سرور
لایه سرورها متشکل از سخت‌افزار و نرم‌افزاری است که مخصوصا برای تحویل سرویسهای ابر طراحی شده‌اند. به عنوان مثال می‌توان از پردازنده‌های چند هسته‌ای و سیستم عامل‌های ویژه ابر نام برد.
ویژگی‌های کلیدی
از دیدگاه سخت‌افزاری رایانش ابری در مقایسه با فناوری‌های مشابه قبلی سه جنبه جدید دارد:
ایجاد تصور و توهم دسترسی به منابع نامحدود فناوری اطلاعات در زمان تقاضا و درنتیجه، از بین بردن نیاز کاربر به برنامه ریزی تدارک منابع فناوری اطلاعات برای مصارف آینده
از بین بردن نیاز به سرمایه‌گذاری پیشاپیش برای منابع فناوری اطلاعات. شرکتهای تجاری می‌توانند در اندازه کوچکتر کارشان را آغاز کنند و بر اساس نیاز در زمان دلخواه منابع سخت‌افزاری مورد نیاز خود را افزایش یا کاهش دهند.
امکان پرداخت برای استفاده از منابع فناوری اطلاعات در واحدهای زمانی کوتاه مدت مورد نیاز آن منبع. (مثال: برای پردازشگر در واحد ساعت؛ یا برای رسانه‌های ذخیره‌سازی در واحد روز)
مزایای اصلی رایانش ابری عبارتند از:
چابکی: کاربر می‌تواند در زمان نیاز میزان منابع مورد استفاده را کاهش یا افزایش دهد.
هزینه: ادعا می‌شود که این فناوری هزینه‌ها را به میزان زیادی کاهش می‌دهد و هزینه سرمایه‌ای را به هزینه عملیاتی تبدیل می‌کند. این به ظاهر موانع ورود به بازار را کاهش می‌دهد، زیرا رایانش ابر، مشتریان را از مخارج سخت‌افزار، نرم‌افزار و خدمات و همچنین از درگیری با نصب و نگهداری نرم‌افزارهای کاربردی به شکل محلی میرهاند. همچنین هزینهٔ توسعهٔ نرم‌افزاری را کاهش داده و فرایند را مقیاس پذیرتر می‌نماید
نابستگی به دستگاه و مکان: کاربران می‌توانند در هر مکانی و با هر دستگاهی (مثل PC یا تلفن همراه) به وسیلهٔ یک مرورگر وب از راه اینترنت به سامانه‌ها دسترسی داشته باشند.
چند مستاجری: این ویژگی امکان به اشتراک گذاری منابع و هزینه‌ها بین گروهی از کاربران را به وجود می‌آورد و بدین وسیله موارد زیر را امکانپذیر می‌سازد:
متمرکز سازی زیر ساختها در مکانهایی با هزینه کمتر (مثل مکانهایی با هزینه برق یا قیمت زمین کمتر)
افزایش بکارگیری و کارایی برای سامانه‌هایی که در اغلب مواقع بیش از ۱۰ تا ۲۰ درصد بکارگیری نمی‌شوند
قابلیت اطمینان: در صورتی که از سایتهای چندگانه استفاده شود فابلیت اطمینان افزایش می‌یابد.
سنجش پذیری: کاربران می‌توانند در زمان تقاضا و به صورت دینامیک منابع را تدارک ببینند و نیازی به تدارک پیشین برای زمانهای حداکثر بار مصرف منابع نیست. منابع در رایانش ابری باید قابل اندازه‌گیری باشند و لازم است که میزان مصرف منابع برای هر کاربر و هر منبع بر اساس واحدهای ساعتی، روزانه، هفتگی، ماهانه اندازه گرفت. .
امنیت: به دلیل تمرکز داده‌ها و منابع امنیتی بیشتر و پیچیده تر امنیت افزایش می‌یابد، اما نگرانی‌ها به دلیل از دست دادن کنترل روی داده‌های حساس همچنان پابرجاست.. امنیت در رایانش ابری اغلب بیشتر یا برابر با سیستمهای سنتی می‌باشد، زیرا ارائه دهندگان رایانش ابری به منابع اختصاصی امنیتی دسترسی دارند که بیشتر مشتریان از عهده خرید این منابع بر نمی‌آیند.
نگهداری: به دلیل عدم نیاز به نصب برنامه‌های کاربردی برای هر کاربر نگهداری آسانتر و با هزینه کمترانجام می‌شود. شرکت‌هایی که سکوهای خودشان را پیاده‌سازی و اجرا می‌کنند، باید زیرساخت‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری خودشان را خریداری و نگهداری نمایند و کارمندانی را برای مراقبت از سیستم استخدام کنند، همهٔ اینها می‌تواند پر هزینه و زمان بر باشد. درحالیکه رایانش ابر نیاز به انجام این کارها را از میان می‌برد. هر دستگاه ساده که توانایی اتصال و برقراری ارتباط با سرور را داشته باشد، برای استفاده از خدمات رایانش ابر کافی است و می‌تواند نتایج را با دیگران به تشریک مساعی بگذارد.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استانداردها و فناوری‌ها) مدل‌های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده رایانش ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت پویا و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کنندهٔ شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد(Multi-tenancy) و بر اساس مدل رایانش همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابری برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشندهٔ سرویسهای ابری می‌باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای رایانش ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را یه همراه می‌آورد. نمونهٔ یک ابر انجمنی، «ابر گو گوگل»(Gov Cloud) است.
ابر آمیخته
یک ابر آمیخته متشکل از چندین ارائه دهندهٔ داخلی و یا خارجی، گزینهٔ مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارتهای پرداخت آسانتر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت رایانش ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت‌افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده‌سازی ابر (مانند سخت‌افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم‌افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره‌گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره‌مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. ابر خصوصی مجازی بخشی از زیر ساخت یک ابر عمومی است که برای استفاده اختصاصی یک سازمان کنار گذارده می‌شود و دسترسی به آن تنها از راه شبکه خصوصی مجازی آی‌پی‌سک امکانپذیر است. (به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
رسانه ذخیره‌سازی ابری
رسانه ذخیره‌سازی ابری مدلی از ذخیره‌سازی بر پایهٔ شبکه‌است که در آن داده‌ها بر روی چندین سرور (کارساز) مجازی ذخیره می‌شود. معمولاً این سرویس توسط شرکتهای میزبانی ارائه می‌شود که مراکز داده بزرگی را در اختیار دارند. افرادی که بخواهند داده هایشان توسط این شرکتها میزبانی شود می‌توانند فضای ذخیره‌سازی را از آنها بخرند و یا اجاره کنند. از سوی دیگر گردانندگان مراکز داده‌ها منابع خود را، مطابق نیازهای مشتریان، مجازی سازی می‌کنند و سرویس را به صورت سرورهای مجازی ارائه می‌دهند که قابل مدیریت توسط کاربران است. در عمل داده‌های ذخیره شده روی یک سرور مجازی ممکن است بر روی چندین سرور فیزیکی مختلف ذخیره شده باشند.
میان ابر
میان ابر ابری جهانی از ابرهای به هم پیوسته‌است « که از گسترش مفهوم اینترنت به عنوان شبکه شبکه‌ها نتیجه می‌شود.. این واژه نخستین بار در سال ۲۰۰۷ توسط کوین کلی بکار رفت که نظر خود را اینگونه بیان کرد که»ما سرانجام به میان ابر خواهیم رسید که ابر ابرهاست. این میان ابر ابعادی به اندازه یک ماشین متشکل از تمام سرورها و شرکت کننده‌های روی زمین است.«این واژه در سال ۲۰۰۹ مقبولیت عام یافت و همچنین برای توصیف مراکز داده آینده بکار رفته‌است.
چالش‌ها
آسیب پذیری در برابر رکود اقتصادی
مدل خدمات رایانه‌ای، در مقابل رکود اقتصادی بسیار آسیب پذیر است. همانگونه که شرکتها در طی یک رکود محتاطانه عمل می‌کنند، هزینه‌های صرف شده برای خدمات رایانه‌ای را نیز کاهش می‌دهند. البته به دلیل اینکه استفاده از سرویسهای پردازش ابری هزینه راه اندازی اولیه زیادی برای شرکتها در بر ندارند، در این دوران رکود اقتصادی شرکتها به استفاده از نرم‌افزارها به عنوان خدمت علاقه‌مند شده‌اند. بطوری که بر اساس گزارش Forbes در سال ۲۰۱۲ حدود ۴۰ درصد از بازار نرم‌افزارهای CRM در سطح دنیا متعلق به سیستمهای مبتنی بر پردازش ابری بوده است.
شکل جدید نرم‌افزارها
متخصصین نرم‌افزار در راه ایجاد نرم‌افزاری که میلیون‌ها کاربر به جای اجرای آن بر روی کامپیوترهای شخصی خود، بتوانند از آن مانند یک سرویس استفاده کنند، با چالش‌های متعدد جدیدی مواجه شده‌اند.
پذیرش
این رویکرد نسبتاً تازه‌است ودر بسیاری موارد هنوز پذیرفته نشده‌است. دپارتمان‌های IT هنوز نسبت به آن بسیار محتاط عمل می‌کنند زیرا سکوی رایانش ابر توسط آنها کنترل نخواهد شد. تاکنون سرمایه گذارانی که جرأت سرمایه‌گذاری در پروژه‌های مخاطره آمیز را دارند، پول زیادی در رایانش ابر سرمایه‌گذاری نکرده‌اند. توانایی کنترل هزینه‌ها و تهیه و تدارک زیرساخت‌ها بهنگام نیاز، به ویژه باعث جذب کسب و کارهای جدیدی که منابع کمتری در اختیار داشتند، شد. همچنین شرکتهای Web 2.۰ که در حالت عادی منابع کمتری دارند و بدنبال کسب تواناییِ افزایش یا کاهشِ آسان تقاضا، بهنگام نیاز هستند. شرکتهای بزرگتر، که عموماً صبر می‌کنند تا تکنولوژی‌های جدید پذیرفته شوند، از برای پروژه‌های موقت و گاه‌وبیگاهی استفاده می‌کنند که منابع اضافی زیادی را می‌طلبند. مثل همهٔ رویکردهای تازه پدیدار شده، میزانی از بیم، عدم اطمینان و قطعیت، و نگرانی‌هایی دربارهٔ بالندگی این تکنولوژی وجود دارد.
کنترل
ارائه دهندگان خدمات، معمولاً سکوها را برای پشتیبانی از شیوه‌های تجاری و ITی یک شرکت خاص طراحی نمی‌کنند. همچنین، کاربران قادر به تغییر تکنولوژیِ سکوها به هنگام نیاز نخواهند بود. گرچه ارائه دهندگان می‌توانند با توجه به اینکه چه تکنولوژی ای به بهترین نحو نیازها را پاسخ می‌دهد و بهنگام نیاز آن را تغیییر دهند که این کار بدون موافقت یا رضایت مشتریان انجام می‌گیرد.
هزینه‌های پهنای باند
به لطف پهنای باند بالای شبکه، کاربر حتی هنگامی که در حال استفاده از وب به عنوان یک کامپیوتر فراگیر است، احساسِ کار بر روی سیستم محلی را دارد. با اینحال مشکل زیر پیش می‌آید:
در حالیکه شرکتها به کمک رایانش ابر، می‌توانند در هزینهٔ تجهیزات و نرم‌افزارها صرفه جویی کنند، اما باید متحمل هزینهٔ شارژ بالاتری برای پهنای باند بشوند. احتمالاً هزینهٔ پهنای باند باید برای نرم‌افزارهای کاربردی مبتنی بر وب کوچک که داده-متمرکز نیستند کمتر خواهد بود، اما هنگامی که مثلاً یک شرکت، پایگاه داده‌ای چند ترابایتی را از طریق رایانش ابر اجرا می‌کند، این هزینه می‌تواند بسیار بالا باشد.
محبوس شدن توسط ارائه دهندگان و استانداردها
نیاز به استانداردهای باز برای تمام شیوه‌های استفاده از وب به عنوان یک کامپیوتر فراگیر وجود دارد. با افزایش تعداد ارائه دهندگان خدمات ابری، اهمیتِ قابلیت جابجایی بیشتر خواهد شد. اگر شرکتی از خدمات یکی از ارائه کنندگان ناراضی باشد — یا اگر فروشنده از این کسب و کار کنار بکشد — نمی‌تواند لزوماً آسان و با هزینه‌ای کم، به ارائه دهندهٔ دیگر منتقل شود و یا اینکه خدمات مذکور را دوباره به درون شرکت برگرداند. در عوض، شرکت باید داده‌ها و نرم‌افزارهای کاربردی‌اش را قالب بندی مجدد نموده و آنها را به یک ارائه دهندهٔ جدید منتقل کند، که فرایندی بالقوه پیچیده‌است. و اگر بخواهد خدمات را بدرون شرکت بیاورد، باید کارمندانی را که واجد مهارت‌های لازم برای کار با این تکنولوژی هستند، استخدام کند. کاربران به طور روزافزون به وب و ارائه دهندگان آن وابسته خواهند شد. به این ترتیب، هنگامیکه ارائه دهندگان خدمات شرایط استفاده از خدمات و یا روشهای عملیاتی خود را بعد از مدتی تغییر بدهند، کاربران آنها احساس به دام افتادن و درماندگی می‌کنند. برای مثال، تحمیل محدودیت‌های جدید بر استفاده از یک قابلیت و یا از کار انداختن آن به مدت چند ماه بمنظور بهبود بخشیدن به آن. همچنین ممکن است ارائه دهندگان تصمیم به حذف یک قابلیت که سالها در سایت رایگان ارائه می‌شد، اما در مقابل بخش بهادار خود را حفظ کند و حتی افزایش قیمت بدهد.
شفافیت دسترسی
اگر شرکتها نتوانند نشان دهند که چه کسی به داده‌های مشتریان دسترسی دارد و چگونه مانع دستیابی کارمندان غیر مجاز به اطلاعات می‌شوند، نخواهند توانست از حسابرسیِ ظرفیت‌های خود، به وسیلهٔ مشتریانِ آینده با موفقیت بیرون بیایند. ارائه دهندگان رایانش ابر این نگرانی را به کمک نظارت قبلی third partyها بر سیستم‌ها و به وسیلهٔ مستندسازی رویه‌های طراحی شده برای پاسخگویی به نیازهای امنیتِ داده برای مشتریان رفع می‌کنند.
قابلیت اطمینان
رایانش ابر همیشه قابلیتِ اعتمادِ مستمری را ارائه نکرده‌است. مثلاً، مشتریان Salesforce.com در تاریخ ۱۲ فوریه ۲۰۰۸، به مدت ۶ ساعت قادر به دریافت خدمات نبودند. و سه روز بعد خدمات Amazon’s S۳ و EC۲ به مدت ۳ ساعت دچار وقفه شدند. البته بروز مشکلاتی که موجب عدم توانایی کاربران در استفاده از نرم‌افزارها شود در مواردی که نرم‌افزار داخل شرکت نصب شده باشد نیز ممکن است اتفاق افتد و این امر تنها مختص به سرویسهای پردازش ابری نمی‌باشد. لازم به ذکر است که شرکتهای ارائه دهنده خدمات ابری در قراردادهای خود ضریب اطمینان دسترسی به سرویس را عنوان می‌کنند. این ضریب مشخص می‌کند که ممکن است در بازه‌های زمانی تعریف شده به چه مدت سرویس از دسترس مشتری خارج باشد.
حفظ حریم خصوصی
طرفداران حفظ حریم خصوصی‌ها مدل ابر را مورد انتقاد قرار می‌دهند، زیرا ارائه دهندگان سرویسهای ابر می‌توانند کنترل و نظارت کامل قانونی ویا غیر قانونی بر روی داده‌ها و ارتباطات بین کاربران سرویس و میزبان ابر داشته باشند. رویدادهایی همچون برنامه مخفی آژانس امنیت ملی ایالات متحده آمریکا به همراه شرکتهای AT&T و ورایزون که بیش از ده میلیون مکالمه تلفنی شهروندان امریکایی را ضبط نمودند، باعث بوجود آمدن بی‌اعتمادی میان طرفداران حفظ حریم خصوصی شده‌است.
امنیت
امنیت نسبی رایانش ابری موضوعی بحث انگیز است که ممکن است پذیرش رایانش ابری را به تأخیر بیندازد. گروهی بر این باورند که امنیت داده‌ها وقتی که در داخل سازمان اداره شوند بالاتر است، در حالی که گروهی دیگر عقیده دارند که ارائه دهندگان سرویس انگیزه‌ای قوی برای حفظ اعتماد دارند و از این رو سطح امنیت بالاتری را بکار می‌گیرند.
میزان در دسترس بودن و کارایی
علاوه بر امنیت داده‌ها، میزان در دسترس بودن و کارایی برنامه‌های کاربردی که روی ابر میزبانی می‌شوند برای کاربران از اهمیت بالایی برخوردار است.
انتقاد از واژه
لری الیسون مدیر ارشد اجرایی شرکت اوراکل گفته‌است که رایانش ابری چیزی است که «در حال حاضر ما از آن استفاده می‌کنیم» و هیچ تأثیری در آن نگذاشته‌است به جز «تغییر کلمات در تبلیغات ما».
ریچارد استالمن گفته‌است که رایانش ابری فقط یک حیلهٔ ساده‌است که مردم مجبور شوند از سیستمهای انحصاری استفاده کنند که هزینهٔ آن بیشتر و بیشتر از قبل است. او به گاردین گفت:
«این احمقانه است، این چیزی بدتر از احمقانه است، این فقط بزرگ‌نمایی در بازاریابی است.»
نگاهی به آینده
رایانش ابری در نمودار دوره محبوبت گروه گارتنر در راس دوره محبوبت قرار دارد، در این مقطع رایانش ابری در مرکز توجهات است اما هنوز کاملاً پتانسیل‌های خود را بلفعل نکرده است. طبق پیش بینی‌های گارتنر طی سه تا چهار سال آینده رایانش ابری پتانسیل واقعی خود را نمایان می‌کند. رایانش ابری بطور چشمگیری موانع ورود به تجارت نرم‌افزاری را کاهش می‌دهد و برای شرکتها روشهای جدیدِ کسب سود را مینمایاند. ارائه دهندگان خدمات ابر از طریق تسهیم، بهبود دادن و سرمایه‌گذاری بیشتر در نرم‌افزار و سخت‌افزار به سود دست میابند- یکبار نصب نرم‌افزار می‌تواند نیازهای کاربران متعددی را پوشش دهد.
نیرو محرکه‌های اصلی ای که پشت سر رایانش ابر قرار دارند عبارتند از فراگیری شبکهٔ بیسیم و پهن باند، کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی، و بهبود تصاعدی در نرم‌افزارهای پردازشگر اینترنتی. مشتریان خدمات ابر قادر خواهند بود تا ظرفیت بیشتری را در هنگام اوج تقاضا به سیستم خود تزریق کنند، هزینه‌ها را کاهش داده، خدمات نوینی را تجربه کنند، و ظرفیت‌های بلا استفاده را حذف کنند. بدین ترتیب، وب از منابع محاسباتی قدرتمند با قیمت‌هایی قابل پرداخت، میزبانی می‌کند و سازمان‌ها بسته به شرایط اقتصادی وضعیت موجود خود- یعنی اینکه خرید نرم‌افزار و زیرساخت‌ها ارزان تر است یا خرید سرویس بر حسب نیاز- از امکانات رایانشی درون سازمانی یا خدمات ابر خارجی استفاده می‌کنند. در قرن ۲۱ شاهد افزایش تمایل استفاده از وسایل قابل حمل سبک برای دسترسی به خدمات اینترنت بجای کامپیوترهای شخصی هستیم. از آنجاییکه چنین وسایلی، امکانات پردازشی قوی ندارند (بعبارتی علاقه‌ای به داشتنِ چنین امکاناتی ندارند)، پس چه کسی قدرت پردازشی را تامین خواهد کرد؟ پاسخ به این سوال در رایانش ابر نهفته است .
این تصوّر که در ۲۰۱۹، همهٔ پردازش‌های خود را از طریق لپ تاپ‌ها با هزینه‌ای کمتر از ۱۰۰ دلار انجام خواهیم داد، در حالیکه هیچ مشکلی در زمینهٔ خدمات و سطوح امنیتی نخواهیم داشت، مسلماً فراتر از واقعیت است اما مطمئناً در آینده ازابرها بشکل بسیار گسترده‌ای استفاده خواهیم کرد. پتانسیل رشد این تکنولوژی بسیار بالا برآورد شده است.
رایانش ابری در طی دَه سال آتی به اشکال زیر بر زندگی ما تاثیر خواهد گذاشت:
برنامه‌های درون ابر جایگزین برنامه‌هایی خواهند شد که هم اکنون به صورت محلی در دستگاه هایتان نصب شده‌اند. مانند برنامهٔ آفیس.
اطلاعات ارزان تر و دسترسی و یافتنش آسان تر می‌گردد، زیرا ابر توسعهٔ برنامه و اتصال به شبکه‌های آنلاین را ارزان می‌کند. مانند دائرةالمعارف‌های آنلاین و سرویسهای ذخیره‌سازی اطلاعات آنلاین.
ابر سرویسهای اجتماعی نوین را با اتصال کاربران از طریق شبکه‌های اجتماعی که خود ترکیبی از چند سرویس مختلف ابرند، میسر می‌سازد. مانند شبکهٔ اجتماعی فیسبوک، توییتر، گوگل پلاس و ...
ساخت برنامه‌های جدید آسان تر خواهد شد و مبتنی بر بخش‌های ماژولار استاندارد خواهد بود. مانند سرویس PaaS گوگل (GAE)
نقش سیستمهای عامل اختصاصی در پردازش‌ها و رایانش‌های روزمره تقلیل می‌یابد. با ظهور سیستم عامل‌هایی مانند کروم برای شرکت گوگل و آزور برای شرکت مایکروسافت.
و همواره
و قادر خوهید بود در تمام اوقات از هرجایی به ابر متصل شوید.
دولت‌ها و رایانش ابری
حمایت از توسعه فناوری یکی از مهمترین وظایف و دغدغه‌های دولت‌هاست. که درخصوص رایانش ابری شاید دولت‌ها باید این نقش را ایفا کنند. چراکه دولت‌ها به‌طور بالقوه یکی از بزرگ‌ترین ذینفعان رایانش ابری خواهند بود. امکانات رایانش ابری (به‌ویژه در بخش زیرساخت به‌عنوان خدمت) می‌تواند در توسعه دولت الکترونیکی مستقل و یکپارچه نقش اساسی ایفا کند. خبرگان برخی دولت‌ها مانند دولت هند توسعه رایانش ابری را راهی برای پر کردن شکاف دیجیتالی و در پی آن کاهش تبعیض و نابرابری اجتماعی در جامعه خود یافته‌اند. کشورها همچنین می‌توانند به رایانش ابری به مثابه یکی از ارکان توسعه صادرات دانش مبنا بنگرند. سیاستگذاران کشورهای توسعه‌یافته توانایی خود در حفظ سلطه را در توفق در این عرصه جستجو می‌کنند. پروژه‌های نظامی و دولتی بسیاری در کشورهای پیشرو در جریان است که در رأس آنها پروژهای دولت ایالات متحده آمریکا قرار دارد. دولت‌ها در کشورهای مختلف در زمینه تشویق به پذیرش رایانش ابری و تسهیل استفاده از خدمات مبتنی‌بر ابر توسط محققان و بخش کسب‌وکار و بخش‌های مختلف دولت نقش مهمی ایفا می‌کنند. برای نمونه، در ایالات متحده مؤسسه علوم ملی طبق برنامه‌ای که در سال ۲۰۰۸ آغاز شد، استفاده از خدمات ابر توسط محققان را ترویج می‌کند. دولت‌ها در انگلستان، ژاپن و سوئد نیز استفاده از ابر توسط محققان و کسب‌وکار را تسهیل و تشویق می‌کنند.
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 «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 است 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 واژه‌ای مرکب است 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 است. برایِ مصدر رایانیدن/ رایاندن در فرهنگ واژه 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 ورودی‌های خام گفته می‌شود که برای پردازش به رایانه ارسال می‌شوند.
به داده‌های پردازش شده اطّلاعات 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، چه در حوزهٔ سخت‌افزارى و چه در حوزهٔ نرم‌افزارى بوده است، این صنعت پیوسته مورد توجه سرمایه گذاران بوده و سرمایه‌ها را به خود جذب کرده است. آیندهٔ روشن این فنّاوری همواره سرمایه داران را ترغیب می‌کند تا روی این صنعت سرمایه‌گذاری کنند.
واقعیت رایانه‌ای
فناوری واقعیّت رایانه‌ای (به انگلیسی: Computer-mediated reality) اشاره به توانایی برای اضافه کردن، کم کردن اطلاعات و یا در غیر این صورت دست‌کاری ادراک فرد از واقعیت از طریق استفاده از رایانه‌های پوشیدنی یا دستگاه دستی دارد. به عنوان مثالی از این فناوری می‌توان به EyeTap، (دوربینی به شکل عینک که می‌تواند تصاویری مجاری را به تصاویر واقعی قابل مشاهده اضافه کند و یا فیلم‌برداری کند.) اشاره کرد که مانند یک فیلتر بین واقعیّت و ادراک کاربر از واقعیّت استفاده می‌کند.
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.
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.
لایه سرورها متشکل از سخت‌افزار و نرم‌افزاری است که مخصوصا برای تحویل سرویسهای ابر طراحی شده‌اند. به عنوان مثال می‌توان از پردازنده‌های چند هسته‌ای و سیستم عامل‌های ویژه ابر نام برد.
ویژگی‌های کلیدی
از دیدگاه سخت‌افزاری رایانش ابری در مقایسه با فناوری‌های مشابه قبلی سه جنبه جدید دارد:
ایجاد تصور و توهم دسترسی به منابع نامحدود فناوری اطلاعات در زمان تقاضا و درنتیجه، از بین بردن نیاز کاربر به برنامه ریزی تدارک منابع فناوری اطلاعات برای مصارف آینده
از بین بردن نیاز به سرمایه‌گذاری پیشاپیش برای منابع فناوری اطلاعات. شرکتهای تجاری می‌توانند در اندازه کوچکتر کارشان را آغاز کنند و بر اساس نیاز در زمان دلخواه منابع سخت‌افزاری مورد نیاز خود را افزایش یا کاهش دهند.
امکان پرداخت برای استفاده از منابع فناوری اطلاعات در واحدهای زمانی کوتاه مدت مورد نیاز آن منبع. (مثال: برای پردازشگر در واحد ساعت؛ یا برای رسانه‌های ذخیره‌سازی در واحد روز)
مزایای اصلی رایانش ابری عبارتند از:
چابکی: کاربر می‌تواند در زمان نیاز میزان منابع مورد استفاده را کاهش یا افزایش دهد.
هزینه: ادعا می‌شود که این فناوری هزینه‌ها را به میزان زیادی کاهش می‌دهد و هزینه سرمایه‌ای را به هزینه عملیاتی تبدیل می‌کند. این به ظاهر موانع ورود به بازار را کاهش می‌دهد، زیرا رایانش ابر، مشتریان را از مخارج سخت‌افزار، نرم‌افزار و خدمات و همچنین از درگیری با نصب و نگهداری نرم‌افزارهای کاربردی به شکل محلی میرهاند. همچنین هزینهٔ توسعهٔ نرم‌افزاری را کاهش داده و فرایند را مقیاس پذیرتر می‌نماید
نابستگی به دستگاه و مکان: کاربران می‌توانند در هر مکانی و با هر دستگاهی (مثل PC یا تلفن همراه) به وسیلهٔ یک مرورگر وب از راه اینترنت به سامانه‌ها دسترسی داشته باشند.
چند مستاجری: این ویژگی امکان به اشتراک گذاری منابع و هزینه‌ها بین گروهی از کاربران را به وجود می‌آورد و بدین وسیله موارد زیر را امکانپذیر می‌سازد:
متمرکز سازی زیر ساختها در مکانهایی با هزینه کمتر (مثل مکانهایی با هزینه برق یا قیمت زمین کمتر)
افزایش بکارگیری و کارایی برای سامانه‌هایی که در اغلب مواقع بیش از ۱۰ تا ۲۰ درصد بکارگیری نمی‌شوند
قابلیت اطمینان: در صورتی که از سایتهای چندگانه استفاده شود فابلیت اطمینان افزایش می‌یابد.
سنجش پذیری: کاربران می‌توانند در زمان تقاضا و به صورت دینامیک منابع را تدارک ببینند و نیازی به تدارک پیشین برای زمانهای حداکثر بار مصرف منابع نیست. منابع در رایانش ابری باید قابل اندازه‌گیری باشند و لازم است که میزان مصرف منابع برای هر کاربر و هر منبع بر اساس واحدهای ساعتی، روزانه، هفتگی، ماهانه اندازه گرفت. .
امنیت: به دلیل تمرکز داده‌ها و منابع امنیتی بیشتر و پیچیده تر امنیت افزایش می‌یابد، اما نگرانی‌ها به دلیل از دست دادن کنترل روی داده‌های حساس همچنان پابرجاست.. امنیت در رایانش ابری اغلب بیشتر یا برابر با سیستمهای سنتی می‌باشد، زیرا ارائه دهندگان رایانش ابری به منابع اختصاصی امنیتی دسترسی دارند که بیشتر مشتریان از عهده خرید این منابع بر نمی‌آیند.
نگهداری: به دلیل عدم نیاز به نصب برنامه‌های کاربردی برای هر کاربر نگهداری آسانتر و با هزینه کمترانجام می‌شود. شرکت‌هایی که سکوهای خودشان را پیاده‌سازی و اجرا می‌کنند، باید زیرساخت‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری خودشان را خریداری و نگهداری نمایند و کارمندانی را برای مراقبت از سیستم استخدام کنند، همهٔ اینها می‌تواند پر هزینه و زمان بر باشد. درحالیکه رایانش ابر نیاز به انجام این کارها را از میان می‌برد. هر دستگاه ساده که توانایی اتصال و برقراری ارتباط با سرور را داشته باشد، برای استفاده از خدمات رایانش ابر کافی است و می‌تواند نتایج را با دیگران به تشریک مساعی بگذارد.
مدل‌های پیاده‌سازی
در تعریف NIST (انستیتوی ملی استانداردها و فناوری‌ها) مدل‌های استقرار ابر به چهار صورت زیر است:
ابر عمومی
ابر عمومی یا ابر خارجی توصیف کننده رایانش ابری در معنای اصلی و سنتی آن است. سرویس‌ها به صورت پویا و از طریق اینترنت و در واحدهای کوچک از یک عرضه کنندهٔ شخص ثالث تدارک داده می‌شوند و عرضه کننده منابع را به صورت اشتراکی به کاربران اجاره می‌دهد(Multi-tenancy) و بر اساس مدل رایانش همگانی و مشابه صنعت برق و تلفن برای کاربران صورتحساب می‌فرستد. این ابری برای استفاده همگانی تعبیه شده و جایگزین یک گروه صنعتی بزرگ که مالک آن یک سازمان فروشندهٔ سرویسهای ابری می‌باشد.
ابر گروهی
ابر گروهی در جایی به وجود می‌آید که چندین سازمان نیازهای یکسان دارند و به دنبال این هستند که با به اشتراک گذاردن زیرساخت از مزایای رایانش ابری بهره‌مند گردند. به دلیل اینکه هزینه‌ها بین کاربران کمتری نسبت به ابرهای عمومی تقسیم می‌شود، این گزینه گران‌تر از ابر عمومی است اما میزان بیشتری از محرمانگی، امنیت و سازگاری با سیاست‌ها را یه همراه می‌آورد. نمونهٔ یک ابر انجمنی، «ابر گو گوگل»(Gov Cloud) است.
ابر آمیخته
یک ابر آمیخته متشکل از چندین ارائه دهندهٔ داخلی و یا خارجی، گزینهٔ مناسبی برای بیشتر مؤسسات تجاری می‌باشد. با ترکیب چند سرویس ابر کاربران این امکان را می‌یابند که انتقال به ابر عمومی را با دوری از مسائلی چون سازگاری با استانداردهای شورای استانداردهای امنیت داده‌های کارتهای پرداخت آسانتر سازند.
ابر خصوصی
ابر خصوصی یک زیر ساخت رایانش ابری است که توسط یک سازمان برای استفاده داخلی آن سازمان به وجود آمده‌است. عامل اصلی که ابرهای خصوصی را از ابرهای عمومی تجاری جدا می‌سازد، محل و شیوه نگهداری از سخت‌افزار زیرساختی ابر است. ابر خصوصی امکان کنترل بیشتر بر روی تمام سطوح پیاده‌سازی ابر (مانند سخت‌افزار، شبکه، سیستم عامل، نرم‌افزار) را فراهم می‌سازد. مزیت دیگر ابرهای خصوصی امنیت بیشتری است که ناشی از قرارگیری تجهیزات در درون مرزهای سازمان و عدم ارتباط با دنیای خارج ناشی می‌شود. اما بهره‌گیری از ابرهای خصوصی مشکلات ایجاد و نگهداری را به همراه دارد. یک راه حل میانه برای دوری از مشکلات ابرهای خصوصی و در عین حال بهره‌مند شدن از مزایای ابرهای خصوصی، استفاده از ابر خصوصی مجازی است. ابر خصوصی مجازی بخشی از زیر ساخت یک ابر عمومی است که برای استفاده اختصاصی یک سازمان کنار گذارده می‌شود و دسترسی به آن تنها از راه شبکه خصوصی مجازی آی‌پی‌سک امکانپذیر است. (به عنوان نمونه می‌توان از ابر خصوصی مجازی آمازون نام برد.
رسانه ذخیره‌سازی ابری
رسانه ذخیره‌سازی ابری مدلی از ذخیره‌سازی بر پایهٔ شبکه‌است که در آن داده‌ها بر روی چندین سرور (کارساز) مجازی ذخیره می‌شود. معمولاً این سرویس توسط شرکتهای میزبانی ارائه می‌شود که مراکز داده بزرگی را در اختیار دارند. افرادی که بخواهند داده هایشان توسط این شرکتها میزبانی شود می‌توانند فضای ذخیره‌سازی را از آنها بخرند و یا اجاره کنند. از سوی دیگر گردانندگان مراکز داده‌ها منابع خود را، مطابق نیازهای مشتریان، مجازی سازی می‌کنند و سرویس را به صورت سرورهای مجازی ارائه می‌دهند که قابل مدیریت توسط کاربران است. در عمل داده‌های ذخیره شده روی یک سرور مجازی ممکن است بر روی چندین سرور فیزیکی مختلف ذخیره شده باشند.
میان ابر
میان ابر ابری جهانی از ابرهای به هم پیوسته‌است « که از گسترش مفهوم اینترنت به عنوان شبکه شبکه‌ها نتیجه می‌شود.. این واژه نخستین بار در سال ۲۰۰۷ توسط کوین کلی بکار رفت که نظر خود را اینگونه بیان کرد که»ما سرانجام به میان ابر خواهیم رسید که ابر ابرهاست. این میان ابر ابعادی به اندازه یک ماشین متشکل از تمام سرورها و شرکت کننده‌های روی زمین است.«این واژه در سال ۲۰۰۹ مقبولیت عام یافت و همچنین برای توصیف مراکز داده آینده بکار رفته‌است.
چالش‌ها
آسیب پذیری در برابر رکود اقتصادی
مدل خدمات رایانه‌ای، در مقابل رکود اقتصادی بسیار آسیب پذیر است. همانگونه که شرکتها در طی یک رکود محتاطانه عمل می‌کنند، هزینه‌های صرف شده برای خدمات رایانه‌ای را نیز کاهش می‌دهند. البته به دلیل اینکه استفاده از سرویسهای پردازش ابری هزینه راه اندازی اولیه زیادی برای شرکتها در بر ندارند، در این دوران رکود اقتصادی شرکتها به استفاده از نرم‌افزارها به عنوان خدمت علاقه‌مند شده‌اند. بطوری که بر اساس گزارش Forbes در سال ۲۰۱۲ حدود ۴۰ درصد از بازار نرم‌افزارهای CRM در سطح دنیا متعلق به سیستمهای مبتنی بر پردازش ابری بوده است.
شکل جدید نرم‌افزارها
متخصصین نرم‌افزار در راه ایجاد نرم‌افزاری که میلیون‌ها کاربر به جای اجرای آن بر روی کامپیوترهای شخصی خود، بتوانند از آن مانند یک سرویس استفاده کنند، با چالش‌های متعدد جدیدی مواجه شده‌اند.
پذیرش
این رویکرد نسبتاً تازه‌است ودر بسیاری موارد هنوز پذیرفته نشده‌است. دپارتمان‌های IT هنوز نسبت به آن بسیار محتاط عمل می‌کنند زیرا سکوی رایانش ابر توسط آنها کنترل نخواهد شد. تاکنون سرمایه گذارانی که جرأت سرمایه‌گذاری در پروژه‌های مخاطره آمیز را دارند، پول زیادی در رایانش ابر سرمایه‌گذاری نکرده‌اند. توانایی کنترل هزینه‌ها و تهیه و تدارک زیرساخت‌ها بهنگام نیاز، به ویژه باعث جذب کسب و کارهای جدیدی که منابع کمتری در اختیار داشتند، شد. همچنین شرکتهای Web 2.۰ که در حالت عادی منابع کمتری دارند و بدنبال کسب تواناییِ افزایش یا کاهشِ آسان تقاضا، بهنگام نیاز هستند. شرکتهای بزرگتر، که عموماً صبر می‌کنند تا تکنولوژی‌های جدید پذیرفته شوند، از برای پروژه‌های موقت و گاه‌وبیگاهی استفاده می‌کنند که منابع اضافی زیادی را می‌طلبند. مثل همهٔ رویکردهای تازه پدیدار شده، میزانی از بیم، عدم اطمینان و قطعیت، و نگرانی‌هایی دربارهٔ بالندگی این تکنولوژی وجود دارد.
کنترل
ارائه دهندگان خدمات، معمولاً سکوها را برای پشتیبانی از شیوه‌های تجاری و ITی یک شرکت خاص طراحی نمی‌کنند. همچنین، کاربران قادر به تغییر تکنولوژیِ سکوها به هنگام نیاز نخواهند بود. گرچه ارائه دهندگان می‌توانند با توجه به اینکه چه تکنولوژی ای به بهترین نحو نیازها را پاسخ می‌دهد و بهنگام نیاز آن را تغیییر دهند که این کار بدون موافقت یا رضایت مشتریان انجام می‌گیرد.
هزینه‌های پهنای باند
به لطف پهنای باند بالای شبکه، کاربر حتی هنگامی که در حال استفاده از وب به عنوان یک کامپیوتر فراگیر است، احساسِ کار بر روی سیستم محلی را دارد. با اینحال مشکل زیر پیش می‌آید:
در حالیکه شرکتها به کمک رایانش ابر، می‌توانند در هزینهٔ تجهیزات و نرم‌افزارها صرفه جویی کنند، اما باید متحمل هزینهٔ شارژ بالاتری برای پهنای باند بشوند. احتمالاً هزینهٔ پهنای باند باید برای نرم‌افزارهای کاربردی مبتنی بر وب کوچک که داده-متمرکز نیستند کمتر خواهد بود، اما هنگامی که مثلاً یک شرکت، پایگاه داده‌ای چند ترابایتی را از طریق رایانش ابر اجرا می‌کند، این هزینه می‌تواند بسیار بالا باشد.
محبوس شدن توسط ارائه دهندگان و استانداردها
نیاز به استانداردهای باز برای تمام شیوه‌های استفاده از وب به عنوان یک کامپیوتر فراگیر وجود دارد. با افزایش تعداد ارائه دهندگان خدمات ابری، اهمیتِ قابلیت جابجایی بیشتر خواهد شد. اگر شرکتی از خدمات یکی از ارائه کنندگان ناراضی باشد — یا اگر فروشنده از این کسب و کار کنار بکشد — نمی‌تواند لزوماً آسان و با هزینه‌ای کم، به ارائه دهندهٔ دیگر منتقل شود و یا اینکه خدمات مذکور را دوباره به درون شرکت برگرداند. در عوض، شرکت باید داده‌ها و نرم‌افزارهای کاربردی‌اش را قالب بندی مجدد نموده و آنها را به یک ارائه دهندهٔ جدید منتقل کند، که فرایندی بالقوه پیچیده‌است. و اگر بخواهد خدمات را بدرون شرکت بیاورد، باید کارمندانی را که واجد مهارت‌های لازم برای کار با این تکنولوژی هستند، استخدام کند. کاربران به طور روزافزون به وب و ارائه دهندگان آن وابسته خواهند شد. به این ترتیب، هنگامیکه ارائه دهندگان خدمات شرایط استفاده از خدمات و یا روشهای عملیاتی خود را بعد از مدتی تغییر بدهند، کاربران آنها احساس به دام افتادن و درماندگی می‌کنند. برای مثال، تحمیل محدودیت‌های جدید بر استفاده از یک قابلیت و یا از کار انداختن آن به مدت چند ماه بمنظور بهبود بخشیدن به آن. همچنین ممکن است ارائه دهندگان تصمیم به حذف یک قابلیت که سالها در سایت رایگان ارائه می‌شد، اما در مقابل بخش بهادار خود را حفظ کند و حتی افزایش قیمت بدهد.
شفافیت دسترسی
اگر شرکتها نتوانند نشان دهند که چه کسی به داده‌های مشتریان دسترسی دارد و چگونه مانع دستیابی کارمندان غیر مجاز به اطلاعات می‌شوند، نخواهند توانست از حسابرسیِ ظرفیت‌های خود، به وسیلهٔ مشتریانِ آینده با موفقیت بیرون بیایند. ارائه دهندگان رایانش ابر این نگرانی را به کمک نظارت قبلی third partyها بر سیستم‌ها و به وسیلهٔ مستندسازی رویه‌های طراحی شده برای پاسخگویی به نیازهای امنیتِ داده برای مشتریان رفع می‌کنند.
قابلیت اطمینان
رایانش ابر همیشه قابلیتِ اعتمادِ مستمری را ارائه نکرده‌است. مثلاً، مشتریان Salesforce.com در تاریخ ۱۲ فوریه ۲۰۰۸، به مدت ۶ ساعت قادر به دریافت خدمات نبودند. و سه روز بعد خدمات Amazon’s S۳ و EC۲ به مدت ۳ ساعت دچار وقفه شدند. البته بروز مشکلاتی که موجب عدم توانایی کاربران در استفاده از نرم‌افزارها شود در مواردی که نرم‌افزار داخل شرکت نصب شده باشد نیز ممکن است اتفاق افتد و این امر تنها مختص به سرویسهای پردازش ابری نمی‌باشد. لازم به ذکر است که شرکتهای ارائه دهنده خدمات ابری در قراردادهای خود ضریب اطمینان دسترسی به سرویس را عنوان می‌کنند. این ضریب مشخص می‌کند که ممکن است در بازه‌های زمانی تعریف شده به چه مدت سرویس از دسترس مشتری خارج باشد.
حفظ حریم خصوصی
طرفداران حفظ حریم خصوصی‌ها مدل ابر را مورد انتقاد قرار می‌دهند، زیرا ارائه دهندگان سرویسهای ابر می‌توانند کنترل و نظارت کامل قانونی ویا غیر قانونی بر روی داده‌ها و ارتباطات بین کاربران سرویس و میزبان ابر داشته باشند. رویدادهایی همچون برنامه مخفی آژانس امنیت ملی ایالات متحده آمریکا به همراه شرکتهای AT&T و ورایزون که بیش از ده میلیون مکالمه تلفنی شهروندان امریکایی را ضبط نمودند، باعث بوجود آمدن بی‌اعتمادی میان طرفداران حفظ حریم خصوصی شده‌است.
امنیت
امنیت نسبی رایانش ابری موضوعی بحث انگیز است که ممکن است پذیرش رایانش ابری را به تأخیر بیندازد. گروهی بر این باورند که امنیت داده‌ها وقتی که در داخل سازمان اداره شوند بالاتر است، در حالی که گروهی دیگر عقیده دارند که ارائه دهندگان سرویس انگیزه‌ای قوی برای حفظ اعتماد دارند و از این رو سطح امنیت بالاتری را بکار می‌گیرند.
میزان در دسترس بودن و کارایی
علاوه بر امنیت داده‌ها، میزان در دسترس بودن و کارایی برنامه‌های کاربردی که روی ابر میزبانی می‌شوند برای کاربران از اهمیت بالایی برخوردار است.
انتقاد از واژه
لری الیسون مدیر ارشد اجرایی شرکت اوراکل گفته‌است که رایانش ابری چیزی است که «در حال حاضر ما از آن استفاده می‌کنیم» و هیچ تأثیری در آن نگذاشته‌است به جز «تغییر کلمات در تبلیغات ما».
ریچارد استالمن گفته‌است که رایانش ابری فقط یک حیلهٔ ساده‌است که مردم مجبور شوند از سیستمهای انحصاری استفاده کنند که هزینهٔ آن بیشتر و بیشتر از قبل است. او به گاردین گفت:
«این احمقانه است، این چیزی بدتر از احمقانه است، این فقط بزرگ‌نمایی در بازاریابی است.»
نگاهی به آینده
رایانش ابری در نمودار دوره محبوبت گروه گارتنر در راس دوره محبوبت قرار دارد، در این مقطع رایانش ابری در مرکز توجهات است اما هنوز کاملاً پتانسیل‌های خود را بلفعل نکرده است. طبق پیش بینی‌های گارتنر طی سه تا چهار سال آینده رایانش ابری پتانسیل واقعی خود را نمایان می‌کند. رایانش ابری بطور چشمگیری موانع ورود به تجارت نرم‌افزاری را کاهش می‌دهد و برای شرکتها روشهای جدیدِ کسب سود را مینمایاند. ارائه دهندگان خدمات ابر از طریق تسهیم، بهبود دادن و سرمایه‌گذاری بیشتر در نرم‌افزار و سخت‌افزار به سود دست میابند- یکبار نصب نرم‌افزار می‌تواند نیازهای کاربران متعددی را پوشش دهد.
نیرو محرکه‌های اصلی ای که پشت سر رایانش ابر قرار دارند عبارتند از فراگیری شبکهٔ بیسیم و پهن باند، کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی، و بهبود تصاعدی در نرم‌افزارهای پردازشگر اینترنتی. مشتریان خدمات ابر قادر خواهند بود تا ظرفیت بیشتری را در هنگام اوج تقاضا به سیستم خود تزریق کنند، هزینه‌ها را کاهش داده، خدمات نوینی را تجربه کنند، و ظرفیت‌های بلا استفاده را حذف کنند. بدین ترتیب، وب از منابع محاسباتی قدرتمند با قیمت‌هایی قابل پرداخت، میزبانی می‌کند و سازمان‌ها بسته به شرایط اقتصادی وضعیت موجود خود- یعنی اینکه خرید نرم‌افزار و زیرساخت‌ها ارزان تر است یا خرید سرویس بر حسب نیاز- از امکانات رایانشی درون سازمانی یا خدمات ابر خارجی استفاده می‌کنند. در قرن ۲۱ شاهد افزایش تمایل استفاده از وسایل قابل حمل سبک برای دسترسی به خدمات اینترنت بجای کامپیوترهای شخصی هستیم. از آنجاییکه چنین وسایلی، امکانات پردازشی قوی ندارند (بعبارتی علاقه‌ای به داشتنِ چنین امکاناتی ندارند)، پس چه کسی قدرت پردازشی را تامین خواهد کرد؟ پاسخ به این سوال در رایانش ابر نهفته است .
این تصوّر که در ۲۰۱۹، همهٔ پردازش‌های خود را از طریق لپ تاپ‌ها با هزینه‌ای کمتر از ۱۰۰ دلار انجام خواهیم داد، در حالیکه هیچ مشکلی در زمینهٔ خدمات و سطوح امنیتی نخواهیم داشت، مسلماً فراتر از واقعیت است اما مطمئناً در آینده ازابرها بشکل بسیار گسترده‌ای استفاده خواهیم کرد. پتانسیل رشد این تکنولوژی بسیار بالا برآورد شده است.
رایانش ابری در طی دَه سال آتی به اشکال زیر بر زندگی ما تاثیر خواهد گذاشت:
برنامه‌های درون ابر جایگزین برنامه‌هایی خواهند شد که هم اکنون به صورت محلی در دستگاه هایتان نصب شده‌اند. مانند برنامهٔ آفیس.
اطلاعات ارزان تر و دسترسی و یافتنش آسان تر می‌گردد، زیرا ابر توسعهٔ برنامه و اتصال به شبکه‌های آنلاین را ارزان می‌کند. مانند دائرةالمعارف‌های آنلاین و سرویسهای ذخیره‌سازی اطلاعات آنلاین.
ابر سرویسهای اجتماعی نوین را با اتصال کاربران از طریق شبکه‌های اجتماعی که خود ترکیبی از چند سرویس مختلف ابرند، میسر می‌سازد. مانند شبکهٔ اجتماعی فیسبوک، توییتر، گوگل پلاس و ...
ساخت برنامه‌های جدید آسان تر خواهد شد و مبتنی بر بخش‌های ماژولار استاندارد خواهد بود. مانند سرویس PaaS گوگل (GAE)
نقش سیستمهای عامل اختصاصی در پردازش‌ها و رایانش‌های روزمره تقلیل می‌یابد. با ظهور سیستم عامل‌هایی مانند کروم برای شرکت گوگل و آزور برای شرکت مایکروسافت.
و همواره
و قادر خوهید بود در تمام اوقات از هرجایی به ابر متصل شوید.
دولت‌ها و رایانش ابری
حمایت از توسعه فناوری یکی از مهمترین وظایف و دغدغه‌های دولت‌هاست. که درخصوص رایانش ابری شاید دولت‌ها باید این نقش را ایفا کنند. چراکه دولت‌ها به‌طور بالقوه یکی از بزرگ‌ترین ذینفعان رایانش ابری خواهند بود. امکانات رایانش ابری (به‌ویژه در بخش زیرساخت به‌عنوان خدمت) می‌تواند در توسعه دولت الکترونیکی مستقل و یکپارچه نقش اساسی ایفا کند. خبرگان برخی دولت‌ها مانند دولت هند توسعه رایانش ابری را راهی برای پر کردن شکاف دیجیتالی و در پی آن کاهش تبعیض و نابرابری اجتماعی در جامعه خود یافته‌اند. کشورها همچنین می‌توانند به رایانش ابری به مثابه یکی از ارکان توسعه صادرات دانش مبنا بنگرند. سیاستگذاران کشورهای توسعه‌یافته توانایی خود در حفظ سلطه را در توفق در این عرصه جستجو می‌کنند. پروژه‌های نظامی و دولتی بسیاری در کشورهای پیشرو در جریان است که در رأس آنها پروژهای دولت ایالات متحده آمریکا قرار دارد. دولت‌ها در کشورهای مختلف در زمینه تشویق به پذیرش رایانش ابری و تسهیل استفاده از خدمات مبتنی‌بر ابر توسط محققان و بخش کسب‌وکار و بخش‌های مختلف دولت نقش مهمی ایفا می‌کنند. برای نمونه، در ایالات متحده مؤسسه علوم ملی طبق برنامه‌ای که در سال ۲۰۰۸ آغاز شد، استفاده از خدمات ابر توسط محققان را ترویج می‌کند. دولت‌ها در انگلستان، ژاپن و سوئد نیز استفاده از ابر توسط محققان و کسب‌وکار را تسهیل و تشویق می‌کنند.
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 «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 است 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 واژه‌ای مرکب است 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 است. برایِ مصدر رایانیدن/ رایاندن در فرهنگ واژه 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 ورودی‌های خام گفته می‌شود که برای پردازش به رایانه ارسال می‌شوند.
به داده‌های پردازش شده اطّلاعات 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، چه در حوزهٔ سخت‌افزارى و چه در حوزهٔ نرم‌افزارى بوده است، این صنعت پیوسته مورد توجه سرمایه گذاران بوده و سرمایه‌ها را به خود جذب کرده است. آیندهٔ روشن این فنّاوری همواره سرمایه داران را ترغیب می‌کند تا روی این صنعت سرمایه‌گذاری کنند.
واقعیت رایانه‌ای
فناوری واقعیّت رایانه‌ای (به انگلیسی: Computer-mediated reality) اشاره به توانایی برای اضافه کردن، کم کردن اطلاعات و یا در غیر این صورت دست‌کاری ادراک فرد از واقعیت از طریق استفاده از رایانه‌های پوشیدنی یا دستگاه دستی دارد. به عنوان مثالی از این فناوری می‌توان به EyeTap، (دوربینی به شکل عینک که می‌تواند تصاویری مجاری را به تصاویر واقعی قابل مشاهده اضافه کند و یا فیلم‌برداری کند.) اشاره کرد که مانند یک فیلتر بین واقعیّت و ادراک کاربر از واقعیّت استفاده می‌کند.
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.
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.
7:44 pm
سیمکارت
سیم کارت یا شناس‌کارت (ماژول شناسانندهٔ مشترک) کارتی هوشمند برای تلفن‌های همراه است. سیم کارت به طور امن کلیدهای مشترک-سرویس دهنده را برای شناساندن یک تلفن همراه در خود نگه می‌دارد. یک سیم کارت به کاربران اجازه می‌دهد که گوشی تلفن خود را به آسانی فقط با خارج کردن سیم کارت و قراردادن آن در گوشی دیگر تغییر دهند.
استفادهٔ سیم کارت در شبکه‌های GSM است. معادل سیم کارت در شبکه‌های UMTS به نام USIM یا Universal Sim است، در حالیکه ماژول خارج شوندهٔ معرفی کننده کاربر (RUIM) در تلفن‌های CDMA بیشتر کاربرد دارد.
سیم کارت در دو اندازه استاندارد موجود است. اولی اندازه یک کارت اعتباری (۸۵٫۶۰م. م × ۵۳٫۹۸ م. م × ۰٫۷۶م. م) است. جدیدتر که خیلی محبوب تر هم است، اندازه مینیاتوری با ۲۵ م. م در طول، ۱۵ م. م ارتفاع و نازکی به اندازه ۰٫۷۶ م. م دارد.
W-SIM سیم کارتی هست که هسته فناوری سلولی را با کارتی درون خودش کامل می‌کند.
GSM 11.11 معرفی کننده مشخصات سیم کارت است. GSM 11.14 معرفی کننده مشخصات برنامه‌های ابزاری SIM برای سیم کارت است.
اندازه ذخیره‌سازی حافظه
نوعی ارزان قیمت سیم کارت (فقط GSM 11.11) حافظه کمی دارد، چیزی در حدود ۲-۳ کیلوبایت که در GSM 11.11 تعریف شده است (برای دفترچه تلفن و شبیه آن). همان نوع حافظه داده مستقیماً توسط گوشی مهیا می‌شود. بخش بازاری سیم کارتهای ارزان قیمت، پایداری آنها است.
سیم کارتهایی با کاربردهای اضافی (GSM 11.14) در اندازهٔ حافظه‌های زیادی موجود است، بیشترین آن‌های یک گیگابایت است. کوچک‌ترین آنها از همان نوع ۳۲ کیلوبایت و ۱۶ کیلوبایت است که در جاهایی که شبکه‌های GSM کمتر گسترش یافته استفاده می‌شوند. اندازه‌های بزرگ‌تری برای حافظه سیم کارت هم وجود دارد که بین ۱۲۸ تا ۱۰۲۴ مگابایت است.
حافظه سیم کارت بیشتر به ارائه دهنده خدمات مربوط می‌شود.
در پایان ۲۰۰۶ بیشترین نوع سیم کارت GSM ای که در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت از نوع ۶۴ کیلوبایتی بود.
تغذیه
سه نوع ولتاژ کار برای سیم کارتها وجود دارد: ۵ ولت، ۳ ولت و ۱٫۸ ولت. سیم‌کارت‌های قبل از سال ۱۹۹۸ اکثراً ۵ ولت بودند. سیم‌کارت‌های بعدی با ۵ ولت و ۳ ولت سازگارند. سیم‌کارت‌های مدرن همگی هر سه ولتاژ کار را پشتبیانی می‌کنند.
سیستم‌عامل‌ها
سیستم‌عامل‌های سیم کارت به طور معمول بر دو نوع هستند: سیستم‌عامل‌های محلی و کارتهای جاوا. سیم کارتهای محلی نرم‌افزارهای اختصاصی ارائه دهنده سرویس را در خود دارند همانطور که کارتهای جاوا بر پایه استانداردهایی هستند، کارتهای جاوا نوع خاصی از زیر مجموعهٔ زبان برنامه نویسی جاوا هستند که برای اجرا برروی دستگاههای کوچک هدف گذاری شده‌اند.
داده
سیم کارتها اطلاعات مشخص شده توسط شبکه را برای تصدیق هویت و معرفی مشترک به شبکه را در خود دارند، مهمترین این اطلاعات عبارت اند سیمکارت و IMSI و Ki و LAI. یک سیم کارت همچنین اطلاعات دیگری نظیر شماره SMSC (مرکز سرویس پیغام کوتاه)، نام ارائه دهنده خدمات (SPN)، شماره‌های تماس خدمات (SDN) و برنامه‌های سرویس ارزش افزوده (VAS). (رجوع کنید به GSM 11.11)
ICCID
هر سیم کارت به طور بین‌المللی با ICC-ID (شماره کارت مداری بین‌المللی) شناخته می‌شود. ICCID در درون سیم کارت ذخیره می‌شود و همچنین برروی بدنه سیم کارت در طی فرایندی به نام شخصی سازی چاپ یا حک می‌شوند.
IMSI
هر سیم کارت برروی شبکه خودش توسط نگه داری یکتایی مشخص کننده بین‌المللی تلفن مشترک شناسایی می‌شود. اپراتورهای تلفن همراه با استفاده از IMSI تماس‌های تلفن همراه مشترک و ارتباط آن را با دیگر سیم کارتها برقرار می‌کنند.
کلید تصدیق هویت (Ki)
یک مقدار ۱۶ بایتی است که برای تصدیق هویت سیم کارت برروی شبکه تلفن همراه استفاده می‌شود. هر سیم کارت یک Ki به صورت یکتا دارند که توسط اپراتور تلفن همراه طی فرایند شخصی سازی به آن نسبت داده می‌شود. همچنین Ki در پایگاه داده شبکه (شناخته شده به عنوان HLR) ثبت می‌شود.
پروسه تصدیق هویت
در هنگام راه اندازی تلفن همراه، سیم کارت، IMSI خود را به اپراتور تلفن همراه با درخواست دسترسی و تصدیق هویت می‌فرستد.
اپراتور تلفن همراه در پایگاه داده خود به دنبال IMSI درخواست شده با Ki مشخص شده می‌گردد.
سپس اپراتور تلفن همراه یک عدد تصادفی ایجاد می‌کند و آن را با تلفیق در Ki یک شماره به نام درخواست واردشده (SRES_1) ایجاد می‌کند.
سپس اپراتور شبکه عدد تصادفی را به سیم کارت می‌فرستد و سیم کارت هم آن عدد تصادفی را Ki در خودش تلفیق می‌کند و SRES_2 را ایجاد می‌کند و آن را به اپراتور می‌فرستد.
سپس اپراتور شبکه SRES_1 محاسبه شده خودش را با SRES_2 محاسبه شده توسط سیم کارت مقایسه می‌کند. اگر دو شماره با هم یکی شدند سیم کارت تصدیق شده و اجازه دسترسی به شبکه را پیدا می‌کند.
معرفی‌کننده موقعیت محلی
سیم کارت وضعیت اطلاعات شبکه که از طرف شبکه به آن پخش می‌شود را دخیره می‌کند، مانند معرفی کننده موقعیت محلی (LAI). اپراتورها به محدوده‌های مختلفی تقسیم شده‌اند، که هرکدام یک شماره LAI منحصربه‌فرد دارد. هنگامی که تلفن همراه موقعیت خود را از یک محدوده به محدوده دیگری تغییر می‌دهد، آن اطلاعات جدید LAI را در سیم کارت ذخیره کرده و به اپراتور شبکه می‌فرستد تا موقعیت جدید خود را مشخص کند.
اندازه سیم کارت
سیم کارت در طی سالها علاوه بر پیشرفت، سایز خود را نیز تغییر داده است، سیم کارت سایز کامل، سیم کارت مینی، میکروسیم و نانوسیم که با دستگاهای مختلف کار می‌کنند. همزمان با کاهش سایز دستگاهها تولید کنندگان نیز سعی کردند در اندازه سیم کارتها تغییراتی بدهند.
اولین سایز سیم کارت به صورت سایز کامل بود(1FF): این سایز تقریباً اندازه کارتهای اعتباری بانکی بود.(۸۵٫۶۰ میلیمتر در ۵۳٫۹۸ میلیمتر به ضحامت ۰٫۷۶ میلیمتر) پس از آن سیم کارت مینی وارد بازار شد(2FF) که بخش کوچکتری از همان سیم کارت بود.(با ضخامت قبلی و ۲۵ میلیمتر در ۱۵ میلیمتر) نسخه بعدی سیم کارت که با نام سیم کارت میکرو(3FF) وارد شد بازهم طول و عرض کمتری نسبت به قبل داشت.(۱۵ میلیمتر در ۱۲ میلیمتر) با کوچکتر شدن سایز سیم کارت، سازگاری آنها با نسخ قبلی همچنان رعایت شد، به همین علت با دستگاههای برش خاص و یا قاب مخصوص می‌توان سه نوع ابتدایی سیم کارتها را به یکدیگر تبدیل کرد بدون آنکه مدار سیم کارت صدمه‌ای ببیند.
سرانجام نیز در سال ۲۰۱۲ نانو سیم کارت (4FF) تولید شد. این سیم کارت بازهم کوچکتر شد. البته برعکس تکامل نمونه‌های قبلی علاوه بر کاهش طول و عرض، ضخامتش نیز کاهش یافت.(۱۲میلیمتر در ۸٫۸ میلیمتر با ضخامت ۰٫۷ میلیمتر) در سیم کارت نانو ضخامت پردازشگر به همراه بدنه ضخامتی معادل ۰٫۷ دارد که حدوداً ۱۵ درصد نسبت به نسخ قبلی کاهش ضخامت داشته است.
سیم کارتهای نانو با سازگاری کامل با نسخه‌های قبلی ساخته شده است بنابراین می‌توان آنها را با آداپتور مخصوص در دستگاههای قبلی نیز قرارد داد و استفاده کرد.
سیم کارت یا شناس‌کارت (ماژول شناسانندهٔ مشترک) کارتی هوشمند برای تلفن‌های همراه است. سیم کارت به طور امن کلیدهای مشترک-سرویس دهنده را برای شناساندن یک تلفن همراه در خود نگه می‌دارد. یک سیم کارت به کاربران اجازه می‌دهد که گوشی تلفن خود را به آسانی فقط با خارج کردن سیم کارت و قراردادن آن در گوشی دیگر تغییر دهند.
استفادهٔ سیم کارت در شبکه‌های GSM است. معادل سیم کارت در شبکه‌های UMTS به نام USIM یا Universal Sim است، در حالیکه ماژول خارج شوندهٔ معرفی کننده کاربر (RUIM) در تلفن‌های CDMA بیشتر کاربرد دارد.
سیم کارت در دو اندازه استاندارد موجود است. اولی اندازه یک کارت اعتباری (۸۵٫۶۰م. م × ۵۳٫۹۸ م. م × ۰٫۷۶م. م) است. جدیدتر که خیلی محبوب تر هم است، اندازه مینیاتوری با ۲۵ م. م در طول، ۱۵ م. م ارتفاع و نازکی به اندازه ۰٫۷۶ م. م دارد.
W-SIM سیم کارتی هست که هسته فناوری سلولی را با کارتی درون خودش کامل می‌کند.
GSM 11.11 معرفی کننده مشخصات سیم کارت است. GSM 11.14 معرفی کننده مشخصات برنامه‌های ابزاری SIM برای سیم کارت است.
اندازه ذخیره‌سازی حافظه
نوعی ارزان قیمت سیم کارت (فقط GSM 11.11) حافظه کمی دارد، چیزی در حدود ۲-۳ کیلوبایت که در GSM 11.11 تعریف شده است (برای دفترچه تلفن و شبیه آن). همان نوع حافظه داده مستقیماً توسط گوشی مهیا می‌شود. بخش بازاری سیم کارتهای ارزان قیمت، پایداری آنها است.
سیم کارتهایی با کاربردهای اضافی (GSM 11.14) در اندازهٔ حافظه‌های زیادی موجود است، بیشترین آن‌های یک گیگابایت است. کوچک‌ترین آنها از همان نوع ۳۲ کیلوبایت و ۱۶ کیلوبایت است که در جاهایی که شبکه‌های GSM کمتر گسترش یافته استفاده می‌شوند. اندازه‌های بزرگ‌تری برای حافظه سیم کارت هم وجود دارد که بین ۱۲۸ تا ۱۰۲۴ مگابایت است.
حافظه سیم کارت بیشتر به ارائه دهنده خدمات مربوط می‌شود.
در پایان ۲۰۰۶ بیشترین نوع سیم کارت GSM ای که در آمریکا مورد استفاده قرار گرفت از نوع ۶۴ کیلوبایتی بود.
تغذیه
سه نوع ولتاژ کار برای سیم کارتها وجود دارد: ۵ ولت، ۳ ولت و ۱٫۸ ولت. سیم‌کارت‌های قبل از سال ۱۹۹۸ اکثراً ۵ ولت بودند. سیم‌کارت‌های بعدی با ۵ ولت و ۳ ولت سازگارند. سیم‌کارت‌های مدرن همگی هر سه ولتاژ کار را پشتبیانی می‌کنند.
سیستم‌عامل‌ها
سیستم‌عامل‌های سیم کارت به طور معمول بر دو نوع هستند: سیستم‌عامل‌های محلی و کارتهای جاوا. سیم کارتهای محلی نرم‌افزارهای اختصاصی ارائه دهنده سرویس را در خود دارند همانطور که کارتهای جاوا بر پایه استانداردهایی هستند، کارتهای جاوا نوع خاصی از زیر مجموعهٔ زبان برنامه نویسی جاوا هستند که برای اجرا برروی دستگاههای کوچک هدف گذاری شده‌اند.
داده
سیم کارتها اطلاعات مشخص شده توسط شبکه را برای تصدیق هویت و معرفی مشترک به شبکه را در خود دارند، مهمترین این اطلاعات عبارت اند سیمکارت و IMSI و Ki و LAI. یک سیم کارت همچنین اطلاعات دیگری نظیر شماره SMSC (مرکز سرویس پیغام کوتاه)، نام ارائه دهنده خدمات (SPN)، شماره‌های تماس خدمات (SDN) و برنامه‌های سرویس ارزش افزوده (VAS). (رجوع کنید به GSM 11.11)
ICCID
هر سیم کارت به طور بین‌المللی با ICC-ID (شماره کارت مداری بین‌المللی) شناخته می‌شود. ICCID در درون سیم کارت ذخیره می‌شود و همچنین برروی بدنه سیم کارت در طی فرایندی به نام شخصی سازی چاپ یا حک می‌شوند.
IMSI
هر سیم کارت برروی شبکه خودش توسط نگه داری یکتایی مشخص کننده بین‌المللی تلفن مشترک شناسایی می‌شود. اپراتورهای تلفن همراه با استفاده از IMSI تماس‌های تلفن همراه مشترک و ارتباط آن را با دیگر سیم کارتها برقرار می‌کنند.
کلید تصدیق هویت (Ki)
یک مقدار ۱۶ بایتی است که برای تصدیق هویت سیم کارت برروی شبکه تلفن همراه استفاده می‌شود. هر سیم کارت یک Ki به صورت یکتا دارند که توسط اپراتور تلفن همراه طی فرایند شخصی سازی به آن نسبت داده می‌شود. همچنین Ki در پایگاه داده شبکه (شناخته شده به عنوان HLR) ثبت می‌شود.
پروسه تصدیق هویت
در هنگام راه اندازی تلفن همراه، سیم کارت، IMSI خود را به اپراتور تلفن همراه با درخواست دسترسی و تصدیق هویت می‌فرستد.
اپراتور تلفن همراه در پایگاه داده خود به دنبال IMSI درخواست شده با Ki مشخص شده می‌گردد.
سپس اپراتور تلفن همراه یک عدد تصادفی ایجاد می‌کند و آن را با تلفیق در Ki یک شماره به نام درخواست واردشده (SRES_1) ایجاد می‌کند.
سپس اپراتور شبکه عدد تصادفی را به سیم کارت می‌فرستد و سیم کارت هم آن عدد تصادفی را Ki در خودش تلفیق می‌کند و SRES_2 را ایجاد می‌کند و آن را به اپراتور می‌فرستد.
سپس اپراتور شبکه SRES_1 محاسبه شده خودش را با SRES_2 محاسبه شده توسط سیم کارت مقایسه می‌کند. اگر دو شماره با هم یکی شدند سیم کارت تصدیق شده و اجازه دسترسی به شبکه را پیدا می‌کند.
معرفی‌کننده موقعیت محلی
سیم کارت وضعیت اطلاعات شبکه که از طرف شبکه به آن پخش می‌شود را دخیره می‌کند، مانند معرفی کننده موقعیت محلی (LAI). اپراتورها به محدوده‌های مختلفی تقسیم شده‌اند، که هرکدام یک شماره LAI منحصربه‌فرد دارد. هنگامی که تلفن همراه موقعیت خود را از یک محدوده به محدوده دیگری تغییر می‌دهد، آن اطلاعات جدید LAI را در سیم کارت ذخیره کرده و به اپراتور شبکه می‌فرستد تا موقعیت جدید خود را مشخص کند.
اندازه سیم کارت
سیم کارت در طی سالها علاوه بر پیشرفت، سایز خود را نیز تغییر داده است، سیم کارت سایز کامل، سیم کارت مینی، میکروسیم و نانوسیم که با دستگاهای مختلف کار می‌کنند. همزمان با کاهش سایز دستگاهها تولید کنندگان نیز سعی کردند در اندازه سیم کارتها تغییراتی بدهند.
اولین سایز سیم کارت به صورت سایز کامل بود(1FF): این سایز تقریباً اندازه کارتهای اعتباری بانکی بود.(۸۵٫۶۰ میلیمتر در ۵۳٫۹۸ میلیمتر به ضحامت ۰٫۷۶ میلیمتر) پس از آن سیم کارت مینی وارد بازار شد(2FF) که بخش کوچکتری از همان سیم کارت بود.(با ضخامت قبلی و ۲۵ میلیمتر در ۱۵ میلیمتر) نسخه بعدی سیم کارت که با نام سیم کارت میکرو(3FF) وارد شد بازهم طول و عرض کمتری نسبت به قبل داشت.(۱۵ میلیمتر در ۱۲ میلیمتر) با کوچکتر شدن سایز سیم کارت، سازگاری آنها با نسخ قبلی همچنان رعایت شد، به همین علت با دستگاههای برش خاص و یا قاب مخصوص می‌توان سه نوع ابتدایی سیم کارتها را به یکدیگر تبدیل کرد بدون آنکه مدار سیم کارت صدمه‌ای ببیند.
سرانجام نیز در سال ۲۰۱۲ نانو سیم کارت (4FF) تولید شد. این سیم کارت بازهم کوچکتر شد. البته برعکس تکامل نمونه‌های قبلی علاوه بر کاهش طول و عرض، ضخامتش نیز کاهش یافت.(۱۲میلیمتر در ۸٫۸ میلیمتر با ضخامت ۰٫۷ میلیمتر) در سیم کارت نانو ضخامت پردازشگر به همراه بدنه ضخامتی معادل ۰٫۷ دارد که حدوداً ۱۵ درصد نسبت به نسخ قبلی کاهش ضخامت داشته است.
سیم کارتهای نانو با سازگاری کامل با نسخه‌های قبلی ساخته شده است بنابراین می‌توان آنها را با آداپتور مخصوص در دستگاههای قبلی نیز قرارد داد و استفاده کرد.
ساعت : 7:44 pm | نویسنده : admin
|
مطلب بعدی