تحقیق درباره آشنایی با ماشین بینایی

مقدمه :

درآمد حاصل از فروش سيستم هاي ماشين بينايي و متعلقات وابسته در سال 1986 بيش از 400 ميليون دلار بوده و اين رقم تا سال 1991 بالغ بر 2 ميليارد دلار شده است. کاربرد ماشين بينايي در مواردي مثل مونتاژ محصولات ، بازرسي و انتقال مواد ، باعث بهبود کارايي اين فرايندها خواهد گرديد.

عدم اطلاع کافي مهندسين از تکنولوژي ماشين بينايي و عدم آشنايي با توجيه اقتصادي بکارگيري آن موجب شده است که در استفاده از اين تکنولوژي ترديد و بعضي مواقع واکنش منفي وجود داشته باشد. عليرغم اين موضوع ، ماشين بينايي روز به روز کاربرد بيشتري پيدا کرده و روند رشد آن چشمگير بوده است.

تعداد سيستم هاي ماشين بينايي نصب شود و در حال استفاده نسبت به تعداد  مواردي که مي تواند از اين تکنولوژي بهره گيرند ، بسيار کمتر است. سازندگان و فروشندگان سيستم هاي ماشين بينايي بر اين عقيده هستند که بجز موارد معدود ، اطلاعات کاربران اين سيستم ها بسيار محدود مي باشد. در حالي که مفاهيم کلي براي کاربران شناخته شده است ، اطلاع کاربردي کافي در اختيار کاربران نيست تا بتوانند نيازهاي خودشان را با تواناييهاي ماشين مرتبط و بررسي نمايند.

نظر به اينکه کاربرد ماشين بينايي روز به روز گسترده تر مي شود و هم اکنون در برخي از صنايع مونتاژ الکترونيک ، صنايع اتوموبيل سازي و صنايع نساجي اين تکنولوژي متداول شده است. لازم مي نمايد تا صنعت کشاورزي و صنايع غذايي کشور نيز در خصوص بکارگيري اين تکنولوژي آشنايي لازم را پيدا کند. استفاده از ماشين بينايي بعنوان يک ابزار کارآمد و انعطاف پذير در سيستم هاي اتوماسيون کارخانه هاي صنايع غذايي اجتناب ناپذير خواهد بود.

اين پژوهش سعي خواهد کرد ضمن معرفي سيستم هاي ماشين بينايي و پردازش ديجيتالي تصوير و کاربردهاي آن در صنايع مربوط به کشاورزي ، به طور اخص به کاربرد آن در سورتينگ تخم مرغ و طراحي سيستم هاي مربوط به آن (نرم افزار و ...) بپردازد.

1-    آشنايي با ماشين بينايي و پيشينه استفاده از آن

تکنولوژي ماشين بينايي و تصوير برداري ديجيتالي شامل فرايندهايي است که نيازمند بکارگيري علوم مختلف مهندسي و نرم افزار کامپيوتر مي باشد. اين فرايند را مي توان به چند دسته اصلي تقسيم نمود:

1-    ايجاد تصوير به شکل ديجيتالي

2-    بکارگيري تکنيکهاي کامپيوتري جهت پردازش و يا اصلاح داده هاي تصويري

3-    بررسي و استفاده از نتايج پردازش شده براي اهدافي جون هدايت ربات و کنترل نمودن تجهيزات خودکار ، کنترل کيفيت يک فرايند توليدي يا فراهم نمودن اطلاعات جهت تجزيه و تحليل آماري در يک سيستم توليدي کامپيوتري

در طي سه دهه گذشته تکنولوژي بينايي کامپيوتري بطور پراکنده در صنايع فضايي و بطور محدود در صنعت بکاربرده شده است. جديد بودن تکنولوژي ، نبودن سيستم مقرون به صرفه در بازار و نبودن متخصصين اين رشته باعث شده است تا اين تکنولوژي بطور گسترده استفاده نشود. تا مدتي قبل دوربين ها و سنسورهاي استفاده شده معمولا بطور سفارشي و مخصوص ساخته مي شوند تا بتوانند براي منظور خاصي مورد استفاده قرار گيرند. همچنين فرآيند ساخت مدارهاي مجتمع بسيار بزرگ (VLSI) آنقدر پيشرفت نکرده بود تا سنسورهاي حالت جامد بارزولشن بالا ساخته شود.

استفاده از سنسورهاي ذکر شده مستلزم اين بود که نرم افزار ويژه اي براي ؟ تهيه شود و معمولا اين نرم افزارها نيبز نياز به کامپيوترهاي با توان پردازش بالا داشتند ، علاوه بر همه اين مطالب مهندسين مجبور بودند که آموزشهاي لازم را پس از فراغت از تحصيل فراگيرند ، زيرا درس ماشين بينايي در سطح آموزشهاي متداول مهندسي (ليسانس) در دانشگاهها و به شکل کلاسيک ارائه نمي شد.

تکنولوژي ماشين بينايي در دهه آينده تاثير مهمي بر تمامي کارهاي صنعتي خواهد گذاشت که دليل آن پيشرفتهاي تکنولوژي اخير در زمينه هاي مرتبط با ماشين بينايي است و اين پيشرفت ها در حدي است که استفاده از اين تکنولوژي هم اکنون حياتي مي باشد.

امروزه تمامي شرايط براي فراگير شدن تکنولوژي ماشين بينايي فراهم شده است. سنسورهاي حالت جامد و کامپيوترهاي شخصي امروزي به عنوان ابزارهاي کارآمد ، مطمئن و ارزان براي پردازش تصوير و تصميم گيري درباره آن موجود مي باشد. دانشگاهها (در آمريکا ) به تعداد کافي مهندسينيرا تربيت مي کنند که دانش و مهارت کافي در زمينه ماشين بينايي را دارند و بالاخره به دليل حفظ استانداردها در سطح ملي نياز به افزايش بهره وري و بهبود کيفيت وجود دارد. علاوه بر اين، به دليل مسائلي از قبيل نياز به بررسي و دعاوي صنعتي و نياز به داشتن اطلاعات کامل از محصول در مراحل مختلف بطوري که دسترسي به آن مقدور باشد صنايع توليدي را وادار مي کند تا فرآيند جمع آوري و ذخيره اطلاعات مربوط به محصول در مراحل مختلف توليد را خودکار نمايد.

در گذشته بسياري از فرآيندهاي توليد براساس بکارگيري نيروي انساني و بينايي طراحي شده اند. در اين سيستم ها بينايي انسان به عنوان جزء لاينفک تواناييهاي فرآيند بوده است. ورود رباتها به کارخانجات و حذف نيروي انساني ضرورت اضافه نمودن بينايي مصنوعي به سيستم را ايجاب مي نمايد. جهت بررسي موضوع نياز به بکارگيري ماشين بينايي بجاي بينايي انسان لازم است تا مطالعه دقيق تري صورت گيرد و توانايي اين دو با هم مقايسه گردند.

1-1 بينايي و اتوماسيون کارخانه

وظايف اساسي که مي تواند توسط سيستم هاي ماشين بينايي انجام گيرد شامل سه دسته اصلي است:

1-    کنترل

2-    بازرسي

3-    ورود داده

کنترل در ساده ترين شکل آن مرتبط با تعيين موقعيت و ايجاد دستورات مناسب مي باشد تا يک مکانيزم را تحريک نموده و يا عمل خاصي صورت گيرد. هدايت نفاله هاي هدايت شونده خودکار (AGVS) در عمليات انتقال مواد در يک کارخانه ، هدايت مشعل جوشکاري در امتداد يک شيار يا لبه يا انتخاب يک سطح بخصوص براي انجام عمليات رنگ پاشي توسط ربات مثالهايي از بکارگيري ماشين بينايي در کنترل مي باشند.

کاربردهاي ماشين بينايي در بازرسي مرتبط با تعيين برخي پارامترها مي باشد. ابعاد مکانيکي و همچنين شکل آن ، کيفيت سطوح ، تعداد سوراخها در يک قطعه ، وجود و يا عدم وجود يک ويژگي يا يک قطعه در محل خاص از جمله پارامترهايي هستند که توسط ماشين بينايي ممکن است بازرسي شود. موضوع اصلي اين پروژه که دسته بندي گوجه فرنگي مي باشد نيز با کمک همين وظيفه ماشين بينايي انجام مي شود. عمل اندازه گيري توسط ماشين بينايي کم و بيش مشابه بکارگيري روشهاي سنتي استفاده از قيدها و سنجدهاي مخصوص و مقايسه ابعاد مي باشد. ساير عمليات بازرسي به جز موارد اندازه گيري شامل مواردي چون کنترل وجود برچسب بر روي محصول (داروئي، غذايي ، ...) بررسي رنگ قطعه وجود مواد خارجي در محصولات غذايي نيز با تکنيک هاي خاص انجام مي گيرد.

اطلاعات مربوط به کيفيت محصول و يا مواد و همچنين تعقيب فرآيند توليد را مي توان توسط ماشين بينايي گرفته و در بانک اطلاعاتي سيستم توليد کامپيوتري جامع بطور خودکار وارد نمايد. اين روش ورود اطلاعات بسيار دقيق و قابل اعتماد است که دليل آن حذف نيروي انساني از چرخه مزبور مي باشد. علاوه بر اين ، ورود اطلاعات بسيار مقرون به صرفه خواهد بود ، چرا که اطلاعات بلافاصله پس از بازرسي و به عنوان بخشي از آن جمع آوري و منتقل مي شوند. ميزان پيچيدگي سيستم هاي بينايي متفاوت مي باشد. اين سيستم ها ممکن است منحصر به يک سيستم بارکدينگ معمولي که براي مشخص نمودن نوع محصول جهت کنترل موجودي بکار مي رود، تشکيل شده باشد يا ممکن است متشکل از يک سيستم  بينايي صنعتي کامل براي اهدافي چون کنترل کيفيت محصول باشد.

2-1 بينايي انسان در مقابل بينايي ماشين

نقش بينايي انسان در يک سيستم اتوماسيون صنعتي بسيار پيچيده بوده و نمي توان آن را به عنوان يک سيستم جدا که داراي نقش جداگانه اي است ، در نظر گرفت. سيستم بينايي انسان به عنوان جزئي از يک مجموعه بوده و داراي تاثيرات متقابل بر روي ساير سنسورها مي باشد . ميزان وابستگي بينايي به ساير سنسورهاي بدن مختلف بوده و بستگي به هوشمندي فرد و همچنين فرد و همچنين سيگنالهاي دريافت شده از ساير سنسورهاي بدن دارد.

علاوه بر اين ، حلقه هاي بازخور پيچيده ، پاسخ هاي تطبيقي ، و پردازش سيگنالهاي در سطوح مختلف در بخش هاي مختلف بدن وجود دارد. به عنوان مثال مردمک چشم انسان در مقابل ورود پرتوهايي با مشخصات ويژه حساس مي باشد.

خستگي در افراد ، بيماري ، ميزان آموزش و دانش آنها در ميزان کارايي بينايي انسان تاثير مي گذارند. اين تاثير معمولا بگونه اي است که مقدار آن براحتي قابل اندازه گيري نيست. لذا معمولا اندازه گيري مقايسه اي بر اساس ميزان دستيابي به هدف تعيين شود صورت مي گيرد.

3-1 پارامترهاي مقايسه اي

در اين قسمت ماشين بينايي بر اساس وظايفي که انجام مي دهد و پارامترهاي وابسته به آن در ارتباط با فرآيندهاي صنعتي يا توليدي با بينايي انسان مقايسه شده و به بررسي بخش محدودي از نقش هايي که اهميت بيشترس در کابردهاي صنعتي دارند پرداخته مي شود.

عامل مهم در استفاده از ماشين بينايي در مقايسه با بکارگيري نيروي انساني افزايش توانمندي و بهبود کارايي مي باشد. توجه خاص به آن دسته از کاراييهاي ماشين بينايي که خارج از توانايي انسان مي باشد، مي تواند بيانگر توجيه استفاده از ماشين بينايي در فرآيند هاي توليدي مي باشد.

4-1 ملاحظات اقتصادي

هر گونه پيشنهاد مبني بر استفاده ماشين بينايي براي منظور خاص مي بايستي بر اساس تاثير اقتصادي آن در کاربرد مورد نظر باشد. توجيه اقتصادي بکارگيري ماشين بينايي شامل دو جنبه مي باشد: اولا تاثير آن بر روي بهبود دهي فرايند و ثانيا هزينه هاي مستقيم توليد . امکان بهبود کيفيت محصول از طريق انجام بازرسي 100 درصد محصول و کنترل پارامترهاي مورد بازرسي در مورد تک تک محصولات مي تواند نقش مهمي در توجيه اقتصادي کاربرد ماشين بينايي داشته باشد. در همين حال ممکن است با بکارگيري ماشين بينايي هزينه واحد محصول ، کاهش پيدا کرده و بهره وري افزايش يابد.

2-    کاربرد هاي ماشين بينايي در کشاورزي

کامپيوتري کردن توليد (CIM) يک موضوع با اهميت در پيشرفت صنايع کشاورزي و غذايي محسوب مي شود. ماشين بينايي به عنوان يک ربات در اين پيشرفت نقشي موفقيت آميز داشته و مهندسين کشاورزي و صنايع غذايي را در بهبود عمليات توليد دلگرم کرده است. به همين دليل بيش از 20 سال است که تحقيقات گسترده اي پيرامون کاربردهاي ماشين بينايي در کشاورزي و صنايع غذايي انجام شده است.

بيشتر اين تحقيقات به کاربرد اين سيستم در نظارت و کنترل کيفيت محصول معطوف شده است. روشهاي مرسوم نظارت ، به حواس انساني وابسته است، در بيشتر موارد اين کنترل دستي بسيار وقت گير و طاقت فرسا بوده و بعلاوه دقت آن را نمي شود ضمانت کرد.

ماشين بينايي ، علاوه بر بينايي در محدوده مرئي ، توانايي ديدن در محدوده نامرئي(ماوراء بنفش، نزديک مادون قرمز و مادون قرمز ) را نيز دارد ، اطلاعات قابل دريافت از جسم در ناحيه نامرئي مي تواند در تعيين گرماي داده شده به گياه بالغ ، تشخيص امراض گياهي ،... مفيد باشد. همچنين در تعيين وارتيه ، بلوغ ، رسيدگي و کيفيت گياهان و سبزيجات قابل استفاده است.

سادگي ، قيمت پايين ، سرعت ، دقت بالا ، غير مخرب بودن ، داشتن بازده بالا و امکان استفاده گسترده در کشاورزي از مزاياي استفاده از اين سيستم مي باشد. همچنين قابليت استفاده از اشعه X و MRI در تعيين بيماريها يا نقصهاي ديگر را نيز مي توان به آن اضافه کرد.

با سرعت و دقت بالاي سيستم هاي بينايي ، صنعت کشاورزي و صنايع غذايي در سطوح جهان تمايل فراوان به تعويض سيستم هاي نظارت دستي خود با اين سيستم پيشرفته پيدا کرده است.

1-2 کاربرد در تشخيص کيفيت ميوه ها :

نظارت بر کيفيت ميوه ها به دو منظور انجام مي شود. ارزيابي کيفيت و پيدا کردن نقوص ، قديمي ترين پژوهش در اين زمينه پيرامون سيب انجام شد پس ازآن به ساير ميوه ها نيز گسترش يافت. سيستم بينايي در طبقه بندي مي تواند در طبقه بندي از لحاظ شکل ، پيدا کردن نقوص ، درجه بندي از لحاظ کيفيت و کلاس بندي واريته ، ايفا نقش کند. رنگ ، شکل بافت اندازه فاکتورهاي اصلي در نظارت کيفي سيستم بينايي مي باشند.

تصاوير RGB (Red –Green – Blue) يک مورد بسيار مرسوم در اين کاربرد مي باشد. بيشتر الگوريتمهاي سيستم بينايي ميوه ها ، مبتني براين سيستم مي باشند. وقتي تمام تصاوير با سه رنگ ارائه شوند ميزان اطلاعات 3 برابر مي شود و پردازش صحيح تري را مي توان بر روي آن انجام داد. مدل ديگر تصاوير رنگي HIS(Hue ,Stauration,Intensity)مي باشد. بعضي ازپژوهشگران اين سيستم را به سيستم RGB ترجيح مي دهند. از جمله پژوهشهايي که در اين زمينه انجام شده عبارتند از :

-         نمايش ساختمان و شکل ميوه سيب و سيب زميني با دقت بالا (Morimoto et al 2000)

-         ترکيب سنسورهاي NIR و ماشين بينايي براي تعيين مقدار SUNGER  در سيب

)Steinmetz et al 1999(

-         آناليز بافت پرتقال بوسيله ماشين بينايي. نتايج اين تحقيق نشان داد که اين متد مقدار شيريني پرتقالها را پيش بيني کند. (kondo 1995)

-         ارزيابي رسيدگي هلو بوسيله آناليز رنگ ، اين روش مبتني بر مقايسه رنگ پوست هلو با رنگ پوست يک هلو ( به عنوان مرجع) بود. هر چند دقت اين طرح تنها 544 بود.

(Millen l Delmiche 1989)

-         تشخيص مقدار سفتي گلابي

(Dewulf et al 1999)

2-2 کاربرد در کنترل کيفيت سبزيجات

بعضي از طرح هايي که رد اين زمينه ارائه شد عبارتند از :

-         تشخيص خواص گوجه فرنگي از قبيل اندازه ، رنگ ، شکل و ناهنجاريها بوسيله پردازش تصوير و ارتباط خواص با کيفيت دروني آن

(Nielsen et al 1998)

-         بررسي وپيدا کردن معايب مارچوبه

(Rigney et al 1992)

-         تشخيص بيماريهاي قارچي با عمليات پردازش رنگ(Vizhany ? Felfoldi 2000)

-         طبقه بندي هويج از لحاظ معايب سطحي ، پيچش ، کجي و شکستگي (مقدار اشتباه کمتر از 15% گزارش شد. )

(Howath   searay 1992)

3-2 طبقه بندي و ارزيابي کيفيت حبوبات

پژوهشهايي در اين زمينه صورت گرفته عبارتند از :

-         اندازه گيري سريع و با دقت درجه آسياب شدگي گندم با استفاده از متد آناليز ديجيتال تصوير (Liu et al 1997)

-         اندازه گيري مقدار سفيدي دانه ذرت ( اين فاکتور در تعيين قيمت دانه ذرت با اهميت است.)

(Liu ? Poulsen 1997)

-         اندازه گيري بزرگي دانه حبوبات (Ni et al 1997)

-         تشخيص دانه هاي آسيب ديده حبوبات با 5% خطا (Ng et al 1997)

-         پيدا کردن زخم شدگي يا فاسد شدگي دانه گندم (Ruan et al 1997)

-         پيدا کردن لکه هاي تترازوليوم(tetrazolium) در دانه هاي ذرت

(Xie   Paulsen 1997)

4-2 کاربرد در ساير توليدات غذايي

- درصد پف کردگي پيتزا و همچنين شيوه برش آن بوسيله ماشين بينايي با دقت 90%Sun 2000))

- ارزيابي مقدار تو خالي بودن مواد غذايي سرخ شده با دقت 100% (Yin ? panigrohi 1997)

- پيش بيني نازک و لطيف بودن گوشت گاو ( با دقت کمتر از 70%) (Li et al 1997)

- تشخيص کيفيت گوشت خوک از روي رنگ آن (Lu et al 1997)

5-2 تکنيکهاي سه بعدي (3-D)

تصاوير در کل به شکل دوبعدي (2-D) نمايش داده مي شوند. اما تکنيکهاي جديد اين امکان را براي ما فراهم مي کنند که از تصاوير دو بعدي ، استنتاجي سه بعدي داشته باشيم. (Son kg 1999) اين سيستم جديد براي نظارت در محصولات غذايي بسيار مفيد  مي باشد.

در سال 1998 اين متد با الهام از قواعدي که در شبکيه چشم انسان برقرار است پيشرفت کرد.(Kanali 1998) در اين تحقيق تعدادي تصوير از بادمنجان و پرتقال گرفته شد و بوسيله الگوريتم خاصي به شکل سه بعدي شبيه سازي شد . در طبقه بندي به اين شکل ، دقت تا 96% افزايش پيدا کرد.

با اين حال ، اين متد براي پيشرفت ، نياز به زمان بيشتري دارد. زيرا فرضيه هاي هندسي در شبيه سازي هاي سه بعدي (3-D) دقت لازم را ضمانت نمي کنند.

6-2 نتيجه استفاده از سيستم هاي بينايي ماشين در کشاورزي

موفقيت در بازديد کيفي سريع و با دقت در کشاورزي و صنايع غذايي نشان مي دهد که ماشين بينايي ، يک وسيله مناسب در افزودن بهره وري توليد مي باشد. هر جند اين تکنولوژي جديد براي کارآمد شدن نياز به پيشرفت بيشتري دارد.

3-    طرح يک خط مکانيزه توليد تخم مرغ

امروزه استفاده از خطوط توليد مکانيزه ، علاوه بر افزايش بهره وري در بهبود کيفيت بهداشتي توليدات غذايي نقش به سزايي را ايفا مي کند. استفاده گسترده شرکت هاي توليدي در سراسر جهان ، از اين خطوط توليد ، نشان دهنده بازده اقتصادي اين کاربرد علاوه بر مزاياي پيش گفته است. با اين حال ، در کشورها هنوز بسياري از مراحل توليد به صورت دستي انجام مي شود و مکانيزاسيون خطوط توليد ، يکي از موارد مورد نياز براي پژوهش گسترده به نظر مي رسد.

صنعت مرغداري و توليد تخم مرغ ، يکي از صنايعي است که در مکانيزه  کردن آن در کشور ، تلاش چنداني صورت نگرفته است و اين در حالي است که به ماشيني کردن اين صنعت نياز فراواني احساس مي شود. در اين بخش يک سيستم مکانيزه توليد تخم مرغ بصورت کلي و طرح پيشنهادي براي مکانيزه کردن يکي از مراحل آن به صورت جزيي مورد بررسي قرار مي گيرد. اميد است که اين پژوهش گامي هر چند کوچک در راه مدرنيزه کردن بخشهاي توليدي بر دارد.

1-3 اجزاء يک مرغداري مکانيزه به همراه بخش بسته بندي

بطور کلي يک واحد مکانيزه توليد تخم مرغ ، شامل مراحل زير مي باشد.

1-1-3 مرحله توليد شامل دو قسمت است:

الف) قسمت تهيه و نگهداري خوراک

ب) سوله هاي نگهداري مرغها

در يکي از سيستم هاي بررسي حداقل طول اين سوله 500 فوت بوده و در هر کدام حدود 150 هزار مرغ تخم گذار نگهداري مي شوند. مرغها در رديف هاي شيب دار با کف توري شکل زندگي مي کنند که در هر رديف محل آبخوري و خوراکدهي پيش بيني شده است. تخم مرغ ، پس از خارج شدن از بدن مرغ داخل شيارهايي با شيب معين مي افتند که اين شيارهاي شيب دار ، تخم مرغ ها را به انتهاي رديف مي رساند. در پايان رديف ، جمع کننده هاي اتوماتيک تخم مرغها را به داخل محفظه هاي پلاستيکي هدايت مي کنند.

4-1-3 مرحله بسته بندي

پس از درجه بندي ، تخم مرغها وارد بخش بسته بندي مي شوند. در اين مرحله تخم مرغها بر روي صفحه هاي بسته بندي قرار مي گيرند . در يکي از سيستم هاي مورد بررسي رنگ اين صفحه ها نشان دهنده سايز بخصوصي از تخم مرغ مي باشد. پس از اين مرحله تخم مرغها ، آماده براي ارسال به بازار مي باشند.

2-3 طرح پيشنهادي براي مکانيزه کردن مرحله درجه بندي

طبقه بندي اتوماتيک تخم مرغ و تشخيص تخم مرغهاي معيوب ، هم از لحاظ اقتصادي و هم از نظر بهداشتي ، يک رويداد مهم در يک صنعت تلقي مي شود. همانطور که گفته شد ، توليد تخم مرغ براي مصارف انساني چهار مرحله داشت(جمع آوري ، شستشو، درجه بندي و بسته بندي ) در حالي که تقريبا هيچ کدام از مراحل بالا در ايران بصورت مکانيزه انجام نمي شود ، درز ساير نقاط جهان ، سه مرحله جمع آوري شستشو و بسته بندي بصورت اتوماتيک صورت مي گيرد. اما مرحله درجه بندي تخم مرغ ، هنوز بصورت دستي انجام مي شود. در اروپا ، برخلاف آنچه که در آمريکا اتفاق مي افتد ، شستن تخم مرغ از لحاظ قوانين بازار ممنوع است. به همين دليل تشخيص تخم مرغهاي لکه دار و ترک دار قبل از اينکه ساير مراحل توليد را آلوده کنند بسيار مفيد تلقي مي شود.

در حال حاضر مرحله طبقه بندي بوسيله کارگر صورت مي گيرد که داراي چند اشکال کلي است. اشتباهات خودي ، خستگي ناشي از کار مداوم و نبود امکان کار بدون توق(شبانه روزي ) از معايب طبقه بندي دستي است. بنابراين ، اتوماسيون مرحله درجه بندي در توليد تخم مرغ ، علاوه بر بالا بردن کيفيت بهداشتي موجب افزايش کيفيت کنترل و بهره وري نيز خواهد شد.

در اين طرح تخم مرغها در دو مرحله طبقه بندي مي شوند. ابتدا در اول خط توليد تخم مرغهاي سالم از معيوب جداشده و در مرحله بعد تخم مرغهاي سالم درجه بندي مي شوند. تخم مرغهاي لکه دار (لکه خون يا چرک و کثافت) و ترک دار (شکستگي پوسته) در مرحله اول از خط توليد خارج شده و در مرحله بعد تخم مرغها از لحاظ اندازه ، حجم ، وزن و چگالي مي تواند مورد درجه بندي قرار گيرند. در مجموع اين مرحله شامل دو بخش سيستم بينايي و سيستم مکانيکي جداکننده خواهد بود.

1-2-3 سيستم ماشين بينايي

سيستم بينايي شامل يک دوربين است که در روي مسير حرکت تخم مرغ نصب مي شود. مسير حرکت مقداري شيب دار مي باشد تا تخم مرغ در حال حرکت بغلتد و همه وجوه فضايي آن در رويت دوربين قرار گيرد. تصاوير ديجيتالي وارد کامپيوتر مي شود در اين مرحله پردازش تصوير صورت مي گيرد و سيستم تشخيص مي دهد که تخم مرغ معيوب است ياسالم همچنين از لحاظ سايز آن پردازش مي کند. پس از آن محاسبات ديگر صورت ميگيرد و به حسب نتايج بدست آمده دستور لازم به سيستم مکانيکي اعلام مي شود. شرح کامل سيستم بينايي طراحي شده در فصل آينده بررسي مي شود.

براي اين طرح آزمايشي تصاويربوسيله دوربين ديجيتالي عکس برداري شد. تصاوير  با پيش زمينه (Background) مشکي و در نور معمولي فضاي باز گرفته شد.

در مجموع تعداد 50 قطعه عکس شامل:

1-        20 قطعه عکس از تخم مرغهايي با پوست معيوب (شکسته ، لکه دارو...)

2-        10 قطعه عکس از تخم مرغم هاي سالم

3-        10 قطعه عکس از تخم مرغهاي سالم با اندازه گيري اوليه حجم و وزن

4-        5 قطعه عکس شامل سه تخم مرغ در هو عکس

5-        5 قطعه عکس با پيش زمينه (Back ground) قرمز

سيستم بينايي در دو مرحله بکار گرفته خواهد شد. در مرحله اول ، ابتدا تخم مرغها با پوست شکسته و يا لکه دار (اعم از لکه کثافت ، لکه خون ، لکه زرده بيرون زده و...) از تخم مرغهاي سالم جدا شده و سپس توسط سيستم مکانيکي از روي نقاله خارج مي شوند تا ساير قسمت هاي مکانيکي را آلوده و کثيف نکنند. در اين مرحله از تخم مرغهاي گروه 1و 2 استفاده شد.

در مرحله بعدي سيستم بينايي ، تخم مرغهاي سالم که از مرحله قبل عبور کرده اند از لحاظ وزن و حجم و سايز مورد بررسي و اندازه گيري قرار مي دهد و طبق استانداردهايي که مي توان براي آن تعريف نمود. طبقه بندي مي کند . در اين مرحله از تخم مرغهاي گروه 3 استفاده شد.

اين تخم مرغها قبل از عکس برداري ، وزن وحجم آن اندازه گيري و چگالي آنها به صورت مجزا محاسبه شده بود.

عکس تخم مرغهاي گروه 5 براي انتخاب بهترين پيش زمينه (Back ground) گرفته شده بود که بهترين پيش زمينه با رنگ مشکي انتخاب شد.

همچنين عکس تخم مرغهاي گروه 4 براي تحقيقات تکميلي گرفته شد.

2-2-3بخش مکانيکي

پس از تشخيص سيستم پردازش تصوير نياز است تا يک بخش مکانيکي دستورات صادره از سوي کامپيوتر براي جدا کردن تخم مرغها را عملي کند. صورت مساله به اين شکل است که تخم مرغ در حال حرکت روي نقاله به يک دو راهي يا سه راهي خواهد رسيد و سيستم مکانيکي بايد مسير آينده آن را تعيين کند براي اين منظور دو راه پيشنهاد مي شود که در زير بررسي مي کنيم :

1-    راه اول : استفاده از يک قسمت متحرک مثلثي شکل

در اين مکانيزم مسير به دو بخش تقسيم مي شود ، در سر دو راهي يک قطعه مثلثي شکل متحرک قرار مي گيرد که با حرکت خود به سمت چپ يا راست مسير آينده جسم در نقاله را تعيين مي کند.

2-    راه دوم : استفاده از يک بخش نقاله متحرک آکاردئوفي :

در اين مکانيزم ، قبل از اينکه مسير به دو راه بر سه در پايان مسير اصلي يک نقاله متحرک با ديواره آکاردئوفي قرار مي گيرد که با حرکت و متصل شدن به يکي از راههاي فرعي ، مسير را مشخص مي کند.

با توجه به اينکه موضوع اصلي اين پروژه ، بخش طراحي ماشين بينايي مي باشد تحقيق گسترده تري در زمينه بخش مکانيکي آن صورت نگرفته است.   

تحقیق درباره پايگاه اطلاعاتي و سيستم مديريت پايگاه اطلاعاتي :

اهداف يادگيري: بعد از مطالعه اين فصل شما بايد:

با اجزا سازنده مديريت داده ها آشنا باشيد و اينكه چگونه اطلاعات سازماندهي، ذخيره، دريافت و استفاده مي شوند. دريابيد كه كاربردها، نوع روند و پردازش را تعيين مي كنند كه در ابتدا، نوع دومين ذخيره سازي را مشخص مي نمايند.

آشنا باشيد كه چگونه فرايافت پايگاه اطلاعاتي كه دستاورد دانش در پايگاههاي اطلاعاتي ناميده مي شود، آگاه باشيد.

مقدمه:

مديريت داده، نيمه مستقلي از مديريت منابع اطلاعاتي مي باشد و تضمين مي نمايد كه منابع اطلاعاتي ثابت به طور صحيح، سيستم فيزيكي را كه معرفي مي نمايند، منعكس مي كنند. منابع اطلاعاتي در  دومين ذخيره سازي، حفظ مي شوند كه مي تواند شكل دريافت مستقيم يا متوالي داشته باشد. نوار مغناطيسي مشهورترين متوسط ذخيره سازي متوالي مي باشد و ديسك مغناطيسي ابزار عمده دريافت مستقيم بوده است. هر چند تكنولوژي جديد دريافت مستقيم يعني ديسك فشرده (ليزري) در حال بدست آوردن شهرت مي باشد قبل از عصر و دوره پايگاه اطلاعاتي شركتها مديريت اطلاعاتشان به خاطر روشهاي ترتيب اطلاعات در دومين ذخيره سازي، دچار محدوديتها مي شدند. نخستين تلاشها براي غلبه بر اين محدوديتها فهرست فايل و ارتباطاتي كه در گزارشات اطلاعاتي وارد مي شوند، مي باشد. فرايافت پايگاه داده بر اساس اين فهرستها ساخته مي شد و ارتباطي منطقي بين فايلها برقرار مي سازد. نرم افزاري كه پايگاه داده بر اساس مديريت پايگاه اطلاعاتي يا BDMS ناميده مي شود. همه نرم افزارهاي سيستم مديريت پايگاه اطلاعاتي،‌يك پردازشگر زباني اطلاعاتي را دارند كه براي توليد پايگاه اطلاعاتي استفاده مي شود و يك گرداننده پايگاه اطلاعاتي كه زبانهاي اسفهامي استفاده مي كنند. شخصي كه متصدي پايگاه اطلاعاتي و BDMS مي باشد، در واقع گرداننده پايگاه اطلاعاتي BDMS مي باشد. به طور متداول، توچه بسياري به پايگاههاي اطلاعاتي بسيار وسيع كه انبار اطلاعات ناميده مي شوند، شده است. جريان بازيابي كه معدن اطلاعات نامبده مي شود، براي استفاده كنندگان سطح بالاتري از حمايت و پشتيباني را از آنچه كه به طور عادي نيز منعكس مي باشد، فراهم مي سازد. سيستم مديريت پايگاه اطلاعاتي مزاياي واقعي را به شركتهايي كه از كامپيوترهايشان به عنوان سيستم اطلاعاتي استفاده مي كنند تقديم مي نمايد.

سلسله مراتبي از اطلاعات:

شركتها به روش قديمي، اطلاعاتشان را به صورت مراحل كه شامل بخشها، ثبت و ضبط و فايل (بايگاني) مي باشد، سازماندهي كرده اند. يك بخش اطلاعاتي كوچكترين واحد اطلاعات مي باشد، آن نمي تواند به واحدهاي معني دار ديگر تقسيم شود، در ثبت فهرست اسامي كاركنان شما بخشهاي اطلاعاتي بسياري را همانطور كه نام مي بريد، پيدا خواهيد كرد، مثلا شماره كاركنان شماره ايمني اجتماعي، نرخ ساعتي پرداخت و شماره ؟ آنها. مرحله بعدي اين سلسله مراتب ثبت و ضبط مي باشد. ثبت اطلاعات شامل تمام بخشهاي اطلاعاتي مربوط به يك هدف يا فعاليت خاص مي باشد. براي مثال گزارشاتي وجود دارند كه هر گونه شاخصي از موجوي و فروش را توضيح مي دهند. تمام گزارشات مشابه داخل يك فايل سازماندهي مي شوند. فايل مجموعه اي از ثبت اطلاعات مي باشد كه به موضوعي خاص مربوط هستند. براي مثال يك فايل ليست خريد عالي ليستهاي خريدي را توضيح مي دهد كه براي تهيه كننده فرستاده شده اند اما تاكنون انجام نشده است. سلسله مراتب اطلاعاتي قديمي شا مل اين مراحل مي باشد: قايل – ثبت – بخش اطلاعاتي. فايل بالاترين سطح و بخش اطلاعاتي، پايين ترين سطح مي باشد.

مديريت داده :

در فصل 2 مشاهده نموديم كه مديريت منابع اطلاعاتي يا IRM تلاش نهايي شركت براي توليد و حفظ منابع اطلاعاتي اش مي باشد. چون داده يك منبع مي باشد، بنابراين بايد اداره شود و اين جريان مديريت داده ناميده مي شود. مديريت داده مستقل از مديريت منابع اطلاعاتي مي باشد كه شامل تمام فعاليتهاي ديگر در مطمئن ساختن اطلاعات مي باشد كه مثلا منابع اطلاعاتي شركت دقيق، متداول، ايمن در برابر آسيب و قابل دسترسي براي استفاده كنندگان مي باشند.

فعاليتهاي مديريت اطلاعات:

فعاليتهاي مديريت داده شامل اين موارد مي باشد:

جمع آوري اطلاعات: اطلاعات ضروري جمع آوري شوند و تحت عنوان سند منبع ثبت مي شود كه اين سند منبع به عنوان داده اي (ورودي) براي سيستم به كار مي آيد. براي مثال داده با توضيح يك فروش اجناس، در ليست فروش وارد مي شود.

انسجام و اثبات: اطلاعات براي اطمينان از ثبات و دقت بر اساس قوانين و محدوديتهاي از قبل تعيين شده ارزيابي مي شوند.

 ذخيره سازي: اطلاعات بر روي بعضي از مديومها مانند نوار مغناطيسي يا ديسك مغناطيسي ذخيره مي شوند.

نگهداري يا حفاظت: اطلاعات جديد اضافه مي شوند، اطلاعات موجود تغيير داده مي شوند و در مدت كوتاهي، اطلاعات نياز دارند تا براي هدف نگهداري و حفظ روند منبع اطلاعاتي حذف شوند.

ايمني: اطلاعات در جهت جلوگيري از نابودي، خسارت يا عدم استفاده مجافظت شده اند.

سازماندهي: اطلاعات به صورتي مرتب و رديف شده اند كه نيازهاي اطلاعاتي استفاه كنندگان را رفع مي كنند.

بازيابي: اطلاعات،‌ قابل دسترسي براي تمام استفاده كنندگان ساخته شده است.

قبل از عصر كامپيوتر، تمام اين فعاليتها توسط كارمندان اداري انجام شده بود، كسانيكه با ماشينهاي كليدي و كارتهاي منگنه شده قديمي كار  مي كردند امروزه هنوز مردم به جمع آوري اطلاعات و تحقيقهاي زيادي نياز دارند اما كامپيوتر به عنوان مهمترين مسئول مديريت اطلاعات پذيرفته شده است.

ذخيره سازي ثانوي: تمام كامپيوترها شامل بعضي از انواع ذخيره سازي ثانوي براي تكميل ذخيره سازي اوليه كه در واحد پردازش مركزي (CPU) جا داده شده اند مي باشند. دو نوع اصلي در ذخيره سازي ثانوي، دريافت و برداشت اطلاعات ذخيره شده به صورت مستقيم و متوالي مي باشند. (دستيابي مستقيم و متوالي)

ذخيره سازي متوالي:

ذخيره سازي متوالي ساماندهي و نظم اطلاعات بر روي متوسط ذخيره سازي مي باشد كه شامل ثبت يك داده در ادامه ثبت داده ديگر در فرماني مخصوص مي باشد. براي مثال، ركورد كارمندان در رديف شماره كارمندان منظم شده  است. زمانيكه ذخيره متوالي استفاده مي شود، ثبت (ركورد) اول بايد در ابتدا پردازش شود، ثبت دوم در رديف دوم و به همين صورت تا به پايان فايل برسيم. بعضي از ذخيره سازيهاي رسانه هاي گروهي كامپيوتري تنها مي توانند اطلاعاتي را كه به صورت متوالي ترتيب شده اند، پردازش نمايند. نوار ضبط (مغناطيسي) يك مثال از اين موارد مي باشد.

ذخيره سازي نوار ضبط: نوار ضبط كه براي ذخيره نمودن اطلاعات كامپيوتر استفاده مي شود خصوصياتي مشابه به نوار صوتي دارد. در مورد نوار كامپيوتري اطلاعات به شكل بيتهاي (كوچكترين واحد اطلاعات كامپيوتر) مغناطيسي ثبت مي شوند. بيتهايي كه هر گونه خصوصيت را معرفي مي نمايند در عرض نوار قرار گرفته اند. ثبت فشردگي ها و تراكمهايي به بزرگي 600/1 بيت در هر اينچ، رايج مي باشند. اولين وسايل نوار مغناطيسي (نوار ضبط) شامل حلقه فيلمهاي بسيار بزرگي مي شدند، اما حال به فضاي ذخيره سازي كمتري نياز دارند. بزرگترين سيستمهاي كامپيوتري شامل يك يا بيشتر از يك واحد نوار يا درايوهاي ضبطي مي باشند كه اطلاعات نوار را بر روي ديسك حلقه شكل كاستهاي بزرگ مي خوانند و مي نويسند.

ركورهاي نوار مغناطيسي: تمام بخشهاي اطلاعاتي كه در يك ركورد وجود دارند، در طول نوار ثبت مي شوند، همان طور كه در شكل 1-10 نشان داده شده است تمام ركوردها فايل را تشكيل مي دهند. كه در شكل 2-10 نشان داده شده فواصل نوشته نشده و سفيد ركوردها را جدا مي نمايند.

كاربردهاي نوار مغناطيسي

نوار مغناطيسي بهترين وسيله مناسب براي استفاده به عنوان مديوم ذخيره سازي تاريخي مي باشد. شركت مي تواند اطلاعات را بر روي نوار ذخيره نمايد و نوار را به عنوان ثبت فعاليتهاي تجاري حفظ مي نمايد. به طور مشابه شركت مي تواند نوار مغناطيسي را به عنوان يك فايل كمكي براي يك فايل در دريافت ذخيره سازي مستقيم استفاده نمايد. فايل كمكي مي تواند در صورتيكه اتفاقي در فايل دريافت مستقيم بيفتد، استفاده شود. نوار مغناطيسي همچنين مي تواند به عنوان يك مديوم ورودي عمل نمايد. بعضي از شماره اندازهاي پول در مغازه هاي خرده فروشي، داراي يك نوار مغناطيسي مي باشند كه اطلاعات مربوط به فروش را ثبت مي نمايد. بعد از اينكه مغازه تعطيل شده يك كامپيوتر مركزي شايد در شهر ديگري به طور اتوماتيك اطلاعات را از  نوار پس مي گيرد. سرانجام نوار مغناطيسي مي تواند به عنوان يك مديوم ارتباطات عمل نمايد كه مي تواند از طريق پست فرستاده شود. شركتها مي توانند اطلاعات مالي شان به IRS را از اين طريق بپردازند.

دريافت ذخيره سازي مستقيم: دريافت ذخيره سازي مستقيم روشي براي سازماندهي اطلاعاتي مي باشد ه به ركوردها اجازه مي دهد تا بدون جستجوي متوالي، نوشته و خوانده شوند. واحد سخت افزاري كه اين روش را ممكن مي سازد، وسيله دريافت ذخيره سازي مستقيم ناميده مي شود (DASD). DASD  شامل مكانيزمي از خواندن و نوشتن مي شود كه مي تواند به محل مخصوصي در مديوم ذخيره سازي هدايت شود. اگر چه چندين تكنولوژي DASD طراحي شده است. اما مشهورترين آن ديسك مغناطيسي مي باشد.

ذخيره سازي ديسك مغناطيسي:

ديسكهايي كه براي ثبت اطلاعات كامپيوتري استفاده مي شوند معمولا از فلز ساخته شده اند و با ماده مشابهي كه بر روي نوار مغناطيسي استفاده مي شود پوشش داده مي شوند. ديسكهاي چندتايي مي توانند همان طور كه در شكل 3-10 نشان داده شده به صورت يك گروه از ديسكهاي عمودي وچود داشته باشند. تمام ديسكها به سوي كي ميله تنها نوشتن و خواندن وچود دارند كه اطلاعات را از روي ديسك مي خوانند و بر روي آن مي نويسند. همان طور كه در شكل نشان داده شده اطلاعات بر روي سطوح ديسك به شكل تراكها ثبت مي شوند. يك تراك (ردياب) الگويي دايره اي شكل از بيتهاي اطلاعات مي باشد. مكانيزم دريافت بر روي يك تراك قرار دارد و مي تواند اطلاعات را از روي تراك بخواند. يا اطلاعات را بر روي آن مانند گردانندگان ديسك بنويسد. دسته ديسك در يك درايو ديسك يا واحد ديسك قرار دارد. شكلهاي كامپيوترهاي بزرگ يا كوچك شامل درايوهاي چندتايي ديسك براي فراهم نمودن توان مناسب مي باشند. پيدا كردن ماشين آلاتي با 100 يا بيشتر از 100 درايو ديسك كه تريليونها واحد بزرگ اطلاعاتي (بايتها) را فراهم مي نمايند. غيرعادي نمي باشند در كامپيوترهاي بزرگ درايو ديسك، شكل درايو ديسك و دسكهاي سخت را دارد.

اطلاعات ديسك و نوشتن و خواندن: هنگاميكه اطلاعات براي خواندن يا  نوشتن در يك ديسك وجود دارد، در ابتدا لازم مي باشد كه مكانيزم دريافت بر روي تراك مناسبي قرار داده شود و سپس هد مناسب خوانده و نوشتن فعال شود به مكانيزم دريافت بايد آدرس محلي كه ثبت بر روي ديسك واقع شده داده شود. ديسك آدرس شماره تراك شماره هد خواندن و نوشتن و معمولا شماره ثبت بر روي تراك مثلا ركورد 1، ركورد 2، و غيره را تعيين  مي نمايد. شكل 4-10 يك آدرس DASD را شرح مي دهد.

ثبت آدرس: سه روش اصلي براي توليد آدرسي كه DASD براي دريافت يك ركورد نياز دارد،‌ وجود دارد. اين روشها، مستقيم تركيب به صورت متوالي فهرست شده مي باشند.

آدرس مستقيم: در آدرس مستقيم كليد ثبت به عنوان آدرس عمل مي نمايد كليد بخش اطلاعاتي مي باشد كه ثبت يك فايل را تعيين مي نمايد. براي مثال كليد يك فايل بزرگ كارمندان شماره كارمندان مي باشد. اگر آدرس مستقيم براي توليد آدرس DASD در شكل 4-10 استفاده شده است شماره كارمندان 20907003 مي باشد شماره به  تنهايي براي توليد بخشهاي مورد نياز آدرس، به قسمتهايي كوچكتر تقسيم مي شود.

تركيب: محاسبه آدرس از طريق كليد امكان پذير مي باشد. آدرس توسط الگوريتمي كه يك طرح تركيب يا فرمول بي معادله ناميده مي شود براي توليد آدرس تغيير داده مي شود.

فهرست بندي متوالي: هنگامي كه فايلي به عنوان فهرست متوالي سازماندهي مي شود، ركوردها بر روي ديسك به صورت رديفي ثبت مي شوند. سيستم آدرس ديسك واقعي را كه نيمي از فايل در آن ذخيره مي شود يادآوري مي كند. سپس اين كليد هاي ثبت و آدرس ديسك مربوط به آنها در فايلي مجزا يا جدولي كه فهرست نام دارد قرار داده مي شوند نيمي از ركوردها ممكن است توسط درصد تعيين شود، براي مثال هر صد ركورد در فهرست شامل مي شود براي قرار دان 745 ركورد، نياز داريم تا ركورد هفتم را در فهرست جستجو كنيم و سپس ديسك را توسط شروع با ركورد 700 جستجو نماييم و ادامه دهيم تا به ركورد چهل و پنجم برسيم. در عصر قبل از پايگاه اطلاعاتي آناليز و برنامه ريزي سيستمها به ايجاد بهترين آدرس فايل و ساختارهاي فهرست اختصاص داده شده بودند. امروزه تنها گردانندگان پايگاههاي اطلاعاتي (DBA) وقت خود را بر روي بسياري از موارد مخصوصا در موارد تجاري صرف مي كنند.

كاربردهاي DASD:

DASD يك مديومي خوب از فايلي بزرگ مي باشد. يك فايل بزرگ يا مستر، تصويري ذهني از يكي از منابع شركت يا بخشهاي محيطي آن مي باشد. فهرست فايلهاي بزرگي وجود دارد مثلا فايلهاي بزرگ قابل دريافت و فايلهاي بزرگ خريدار را مي توان نام برد. فايلهاي بزرگ مي توانند در جهت توليد يك ركورد متداول از فعاليتهاي شركت جديد و امروزي شوند كاربرد خاص ديگري از DASD به عنوان مديوم ذخيره سازي ميانه مي باشد كه شامل اطلاعات نيمه پردازش شده اي مي باشد. DASD همچنان مي تواند به عنوان يك مديوم ورودي به روش نوار مغناطيسي استفاده شود. DASD براي ذخيره سازي تاريخي مناسب نيست زيرا دسته هاي ديسكي بسيار گرانتر از حلقه هاي نوار يا كاستهاي بزرگ مي باشند.

ديسكهاي فشرده:

در عصر كامپيوتر ديسكهاي مغناطيسي اثبات كرده اند كه همانند DASD غيرقابل رقابت مي باشند. تكنولوژي DASD جديد كه بهترين شانس را براي بودن به عنوان يك مديوم ذخيره سازي ثانوي دارد، ديسك فشرده مي باشد. يك ديسك فشرده (CD) كه همچنين ديسك ليزري يا ديسك نوري هم ناميده مي شود، اطلاعات را توسط تركيب لكه هاي كوچك بر روي سطح ديسك كه توسط يك نور ليزري ايجاد مي شوند، نشان مي دهد. لكه ها شكلي از گودالهاي سوخته يا كوبيده شده بر روي سطح ديسك را به خود مي گيرند. يك نور ليزري با شدت كمتر براي خواندن لكه ها استفاده مي شود مزيت اصلي ديسكهاي فشرده توان بالاي آنها مي باشد يك ديسك فشرده  اينچي مي تواند تقريبا همانند يك ديسكت كامپيوتر كوچك، اطلاعات زيادي را ذخيره نمايد. اولين ديسكهاي فشرده توان يك بار نوشتن را داشتند كه ورم worm ناميده مي شوند (نوشتن يك مرتبه، خواندن بسيار زياد) شما مي توانيد اطلاعات را بر روي تنها يك ديسك ثبت كنيد اما مي توانستيد اطلاعات را همان اندازه كه تمايل داشتيد بخوانيد. اصطلاح CD-ROM براي توصيف تكنولوژي worm ورم استفاده مي شود كه در ميان استفاده كنندگان از كامپوترهاي كوچك بسيار مشهود شده است. ورم براي ذخيره سازي تاريخي مناسب و ايده ال مي باشد زيرا نمي توانند تغيير داد شوند. در مدت اواخر سال 1980 ديسكهاي فشرده اي قابل ا ستفاده شدند كه مي توانستند پاك شوند و مجددا نوشته شوند. اين دييسكها، ديسكهاي CD-ROM ناميده شدند. ديسكهاي CD-ROM مي توانند همانند ديسكهاي مغناطيسي استفاده شوند، اگر چه زمان دريافت آنها كندتر مي باشد. سرانجام ديسك فشرده مي تواند نوار مغناطيسي را به عنوان مديوم ذخيره سازي تايخي جايگزين نمايد. كليد براي ديسك فشرده كه جايگزيني ديسك مغناطيسي مي باشد. همان زمان دريافت مي باشد. تا افزايشي در سرعت صورت مي گيرد. شركتها ديسكهاي فشرده استفاده مي كنند. اطلاعاتي با فعاليت كم در واحدهاي ديسكي فشرده جا داده مي شوند و اطلاعات فعالتر در ذخيره ديسك مغناطيسي براي دريافت سريع نگهداري مي شود.

رابطه ذخيره سازي ثانوي با پردازش: دو روش عمده براي پرداش اطلاعات وجود دارد. پردازش مجموعه و پردازش متصل (تحت كنترل مستقيم واحد پردازش مركزي). پردازش مجموعه شامل نگهداري عمليات و پردازش آنها به صورت يكجا در محموعه ها مي باشند. پردازش متصل شامل پردازش عمليات به طور فردي، اغلب در زمانيكه آنها اتفاق مي افتند، مي شود. چون پردازش متصل عمليات تنظيم شده مي باشد اغلب واژه پردازش عمليات استفاده مي شود. چه چيزي نوع پردازش را تعيين مي كند؟‌ تقاضاي شركت آن را تعيين مي كند. اگر پردازش مجبور نباشد كه هنگاميكه عمليات اتفاق مي افتد انجام شود، پردازش مجموعه مي  تواند انجام شود. فهرست اسامي كاركنان مثال خوبي از تقاضاهايي مي باشد كه به خود در پردازش مجموعه كمك مي نمايد.

پردازش مجموعه: شكل 5-10 يك سيستمي از يك نمودار گردش كار مي باشد كه پردازش مجموعه را توضيح مي دهد مصرف اين سيستم امروزي كردن سه فايل بزرگ مي باشد: فايل صورت موجودي فايل گزارشات فايل دريافت و فايل آناليز فروشها، نوعاً شركتها فايلهايشان را بر ا ساس كار روزانه تغيير مي دهند كه سيسكل روزانه ناميده مي شود. هنگاميكه يك فايل نوار مغناطيسي چديد مي شود، نوشتن ركوردهاي جديد عملي نمي باشد. در عوض يك نوار جديد شامل تمام ركوردهاي جديد نوشته شده مي باشد كلمات قديمي و جديد تمايز بين دو نوار را مشخص مي نمايند. فايل  بزرگ اولي در شكل 5-10 فايل صورت موجودي مي باشد كه در رديف شماره شاخص واقع شده است شماره شاخص كليد مي باشد. چون ركورد عمليات بايد در رديف يكساني از فايل بزرگ موجود باشد، بنابراين آنها در مرحله 1 ذخيره مي شوند و فايل به صورت موجودي شركت از مرحله 2 مي باشد. مرحله 3 و 4 اطلاعات جديدي از فايل گزارشات قابل دريافت در اختيار قرار مي دهند و مرحله 5 و 6 آناليز فروش را در اختيار مي گذرانند. عيب اصلي پردازش مجموعه اين واقعيت مي باشد كه فايل تنها اطلاعات جديد سيكل را در اختيار قرار مي دهد. اين بدان معناست كه مديريت هميشه اطلاعات كاري و در دسترس براي توصيف سيستم فيزيكي ندارد.

پردزش متصل: پردازش متصل براي غلبه بر مشكلات فايلهاي فديمي،‌ گسترش يافته بود. پيشرفت عملي تكنولوژي كه پردازش متصل را ممكن ساخت، ذخيره سازي ديسك مغناطيسي بود. شكل 6-10 روش متصل يا مستقيم را براي امروزي كردن فايلهايي كه در مثال پردازش مجموعه يادآور شديم، توضيح مي دهد. هر عملياتي در برابر تمام فايلهاي بزرگ پردازش شده است در حاليكه اطلاعات كاري در ذخيره سازي اوليه مي باشد. ثبت صورت موجودي مناسب در ذخيره سازي اوليه خوانده شده است و با اظلاعات عمليات امروزي و جديد مي شود و سپس دوباره براي DASD نوشته مي شود. سپس ثبت و گزارشات قابل دريافت به همان روش جديد مي شوند و توسط ثبت آناليز فروش دنبال مي شود. همه سه فايل DASD قبل از عمليات بعدي، جديد و مدرن مي شوند.

سيستمهاي فوري: واژه فوري اغلب در ارتباط با يك سيستم كامپيوتري استفاده مي شود. شما ممكن است شنيده باشيد كه كسي مي گويد ما يك سيستم فوري داريم يا سيستممان فوري عمل مي كند. يك سيستم فوري سيستمي است كه سيستم فيزيكي را به روش مشابه كنترل مي نمايد. اين كار نيازمند پاسخگويي سريع كامپيوتر به حالتهاي سيستم فيزيكي مي باشد. براي مثال فرض كنيد كه شما مي خواهيد يك چك را براي پرداخت پول خريد يك مغازه بپردازيد و فروشنده از شما مي پرسد كه مي خواهد گواهينامه رانندگي تان را ببيند. فروشنده شماره گواهينامه را داخل پايانه شماره انداز چك كه به كامپيوتر متصل است،‌كليد مي زند و كامپيوتر يك چك اعتباري را انتقال مي دهد اگر اعتبار شما صحيح و درست باشد به شما اجازه داده مي شود تا خريد را انجام دهيد، و اگر نه شما دست خالي بر مي گرديد. كامپيوتر مشخص مي كدن كه آيا فروش صورت گيرد يا نه. كامپيوتر سيستم فيزيكي را كنترل مي كند. يك سيستم فوري، شكلي خاص از يك سيستم متصل مي باشد. سيستم متصل به منابعي رايج در دسترس قرار مي دهد و سيستم فوري آن توان را توسط استفاده از منبع تصوري براي تعيين عملكرد هاي سيستم فيزيكي گسترش مي دهد.

پيدايش عصر پايگاه اطلاعاتي: در مدت سالهاي اوايل عصر كامپيوتر استفاده كنندگان ملزم به استفاده از روشي بودند كه بر اساس آن اطلاعات بر روي مديوم ذخيره سازي ثبت شده بود. نوار مغناطيسي مجبور بود كه در زنجيره خود پردازش شود مشكل بود كه محتوايي از فايلهاي مجزا با هم تركيب شوند. بنابراين متخصصان اطلاعات روشهايي را براي حل مسائل به وجود آمده توسط روشي كه اطلاعات به طور فيزيكي سازماندهي شدند، جستجو كردند و تلاشهاي آنها منجر به يك سازماندهي معقول و منطقي شد. سازماندهي منطقي، اطلاعات را از چندين محل فيزيكي با يكذيگر تركيب مي كنند. براي مثال يك مدير، اطلاعات مربوط به يك گزارش را كه تركيبي منطقي دارند مشاهده مي كند حتي اگر ممكن است اطلاعات از فايلهاي مجزا گرفته شده باشد. به عبارت ديگر سازماندهي فيزيكي نگاه و ديدگاه كامپيوتر در مورد اطلاعات مي باشد. كار متخصصان اطلاعات فراهم كردن سازماندهي منطقي مورد نياز استفاده كنندگان بود. تكنيكهاي روبرو شدن اين نيازها توسط ابزار تركيب معقول و منطقي گسترده شده بودند.

تركيب معقول در يك فايل جداگانه: دو روش قادر مي باشند به انتخاب ركوردهايي از يك فايل جداگانه كه بر اساس خصوصيات ديگري از كليد پايه گذاري شده اند. دو روش، فايلهاي معكوس و فهرستهاي متصل ناميده مي شوند. هر دو روش به DASD نياز دارند.

فايلهاي معكوس: يك فايل معكوس به فايلي نگهداري شده در رديفي خاص مي باشد،  اما يك فهرست متصل قادر مي سازد كه ركوردهايي از يك فايل در رديف ديگري انتخاب شوند. براي مثال يك مدير فروش ممكن است نخواهد كه ليست فروش فروشنده شماره 23 را مشاهده نمايد. هر ركورد در فايل توسط كامپيوتر براي تعيين اينكه آيا آن ركورد فروشنده شماره 23 است يا نه تخمين زده مي شود. بنابراين در اين صورت، اين ركورد براي چاپ گزارش انتخاب و استفاده مي شود. يك فايل، شامل هزاران ركورد مي باشد، اما هر ركورد در فايل مجبور است كه اسكن شود. اين روش بسيار غيرمؤثر و بي فايده بود. متخصصان اطلاعات دريافتند كه آنها مي توانند يك فهرست را براي فايل بزرگ فروشندگان باز كنند كه تمام ركوردها را براي هر فروشنده مشخص مي نمايد. يك فهرست فايل معكوس كه اغلب يك فهرست ثانوي ناميده مي شود در شكل 7-10 توضيح داده شده است. هنگاميكه فهرست مورد نياز مي باشد، ذخيره ساز اوليه خوانده مي شود و برنامه ستون شماره فروشنده را اسكن مي كند (بررسي مي كند) براي پيدا كردن فروشنده شماره 23 هنگاميكه رديف پيدا مي شود برنامه مي تواند شماره ركورد مورد نظر را اسكن نمايد. در اين مثال براي هر يك از خريداران فروشنده شماره 23 كه از او خريد كرده اند يك ركورد وجود دارد. ركوردهاي مورد نياز مي توانند بدون جستجو در تمام فايل انتخاب شوند.

فهرستهاي متصل: تكنيك ديگر مي تواند نتايج يكساني را به دست آورد. فرض كنيد كه مديري مشابه همان قبلي مي خواهد گزارش يكساني را ببينيد، اما متخصصان اطلاعات مي خواهند كه از استفاده از يك فهرست براي دريافت سريعتر دور مي نمايند. يك ميدان مجزا به هر ركوردي در فايل بزرگ و فروشندگان اضافه مي شود، همان طور كه در شكل 8-10 تصوير آن آمده است. ميدان يك ارتباط يا يك فلش (نشانگر) را در بر مي گيرد كه تمام ركوردهاي براي فروشنده برابر مي شوند. فايلي كه ميدانهاي ارتباطي را شامل مي شود ليست ارتباطي ناميده مي شود. تنها ارتباطات براي فروشنده شماره 23 در شكل نشان داده شده اند. برنامه ركوردهايي را توسط اسكن كردن هر ركورد در فايل انتخاب مي نمايد تا ركورد اول براي فروشنده شماره 23 پيدا شود. ميدان ارتباطي در اولين ركورد مدير يا ارشد ناميده مي شود و آن ركورد به ركوردهاي بعدي را براي فروشنده شماره 23 تعيين مي نمايد و ميدان ارتباطي اش ركورد سوم را نيز تعيين مي نمايد. ميزان ارتباطي در آخرين ركورد يك كد مخصوص را در بر مي گيرد كه به عنوان دنباله تعيين مي شود. فايلهايي معكوس و ليستهاي متصل، روشي را براي تركيب معقولانه تهيه مي نمايند. همچنين يك مشكل براي بدست آوردن نتايج يكساني بين فايلهاي چندتايي وجود دارد.

تركيب منطقي بين فايلها: در اواسط سال 1960(دهه 60) الكتريكي عمومي زبان برنامه ريزي COBol را در جهت اطلاعات گرفته شده از فايلهاي چندتايي تغيير داد. ارتباطات براي ارتباط دروني يك فايل با فايل ديگر استفاده شده بودند. سيستم GE به صورت سيستم IDS مخفف ذخيره اطلاعات تركيبي بود ناميده شد و آن گام اول به سوي يك پايگاه اطلاعاتي تركيبي از فايلهاي چند تايي بود.

مفهوم كلي پايگاه اطلاعاتي: يك پايگاه اطلاعاتي، مجموعه تركيبي از اطلاعات كامپيوتري سازماندهي شده و ذخيره شده در روشي كه بازيافت را به آساني به دست مي آورد، مي باشد. وسايل ذخيره سازي دريافت مستقيم بايد استفاده شوند. شكل 9-10 نشان مي دهد كه بسياري از فايلهاي شركت مي توانند به طور معقولانه تركيب شوند. اين تركيب معقول ركوردها در فايلهاي چند تايي مفهوم پايگاه اطلاعاتي مي باشد. خطوط در شكل. تركيب معقول را نشان مي دهند. دو هدف نخستين دريافت پايگاه اطلاعاتي كه كاهش مشابه در فايلهاي چند تايي را شامل مي شود. اطلاعات مستقل توانايي به وجود آوردن تغييراتي در ساختار اطلاعاتي بدون تغيير برنامه هايي پردازش اطلاعات مي باشد. اطلاعات مستقل توسط قرار دادن اطلاعات مراجعه مي كنند. تغييرات ساختار اطلاعات تنها يك مرتبه در جداول به وجود مي آيند. هنگاميكه يك شركت مفهوم يك شركت مفهوم كلي پايگاه اطلاعاتي را تصويب هنوز هم مي توانند براي معرفي اجزاي اصلي پايگاه اطلاعاتي وجود داشته باشند، هر چند سازماندهي فيزيكي داده ها تحت تكلف استفاده كنندگان نمي باشد. ابزارهايي براي تركيب محتواي فايلها كه روابط منطقي دارند فراهم مي شوند.

ساختارهاي پايگاه اطلاعاتي: تركيب منطقي فايلها مي تواند آشكارا و بدون هيچ چون و چرايي بدست آيد.

روابط آشكار: فهرستهاي معكوس وميدانهاي مربوط، روابط مطلقي را بين اطلاعات تركيبي معقولانه در فايلي مشابه ايجاد مي كند يك روش براي تأسيس روابط مطلق بين ركوردهاي فايلهاي چندتايي ترتيب بندي ركورد ها و يك سلسله مرانب مي باشد اين يك ساختار مراتبي ناميده مي شود. در يك ساختار هر ركورد بر روي يك سطح مي تواند به ركورهايي چند تاي بر روي سطح پايين تر بعدي مربوط شود. يك ركوردي كه ركوردهاي مكمل دارد. والد ناميده مي شود و ركوردهاي مكمل بچه ناميده مي شوند. نمودار در بالاي شكل 10-10 مثالي از ساختار مراتبي مي باشد. يك خصوصيت ويژه شكل 10-10 ميدانهاي ارتباطي مي باشد كه روابط آشكار را ايحاد مي نمايند. روابط توسط خطوط ظريفي كه بخشهاي داده را به هم متصل مي كنند، معرفي مي شوند يكبار شما يك ركوردي از فروشنده را به دست آوريد. (فروشنده شماره 23) ارتباط موجودي در ركورد مي تواند شما را به ركورد ديگري كه به طور منطقي به فروشنده مربوط مي شود، هدايت نمايد. يك ميدان ارتباطي در ركورد دومي به ركورد دومي به ركورد سومي هدايت مي شود و به همين طريق ديگر ركوردها يك واكنش زنجيره اي را از ميان انواع فايلها به وجود مي آورند. اگر چه ساختار مراتبي گامي بزرگ را به سوي حذف محدوديتهاي فيزيكي معرفي مي نمايند. اما استفاده از روابط آشكار خسارتهاي نيز دارد. لازم و ضروري ميباشد كه گروهي از فايلها كه به طور منطقي با هم تركيب شده اند قبل از تشكيل پايگاه اطلاعاتي تعيين و مشخص نماييم. اين مسئله به مديريت نيازهاي مخصوص براي تركيب اطلاعات را كه قبلا تعيين نشده اند محدود مي كند.

روابط مطلق: ارتباط بين ركوردهايي كه به طور مطلق وجود نداشتند گسترش دادند. ميدانهاي ارتباطي ويژه شامل اين ركوردها نمي باشند. روش كدوديت. ساختار ارتباطي ناميده شده است و اين روش روابط مطلق را استفاده مي كند، روابطي كه مي تواند از اطلاعات موجود مطلق و مجزا باشد، فرض كنيد كه ما مي خواهيم (جدول اطلاعاتي را براي تهيه يك گزارش شماره 1-10 نشان داده شده اند. ما مي خواهيم در گزارشي فروشندگان را در حوزه شماره 1، ليست نماييم كه شماره فروشندگان و نام آنها را نشان مي دهد. هر دو جدول مورد نياز مي باشند. جدول A، ابزاري را براي تعيين ركورد در حوزه شماره 1 فراهم مي سازد و جدول B، نام فروشندگان را شامل مي شود. رابطه مطلق توسط شماره فروشندگان در هر جدول ايحاد مي شود. به اين صورت كه شماره هاي حوزه در جدول A و نام فروشندگان در جدول B تهيه شده است. مزيت بزرگ ساختار ارتباطي براي CBIS، انعطافي مي باشد كه آن در طرح و استفاده از پايگاه اطلاعاتي دارا مي باشد. استفاده كنندگان و متخصصان اطلاعاتي از نياز براي تعيين تمام نيازها اطلاعاتي قبل از به وجود آمدن پايگاههاي اطلاعاتي رها شده اند.

نرم افزار پايگاه اطلاعاتي: نرم افزاري كه تركيب منطقي بين فايلها را براي اينكه آيا مطلق يا آشكار هستند، يا نه، ايجاد مي كند و محافظت مي نمايد، سيستم مديريت پايگاه اطلاعاتي ناميده مي شود. (DBMS) IDS، اولبن مثال بود و آن توسط تلاشهاي زياد متصديان نرم افزار و سخت افزار ديگر دنبال شد. مثالهايي از DBMS كه ساختار مراتبي را استفاده كردند، IMS يا سيستم مديريت اطلاعات و سيستم اينتل 2000 Intel مي باشند. نوع ديگر ابداع DBMS خصوصيات نرم افراز ارتباطي را داشت. SQL/DS (زبان استفهامي ساختار / سيستم اطلاعاتي) و QBE (استفهام توسط مثال) از IBM و دانشمند انستيتو نرم افزار ارتباطي، همگي از جواب مساعد لذت بردند. در هممان زمان، تقريباً سال 1980 متصديان نرم افزار شروع به گسترش مجموعه هاي DBMS درجه پاييني براي كامپيوتر هاي كوچك سوپرماركتها كردند. اولين كامپيوتر كوچك كه بر اساس DBMS ساخته شده بود و تأثير زيادي را به وجود آورد كامپيوتر BASEII بوده در طول سالهاي اخير، گسترش DBMS در توليد كامپيوترهاي كوچك بازاري ساختاري ارتباطي متمركز شده است. دريافت ميكروسافت، مثالي از يك سيستم مديريت پايگاه اطلاعاتي ارتباطي از يك ميكروكامپيوتر مي باشد.

به وجود آوردن يك پايگاه اطلاعاتي: مثالي از يك سيستم مديريت پايگاه اطلاعاتي شامل سه مرحله اصلي مي باشد. اول شما اطلاعاتي را كه نياز داريد، مشخص و تعيين مي نماييد. دوم، اطلاعات را توصيف مي كنيد. سوم شما اطلاعات را داخل پايگاه اطلاعاتي وارد مي كنيد.

تعيين اطلاعات مورد نياز: تعريف اطلاعات مورد نياز گامي كليدي براي دستيابي به CBIS مي باشد. دو روش اصل وجود دارد: تنظيم پردازش و الگوي مهم.

روش تنظيم پردازش: هنگاميكه شركتها، روش تنظيم پردازش را انتخاب مي كنند، آنها مراحل موجود در شكل 11-10 را  ادامه مي دهند. در ابتدا مشكل تعريف مي شود. سپس تصميمات لازم براي حل مسائل و مشكلات گرفته مي شوند و براي هر تصميم، اطلاعات مورد نياز توصيف مي شوند. بعداً پردازش لازم براي توليد اطلاعات تعين مي شود و سرانجام اطلاعاتي مورد نياز توسط پردازش مشخص مي شوند. روش تنظيم پردازش، همجنين روش تنظيم و تشخيص مشكلات نيز ناميده شده است و الگوي پردازش در ضميمه B توضيح داده شده است.

روش الگوسازي مهم: اگر چه روش تنظيم پردازش قادر بود كه اطلاعات مورد نياز هر سيستم را به روشي معقول تعريف نمايد ضعفي كه وجود دارد مشكلي ارتباط اطلاعات از يك سيستم، سيستم ديگر مي باشد. سيستمها نمي توانند به آساني، اطلاعات را تقسيم نمايند. اين ضعف توسط تعيين تمام اطلاعات مورد نياز شركت و سپس ذخيره آن اطلاعات در پايگاه اطلاعاتي مي باشد. اين علت منطقي روش الگوسازي مهم مي باشد. هنگاميكه يك شركت در الگوسازي اطلاعات مهمي درگير مي باشد. توصيف تمام اطلاعات شركت، الگوي اطلاعاتي مهم ناميده مي شود اين پردازش بالا و پايين كه در طول مدت طراحي استراتژيك براي منابع اطلاعاتي آغاز مي شود، در شكل 12-10 نشان داده شده است. ما الگوي اطلاعات يا داده ها را در ضميمه A و الگوي را در ضميمه C توضيح مي دهيم.

تعريف داده ها (تعريف اطلاعات):

زمانيكه بخشهاي اطلاعاتي مورد نياز تعيين مي شوند به شكل يك ديكشنري اطلاعات توصيف مي شوند، ديكشنري اطلاعات فرهنگ لغت اطلاعات) يك فرهنگ جامعي از اطلاعات مربوط به داده هاي شركت مي باشد. ما ديكشنري اطلاعات را در ضميمه A ترسيم نموده ايم.

سيستم ديكشنري اطلاعات (فرهنگ لغت اطلاعات): ديكشنري اطلاعات مي تواند بر روي يك كاغد يا يك فايل كامپيوتري وجود داشته باشد. هنگامي كه به صورت يك فايل مي باشد، سيستم ديكشنري اطلاعات (DDC) لازم است كه آن را توليد و حفاظت نمايد و آن را براي استفاده عموم در دسترس قرار دهد.

زبان توصيف اطلاعات:

زمانيكه ديكشنري اطلاعات به وجود آمد، توصيف آن اطلاعات داخل سيستم DBMS وارد شد. DBMS شامل يك زبان توصيف اطلاعات (DDI) مي باشد كه براي توصيف اطلاعات استفاده مي شود. شكل 13-10 نشان مي دهد كه چگونه DDL ديكشنري اطلاعات را براي توليد طرح استفاده مي كند. يك طرح ساده، خودش داده يا اطلاعات نمي باشد. اما توصيف اطلاعات مي باشد. معمولا يك طرح ساده خصوصيتهايي از اطلاعات را مانند موارد زير تعيين مي نمايد: نام بخش اطلاعاتي اسامي متسعار (نامهاي ديگري براي بخش اطلاعاتي مشابه استفاه مي شود) انواع اطلاعات (عددي، حروفي و غيره) شماره موقعيتها شماره موقيتهاي اعشاري (تنها براي اطلاعات عددي) قوانين قابل اعتماد گوناگون. واژه طرح جايگزين براي نيمي از توصيف كلي استفاده مي شود كه به يك استفاده كننده خاص مربوط مي باشد. هر استفاده كننده اطلاعات مورد نياز را تعيين كرده است و آن دسته از اطلاعاتي را كه توسط يك طرح جايگزين يا بيشتر از يك طرح معرفي مي شوند. تركيبي از طرح طرح جايگزيني و ديكشنري سياستهايي را براي اطلاعات مستقل آماده مي كنند و مازاد آن را توسط پايگاههاي اطلاعاتي مركزي كاهش مي دهند. هيچ نيازي براي توليد فايلهاي مجزا براي هر استفاده كننده وجود ندارند.

اطلاعات را وارد كنيد:

زماني كه طرح و طرح جايگزين توليد شده بود، اطلاعات مي توانستند داخل پايگاه اطلاعات وارد مي شوند. اين كار توسط كليد كردن اطلاعات به طور مستقيم داخل سيستم DBMS خواندن اطلاعات از روي نوار يا ديسك يا اسكن كردن اطلاعات (بررسي اطلاعات) انجام مي شد. با ورود اطلاعات در پايگاه اطلاعاتي، براي استفاده در دسترس مي باشد.

كاربرد پايگاه اطلاعاتي:

يك استفاده كننده پايگاه اطلاعاتي مي تواند يك شخص يا تقاضاي برنامه اي باشد. معمولا يك شخص، پايگاه اطلاعاتي يك پايانه و بازيابي هاي اطلاعات و داده ها توسط استفاده از زبان استفهامي را استفاده مي نمايد. يك سؤال استفهامي تقاضاهايي براي اطلاعات از يك پايگاه اطلاعاتي مي باشد و يك زبان استفهامي، زباني دوستانه و ويژه مي باشد كه كامپيوترها را قادر مي سازد تا به سؤالات استفهامي پاسخ دهند. هنگاميكه تقاضاي برنامه اي مانند برنامه فهرست اسامي كاركنان، اطلاعات از پايگاههاي اطلاعاتي بازيابي مي كند يا اطلاعات را در آن ذخيره مي نمايد، يك زبان تدبيري اطلاعات مخصوص (DNF) استفاده مي شود.

رويدادهاي سيستم DBMS:

حوادثي كه درهنگام بازيابي اطلاعات تقاضاي برنامه از پايگاههاي اطلاعاتي ممكن است اتفاق بيفتد، در شكل 14-10 توضيح داده شده است. در مرحله اول، DML براي DBMS تعيين مي نمايد كه چه اطلاعاتي مورد نياز مي باشد در مرحله دوم DBMS طرح و طرح جايگزيني را چك مي نمايد. در مرحله سوم DBMS اطلاعات مورد نياز براي عملكرد سيستم را عبور مي دهد و در مرحله چهارم اطلاعات را بازيابي مي كند و آن را در ناحيه ذخيره سازي مخصوصي در ذخيره سازي اوليه وارد مي كند. سپس اطلاعات داخل ناحيه ورودي تقاضاي برنامه از پايگاههاي اطلاعاتي ممكن است اتفاق بيفتد، در شكل 14-10 توضيح داده شده است. در مرحله اول، DML، براي DBMS تعيين مي نمايد كه چه اطلاعاتي مورد نياز مي باشد. در مرحله دوم DBMS طرح و طرح جايگزين را چك مي نمايد. در مرحله سوم DBMS اطلاعات مورد نياز براي عملكرد سيستم را عبور مي دهد و در مرحله چهارم، اطلاعات را بازيابي مي كند و آن را در ناحيه ذخيره سازي مخصوصي در ذخيره سازي اوليه وارد مي كند. سپس اطلاعات داخل ناحيه وروردي تقاضاي برنامه در مرحله پنجم مشكل مي گيرند. در مرحله ششم DBMS تقاضاي برنامه را كنترل مي كند و تقاضاي برنامه، در مرحله هفتم اطلاعات را استفاده مي نمايد.

مدلي از يك سيستم DBMS:

مدلي كه بخش اصلي سيستم DBMS را نشان مي دهد، در شكل 15-10 آمده است. بخشها شامل پردازشگر زباني، پردازشگر آماري يك واحد مستقل بازيافت يا كمكي و يك مدير پايگاه اطلاعاتي مي باشد.

پردازشگر زباني توصيف اطلاعات: پردازشگر زباني توصيف اطلاعات ديكشنري اطلاعات را داخل يك طرح پايگاه اطلاعاتي تشكيل مي دهد، اين همان DD1 مي باشد كه در قبل توضيح داده شد. همه قسمتهاي DBMS يك DD1 نيز دارند.

نمايش پردازشگر آماري: پردازشگر آماري، آمارهايي را كه تعيين مي كنند چه اطلاعاتي استفاده مي شود، چه كسي آن را استفاده مي كند، چه هنگام استفاده مي شود را ذكر مي كنند. آمارها براي مديريت پايگاه اطلاعاتي استفاده مي شود.

ميكروكامپيوترهايي كه بر اساس سيستم DBMS مي باشند اين بخش را شامل نمي شوند.

واحد مستقل بازيافت يا واحد مستقل كمكي: متناوباً مانند كارهاي روزانه يك كپي كمكي با يدكي از پايگاه اطلاعاتي ساخته مي شود. همان طور كه اجراهاي بعدي در برابر فايلهاي بزرگ پردازش مي شوند، يك گزارش كاري ثبتي از تمام تغييرات را نگاه مي دارند سپس هنگامي كه يك فاجعه اتفاق مي افتد، گزارش كاري در برابر پايگاه اطلاعاتي كمكي پردازش مي شود. واحد مستقل بازيافت كمكي اين تركيب مجددا را ايجاد مي كند، اما معمولا اين مورد سيستمهاي DBMS يافت نمي شود.

مدير پايگاه اطلاعاتي:

مدير پايگاه اطلاعاتي مهمترين بخش مي باشد. زيرا آن نيازهاي اطلاعاتي استفاده كنندگان را برآورد مي كند. زبان استفهامي و DML بخشي از مديريت پايگاه اطلاعاتي مي باشند. همچنين مدير پايگاه اطلاعاتي هم اجراي آماري پردازش شده توسط نمايش پردازشگر مركزي و هم گزارش كاري پردازش شده توسط واحد مستقل بازيافت يا كمكي را توليد مي كند. تمام سيستمهاي DBMS شامل اين بخش مي باشند.

متصدي پايگاه اطلاعاتي:

يك متخصص اطلاعاتي كه مسئول پايگاه اطلاعاتي مي باشد، متصدي پايگاه اطلاعاتي DBM ناميده مي شود. وظايف متصدي پايگاه اطلاعاتي شامل 4 مورد مي باشد: طرح ريزي، اجرا عملكرد و ايمني.

طرح پايگاه اطلاعاتي شامل كار با مديراني مي باشد كه طرح شركت را معين مي نمايند و با استفاده كنندگان طرح جايگزين را تعيين مي نمايند. بعلاوه بر متصدي پايگاه اطلاعاتي نقش كليدي را در انتخاب سيستم DBMS بازي مي كند. اجراي پايگاه شامل توليد پايگاه اطلاعاتي براي تعيين سيستمهاي DBMS انتخابي همانند، تأسيس و اجراي سياستها و روشهايي براي استفاده پايگاه اطلاعاتي مي باشد.

عملكرد پايگاه اطلاعاتي: شامل پيشنهاد برنامه هاي آموزشي براي استفاده كنندگان و فراهم كردن كمكهايي براي آنها مي باشد.

ايمني پايگاه اطلاعاتي: شامل مراقبت نمودن از فعاليت پايگاه اطلاعاتي با استفاده از آمارهاي فراهم شده توسط DBMS مي باشد. بعلاوه متصدي پايگاه اطلاعاتي اطمينان مي دهد كه پايگاه اطلاعاتي ايمن مي ماند. شركتهاي بزرگ متخصصان چند گانه اي از پايگاه اطلاعاتي را دارند كه توسط يك متصدي پايگاه اداره مي شوند. دستاورد دانش در پايگاه اطلاعاتي: يك حركت مهيج كه زير نظر پايگاه اطلاعاتي مي باشد، KDD است. دستاورد يا كشف دانش در پايگاه اطلاعاتي (KDD) واژه اي گسترده مي باشد كه تمام فعاليتهاي شامل در ساخت اطلاعات ذخيره شده در پايگاههاي اطلاعاتي پيچيده يا وسيع را توضيح مي دهد. دستاورد پايگاه اطلاعاتي شامل تعدادي از واژه هايي مي شود كه به طور متداول توجه زيادي را در ابيات كامپيوتر در بر مي گيرد مانند انبار اطلاعات نظام اطلاعات و معدن اطلاعات.

انبار اطلاعات: ما ديده ايم كه يك پايگاه اطلاعاتي شامل اطلاعات ذخيره شده بر روي كامپيوتر مي باشد  كه بازيافت استفاده از آن را راحت مي سازد. انبار اطلاعات مفهوم كلي پايگاه اطلاعاتي مي باشد كه يك منبع اطلاعاتي مناسب را براي استفاده كنندگان به وجود مي آورد. منبع اطلاعات، انبار اطلاعات ناميده مي شود. و آن بسيار وسيع و قابل بازيافت مي باشد. بعضي از انبارهاي اطلاعات شامل 200بيليون بايت اطلاعات هستند، اما مقدار زيادي با كيفيت ضعيف وجود ندارند. توانايي بازيافت در روشهاي متعددي به دست آمده است، اغلب با استفاده هوش مصنوعي و آناليز يك تكنيك آماري جمع آوري مي باشد كه اطلاعات را به روشي كه استفاده كنندگان خواهان آن هستند، ترتيب مي دهد. اين همان روشي است كه سوپرماركتها، اجناس را در مغازه هايشان مرتب مي كنند. نوعاً انبار اطلاعات بر روي كامپيوتر هاي بزرگ شكل مي گيرد. اطلاعات در پايگاه اطلاعاتي ارتباطي ذخيره مي شوند و فروشندگان سيستم DBMS به طور متداول استفاده از توليداتشان را به عنوان سكوهاي انبار اطلاعات تبليغ مي كنند.

نظام اطلاعات: بدست آوردن انبار اطلاعات همانند يك مبارزه بزرگ مي باشد و حتما همين طور مي باشد آن بسيار بزرگ مي باشد كه بعضي از كارشناسان يك روش ميانه تر را توصيه مي كنند. اين اجرا گاهي اوقات يك نظام اطلاعاتي ناميده مي شود. يك نظام اطلاعاتي پايگاه اطلاعاتي مي باشد كه شامل اطلاعاتي مي شود كه تنها بخشي از عملكرد شركت را توصيف مي كنند. براي مثال، يك شركت ممكن است يك نظام اطلاعاتي بازاري، يك نظام اطلاعاتي منابع انساني و يا غيره را داشته باشد.

معدن اطلاعات: واژه اي كه اغلب در ارتباط با انبار اطلاعات و نظام اطلاعات استفاده مي شود، معدن اطلاعات مي باشد. معدن اطلاعات روند يافتن روابطي در اطلاعاتي كه براي استفاده كننده ناشناخته هستند مي باشد. معدن اطلاعات به استفاده كننده با دريافت روابط كمك مي نمايد و به آنها روشي قابل فهم معرفي مي نمايد تااساس تصميم گيري را فراهم نمايند. معدن اطلاعات استفاده كننده را قادر مي سازد تا كشف دانش را در پايگاههاي اطلاعاتي ممكن سازد.

مثال معدن اطلاعات: فرض كنيد كه يك بانك تصميم گرفته است كه سرمايه هاي مشتركي را به مشتريانش پيشنهاد نمايد. مدير بانك مي خواهد مشترياني را هدف قرار دهد كه بيشترين تجارت ممكن را پيشنهاد مي كنند.

اثبات معدن اطلاعات: يك روش براي مديران در جهت تعيين خصوصيتهايي كه آنها معتقدند اعضايي از متقاضيان آن را دارا باشند، بررسي و اثبات معدن اطلاعات مي باشد. فرض كنيد كه مديران مي خواهند جواناني را كه ازدواج كرده اند، در نظر بگيريند. سؤالات استفهامي به داخل سيستم DBMS وارد مي شوند و ركورد مناسب بازيافت خواهد شد روشي كه با فرضيات استفاده كنندگان درباره چگونگي ساختار اطلاعات كه هر مرد يا زني به آن فكر مي كند، اثبات معدن اطلاعات ناميده مي شود. معايب اين روش اين مي باشد كه روند بازيافت اطلاعات مي باشند. اين روش قديمي براي استفهام يك پايگاه اطلاعاتي مي باشد.

دستاورد معدن اطلاعات: روش ديگري قادر مي سازد تا سيستم معدن اطلاعات، بهترين مشتري را براي تبليغ تعيين نمايد. سيستم پايگاه اطلاعاتي را تجزيه و تحليل مي كند و گروههايي را با خصوصيتهاي عادي و معمولي جستجو مي كند. در مثال بانك، سيستم معدن اطلاعات ممكن است نه تنها گروه دانشكده اي از جوانان متأهل را تعيين نمايد بلكه همچنين زوجهاي بازنشسته اي كه به بيمه اجتماعي و حقوق بازنشستگي متكي هستند را نيز تعيين كند.

تركيب اثبات و دستاورد معدن اطلاعات: پيشرفتهاي آنها در معدن اطلاعات، روشهاي كشف و فرضيه اي را تركيب خواهد كرد. اين پيشرفت، دليل مشابهي را به وجود مي آورد كه علت اصلي مفهوم سيستم حمايت از تصميم گيري مي باشد. اين مفهوم استفاده كننده وكامپيوتر را قادر مي سازد تا با هم براي حل مشكل كار نمايند.

پردازش KDD: كشف دانش در پايگاه اطلاعاتي شامل چندين مرحله مي باشد. اگر چه مراحل مي توانند در يك فرمان منطقي، فهرست بندي مي شوند اما پردازش گام به گام صورت مي گيرد. تكرار مراحل پيش، نتايجي را به وجود مي آورد كه نشان مي دهد كه آيا استفاده كننده از پردازش راهنمايي مي باشد يا خير. مراحل در زير آورده شده اند و در شكل 16-10 توضيح داده شده است.

اطلاعات و كار را توضيح دهيد: استفاده كننده مي تواند با پيوستن به يك متصدي پايگاه اطلاعاتي كارنايد يا شايد تجزيه يك سيستم تعيين مي نمايد كه چه اطلاعاتي نياز دارد تا حمايت لازم را در محدوده مشكل خاصي فراهم نمايد.

اطلاعات را بدست آوريد: ممكن است جمع آوري اطلاعات جديد و وارد كردن آن در پايگاه اطلاعاتي ضروري مي باشد.

اطلاعات را تصحيح نماييد: تمام اطلاعات بايد در تحقيق و بررسي به عمل آمده تصحيح شوند تا اطمينان داده شود كه آن شكل مناسبي از اطلاعات مي باشد. براي مثال ناسازگاري و تضاد در نامها و كدها رفع مي شوند.

فرضيات و روش تحقيق را گسترش دهيد: استفاده كننده و متخصصان اطلاعات خصوصياتي از اطلاعات را براي بازيافت تعريف مي نمايند و متخصصان روشي رياضي را براي بازيافت و آناليز فراهم مي نمايند.

منبع اطلاعات: مدل فرضيات و تحقيقاتي را براي الگوهاي جديد و دانش نوين اثبات مي نمايد.

آزمايش و اثبات: روشهاي قابل پيش بيني براي مطئن ساختن اينكه اطلاعات انتخابي مي تواند هدف استفاده كننده را در بر گيرند، استفاده مي شوند.

تفسير و كاربرد: استفاده كننده قضاوتي درست را در تفسير اطلاعات بكار مي رود و تصميمات لازم را براي حل مشكل مي گيرد. KDD مفاهيم كامل آن در مورد انبار اطلاعات و معدن اطلاعات، يك روش مبتكرانه را براي جستجو در منبع اطلاعات معرفي مي كنند. آنها تركيبي از تكنيكهاي پايگاه اطلاعاتي را با تحليل اطلاعات با استفاده از ابزارهاي آناليز و آماري و هوش مصنوعي مي نمايند. بسياري از شركتها سيستمهاي KDD را گسترش مي دهند. اما بسياري فقط آن را ياد مي گيرند. KDD يك نظر مبتكرانه براي مهار كامپيوتر مي باشد كه به استفاده كننده اين امكان را مي دهد كه روشهاي حل مشكلات را تعيين نمايد.

قرار دادن پايگاه اطلاعاتي و سيستم BDMS در مكان واقعي (دورنما):

سيستم BDMS توليد يك پايگاه اطلاعاتي را در ذخيره سازي دريافت مستقيم كامپيوتر ممكن مي سازد، محتواي آن را بر مي شمرد و براي استفاده كنندگان، محتوايي را بدون فروش برنامه اي پرهزينه قابل دسترسي مي سازد. هنگامي  كه استفاده كنندگان فردي يا شركتها تصميم مي گيرند كه آيا سيستم BDMS را استفاده نمايند آنها بايد مزايا و معايب آن را در نظر بگيرند.

مزاياي سيستم BDMS

سيستم BDMS هم استفاده كنندگان فردي و هم استفاده كنندگان شركتها را قادر مي سازد تا:

اطلاعات اضافي را كاهش دهند. تعداد زيادي از فايلها به وسيله  حذف فايلهاي دو نسخه اي كاهش داده مي شود. همچنين حداقل اطلاعات رايج در فايلها وجود دارد.

اطلاعات مستقلي را به دست آورند. خصوصيت اطلاعات در طرحهاي ساده بيشتر از تقاضاي يك برنامه ذكر مي شوند تغييرات ممكن است توسط ساختار اطلاعات بدون تأثير برنامه هاي دريافت اطلاعات به وچود مي آيند.

اطلاعاتي را از چندين فايل تركيب نماييد. هنگاميكه فايلها براي فراهم كردن ارتباطات منطقي تشكيل مي شوند سازماندهي فيزيكي يك محدوديت مي باشد.

داده ها و اطلاعات را سريعا بازيافت نماييد. هم روابط معقول و هم زبان استفهامي، استفاده كنندگان را قادر مي سازند تا در عرض چند ثانيه يا چند دقيقه، اطلاعات را باز يافت نمايند كه ممكن است والا بازيافت چند روز يا چند ساعت طول بكشد.

ايمني را بهبود بخشيد. هم كامپيوترهاي بزرگ و هم ميكروكامپيوترهاي سيستم BDMS شامل سطوح متعددي از اقدامات ايمني مانند پس‌ورد يا رمز عبور، راهنماي استفاده كننده (دايركتوري) و انكريپشن مي باشند. اطلاعات تهيه شده توسط سيستم BDMS ايمن تر از ديگر اطلاعات در شركتها مي باشد. هر چند كه يك سيستم BDMS دور از معايب نمي باشد.

معايب سيستم BDMS

تصميمي در جهت استفاده از سيستم BDMS يك شركت يا استفاده كننده را موظف مي كند كه:

نرم افزارهاي گران را به دست آوريد. سيستم BDMS خيلي گران مي باشد. ميكروكامپيوترهايي كه بر اساس سيستم BDMS پايه گذاري يك تركيب سخت افزاري وسيعي را به دست آوريد. سيستم BDMS اغلب به توان ذخيره سازي اوليه و ثانويه بيشتري از آنچه كه توسط تقاضاي برنامه ها صورت مي گيرد، نياز دارد.

پرسنل و كاركنان متصدي پايگاه اطلاعاتي را حفاظت نماييد: سيستم BDMS به دانش مخصوصي براي استفاده از تمام توانش نياز دارد. اين دانش مخصوص به صورت بهترين دانش توسط متصديان پايگاه اطلاعاتي فراهم مي شود. همچنين نه يك پايگاه اطلاعاتي كامپيوتري و نه يك سيستم BDMS شرط لازم كامل براي حل مشكلات نمي باشند، هر چند هر دو سيستم براي متخصصان اطلاعاتي و استفاده كنندگان كامپيوتر را به عنوان سيستم اطلاعاتي در نظر مي گيرند.

تحقیق دربارهاصول سیستمهای عامل توزیع شده

 ((اصول سيستم‌هاي عامل  توزيع شده))

در طول دو دهه اخير، حصول پيشرفت در تكنولوژي ميكروالكترونيك باعث در دسترس قرار گرفتن پردازنده‌هاي ارزان و سريع شده است. از سوي ديگر پيشرفت‌هاي موجود در تكنولوژي ارتباطات باعث به وجود آمدن شبكه‌هاي سريع تر و به صرفه‌تر شده است. از تركيب پيشرفت‌ها در اين دو ميدان از تكنولوژي‌ها تكنولوژي ارزان‌تر و كاراتري به وجود آمده كه در آن به جاي اين كه از يك پردازنده خيلي سريع استفاده شود، از چند پردازنده معمولي كه به هم متصل شده‌اند استفاده مي‌شود.

از نظر معماري، كامپيوترهايي كه از چندپردازنده متصل به هم تشكيل شده‌اند اساساً بر دو دسته تقسيم مي‌شوند.

1-   سيستم‌هاي جفت شده قوي

2-   سيستم‌هاي جفت شده ضعيف

1-   سيستم‌هاي جفت شده قوي:

در اين سيستم‌ها يك حافظه اوليه (فضاي آدرس) عمومي وجود دارد كه ميان  همه پردازنده‌ها به اشتراك گذاشته شده است. اگر براي مثال، پردازنده‌اي در محل × از حافظه مقدار 100 را بنويسد هر پردازنده ديگري كه بلافاصله از همان آدرس × بخواند مقدار 100 را دريافت خواهد كرد. بنابراين در اين سيستم‌ها هر نوع تبادل ميان پردازنده‌ها از طريق حافظه مشترك صورت مي‌گيرد. [شكل]

2- سيستم‌هاي جفت شده ضعيف:

در اين معماري پردازنده‌ها حافظه را به اشتراك نمي‌گذارند و هر پردازنده فضاي آدرس‌دهي محلي مختص به خود را دارد. براي مثال اگر پردازنده‌هاي در محل × از حافظه مقدار 100 را بنويسد اين عمل فقط محتويات حافظه محلي را عوض خواهد كرد و تاثيري در محتواي حافظه پردازنده هاي ديگر نخواهد داشت. بنابراين اگر هر پردازنده ديگري از محل× از حافظه را بخواند هرچيزي كه قبلاً در آن محلي از حافظه‌ محلي آن بوده به تحويل داده خواهد شد. در اين نوع سيستم‌ها هرگونه تبادل ميان پردازنده‌ها از طريق شبكه‌اي كه پردازنده‌ها را به هم متصل كرده و توسط انتقال پيغام انجام مي‌گيرد.

معمولاً به سيستم‌هاي جفت شده قوي،  سيستم‌هاي پردازش موازي اطلاق مي گردد و به سيستم‌هاي جفت شده ضعيف «سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده» يا به طور ساده‌تر «سيستم‌هاي توزيع شده» اطلاق مي‌شود.

در اين مقاله منظور از جمله سيستم توزيع شده» همان سيستم‌هاي توزيع شده واقعي يا «سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده» است كه از سيستم عامل‌هاي توزيع شده استفاده مي‌كنند.

در اين مقاله عبارت  «سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده» براي سيستم‌هاي جفت شده ضعيف به كار برده خواهد شد. در مقايسه با سيستم هاي جفت شده قوي، پردازنده‌هاي سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده مي‌توانند خيلي  دور از هم قرار گرفته باشند تاحدي كه يك ناحيه جغرافيايي را تحت پوشش قرار دهند. بعلاوه، در سيستم‌هاي جفت شده قوي، تعداد پردازنده‌هايي كه به طور موثر مي‌توانند مورد استفاده قرارگيرند مواجه با محدوديت ناشي از پهناي باند حافظه مشترك است، در حالي كه در سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده چنين حالتي وجود ندارد و تقريباً به طور كامل آزادي داريم كه هر تعداد كه دلمان خواست پردازنده داشته باشيم. يعني محدوديتي در مورد تعداد پردازنده‌ها در «سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده» وجود ندارد.

به طور خلاصه يك سيستم‌ محاسبات توزيع شده اساساً مجموعه‌اي است از پردازنده‌هايي كه توسط يك شبكه ارتباطي به هم متصل شده‌اند كه هر پردازنده حافظه محلي و دستگاههاي جانبي خود را دارد و ارتباط ميان هر دو جفت پردازنده از سيستم از طريق عبور پيغام از شبكه ارتباطي صورت مي‌گيرد. براي هر پردازنده، منابع آن «محلي» هستند و اين در حالي است كه پردازنده‌هاي ديگر و منابع آن‌ها «دور» هستند به پردازنده و منابع آن به طور معمول «گره»، «سايت» يا «ماشين» سيستم عامل توزيع شده اطلاق مي‌شود.

سير تكامل سيستم هاي عامل توزيع شده

در ابتدا كامپيوترها خيلي گران (در حد ميليون دلار) بودند و جاي زيادي را اشغال مي كردند (در حد يك اتاق بزرگ) تعداد كمي كامپيوتر وجود داشت و آنها در لابراتوارهاي تحقيقاتي دانشگاه‌ها و مراكز صنعتي بود. اين كامپيوترها از يك كنسول و بوسيله يك اپراتور قابل استفاده بودند وكاربران عادي نمي‌توانستند از آن استفاده كنند. برنامه نويسان، برنامه‌هاي خود را مي‌نوشتند و آن را روي رسانه‌ي خاصي مثل كارت پانچ شده به مركز كامپيوتر تحويل مي‌دادند تا مورد پردازش قرار گيرند. قبل از پردازش يك برنامه، اپراتور بايد محيط لازم براي پردازش را آماده سازي مي كرد. اين آماده سازي شامل سوار كردن نوارها و بارگذاري كارت‌هاي پانچ شده در كارت خوان و … بود. برنامه اجرا مي‌شود و نتايج اجراي برنامه به صورت پرينت شده به برنامه نويس برگشت داده مي‌شد.

آماده سازي كار در كامپيوترهاي اوليه يك مشكل اساسي بود و بسياري از وقت CPU را هدر مي‌داد. در سالهاي 1950 تا 1960  مفاهيم جديدي براي بهينه سازي صرف وقت CPU ارائه شده كه از ميان آنها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

1-   دسته‌بندي كارهايي كه نيازهاي مشابهي دارند قبل از پردازش.

2-   توالي اتوماتيك كارها.

3-   پردازش غير بر خط بر پايه مفاهيم با فرينگ و سركشي

4-   چند برنامگي

دسته‌بندي كارها اندكي استفاده از CPU را افزايش داد چرا كه اپراتور تنها وقتي محيط پردازش را تغيير مي‌داد كه دسته جديدي از كارها براي اجرا واگذار مي‌شد. توالي اتوماتيك كارها توسط كارت‌هاي كنترل براي تعيين اغاز و انتهاي هركار مقدار استفاده از CPU را افزايش داد و اين بهينه سازي به خاطر حذف توالي كارها توسط انسان بود.

پردازش غير برخط هم استفاده از CPU را با اجازه روي هم افتادگي عمليات CPU و دستگاههاي ورودي خروجي بهبود بخشيد. در اين روش اين دو عمل روي دو ماشين مجزا از هم اجرا مي‌شدند ( عمليات ورودي خروجي از عمليات CPU  كندتر بود) در نهايت «چند برنامگي»به وجود آمد كه در اين روش هميشه CPU براي اجرا دستورالعملي دارد و بيكار نيست و به اين طريق استفاده از CPU حداكثر مي‌شد.

با اين حال در هيچ يك از اين متدها اجازه استفاده همزمان چند كاربر و تراكنش آنها با يك سيستم كامپيوتري مهيا نبود و كاربران نمي‌توانستند منابع خود را به صورت همزمان به اشتراك بگذارند. بنابراين اجراي كارهاي تعاملي كه متشكل از اعمال كوچكي است و عمل بعدي به اجراي عمل قبلي وابسته است تبديل به يك عمل ملال آور و زمانبر شده بود. بسط و عيب‌يابي برنامه‌ها از نمونه‌هاي برنامه‌هاي تعاملي است. اين عمل غيرممكن بود تا وقتي كه در اوايل دهه 1970 كه در كامپيوترها از مفهوم «اشتراك زماني» براي قالب آمدن بر اين مشكل بهره گرفته شد.

سيستم‌هاي اشتراك زماني اوليه داراي چند ترمينال بودند كه به كامپيوتراصلي متصل بود.

اين ترمينال‌ها در اطاقي متفاوت با اطاقي كه كامپيوتر اصلي در آن بود قرار داشتند. حالا ديگر با استفاده از اين ترمينال‌ها كاربران متعددي مي توانستند كارهاي خود را به طور همزمان اجرا كنند و منابع كامپيوتر را به اشتراك بگذارند. در يك سيستم اشتراك زماني هر كاربر اين طور تصور مي كرد كه براي خود يك كامپيوتر مجزا دارد چرا كه سيستم با سرعت خيلي زياد  از كاريك كاربر ديگر در فاصله‌هاي زماني كوتاه سويچ مي‌كرد و در هر برهه زماني كه به يك كاربر اختصاص داده مي‌شد مقداري از كار هر كار بر اجرا مي‌شد. با اين كه نظريه اشتراك زماني در اوايل دهه 1960 بيان گرديد تا اوايل دهه 1970 سيستم‌هاي اشتراك زماني زياد مورد استفاده نبودند و علت هم اين بود كه پياده سازي آنها خيلي سخت و هزينه‌بر بود.

پيشرفت‌هاي موجود در سخت افزارهاي پردازش موازي باعث كاهش اندازه و افزيش سرعت پردازش كامپيوترها شد.

در نتيجه اين تغيير و تحولات، كامپيوترهاي كوچك و ارزان كه قابليت پردازشي زيادتري هم داشتند جايگزين كامپيوترهاي بزرگ شدند و اين كامپيوترهاي كوچك «ميني كامپيوتر» نام گرفتند.

ظهور سيستم‌هاي اشتراك زماني اولين قدم به سوي سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده  بود چرا كه در اين نوع سيستم‌ها مفاهيم زير تعريف شدند:

1-   اشتراك منابع كامپيوتر ميان چندكاربر به صورت همزمان

2-   دسترسي به كامپيوترها از جايي متفاوت از اتاق كامپيوتر اصلي.

در ابتدا ترمينالهاي سيستم‌هاي اشترك زماني «ترمينال گنگ» بودند يعني همه پردازش توسط سيستم كامپيوتري اصلي انجام مي‌شد. پيشرفت‌هاي تكنولوژي ريزپردازنده در طول دهه 1970 اين اجازه را داد تا ترمينال‌هاي گنگ با ترمينالهاي هوشمند جايگزين شوند و با اين كار مفاهيم پردازش غير آنلاين و اشتراك زماني با هم ادغام شدند تا مزاياي هر دو تكنولوژي را روي يك سيستم بتوان به وجود آورد.

تكنولوژي ميكروپروسسور به سرعت پيشرفت كرد تا جايي كه در اوايل دهه 1980 كامپيوترهاي تك كاربرده كه «ايستگاه كاري» نام گرفته بودند به وجود آمدند و داراي قدرت پردازشي تقريباً برابر با «ميني كامپيوتر» بودند و با هزينه اندكي كاربر مي توانست آن را خريداري كند.

اين ايستگاه‌هاي كاري بعدها به عنوان ترمينالها در سيستم‌هاي اشتراك زماني مورد استفاده قرار گرفتند. در اين نوع از سيستم‌هاي اشتراك زماني حجم زيادي از عمليات كاربر مي‌توانست در ترمينال آن كاربر به خصوص اجرا نشود و در نتيجه اين امكان به وجود مي‌آمد كه كامپيوتر اصلي ميان تعداد زيادي كاربر به اشتراك گذاشته شود. در اين سيستم‌ها منابع به اشتراك گذاشته شده مثل فايل‌ها، پايگاه داده‌اي، كتابخانه نرم افزار و … روي كامپيوتر اصلي قرار داشتند. به اين سيستم‌ها، «سيستم‌هاي اشتراك زماني مجتمع» اطلاق مي‌شد.

سيستم‌هاي اشتراك زماني مجتمع كه در بالا به آنها اشاره گرديد يك محدوديت داشتند و آن محدوديت اين بود كه ترمينال‌ها تا وقتي كه از كابل‌هاي معمولي براي اتصال به كامپيوتر اصلي استفاده مي‌شد، نمي‌توانست در فاصله خيلي زيادي از كامپيوتر اصلي قرار داشته‌باشند.

همزمان با اين پيشرفت‌ها، در اواخر دهه 1960 در زمينه شبكه‌هاي كامپيوتري پيشرفت‌هايي حاصل شد و تا اوايل دهه 1970 ادامه داشت و دو تكنولوژي كليدي در ساخت و طراحي شبكه‌هاي كامپيوتري معرفي گرديد:

1-   تكنولوژي (Local Area Network)LAN

2-   تكنولوژي (Wide Area Network)WAN

با استفاده از  تكنولوژي LAN، كامپيوترهاي موجود در يك ساختمان و يا دانشكده به هم متصل مي‌شوند و مي‌توانستند اطلاعات را با سرعت تقريبي 10 Mbps با هم مبادله گنند. و در سوي ديگر تكنولوژي WAN قرار داشت كه كامپيوترهاي موجود در شهرهاي متفاوت و يا كشورها و يا قاره‌هاي جدا از هم به هم متصل مي شدند و مي‌توانستند اطلعات را با سرعت 56kbps با هم مبادله كنند.

اولين نوع از شبكه‌هاي محلي پرسرعت، اترنت بود كه در زيراكس پارك در سال 1973 به وجود آمد و اولين نمونه از شبكه‌هاي گسترده، آرپانت بود كه توسط دپارتمان گسترش دفاع ايالات متحده در سال 1969 درست شد. سرعت انتقال  اطلاعات در شبكه ها رفته رفته زيادتر مي شد تا اينكه در سال 1960 براي شبكه‌هاي محلي سرعت Mbps100 و براي شبكه‌هاي گسترده سرعت kbps 64 فراهم بود.

اخيراً در اوايل دهه 1990 يك پيشرفت عمده ديگر هم در تكنولوژي شبكه پديدار شد كه ATM نام گرفت. با استفاده از اين تكنولوژي مي توان شبكه‌اي خيلي سريع را بنانهاد به طوري كه مي‌تواند در شبكه‌هاي محلي و گسترده اطلاعات را با سرعت 1.2 گيگابايت در ثانيه انتقال داد. وجود اين گونه شبكه‌هاي انتقال داده‌اي پرسرعت به سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده اين اجازه را داده كه از يك كلاس جديد از برنامه‌هاي كاربردي، پشتيباني كنند. اين كلاس جديد كه برنامه‌هاي كاربردي چند رسانه‌اي نام گرفته‌اند، متشكل از تركيبي از داده‌هاي معمولي، صدا و تصوير هستند. اين مفهوم در شبكه‌هاي LAN و WAN غيرقابل تصور بود.

ادغام تكنولوژي‌هاي كامپيوتر و شبكه، در اواخر دهة 1970 به سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده اجازه تولد را داد.

مدل‌هاي سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده

مدل‌هاي گوناگوني براي ساخت سيستم عامل‌هاي توزيع شده استفاده مي‌شود. اين مدل‌ها را مي‌توان در حالت كلي به 5 دسته تقسيم كرد.

1-   ميني كامپيوتر

2-   ايستگاه كاري

3-   ايستگاه كاري- سرويس دهنده

4-   اشتراك پردازنده

5-   تركيبي

اين پنج دسته را به طور خلاصه شرح مي‌دهيم.

مدل ميني كامپيوتر

مدل ميني كامپيوتر يك بسط ساده از سيستم اشتراك زماني مجتمع است. يك سيستم محاسبات توزيع شده كه براساس اين مدل پياده شده است متشكل است از چند ميني كامپيوتر (مي‌تواند سوپر كامپيوتر بزرگ هم باشد) كه توسط يك شبكه ارتباطي به هم متصل شده‌اند. هر ميني كامپيوتر به طور معمول چند كاربر دارد كه به طور همزمان در سيستم ثبت شده‌اند. در اين نوع چندين ترمينال به ميني كامپيوتر متصل شده‌اند. هر كاربر كه در يك ميتي كامپيوتر ثبت شده است به ميني كامپيوترهاي ديگر دسترسي دور دارد. شبكه  به كاربر اين اجازه را مي‌دهد كه به منابع دور كه روي يك كامپيوتر جدا از كامپيوتري كه كاربر در آن ثبت نام كرده، دسترسي داشته باشد.

مدل ميني كامپيوتر در مواقعي استفاده مي‌شود كه نياز به اشتراك منابع با كاربران دور مورد نياز باشد.

آرپانت جديد، يكي از نمونه هايي است كه براساس مدل ميني كامپيوتر پياده سازي شده‌است.

مدل ايستگاه كاري

يك سيستم محاسبات توزيع شده كه بر پايه مدل ايستگاه كاري بنا نهاده شده متشكل است از چند ايستگاه كاري كه توسط يك شبكه ارتباطي به هم متصل شده‌اند. يك شركت و يا يك دپارتمان دانشگاهي ممكن است چندين ايستگاه كاري داشته باشد كه در يك ساختمان و يا مجتمع پخش شده‌اند. هر كامپيوتر مجهز به ديسك خودش است براي يك كاربر سرويس دهي مي كند.

هدف اصلي در مدل ايستگاه كاري اتصال ايستگاه‌هاي كاري توسط يك شبكه محلي پرسرعت است و به اين طريق ايستگاههاي كاري بيكار ممكن است توسط كاربراني كه ايستگاههاي كاري ديگر ثبت نام كرده‌اند براي انجام كارهايشان مورد استفاده قرار گيرند. البته اين كار در حالتي اتفاق مي‌افتد كه ايستگاه‌هاي كاري ديگر قدرت كافي را براي پردازش كارخود، در كامپيوتر خود را نداشته باشند.

پياده سازي اين مدل به آن سادگي كه در ديد اول به نظر مي‌رسد، نيست، چرا كه بايد چندين مساله را حل كرد. اين مساله‌ها به شرح زير هستند.

1-   سيستم چگونه يك ايستگاه كاري بيكار را تشخيص خواهد داد.

2-   چگونه يك پردازه براي اجرا از يك ايستگاه كاري، براي اجرا به يك ايستگاه كاري ديگر منتقل خواهد شد.

3-  براي يك پردازة خارجي، چه چيزي اتفاق مي افتد وقتي كه كاربري به يك سيستم بيكار كه در حال اجراي اين پردازه خارجي بود، ثبت نام كند.

براي مسائل 1و2 روش‌هاي ساخت يافته‌الي وجود دارد. ولي براي مساله سوم روش‌هايي ابداعي وجود دارد كه به اين شرح هستند.

1-  روش اول اين است كه به پردازه خارجي اين اجازه داده شود تا منابع ايستگاه كاري را با پردازه كاربري كه ثبت نام كرده به اشتراك بگذارد.

2-  روش دوم اسن است كه پردازه خارجي از بين برود. ولي يك مشكل به وجود مي‌آيد اين است كه پردازة ايستگاه كاري دور، گم مي‌شود.

3-   روش سوم مهاجرت دادن پردازة خارجي به ايستگاه كاري صاحب آن است و اجرا در آنجا ادامه خواهد يافت. پياده سازي اين روش مشكل است چرا كه سيستم بايد از مفاهيم مهاجرت فرايندها، پشتيباني كند.

مدل ايستگاه كاري- سرويس دهنده

مدل ايستگاه كاري، مدلي بر پايه ايستگاه‌هاي كاري شخصي بود كه در آن هر يك داراي ديسك و سيستم فايلي مخصوص به خود بودند. به ايستگاه هاي كاري كه داراي ديسك مخصوص به خود هستند « ايستگاه كاري ديسكدار» و به ايستگاه‌هايي كه ديسك مخصوص به خود را ندارند، «ايستگاه كاري بي‌ديسك» اطلاق مي‌گردد.

با ازدياد شبكه‌هاي پر سرعت، ايستگاه‌هاي كاري بي‌ديسك در محيط‌هاي شبكه زيادتر از ايستگاه‌هاي كاري ديسك دار مورد استفاده قرار  گرفته‌اند، كه اين باعث شده كه مدل ايستگاه كاري - سرويس‌دهنده، زيادتر از مدل ايستگاه كاري براي توليد و ساخت سيستم‌هاي توزيع شده مرد استفاده قرار گيرد.

همانطور كه در شكل قابل ملاحظه است سيستم‌هاي مبتني بر مدل ايستگاه كاري-سرويس‌دهنده، شامل چند ميني كامپيوتر و چند ايستگاه كاري هستند كه توسط يك شبكه ارتباطي به هم متصل شده‌اند. خيلي از اين ايستگاه‌هاي كاري، از نوع بي‌ديسك هستند ولي ممكن است بعضي از آنها از نوع ديسكدار باشند.

ذكر اين نگته مهم است كه وقتي از ايستگاه‌هاي كاري بي‌ديسك در شبكه استفاده مي‌شود سيستم فايلي كه توسط اين سيستم‌ها استفاده مي‌شود بايد توسط ايستگاه كاري ديسكدار پشتيباني شود. و يا اين كه بايد يك ميني كامپيوتر هم براي ذخيره سازي فايل‌ها در نظر گرفته شود. در اين مدل، ميني كامپيوترها براي اين مقاصد مورد استفاده قرار مي گيرند:

1-   يك يا چند ميني كامپيوتر براي پياده سازي سيستم فايلي

2-   ميني كامپيوترهاي ديگر براي ارائه سرويس‌هاي ديگر مثل سرويس‌هاي بانك اطلاعاتي و يا سرويس‌هاي چاپ.

از اين رو هر ميني كامپيوتر به صورت يك ماشين سرويس دهنده براي فراهم آوردن انواع متفاوت سرويس‌ها استفاده مي‌شود.

اين مدل داراي مزايايي نسبت به مدل ايستگاه كاري است كه به شرح زير هست:

1-   در حالت عمومي، پياده‌سازي آن ارزان‌تر و به صرفه تر است

2- از ديدگاه نگهداري سيستم، سيستم‌هاي بي‌ديسك بر سيستم‌هاي ديسكدار ارجحيت دارند (تعمير، پشتيبان‌گيري و…)

3- در مدل ايستگاه كاري- سرويس‌دهنده، از آنجايي كه همه فايل‌ها توسط سرور فايل مديريت مي‌شود، كاربران اين قابليت انعطاف را دارند كه بتوانند از هر ايستگاه كاري بدون توجه به اين كه كدام كاربرد درست ثبت‌نام كرده و كدام ايستگاه در دسترس است، استفاده كنند و دسترسي به اطلاعات در حالت كلي به يك صورت خاص انجام مي‌گيرد.

4- در مدل مذكور از روش درخواست- پاسخ براي استفاده از سرويس‌ها استفاده مي‌شود و پياده‌سازي اين روش به سختي پياده‌سازي روش مهاجرت فرايندها نمي‌باشد.

پروتوكل درخواست- پاسخ با عنوان مدل مشتري- سرويس دهنده در ارتباطات شناخته شده است.

5- كاربر ضامن زمان پاسخ است چرا كه سيستم براي اجراي فرايندهاي خارجي استفاده نمي‌شود.

مدل اشتراك پردازنده يا ائتلاف پردازنده

مدل اشتراك پردازنده نيازمند اين ملاحظه است كه در اكثر اوقات يك كاربر نيازي به قدرت‌پردازشي ندارد ولي در يك لحظه براي مدت كوتاهي ممكن است نياز به قدرت‌پردازشي خيلي بالا پيدا كند. بنابراين برخلاف مدل ايستگاه كاري- سرويس دهنده كه براي هر كاربري، يك پردازنده داشتيم در مدل اشتراك پردازنده، پردازنده‌هاي سيستم به هم پيوند مي‌خورند تا ميان كاربران وقتي كه يكي از آنها نيازمند پردازش شد به اشتراك گذاشته شود.

اين ائتلاف از پردازنده‌ها شامل تعداد زيادي از ريز كامپيوترها و ميني كامپيوترها هست كه به شبكه پيوند خورده‌اند.

هر پردازنده موجود در ائتلاف، داراي حافظه مخصوص به خود براي اجرا و بارگذاري يك برنامه سيستمي يا يك برنامه كاربردي و يا يك برنامه كاربردي از سيستم محاسبات توزيعي است.

همانگونه كه در شكل قابل مشاهده است در مدل ساده ائتلاف پردازنده‌ها، پردازنده‌هاي موجود در ائتلاف هيچ ترمينالي ندارند كه بطور مستقيم به آنها متصل شده باشد و كاربران از طريق ترمينال‌هايي كه بوسيله دستگاههاي خاصي به شبكه متصل هستند. به اين پردازنده‌ها دسترسي دارند. مثل ترمينال‌هاي X.

يك سرور ويژه كه سرور اجرا نام دارد، پردازنده‌هاي موجود در ائتلاف را در زمان نياز اختصاص مي‌دهد و در حالت كلي آنها را مديريت مي‌كند.

وقتي كه كاربري، كاري را براي اجرا تسليم مي‌كند، سرور اجرا، تعداد لازم از پردازنده‌ها را بطور موقت براي اجراي كار اين كاربر به وي اختصاص مي‌دهد.

در مقايسه با مدل ايستگاه كاري- سرويس دهنده، مدل ائتلاف پردازنده امكان استفاده بهتري از پردازنده‌هاي موجود در سيستم‌ محاسبات توزيع شده را فراهم مي‌آورد.

علت اين است كه در اين مدل همه قدرت‌پردازشي سيستم براي كاربراني كه در حال حاضر ثبت‌نام كرده‌اند قابل استفاده است در حالي كه در مدل ايستگاه كاري- سرور چنين چيزي صادق نيست چرا كه در مدل فوق‌الذكر ممكن است در بعضي از اوقات بعضي از ايستگاهها بيكار باشند ولي نمي‌توان از آنها براي اجراي كارهاي كاربران ديگر سيستم استفاده نمود.

مدل ائتلاف پردازنده براي برنامه‌هايي كه تعامل زيادي دارند زياد كارآيي ندارد مخصوصاً برنامه‌هايي كه از سيستم‌هاي گرافيكي يا پنجره‌اي استفاده مي‌كنند و اين همه به خاطر پائين بودن سرعت رسانه‌هاي انتقالي شبكه است. و براي اين كار مدل ايستگاه كاري- سرور مناسب‌تر است.

ائتلاف پردازنده‌ها

مدل تركيبي

فراتر از اين 4 مدل كه تشريح شد، مدل ايستگاه كاري- سرويس‌دهنده، مدلي است كه بيشتر از ديگران مورد استفاده قرار گرفته است. علت هم اين است كه بسياري از كاربران كارهاي تعاملي ساده‌اي را انجام مي‌دهند. براي مثال :

1- ويرايش

2- ارسال نامه الكترونيكي

3- اجراي برنامه‌هاي كوچك

اين مدل براي اين نوع كارهاي كوچك و ساده ايده‌آل مي‌باشد.

در محيط‌هايي مثل محيط‌هاي كاري كه گروههاي بزرگي از كاربران كه اغلب كارهايي را اجرا مي‌كنند كه نيازمند محاسبات حجيمي مي‌باشد، مدل ائتلاف پردازنده ايده‌آل مي‌باشد و مناسب‌تر از ديگر مدل‌ها است.

با تركيب اين دو مدل يعني مدل ايستگاه كاري- سرور و مدل ائتلاف پردازنده مي‌توان يك مدل تركيبي براي ساخت سيستم محاسبات توزيع شده استفاده كرد. مدل تركيبي بر پايه مدل ايستگاه كاري- سرويس‌دهنده ساخته مي‌شود ولي امكانات مدل ائتلاف پردازنده هم به آن اضافه مي‌شود.

در مدل تركيبي علاوه بر اجراي مؤثر كارهايي كه محاسبات سنگيني دارند، به كارهاي تعاملي تضمين پاسخ داده مي‌شود و روشي كه براي اين كار پيش گرفته مي‌شود اين است كه به اين كارها اجازه داده مي‌شود كه روي ماشين ايستگاه كاري محلي كاربر اجرا شوند.

با اين همه پياده سازي سيستم عامل توزيع شده بر پايه اين مدل، در مقايسه با مدل‌هاي ايستگاه كاري- سرور و مدل ائتلاف پردازنده، هزينه زيادي را لازم دارد.

چرا سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده رفته رفته موارد استفادة زيادتري پيدا مي‌كنند؟

براي اين سؤال مي‌توان دلايل زير را بيان كرد :

1- برنامه‌هاي كاربردي ذاتاً توزيع شده

2- اشتراك اطلاعات ميان كاربران توزيع شده

3- اشتراك منابع

4- نسبت كارايي/ هزينه بهتر

5- زمان پاسخ كمتر و توان عملياتي بالاتر

6- قابليت اعتماد بيشتر

7- توسعه‌پذيري و رشد مضاعف

8- انعطاف‌پذيري بهتر در مشاهده نياز كاربران

يك سيستم عامل توزيع شده چه است؟!

“ تنن با وم” و “ون رنس” سيستم عامل را به اين صورت تعريف كرده‌اند:

برنامه‌اي كه منابع يك كامپيوتر را كنترل مي‌كند و براي كاربران يك رابط و يا يك ماشين مجازي را فراهم مي‌آورد كه با استفاده از اين رابط استفاده از ماشين نسبت به حالتي كه ماشين “لخت” است مهمتر مي‌شود. بنابراين اين تعريف دو وظيفه اصلي يك سيستم عامل به شرح زير است:

1- فراهم آوردن يك ماشين مجازي براي كاربران كه برنامه‌ريزي توسط آن راحت تراز تعامل با سخت‌افزار زيرين است.

2- مديريت انواع منابع سيستم كه شامل موارد و كارهاي متفاوتي است. بنابراين ديد كاربران يك كامپيوتر از سيستم، رفتاري كه كاربران براي دسترسي به منابع مختلف سيستم دارند و راهي كه درخواست‌هاي منابع مديريت مي‌شوند، بستگي دارد به وسعت حوزة سيستم عامل آن كامپيوتر.

سيستم‌هاي عاملي كه بطور معمول براي سيستم‌هاي توزيع شده مورد استفاده قرار مي‌گيرند در حالت كلي به دو دسته تقسيم شده‌اند:

1- سيستم‌هاي عامل شبكه

2- سيستم‌هاي عامل توزيع شده

سه مشخصه اصلي كه براي تقسيم‌بندي اين دو گروه مورد بحث قرار گرفته‌اند به شرح زير هستند:

1- سيماي سيستم

2- استقلال داخلي

3- قابليت تحمل كاستي

بطور مختصر اين سه مشخصه را شرح مي‌دهيم:

1- سيماي سيستم : مهمترين مشخصه‌اي كه براي جداسازي ميان اين دو گروه به كار گرفته شده است سيماي سيستم از ديدگاه كاربران آن است.

2- استقلال داخلي : يك سيستم عامل شبكه بر پايه اجتماع سيستم عامل‌هاي موجود در شبكه به وجود مي‌آيد و كار آن حمل رابطه‌ها و تعاملات اعمال روي سيستم‌هاي دور و ايجاد ارتباط ميان آنها است در سيستم‌هاي توزيع شده استقلال داخلي يكي از مزاياي آن است و نبايد وجود يكي از اجزا وابسته به وجود ديگري باشد و ارتباطات عامل به وجودآورنده هستند نه وابستگي‌ها.

3- قابليت تحمل كاستي : يك سيستم عامل شبكه بايد قابليت تحمل كاستي را در حد صفر يا خيلي كم داشته باشد وقتي كه 10% از ماشين‌هاي سيستم توزيعي در شبكه خاموش هستند و حداقل 10% از كاربران نمي‌توانند به كار خود ادامه دهند.

تعريف زير از سيستم عامل توزيع شده توسط تنن باوم و ون‌رنس ارائه شده و در برگيرنده موارد بالا هست.

يك سيستم عامل توزيع شده، سيستمي است كه به كاربرانش مثل يك سيستم عامل مجتمع معمولي نگاه مي‌كند با اين تفاوت كه روي چندين پردازندة مستقل از هم اجرا مي‌شوند. مفهوم كليدي در اينجا، شفافيت است. به عبارت ديگر استفاده از چندين پردازنده براي كاربر ممكن است غيرقابل مشاهده باشد (شفافيت). و باز هم به عبارت ديگر كاربر سيستم را به صورت يك سيستم “تك پردازنده مجازي” مي‌بيند نه به صورت مجموعه‌اي از ماشين‌هاي مجزا. به سيستم‌هاي محاسبات توزيع شده كه از يك سيستم عامل شبكه استفاده مي‌كنند، “سيستم شبكه‌اي” اطلاق مي‌گردد و از سوي ديگر به سيستم‌هايي كه از يك سيستم عامل توزيع شده استفاده مي‌كنند، “سيستم واقعاً توزيع شده” يا به عبارت ساده‌تر “سيستم توزيع شده” اطلاق مي‌گردد.

مواردي كه در طراحي يك سيستم عامل توزيع شده بايد در نظر گرفت.

به دلايل مختلفي در حالت كلي طراحي يك سيستم عامل توزيع شده مشكل‌تر از طراحي يك سيستم عامل مجتمع است. در سيستم‌هاي مجتمع و در طراحي آنها چنين در نظر گرفته مي‌شود كه سيستم‌ عامل دسترسي به همه اطلاعات در مورد محيط اجرايي را دارد.

برخي از موارد كليدي در مورد طراحي سيستم‌هاي توزيع شده را مي‌توان به شرح زير ليست كرد :

1- شفافيت :

 - شفافيت دسترسي

-         شفافيت موقعيت

-         شفافيت پاسخ‌دهي

-         شفافيت كاستي

-         شفافيت مهاجرت

-         شفافيت جريان

-         شفافيت كارايي

-         شفافيت پيمايش

2- قابليت اعتماد :

 - پرهيز از كاستي

-         تحمل كاستي

-         تشخيص و استرداد كاستي

3- قابليت انعطاف :

- راحتي تغيير در ساختار

- راحتي در بهبود دادن

4- كارآيي :

 - دسته بندي كردن در صورت امكان

-         كاشه كردن هر موقع كه ممكن بود

-         كپي كميته از داده‌ها

-         ترافيك كميته شبكه

-         استفاده از روش موازي‌سازي بهينه براي چند پردازشي

5- قابليت توازن :

- پرهيز از موجوديت‌هاي مجتمع

-         پرهيز از الگوريتم‌هاي مجتمع

-         اجراي اكثر اعمال روي ايستگاههاي كاري مشتري

6- ناهمگن بودن

7- امنيت :

 - حصول اطمينان از دريافت پيغام

- حصول اطمينان از مبدأ پيغام

- تضمين صحت محتواي پيغام براي هر دو طرف

8- تشابه با سيستم‌هاي عامل موجود در حد معتدل

ضميمه و مراجع :

در صورت نياز به اطلاعات و توضيحات و مثال‌هاي بيشتر مي‌توانيد به اين منابع كه منابع اصلي در تهيه و تدوين اين مقاله مي‌باشند مراجعه كنيد:

1- سايت آقاي ويليام استالينگ   http://www.stallings.com/

a)      Operating Sytems Concepts and design William.stalling [Original] زبان اصلي

سيستم‌هاي عامل پيشرفته، دكتر مهرداد فهيمي، انتشارات جلوه

b)      Distributed Operating Systems Concepts & design Pradeep k. Sinha

IEEE Press [original] زبان اصلي      

c)      Operating Systems a modern perspective Gary Nut Second Edition [original] زبان اصلي     

تحقیق درباره روبوتها

هنگاميكه وظايف تغيير مي كند روبوتهاي طراحي جديد را مي توانند تغيير شكل يابند اما وضايف جديد را انجام دهند.

از روباتهاي زيبائي كه از جديدترين توليدات كارخانجات هستند. بيشتر بدانيم. چون آنها توسط برنامه ريزي هندسي بوجود آمده اند، جهان آنها شبيه خط توليد است. ليكن براي راه اندازي روباتهاي بيروني، جداي از نوع شهرها آن هر دو نوع حضوري و طراحي آن غير قابل پيش بني است در ايجا روباتهاي با قابليت تغيير بسيار با ارزش هستند زيرا آنها مي توانند وظايف متغير محيطهاي متفاوت را با خود وفق دهند. اين نوع روباتها از واحدهاي ساده دو تايي و چند تايي و داراي سيستم محيطي شكل گرفته اند و مي توانند تغيير شكل ايجاد نمايند.

تصور كنيد روباتي از زنجيره متصل به هم ساخته شده باشد اين نوع روبات مي تواند ماريپيچي حركت كند و توسط چرخش مانند تانك سيار حركت نمايد و سپس مجددا مدل خود را به نوع morph همانند عنكبوت برگرداند.

اين نوع روبات توسط زير و پالوآلتو در مركز تحقيقات كاليفرنيا ساخته و آزمايش گرديده است. در حقيقت مانند گذشته در 1994 وضعيت توانايي دانشگاه استراتفورد در كاليفرنيا ثابت گرديد. سيستمهاي اين نوع ممكن است براي روبات ها راه اندازي خودكار و بويژه درمحيطهاي الكترونيكي بسيار مفيد باشد. محققين نه تنها در مجموعه parc بلكه در دانشگاه جونيز هاپكينز و نيز در موسسه علوم صنعتي پيشرفته در تسكوباي ژاپن ونيز در برخي محيطهاي معتبر علمي اين خط توليد را امتحان كرده اند. سيستم  هائي كه آنها ساخته اند بطور اتوماتيك قابل تغيير بوده و هيچ كمكي از خارج دريافت نمي كنند.    

سه مزيت

روبوتهاي قياسي از دهها صد و شايد ميليون مدل ريز ساخته شوند. اينها مانند سلولها در بدن انسان در تعداد زياد و در نوع كم هستند. اين روبوتهارا سيستم  هاي n تايي مي نامند.

سيستم  هاي n تايي سه مزيت دارند: آزادي در حركت ، استحكام و ارزاني.

اين نوع روبوتها به راحتي در خيلي جهات گردش دارند و مي توانند همانند كودك انسان جابجا شوند. براي انواع نمونه اي با صدها مدل معمولا ميليونها شكل ممكن وجود دارد كه مي تواند براي وظايف مختلف بكار رود.

ظاهرا چرخش  و تغيير مدلهاي قبلي به نوع متحرك مانند پاي بچه ها نيست. براي داشتن سيستم  مفيد راه حلي را جهت پيچيدگي برنامه ريزي براي خيلي از انواع بايد طرح نمود. ليكن خيلي از برنامه هاي داده شده به سختي قابل اجرا است و اين شامل مدلهاي كنترلي ومشاركتي جهت كار موثرتر با يكديگر نيز مي شود.

استحكام آن بعلت تعداد كوچك نمونه هاي مدلي ديگر است. تشخيص واحدهاي آن و  جانشني آنها به جاي يكديگر فاكتور مهمي محسوب مي شود. اكثر آنها در خيلي جهات شبيه يكديگر هستند. مزيت اصلي كوچك بودن اين است كه هنگاميكه يكي يا بيشتر از يكي از مدلها دچار نقص شود انواع ديگر به تدريج كار آن را انجام خواهند داد.

در نتيجه چنين روبوتهائي استراتژي كنترلي خود را براي بخش آسيب ديده متمركز مي كنند. مزيت قيمت پائين آن ممكن است در وهله اول چندان به چشم نيايد. اين بخث قيمت ممكن است بستگي به اندازه ساخته شده آن داشته باشد. در اندازيه جاري 5 سانتي متر مدل ها شامل خيلي از اجزائي است كه به يكديگر متصل شده اند. چنانچه قيمت هر مدل به 1 دلار آمريكا كاهش يابد يك سيستم  كامل ممكن است نياز به ميليونها مدل داشته باشد.

تا كنون قيمت يك ميليون براي هر وسيله تعيين شده است بويژه اگر يك مدل آن بتواند وظايف متفاوت و مختلفي را اجرا كند.

روبوتهاي تركيبي بايستي بيشترين اثر را روي ميزان تحرك داشته باشند. تحقيقات نقشه هاي اخير اين ثابت كرده است. نياز به تعمير خودكار بايستي دقيقا با وضعيتهاي غير مترقبه مطابق باشد و اين وضعيت ممكن است كمي دشوار به نظر برسد، اگر چه غير ممكن نيست. قيمت حمل و نقل روبوت نيز بالاست. تحقيقات شهري و احتمال خطرات ساختماني مانند زمين لرزه يا بمب نيز به نوبه ها خود قابل توجه است.

تشريح روبوتهاي مركب:

روبوتهاي مركب يعني آنهايي كه از نوع زيراكس parc توسعه يافته اند روبوت زنجيره اي با شكلهاي جديد هستند. در حقيقت آنها به يكي سه شاخه روبوتهاي اشكال جديد تعلق دارند. اين روبوتها كه از هزار مدل ساخته شده اند داراي چندين عملكرد از جمله تغيير شكل، تغيير حركت وتغيير جهت هستند. انواع مختلف آنها به علت تغيير در قدرت رايانه اي قدرت باتريها و توانايي الكتريكي آنها است.

دو تا از رايجترين نوع آنها شامل G2 و G1V4 مي باشد. موتور نوع اول از دو نوع مدل تشكيل يافته است كه داراي شكل اتصال بشقابي است (شكل صفحه 3) اكثر اين عملكردها بستگي به قطعه آويزاني دارد. در نظريه اين گره ها و قطعه ها مكانهايي اصلي روبوت هستند. از لحاظ ساختاري هر قطعه داراي شكل مكعب بوده كه هر ضلع آن 5 سانتيمتر است دو اتصال بشقابي در هر ضلع به موتور وصل است و بطور الكتريكي و فيزيكي از آن تغذيه مي شود.

در هر بخش اتصالي 4 كانكتور الكتريكي وصل است. ؟ اتصالي از پروتكلي CAN استفاده مي كند.

از لحاظ تجزيه ساختاري هر اتصال مانند يك خانه است. در وسط آن سيم حافظه قرا دارد و بين دو شكل جانبي آن دو نوع دماي متفاوت وجود دارد. در اين مورد دريچه باز شده و مدل جزئي درون آن خارج مي شود.

اجزاي دروني هر روبوت تركيبي شامل پروسوسور 555 و 32 بيتي است كه در قسمت RAM بيروني قرار دارد. اين نوع ميكروپروسور تاكنون جمع بندي و سرهم نشده است. ليكن هدف تحقيق رسيدن به اهداف چندي است كه استفاده كامل اين نوع پروسور را توجيه مي كند.

G2 شامل دو  نوع سنسور وضعيتي براي مشخص كردن دو نوع اتصال بشقابي است. اولين ان سنسور موثر hall است كه ولتاژ كاهش يافته توسط مغناطيس جهت اندازه زوايه هاي موتور در چرخش 0.45 درجه را اندازه مي گيرد. اين ها همچنين براي ارتباط درون قطعات 30-w موتور Dc نيز كاربرد دارند كه مي تواند طوق چنبره اي موتور 4.5 را به حركت درآورد. سنسورهاي جانبي بر روي اتصال بشقابي تاثيري مستقيم دارد. آنها اساسا جهت كمك به دو نوع مدل قبلي ساخته شده اند ليكن مي توانند جهت كمك به روبوت در فضاي بسته نيز به كار روند. در شكل بعدي روبوتهاي تركيبي g3 قطعات و گره هاي با سنسورهاي حلقوي و محسوس مجهز شده اند كه در چرخش پائين دوربين Cmos قابل رویت هستند. اين سنسورها و دوربين ها به روبوت جهت اهداف چند گانه كمك كرده و با محيط آنها ارتباط تنگاتنگ دارند.

يك روبوت تركيبي G1V4 جهت نمونه هاي پيشرفته تر و متغير مورد استفاده قرار مي گيرد.

اين نوع روبوت فقط از يك نوع مدل تشكيل يافته است. بخاطر اينكه آنها نمي توانند بطور اتومات متوفق شوند بايستي با يكديگر و توسط دست متوقف شوند.

آنها توسط يك رديف باتري شارژ شده و داراي 8 بيت ميكروكنترل هستند.

روبوتهاي تركيبي به هيچ وسيله روبوت اشكال جديد محسوب نمي شوند. در سيستم  كنرو كه از مركز تحقيقات علمي در دانشگاه كاليفرنيا تغذيه مي شود، هر مدل شبيه ديگري بوده كه موتورهاي جزئي كه داراي زائده راست آويزان هستند توسط ميكروكنترل 8 بيتي كنترل مي شوند. اين مدلها با مدلهاي كناري از طريق برخوردهاي الكتريكي ارتباط برقرار مي كنند. علاوه بر اتصالهاي بشقابي، مدلهاي كونور داراي سه اتصال نرينگي در پايان گره و يك اتصال هادينگي در طرف ديگر گره مي باشند. سيستمي مانند اين مدل را به آساني مي توان شبيه درخت تصور نمود. همانند چرخش ساده ساختاري بوده ليكن بيش از يك چرخش نخواهد داشت.

برنامه ريزي روبوتهاي تركيبي

برنامه ريزي سيستم  هاي حركتي n بسيار مشكل است همانطور كه تعداد مدلهاي افزايش مي يابد پيچيدگي خيلي از وظايف كامپيوتري نمايان مي گردد. در اين زمان بعلت اينكه هر مدل داراي كامپيوتر مخصوص خود است منابع را يانه اي افزايش مي يابد ولي فقط در طول خط. پيچيدگي بيشتر در تعداد هر نوع مدل باعث تجزيه منبع نيرو به آنها خواهد شد. حلقه هاي درون طرقه حركت عقبي روبوت را محدود مي كنند. جهت جلوگيري از آشفتگي در كار سه تكنيك كنترلي مورد آزمايش قرار گرفته اند:

1- ميزكنترلي گيت 2- روش پيام رساني غير معمول 3- ساختار سلسله مراتبي

ميز كنترلي گيت حركت اوليه رايانه را براي برگشت به حالت قبل كنترل مي كند.

ساختار كنترلي طوقه باز با مكانيسم شكل suffic براي خيلي از امكانات طراحي شده است كه شامل حلقوي مارپيچ و عنكبوتي است. غالبا يكي از مدلها شامل مجموعه از از كنترلهاي گيت است كه براي دانلود نياز به بقيه مدلها دارند.

تا كنون علاوه بر نقاط ريز هيچ ميز كنترلي نتوانسته تمام امكانات گيت و اشكال مختلف آنرا كنترل نمايد. يك روبوت تركيبي شامل 10 جز و دو گره شامل صدها فاصله شكل دار است در حاليكه نوع 100جزئي همراه با 10 گره مي تواند داراي بيش ازميليون شكل باشد. بسته به نوع كاربرد يك روبوت شامل يك بخش ثابت وتعدادي بخش متحرك خواهد بود. توالي حركتها در روبوت باعث تغيير شكل آن شده و سپس در بخش ميز كنترلي گيت كنترل مي گردد. هر دو نوع تعمير خودكار و تبطبيق وظيفه توسط دست انجام مي شود. بنابر اين روبوت به خودي خود داراي شكل دلخواه خواهد بود اين چيزي است كه در تحقيقات Parc روي آن كار بسيار شده است.

در اشكال جديد برنامه ريزي چيزي كه بايد در اولويت قرار گيرد اين است كه چگونه مدلها نياز با اتصال دارند و سپس نيز به نقشه حركت براي رفتن به آن مكان دارند.

حداكثر كاري كه انسان مي تواند انجام دهد كشيدن شكل ثابت آن است كه اتصال آن در روي نقشه امكانپذير است. براي خطوط با زنجيره اجزا و جائيكه گره ها بايد باشند نياز به طراحي جديد است. تئوري گراف ابزارهاي لازم براي اين كار راتهيه مي كند.

دو نوع اوليه مدلهاي روبوت تركيبي كه در شكل نيز نشان داده شده بودند براي اين سيستم  ها مناسب هستند. اشكال جديد روبوتهاي تركيبي و ديگر انواع روبوتها در حال ساخت و صدور به بازار هستند. مثلا نسل بعدي روبوتهاي تركيبي G3 است كه توسط اصطكاك در بخش خودكار حركت مي كند و داراي100 مدل است.

انواع جديدتر از نوع G3 براي حركت اتوماتيكي و تغيير درجه حركت در طول مسير ساخته شده اند و در طول مسير شكل آنها تغيير مي كند، همانطور كه عملكرد نشان نيز تغيير مي يابد.

چشم انداز صدور اين نوع جديد روبوت و روبوتهاي پيچيده تر در بخش طراحي مهندسي PARC اميدوار كننده است و داراي سه مزيت خودكار، كنترل پيچيده و با صرفه بودن هستند. در آيند اميدوار به تطبيق راه حلهاي مشابه در روبوتهاي مدل دار خواهيم بود.

تحقیق درباره تكنيك نورپردازي در تلويزيون و سينما                

طيف الكترومغناطيس:

انرژي از بسياري منابع طبيعي ساخته دست انسان مي تابد. اين تابش الكترومغناطيسي به شكل حركت موجي و با سرعت غير قابل باور بيش از 186000 مايل در ثانيه از منابع گوناگوني مثل خورشيد، فرستنده هاي راديويي، مواد راديواكتيو و چراغهاي الكتريكي انتقال مي يابد. منابعي با ارتعاش نسبتا كند بيشتر امواج گرمايي را منتشر مي كنند. در حاليكه ارتعاشات بالاتر از مقياس تابش نافذتري مي سازند كه به نام اشعه ايكس مشخص شده است.

انرژي الكترومغناطيسي در پهنه بسيار وسيعي از دامنه فركانس، تقريبا از صفر تا بيش از  هرتز منتشر مي شود.

نور سفيد:

چشم دامنه قابل توجهي از روشناييها را كه تامين كننده نور سفيد براي ما هستند مي پذيرد اما دوربين قادر به اين سازگاري نيست.

براي شرح و مقايسه كيفيت رنگ منابع نور سيستمي به نام اندازه گيري هاي رنگ بنا شده است كه بر اساس مفهوم حرارت دادن يك تشعشع كننده بدنه سياه كامل و با توجه به توزيع طيفي نور منتشر شده از آن در دماهاي افزاينده بنا شده است. همه منابع نوري كاربردي را كه كيفيت طيفي مشابه دارند با وجود تفاوت عملكرد واقعي ما مي توان در همين دماي رنگ طبقه بندي نمود. دامنه طيف واقعي بسياري از روشنايي ها به نحو قابل توجهي متفاوت است مع هذا به عنوان نور سفيد پذيرفته مي شوند.

درخشش سطح:

برداشت ما از درخشش يك سطح تحت تاثير چند عامل غير مرتبطاست :

ا. نور تابشي كه شدت آن با قدرت و فاصله خود منبع نور و اينكه نور بخش شده يا به شدت جهت دار باشد و رنگ آن تغيير مي كند.

2.شكل سطح             3.ناحيه مرئي سطح                4.زاويه سطح

5.محيط، مايه و رنگي كه بصورت ذهني بر هم اثر مي نهند         6.وضوح سطح

7.جلوه هاي قطبي شدن نور.

مقدار نوري كه به سطح مي تابد و نسبت بازتاب نور را مي توان به دقت مقايسهكرد. محاسبات تنها مي تواند روش نورپردازي ما را هدايت كرد، اما حاصل تصوير را معين نمي كند.

 از لحاظ تكنيكي ما نگران كميت واقعي نوري كه از صحنه باز مي تابد هستيم و در نگرش هنرمندانه، دلمشغول درخشش آشكار مايه هاي تصوير و معنا و نقش آن در جلوه اي كه در پي آن هستيم. اگر ناحيه اي چنان مقدار ناچيزي از نور را بازگرداند كه درون دامنه نوردهي سيستم نگنجد به عبارتي پايين ترين محدوده هاي نوردهي قرار گيرد مقادير متفاوت پايين شبيه هم ظاهر شده و اگر همجوار باشند در همديگر آميخته مي شوند. عيوب فني محتمل عبارتند از پيدايش نواحي مه آلود و تيره با مايه هاي يكنواخت در عكاسي و تلألوهاي جعلي كه مايه هاي تيره تر را پر مي كند و نيز نورهاي شديد همجوار متداخل مانند حاشيه هاي پارازيتي و لكه هاي شج مانند در تصاوير تلويزيوني.

برداشت بيننده از درخشش سطح ممكن است بوسيله كيفيت نور تابيده به موضوع تحت تاثير واقع شود. شكل و پرداخت سطح مي تواند اثري قابل توجه بر درخشش آشكار آن داشته باشد. اگرچه درخشش سطح هموار، به محضي كه نسبت به نور در زاويه قرار گيرد مي تواند بطور مشخص تغيير كند. وقتي كه سطوح گوناگون يك موضوع زواياي مختلفي نسبت به منبع نور مي گيرند، هرگونه نور رساني در سطح جلوه اي كلي بر درخشش سطح دارد.

قطبي شدن:

نورعادي با حركت موجي، در سطحي عمود بر راستاي انتشار، در همه جهات مرتعش مي شود. صافي قطبي نشان چند كاربرد عملي دارد: اولا انعكاسهاي ناخواسته نور از روي آب و شيشه را كه مانع از رويت اشياي پشت آنهاست حذف مي كند يا كاهش مي دهد. ثانيا زبانه هاي نور، انعكاسها و نقطه هاي نوراني سطوح براق را كنترل مي كند. ثالثا وسيله اي مي شود براي ايجاد مايه هاي آسماني تيره شده. همه اين كارها را صافي قطبي ساز بدون تغيير اساسي در كيفيت رنگ، اما با كاهش نوري به مقدار   تا  انجام مي دهد.

سطوح رنگي و نور رنگي:

هنگام برخورد نور با بيشتر سطوح، بيش از نيمي از نور جذب مي شود و به شكل حرارت درآنها از بين مي رود بنابراين در هر دماي متغيري از طيف باز مي گردند كه ما آن را بعنوان رنگ ويژه آن سطح خاص مي شناسيم.

به بيان صريح تر، رنگ موثر سطح توسط قدرت واكنش چشم به رنگ  و كيفيت رنگ نور تابشي تحت تاثير قرار مي گيرد. نور تابشي طبيعي دامنه رنگ محدودي دارد كه اساسا از پراكندگي نور ناشي از رطوبت و غبار اتمسفر بدست مي آيد و آسمان را آبي و غروب را روشن و زنده مي سازد.

نور قوي باز تابيده از سطوح نزديك، بسته به جذب انتخابي آن مي تواند به رنگ معيني در آيد، به همين دليل است كه چهره گاه با نور زرد پارچه، سبزي شاخ و برگ درختان، و يا قرمزي بدنه اتومبيل روشن مي شود. با استقرار مواد رنگي در قابهايي در جلو منابع نور مي توان نور رنگي ايجاد نمود. همه اين مواد ژلاتيني بازده منبع نور را تقليل مي دهند اما جلوه هاي مرئي آن كه توسط آن ها حاصل مي شود بستگي دارد به رنگ انتخابي، دماي رنگ و شدت نور چراغ، رنگ هاي سطحي كه نور آن ها رو روشن مي كند و خصيصا رنگ فيلم يا سيستم تلويزيوني. هنگام تابش نور رنگي به سطحي رنگي جلوه حاصل به پوشش طيفي نسبي آن ها يعني به روشنايي و خصايص جذب نور سطح بستگي دارد.

تركيب رنگ سه رنگي:

دو سيستم عمده تركيب رنگ موجود است: تركيب جمعي مربوط به نور رنكي است و زماني است كه براي ساختن تركيب نور جديدي احساس يك رنگ با رنگ ديگري مي آميزد. نورهاي اصلي كه بطور ثابتي بكار مي روند عبارتند از قرمز، سبز، آبي. تركيب تفريقي زماني صورت مي گيرد كه جلوه رنگي حاصل از فرايند جذب انتخابي بدست آيد.

وقتي نور به سطحي مي تابد چشم تنها بازتاب باقيمانده نور را، اعم از اينكه سطح با رنگ روغن، رنگ رنگرزي، جوهر يا رنگدانه نگ آميزي شده باشد، بعد از فرايند تفريقي به آن مي بيند. پديده تفريقي را هنگامي ناظر هستيم كه نور از سطحي وسيع، كه با رنگدانه هاي سبز يا قرمز رنگ شده باشد، منعكس شده است.

چشم و جهان مرئي:

چشم انسان اغلب به دوربين شبيه است.در چشم نيز مثل دوربين مقدار نور وارد شده توسط عنبيه كنترل مي شود و تصير صحنه بوسيله عدسي بر روي صفحه اي حساس به نور كانوي مي شود. دوربين نيز به شيوه اي ديگر گزينشي است. دوربين صحنه را به قطعات مستطيل شكلي تقسيم مي كند كه موضوع ها در آن ها به شكل متفاوتي كانوني شده اند. چشم بطور لحظه اي برروي يك سلسله نقاط جدا از هم متوقف مي شود و با چرخشي سريع از يكي به ديگري، آن ها را بطور فضايي به هم مربوط مي سازد. دوربين نيز مي توند با چرخشهاي افقي و عمودي، حركت تعقيبي يا زوم، موضوع ها را به طرق فضايي به هم مرتبط سازد.

تطابق درخشش:

وقتي كه چشم محيط را بطور سريع و نقطه به نقطه مي بيند، در نقاط تثبيت متوقف مي شود، هرتوقفي، هر چند كوتاه به حد كافي طولاني است تا چشم خود را با درخشش آن نقطه تطابق دهد. اگر در محيط حركت كنيم تطابق چشم گوناگونيهاي مقدار نور و تضاد را كه دوربين ضبط مي كند و نور سنج قادر به محاسبه آن هاست نوارني مي دارد.

پديده هاي ثبات:

پديده ثبات مرئي تقريبي شكل هاي متعددي پيدا مي كند. از آن جمله: ثبات اندازه تقريبي، قوه اي است كه مانع از اين مي شود كه ما اشياي دور را علي رغم كوچكي ديده شدنشان كوچك بدانيم بلكه آن ها را فقط اشيائي در دوردست تعبير مي كنيم. ثبات درخشش تقريبي، مارا قادر مي سازد كه با ديدن قطعه اي كاغذ سفيد حتي اگر شدت نور تابيده بر آن از روشنايي سطحي خاكستري نيز كمتر باشد فورا به آن رنگ بشناسيم.

ثبات رنگ تقربي كه جلوه اي طبعي است. ثبات شكل تقريبي كه ما را قادر به تعبير شكل هاي شناخته شده هندسي مي سازد بر اين اساس بيضي ممكن است به دايره تعبير شود و از سطوحي با زوايه حاده زاويه قائمه استنباط گردد.

ارزيابي رنگ:

وقتي نتوان منبع يك نور رنگي را به درستي ديد چشم تمايل دارد رنگي را كه آشكارا تغيير يافته است واقعي فرض كند. حتي وقتي كه اين جلوه به طور متناقضي بوسيله گريم آبي و نور سفيد ايجاد شده باشد. نور را به رنگ آبي تعبير مي كنيم و نه صورت را، مگر اينكه كليدهاي مرئي ديگري در دست باشد. چشم ممكن است با نور اصلي تطابق يابد و آن را سفيد ملاحظه كند و رگ هاي ديگر را به غلط غير عادي تعبير كند. كيفيت نور نيز بر اشباع رنگ آشكارا اثر مي گزارد، نور سخت جلوه اي اشباع شده تر، تضادي تر، و رنگمايه اي درخشنده تر و زنده تر ايجاد مي كند. جهت نور نسبت به نقطه ديد نيز به درخشش و اشباع موثر تاثير مي گزارد و اين امر در مورد نور جلو بيشتر صدق مي كند تا براي نور اريب و نور جانبي.

حافظه رنگ:

اگرچه قدرت به خاطر سپردن رنگهاي خاصي را مي توان با تمرين بهبود بخشيد اما در هر حال قدرت حافظه رنگ انسان غير قابل اتكاست. ما رنگ ها را چنانكه در نور روز هستند البته اشباع شده تر و گرم تر از اصل آن ها به خاطر مي آوريم. معمولا يك صحنه روشن را روشن تر و يك صحنه تاريك را تاريك تراز آنچه بوده به خاطر مي سپاريم.

3.اصول اساسي نورپردازي:

ادراك و گزينش:

بيشتر ما جهان اطراف خود را فقط با نيمي از يك چشم مي نگريم. به تاثيرات آن واكنش نشان مي دهيم اما ه ندرت به موشكافي و بررسي دقيق جلوه هاي آن مي پردازيم. نور پديده اي است كه از جانب ما بطور طبيعي و بديهي پذيرفته مي شود. توجه مارا با نمايش جلوه اي به خود معطوف مي كند، وابستگي ما را به سويي مي كشد، حالتي خاص در ما مي آفريند، زمان خاصي را القا مي كند و ... . بسته به چگونگي نورپردازي، مي توان در نمود موضوعي دخل و تصرف انجام داد.

خصايص اصلي نورپردازي:

كيفيت نور: كيفيت نور بيش از هر چيز به ماهيت منبع آن مربوط مي شود. بين نور سخت سايه ساز و نو نرم پراكنده بدون سايه آميزه هاي بيكراني موجود است.

نور سخت، قدرتمند و قاطع سايه هاي قوي و مشخصي را ايجاد مي كند. اين نور سطوح خارجي و بافت سطح را آشكار مي سازد. كاملا جهتدار است بنابراين مي توان آن را محصور كرد عملكرد نور سخت در هنگام نورپردازي يكسان است.

نور نرم: در طرف ديگر انواع نور، با نور نرم سر و كار داريم. روشنايي پراكنده بودن سايه ممكن است هم از آسمان تيره ابرآلود حاصل شود و هم از يك حباب فلورسنت سقفي، و يا از منبع نور سختي كه به وسيله مواد پخش كننده نور پوشيده شده باشد به دست مي آيد. نور منبعي تا دهانه بزرگ مانع از نمود بافت شده و جزئيات نواحي سايه اي را بدون خلق سايه هاي زياد و روشنايي تند آشكار مي سازد.

جهت نور: جهت نوري كه به موضوع مي تابد بيشتر به نقطه ديد ما مربوط مي شود تا به جهت اشاره موضوع.

نورپردازي از مقابل:

هر چقدر نور به محور عدسي دوربين نزديك تر باشد، نمود موضوع از اين نقطه ديد تخت تر مي شود. هم برجسته نمايي و هم بافت سطح بوسيله نوري كه از روبه رو مي تابد از بين مي روند.

نورپردازي از جلو مي تواند از ايجاد اغتشاش و سايه هاي نالازم جلوگيري كند يا برجسته نمايي ناخواسته را كاهش دهد. اين امر مارا قادر مي سازد تا چهره ها را جوان تر بنمايانيم، چين و چروكها و برآمدگيها را پنهان سازيم و ... . به طور كلي سطوحي كه ر مقابل پرتو نور واقع شده اند درخشنده تر هستند اگر سطحي بازتاب شديد داشته باشد نور كاملا از مقابل به طرف عدسي دوربين باز مي گردد.

نور جانبي يا پهلويي:

اگر موضوع مثل سطحي مستوي كاملا تخت باشد از لحاظ نظري نور كاملا ناديده مي ماند اگرچه هر برآمدگي در زاويه قائمه نسبت به آن سطح به نحو درخشنده اي نور مي گيرد. وقتي نور هنوز كاملا به وضعيت جانبي در نيامده است به تمام يا بخشي از سطوح مقابل ساييده مي شود. مسطح ترين بافت ها هم با نور جانبي به شدت شكل مي گيرند و ماهيت سطوحي مثل سنگ ساختماني، پارچه، رگه هاي چوب و ... آشكار مي شود.

سايه:

سايه ها هم از نبود نور ناشي مي شوند. اما خاستگاهشان چند وجه دارد. گاه به سايه هاي جعلي بر مي خوريم كه در حقيقت يا نواحي نور نخورده اي در بين دو ناحيه روشن اند يا در حاشيه پرتوهاي نور جايي كه نور كاهش مي يابد. ايجاد سايه هاي مصنوعي را قلم مو و رنگپاش بهتر از اين است كه از سايه هاي به شكل واقعي استفاده كنيم يا براي حذف آن ها نور را بكار گيريم و نيز بهتر است از سايه هاي متعدد سر در گم كننده منابع نوري كه در هم تداخل كرده اند اجتناب كنيم زيرا برجسته نمايي آشفته كننده جلوه نمايي را كاهش مي دهد.

كاركرد هاي نور:

نور كاركرد هاي زير را دارا مي باشد:

1.      جهت دادن توجه به نواحي خاص، برجستگي بخشيدن به جنبه هاي ويژه و تضعيف بقيه.

2.      آشكار كردن شكل دو بعدي و سه بعدي، ايجاد توهمي از حجم، خطوط مرزي، اندازه و نسبت ها.

3.      معرفي محيط، نمايش پيرامون موضوع ها، ارتباطات فضايي، مقياس ژرف نمايي.

4.      هويت بخشيدن به موضوع و پيرامون آن، نمايش حالت، جو، زمان.

5.      پرورش ارتباطات تركيب بندي، پرورش و وحدت بخشيدن به نسبت هاي سايه اي.

6.      ابقاي تداوم بصري عوامل بالا.

7.      پاسخگويي به الزامات فني سيستم.

فرايند نورپردازي بينايي:

نور اصلي: در نورپردازي موضوع، اولين گام استقرار نور اصلي است. اين نور اصلي چه در جهت و چه در رويارويي با جلوه هاي نورهاي ديگر، معمولا بايد مسلط باشد. اين چراغ اصلي به سادگي مي تواند اثر چراغ ديگر را با كاهش بر جسته نمايي آن، يا با خلق سردرگمي ناشي از سايه ها، خنثي سازد. نور اصلي معمولا در جلو و در زاويه اي نسبت به محور دوربين قرار مي گيرد. اين چراغ سايه هاي اصلي را ايجاد مي كند و شكل صورت بندي سطح، و بافت را آشكار مي سازد و عمدتا ميزان نوردهي را تعيين مي كند.

نور تلطيف كننده:

نور نرم بي سايه اي است كه هم براي كاستن از خشونت و تندي سايه نور اصلي و هم براي آشكار ساختن جزئيات سايه به كار مي رود. اين نور تلطيف كننده به طور آرماني نبايد تغييري در ميزان نوردهي دهد، سايه جعلي خاص خود را ايجاد كند و جلوه نور اصلي را خنثي كند.

نور پشت:

نوري است كه از پشت سر به موضوع مي تابد. نوري به طرف دوربين. نور پشت چهار هدف عمده دارد:

1.   خطوط جانبي بخشي يا كل موضوع را مي نماياند، و حاشيه اي با مايه متفاوت به وجود مي آورد كه آن را از پس زمينه جدا مي سازد.

2.      لبه هاي موضوع را شكل مي بخشد و خطوط موازي لبه ها را آشكار مي كند.

3.      مناطقي را كه در سايه نور اصلي واقع شده و بطور نارسا توسط نور تلطيف كننده آشكار شده اند روشن مي سازد.

4.      نور پشت مي تواند جزئيات اشياي نيم شفاف و نقوش تور بافت را آشكار كند.

4.ابزارهاي نورپردازي:

اجسام پرتو افكن:

لامپهاي تنگستن:

لامپ تنگستنمرسوم و مشتقات پرقدرت حرفه اي آن حقانتخاب بسيار وسيعي را از حيث ظرفيت قدرت در گستره اي از لامپهاي چند واتي تا انواع 20 كيلو واتي عرضه مي كند. چون لامپهاي تنگستن داراي معايبي هستند آنها رتا براي مقاصدي كه كمتر بحراني هستند بكار مي برند.

لامپهاي پرسو شونده:

لامپهاي پرسو شونده قادرند كاري تقريبا ناممكن را به كاري عملي تبديل كنند. طول عمر اين لامپهاي دورنمايي نامعين است. با استفاده از ترانسفورماتور كاهنده يا بستن لامپها به صورت موازي مي توان تا حد قابل ملاحظه اي بر طول عمر لامپ افزود. بدين طريق بر طول عمر لامپ افزوده مي شود.

لامپهاي دوفيلاماني:

لامپهاي تنگستن هالوژن براي چراغهاي لكه اي فرنل با دوفيلامان منتقل در دسترس هستند. اين فيلامان ها را مي توان باهم يا جداجدا روشن كرد. اين خصوصيات بطور موثر منبع نور با قدرت زياد و منبع نور با قدرت كم را در يك محفظه تامين كرد. بنابراين اگر شدت نورها با دوفيلامان بيش از حد نياز باشد براي بدست آوردن نور با شدت كمتر و كلوين بالا مي توانيد هر يك از دوفيلامان را به طور جداگانه روشن كنيد.

قوس زغالي:

قوسهاي زغالي با ولتاژ پايين و جريان برق شديد براي ايجاد نور با شدت زياد و كيفيت رنگي ممتاز در استوديو هاي سينمايي توسعه يافته اند. قوس زغالي كه منبع نور نقطه اي بسيار تمركز يافته اي است روشنايي پاكيزه بسيار واضحي با برجسته نمايي نمايش بافت و شكل بندي سايه بسيار بالا بوجود مي آورد.

متعلقات نور-دستگاههاي نورافكن:

ساده ترين وسيله نور، لامپي با حباب ساده است بر روي يك گيره يا پايه، اين وسيله براي كاربرد معمولي بسيار ناكارامد و آسيب پذير است، در عوض براي جمع آوري و هدايت مجدد نور در يك جهت نوعي بازتابه لازم است. در برخي از دستگاههاي نورافكن حفاظي نوري نصب يم شود كه شعله هاي مستقيم نور لامپ را بريده و آنهارا در مسير عكس به طرف بازتابه هدايت مي كند در نتيجه منبع نوري كه اندكي نرم تر و عريض تر است به وجود مي آيد.

چراغ داراي نور پراكنده:

روشنايي بدون سايه مستلزم منبع نوري است با نور متفرق و غير مستقيم و بنابراين لوازم نورپردازي منفرد فشرده مي تواند روشنايي نرم شده را تامين كنند و نيز مي توان نور را متفرق كرد. هر چه منبع نور نرم بزرگتر باشد نور آن پراكنده تر خواهد بود. منتهي تا حدي كنتر نشده بر روي كل صفحه گسترده خواهد شد.

نورپردازي با لامپ مهتابي:

لامپهاي لوله اي مهتابي كارآيي بالاتري نسبت به لامپهاي تنگستن دارند، از نظر اقتصادي مقرون به صرفه هستند، عمر بيشتري دارند. مي توان به صورت گروهي از آنها رديف نور نرم به وجود آورد.

اين منابع نور غالبا در استوديو هاي كوچك تلويزيوني استفاده مي شود. اما نواقصي نيز دارند نظير پايين بودن ميزان نور، بزرگ بودن منبع نور، گسترش نور به صورتي كه موضعي كردنش دشوار است و نيز كيفيت مختلف براي بازسازي مطلوب رنگ مناسب نيست.

از جمله وسايل ديگري كه به عنوان نورافكن مي توان استفاده كرد مي توان چراغهاي لكه اي فرنل-چراغهاي لكه اي براي مقاصد خاص و لوازم نور نرم جلو باز را نام برد.

چراغهاي دستي:

در قسمت اساسي تجهيزات فيلمبرداري دستگاههاي نوري هستند كه برا روي دست حمل مي شوند. براي جمع آوري الكترونيكي اخبار، فيلمهاي خبري، فيلمبرداري فيلمهاي مستند مورد استفاده قرار مي گيرند. از جمله چراغهاي سبك كه قابل حمل روي دست هستند مي توان چراغ لكه اي كوچك بدون عدسي با بازتابه خارجي، چراغ داراي بازتابه داخلي، لامپهاي يدتوبسته و لامپهاي PAR را نام برد.

چراغهاي روي دست در موارد زير استفاده مي شود:

1.      در جايي كه آرايش نور بالبداهه است.

2.      جايي كه محوطه محدود است

3.      جايي كه حركت پر جنبش را با تسهيلات بسيار محدود نور مي دهيم

4.   جايي كه همه نور موجود بايد فقط روي محوطه هايي كه در نما ديده مي شوند متمركز شود و همراه حركت دوربين حركت داده شوند.

پايه هاي چراغ:

براي اينكه قدر باشيم چراغ ها را در هر موضوع انتخاب شده اي با استواري و ايمني نگه داريم و زاويه، جهت تابش و پوشش آن ها را به دقت تنظيم كنيم بايد از سيستمهاي نظير سيستم هاي آويختن چراغ، پايه هاي اساسي چراغ، پايه هاي نورپردازي، چراغ هاي كفي، ميله هاي نصب چراغ كه هر يك در جاي خود كاربرد خاصي دارد استفاده نمود.

5.چهره پردازي ساكن (ايستا)

چهره پردازي بخش عمده اي از كل كار عكاس را تشكيل مي دهد در مطالعه نورپردازي احتمالا بيش از هر مورد ديگري سزاوار توجه است. چهره پردازي گرايش عاطفي تماشاگر را تحريك مي كند. چهره پردازي بايد متناسب با وضعيتي خاص باشد. نورپردازي چهره به نحو درخشاني انجام مي شود و تصاوير جالب و جذابي مي سازد. در سينما براي كسب بهترين جلوه، چهره را در نماي نزديك، به شيوه اي كاملا متفاوت با همان چهره در نماهاي دور نورپردازي مي كنند.

عيوب نورپردازي چهره:

نورپردازي چهره معايبي را نيز به دنبال دارد. روشنايي تند بر نوك بيني باعث ايجاد جلوه بيني حباب مانند يا سر بالا مي شود و روشنايي تند در كنار بيني باعث جلوه بيني شكسته يا تغيير شكل داده مي شود. نور اصلي سراشيب چشم تاريك ايجاد مي كند و چشم را گود افتاده و چهره را جمجمه مانند نشان مي دهد. اگر ابرو  با نور پهلو يا پشت روشن شده باشد چشم تاريك ايجاد مي شود. نور بيش از حد بر روي مو، جلوه كرك مانند، پر زرق و برق و بسيار درخشنده دارد. اگر نور پشت بسيار شديد يا بسيار سراشيب باشد گوش از بقيق اجزاي صورت مجزا مي شود و نيمه شفاف نمود پيدا مي كند و يا بالاي آن بسيار روشن ديده مي شود. نور شديد در اجزاي ديگر صورت نظير چانه و پيشاني نيز معايبي را ايجاد مي كند.

6.روش چهره پردازي در حال حركت

در تلويزيون و سينما، آرايش نور بايد به خوبي باشد كه علي رغم حركت موضوع و دوربين جلوه صحنه تداوم داشته باشد. اگر حركت تند يا زياد باشد بر جنبه نمايي ضعيف چهره ممكن است ناديده بماند اما با آرام شدن موضوع مي توان اصول چهره پردازي ساكن را بكار گرفت.

نورپردازي نواحي حركت:

براي نورپردازي موضوعات متحرك شيوه هاي متعددي وجود دارد. همه اين روش ها از اصل مثلث نور منشا مي گيرند. اين تكنيك نوعي نورپردازي موضوعات متحرك به شرح زير است:

1.      نورپردازي سراسري با روش مثلث نور

2.      نورپردازي ناحيه اي با رونور اصلي

3.      نور نرم جلو همراه با نور پشت سه چهارم برجسته نما

4.   نورهاي اصلي جانبي كه شامل نور سختي كه در امتداد اضلاع دكور مي تابد و نور اصلي و پشت را فراهم مي كند همراه با نور نرم پراكنده اي از جلو مي شود

5.      نواحي متمركزي كه با روش مثلث نور نورپردازي شده اند.

روش هاي نورپردازي حركت:

در نورپردازي سينما و تلويزيون براي انطباق نور با حركت تك تك افراد چند روش وجود دارد:

1.   ممكن است اختلاف دو نورپردازي به نظر ما مزاحم نباشد، ممكن است نوري براي يك وضعيت بهتر باشد اما نور ديگري براي آن تنها مناسب به نظر برسد.

2.      مواضع ممكن است آن قدر از هم جدا باشد كه بتوان روش نورپردازي مجزا را بكار برد.

3.      يك آرايش دو قلوي از قبل پيش بيني شده ممكن است براي هر دو موضوع به يك نسبت مناسب باشد.

4.      ممكن است چراغ ها وظايف دوگانه اي داشته باشند.

5.      مي توان يك چراغ مكمل اضافي، احتمالا با توازن مجدد را براي بهبود كيفي وضعيت جديد بكار برد.

6.      مي توان براي اصلاح وضعيتي خاص، نور اصلي بكار برد.

7.      مي توان نور تلطيف كننده پر قوس را، احتمالا با توازن مجدد به عنوان نور اصل بكار گرفت.

8.      مي توان چراغهاي موجود را مجددا متوازن كرد و به آنها اهميت نسبي متفاوتي بخشيد.

9.      بهتر است كه وضعيت چراغ ها را با قطع سريع و يا با تداخل آرام تغيير دهيم.

طبيعت بيجان:

در نورپردازي مواد و موضوع هاي آشنا، به خصوص لازم است كه خود را به ديدن چيزي كه واقعا وجود دارد هدايت كنيم نه به چيزي كه فرض كرده ايم موجود است. نبايد جزئيات را با نظر اجمالي هميشگي كه فكر را به تجاهل مي كشاند بنگريم. در آشكار كردن موضوع، نور برداشت ما را از اندازه، واصل و ارتباطات سطوح تحت تاثير قرار مي دهد.

تمركز دادن به توجه:

يك پس زمينه مناسب نه تنها توجه را از موضوع اصلي منحرف نمي سازد بلكه به آن سوق مي دهد. بعضي اوقات لازم است از سطوحي خالص، نيم روشن، بافت دار يا اندوده شده استفاده نمود. موضوع را بايد در ارتباط با زمينه و موضوع هاي مجاورش در نظر بگيريم. توجه بيننده بيشتر از هر چيزي به جزئيات جذب كننده نزديك جلب مي شود. نور و تركيب بندي بطور جداگانه توجه را به خود جلب نمي كنند.

نورپردازي مواد معمولي:

در نورپردازي مجموعه هاي كوچك، شكل عمده عبارت است از تمركز دادن نور براي قطعي يا جزء به خصوص، بدون سايه سازي ناخواسته نمود بافت موضوع را كاهش ندهد و نورهاي مفرط مزاحم ايجاد نكند.

در نواحي پهن تر موضوع اصلي عبارت است از تعداد و قدرت چراغ هاي مورد نياز و متناسب بافت ها و شكل هاي گوناگون و يافتن شيوه اي براي استعداد چرخ ها كه هم موثر باشد و هم خود ديده نشود.

8.نورپردازي برانگيزنده:

نامحسوس بودن نورپردازي:

فضا مفهومي فريب آميز است. مي توان در نماي قدرتمند جالبي با مايه تاريك كه از يك نور جانبي دقيقا مستقر شده به دست آمده باشد به آن دست يافت. اين امر همان خصيصه خود زداينده توهم تصويري است.

 مدير نورپردازي مثل همه افراد به كار شكننده وانمود سازي مي پردازد و هر چه موفقيت او بيشتر باشد حاصل كارش كمتر به چشم مي آيد. بخشي از هنر مدير نورپردازي آن است كه فاصله بين چيزي را كه در مقابل دوربين وجود دارد از يك سو، و تعبير تصويري آن را كه استحاله حساب شده و مستلزم پيشبيني خلاق متكي بر تجربه است از سوي ديگر حذف كند.

سبك نورپردازي:

تجسم جهان سه بعدي در تصويري تخت به شيوه هاي زير انجام مي گيرد:

1.   ضد نور: به طور كلي بر خطوط مرزي موضوع اتكا مي كند و رنگ، مايه، بافت و برجسته نمايي سطح موضوع را به كلي حذف مي كند.

2.   روشن ساز: اين روش توجه را به خطوط مرزي، رنگ سطوح و جزئيات معطوف مي كند اما با فرم حجمي موضوع ارتباط ندارد. در اين روش جزيات سطح و رنگ غلبه دارند.

3.   سايه روشن: آشنا ترين سبك تصويري است در اين روش تاكيد بر القاي احساس از حجم و عمق است و با كنترل دقيق درجه بندي مايه ها، درخش سطوح دو بعدي، تفكيك مايه ها و سايه بندي به دست مي آيد.

چگونگي برخورد با روش تصوير سازي:

روش نورپردازي داراي شكل متنوع و جالبي است. اين روش ها را مي توان به صورتي تقريبي دسته بندي كرد كه عبارتند از: روشن سازي سراسري و حجم نما، واقعگرايي كه شامل تقليد مستقيم و تقليد غير مستقيم است و فضاسازي كه طبيعي، تزئيني و انتزاعي است.

هدايت توجه:

نور به ما كمك  مي كند تا چشم تماشاگر را به نقطه اي كه ميل دارمي بكشانيم و نگاه كردن به جهتي خاص و توجه كردن به جزئياتي خاص را به او القا كنيم. چشم توسط مواردي مانند مايه هاي جدا از هم، تضاد شديده مايه هاي همجوار، رنگهاي اشباع شده، رنگهاي روشن، نواحي واضح در درون ميدان ديدي ناواضح جلب مي شود و به طرف تركيب بندي خطوط همگرا و مايه هايي كه به تدريج نمو دارند كشانده مي شود.

آشكارسازي واقعيات:

نورپردازي گزينش ما را قادر مي سازد واقعياتي را كه براي آشكار شدن انتخاب كرده ايم آشكار سازيم. ممكن است نور براي جلوه اي نمايشي بصورت لحظه اي واقعيت را آشكار كند.

دگرگون شدن نور:

يكي از جذاب ترين جنبه هاي نورپردازي، قدرت انعطاف فراوان آن در تغيير و تبديل است. دگرگون شدن نور، دامنه اي از يك فرايند تغيير فرم و نامحسوس كه بيش از مشاهده شدن احساس مي شود تا مثلا بازي نفس گيري از تغييرات سريع نور در يك سالن مهيج را شامل مي شود. به وسيله نور مي توان تاكيدات تصويري را آرايش مجدد بخشيد و به توده هاي مايه اي شكل توزيع ديگري بخشيد.

9.نورپردازي صحنه:

نور طبيعي:

نور طبيعي بصورت فريب دهنده اي متغير است. كيفيت نور طبيعي به حد قابل توجهي متغير است. رنگ نور طبيعي به شكل كاملا مشخصي تغيير مي يابد. نور طبيعي زاويه نور خورشيد را تغيير مي دهد، دامنه تغيير جهت آن محدود است به شرق، به جنوب تا غرب. كيفيت نور طبيعي بي ثبات است و وضعيت هاي نوري متفاوتي ايجاد مي كند. توزيع نور طبيعي تصادفي است و امكان دارد موضوعي در سايه قرار گيرد و موضوعي ديگر روشن باشد.

نورپردازي در استوديو:

استوديوهاي فيلمبرداري و تلويزيوني مشتركات بسياري دارند. در تلويزيون محدوديت هاي فضايي و زماني ناشي از جنبه هاي اقتصادي استوديو به ناچار كاربرد فشرده تري به فضاي استوديو مي دهد.

چگونگي تقسيم دكور ها در پهنه استوديو در فراهم آوردن امكان نورپردازي خلاق با جلوگيري از آن بستگي به سيستم آرايش و كنترل پذيري چراغ ها و تحمل بار الكتريكي استوديو دارد. هنگام نورپردازي دكور چند واقعيت اساسي به سرعت خود را نشان مي دهند كه غالبا مورد توجه قرار نمي گيرند.

توازن نور:

توازن فرآيند كنترل شدت هاي نسبي چراغ ها عبارت است از تنظيم زواياي چراغ ها و محدود كردن پوشش نوري آن ها. وصف ناشدني ترين جنبه هنر نورپردازي توازن است براي توازن قانع كننده و جالب بايد روشنايي نسبي همه منابع مورد توجه قرار گيرد.

روش نورپردازي:

هنگامي كه شروع به نور دادن به دكور مي كنيم تصميم گيري فني و هنري به نحوي تفكيك ناپذير به هم وابستگي مي يابند. كل روش نورپردازي بايد تابع نظم باشد. بعنوان مثال هر چراغي سهم خاص خود را براي ايجاد توهم ايفا مي كند. نوع دكور و هدف خاص آن روش واقعي پرداخت نور ما را تعيين خواهد كرد. براي نتايج بهتر نورپردازي بهترين راه اين است كه كل دكور را با چراغ هاي كاملا مجزا نور دهيم.

تحليل روش پرداخت نور:

تحليل تصوير تا مشاهده يا تحليل دقيق سايه ها و نحوه شكل گيري آن ها و روشنايي نسبي سطوح انجام مي شود در جايي كه از نور نرم استفاده شده باشد اين نشانه ها كمتر آشكار مي شوند و حتي در مواردي كه سايه ها داراي لبه سخت هستند، برجسته نمايي سطوح محدود و محوطه هاي سايه، روشن مي شوند.

تنظيم چراغ ها:

وقتي صحنه اي را نورپردازي مي كنيم كه در آن پرتو افكن هاي متعدد بطور همزمان روشن است با روشن كردن لحظه اي منابع، با تكان دادن دست به جلو آنها، با نگه داشتن يك انگشت در نزديكي سطحي كه بايد روشن شود، با خم كردن يك انگشت و بررسي جهت سايه اش بر روي كف دست يا بررسي سايه خودمان بر روي كف محل مي توانيم پوشش نوري هر يك از منابع را تشخيص دهيم.

10.كنترل تصوير:

در ايجاد جلوه هاي تصويري به عوامل زير بايد توجه داشت:

 هدف نمايش تصوير، موضوع كه همان وضع و موقعيت مكاني موضوع است، ديدگاه دوربين منظور همان زاويه اي كه دوربين موضوع را در محدوده آن مي بيند، وضوح تصوير، تركيب، نورپردازي.

البته جلوه نور به نوبه خود تحت تاثير آن دسته از فرايند هاي اپتيكي، شيميايي و يا الكترونيكي قرار مي گيرد كه موضوع تصويري قبل از رسيدن به پرده آن ها را پشت سر مي گذارد.

نوردهي:

در فيلمبرداري از صحنه اي با دامنه وسيع مرزها، موضوع از محدوده نوردهي فيلم فراتر مي روند. اگر نور از اندازه حداكثر بيشتر شود تصوير آن حيطه را به شكل محدوده اي سفيد بدون جزئيات بازسازي مي كنند. روشنايي شديد در تصوير تلويزيوني ممكن است به شكل جلوه هاي اضافي بار ويدئو در آيد. نوردهي كمتر يا بيشتر از حد عادي ممكن است حتي موضوعي را كه دامنه تضاد نسبتا محدودي دارد از نظر مايه اي تحريف كند.

حساسيت:

سطوح نور لازم براي يك فيلم يا سيستم تلويزيوني خاص به حساسيت ذاتي آن سيستم، دهانه عدسي انتخابي و كاهش نور مربوط به هر نوع صافي تصحيحي وابسته است. در استوديو و در بسياري از صحنه هاي داخلي در محل، بيشتر از آنكه با مسئله زياد بودن نور برخورد كنيم گرفتار كمبود نور مي شويم و عدسي ها را با دهانه خيلي باز مورد استفاده قرار مي دهيم. هر چه حساسيت بالاتر باشد دانه هاي تصوير نيز بيشتر خواهد شد.

اندازه گيري نور:

دوربين فيلمبرداري استاندارد با سرعت استاندارد 24 قاب در ثانيه، نوردهي  ثانيه و گشودگي شاتر 175 درجه كار مي كند. در موارد اضطراري براي استفاده بيشتر از نور موجود مي توانيم سرعت كار دوربين را كاهش دهيم. زاويه متغير گشودگي شاتر كنترل نور را بطور مشابه ميسر مي سازد. با كاهش اين زاويه براي تقليل نور، وضوح تثبيت تصوير نيز به طور همزمان افزايش مي يابد. كنترل نور عمدتا با تنظيم دهانه عدسي انجام مي شود.

اندازه گيري نور:

نوردهي صحيح را نمي توان با چشم بدست آورد. بسياري از فيلمبرداران براي تعيين نوردهي صحيح از اندازه گيري نور تابش استفاده مي كنند يا با علم بر حساسيت فيلم، شدت نور تابشي را براي متناسب شدن با درجه انتخابي عدسي سازگار مي كنند و يا به طريق ديگر درجه و f را بر اساس نور غالب تنظيم مي كنند.

روش هاي ديگري شامل اندازه گيري ميانگين مقدار نور صحنه، اندازه گيري دهانه براي محوطه هاي داراي روشنايي تند و محوطه هاي سايه و انتخاب نقطه واسط، استفاده از نورسنج نقطه اي و نوردهي بر اساس تشخيص دقيق روشنايي هاي سطح، روش جانشين كردن يا كاربرد مايه كليدي با استفاده از كارت خاكستري استاندارد با انعكاس 18% در محل موضوع براي اندازه گيري ميزان نور وجود دارد.