حاسوب

حاسوب
الحَاسُوب هو آلة إلكترونية تستقبل البيانات وتعالجها إلى معلومات ذات قيمة. كما يخزنها في وسائط تخزين مختلفة، وفي الغالب يكون قادراً على تبادل هذه النَتَائِج والمعلومات مع أجهزة أخرى متوافقة. تستطيع أسرع الحواسيب اليوم القيام بمئات مليارات العمليات الحسابية والمنطقية في ثوانٍ قليلة. وتشتغل الحواسيب ببرمجيات خاصة تسمى أنظمة التشغيل، ومن دونها يكون الحاسوب قطعة جامدة لا فائدة منها، وتبين أنظمة التشغيل للحاسوب كيفية تنفيذ المهام، كما أنها غالبا ما توفر بيئة للمبرمجين ليطوّروا تطبيقاتهم. تعريف الحواسيب بأنها فقط هي تلك التي تعمل تحت بيئة ويندوز وماكينتوش ولينكس خطأ شائع بين الناس.
أصل التسمية
أطلق شارل باباج كلمة "computer" على الشخص الذي يدخل البيانات إلى الحاسوب، وفيما بعد أطلقت الكلمة على الآلة نفسها. فيما أوجدت كلمة «حاسوب» كتعريب للفظة الإنگليزية "computer"، وذلك لأن هذه الكلمة مشتقة من الفعل "compute" التي تعني «يحسب» ويضاف في اللغة الإنكليزية الحرفان "er" في آخر بعض الأفعال للدلالة على اسم الفاعل فتصبح «حاسب» أو «حاسوب» على وزن اسم الآلة «فَاعُوْل». وذلك ليس غريباً لأن الحاسوب مبني على أن يقوم بجميع عملياته على شكل حسابات: جمع أو طرح أو ضرب أو قسمة باستخدام نظام العد الثنائي. فمثلا لعرض صورة: يقوم بتجزيء الصورة لأجزاء أصغر وهي النقاط (pixel)، كل نقطة هي عبارة عن لون وموضع هذه النقطة بالنسبة للصورة، هو محصلة ثلاثة ألوان: الأزرق، الأخضر والأحمر، كل لون يمكن تمثيل درجتة بقيمة (تتراوح بين 0 و 255)، إذاً اللون هو رقم بالنسبة للحاسوب (مثلاً رمز اللون الأبيض هو: 255,255,255) وعندما يريد إظهار هذا اللون يرسل القيمة الموافقة لبطاقة الرسوميات.
مكونات الحاسوب
تنقسم مكونات الحاسوب إلى قسمين رئيسيين:
عتاد الحاسوب
البرمجيات المشغلة له
وينقسم العتاد الصلب للحاسوب إلى خمسة تصانيف رئيسية:
أجهزة الإدخال
المعالجة
أجهزة الإخراج
وسائط التخزين
أجهزة الاتصال
في حين تنقسم البرمجيات الحاسوبية إلى:
أنظمة التشغيل
التَّطْبيقات
تتعدد أنواع الحواسيب من حيث طريقة عملها وحجمها بالإضافة إلى سرعتها، فقد كانت أوائل الحواسيب الإلكترونية بحجم غرفة كبيرة وتستهلك طاقة مماثلة لما يستهلكه بضعة مئات من الحواسيب الشخصيّة اليوم. كما أن السنوات الأخيرة شهدت انخفاضاً في تكاليف صناعة البنية الصلبة إلى الحد الذي أصبحت معه الحواسيب الشخصية سلعة منتشرة بشكل كبير. كما تنوعت تطبيقات الحواسيب وتوسعت لتشمل مختلف المجالات والأجهزة في وقتنا الحالي، فصنعت الساعة الذكية، وطبقت أنظمة الملاحة الإلكترونية بشكل واسع عن طريق نظام التموضع العالمي وأصبحت برامجه وأجهزته في متناول الجميع، كما أن كثيرًا من رجال الأعمال يهتمون بتطبيقها في أعمالهم التجارية لتقليل الأيدي العاملة وتخفيض تكلفة الإنتاج. وينظر المجتمع إلى الحاسوب الشخصي)(الحاسوب المكتبي) ونظيره المتنقل (الحاسوب المحمول) على أنهما رمزي عصر المعلومات؛ فهما أول ما يتبادر إلى ذهن أي شخص تقريبا عند الحديث عن الحاسوب. ومع هذا فأكثر أشكال الحاسوب استخدامًا اليوم هي الحواسيب المضمّنة وهي الحواسيب المضمنة في أجهزة صغيرة وبسيطة تستخدم عادة للتحكم في أجهزة أخرى، فعلى سبيل المثال يمكنك أن تجدها في آلات شتى مثل الطائرات المقاتلة، والآليين، وآلات التصوير الرقمية إلى لعب الأطفال، وأجهزة التحكم.لا يمكن القول بأن الحاسوب هو اختراع بحد ذاته، لأنه من نتاج الكثير من الابتكارات العلمية والتطبيقات الرياضية. الحواسيب متنوعة في الواقع، وطبقًا لفرض تشرش في آلة تورنغ فإن حاسوبًا لهُ قدرة ذات حد منخفض يكون قادرًا على إنجاز المهام الخاصة بأي حاسوب آخر، بدءاً من المساعد الرقمي الشخصي إلى الحاسوب الفائق، طالما أن الوقت وسعة الذاكرة ليست في الاعتبار. لذلك فإن التصميمات المتماثلة من الحاسوب من الممكن أن تضبط من أجل القيام بمهام بسيطة كمعالجة حسابات موظفي الشركات أو معقدة كالتحكم في المركبات الفضائية دون طيار. وبسبب التطور التقني فإن الحواسيب الحديثة تكون بشكل جبري أكثر قدرة من الحواسيب السابقة، وهي ظاهرة موصوفة ومشروحة جزئيا في قانون مور.
فوائد الحاسوب
تبرز أهمية الحاسوب في تبسيطه الأعمال الصعبة أو التي تحتاج وقتاً طويلاً لإتمامها كالأعمال الصناعية والتجارية، والإدارات الحكومية، والجامعات والمعاهد، فهو وسيلة ذات قدرة عالية في حل المسائل الرقمية والدقة في حفظ واسترجاع المعلومات وتصميم الوثائق والصور وإظهارها، وعمليات البحث عن المعلومات وجمعها.
تاريخ الحاسوب
تاريخ تطور عتاد الحاسوب هو سجل مستمر من الاتجاه نحو جعل الحواسب أسرع وأرخص وقادرة على تخزين بيانات أكثر. قبل وجود الحاسوب متعدد الأغراض كان الإنسان يقوم بمعظم العمليات الحسابية بنفسه، إلى أن ظهرت الآلة الحاسبة لتساعد في العمليات الحسابية. ولا زالت الآلات الحاسبة تتطور، إلا أن الحاسوب فيه ميزة إضافية عنها وهي أنه متعدد الاستعمالات، وليس فقط لحساب الأرقام. ولقد مر عتاد الحاسوب بتطورات كبيرة منذ الأربعينات، حتى أصبح أساساً لكثير من الاستخدامات الأخرى غير الحساب كالأتمتة والإتصالات والتحكم والتعليم.
توجد أمثلة على أجهزة الحساب البدائية والتي تمثل الأسلاف الأوائل للحاسوب، منها المعداد وآلية أنتيكيثيرا وهو جهاز يوناني قديم كان يستخدم لحساب حركات الكواكب والتأريخ منذ سنة 87 ق.م. تقريباً. شهدت نهاية العصور الوسطى نشاطاً أوروبياً في علمي الرياضيات والهندسة وكان ويلهلم شيكارد الأول من عدد من العلماء الأوروبيين الذي أنشئ آلة حاسبة ميكانيكية. دُون المعداد على أنه حاسوب بدائي وذلك لأنه كان يشبه الآلة الحاسبة في الماضي. وفي عام 1801 قام جوزيف ماري جاكار بعمل تحسين للأشكال النولية الموجودة والتي تستخدم مجموعة متتالية من البطاقات الورقية المثقوبة وكأنها برنامج لنسج أشكال معقدة. والنتيجة كانت أن نول جاكوارد لم يتم اعتباره حاسوبًا حقيقيًا ولكنه كان خطوة هامة في تطوير الحواسيب الرقمية الحديثة. كان تشارلز باباج أول من فكر وصمم حاسوبًا مبرمجًا بالكامل وذلك في بداية عام 1820 ولكن بسبب مجموعة من الحدود التقنية في ذلك الوقت والمحدودية المالية، إضافة إلى عدم القدرة على حل مشكلة الإصلاح غير الجيد في تصميمه فإن الجهاز لم يبنى فعلياً في فترة حياته. ثم ظهرت عدد من التقنيات التي أثبتت فائدتها لاحقًا في الحوسبة، مثل البطاقة المثقبة وأنبوب الصمام في نهاية القرن التاسع عشر، ومعالجة البيانات أوتوماتيكياً ذات التدرج الكبير باستخدام البطاقات المثقبة صُنٍعت باستخدام آلات جدولة والتي صممها هيرمان هولليريث.
إن نجاح الحواسيب القوية والمريحة بدأ في عقدي الثلاثينيات والأربعينات من القرن العشرين، وأضيفت بالتدريج المميزات الرئيسية في الحواسيب الحديثة مثل استخدام الإلكترونيات الرقمية (أخترع معظمها كلود شانون عام 1937) وكذلك القدرة على البرمجة بطريقة أكثر سلاسة. إن تحديد نقطة واحدة خلال هذا المشوار على أنها «أول حاسوب إلكتروني رقمي» أمر صعب جدا.
من الإنجازات الأساسية، حاسوب «أتانوس بيري» Atanasoff-Berry 1937، وهي آلة ذات غرض مخصص وكانت تستخدم الحوسبة المقادة بالصمامات (أنبوب الصمام) والأرقام الثنائية والذاكرة المجددة. وحاسب كولوسس البريطاني السري في عام 1944 الذي كان يملك قدرة محدودة على البرمجة ولكنه قدم جهازًا يستخدم الآلاف من الصمامات من الممكن أن يكون موثوقا لإعادة برمجتهِ إلكترونيا. وحاسوب «هارفرد مارك الأول» Harvard Mark I 1944 وهو حاسوب إلكتروميكانيكي ذو تدرج كبير ولديه قدرة محدودة على البرمجة.
الحاسوب الأمريكي المبني على نظام العد العشري (1946-إينياك) وكان أول حاسوب إلكتروني ذو أغراض عامة ولكن في الأساس فإن بنيته غير سلسة مما يعني أن إعادة برمجته أساسا تتطلب إعادة توصيله. وآلات زي Z الخاصة بـكونراد سوزه، مع الإليكتروميكانيكي Z3)1941) يكون أول آلة عاملة تقدم ميزة الحساب الأوتوماتيكي للأرقام الثنائية والقدرة على البرمجة بطريقة عملية وملائمة.
إن فريق العمل الذي طور حاسوب إينياك ENIAC أدرك عيوب جهازه وجاء بتصميم أكثر مرونة وروعة والذي صار يعرف ببنية فون نويمان (أو «بنية البرنامج المخزن»)، ثم صارت بنية البرنامج المخزن افتراضيا القاعدة لكل الحواسيب الحديثة. وبدأت عدد من المشاريع لتطوير حاسوب يعتمد على بنية البرنامج المخزن من منتصف إلى نهاية عقد الأربعينات من القرن العشرين، وكان أول حاسوب من هذهِ الحواسيب صنع في بريطانيا، وأول تلك الحواسيب الذي يعتبر أفضل ما كان يعرف بالآلة المصغرة التجريبية (Small-Scale Experimental Machine) ولكن EDSAC ربما كان أول نسخة عملية طورت في حينها.
إن تصميمات الحاسوب المقاد بأنبوب الصمام أصبحت قيد الاستخدام خلال عقد الخمسينات من القرن العشرين، ولكن مع الوقت استبدلت بالحواسيب الترانزستورية حيث أنها أصغر وأسرع وأرخص وأكثر موثوقية، كل ذلك أتاح لها أن تنتج على المستوى التجاري وذلك في عقد الستينات من القرن العشرين. وفي عقد السبعينيات ساعد اختيار تقنية الدائرة المتكاملة في إنتاج الحواسيب بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للأفراد بامتلاك حاسوب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا.
أول حاسوب في العالم
أول حاسوب ميكانيكي
قام تشارلز باباج (Charles Babbage) بصُنع أول حاسوب ميكانيكيّ (mechanical computer) عام 1822م، حيث طوّر محرّك الفرق (Difference Engine)، الذي تمّ اعتباره كأول آلة للحوسبة التلقائية (Automatic Computing Machine)، وكان محرك الفرق قادراً على القيام بعدّة عمليات حسابية على مجموعة من الأرقام، وطباعة النتائج على نسخ ورقيّة، وتلقّى باباج المساعدة من أدا لوفليس (Ada Lovelace)، التي تعتبر أول مُبرمجة لجهاز الحاسوب، لكن الجهاز لم يصل إلى شكل النسخّة الكامل بسبب مشاكل التمويل.
أول حاسوب تجاري
أنتجت شركة ريمنجتون راند (Remington Rand) جهاز يوني ڤاك ون (Univac1)، وقد أُعْتُبِرَ أول حاسوب تجاري، واستولى على انتباه الناس آنذاك، حيث انتشر استخدامه في العديد من الأماكن، إضافةً إلى استخدامه من قِبَل شركات التأمين والجيش الأمريكي، وقد بلغ وزن هذا الجهاز 13154.168 كيلوغراماً، وتمكّنت شركة ريمنجتون راند من بيع 46 جهازاً منه، بلغ سعر الجهاز الواحد مليون دولار أمريكيّ وقتها.
أول حاسوب يُخزِّن البرامج
قام فريدريك ويليامز (Frederic C. Williams)، وتوم كيلبورن (Tom Kilburn) ببناء أول حاسوب رقمي يُخزّن البرامج، وذلك في جامعة مانشستر عام 1948م، وسُمّي هذا الجهاز باسم الطفل (The Baby). تم تطويره فيما بعد ليُصبح جهاز حاسوب كامل الحجم عُرف باسم مانشستر مارك (Manchester Mark) وذلك عام 1949م. وما يُميزه هو وجود مُسجّل ثنائي المستوى (two-level registers) للتخزين والتعديل، كما تمّ إضافة أسطوانة مغناطيسية لتوفير جهاز تخزين ثانوي عشوائي.
كيف تعمل الحواسيب؟
بينما تغيرت التقنيات المستخدمة في الحواسيب بصورة مثيرة منذ ظهور أوائل الحواسيب الإلكترونية متعددة الأغراض من أربعينات القرن العشرين، ما زال معظمها يستخدم بنية البرنامج المخزن (يطلق عليها في بعض الأحيان بنية فون نويمان). استطاع التصميم جعل الحاسوب العالمي حقيقة جزئيا.
وتصف هذه البنية الحاسوب في أربع أقسام رئيسية:
وحدة الحساب والمنطق
وحدة التحكم
الذاكرة
أجهزة الإدخال والإخراج.
وهذه الأجزاء تتصل ببعضها عن طريق حزم من الأسلاك (تسمى «النواقل» BUS عندما تكون نفس الحزمة تدعم أكثر من مسار بيانات) وتكون في العادة مقاسة بمؤقت أو ساعة (مع أن الأحداث الأخرى تستطيع أن تقود دائرة التحكم).
فكريا، من الممكن رؤية ذاكرة الحاسوب كأنها قائمة من الخلايا، كل خلية لها عنوان مرقم وتستطيع الخلية تخزين كمية قليلة وثابتة من المعلومات. هذه المعلومات من الممكن أن تكون إما تعليمة (أمر) والتي تخبر الحاسوب بما يجب أن يفعله وإما أن تكون بيانات وهي المعلومات التي يقوم الحاسوب بمعالجتها باستخدام الأوامر التي تم وضعها على الذاكرة.
عموما، يمكن استخدام أي خلية لتخزين إما أوامر أو بيانات.
وحدة الحساب والمنطق هي تعتبر قلب الحاسوب. وهي قادرة على تنفيذ نوعين من العمليات الأساسية.
الأولى هي العمليات الحسابية، جمع أو طرح رقمين سويا. إن مجموعة العمليات الحسابية قد تكون محدودة جدا، في الواقع، بعض التصميمات لا تدعم عمليتي الضرب والقسمة بطريقة مباشرة (عوضا عن الدعم المباشر، يستطيع المستخدمون دعم عمليتي الضرب والقسمة وذلك من خلال برامج تقوم بمعالجات متعددة للجمع والطرح والأرقام الأخرى).
القسم الثاني من عمليات وحدة الحساب والمنطق هي عمليات المقارنة بإدخال رقمين، تقوم هذه الوحدة بالتحقق من تساوي أو عدم تساوي الرقمين وتحديد أي الرقمين هو الأكبر. وهي تسمى العملية المنطقية وهي مهمة في البرمجة.
ويقوم نظام التشغيل يجمع مكونات الحاسوب مع بعضها، حيث يقوم بقراءة الأوامر والبيانات من الذاكرة أو من أجهزة الإدخال والإخراج، ليتم تنفيدها من قبل المعالج. وكذلك فك شفرة الأوامر، بتغذية وحدة الحساب والمنطق بالمدخلات الصحيحة طبقا للأوامر، حيث يخبر وحدة الحساب والمنطق بالعملية الواجب تنفيذها على تلك المدخلات وتعيد إرسال النتائج إلى الذاكرة أو إلى أجهزة الإدخال والإخراج.
يعتبر العداد Counter من المكونات الرئيسية في نظام التحكم والذي يقوم بمتابعة عنوان الأمر الحالي، في العادة تزداد قيمة العنوان في كل مرة يتم فيها تنفيذ الأمر إلا إذا أشار الأمر نفسه إلى أن الأمر التالي يجب أن يكون في عنوان آخر (ذلك يسمح للحاسوب بتنفيذ نفس الأوامر بطريقة متكررة).
بدء من ثمانينات القرن العشرين، صار كل من وحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكم (يسميان مجتمعان بوحدة المعالجة المركزية)(وحدة معالجة مركزية)المعتاد وجودهما في دائرة متكاملة واحدة تسمى المعالج الصغري (المايكروبروسيسور).
آلية عمل الحاسوب
إن آلية عمل أي حاسوب في الأساس تكون واضحة تمامًا. في المعتاد، في كل دورة معالجة Processing Circle يقوم الحاسوب بجلب الأوامر والبيانات من الذاكرة الخاصة به. يتم تنفيذ الأوامر، يتم تخزين النتائج، ثم يتم جلب الأمر التالي. هذا الإجراء يتكرر حتى تتم مقابلة أمر التوقف Halt.
إن الأوامر التي تقوم وحدة التحكم بتفسيرها وتقوم وحدة الحساب والمنطق بتنفيذها يكون عددها محدود، ومحددة بدقة وتكون عمليات بسيطة جدا.
بصفة عامة، فإنها تندرج ضمن واحد أو أكثر من أربعة أقسام:
نقل بيانات من مكان لآخر (مثال على ذلك أمر «يخبر» وحدة المعالجة المركزية أن «تنسخ محتويات الخلية 5 من الذاكرة ووضع النسخة في الخلية 10»)
تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية على بيانات (على سبيل المثال «قم بإضافة محتويات الخلية 7 إلى محتويات الخلية 13 وضع الناتج في الخلية 20»)
اختبار حالة البيانات («لو أن محتويات الخلية 999 هي 0 فإن الأمر التالي يكون موجود في الخلية 30»)
تغيير تسلسل العمليات (يغير المثال السابق تسلسل العمليات ولكن الأوامر مثل «الامر التالي يوجد في الخلية 100» تكون أيضا قياسية).
إن الأوامر تكون ممثلة مثل البيانات في صورة شفرة ثنائية (نظام للعد قاعدته الرقم 2). على سبيل المثال، الشفرة لنوع من أنواع عملية «نسخ» في المعالجات الدقيقة من نوع Intel x86 هي 10110000.
إن الأمر الجزئي يكون معدًا بحيث أن حاسوبًا معينًا يدعم ما يعرف بلغة الآلة. إن استخدام لغة الآلة سابقة التبسيط جعلها أكثر سهولة لتشغيل برامج موجودة على آلة جديدة: وهكذا في الأسواق حيثما تكون أتاحة البرامج التجارية أمرا ضروريا فإن المزودين يتفقون على واحد أو عدد صغير جدا من لغات الآلة البارزة.
إن الحواسيب الأكبر مثل (الخادوم) تختلف عن الأنواع السابقة في أمر هام هو أن بدلا من وجود وحدة معالجة مركزية واحدة فإنه في الغالب يوجد أكثر من وحدة. غالبا ما تمتلك هذه الحواسيب بنيات غير عادية بدرجة كبيرة وهذه البنيات مختلفة بشكل ملحوظ عن بنية البرنامج المخزن الأساسية وفي بعض الأحيان تحتوي على الآلاف من وحدة المعالجة المركزية، ولكن مثل هذه التصميمات تصبح ذات فائدة فقط لأغراض متخصصة.
أجهزة الإدخال والإخراج
I/O (اختصارا لـ Input/Output) هو مصطلح عام يطلق على الأجهزة التي ترسل المعلومات من العالم الخارجي وتلك التي تعيد نتائج الحسابات. هذه النتائج يمكن إما أن تظهر مباشرة للمستخدم أو أن يتم إرسالها إلى آلة أخرى والتي يكون تحكمها مخصص للحاسوب.
الجيل الأول من الحواسيب كان مجهزا بمدى محدود جدا من أجهزة الإدخال.
مثل قارئ الكروت المثقبة أو الأشياء المماثلة التي استخدمت لإدخال الأوامر والبيانات في ذاكرة الحاسوب، وكذلك استخدم بعض أنواع الطابعات وهو في العادة عبارة عن teletype معدل لتسجيل النتائج. وعلى مر السنين، أجهزة أخرى اضيفت.
بالنسبة إلى الحواسيب الشخصية، فان لوحة المفاتيح والفأرة هما الطريقتين الرئيسيتين المستخدمتين لإدخال المعلومات مباشرة إلى الحاسوب، والشاشة هي الطريقة الرئيسية لإظهار المعلومات للمستخدم وذلك بالرغم من أن الطابعات والسماعات منتشرة أيضا.
توجد تشكيلة ضخمة من أجهزة الإدخال الأخرى لإدخال أنواع أخرى من المدخلات. مثال على ذلك هو الكاميرا الرقمية حيث تستخدم لإدخال معلومات مرئية.
من الممكن توصيل مجموعة ضخمة ومتنوعة من الأجهزة الإلكترونية إلى الحاسوب لتعمل كأجهزة إدخال وإخراج. بشرط توفر نظام لتعرفها على الحاسوب ويسمى المشغل (حاسوب) أو Driver
البرامج
إن برامج الحاسوب ببساطة هي عبارة عن قائمة من الأوامر ينفذها الحاسوب، وتتراوح هذه الأوامر (التعليمات) بين بعض الأوامر القليلة التي تؤدي مهمة بسيطة إلى قائمة من الأوامر أكثر تعقيدًا والتي من الممكن أن تحتوي على جداول من البيانات.
العديد من برامج الحاسوب تحتوي الملايين من الأوامر والعديد من هذه الأوامر تنفذ بصورة متكررة. إن الحاسوب الشخصي الحديث النموذجي يمكنه تنفيذ حوالي 3 مليارات أمر في الثانية. إن الحواسيب لم تكتسب قدراتها غير العادية من خلال قدرتها على تنفيذ الأوامر المعقدة. ولكن بالأحرى فإنها تقوم بالملايين من الأوامر المرتبة عن طريق أشخاص يعرفون بالمبرمجين.
عادة، فإن المبرمجين لا يكتبون الأوامر إلى الحاسوب مباشرة بلغة الآلة. إن البرمجة بهذه اللغة عملية مملة وصعبة جدًا وتميل للخطأ بصورة أكبر مما يجعل المبرمجين غير قادرين على الإنتاج بصورة فعالة.
وعوضاً عن ذلك، يقوم المبرمجون بوصف العملية المرادة في لغة برمجة «عالية المستوى» مثل لغة باسكال أو لغة سي أو لغات خاصة بتطبيقات الإنترنت مثل جافا
والتي تترجم أوتوماتيكياً بعد ذلك إلى لغة الآلة عن طريق برامج حاسوب مخصصة (مفسرات ومترجم) يدعى بالإنجليزية كومبايلر compiler.
بعض لغات البرمجة ترسم خريطة قريبة جدًا من لغة الآلة مثل لغة التجميع لغة تجميع (لغات برمجة منخفضة المستوى)
وعلى الجانب الآخر فإن لغات البرمجة مثل البرولوج Prolog مبنية على قواعد مجردة ومفصولة عن تفصيلات العملية الحقيقية للآلة (لغات برمجة عالية المستوى).
إن اللغة المختارة لمهمة جزئية تعتمد على طبيعة هذه المهمة والمهارة التي يمتلكها المبرمجون وتوافر الأدوات وعادة احتياجات المستهلكين (على سبيل المثال، فإن المشاريع الخاصة بالاستخدامات الحربية الأمريكية في الغالب يجب أن تكون مبرمجة بلغة Ada).
إن الكيان المعنوي للحاسوب Computer software (الأجزاء غير الملموسة بالحاسوب) هو مصطلح بديل لبرامج الحاسوب (computer programs):
وهي عبارة أكثر شمولية وتتكون من كل المواد الهامة المصاحبة للبرنامج والتي يحتاجها لأداء المهام المهمة، فعلى سبيل المثال فإن لعبة الفيديو لا تحتوي فقط على البرنامج نفسه ولكن تحتوي أيضا على بيانات تمثل الصور والأصوات والمواد الأخرى المطلوبة لعمل البيئة التخيلية للعبة.
تطبيق الحاسوب هو قطعة من برامج الحاسوب التي تقدم للعديد من المستخدمين غالبا في سوق التجزئة. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المكتبية office suite وهي عبارة عن برامج ذات صفات مشتركة لأداء مهام المكتب الشائعة.
بالذهاب من القدرات شديدة البساطة الخاصة بأمر لغة آلة واحد إلى القدرات الضخمة للبرامج التطبيقية يعني أن الكثير من برامج الحاسوب تكون كبيرةً جدًا ومعقدةً للغاية. من الأمثلة على ذلك نظام التشغيل ويندوز إكس بي والذي يتكون من حوالي 40 مليون سطر من شفرة الحاسوب في لغة برمجة سي++
يوجد العديد من المشاريع التي تكون أكبر هدفا، يقوم بإنشائه فرق كبيرة من المبرمجين. إن إدارة هذه المشاريع شديدة التعقيد هو مفتاح إمكانية تنفيذ هذه المشاريع: لغات البرمجة وتطبيقات البرمجة تسمح بتقسيم المهمة إلى مهام فرعية أصغر فأصغر حتى تصبح في قدرات مبرمج واحد وفي وقت مناسب.
كما أن هناك بعض النظم الأكثر تطوراً والتي تستخدم في الحواسيب الضخمة والحواسيب الحساسة كمخدمات الويب وغيرها، وهي الأنظمة المشتقة من نظام UNIX، مثل RedHat (ريد هات) وSun Solaris، وقد تطورت لتصلح للاستخدام المكتبي، وذلك بتوفير واجهات رسومية يمكن أن تتفوق أحياناً على أنظمة مايكروسوفت ويندوز، حيث توفر تأثيرات تتفوق على تلك الموجودة في ويندوز 7 كما هو الحال في أوبونتو، كما تم استخدام أنظمة UNIX في بعض الأنظمة الخاصة بالموبايل، وتتميز هذه الأنظمة بالوثوقية، حيث يمكن أن تبقى قيد التشغيل حتى عشر سنوات متواصلة أو أكثر بدون أي توقف، كما أنها لا تأثر بما يسمى فيروسات، وتقدم أداء عالي حتى على الأجهزة الضعيفة إلى حد ما.
وهذه الأنظمة غير مستخدمة بشكل كبير في العالم العربي، وذلك لعدم توافق كل البرامج التي تعمل على أنظمة مايكروسوفت ويندوز معها، لكن معظم البرامج المكتبية يوجد بديل عنها كبرامج عرض الصوت والفيديو والبرامج المكتبية وبرامج تصفح الإنترنت، وكلها برامج مجانية غالباً تكون متوفرة مع النظام.
إن عملية تطوير البرامج لا زالت بطيئة ولا يمكن التنبؤ بها وتميل للخطأ: إن نظم هندسة البرامج حاولت وقد نجحت جزئيا في جعل العملية أكثر سرعة وإنتاجية وتحسين جودة المنتج النهائي.
برامج أخرى: هي كافة البرامج الأخرى عدا نظام التشغيل؛ حيث يعمل الحاسوب وفقاً للتطبيقات الموجودة عليه، مثل: الألعاب، وبرنامج معالج النصوص (بالإنجليزية: Microsoft Word) وغيرها.
المكتبات وأنظمة التشغيل
بعد فترة وجيزة من تطوير الحاسوب، اكتشف أن هناك مهام معينة تكون مطلوبة في برامج مختلفة؛ إن مثالا قديما على ذلك كان حساب بعض الدوال الرياضية الأساسية. ومن أجل الفعالية، فقد جمعت نسخ نموذجية من تلك الدوال ووضعها في مكتبات تكون متاحة لمن يحتاجها. إن مجموعة المهام الشائعة بعض الشيء والتي تتعلق بمعالجة كتل البيانات الخاصة «بالتحدث» إلى أجهزة الإدخال والإخراج المختلفة، ولذلك استحدثت مكتبات لها سريعا.
بانتهاء عقد الستينات من القرن العشرين، ومع الاستخدام الصناعي الواسع للحاسوب في العديد من الأغراض، أصبح من الشائع استخدامه لإنجاز العديد من الوظائف في المؤسسات. بعد ذلك بفترة وجيزة أصبح متاحا وجود برامج خاصة لتوقيت وتنفيذ تلك المهام العديدة. إن مجموع كل من إدارة «الأجزاء الصلبة» وتوقيت المهام أصبح معروفا باسم نظام التشغيل؛ من الأمثلة القديمة على هذا النوع من أنظمة التشغيل القديمة كان OS/360 الخاص بـ آي بي إم.
إن التطوير الرئيسي التالي في أنظمة التشغيل كان timesharing - وفكرته تعتمد على أن عددا من المستخدمين بإمكانهم استخدام الآلة في وقت واحد وذلك عن طريق الاحتفاظ بكل برامجهم في الذاكرة وتنفيذ برنامج كل مستخدم لمدة قصيرة وبذلك يصبح وكأن كل مستخدم يملك كل منهم حاسوبًا خاصًا به. إن مثل هذا التطوير يتطلب من نظام التشغيل بأن يقدم لكل برامج المستخدمين «آلة تخيلية» وذلك لمنع برنامج المستخدم الواحد من التداخل مع البرامج الأخرى (بالصدفة أو التصميم). إن مدى الأجهزة التي يجب أن تتعامل معها نظم التشغيل قد تمدد؛ من الأمثلة الملاحظة كان القرص الصلب؛ إن فكرة الملفات الفردية والترتيب البنائي المنظم للأدلة "directories" (حاليا يطلق عليها في الغالب مجلدات "folder") قد سهلت وبشكل كبير استخدام هذه الأجهزة للتخزين الدائم. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المكتبية office suite وهي عبارة عن برامج ذات صفات مشتركة لأداء مهام المكتب الشائعة. إن متحكمات الوصول الآمن سمحت لمستخدمي الحاسوب بالوصول فقط إلى الملفات والأدلة والبرامج التي لديهم تصريح باستخدامها كانت أيضًا شائعة.
ربما تكون آخر إضافة لنظام التشغيل كانت عبارة عن أدوات تزود المستخدم بواجهة مستخدم رسومية معيارية. بينما كانت هناك بعض الأسباب التقنية لضرورة ربط واجهة المستخدم الرسومية (واجهة مستخدم رسومية) مع باقي أجزاء نظام التشغيل، فقد سمح ذلك لبائع نظام التشغيل بجعل كل البرامج الموجهة لنظام تشغيله تمتلك نفس الواجهة.
خارج هذه المهام الداخلية "core"، فإن نظام التشغيل غالبًا ما يكون مزودًا بمجموعة من الأدوات الأخرى، بعض منها ربما يملك اتصالًا ضئيلًا بهذه المهام الداخلية الأصلية ولكن وجد أنها مفيدة لعدد كافي من المستهلكين مما جعل المنتجين بضيفونها، فعلى سبيل المثال ماك أو.إس عشرة يقدم مع تطبيق لتحرير الفيديو الرقمي.
نظم تشغيل الحواسيب الأصغر ربما لا تقدم كل هذه المهام. نظام التشغيل للمايكروسوفت القديم ذي الذاكرة وقدرات المعالجة المحدودتين كانت لا تقدم كل المهام، والحواسيب المدمجة دائما إما تملك نظم تشغيل متخصصة أو لا تملك نظام تشغيل بالكلية، مع برامجه التطبيقية المتخصصة والتي تؤدي المهام التي من الممكن أن تعود بطريقة أخرى إلى نظام التشغيل.
يمكن للهواتف الذكية الخلوية السبق في السيطرة على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، خصوصاً مع الصراع على طرح الجديد والأحدث في هذا المجال بين الشركات المتنافسة.
مكونات الحاسوب
[[ملف:Personal computer, exploded.svg|تصغير|مكونات الحاسوب:
<ol>
الشاشة (Monitor)
اللوحة الام (Motherboard)
وحدة المعالجة المركزية (CPU)
الذاكرة الرئيسية (RAM)
ربط العناصر الجانبية (PCI)
مولد الطاقة (Power)
قارئ القرص المضغوط (CD) أو قارئ القرص دي في دي (DVD)
القرص الصلب (Hard Disk)
فأرة (mouse)
لوحة المفاتيح (Keyboard)]]
يقصد بمكونات الحاسوب المكونات الصلبة أو العتاد فقط. من الممكن القول أن أي نظام حاسوبي يحتوي على الأجزاء التالية بأشكاله المختلفة:
وحدة المعالجة المركزية -و يطلق عليه اختصارًا «المعالج»- وهو يتحكم بمعالجة العمليات الحسابية وتنفيذها.
اللوحة الأم Motherboard.
ذاكرة الوصول العشوائي RAM.
وحدات التخزين مثل: القرص الصلب HardDisk.
وحدات إدخال وإخراج البيانات مثل لوحة المفاتيح الفأرة والشاشة.
مزوّد الطاقة: وهو صندوق يزوّد الحاسوب بالطاقة التي يحتاجها.
كارت الشاشة: عرض الصور بعد معالجتها في المعالج.
كارت الصوت: وهو بطاقة مسؤولة عن إخراج وإدخال الأصوات المختلفة إلى الحاسوب.
وهناك مكونات أخرى تعتبر مكملة لعمل الحاسوب مثل:
الطابعة.
الماسح الضوئي.
الأجهزة الصوتية والمرئية أو الوسائط المتعددة.
بالإضافة إلى المكونات الصلبة فإن الحاسوب يحتاج إلى:
نظام تشغيل ليس من مكونات الحاسوب ويعتبر من المكملات.
البرامج ليست من مكونات الحاسوب وتعتبر من المكملات، ويشبه البعض العلاقة بين البرامج والحاسوب بالعلاقة بين الروح والجسم.
أنواع الحواسيب
راجع المقال الفرعي أنواع الحواسيب.
يمكن تقسيم الحواسيب إلى:
حواسيب الإطار الرئيسي: وهي الحواسيب ذات السعات التخزينية الضخمة والكفاءة العالية في المعالجة والتي تستخدم في المنشآت الكبيرة كالدوائر الحكومية والشركات الكبرى، حيث يتم ربط الجهاز الرئيسي بمجموعة من الأجهزة الفرعية تسمى نهايات طرفية.
حواسيب شخصية: وهي الحواسيب التي نراها في المنازل والمكاتب. ويستعمل مصطلح الحاسوب بشكل عام في الإشارة إلى الحواسيب الشخصية.
حواسيب كفيـّة: وهي أجهزة صغيرة لا يتجاوز حجمها كف اليد، تستخدم في إجراء بعض المهام الحاسوبية البسيطة كحفظ البيانات الضرورية والمواعيد، وقد توسع استخدامها مؤخراً حتى أصبحت تضاهي باستخداماتها الحواسيب الأخرى، حيث تستخدم بعضها في الدخول إلى الإنترنت أو الاستدلال في الطرق من خلال أنظمة الإبحار.
حواسب مدمجة: وهي الحواسيب الموجودة في العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، إذ أن العديد من الأجهزة تحتوي حواسيب لأغراض خاصة. فمثلاً توجد الحواسيب في الهواتف السيارات وأجهزة الفيديو والطائرات وغيرها.الحواسيب المدمجة أو ما يطلق عليها اسم المتحكم الصغير هي عبارة عن microcontroler هكذا تسمى باللغة الإنجليزية لأنه عدة أجزاء حاسوب موضوعة في رقاقة إلكترونية واحدة وهي الchip التي تبرمج كيفما تريد نعم تستطيع عمل برمجة لهذه الرقاقت وتستطيع محيها أكثر من 1000 مرة وإعادة برمجتها من أهم القطع المستعملة ألا وهي pic16f84 الشهيرة من شركة microship العالمية وهناك نسخ أفضل من هذه الرقاقة، يمكنك عمل الآف التطبيقات بواسطة برمجة هذه الرقاقة أي تسيرها حسبما تريد أن تسيرها.
أنواع فرعية
الحاسوب القياسي العمودي (Tower PC) الحاسوب الشخصي المزود بعلبة عمودية تحتوي على نفس الأجزاء الموجودة في الحاسوب الشخصي القياسي الافقي، باستثناء ان العلبة الافقية أكبر حجما وبالتالي يمكن تركيب أجهزة أكثر في داخلها. يمكن وضع العلبة العمودية على الأرض لتوفير المساحة على المكتب.
الحاسوب الشبكي (Network PC)
الشبكة تسمح لك بوصل جهازين أو أكثر مع بعضهم البعض، وهذا يسمح للبيانات المخزنة في حاسوب من أن تستخدم من قبل الحاسوب الآخر المتصل على الشبكة، كما أنها تسمح بمشاركة بعض الموارد، فمثلا، بدل أن يحتاج كل حاسوب طابعة خاصة متصله به مباشرة، يمكنك الآن احضار طابعة واحدة لتكون مشتركة.
المساعد الرقمي الشخصي (PDA) المساعد الرقمي الشخصي (PDA) مجهز بقلم خاص بدل من لوحة المفاتيح والذي يمكن استخدامه لتخزين واستدعاء المعلومات. وكالعديد من أجهزة الحاسوب الآلي يمكن وصله بالانترنت.
الحاسوب القياسي الافقي (Desktop PC)
الحاسوب الشخصي القياسي يمكن وضعه على المكتب، حيث تكون شاشة العرض لديه موضوعة فوق علبة الحاسوب الافقية.
البرمجية
تشير البرمجية إلى أجزاء من الحاسوب ليس لها شكل مادي، مثل البرامج والبيانات والبروتوكولات وما إلى ذلك، وهي ذلك الجزء من نظام الحاسوب المكون من معلومات مشفرة أو تعليمات الحاسوب، عكس الأجهزة المادية التي تم بناء النظام منها. تتضمن برمجية الحاسوب برامج الحاسوب والمكتبات والبيانات غير القابلة للتنفيذ ذات الصلة، مثل الوثائق عبر الإنترنت أو الوسائط الرقمية. غالبًا ما يتم تقسيمها إلى برامج نظام وبرامج تطبيقات. تتكامل أجهزة وبرامج الحاسوب فيما بينها ولا يمكن استخدام أي منها بشكل واقعي بمفردها. عندما يتم تخزين البرنامج في جهاز لا يمكن تعديله بسهولة، مثل BIOS ROM في حاسوب متوافق مع IBM PC، يطلق عليه أحيانًا «البرامج الثابتة».
انظر أيضًا
* حاسوب كمومي
Z4 (كمبيوتر)
راسبيري باي (حاسوب مصغر)
عتاد الحاسب
نظرية الحسوبية
علوم الحاسوب أو معلوماتية
أنماط الحاسوب: حاسوب مكتبي - حاسوب محمول - الهاتف المحمول
حوسبة
رقمي
تاريخ الحوسبة
حاسوب شخصي
معالجة الكلمات
برمجة الحاسب
وحدات الإدخال والإخراج
صمام عزم مغزلي (مكون قرص صلب)
وقت التشغيل
برنامج حاسوب
ملحقات (حاسوب)
أتاري 1200 إكس إل
حاسوب توجيه أبولو
سرقة دورة
المراجع
إلكترونيات استهلاكية
حواسيب
صناعة إلكترونيات