ساختار کلی کامپیوتر و ارتباطات کلی اجزا شامل ماوس، صفحه کلید، کیس، صفحه‌ی نمایش و ارتباطات آنها از طریق انواع کابلها در ‏شکل (1-1) آمده است.

صفحه نمایش CRT: یک صفحه نمایش CRT قدیمی از یک لوله استفاده می کند که شبیه یک بطری شیشه ای بزرگ است. سه تفنگ الکترونی در سمت باریک آن قرار دارند و الکترون ها را به سمت صفحه بزرگی که در برابر تماشاگر قرار دارد شلیک می کنند. داخل صفحه ای که ما به آن نگاه می کنیم به وسیله ی لایه ی نازکی از فسفر به صورت نقطه ای پوشانده شده است که این نقطه ها در گروه های سه تایی قرار دارند. قرمز، سبز و آبی. مجموع این سه نقطه یک پیکسل را می سازد و این نقاط زمانی روشن می شوند که به وسیله ی الکترون های پرتاب شده مانند ‏شکل (1-2) از سمت تفنگ الکترونی ضربه ببینند، در واقع هر یک از این تک نقطه ها توسط یک پرتو الکترونی ضربه می بینند. حال هر چقدر این پرتو الکترونی قدرتمندتر باشد نقاط، نورانی تر می شوند. در صورت عدم پرتاب الکترون نقاط شروع به سیاه شدن می کنند اما به محض پرتاب الکترون به سمت آن ها به رنگ مورد نظر در می آیند.

اشعه های الکترون به سرعت صفحه نمایش را جارو می کنند. هر کدام از سه تفنگ الکترونی بدون وقفه تک نقطه های (هر یک از نقطه های رنگی به تنهایی) مقصد را از چپ به راست خط به خط از بالا به پایین مانند ‏شکل (1-3) پویش می کنند که این کار معمولاً 58 تا 70 بار در ثانیه تکرار می شود. تفنگ الکترونی بدون وقفه الکترون ها را از پیکسلی به پیکسل دیگر پرتاب می کنند. مشکل صفحه نمایش های CRT این است که فسفر دارای خاصیت نورافشانی بوده و زمانی که الکترون به سمت آنها شلیک می شوند قبل از این که نور آنها محو شود باید نقاط دوباره نورافشانی شوند در واقع صفحه باید مدام در معرض پرتاب الکترون قرار گیرد.

انواع صفحه نمایش های CRT:

• Shadow-mask: یک صفحه فلزی باریک است که با روزنه های بسیار کوچک پوشیده شده است. سه پرتو الکترونی قرمز، سبز و آبی از داخل این روزنه ها عبور می کنند تا بر روی نقطه ی واحدی بر روی منبع فسفر روی صفحه نمایش تمرکز کنند. پرتوهای الکترونی به نقطه مورد نظر که از فسفر پوشیده شده است برخورد می کنند تا تصویر و رنگ مورد نظر را به روی صفحه نمایش، ایجاد کنند و پرتوهای ناخواسته حذف می شوند.
• Aperture-grill: صفحه نمایش های مبتنی بر فناوری Trinitron که توسط شرکت سونی ابداع شده اند از این روش به جای shadow mask استفاده می کند. این فناوری شامل سیم های باریک عمودی است. اشعه ی الکترونی از میان این سیم ها عبور می کند تا فسفر موجود بر faceplate را روشن کند. اغلب صفحه نمایش های مجهز به این فناوری صفحه ای تخت دارند و نسبت به فناوری قبل آسیب کم تری به تصویر می زنند ولی قیمت بیشتری دارند.
• Slot-mask: این فناوری ترکیبی از دو فناوری قبل است و شفافیت بیشتری دارد و به جای روزنه از شکاف استفاده شده است.

صفحه نمایش LCD: این صفحات به دلیل دارا بودن مزایای بیشتر نسبت به دیگر فناوری های نمایشی، کارایی بیشتری دارند. به عنوان مثال آنها باریک تر، روشن تر و کم مصرف تر از CRTها هستند. یکی از خاصیت های جالب کریستال های مایع توانایی آنها در تغییر موقعیت، بسته به ولتاژ اعمالی به آنها است. کریستال های مایع بسته به نوع تحریک و نحوه ی آرایش مولکول ها به گروه های مختلفی تقسیم می شوند. با القای جریان به کریستال مایع، شکل گره مانند آن باز می شود. در این حالت، نور را در زاویه و جهت گیری متفاوت با خطوط شبکه، قرار می دهد و نور را از خود عبور نمی دهد و آن قسمت از کریستال، تاریک تر به نظر می رسد. کریستال مایع به هیچ عنوان از خود نور گسیل نمی کند. به همین دلیل، برای تشکیل تصویر به غیر از القای جریان، نیاز به منبع خارجی نور نیز داریم. در LCDهای رنگی از نوعی نور فلورسنت استفاده می شود و صفحه ای گسترده از این نوع لامپ، نور را به طور مساوی می تاباند تا از متناسب بودن تصویر اطمینان حاصل شود. صفحه نمایش هایی که تصاویر رنگی را نشان می دهند، دارای سه زیر- پیکسل سبز، آبی و قرمز هستند. برای ساخت هر پیکسل، یک IC و یک خازن نیاز است. برای یک کامپیوتر کیفی که LCD آن 768*1024 پیکسل دارد، 2963592 خازن و IC استفاده می شود (2359296=3*(768*1024)). مشکلی که در این میان رخ می دهد این است که اگر تنها یکی از ترانزیستورها و یا خازن ها به صورت دقیق کار نکنند قسمتی از صفحه از کار میفتد و تاریک می شود. با فراگیر شدن به کارگیری LCD در ابعاد بزرگتر و پیکسل بیشتر، شانس داشتن ترانزیستورها و خازن های معیوب بیشتر می شود، و سازندگان هم اکنون به دنبال رفع این گونه مشکلات و رسیدن به پیکسل های بیشتر و بالا بردن دقت و کیفیت نمایشگرهای LCD هستند.

صفحه نمایش LED: این صفحه نمایش ها شبیه LCDها کار می کنند با این تفاوت که منبع نور آن ها به جای لامپ فلورسنت، ماتریسی از LEDهاست که این باعث می شود، درصد هدر رفت نور و مصرف، پایین تر بیاید. همچنین، در طول زمان، نوردهی موضعی به ذخیره سازی برق و خنک تر ماندن دستگاه صفحه نمایش کمک می کند.

صفحه کلید: اکثر صفحه کلیدها در عمل از یک تکنولوژی استفاده می کنند. آنها از سوییچ ها و مدارهایی برای ترجمه کلیدهای فشار داده شده توسط کاربر به سیگنال هایی قابل فهم برای کامپیوتر استفاده می کنند. یک صفحه کلید مداری دارد که اطلاعات را به پردازشگر انتقال می دهد. جایگاه کلیدها با یک شبکه از مدارها در زیر کلیدها مشخص می شود. هر مدار در یک نقطه زیر هر کلید قطع شده است. وقتی کلیدی فشار داده می شود آن کلید یک سویچ را فشار می دهد که باعث کامل شدن مدار و جاری شدن جریان در آن مدار می شود. این کار باعث مقداری لرزش می شود. پردازنده ی صفحه کلید این لرزش را می فهمد. وقتی پردازنده یک مدار بسته را تشخیص می دهد جایگاه آن مدار در ماتریس کلیدها را با نقشه کاراکتری درون ROM خود مقایسه می کند و طبق این نقشه کاراکتر مورد نظر را چاپ می نماید.

در میان صفحه کلیدها انواع نوری نیز وجود دارد. در این نوع، دو سری رشته نوری، مانند تار و پود به صورت عمودی و افقی در زیر کلیدها تابیده می شود. هنگامی که کلیدی فشرده شود، نقطه ای را در مسیر نور افقی و در مسیر نور عمودی قطع می کند. از طریق دریافت مختصات این نقطه، مشخص می شود که کدام کلید فشرده شده است.

موشواره مکانیکی: درون این موشواره‌ها توپکی قرار دارد که به دو میله که یکی در جهت xها و دیگری در جهت y قرار دارد مماس است. حرکت های در راستای x توسط میله ای که در راستای x قرار دارد و حرکت های در راستای y توسط میله ای که در این راستا قرار دارد ثبت شده و تبدیل به سیگنال می شود. این نوع موشواره به شکل دیگری نیز وجود دارد که در آن، به جای دو میله، از LED استفاده شده است. به صورتی که دو LED مولد اشعه مادون قرمز در یک طرف غلتک و سنسورها در طرف دیگر آن قرار دارد. هنگام حرکت غلتک نور LEDها از میان شیارها گذشته و به سنسور می رسد و دستگاه با استفاده از این اطلاعات جهت حرکت و سرعت موشواره را تشخیص می دهد.

موشواره نوری: در موشواره‌های نوری از یک دوربین کوچک استفاده شده که در هر ثانیه 1777 عکس می گیرد. تعداد زیادی از این موشواره‌ها از یک LED قرمز رنگ کوچک استفاده می کنند که نور را به سطح می تاباند. نور باز تابیده شده توسط دوربین دریافت می شود و از روی آن جهت و سرعت حرکت تعیین می شود. موشواره‌های جدید به جای LED از لیزر استفاده می کنند که سرعت بیشتری نسبت به انواعی که از LED استفاده می کنند، دارد.

برد اصلی را شاید بتوان اصلی ترین بخش یک کامپیوتر در نظر گرفت که وظیفه آن ایجاد ارتباط الکتریکی و منطقی بین اجزای مختلف یک سیستم کامپیوتری است. برد اصلی به صورت یک تخته مدار الکتریکی است که اجزای اصلی کامپیوتر مثل RAM، CPU و … روی آن سوار می شوند. در واقع اجزای مختلفی که به شکلی در کارکردن کامپیوتر نقش دارند، یا به صورت مستقیم روی برد اصلی نصب می شوند یا از طریق اتصالات خاصی به آن متصل اند.

بر روی برد اصلی تعدادی خازن، ترانزیستور، مقاومت، دیود، IC و … توسط ورودی هایی برای نصب قطعات قرار می گیرد. چندین خط به رنگ های مختلف برای اتصال قطعات روی آن هستند که به آن گذرگاه می گویند، در واقع گذرگاه مداری است که قسمت های مختلف برد اصلی را به یکدیگر وصل می کند. برد اصلی شامل قسمت های مختلفی است که بعضی به طور مستقیم روی آن سوار می شوند. مثل، RAM، CPU، باتری سیستم و بعضی دیگر به طریق غیر مستقیم به آن اتصال دارند.

واحد پردازش مرکزی: CPU مجموعه گسترده و پیچیده ای از مدارهای الکترونیکی است که وظیفه‌ی اجرای دستورهای برنامه های ذخیره شده را به عهده دارد و به عنوان مغز رایانه معرفی می شود. واحد سنجش سرعت اجرایی یک CPU، MIPS که نشان دهنده ی تعداد میلیون دستور العمل قابل اجرا در ثانیه است.

واحد پردازش مرکزی از دو بخش واحد کنترل و واحد محاسبه و منطق تشکیل شده است.

• واحد کنترل : این بخش از مدارهای الکترونیکی تشکیل شده است که به وسیله ی آن ها، سیستم در جهت اجرای دستورات هدایت می شود. این واحد، خود دستورات را اجرا نمی کند بلکه دیگر اعضای سیستم را وادار به انجام آنها می کند به این منظور این واحد باید با حافظه ی کامپیوتر و واحد محاسبه و منطق ارتباط داشته باشد.
• واحد محاسبه و منطق : این واحد مجموعه ای از مدارهای الکترونیکی است و همان طور که از نامش بر آید مسئول اجرای دستورات محاسباتی و منطقی است. اعمال ساده ی محاسباتی قابل انجام به وسیله ALU شامل اعمال جمع و تفریق و ضرب و تقسیم می شوند و اعمال منطقی شامل OR ،NOR ،ANDو XOR هستند.

در یک تقسیم بندی کلی می توان انواع حافظه را در گروه های زیر تقسیم کرد:

دیسک سخت: در رایانه های امروزی یک جعبه سیاه رنگ وجود دارد که داخل آن چند دیسک مغناطیسی با فاصله کم روی هم سوار شده اند و بین آنها هدهایی تعبیه شده که قابلیت حرکت از مرکز دیسک تا لبه آن را دارند و با چرخش محور اصلی دیسک ها، امکان دسترسی هد به تمام شیارهای دیسک سخت وجود دارد. هد ابزاری است که از یک سنسور مغناطیسی برای تشخیص 0 یا 1 بودن هر نقطه استفاده می کند. هدها به وسیله ی یک دسته به یک موتور متحرک متصل شده اند. دیسک های سخت ابزارهایی برای نگهداری ثابت داده‌ها هستند. بدین معنی که با قطع برق اطلاعات حفظ می شود.

دیسک های فشرده: اصول کار دیسک های فشرده بر اساس نور لیزر است به این ترتیب که در CD ها، تعداد زیادی شیار حول مرکز وجود دارد که با دستگاه های مخصوص می توان هر نقطه را با نور لیزر سوراخ کرد. حال با تابیده شدن نور بر هر نقطه از شیار بر اساس زمان طی شدن مسیر نور، رایانه تشخیص می دهد که داده 0 یا 1 بوده است. مشکل CDها این است که عموماً تنها یک بار می توان روی آن ها نوشت. اما امروزه انواع دیگری از دیسک ها هستند که بارها می توان بر روی آن ها نوشت یا داده ای را پاک کرد. به این ترتیب که برای باز نویسی، تمام نقاط توسط لیزر هم سطح می شوند. ظرفیت CD ها عموماً 500 تا 700 مگابایت است ولی DVDها تا 1 گیگابایت هم ظرفیت دارند.

حافظه RAM: حافظه‌ی RAM حافظه اصلی هر کامپیوتر است که داده‌ها قبل از پردازش در CPU، در آن ذخیره می شوند. در کل علت استفاده از RAM، بالا بردن سرعت پردازش CPU است. چون با ذخیره کردن داده‌ها درCPU ، RAM دیگر توان خود را صرف استخراج داده‌ها از هارد دیسک نمی کند. نحوه ی دسترسی به داده‌ها به صورت تصادفی است. یعنی برای دسترسی به هر داده کافی است آدرس آن را بدانیم.

حافظه ROM: حافظه‌ی ROM یک مدار یک پارچه است که در هنگام تولید، برنامه ریزی شده است و اطلاعات فقط خواندنی بر روی آن ذخیره شده است که غیر قابل تغییر است و در بدو روشن شدن دستگاه اطلاعات موجود در آن خوانده و اجرا می شود.

از تفاوت های ROM و RAM می توان به این نکته اشاره کرد که با قطع برق، محتویات RAM از بین می رود ولی آنچه در ROM ذخیره شده، ثابت است و با قطع برق از بین نمی رود.

حافظه Cache: حافظه‌ی موجود در CPUها هستند که در مقایسه با دیگر حافظه ها سرعت بالاتری دارند. داده‌ها به هنگام اجرای برنامه از RAM به cache منتقل می شوند تا برای استفاده ی CPU در دفعات بعدی زمان کم تری صرف شود.

مشکلات موجود در زمینه‌ی به خدمت گرفتن تجهیزات جانبی در کامپیوتر را خاتمه می‌دهد. به وسیله‌ی پورت USB می توان یک دستگاه جدید را بدون نیاز به خاموش کردن کامپیوتر یا استفاده از یک کارت سخت افزاری به کامپیوتر متصل کرد. در صورتی که دستگاهی برای بار اول به این طریق نصب گردد سیستم عامل آن را تشخیص داده و با نصب درایور مربوطه امکان استفاده از دستگاه فراهم می‌شود. دستگاه‌های متصل به پورت USB را می‌توان به دفعات به سیستم متصل و یا جدا نمود.

کارت شبکه از مهم ترین قسمت های یک شبکه ی کامپیوتری است که هر کامپیوتر در این شبکه چه سرور باشد، چه یک کامپیوتر معمولی باید یک کارت شبکه داشته باشد. به وسیله کارت شبکه، امکان ارتباط با شبکه های محلی یا شبکه های با پهنای باند بالا ایجاد می شود. کاربران معمولی که توسط کارت شبکه به شبکه های کامپیوتری متصل می شوند از این طریق می توانند به رد و بدل کردن اطلاعات و یا استفاده از سخت افزارهای دیگر بپردازند.

برقراری انتقال بین کامپیوتر و محیط انتقال از طریق کابل های مسی، فیبر نوری و …، از وظایف اصلی کارت شبکه است. یکی از وظایف کارت شبکه تبدیل داده‌ها است. داده‌ها در کامپیوتر به صورت موازی حرکت می کنند در حالی که در شبکه ی اطلاعات به صورت سریال و پشت سر هم حرکت می کنند. قطعه ای در کارت شبکه وجود دارد که داده را از حالت موازی به سری و یا بر عکس تبدیل می کند. کارت های شبکه معمولاً با سه نوع کابل اصلی به محیط انتقال وصل می شوند و به همین منظور سه نوع درگاه روی آن ها تعبیه شده است:

1. درگاه :BNC این درگاه دایره شکل است و برای شبکه های محلی با سرعت 10 Mb/s و با برد حدود دویست متر که با کابل های قطور به آن متصل می شود. این درگاه دارای قطر 5 mm است.
2. درگاه :DB9 این درگاه از نظر ظاهری شبیه درگاه سریال است. برای شبکه های حلقوی استفاده می شود.
3. درگاه :RJ45 این درگاه امروزه یکی از متداول ترین راه های ارتباط کامپیوترها با شبکه است. این درگاه شبیه سوکت تلفن است.

کارت گرافیک که به آن Graphics card، Display adaptor، Graphic accelerator card نیز می گویند، سخت افزاری است که کار آن ساخت و تولید تصاویر است. کارت گرافیک معمولاً به صورت یک کارت مستقل سخت افزاری است که وارد یکی از شیارهای برد اصلی می شود.

یک کارت گرافیک اجزایی چون واحد پردازنده گرافیکی ، حافظه، BIOS، خنک کننده و … دارد.

در علوم رایانه، به هر وسیله که توانایی نگهداری اطلاعات را داشته باشد، حافظه گویند. حافظه یکی از قسمتهای ضروری و اساسی یک رایانه به شمار می رود. همانطور که انسان برای نگهداری اطلاعات مورد نیاز خود علاوه بر حافظه‌ی درونی خویش از ابزارهای گوناگون دیگری همانند کاغذ، تخته سیاه، نوار ضبط صوت، نوار ویدیو و … استفاده می کند، رایانه هم می تواند از انواع گوناگون حافظه استفاده کند. به طور کلی دو نوع حافظه داریم:

1. «حافظه اصلی» که به آن «حافظه اولیه» یا «حافظه درونی» نیز گویند.
2. «حافظه جانبی» که به آن «حافظه ثانویه» یا «حافظه کمکی» نیز گویند.

حافظه اصلی: کلیه دستورالعمل ها و داده‌ها، برای این که مورد اجرا و پردازش قرار گیرند، نخست باید به حافظه اصلی رایانه منتقل گردند و نتایج پردازش نیز به آنجا فرستاده شود. حافظه اصلی رایانه از جنس نیمه رسانا (الکترونیکی) است و در نتیجه، سرعت دسترسی به اطلاعات موجود در آن ها در مقایسه با انواع حافظه جانبی که بصورت مکانیکی کار می‌کنند مانند دیسک سخت، دیسک گردان، و لوح فشرده بالاست و قیمت آن نیز گران تر است، اما در مقابل حافظه هایی، که به پردازنده نزدیک تر هستند و از ظرفیت کمتری برخوردارند مانند ثبات ، حافظه نهان گران تر و از سرعت دسترسی بالاتری بهره می برند.

وقتی کامپیوتر خود را روشن می کنید، BIOS چند کار را انجام می دهد. سلسله مراتب کارها معمولاً به ترتیب زیر است:

• چک کردن CMOS Setupبرای بررسی تنظیمات خاص
• Load کردن سیستم اعمال وقفه ها و درایورها (Device drivers)
• مقداردهی اولیه به ثبات ها
• مدیریت قدرت (برق)
• اجرای عملیات POST
• نمایش تنظیمات سیستم
• شناسایی اجزای bootable
• آغاز کردن سلسله مراتب لازم برای boot شدن سیستم

فرآیند بوت به مجموعه اتفاقاتی اطلاق می شود که به عنوان بخشی از فرآیند راه اندازی کامپیوتر اتفاق می افتند. پس از روشن کردن کامپیوتر، اولین چیزی که اجرا می شود، عملیات POST است.POST مجموعه ای از توابع ذخیره شده در ROMاست که قطعات مختلف کامپیوتر از قبیل RAM، هارددیسک و صفحه کلید را آزمایش می کند تا از صحت عملکرد آنها اطمینان یابد. اگر اشکالی در این مرحله یافت نشود، BIOS در درایو فلاپی و هارددیسک، دنبال سیستم عامل می گردد. شنیدن بوق های مختلف از جمله بوق سلامت یا کارت گرافیک از نشانه های این قسمت است.

BIOS: پایین ترین سطح نرم افزار در کامپیوتر می باشد که برای اجرای توابع و کارهایی جهت راه اندازی سخت افزار سیستم بکار می رود، همچنین BIOS به مراحل بوت کمک می کند.

MBR: قطعه برنامه ای است که در زمان بوت شدن کامپیوتر اجرا می شود. این برنامه در اولین سکتور هارد دیسک قرار دارد و به محض لود شدن با جستجو در Partition Table، پارتیشن Active را انتخاب می کند.

هر سیستم، مجموعه‌ای از اجزای مرتبط به هم است که برای رسیدن به هدفی خاص با یکدیگر همکاری می‌کنند تا در یک فرآیند سازمان‌دهی شده، ورودی دریافتی را به خروجی مطلوب تبدیل نمایند. سیستم‌های رایانه‌ای از دو بخش زیر تشکیل شده‌ا‌‌ند:

• سخت‌افزار: به کلیه‌ی اجزای فیزیکی قابل لمس و مشاهده در رایانه که شامل مدارهای الکتریکی و … است، سخت‌افزار گفته می‌شود.
• نرم‌افزار: به مجموعه‌ی برنامه‌ها و دستورالعمل‌هایی که به وسیله سخت‌افزار اجرا می‌شود، نرم‌افزار گفته می‌شود. نرم‌افزارها را می‌توان به دو دسته‌ی زیر تقسیم‌بندی کرد:
  1. نرم‌افزارهای سیستمی: این گروه از نرم‌افزارها، به طور مستقیم با سخت‌افزار ارتباط برقرار می‌کنند یا برای تولید برنامه‌های دیگر استفاده می‌شوند. سیستم‌عامل‌ها و مترجم‌ها را می‌توان نمونه‌هایی از نرم‌افزارهای سیستمی محسوب کرد. سیستم‌عامل یکی از مهم‌ترین نرم‌افزارهای سیستمی است که به محض شروع به کار رایانه اجرا می‌شود و به عنوان واسطی بین سخت‌افزار و برنامه‌های کاربردی عمل می‌کند. وظیفه‌ی اصلی سیستم‌ عامل تخصیص و باز پس‌گیری منابع به برنامه‌های مختلف است.
  2. نرم‌افزارهای کاربردی: نرم‌افزارهایی هستند که برای نیازهای خاص کاربران، مانند عملیات مالی و محاسباتی، اداری و غیره طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند. برخی از نرم‌افزارها که امروزه در سازمان‌ها استفاده می‌شوند مانند سیستم‌های حقوق و دستمزد، دبیرخانه، نرم‌افزارهایی مانند MS-Word، MS-Excel و بازی‌های رایانه‌ای و … جزو این گروه محسوب می‌شوند.

طبقه‌بندی رایانه‌ها معمولاً بر اساس قدرت پردازشی آن‌ها صورت می‌گیرد. رایانه‌ها به طور کلی به چهار نوع مختلف تقسیم می‌شوند: ریز کنترل‌کننده‌ها، ریزرایانه‌ها، رایانه‌های بزرگ و ابررایانه‌ها.

• ریز کنترل‌کننده‌ها: رایانه‌های بسیار کوچک و تک منظوره‌ای هستند که در ساخت وسایلی مانند ماشین لباسشویی و تلفن‌های همراه به کار می‌روند. ریز کنترل‌کننده‌ها توسط دستورالعمل‌های خاصی برنامه‌ریزی می‌شوند.
• ریزرایانه‌ها: ریزرایانه‌ها یا رایانه‌های شخصی پرکاربردترین و متداول‌ترین نوع رایانه‌ها هستند و به طور گسترده در منازل، مدارس و هر نوع محیط کاری از آن‌ها استفاده می‌شوند.
• رایانه‌های بزرگ: این دسته از قدیمی‌ترین انواع رایانه‌ها هستند و نسبت به کاربردشان در اندازه‌های مختلف ساخته می‌شوند.
• ابررایانه‌ها: این رایانه‌ها سریع‌ترین و گران‌ترین نوع رایانه‌ها هستند و برای مصارف خاصی از قبیل پیش‌بینی وضع هوا، کاربردهای فضایی و نظامی به کار می‌روند.

در مجازی‌سازی، ماشینی مجازی ایجاد می‌شود که تمامی منابع سخت‌افزاری شامل پردازنده‌ها، حافظه، دیسک، I/O و ارتباطات شبکه را شبیه‌سازی می‌کند. با استفاده از مجازی‌سازی می‌توان منابع سخت‌افزاری فیزیکی را بین یک یا چند ماشین مجازی به اشتراک گذاشت. محیط ایجاد شده در مجازی‌سازی، برای اجرای برنامه باید مشابه با محیط سیستم واقعی باشد. اگر برنامه رفتار متفاوتی نشان دهد نمی‌توان آن را به عنوان محیط مجازی درنظر گرفت.

با استفاده از برنامه‌های موجود برای مجازی سازی همچون VMware Workstation، کاربران می‌توانند چندین ماشین مجازی یا VM را بر روی یک سیستم فیزیکی نصب و به طور همزمان از آن‌ها استفاده کنند. هر ماشین مجازی سیستم عامل خود را دارد و به طور مستقل اجرا می‌شود. به عنوان مثال کاربر می‌تواند سیستم‌های عامل ویندوز، لینوکس، BSD و MS-DOS را نصب و اجرا کند.