مقاله طراحی و ساخت تایمر دیجیتالی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله طراحی و ساخت تایمر دیجیتالی دارای ۱۱۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله طراحی و ساخت تایمر دیجیتالی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله طراحی و ساخت تایمر دیجیتالی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله طراحی و ساخت تایمر دیجیتالی :

چکیده:
تایمر دیجیتالی که دراین پروژه طراحی شده است و معرفی می گردد دارای مشخصات زیر است:
– نمایش مراحل برنامه بر روی سون سگمنت (۲۶ مرحله).
– حفظ مرحله برنامه در هنگام قطع برق با استفاده از باطری BACKUP .
– انتخاب شروع از هرمرحله برنامه با استفاده از کلیدهای PROGRAM .
– کوچک بودن حجم مدار نسبت به نمونه های مشابه دیجیتالی .
اصولاً تایمر برای شمارش اتفاقات بکار می رود. و تعداد خاصی از این اتفاقات برای ما اهمیت دارد تا در این زمانهای خاص به یک دستگاه فرمان روشن یا خاموش بودن را بدهیم. دراصل تایمر دیجیتالی یک شمارنده است که تعداد پالسهای ورودی را بصورت باینری می شمارد و اگر ما از میان این اعداد موردنظر خودمان را به وسیله یک دیکودر، دیکودر کنیم، به راحتی می توانیم به تعدادی خروجی فرمان دهیم.

مقدمه:
درعصری که ما در آن زندگی می کنیم، علم الکترونیک یکی از اساسی ترین و کاربردی¬ترین علومی است که در تکنولوژی پیشرفته امروزه نقش مهمی را ایفا می کند.
الکترونیک دیجینتال یکی از شاخه های علم الکترونیک است که منطق زیبای آن انسان را مجذوب خود می کند.
امروزه اکثر سیستمهای الکترونیکی به سمت دیجیتال سوق پیدا کرده است و این امر به علت مزایای زیادی است که سیستمهای دیجیتال نسبت به مدارهای آنالوگ دارند.

مداری که ادر این پروژه معرفی می گردد یک مدار فرمان میکرویی است که به منظور جایگزینی برای نمونه مکانیکی آن طراحی گردیده است.
برای طراحی و ساخت یک تایمر ماشین لباسشویی، قبل از هرچیز باید ماشین لباسشویی، طرزکار و همچنین عملکرد قسمتهای مختلف آن را بشناسیم. برای این منظور در ابتدات به شرح قسمتهای مختلف آن می پردازیم:
اجزای زیر قسمتهای مختلف یک ماشین لباسشویی را تشکیل می دهند:
موتور ، پمپ تخلیه، المنت گرمکن، شیربرقی، اتوماتیک دما، هیدرو سوئیچ و تایمر.

اگر بخواهیم عملکرد ماشین لباسشویی را بطور خلاصه بیان کنیم، به این صورت است که ابتدا شیرآب (شیربرقی) بازشده و آب مخزن را پر می کند. سپس درصورت نیاز، گرمکن آب مخزن را به گرمای مجاز می رساند. سپس موتور شروع به چرخاندن لباسهای کثیف می کند. سپس پمپ، آب کثیف را از مخزن به بیرون از ماشین پمپ می کند. این سلسله عملیات ادامه دارد تا در انتها ماشین بطوراتوماتیک خاموش شده و متصدی دستگاه می تواند لباسهای شسته شده را از دستگاه خارج کند. فرمان تمام اجزای فوق را تایمر می دهد. برای آشنایی با تایمر مکانیکی، مختصری درمورد آن توضیح می دهیم:

این تایمر به ا ین صورت عمل می کند که یک موتور الکتریکی کوچک، یک محور را توسط چرخ دنده هایی می چرخاند و این محور یک سری دیسک های پلاستیکی هم محور را می چرخاند. این دیسک ها بر روی خود دارای برجستگی هایی است و برروی این برجستگی ها زائده هایی قرار می گیرند که با چرخیدن دیسک، این زائده ها بالا و پایین رفته و پلاتین هایی را بازوبسته می کنند. و این پلاتین ها نیز به نوبه خود یک سری اتصال های الکتریکی قطع و وصل می شوند که می توانند به عنوان فرمان های الکتریکی قسمتهای مختلف لباسشویی به کار روند. شکل زیر نحوه عملکرد این نوع تایمر را نشان می دهد:
تایمرهای مکانیکی دارای عیوب و مزایایی هستند که در زیر به آنها اشاره می شود:
بسیارگران هستند، استفاده از این نوع تایمر باعث پیچیدگی سیم کشی داخل ماشین لباسشویی می شود، بر اثر کارکرد پلاتین های آن اکسیده شده و به خوبی عمل نمی کند.

از مزیتهای مهم تایمر مکانیکی می توان نویزپذیر نبودن آن را نام برد. قبل از تشریح مدار تایمردیجیتالی و عملکرد آن، ابتدا کمی درمورد دو عنصر هیدروسوئیچ و اتوماتیک دما که درتمام ماشین های لباسشویی وجود دارد (وکمتر در دستگاههای الکتریکی دیده می شود) توضیح می دهیم:
تایمرهای لباسشویی یک سری مشخصات عمومی دارند که برای همه انواع آن صادق است.
این مشخصات به قرار زیر است:
– نشان د ادن مرحله برنامه در هرلحظه.
– حفظ مرحله برنامه درهنگام قطع برق.
– انتخاب شروع برنامه از هرمرحله دلخواه.
– خاموش کردن لباسشویی پس از اتمام به صورت اتوماتیک.
هیدروسوئیچ که مخفف سوئیچ هیدرولیکی است یک عنصر مکانیکی است که پربودن یا خالی بودن مخزن لباسشویی از آب را، تشخیص می دهد.
این عنصر از یک مخزن کوچک تشکیل شده که داخل آن یک دیافراگم قراردارد. این مخزن دارای یک ورودی هوا است. وقتی هوا تحت فشار معینی به داخل آن برسد، دیافراگم به جلو حرکت کرده و یک اتصال الکتریکی را قطع و یا وصل می کند.
علت استفاده از هیدروسوئیچ در ماشین لباسشویی یکی به این دلیل است که وقتی شیربرقی آب را بازکرده وآب وارد مخزن لباسشویی می شود، پس از رسیدن حجم آب بیش از حد مجاز وارد مخزن شود.
دلیل دیگر استفاده از هیدروسوئیچ، وابسته نبودن حجم آب پرشده درون مخزن، به فشار آب ورودی است. اتوماتیک دما هم یک نوع ترموستات الکتریکی است که با قطع و وصل به موقع المنت گرمکن، دمای آب مخزن لباسشویی را طبق انتخاب ما ثابت نگه می دارد.

مدارتغذیه:
درشکل نمای کلی از مدار تغذیه به کار برده شده در این پروژه را نشان می دهیم. که آن را به اختصار شرح می دهیم.
باتری V1 ولتاژ کمتری نسبت به V2 دارد پس D2 هدایت کرده و روشن است و D1 خاموش است. ما دراینجا از رگولاتور (۷۸۰۵) استفاده کرده ایم که ولتاژ ورودی آن بین ۶ تا ۱۰ و کاهنده می باشد که ۵ ولت خروجی دارد.
در اینجا به خاطر رسیدن به ۵ ولت از Ic(7805) استفاده می کنیم.
مدار داخلی (۷۸۰۵):
یک مدار کلکتور مشترک است که تقویت ولتاژ ندارد و تقویت جریان دارد.
علت استفاده از دیود D1 در مدار تغذیه:
اگر D1 در مدار نباشد باتری ۹ ولت همیشه در مدار است اما ا گر D1 در مدار باشد وقتی باتری ۹ ولت وارد مدار می شود که ولتاژ تغذیه شهر قطع شود.
علت استفاده از D2: برای اینکه ولتاژی از باتری به منبع تغذیه نرود.

مدار تشخیص قطع و وصل بودن برق شهر:
۱- نحوه قرارگرفتن پایه های رگولاتور به صورت زیراست:
۲- مقاومتهای بایاس ترانزیستور با مقادیر مشخص شده به کار رفته اند.
۳- علت استفاده از خازن C1 : یک صافی است، برای اینکه روی میکرو پارازیت نیافتد.
این مدار به منظور رساندن پیامی به میکرو در مدار قرارداده شده تا میکرو را از وضعیت برق شهر مطلع کند .
این مدار یک ولتاژ نمونه از منبع تغذیه اصلی دریافت کرده و اگر جریان برق شهر برقرار باشد خروجی این مدار صفر و در غیراین صورت خروجی مدار ۱ می باشد. که میکرو از روی این اختلاف ولتاژ به بودن یا نبودن برق شهر پی می برد.
این مدار تغذیه دارای یک مدار فرمان است که این مدار فرمان به میکرو متصل می باشد. تا زمانی که برق شهر رفت، به میکرو فرمان دهد که تمام خروجی ها را خاموش کند.

این مدار تغذیه ۲ ورودی دارد که درحالت seven segment دستگاه خاموش میشود ، و میکرو به حالت استندبای می رود.
«مدار قدرت»
این مدار ، مدار اپتو کوپلر (بایاس ترایاک) است .
اپتوکوپلرها برای ایزوله کردن مدار فرمان از مدار قدرت بکار می روند به این ترتیب که فرمان گیت ترایاک توسط یک LED به آن اعمال می شود. بین LED و ترایاک هیچ پایه مشترکی وجود ندارد.
درصورت مستقیم وصل کردن مدار فرمان به مدار قدرت علاوه براین اشکالات نویز باعث برق دار شدن مدار فرمان می شود.
برای برطرف کردن این اشکال ۲ راه وجود دارد. ۱- استفاده از ترانس پالس ۲- اپتو کوپلر در روش ترانس پالس، به وسیله یک ترانس پالس مدار فرمان از قدرت جدا می شود.
به این ترتیب که با اعمال پالس ازطرف مدارفرمان در سر دیگر ترانس پالس یک پالس مربعی ایجاد می شود که ازآن می توان برای فرمان دادن مدارات قدرت استفاده کرد.
۱- ترانزیستور: از خروجی میکرو جریان کمی می گذرد به خاطر تقویت جریان برای رسیدن به ورودی opto IC IC استفاده می شود.
* مدار پیشنهادی برای راه اندازی تریاک IC(opto copler) توسط اپتوکوپلر

«مدار سنسور آب»:
در این مدار از زوج دارلینگتون استفاده شده برای اینکه ضریب تقویت بالا رود. برای سنس کردن سطح آب می توان از مدار زیر استفاده کرد به این ترتیب که چون آب عنصر خالص نیست پس دارای مقاومتی می باشد.که حدود ۳۰۰k است .
در شرایط عادی وقتی۰ که بین ۲ پایه قطع ما هیچ مقاومتی وجود ندارد ترانزیستور Q1 و Q2 که به صورت زوج دارلینگتون برای بالابردن ضریب تقویت بسته شده و درحالت قطع می باشد. در این حالت خروجی مدار یک ۱ می باشد اما اگر مقاومتی بین دوپایه قطع قرارگیرد: ترانزیستورهای Q1 و Q2 به حالت اشباع رفته در این حالت ولتاژ خروجی مدار صفر می شود.

مقاومت R1 به منظور حفاظت ترانزیستورها از اتصال کوتاه دوسر سنسور به کاربرده شده، به این ترتیب که اگر این مقاومت در مدار نباشد هنگام اتصال کوتاه شدن دوسر سنسور تمام ولتاژ دوسر بیس– امتیر ترانزیستورها خواهد افتاد که موجب سوختن و از بین رفتن آنها می شود.
مقاومت R2 به منظور بایاس ترانزیستورها و کنترل حساسیت مدار به کار رفته است به این ترتیب که هرچقدر مقدار مقاومت R2 بیشتر باشد حساسیت مدار بیشتر شده و برعکس.

اگر مقاومت R2 از مدار خارج شود سنسور ما با اشاره دست فعال می شود مانند (سوئیچ های finger tuch )…
:(ADC0804) IC
یک IC آنالوگ به دیجیتال است که ولتاژ را به کددیجیتالی تبدیل می کند.
سنسور دما یک IC سه پایه است که به ازای هردرجه حرارت ۱۰mv خروجی دارد.
پورتهای Po مقاومتهای بالای IC پورت صفر احتیاج به مقاومت Pull Up دارد که از مقاومت ۱۰k برای این کار استفاده می شود.
پایه Reset شماره ۹ می باشد که به هنگام روشن شدن میکرو آن را Reset می کند و باعث می شود که برنامه ما از ابتدا اجرا می شود. این مقاومت با یک خازن یا (یک میکرو) سری شده و به Vcc متصل شده است.
کریستال ۱۲mHz میکرو، برای تولید پالس بکار می رود. کلاک میکرو می باشد. P0.0 برای خروجی کلاک برای ATOD می باشد.
مدارمتصل به پایه ۹ میکرو به صورت زیر است که در آن خازن (میکروفاراد) به Vcc متصل است و مقاومت به کاربرده شده ۱۰k بوده و مدار Reset سخت افزاری میکرو می باشد.

نمودار صفحه نمایش مدار :
«آشنایی با میکروکنترلرها»
گرچه کامپیوترها تنها چند دهه ای است که با ما همراهند ، با این حال تأثیر عمیق آنها بر زندگی ما با تأثیر تلفن، اتومبیل و تلویزیون رقابت می کند. همگی ما حضور آنها را احساس می کنیم، چه برنامه نویسان کامپیوتر و چه دریافت کنندگان صورت حسابهای ماهیانه که توسط سیستمهای کامپیوتری بزرگ چاپ شده و توسط پست تحویل داده می شود. تصور ما از کامپیوتر معمولا «داده پردازی» است که محاسبات عددی را بطور خستگی ناپذیری انجام می دهد.

ما با انواع گوناگونی از کامپیوترها برخورد می کنیم که وظایفشان را زیرکانه و بطرزی آرام، کارا و حتی فروتنانه انجام می دهند و حتی حضور آنها اغلب احساس نمی شود. ما کامپیوترها را به عنوان جزء مرکزی بسیاری از فرآورده های صنعتی و مصرفی از جمله، در سوپرمارکت ها داخل صندوق های پول و ترازوها، درخانه، دراجاق ها، ماشین های لباسشویی، ساعت های دارای سیستم خبردهنده و ترموستات ها، در وسایل سرگرمی همچون اسباب بازی ها، VCR ها، تجهیزات استریو و وسایل صوتی، در محل کار در ماشین های تایپ و فتوکپی، و در تجهیزات صنعتی مثل مته های فشاری و دستگاههای حروفچینی نوری می یابیم.

در این مجموعه ها کامپیوترها وظیفه «کنترل» را در ارتباط با «دنیای واقعی»، برای روشن و خاموش کردن وسایل و نظارت بر وضعیت آنها انجام می دهند. میکروکنترلرها (برخلاف میکروکامپیوترها و ریزپردازنده ها) اغلب در چنین کاربردهایی یافت می شوند. با وجود این که بیش از بیست سال از تولد ریزپردازنده نمی گذرد، تصور وسایل الکترونیکی و اسباب بازیهای امروزی بدون آن کار مشکلی است. در ۱۹۷۱ شرکت اینتل، ۸۰۸۰ را به عنوان اولین ریزپردازنده موفق عرضه کرد. مدت کوتاهی پس از آن، موتور رولا، RCA و سپس MOS Technology و Zilog انواع مشابهی را به ترتیب به نامهای ۶۸۰۰، ۱۸۰۱، ۶۵۰۲، Z80 عرضه کردند. گرچه این مدارهای مجتمع (IC) ها به خودی خود فایده چندانی نداشتند اما به عنوان بخشی از یک کامپیوتر تک بورد (SBC)، به جزء مرکزی فرآورده های مفیدی برای آموزش طراحی با ریزپردازنده ها تبدیل شدند. از این SBC ها که بسرعت به آزمایشگاههای طراحی در کالج ها، دانشگاهها و شرکت های الکترونیک راه پیدا کردند می توان برای نمونه از D2 موتور رولا، KIM-1 ساخت MOS Technolog و SDK-85 متعلق به شرکت اینتل نام برد.

میکروکنترلر قطعه ای شبیه به ریزپردازنده است . در ۱۹۷۶ اینتل ۸۷۴۸ را به عنوان اولین قطعه خانواده میکروکنترلرهای MCS-48TM معرفی کرد . ۸۷۴۸ با ۱۷۰۰۰ ترانزیستور در یک مدار مجتمع ، شامل یک CPU، ۱ کیلو بایت EPROM، ۶۴ بایت RAM، ۲۷ پایه I/O و یک تایمکر ۸ بیتی بود . این IC و دیگر اعضای MCS-48TM که پس از آن آمدند، خیلی زود به یک استاندارد صنعتی در کاربردهای کنترل گرا تبدیل شدند جایگزین کردن اجزاء الکترومکانیکی در فرآورده هایی مثل ماشین های لباسشویی و چراغ های راهنمایی از ابتدای کار، یک کاربرد مورد توجه برای این میکروکنترلرها بودند و همین طور باقی ماندند. دیگر فرآورده هایی که در آنها میتوان میکروکنترلر را یافت عبارتند از اتومبیل ها، تجهیزات صنعتی، وسایل سرگرمی و ابزارهای جانبی کامپیوتر. (افرادی که یک IBM PC دارند کافی است به داخل صفحه کلید نگاه کنند تا مثالی از یک میکروکنترلر را دریک طراحی با کمترین اجزاء ممکن ببینند).

توان، ابعاد و پیچیدگی میکروکنترلرها با اعلام ساخت ۸۰۵۱ ، یعنی اولین عضو خانواده میکروکنترلرهای MCS-51MT‏ در ۱۹۸۰ توسط اینتل پیشرفت چشمگیری کرد. در مقایسه با ۸۰۴۸ این قطعه شامل بیش از ۶۰۰۰۰ ترانزیستور، K 4 بایت ROM، ۱۲۸ بایت RAM، ۳۲ خط I/O، یک درگاه سریال و دوتایمر ۱۶ بیتی است. که از لحاظ مدارات داخلی برای یک IC بسیار قابل ملاحظه است، (شکل ۱-۱ را ببینید). امروزه انواع گوناگونی از این IC وجود دارند که به صورت مجازی این مشخصات را دوبرابر کرده اند. شرکت زیمنس که دومین تولیدکننده قطعات MCS-51TM است SAB80515 را به عنوان یک ۸۰۵۱ توسعه یافته دریک بسته ۶۸ پایه با شش درگاه I/O 8 بیتی ، ۱۳ منبع وقفه، و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با ۸ کانال ورودی عرضه کرده است . خانواده ۸۰۵۱ به عنوان یکی از جامعترین و قدرتمندترین میکروکنترلرهای ۸ بیتی شناخته شده و جایگاهش را به عنوان یک میکروکنترلر مهم برای سال های آینده یافته است.

این کتاب درباره خانواده میکروکنترلرهای MSC-51TM نوشته شده است. فصل های بعدی معماری سخت افزار و نرم افزار خانواده MCS-51TM را معرفی می کنند و از طریق مثالهای طراحی متعدد نشان می دهند که چگونه اعضای این خانواده می توانند در طراحی های الکترونیکی با کمترین اجزاء اضافی ممکن شرکت داشته باشند.
در بخشهای بعدی از طریق یک آشنایی مختصر با معماری کامپیوتر، یک واژگان کاری از اختصارات و کلمات فنی که دراین زمینه متداولند (واغلب باهم اشتباه می شوند) را ایجاد خواهیم کرد. از آن جا که بسیاری اصطلاحات در نتیجه تعصب شرکتهای بزرگ و سلیقه مؤلفان مختلف دچار ابهام شده اند، روش کار ما در این زمینه بیشتر عملی خواهد بود تا آکادمیک. هر اصطلاح در متداول ترین حالت با یک توضیح ساده معرفی شده است.

۲-۱ اصطلاحات فنی
یک کامپیوتر توسط دو ویژگی کلیدی تعریف می شود: (۱) داشتن قابلیت برنامه ریزی برای کارکردن روی داده بدون مداخله انسان و (۲) توانایی ذخیره و بازیابی داده. عموما یک سیستم کامپیوتری شامل ابزارهای جانبی برای ارتباط با انسان ها به علاوه برنامه هایی برای پردازش داده نیز می باشد. تجهیزات کامپیوتر سخت افزار، و برنامه های آن نرم افزار نام دارند.
یک سیستم کامپیوتری شامل یک واحد پردازش مرکزی (CPU) است که از طریق گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه کنترل به حافظه قابل دستیابی تصادفی (RAM) و حافظه فقط خواندنی(ROM) متصل می باشد. مدارهای واسطه گذرگاه های سیستم را به وسایل جانبی متصل می کنند. حال اجازه بدهید تا هریک از اینها را بطور مفصل بررسی کنیم.

۳-۱ واحد پردازش مرکزی
CPU، به عنوان «مغز» سیستم کامپیوتری، تمامی فعالیتهای سیستم را اداره کرده و همه عملیات روی داده را انجام می دهد. اندیشه اسرارآمیز بودن CPU در اغلب موارد نادرست است زیرا این تراشه فقط مجموعه ای از مدارهای منطقی است که بطورمداوم دو عمل را انجام می دهند: واکشی دستورالعمل ها، و اجرای آنها. CPU توانایی درک و اجرای دستورالعمل ها را براساس مجموعه ای از کدهای دودویی دارد که هریک از این کدها نشان دهنده یک عمل ساده است. این دستورالعمل ها معمولا حسابی (جمع، تفریق، ضرب و تقسیم)، منطقی NOT , OR , AND) وغیره)، انتقال داده یا عملیات انشعاب هستند و با مجموعه ای از کدهای دودویی با نام مجموعه دستورالعمل ها نشان داده می شوند.

شکل ۳-۱ یک تصویر بی نهایت ساده شده از داخل یک CPU است. این شکل مجموعه ای از ثبات ها را برای ذخیره سازی موقت اطلاعات، یک واحد عملیات حسابی و منطقی(ALU) برای انجام عملیات روی این اطلاعات، یک واحد کنترل و رمزگشایی دستورالعمل (که عملیاتی را که باید انجام شود تعیین می کند و اعمال لازم را برای انجام آنها شروع می نماید.) و دوثبات اضافی را نشان می دهد.
ثبات دستورالعمل (IR) کد دودویی هردستورالعمل را درحال اجرا نگه می دارد و شمارنده برنامه (PC) آدرس حافظه دستورالعمل بعدی را که باید اجرا شود نشان می دهد.

واکشی یک دستورالعمل از RAM سیستم یکی از اساسی ترین اعمالی است که توسط CPU انجام می شود و شامل این مراحل است: (الف) محتویات شمارنده برنامه درگذرگاه آدرس قرارمی گیرد (ب) یک سیگنال کنترل READ فعال میشود (پ) داده (کد عملیاتی دستورالعمل) از RAM خوانده می شود و روی گذرگاه داده قرار می گیرد (ت) کد عملیاتی در ثبات داخلی دستورالعمل CPU انجام می شود و (ث) شمارنده برنامه یک واحد افزایش می یابد تا برای واکشی بعدی از حافظه آماده شود. مرحله اجرا مستلزم رمزگشایی کد عملیاتی و ایجاد سیگنالهای کنترلی برای گشودن ثبات های درونی به داخل و خارج از ALU است. همچنین باید به ALU برای انجام عملیات مشخص شده فرمانی داده شود. بعلت تنوع زیاد عملیات ممکن، این توضیحات تاحدی سطحی می باشند و دریک عملیات ساده مثل «افزایش یک واحدی ثبات» مصداق دارند. دستورالعمل های پیچیده تر نیاز به مراحل بیشتری مثل خواندن بایت دوم و سوم به عنوان داده برای عملیات دارند.

یک سری از دستورالعمل ها که برای انجام یک وظیفه معنادار ترکیب شوند برنامه یا نرم افزار نامیده می شود، و نکته واقعا اسرارآمیز درهمین جا نهفته است. معیار اندازه گیری برای انجام درست وظایف، بیشتر کیفیت نرم افزار است تا توانایی تحلیل CPU. سپس برنامه ها CPU را «راه اندازی» می کنند و هنگام این کار آنها گهگاه به تقلید از نقطه ضعف های نویسندگان خود، اشتباه هم می کنند. عباراتی نظیر «کامپیوتر اشتباه کرد» گمراه کننده هستند. اگرچه خرابی تجهیزات غیرقابل اجتناب است اما اشتباه در نتایج معمولاً نشانی از برنامه های ضعیف یا خطای کاربر می باشد.

حافظه نیمه رسانا : RAM و ROM
برنامه ها و داده در حافظه ذخیره می شوند. حافظه های کامپیوتر بسیار متنوعند و اجزای همراه آنها بسیار، و تکنولوژی بطور دائم و پی در پی موانع را برطرف می کند، بگونه ای که اطلاع از جدیدترین پیشرفتها نیاز به مطالعه جامع و مداوم دارد. حافظه هایی که بطور مستقیم توسط CPU قابل دستیابی می باشند، IC های (مدارهای مجتمع) نیمه رسانایی هستند که RAM و ROM نامیده می شوند. دو ویژگی RAM و ROM را از هم متمایز میسازد : اول آن که RAM حافظه خواندنی / نوشتنی است درحالی که ROM حافظه فقط خواندنی است و دوم آن که RAM فرار است (یعنی محتویات آن هنگام نبود ولتاژ تغذیه پاک می شود) درحالی که ROM غیر فرار می باشد .
اغلب سیستمهای کامپیوتری یک دیسک درایو ومقدار اندکی ROM دارند که برای نگهداری روال های نرم افزاری کوتاه که دائم مورد استفاده قرار می گیرند و عملیات ورودی / خروجی را انجام می دهند کافی است. برنامه های کاربران و داده، روی دیسک ذخیره می گردند و برای اجرا به داخل RAM بار می شوند. با کاهش مداوم در قیمت هربایت RAM، سیستمهای کامپیوتری کوچک اغلب شامل میلیونها بایت RAM می باشند.

گذرگاهها : آدرس ، داده و کنترل
یک گذرگاه عبارت است از مجموعه ای از سیم ها که اطلاعات را با یک هدف مشترک حمل می کنند. امکان دستیابی به مدارات اطراف CPU توسط سه گذرگاه فراهم می شود: گذرگاه آدرس، گذرگاه داده و گذرگاه کنترل. برای هرعمل خواندن یا نوشتن، CPU موقعیت داده (یا دستورالعمل) را با قراردادن یک آدرس روی گذرگاه آدرس مشخص می کند و سپس سیگنالی را روی گذرگاه کنترل فعال می نماید تا نشان دهد که عمل موردنظر خواندن است یا نوشتن. عمل خواندن، یک بایت داده را از مکان مشخص شده در حافظه برمی دارد و روی گذرگاه داده قرار می دهد. CPU داده را می خواند و دریکی از ثبات های داخلی خود قرار می دهد. برای عمل نوشتن CPU داده را روی گذرگاه داده می گذارد. حافظه، تحت تأثیر سیگنال کنترل، عملیات را بعنوان یک سیکل نوشتن، تشخیص می دهد و داده را درمکان مشخص شده ذخیره می کند.

اغلب، کامپیوترهای کوچک ۱۶ یا ۲۰ خط آدرس دارند. با داشتن n خط آدرس که هریک می توانند در وضعیت بالا(۱) یا پایین (۰) باشند، n 2 مکان قابل دستیابی است. بنابراین یک گذرگاه آدرس ۱۶ بیتی می تواند به ۶۵۵۳۶ = ۱۶ ۲ مکان، دسترسی داشته باشد و برای یک آدرس ۲۰ بیتی ۱۰۴۸۵۷۶ = ۲۰ ۲ مکان قابل دستیابی است. علامت اختصاری K (برای کیلو) نماینده ۱۰۲۴ = ۱۰ ۲ می باشد، بنابراین ۱۶ بیت می تواند K 64 = 10 2 × ۶ ۲ مکان را آدرس دهی کند درحالی که ۲۰ بیت می تواند K 1024 = 10 2 × ۱۰ ۲ ( یا Meg 1) را آدرس دهی نماید.

گذرگاه داده اطلاعات را بین CPU و حافظه یا بین CPU و قطعات I/O منتقل می کند. تحقیقات دامنه داری که برای تعیین نوع فعالیتهایی که زمان ارزشمند اجرای دستورالعملها را دریک کامپیوتر صرف می کنند، انجام شده است نشان می دهد که کامپیوترها دوسوم وقتشان را خیلی ساده صرف جابجایی داده می کنند. ازآن جا که عمده عملیات جابجایی بین یک ثبات CPU و RAM یا ROM خارجی انجام می شود تعداد خطهای (یا پهنای) گذرگاه داده در کارکرد کلی کامپیوتر اهمیت شایانی دارد. این محدودیت پهنا، یک تنگنا به شمار می رود: ممکن است مقادیر فراوانی حافظه در سیستم وجود داشته باشد و CPU از طریق گذرگاه داده – توسط پهنای گذرگاه داده محدود می شود. به علت اهمیت این ویژگی، معمول است که یک پیشوند را که نشان دهنده اندازه این محدودیت است اضافه می کنند. عبارت «کامپیوتر ۱۶بیتی» به کامپیوتری با ۱۶ خط در گذرگاه داده اشاره می کند. اغلب کامپیوترها در طبقه بندی ۴ بیت، ۸ بیت، ۱۶ بیت یا ۳۲ بیت قرار می گیرند و توان محاسباتی کلی آنها با افزایش پهنای گذرگاه داده، افزایش می یابد.

توجه داشته باشید که گذرگاه داده همانطور که درشکل ۲-۱ نشان داده شده است، یک گذرگاه دوطرفه و گذرگاه آدرس، یک گذرگاه یک طرفه می باشد. اطلاعات آدرس همیشه توسط CPU فراهم می شود (همانطوری که درشکل ۲-۱ با فلش نشان داده شده است.) درحالی که داده ممکن است در هرجهت، بسته به اینکه عملیات خواندن موردنظر باشد یا نوشتن، جابجا شود. همچنین توجه داشته باشید که عبارت «داده» در مفهوم کلی بکار رفته است یعنی اطلاعاتی که روی گذرگاه داده جابجا میشود و ممکن است دستورالعمل های یک برنامه، آدرس ضمیمه شده به یک دستورالعمل یا داده مورد استفاده توسط برنامه باشد.

گذرگاه کنترل ترکیب درهمی از سیگنال ها است، که هریک نقش خاصی درکنترل منظم فعالیتهای سیستم دارند. بعنوان یک قاعده کلی ، سیگنال های کنترل سیگنالهای زمانبندی هستند که توسط CPU برای همزمان کردن جابجایی اطلاعات روی گذرگاه آدرس و داده ایجاد می شوند. اگرچه معمولا سه سیگنال مثل CLOCK، READ و WRITE وجود دارد، برای انتقال اساسی داده بین CPU و حافظه، نام و عملکرد این سیگنال ها بطورکامل بستگی به نوع CPU دارد. برای جزئیات بیشتر در این موارد باید به برگه اطلاعات سازندگان مراجعه کرد.

ابزارهای ورودی / خروجی
ابزارهای I/O یا «ابزارهای جانبی کامپیوتر» مسیری برای ارتباط بین سیستم کامپیوتری و «دنیای واقعی» فراهم می کنند. بدون ابزارهای جانبی، سیستمهای کامپیوتری به ماشینهای درون گرایی تبدیل می شوند که استفاده ای برای کاربران خود ندارند. سه دسته از ابزارهای I/O عبارتند از ابزارهای ذخیره سازی انبوه، ابزارهای رابط با انسان و ابزارهای کنترل / نظارت.

ابزارهای ذخیره سازی انبوه
ابزارهای ذخیره سازی انبوه نیز مثل RAM ها و ROM های نمیه رسانا جزو نقش آفرینان عرصه تکنولوژی حافظه هستند که بطور دائم درحال رشد و بهبود است. آنچنان که از نام آنها برمی آید این ابزارها مقادیر معتنابهی اطلاعات (برنامه یا داده) را نگهداری می کنند و این حجم از اطلاعات به هیچ وجه در RAM یا «حافظه اصلی» نسبتا کوچک کامپیوتر جا نمی گیرد . این اطلاعات پیش از این که در دسترس CPU قرار بگیرد باید به داخل حافظه اصلی بارشود. دسته بندی ابزارهای ذخیره سازی انبوه برطبق سادگی دستیابی به اطلاعات، آنها را به دودسته تقسیم می کند ابزارهای آماده کار و ابزارهای بایگانی. در روش ذخیره سازی آماده کار که معمولا روی دیسک های مغناطیسی انجام می شود، اطلاعات ذخیره شده در دسترس CPU قرار دارند بدون آن که نیازی به دخالت انسان از طریق اجرای نرم افزار خاصی باشد.

در روش ذخیره سازی بایگانی داده هایی نگهداری می شوند که بندرت به کار می روند و باید بصورت دستی در سیستم بار شوند. ذخیره سازی بایگانی معمولا روی نوارهای مغناطیسی یا دیسک های مغناطیسی انجام می شود. اگرچه دیسک های نوری مثل CD-ROM ها یا تکنولوژی WORM که بتازگی ظهور کرده اند، ممکن است سمت گیری روش ذخیره سازی بایگانی را به علت قابلیت اطمینان، ظرفیت بالا و قیمت پایین خود تغییر دهند.

ابزارهای رابط با انسان
یگانگی انسان و ماشین توسط مجموعه ای از ابزارهای رابط با انسان تحقق می یابد که متداول ترین آنها عبارتند از پایانه های نمایش تصویر (VDT) و چاپگرها. اگرچه چاپگرها ابزارهای صرفا خروجی هستند که برای چاپ کردن اطلاعات به کار می روند ولی VDT ها در واقع از دو وسیله تشکیل شده اند زیرا شامل یک صفحه کلید به عنوان ورودی و یک CRT به عنوان خروجی می باشند. یک رشته خاص در مهندسی به نام «ارگونومیک» یا «مهندسی فاکتورهای انسانی» به خاطر ضرورتی که درطراحی این ابزارهای جانبی باتوجه به طبیعت انسان احساس می شد، به وجود آمده است و هدف آن وفق دادن مشخصات انسان با ماشین های مورد استفاده او به شکلی مطمئن، راحت و کارا می باشد. درحقیقت تعداد شرکت هایی که این دسته از ابزارهای جانبی را تولید می کنند بیشتر از شرکتهای تولید کننده کامپیوتر است. در هرسیستم کامپیوتری دست کم سه تا از این ابزارها وجود دارد: صفحه کلید، CRT و چاپگر. از دیگر ابزارهای رابط با انسان میتوان دستگیره بازی، قلم نوری، ماوس میکروفن و بلندگو را نام برد.

ابزارهای کنترل / نظارت
به کمک ابزارهای کنترل / نظارت (وبرخی نرم افزارها و رابط های الکترونیک دقیق) کامپیوترها می توانند کارهای کنترلی زیادی را بی وقفه، بدون خستگی و بسیار فراتر از توانایی انسان انجام دهند.
کاربردهایی نظیر کنترل حرارت یک ساختمان، محافظت ازخانه، کنترل آسانسور، کنترل وسایل خانگی و حتی جوش دادن قطعات مختلف یک خودرو همگی با استفاده از این ابزارها امکان پذیر هستند.

ابزارهای کنترل، ابزارهای خروجی یا عمل کننده هستند. آنها وقتی که با یک ولتاژ یا جریان، تغذیه شوند می توانند برجهان پیرامون خود اثر بگذارند (مثل موتورها و له ها). ابزارهای نظارت، ابزارهای ورودی یا حسگر هستند که با کمیت هایی نظیر حرارت، نور، فشار، حرکت و مانند آن، تحریک شده و آنها را به جریان یا ولتاژی که توسط CPU خوانده میشود تبدیل می کنند (مثل فتوترانزیستورها، ترمیستورها و سوئیچ ها). ولتاژ یا جریان توسط مدارهای واسطه، به یک داده دودویی تبدیل میشود و یا برعکس و سپس نرم افزار، یک رابطه منطقی بین ورودی ها و خروجی ها برقرار می کند. سخت افزار و نرم افزار موردنیاز برای ارتباط این ابزارها با میکروکنترلرها یکی از موضوعات عمده این کتاب می باشد.

برنامه ها : بزرگ و کوچک
بحث اصلی ما برسخت افزار سیستمهای کامپیوتری با یک مرورگذرا بر نرم افزار یا برنامه هایی که برای راه اندازی آنها لازم است متمرکز گردیده است. توجه نسبی به سخت افزار در برابر نرم افزار در سال های اخیر بطور حیرت انگیزی دگرگون شده است. درحالیکه نخستین سالهای پیدایش کامپیوتر شاهد برتری چشمگیر هزینه قطعات، تولید و تعمیر و نگهداری سخت افزار کامپیوتر نسبت به هزینه نرم افزار بود، امروزه با تراشه های LSI هزینه های سخت افزاری، کمتر تعیین کننده هستند و کار پرزحمت و متمرکز برای نوشتن، مستندسازی، پشتیبانی، بهنگام کردن و توزیع نرم افزار است که بخش عمده هزینه اتوماسیون یک فرآیند را با استفاده از کامپیوتر تشکیل می دهد.
اکنون هنگام بررسی انواع مختلف نرم افزار است. سه سطح از نرم افزار را بین کاربر و سخت افزار یک سیستم کامپیوتری نشان می دهد: نرم افزار کاربردی، سیستم عامل و زیرروال های ورودی / خروجی.
در پایین ترین سطح، زیرروال های ورودی / خروجی بطور مستقیم سخت افزار سیستم را اداره می کنند، مثل خواندن کارکترها از صفحه کلید ، نوشتن کارکترها در CRT، خواندن بلوک های اطلاعات از دیسک و غیره. از آنجا که این زیرروال ها ارتباط بسیار نزدیکی با سخت افزار دارند توسط طراحان سخت افزار نوشته می شوند و (معمولا) در ROM ذخیره می گردند (به عنوان مثال می توان از BIOS در IBM PC نام برد).