شرح زبان سی شارپ و قابلیت های تحت وب آن (دات نت)

مقدمه

‍C# یکی از زبانهای جدید برنامه‌سازی شی‌گرا است که با ارائة رهیافت Component-Based به طراحی و توسعه نرم‌افزار می‌پردازد. آنچه ما در حال حاضر از زبانهای برنامه‌سازی Component-Based در اختیار داریم و آنچه که C# در اختیار ما قرار می‌دهد، افق جدیدی به سوی تولید و طراحی نرم‌افزارهای پیشرفته را در روی ما قرار می‌دهند.

نرم‌افزار، به عنوان یک سرویس، هدف اصلی نسل بعدی در سیستم‌های محاسباتی است. برای مثال، C# زبانی مناسب برای تولید و طراحی صفحات وب، ایجاد اجزایی با قابلیت استفاده مجدد و ایجاد محیط‌هایی چند رسانه‌ای را به عنوان زبانی که هدفش توسعه ایجاد نرم‌افزار‌های پیشرفته است، در اختیار ما قرار می‌دهد.

زبان برنامه‌سازی C#، به همراه تکنولوژی جدید شرکت نرم‌افزاری مایکروسافت یعنیNET. ارائه گردید، از این رو از تکنولوژیNET. این شرکت بهره می‌برد. پس در ابتدا به بیان مطالبی درباره محیطNET. می‌پردازیم.

فصل اول:تکنولوژیNET.

چراNET.؟

در گذشته زبانهای برنامه‌سازی، سیستم‌های عامل و محیط‌های اجرایی نرم‌افزار‌ها برای دوره‌ای خاص ساخته می‌شدند. هنگامیکه برنامه‌ها از محیط‌های رومیزی(Desktop) به اینترنت منتقل می‌شدند، ابزارهای موجود نیازمند API هایی اضافی و قابلیتهای دیگری بودند. بیشتر این قابلیتها در کنار زبانهای برنامه‌سازی بعنوان ابزارهایی جهت رفع این نیازمندیها ارائه می‌شدند. هرچند این ابزارهای اضافی بصورت قابل توجهی نیازمندیها را حل کرده و باعث رسیدن اینترنت به وضعیت کنونی شدند، اما همچنان مسائل بسیاری وجود داشت که نیاز به حل شدن داشتند.

NET. به منظور پشتیبانی از کاربردهای عصر جدید اینترنت ساخته شد. مواردی همچون گسترش، امنیت و versioning، که از مسایل مهممی بودند، توسط NET. پوشش داده شدند. قسمت مرکزیNET. بخش CLR (Common Language Runtime) است که یک موتور اجرایی مجازی است که از توسعه، امنیت و ارتقای نسخه کد پشتیبانی می‌نماید. در گذشته چنین امکاناتی برای کدهای کامپایل شده فراهم نبود. بدلیل اینکهNET. توانست بر این مشکلات اساسی فائق آید، راه حل قدرتمندتری جهت ساخت برنامه‌های تحت اینترنت به شمار می‌رود.

NET. چیست؟

NET. محیطی جهت ساخت برنامه‌های توزیع شده است که شامل ابزارهایی نظیر ""کتابخانه کلاسهای پایه"(BCL: Base Class Library)، CLR و زبانهای برنامه‌نویسی است. این ابزارها امکان ساخت انواع مختلفی از نرم‌افزارها، از قبیل فرمهای ویندوز، ADONET.، ASPNET. و سرویسهای وب، را فراهم می‌آورند.

فرمهای ویندوز، مجموعه‌ای از کتابخانه‌ها جهت ساخت رابط‌های کاربر گرافیکی برای برنامه‌های کاربردی است. این کتابخانه‌ها اغلب API های Win32 را در خود دارا می‌باشند. همچنین امکان استفاده از رهیافت شی‌گرایی را جهت تولید آسان برنامه‌های تحت ویندوز، فراهم می‌آورند.

ADONET. مجموعه‌ای از کلاسهای شی‌گرایی است که جهت ساخت مولفه‌های داده و سطوح دسترسی داده در برنامه‌های n-tiered مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ASPNET. شامل مدل برنامه‌نویسی فرمهای وب است که بوسیلة آن برنامه‌های تحت وب ساخته شده و تحت اینترنت قابلیت اجرا پیدا کرده و از طریق مرورگر(Browser) قابل دسترسی می‌باشند. این روش مدل بهبود یافته برنامه‌سازی وب است که در آن کدها در سرور کامپایل می‌شوند ولی همانند صفحات HTML در کامپیوتر مشتری اجرا می‌شوند.

سرویسهای وب، رهیافتی جدید، مستقل از platform و استاندارد، جهت ایجاد ارتباط و فعالیت بین سیستمهای ناهمگون در اینترنت، می‌باشند. سرویسهای وبNET.، از زیر ساخت شی‌گرایی برنامه‌نویسی ASPNET. استفاده می‌کنند، اما همچنان از استانداردهای باز و مدلی بر پایة پیغام(Message Based Model) استفاده می‌نمایند. استفاده از استانداردهای باز از قبیل XML، WSDL و UDDI باعث می‌شوند تا سرویسهای وب با سایر سرویسهای وب استاندارد که پیاده‌سازی‌هایی متفاوت دارند، بدون توجه به محیط و platform آنها، ارتباط برقرار نمایند.

این چند نمونه، اندکی از انواع مختلف نرم‌افزارهایی بودند که می‌توان تحتNET. به پیاده‌سازی آنها پرداخت.

کتابخانه‌های کلاس‌های پایه(Base Class Library: BCL)

BCL درNET.، شامل هزاران نوع قابل استفاده، جهت افزایش بهره‌وری در ساخت برنامه‌هایNET. است. به علت گستردگی BCL یادگیری تمام کلاسهای آن وقت‌گیر بوده و امکان پذیر نمی‌باشد، به همین دلیل برای صرفه‌جویی در زمان بهتر است قبل از ایجاد یک نوع خاص به جستجوی نوع‌های موجود در BCL بپردازیم. نگاهی کلی به BCL می‌تواند بسیار سودمند باشد. جدول زیر Namespace های مهم و توضیح نوعهای مختلف BCL را نمایش می‌دهد.

جدول 1-1 Namespaceهای مهم و رایج

هر Namespace مجموعه‌ای از کلاسهای از پیس ساخته شدةNET. است که می‌توان از آنها در برنامه‌های مختلف استفاده نمود.

(Common Language Runtime)CLR

CLR یک موتور اجرایی است که با هدف اصلی اجرای هدایت شدة کدها درNET. ایجاد گردیده است. CLR به مدیریت اجرا، ارتقای نسخه و امنیت تمامی کدها درNET. می‌پردازد. به همین دلیل کدهایNET. یا C# اغلب تحت عنوان کدهای مدیریت شده، شناخته می‌شوند.(Managed Code) تمامی کدهایی که به CLR مرتبت هستند، تحت عنوان "مدیریت شده" و کدهایی توسط CLR مدیریت نشده‌اند، بلکه مستقیماً به کد ماشین تبدیل می‌شوند، تحت عنوان "مدیریت نشده" بیان می‌شوند.

کدهای مدیریت شده، به کد ماشین کامپایل نمی‌شوند، بلکه به زبان سطح میانی مایکروسافت(MSIL) کامپایل شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. این زبان سطح میانی را می‌توان زبانی شبیه به زبان اسمبلی تصور کرد. IL در حافظه بارگذاری می‌شود و بلافاصله بوسیلة CLR در حافظه به کد ماشین کامپایل می‌گردد.

برنامه‌هایNET. از اسمبلی‌هایی تشکیل شده‌اند که اجزای خودکار منطقی توسعه، شناسایی و امنیت به حساب می‌آیند و تفاوت آنها با روشهای قدیمی در آن است که اسمبلی می‌تواند شامل یک یا چندین فایل باشد. اسمبلیNET. به صورت یک فایل اجرایی تک یا یک فایل کتابخانه‌ای است، اما ممکن است حاوی ماژول‌ها، که کدهایی غیر اجرایی بوده و قابلیت استفادة مجدد را دارند، نیز باشد.

مسئلة مهم دیگر در مورد CLR، نحوة بارگذاری(Load) و اجرای برنامه توسط آن است. به محض اینکه برنامةNET. شروع به اجرا می‌کند، ویندوز اسمبلیNET. راتشخیص داده و CLR را اجرا می‌کند. سپس CLR نقطه شروع برنامه را شناسایی و پروسة تعیین انواع که در آن، محل قرارگیری انواع مختلف بکار رفته در برنامه مشخص می‌شود را، اجرا می‌کند. اسمبلی شناسایی شده در پروسة Loader بارگذاری می‌گردد.

حافظه RAM

آنچه در این فصل می آموزید:

/ کنترل میزان مصرف حافظه در سیستم

/ اجرای برنامه های ارزیابی و سنجش حافظه

/نمایش اطلاعات حافظة ویندوز به کمک برنامة Sandra

/ آماده شدن برای ارتقا حافظة سیستم

/ عیب یابی نصب حافظه در سیستم

/ حذف کاربرد حافظة بسط یافته و حافظة توسعه یافته در محیط ویندوز

/ کنترل مقدار فیزیکی مصرف RAM در محیط ویندوز

قبل از اینکه Cpu بتواند برنامه‌ها را اجرا کند، دستورات و اطلاعات آن برنامه باید داخل حافظة Ram کامپیوتر منتقل و مستقر شوند. در این فصل روش نگهداری اطلاعات در حافظة Ram را می آموزید و اینکه چرا اطلاعات داخل حافظة Ram فرار هستند ( یعنی با قطع برق یا خاموش شدن کامپیوتر همة اطلاعات موجود در این حافظه از بین می روند)، و اینکه چرا انواع حافظة Ram عرضه شده اند.

بر روی وب یا داخل مجلات و بروشورها و کتابهای کامپیوتر اغلب توصیه های مطالعه می کنید که مقدار لازم حافظة Ram برای سیستم شما را اعلام می کنند. اغلب اعلام می شود که حداقل 126 تا 512 مگابایت حافظة Ram برای عملکرد مناسب یک سیستم لازم است.

درک مفهوم لایه‌های ذخیره‌سازی

داخل کامپیوترهای شخصی از دیسک‌ها برای نگهداری دایمی و بلند مدت اطلاعات استفاده می‌کنیم. اطلاعات داخل دیسک سخت از طریق مغناطیس نمودن سطح دیسک انجام می‌گیرد. به دلیل روش مغناطیسی ذخیرة اطلاعات در دیسک سخت
(در مقابل روش الکترونیکی ) این وسیله قابلیت نگهداری دایمی و بلند مدت اطلاعات را دارد و با قطع برق یا خاموش شدن سیستم اطلاعات مستقردر دیسک از بین نرفته و ماندگار هستند چون دیسک سخت برای نگهداری اطلاعاات نیاز به جریان برق دایمی ندارد. اما حافظة Ram اطلاعات را بطور موقت نگهداری می کند بدیهی است که با قطع برق یا خاموش شدن سیستم این اطلاعات از بین خواهند رفت.

فن‌آوریهای گوناگون برای ذخیره‌سازی اطلعات ابداع شده‌اند که اغلب آنها را بر اساس سرعت، هزینه و ظرفیت ذخیره سازی طبقه‌بندی می‌کنند. معمولاً دیسک‌ها وسایل مکانیکی هستند و به همین دلیل سرعت عملیات آنها نسبت به انواع حافظه‌های الکترونیکی بسیار کندتر است. در شکل زیر نمایی از اواع وسایل ذخیره‌سازی و در سمت راست کندترین وسیلة ذخیره‌سازی را نشان داده‌ایم.

جریان اطلاعات از حافظة RAM به پردازنده (‌CPU)

هرگاه Cpu برای اجرای عملیات به اطلاعات یا دستوری نیاز داشته باشد ابتدا آنها را داخل حافظه میانجی L1 جستجو می‌کند. اگر اطلاعات مورد نیاز را آنجا پیدا نکند به سراغ حافظه میانجی L2 خواهد رفت. اگر اطلاعات مورد نیاز را آنجا هم پیدا نکند پس Cpu باید نشانی آدرس آن اطلاعات را از طریق گذرگاه سیستم به حافظه Ram ارسال نماید. درخواست اطلاعات از Cpu باندا به تراشة کنترل کنندة حافظه می‌رسد.

کنترل کنندة حافظه از آدرس رسیده استفاده می‌کند و اطلاعات یا دستور مورد نیاز Cpu را پیدا می‌کند. پس از اینکه کنترل کنندة حافظه این اطلاعات را پیدا می کند آن را از طریق گذرگاه سیستم به Cpu ارسال می‌کند.

انجام مراحل فوق نیاز به زمان دارند. در سیستم های جدید به منظور افزایش کارایی سیستم از روشهایی استفاده می کنند تا تاخیر زمانی درخواست و دریافت اطلاعات را کاهش دهند.

سازماندهی حافظة RAM توسط کامپیوترهای شخصی

در حافظة Ram اطلاعات ( Data ) و دستوراتی ( Instructions ) ذخیره می شوند که Cpu برای اجرای عملیات به آنها نیاز دارد. می دانید که هر برنامه شامل دستوراتی است که به زبان صفر و یک ها نوشته شده ( یا ترجمه شده) اند. بنابراین در حافظة Ram نیز اطلاعات به شکل صصفرها و یک ها ذخیره می شوند. می توانید حافظة Ram را به شکل چند ردیف از مکانهای ذخیره سازی تصور نمایید.

برنامه نویسان تصور دیگری از حافظة Ram دارند.

آنها مجموعه بیت ها را در یک « لغت» ( Word) گروه بندی می کنند. به همین دلیل پردازنده هایی که از گذرگاه اطلاعات 32 بیتی استفاده می کنند در واقع از لغات 32 بیتی استفاده می کنند. پردازنده هایی که از گذرگاه اطلاعات 64 بیتی استفاده می کنند از بغات 64 بیتی استفاده می کنند. اما در پشت صحنه واقعیت این است که برنامه ها می توانند به بایت های انفرادی داخل حافظة Ram دسترسی داشته باشند. در شکل زیر نمایی از ساختار حافظة Ram را مشاهده می کنید که مکان هر بایت یک آدرس منحصربه فرد دارد. Cpu برای بازخوانی اطلاعات از حافظه Ram یا ثبت اطلاعات رد حافظة Ram باید آدرس مکانهای ذخیره سازی در این حافظه را بداند.

در فصل 12 جزییات مربوط به تبادل اطلاعات از طریق گذرگاه های کامپیوتر بین تراشه ها را می آموزید. هر گاه سیستم (‌System bus ) ارتباط بین حافظة Ram و Cpu را برقرار نمودده و شامل سیستم هایی است که اطلاعات بر روی آنها حرکت می کنند. تعداد بیت های موجود در گذرگاه آدرس مشخص کنندة مقدار حافظه ای هستند که کامپیوتر شخصی می تواند به آنها دسترسی داشته باشد. به عنوان مثال اگر در یک سیستم از گذرگاه آدرس 32 بیتی استفاده شود پس 2³² یعنی 4 گیگابایت را می توان آدرس دهی نمود.

یا در یک سیستم که از گذرگاه آدرس 64 بیتی استفاده می شود پس 2⁶⁴ 9551616، 737، 18446744 خانة حافظه را می توان آدرس دهی نمود.

آشنایی با چند سخت افزار کامپیوتر

چکیده

امروزه کامپیوتر در موارد متعددی به خدمت گرفته می شود . برخی از تجهیزات موجود در منازل ، دارای نوعی خاصی از ریز پردازنده می باشند . حتی اتومبیل های جدید نیز دارای نوعی کامپیوتر خاص می باشند . کامپیوترهای شخصی ، اولین تصویر از انواع کامپیوترهائی است که در ذهن هر شخص نقش پیدا می کند. که به شرح چند نمونه از سخت افزار کامپیوتر می پردازیم.

1- حافظة RAM (Random Access Memory)

RAM نوعی حافظه است که کامپیوتر از آن برای ذخیره برنامه ها و داده ها هنگام پردازش استفاده می کند. اطلاعات اکثر انواع RAMها هنگام خاموش کردن کامپیوتر پاک می شود. در حال حاضر شرکت ها در تلاش هستند RAMهایی تولید کنند که با خاموش شدن کامپیوترهم، داده ها را در خود نگه دارند (با استفاده از نانوتیوب­های کربنی و اثر تونل های مغناطیسی).

امروزه بعضی از انواع RAMها قادرند اشتباهات تصادفی را تصحیح کنند. در سال های اخیر chipهایی ساخته شده است که تا GB10 حافظه دارند، همینطور chipهایی که اندازه آن ها در حدود 18/0 میکرون می باشد .

انواع RAM (نرخهای عملکرد با رنگ سبز نشان داده شده­اند):

• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) ® 100 MHz
• DDR SDRAM (Double-Data-Rate SDRAM)
• DDR1 (or DDR) ® 100-200 MHz
• DDR2 ® 200-400 MHz
• DDR3 ® 400-800 MHz
• RDRAM (Rambus Dynamic RAM) ® 300-800 MHz

2- Modem

3- دیسک سخت

4- Cpu

فصل اول : حافظه RAM

حافظهRAM (Random Access Memory) شناخته ترین نوع حافظه در دنیای کامپیوتر است . روش دستیابی به این نوع از حافظه ها تصادفی است . چون می توان به هر سلول حافظه مستقیما" دستیابی پیدا کرد . در مقابل حافظه های RAM ، حافظه هایSAM (Serial Access Memory) وجود دارند. حافظه های SAM اطلاعات را در مجموعه ای از سلول های حافظه ذخیره و صرفا" امکان دستیابی به آنها بصورت ترتیبی وجود خواهد داشت. ( نظیر نوار کاست ) در صورتیکه داده مورد نظر در محل جاری نباشد هر یک از سلول های حافظه به ترتیب بررسی شده تا داده مورد نظر پیدا گردد. حافظه های SAM در مواردیکه پردازش داده ها الزاما" بصورت ترتیبی خواهد بود مفید می باشند ( نظیر حافظه موجود بر روی کارت های گرافیک ). داده های ذخیره شده در حافظه RAM با هر اولویت دلخواه قابل دستیابی خواهند بود.

مبانی حافظه های RAM

حافظه RAM ، یک تراشه مدار مجتمع (IC) بوده که از میلیون ها ترانزیستور و خازن تشکیل شده است .در اغلب حافظه ها با استفاده و بکارگیری یک خازن و یک ترانزیستور می توان یک سلول را ایجاد کرد. سلول فوق قادر به نگهداری یک بیت داده خواهد بود. خازن اطلاعات مربوط به بیت را که یک و یا صفر است ، در خود نگهداری خواهد کرد.عملکرد ترانزیستور مشابه یک سوییچ بوده که امکان کنترل مدارات موجود بر روی تراشه حافظه را بمنظور خواندن مقدار ذخیره شده در خازن و یا تغییر وضعیت مربوط به آن ، فراهم می نماید.خازن مشابه یک ظرف ( سطل) بوده که قادر به نگهداری الکترون ها است . بمنظور ذخیره سازی مقدار" یک" در حافظه، ظرف فوق می بایست از الکترونها پر گردد. برای ذخیره سازی مقدار صفر، می بایست ظرف فوق خالی گردد.مسئله مهم در رابطه با خازن، نشت اطلاعات است ( وجود سوراخ در ظرف ) بدین ترتیب پس از گذشت چندین میلی ثانیه یک ظرف مملو از الکترون تخلیه می گردد. بنابراین بمنظور اینکه حافظه بصورت پویا اطلاعات خود را نگهداری نماید ، می بایست پردازنده و یا " کنترل کننده حافظه " قبل از تخلیه شدن خازن، مکلف به شارژ مجدد آن بمنظور نگهداری مقدار "یک" باشند.بدین منظور کنترل کننده حافظه اطلاعات حافظه را خوانده و مجددا" اطلاعات را بازنویسی می نماید.عملیات فوق (Refresh)، هزاران مرتبه در یک ثانیه تکرار خواهد شد.علت نامگذاری DRAM بدین دلیل است که این نوع حافظه ها مجبور به بازخوانی اطلاعات بصورت پویا خواهند بود. فرآیند تکراری " بازخوانی / بازنویسی اطلاعات" در این نوع حافظه ها باعث می شود که زمان تلف و سرعت حافظه کند گردد.

سلول های حافظه بر روی یک تراشه سیلیکون و بصورت آرائه ای مشتمل از ستون ها ( خطوط بیت ) و سطرها ( خطوط کلمات) تشکیل می گردند. نقطه تلاقی یک سطر و ستون بیانگر آدرس سلول حافظه است .

حافظه های DRAM با ارسال یک شارژ به ستون مورد نظر باعث فعال شدن ترانزیستور در هر بیت ستون، خواهند شد.در زمان نوشتن خطوط سطر شامل وضعیتی خواهند شد که خازن می بایست به آن وضغیت تبدیل گردد. در زمان خواندن Sense-amplifier ، سطح شارژ موجود در خازن را اندازه گیری می نماید. در صورتیکه سطح فوق بیش از پنجاه درصد باشد مقدار "یک" خوانده شده و در غیراینصورت مقدار "صفر" خوانده خواهد شد. مدت زمان انجام عملیات فوق بسیار کوتاه بوده و بر حسب نانوثانیه ( یک میلیاردم ثانیه ) اندازه گیری می گردد. تراشه حافظه ای که دارای سرعت 70 نانوثانیه است ، 70 نانو ثانیه طول خواهد کشید تا عملیات خواندن و بازنویسی هر سلول را انجام دهد.

سلول های حافظه در صورتیکه از روش هائی بمنظور اخذ اطلاعات موجود در سلول ها استفاده ننمایند، بتنهائی فاقد ارزش خواهند بود. بنابراین لازم است سلول های حافظه دارای یک زیرساخت کامل حمایتی از مدارات خاص دیگر باشند.مدارات فوق عملیات زیر را انجام خواهند داد :

-- مشخص نمودن هر سطر و ستون (انتخاب آدرس سطر و انتخاب آدرس ستون)

-- نگهداری وضعیت بازخوانی و باز نویسی داده ها ( شمارنده )

-- خواندن و برگرداندن سیگنال از یک سلول ( Sense amplifier)

-- اعلام خبر به یک سلول که می بایست شارژ گردد و یا ضرورتی به شارژ وجود ندارد ( Write enable)

سایر عملیات مربوط به "کنترل کننده حافظه" شامل مواردی نظیر : مشخص نمودن نوع سرعت ، میزان حافظه و بررسی خطاء است .

حافظه های SRAM دارای یک تکنولوژی کاملا" متفاوت می باشند. در این نوع از حافظه ها از فلیپ فلاپ برای ذخیره سازی هر بیت حافظه استفاده می گردد. یک فلیپ فلاپ برای یک سلول حافظه، از چهار تا شش ترانزیستور استفاده می کند . حافظه های SRAM نیازمند بازخوانی / بازنویسی اطلاعات نخواهند بود، بنابراین سرعت این نوع از حافظه ها بمراتب از حافظه های DRAM بیشتر است .با توجه به اینکه حافظه های SRAM از بخش های متعددی تشکیل می گردد، فضای استفاده شده آنها بر روی یک تراشه بمراتب بیشتر از یک سلول حافظه از نوع DRAM خواهد بود. در چنین مواردی میزان حافظه بر روی یک تراشه کاهش پیدا کرده و همین امر می تواند باعث افزایش قیمت این نوع از حافظه ها گردد. بنابراین حافظه های SRAM سریع و گران و حافظه های DRAM ارزان و کند می باشند . با توجه به موضوع فوق ، از حافظه های SRAM بمنظور افزایش سرعت پردازنده ( استفاده از (Cacheو از حافظه های DRAM برای فضای حافظه RAM در کامپیوتر استفاده می گردد.