داخل ریهها، انتقال اکسیژن از ریهها به خون و انتقال انیدریدکربنیک از خون به ریهها. تنفس سلولی یا داخلی: که شامل جذب اکسیژن و تولید انیدریدکربنیک توسط سلولها میشود. انقباض حجاب حاجز یا دیافراگم و پایین آمدن در محوطه شکم باعث بزرگ شدن قفسه سینه از بالا به پایین میشود. همزمان با این عمل ماهیچهها شکم بتدریج شل میشود و با انقباض ماهیچهها بین دندهای، دندهها به بالا کشیده میشود و استخوان جناغ را به جلو میراند این عمل قفسه سینه را از جلو به عقب میبرد و از طرفین بزرگ میکند؛ با بزرگ شدن حجم قفسه سینه فشار موجود در ریهها از فشار جو کاهش مییابد و باعث حرکت هوا به داخل ریهها میشوند این عمل آنقدر ادامه پیدا میکند تا فشار هوا در ریهها با فشار جو برابر گردد. کلیه اعمال بالا را دم گویند. اما عمل بازدم در حالت استراحت نتیجه شل شدن ماهیچهها دمی و بازگشت ریهها به حالت قبل صورت میگیرد با بالا رفتن ماهیچه دیافراگم و بازگشت حجم قفسه سینه به حالت استراحت، فشار هوا در ریهها از جو بیشتر میشود و آن قدر هوا از ریهها خارج میشود تا فشار ریهها دوباره با فشار جو برابر گردد،عمل بازدم در حالت ورزش کاملاً تغییر کرده واز یک حرکت پاسیو(غیر فعال) به یک حرکت اکتیو(فعال)تبدیل می شود.
حجم جاری و تهویه ریوی
حجم هوایی که با هر بار حرکت به داخل ریهها جریان مییابد را حجم جاری مینامند و مقدار آن بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ میلی لیتر است و تهویه ریوی عبارت است از حجم جاری ضرب در تعداد حرکات تنفسی در دقیقه که معمولاً بین ۱۰ تا ۲۰ بار در حالت استراحت است. در هنگام ورزش تعداد حرکات تنفسی افزایش پیدا میکند و عمیق تر میشود تا جایی که در فعالیتهای شدید ورزشی ماهیچهها دمی و بازدمی فعال میشوند و تهویه ریوی تا حدود ۱۰۰ لیتر در دقیقه افزایش مییابد. حداکثر تهویه ریوی ممکن است به ۱۵۰ لیتر در دقیقه هم برسد ولی افزایش تهویه ریوی اگر از ۱۰۰ لیتر در دقیقه بیشتر شود به افزایش جذب اکسیژن کمکی نمیکند زیرا به نظر میرسد که انتقال اکسیژن بیش از این مقدار به بافتها، توسط ماهیچهها قلب و ماهیچهها تنفس محدود میشود.
ورزش حرفهای
ورزش حرفهای به ورزشی گفته میشود که در آن ورزشکاران برای فعالیت خود دستمزد دریافت میکنند. ورزش حرفهای در نقطه مقابل ورزش آماتور قرار میگیرد که در آن ورزشکاران فقط برای علاقه شخصی به ورزش میپردازند.
اغلب ورزشهایی که به صورت حرفهای دنبال میشوند، ورزشکاران آماتوری نیز دارند که تعداد آنها بسیار بیشتر از همتایان حرفهای خود است. طرفداران ورزش آماتور معمولاً ورزش حرفهای را در تضاد با اصول اخلاقی ورزش میدانند و معتقدند رقابتهای ورزشی نباید وسیله امرار معاش باشد. این گروه در برخی رشتههای ورزشی تا مدتها توانستند در مقابل جاذبههای مالی و تبلیغاتی ورزش حرفهای مقاومت کنند. برای مثال اتحاد راگبی برای سالها یک ورزش نیمهوقت مخصوص آماتورها باقیمانده بود.
ورزشکارانی که در سطح اول ورزش حرفهای فعالیت میکنند درآمدهای بسیار بالایی را دریافت میکنند. تایگر وودز بازیکن گلف اهل آمریکا پردرآمدترین ورزشکار دنیاست و بر اساس گزارش سال ۲۰۰۹ نشریه فوربز مجموع جوایز و دستمزدهایی که وی از فعالیتهای ورزشی خود دریافت کرده از یک میلیارد دلار فراتر رفتهاست. مایکل جردن بازیکن بسکتبال آمریکایی با ۸۰۰ میلیون دلار و میشاییل شوماخر راننده فرمول یک آلمانی با حدود ۷۰۰ میلیون دلار درآمد از ورزش در رتبههای بعدی قرار میگیرند.
ده بازیکن برتر تنیس دنیا به طور میانگین سالانه ۳ میلیون دلار دریافت میکنند و میانگین درآمد بازیکنان لیگ برتر بیسبال آمریکا ۳ میلیون و ۴۴۰ هزار دلار بودهاست. در فصل ۱۱-۲۰۱۰ میانگین دستمزد بازیکنان لیگ برتر فوتبال انگلستان ۷ میلیون پوند، بازیکنان سری آ فوتبال ایتالیا ۵ میلیون یورو و بازیکنان بوندسلیگا ۳.۳ میلیون یورو بودهاست.
ساعت : 1:57 pm | نویسنده : admin
|
کلوپ ورزشی |
مطلب قبلی