مقدمة في الحاسوب
الكمبيوتر (الحاسوب): هو عبارة عن جهاز إلكتروني مصمم لقبول البيانات وإجراء العمليات الحسابية المهمة المنطقية المحددة بسرعة عالية، ثمّ يقوم بعرض نتائج هذه العمليات كما يُطلق عليه المعالج، لكن أجهزة الكمبيوتر أكثر من ذلك بكثير، أجهزة الكمبيوتر ليست مجرد قطع من المعدات، إنّها أدوات تشكل حياتنا اليومية وتساعدها وتسهلها بشكل كبير، تجعل حياتنا أسرع وأسهل وأبسط وأكثر كفاءة.
نحن نعتمد على أجهزة الكمبيوتر في كل شيء تقريبًا نفعله في الحياة، من الثانية التي نستيقظ فيها إلى الثانية التي نذهب فيها إلى للنوم، الكمبيوتر مرتبط بما نفعله ونستخدمه بطريقة ما، إنّه مرتبط بحياتنا بأكثر الطرق وضوحًا وغموضًا، تستخدم كل الأعمال تقريبًا أجهزة الكمبيوتر في الوقت الحاضر، كما يُعد الكمبيوتر من الضروريات الأساسية التي من المهم استخدامها ولا يمكن الغنى عنها في كل من العملية التعليمية والرعاية الصحية، وفي البنوك والتمويل، والتسويق والنشر والاتصالات والعديد من القطاعات المختلفة.
قصة اختراع الحاسوب
يعتقد الكثير من الناس أنّ أجهزة الكمبيوتر هي اختراع جديد، وهي في الواقع قديمة جدًا، عمرها حوالي 2000 سنة كان الكمبيوتر الأول هو العداد، حيثُ تمّ بناء هذا الاختراع من الخشب وسلكين وخرز، كان عبارة عن رف خشبي به سلكان متدليان أفقيًا وكانت الخرزات معلقة عبر الأسلاك، تمّ استخدام هذا في الاستخدامات الحسابية العادية، يعتبر هذا النوع من أجهزة الكمبيوتر جهاز كمبيوتر تمثيلي، كان الكمبيوتر التمثيلي الآخر هو قاعدة الشريحة الدائرية، تم اختراع هذا في جهاز ميكانيكي مكوّن من قاعدتين، إحداهما تنزلق داخل الأخرى، وتمّ تمييزها بمقاييس رقمية، يمكن لمسطرة الشريحة هذه إجراء عمليات حسابية مثل القسمة والضرب والجذور واللوغاريتمات، بعد فترة وجيزة ظهرت بعض أجهزة الكمبيوتر الأكثر تقدمًا، في عام 1642 ظهر كمبيوتر بلين باسكال، كانت تعتبر أول آلة حاسبة تلقائية.
بعد فترة وجيزة كان هناك العديد من الاختراعات المماثلة، كانت هناك عجلة (Leibniz) التي اخترعها (Gottfried Leibniz)، حصلت على اسمها بسبب طريقة تصميمها باسطوانة ذات أسنان متدرجة، قام هذا بنفس وظائف أجهزة الكمبيوتر الأخرى في ذلك الوقت، لم يتم استخدام أجهزة الكمبيوتر، مثل عجلة (Leibniz) و (Baseline)، على نطاق واسع حتى الاختراع الذي صنعه (A. K. A Charles Xavier Thomas)، كانت أول آلة حاسبة ميكانيكية ناجحة يمكنها القيام بجميع الوظائف الحسابية العادية، تمّ تحسين هذا النوع من الآلة الحاسبة من قبل العديد من المخترعين الآخرين حتى يتمكن من القيام بعدد من الأشياء الأخرى بحلول عام 1890.
تطور الحاسوب
حوالي عام 1812 في كامبريدج، إنجلترا، تم إحراز تطورات جديدة في أجهزة الكمبيوتر من خلال خطوات تكررت عدة مرات، بعد عشر سنوات في عام 1822 كان لدى تشارلز بابيج نموذج عمل آخر، وفي عام 1823 تمّ الانتهاء من اختراعه، أطلق على اختراعه اسم محرك الفرق، في عام 1833، توقف عن العمل في محرك الفرق لأنه كانت لديه فكرة أخرى، كان لبناء محرك تحليلي بأنه من الإمكان أن يكون هذا هو الأساس الرقمي الأول الذي سيتم التحكم فيه بالكامل بواسطة البرنامج، كان اختراعه هو القيام بجميع الأغراض العامة لأجهزة الكمبيوتر الحديثة، كان هذا الكمبيوتر يستخدم بطاقات مثقبة للتخزين، والطاقة البخارية، ويتم تشغيلها بواسطة شخص واحد، لم يتم الانتهاء من هذا الكمبيوتر لأسباب عديدة، كانت بعض الأسباب عدم وجود ميكانيكا دقيقة.
في نهاية المطاف، قد تتسبب الاختراعات اللاحقة في طلب القدرة على الحسابات التي يمكن لأجهزة الكمبيوتر مثل (Baggage) القيام بها، في عام 1890 ظهر عصر جديد من حوسبة الأعمال، كان هذا تطورًا في استخدام البطاقات المثقوبة لاتخاذ خطوة نحو الحوسبة الآلية، والتي استخدمها هيرمان هولر لأول مرة في عام 1890، بسبب هذا الخطأ البشري تم تقليله بشكل كبير، حيث إنّ بطاقة مثقبة يمكن أن تحتوي على 80 رمزًا لكل بطاقة ويمكن للآلات معالجة حوالي 50-220 بطاقة في الدقيقة، كانت هذه وسيلة للوصول بسهولة إلى ذاكرة ذات حجم غير محدود.
في عام 1896، أسس هولرينغ شركته (Tabulating Machine Company)، ولكن لاحقًا في عام 1924 بعد عدّة عمليات اندماج وتولي الإشراف على شركة (IBM)، الذي كان سيؤثر على الطريقة التي تمّ بها استخدام أجهزة الكمبيوتر في المستقبل، في عام 1939 ظهر أول كمبيوتر رقمي حقيقي، كان يسمى “بي بي سي”، وصممه جون ستاندوف، في عام 1942 قرر (John O. Cracker و John W. Macaulay) وزملاؤه بناء جهاز كمبيوتر عالي السرعة، سيُعرف الكمبيوتر الذي سيصممونه باسم MANIAC (الآلة الحاسبة والتكامل العددي الكهربائي)، كان سبب بناء هذا هو وجود طلب على قدرة كمبيوتر عالية في بداية الحرب العالمية الثانية.
تمّ قبول (MANIAC) كأول كمبيوتر ناجح عالي السرعة، وتمّ استخدامه من عام 1946 إلى عام 1955، في نفس الوقت تقريبًا، كان هناك كمبيوتر جديد تم بناؤه وكان أكثر شيوعًا، كان من الممكن أن يجعل الخلاف قوة العقل البشري، عندما تمّ الانتهاء منه في عام 1950، أصبح أسرع كمبيوتر في العالم، تمّ بناؤه من قبل المكتب الوطني للمعايير في حرم جامعة كاليفورنيا، (SWAG) المكتب الوطني للكمبيوتر وضعت المعايير لأجهزة الكمبيوتر في وقت لاحق حتى الوقت الحاضر، كان ذلك بسبب احتوائها على جميع الوحدات الأولية نفسها حيث كانت الحواسيب تحتوي على جهاز تخزين وساعة داخلية وجهاز إدخال وإخراج ووحدة منطقية حسابية تتكون من وحدة تحكم وحساب وتعتبر هذه الحواسيب من الجيل الأول (1942 – 1958).
أنواع الحاسوب
يمكننا تصنيف الحاسوب بطريقتين على أساس إمكانيات معالجة البيانات وحجمها، وهي:
أجهزة الحاسوب التناظرية
تمّ تصميم أجهزة الكمبيوتر التناظرية لمعالجة البيانات التناظرية، البيانات التناظرية: هي بيانات مستمرة تتغير باستمرار ولا يمكن أن يكون لها قيم منفصلة، يمكننا القول أنّ أجهزة الكمبيوتر التناظرية تستخدم حيث لا نحتاج إلى قيم دقيقة دائمًا مثل السرعة ودرجة الحرارة والضغط والتيار، تقبل أجهزة الكمبيوتر التناظرية البيانات مباشرة من جهاز القياس دون تحويلها أولاً إلى أرقام وأكواد، يقيسون التغييرات المستمرة في الكمية المادية ويعرضون الإخراج عمومًا كقراءة على قرص أو مقياس، يعد عداد السرعة ومقياس الحرارة الزئبقي أمثلة على أجهزة الكمبيوتر التناظرية.
من مزايا استخدام الحاسبات التناظرية، تسمح بعمليات وحساب الوقت الحقيقي في نفس الوقت والتمثيل المستمر لجميع البيانات داخل الآلة التناظرية، في بعض التطبيقات تسمح بإجراء العمليات الحسابية دون الاستعانة بالمحولات لتحويل المدخلات أو المخرجات إلى شكل إلكتروني رقمي والعكس صحيح، يمكن للمبرمج قياس المشكلة للنطاق الديناميكي للكمبيوتر التناظري، بحيث توفر نظرة ثاقبة للمشكلة ويساعد على فهم الأخطاء وتأثيراتها.
الحاسوب الرقمي
تمّ تصميم الكمبيوتر الرقمي لإجراء العمليات الحسابية والعمليات المنطقية بسرعة عالية، بحيث يقبل البيانات الأولية كمدخلات في شكل أرقام أو أرقام ثنائية (0 و 1) ويتم معالجتها بالبرامج المخزنة في ذاكرتها لإنتاج المخرجات، جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المكتبية بما في ذلك الهواتف الذكية التي نستخدمها في المنزل أو المكتب هي أجهزة كمبيوتر رقمية.
من مزايا الحاسبات الرقمية، تتيح لك تخزين كمية كبيرة من المعلومات واستعادتها بسهولة كلما احتجت إليها، يمكنك بسهولة إضافة ميزات جديدة إلى الأنظمة الرقمية بسهولة أكبر، يمكن استخدام التطبيقات المختلفة في الأنظمة الرقمية فقط عن طريق تغيير البرنامج دون إجراء أي تغييرات في الأجهزة، امّا بالنسبة لتكلفة الأجهزة فتكون أقل بسبب التقدم في تقنية IC، يوفر سرعة عالية حيث تتم معالجة البيانات رقميًا، إنّه موثوق للغاية لأنّه يستخدم أكواد تصحيح الأخطاء، تكون إمكانية استنساخ النتائج أعلى لأنّ الناتج لا يتأثر بالضوضاء ودرجة الحرارة والرطوبة وخصائص أخرى لمكوناته.
الحاسوب الهجين
يحتوي الكمبيوتر الهجين على ميزات كل من الكمبيوتر التناظري والرقمي، إنّه سريع مثل الكمبيوتر التناظري ولديه ذاكرة ودقّة مثل أجهزة الكمبيوتر الرقمية، يمكنه معالجة كل من البيانات المستمرة والمنفصلة، يقبل الإشارات التناظرية وتحويلها إلى شكل رقمي قبل المعالجة، لذلك يتم استخدامه على نطاق واسع في التطبيقات المتخصصة حيث تتم معالجة البيانات التناظرية والرقمية.
على سبيل المثال: يتم استخدام معالج الكمبيوتر الهجين في مضخات البنزين الذي يحول قياسات تدفق الوقود إلى كمية وسعر، وبالمثل يتم استخدامه في الطائرات والمستشفيات والتطبيقات العلمية، مزايا استخدام الحواسيب الهجينة تشمل:
- سرعة الحوسبة عالية جدًا بسبب التكوين المتوازي للنظام الفرعي التماثلي.
- ينتج عنه نتائج دقيقة وسريعة أكثر دقة وفائدة.
- لديه القدرة على حل وإدارة معادلة كبيرة في الوقت الحقيقي.
- يساعد في معالجة البيانات عبر الإنترنت.
عمليات الحاسوب
- الإدخال: هي عملية إدخال البيانات الأولية والتعليمات والمعلومات في الكمبيوتر، يتم تنفيذه بمساعدة أجهزة الإدخال.
- التخزين: الحاسب به ذاكرة أولية وتخزين ثانوي لتخزين البيانات والتعليمات، يقوم بتخزين البيانات قبل إرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية للمعالجة.
- المعالجة: هي عملية تحويل البيانات الأولية إلى معلومات مفيدة، يتم تنفيذ هذه العملية بواسطة وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر، يأخذ البيانات الأولية من التخزين ويعالجها.
- الإخراج: هو عملية تقديم البيانات المعالجة من خلال أجهزة الإخراج مثل الشاشة والطابعة ومكبرات الصوت.
- التحكم: يتم تنفيذ هذه العملية بواسطة وحدة التحكم التي تعد جزءًا من وحدة المعالجة المركزية، تضمن وحدة التحكم تنفيذ جميع العمليات الأساسية بالطريقة والتسلسل الصحيحين.
