stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
حاسوب
التاريخ > الحواسيب الرقمية > الميكانيكية الكهربائية

طورت بحرية الولايات المتحدة بحلول العام 1938م حاسوباً تشابهياً ميكانيكياً كهربائياً صغيراً بما فيه الكفاية ليوضع في غواصة. استعمل هذا الحاسوب لحل مشكلة الحسابات المثلثية المرتبطة بإطلاق طُربيد على هدف متحرك، وسُمِّي حاسوب بيانات الطربيد ، وقد طورت نماذج عديدة مشابهة في دول أخرى خلال الحرب العالمية الثانية.
كانت الحواسيب الرقمية المبكرة ميكانيكية كهربائية، تسحب فيها مفاتيح كهربائية مرحلات ميكانيكية لإجراء الحسابات. حاسوب زد2  الذي صنعه المهندس الألماني كونراد سوزه في برلين سنة 1939م هو أحد أوائل الحواسيب من هذا النوع. كانت هذه الحواسيب بطيئة في إجراء العمليات، ولم تدم لفترة طويلة، ليحل محلها حواسيب كهربائية بالكامل استعملت الصمامات المفرغة.
تابع سوزه العمل وصنع في سنة 1941 حاسوباً أكثر تعقيداً أسماه زد3، وكان أول حاسوب ميكانيكي كهربائي رقمي يمكن برمجته. بُني زد3 باستعمال 2000 مُرحِّلة وعمل بكلمات طولها 22 بت بتردد 5-10 هرتز.
زوِّد الحاسوب بالبرامج باستعمال شريط رقيق مثقوب، أما البيانات فكانت تُخزَّن في ذاكرة تتسع 64 كلمة تُدخل من لوحة المفاتيح. تشابه هذا الحاسوب مع الحواسيب المعاصرة في مسائل عديدة، منها مثلاً القدرة على إجراء حسابات تتضمن فاصلة متحركة. اعتمد حاسوب سوزه على نظام العد الثنائي، وكان تصميم الآلة أبسط وأسهل من تصميم آلة بابيج الذي اعتمد نظام العد العشري قياساً للتقانات الموجودة في ذلك الزمن. لم يكن زد3 حاسوباً عاماً، ولكن كان بالإمكان توسعته ليصبح كاملاً حسب تورنغ.
تأخر سوزه في صناعة الحاسوب التالي؛ بسبب الحرب العالمية الثاني، ولكنه انتهى من صنع حاسوب زد4 في سنة 1950م، وأصبح بذلك أول حاسوب تجاري في التاريخ، وسُلِّم للمعهد الاتحادي السويسري للتقانة في زيورخ. صُنع الحاسوب في شركة أسسها سوزه اسمها: سوزه التضامنية المحدودة (بالألمانية: Zuse  Kommanditgesellschaft) اختصاراً Zuse KG، أنشئت سنة 1941م وكانت الشركة الأولى التي تتخصص فقط بتطوير الحواسيب في برلين.
التاريخ > الحواسيب الرقمية > الصمامات المفرغة والدارات الإلكترونية الرقمية

حلت العناصر الإلكترونية في الدارات محل مكافآتها الميكانيكية والميكانيكية الكهربائية في الوقت نفسه الذي ساد فيه الحساب الرقمي على الحساب التماثلي. بدأ تومي فلاورز، وهو باحث في مركز أبحاث مكتب البريد  في لندن في ثلاثينيات القرن العشرين، التجارب على استعمال الإلكترونيات في مقاسم الهاتف. صُنعت نماذج تجريب سنة 1934، ثم استعملت في إنجاز العمليات بعد 5 سنوات، فحولت جزءًا من شبكة مقاسم الهاتف إلى نظام إلكتروني لمعالجة البيانات بالاعتماد على آلاف الصمامات المفرغة. طوَّر جون أتاناسوف وكليفورد بيري من جامعة ولاية آيوا حاسوب بيري وأتاناسوف  وجربوه سنة 1942م، وكان أول حاسوب "رقمي إلكتروني ذاتي التشغيل". كان هذا الحاسوب ذا تصميم إلكتروني بالكامل، فيه 300 صمام مُفرَّغ مع مكثفات مثبَّتة على أسطوانات دوَّارة تمثِّل الذاكرة.
نجح مستخرجو التعمية الإنجليز في حديقة بلتشلي خلال الحرب العالمية الثانية في اختراق الاتصالات الألمانية العسكرية المُعمَّاة. كانت آلة إنجما الألمانية هدفاً رئيساً لمستخرجي التعمية الذي استعملوا آلة سميت بُمب (بالإنجليزية: bombe)‏، ولعبت النساء دوراً بارزاً في عملية استخراج المعمى هذه.
أما لاستخراج مُعمَّى آلات ألمانية أكثر تعقيداً مثل آلة لورينز للتعمية، والتي استعملت عاد لتعمية اتصالات القيادة العليا للجيش الألماني، فقد بنى ماكس نيومان حاسوب كولوسس. استغرقت عملية تصميم الحاسوب وبناؤه 11 شهراً بدءاً من شهر فبراير 1943م. اجتاز كولوسس اختبارًا للتجريب بنجاح، ثم شُحِن إلى حديقة بلتشلي، وسُلِّم في 18 يناير 1944، ليبدأ العمل في استخراج المُعمَّى في 5 فبراير من العام نفسه.
كولوسس هو أول حاسوب إلكتروني رقمي يمكن برمجته، استعملت الصمامات المفرَّغة في بنائه. كان دخل كولوسس شريطاً من الورق، وكان قادراً على معالجة الدخل باستعمال مجموعة متنوعة من العمليات المُعرَّفة حسب جبر بول، لكنه لم يكن كاملاً حسب تورنغ. سُمي هذا الحاسوب بالإصدار الأول (بالإنجليزية:  Colossus Mark I)‏، ورقيَّت هذه الآلة إلى إصدارٍ ثان (بالإنجليزية:  Colossus Mark II)‏، وصنع منها 9 نسخ فقط، ليكون المجمل، مع الآلة التي رُقِّيت 10 آلات. ضمَّ الإصدار الأول 1500 صماماً والثاني 2400، وكان الإصدارات أسرع بخمس مرات من الإصدار الأول لحاسوب هَرفرد، وكان استعمالهما أبسط ما سرَّع عملية فك التعمية.
الحاسوب والمكامِل الرقمي الإلكتروني (بالإنجليزية:  Electronic Numerical Integrator And Computer)‏ تختصر ENIAC، وتُلفظ إنياك، هو أول حاسوب إلكتروني يمكن برمجته يُبنى في الولايات المُتحدة. كان إنياك أسرع من كولوسس وأسهل بالاستعمال، وكان كاملاً حسب تورنغ. يُعرَّف البرنامج في إنياك حسب حالة المفاتيح والكبلات. ويلزم إدخاله يدوياً إلى الآلة، بعد أن يُكتب، باستعمال مقابس ومفاتيح. عملت ست نساء في برمجة إنياك، وأُشير إليهم معاً باسم "فتيات إنياك" (بالإنجليزية: ENIAC girls)‏.
بدأ تطوير إنياك وبناؤه في سنة 1943م تحت إشراف جون ماكلي وجون برسبر إيكيرت في جامعة بنسلفانيا، ودخل الخدمة سنة 1945م. جمع هذا الحاسوب بين سرعة الإلكترونيات العالية وإمكانية البرمجة، ومكَّنه ذلك من حل مشكلات معقدة. كان إنياك قادراً على إنجاز 5000 آلاف عملية جمع أو طرح في الثانية، أسرع بألف مرة من الآلات الأخرى. وكان قادراً أيضاً على حساب الضرب والقسم والجذر التربيعي، وكانت ذاكرته عالية السرعة محدودة بعشرين كلمة فقط، قرابة 80 بايتاً. ولكنه كان هائل الحجم، يزن 30 طناً، ويحتاج 200 ألف واط من الاستطاعة الكهربائية لتغذية 18 ألف صمام مُفرَّغ و1500 مُرحِّلة ومئات الآلاف من المقاومة والمكثفات والوشائع.
التاريخ > الحواسيب المعاصرة > مفهوم الحاسوب المعاصر

اقترح آلان تورنغ مفهوم الحاسوب المعاصر في ورقة بحثية نُشرت سنة 1937م عنوانها: "عن الأرقام الحَسُوبة أو الأعداد القابلة للحساب (بالإنجليزية: Computable Numbers)‏، أشار تورنغ في عمله إلى آلة بسيطة سمَّاها (آلة الحوسبة العامة) (بالإنجليزية: Universal Computing machine)‏، وهي تُسمَّى اليوم آلة تورنغ العامة. أثبت تورنغ أن آلة كهذه تستطيع حساب أي عملية حَسُوبة (أعداد قابلة للحساب) من خلال تنفيذ برنامج مكوَّن من مجموعة تعليمات مخزونة على شريط، وهذا يعني إمكانية برمجة الآلة. لقد تمحور تصميم تورنغ حول مفهوم جوهري هو البرنامج المخزون حيث تُخزَّن كل تعليمات الحوسبة في الذاكرة. يُرجع جون فون نيومان الفضل في تطوير الحاسوب الحديث إلى هذا المفهوم المركزي. ما تزال آلات تورنغ مادة للدراسة في نظرية الحوسبة. على فرض إهمال حجم الذاكرة المحدود نظرياً، فإن الحواسيب المعاصرة هي كاملة حسب تورنغ، وهذا يعني أنها قادرة على تنفيذ الخوارزميات تنفيذاً يُجارِي آلة تورنغ العامة.
التاريخ > الحواسيب المعاصرة > البرامج المخزونة

المقالة الرئيسة: حاسوب البرنامج المخزون
عملت آلات الحوسبة المبكرة ببرامج ثابتة، لذلك كان التغيير في وظيفتها يتطلَّب تغييراً في توصيل الأسلاك، وفي بنية الآلة. ولكن هذا تغيير مع اقتراح استعمال البرامج المخزونة، فأصبحت الآلات تتضمن في تصميمها مجموعة تعليمات، وتدعم تخزين برنامج مُكوَّن من هذه التعليمات في الذاكرة، وتكون تفاصيل الحوسبة في هذا البرنامج. وضع آلان تورنغ الأساس النظري لحاسوب البرنامج المخزون في ورقة بحثية نشرها سنة 1936م. انضم تورنغ في سنة 1945م إلى المختبر الفيزيائي الوطني، وبدأ العمل على تطوير حاسوب برنامج مخزون إلكتروني رقمي، وكان تقريره المنشور في السنة نفسها والمعنون: حاسبة إلكترونية مقترحة (بالإنجليزية: Proposed Electronic Calculator)‏ أول مُحددات لآلة من هذا النوع. نشر جون فون نويمان في الوقت ذاته في جامعة بنسلفانيا تقريراً حول الحاسوب الذي يطوره عنوانه: "المسودة الأولى لتقرير عن إدفاك" (بالإنجليزية: First Draft of a Report on the EDVAC)‏.
كانت آلة مانشستر التجريبية صغيرة النطاق الشهيرة باسم صغير مانشستر (بالإنجليزية: Manchester Baby)‏ أول حاسوب برنامج مخزون في العالم. بناها فريدريك وليامز وتوم كِلبرن  وجيوف توتيل  في جامعة مانشستر في إنجلترا، نجحت الآلة في تشغيل أول برامجها في 21-06-1948م. صُمِّم هذا الحاسوب بالأساس ليكون منصة اختبار لأنبوب ويليامز: أول أداة تخزين رقمية تدعم ميزة الوصول العشوائي. وُصِف صغير مانشستر سنة 1998م في مراجعة نقدية بأنه "صغير وبُدائي"، ولكنه كان أول آلة عاملة تضم كل العناصر الرئيسة لحاسوب إلكتروني معاصر. بعد أن ظهرت جدوى تصميم صغير مانشستر، بدأ مشروع جديد في الجامعة لتطويره إلى حاسوب يمكن الاستفادة منه عملياً، ونتج عن ذلك الإصدار الأول لحاسوب مانشستر (بالإنجليزية: Manchester Mark 1)‏.
أصبح الإصدار الأول لحاسوب مانشستر سريعاً الإصدار الأول لحاسوب فيرانتي ، الذي كان أول حاسوب تجاري عام الاستخدام كما يدل الاسم، فقد بنت فيرانتي هذا الحاسوب لجامعة مانشستر، وسلَّمته في فبراير 1951م. صُنِعت سبعة حواسيب أخرى على الأقل من الإصدار نفسه بين عامي 1953 و1957م، سُلِّم أحدها إلى مختبرات شركة شل في أمستردام. قرر مديرو شركة جي ليونز البريطانية للأطعمة في أكتوبر 1947 أن يكون لشركتهم دور فاعل في الترويج للتطوير التجاري للحواسيب. صُنِع، نتيجة لذلك، حاسوب ليو الأول  وفق نموذج مشابه لنموذج الحاسبة الآلية الإلكترونية ذاتية التخزين ، المعروفة اختصاراً بالاسم إدساك، الذي طورتها جامعة كامبريدج. شُغِّل هذا الحاسوب في أبريل 1951، وأنجز أول عمل برمجي  مكتبي محوسب في التاريخ.
التاريخ > الحواسيب المعاصرة > الترانزستورات

المقالات الرئيسة: ترانزستور تاريخ الترانزستور
طالع أيضًا: موسفت
اقترح جوليوس إدغار ليلينفيلد مبدأ ترانزستور الأثر الحقلي سنة 1925م، وصنع جون باردين ووالتر براتين في أثناء عملهما بإشراف وليم شوكلي في مختبرات بل ترانزستور التلامس النقطي في سنة 1947م، ليكون أول ترانزستور مصنوع، ثم صنع شوكلي الترانزستور ثنائي القطب سنة 1948م. حلَّت الترانزستورات محل الصِّمامات المفرغة في تصميم الحواسيب بدءاً من سنة 1955م، وكان هذا الاستبدال هو بداية الجيل الثاني من الحواسيب. للترانزستورات فوائد عديدة مقارنةً بالصِّمامات المُفرَّغة، هي أصغر حجم وأقل استهلاكاً للطاقة، وأقل إشعاعاً للحرارة، وأكثر موثوقية وذات عمر خدمة أطول. أمكن للحاسوب، بعد استعمال الترانزستور، أن يحوي عشرات الآلاف من الدارات المنطقية في حيز صغير نسبياً، لكن الترانزستورات الأولى كانت كبيرة نسبياً، ويصعب تصنيعها على نطاق واسع، لذلك فقد كان استعمالها محدوداً بعدد من التطبيقات المتخصصة.
نجح فريق من الباحثين في جامعة مانشستر بإشراف توم كلبرن  في بناء حاسوب باستعمال الترانزستورات الجديدة، فصنعوا الحاسوب الترانزستوري  الأول في سنة 1953م. واكتملت النسخة الثانية في شهر أبريل 1955م. لم يتخلَّ الحاسوب الترانزستوري عن الصمامات تماماً، بل استعملها في توليد نبضات الساعة بتردد 125 ألف هرتز وللكتابة والقراءة من الذواكر الأسطوانية. أما الحاسوب الأول الذي بُنِي من غير صمامات، فكان هَرُوِل كاديت  سنة 1955م، والذي صُنِع في مؤسسة الطاقة الذرية البريطانية في هَرُوِل بأكسفوردشاير .
صنع محمد عطا الله وداون كانغ ترانزستور الأثر الحقلي للأكاسيد المعدنية لأشباه الموصلات المعروف اختصراً بالاسم موسفت (بالإنجليزية: MOSFET)‏ في مختبرات بل سنة 1959م. كان هذا أول ترانزستور مضغوط يمكن تصغير صناعته على نطاق واسع لتطبيقات متنوعة. لأن تصنيع المُوسْفِت ممكن بمقاييس مختلفة ذات كثافة عالية مقارنة بالترانزستور ثنائي القطبية، ولأن استهلاكه للطاقة منخفض، أصبح من الممكن بناء دارات متكاملة عالية الكثافة. تجاوزت استعمالات الموسفت معالجات البيانات، واستخدمت ترانزستورات الموسفت بوصفها عنصر تخزين، وصنعت منها خلايا ذاكرة، فحلت بذلك محل الذواكر مغناطيسية النواة التي استعملت في الحواسيب المبكرة. أدى تطوير الموسفت إلى تصنيع الحواسيب الصِغرية. ترانزستور الموسفت هو الأكثر استعمالاً في الحواسيب، وهو وحدة البناء الرئيسة في الإلكترونيات الرقمية، وقوة دافعة لعصر المعلومات.
التاريخ > الحواسيب المحمولة والمنقولة

المقالات الرئيسة: حاسوب منقول حاسوب محمول
كانت الحواسيب المنقولة الأولى ثقيلة الوزن، وتحتاج إلى توصيل بمصادر الطاقة الكهربائية توصيلاً دائماً، مثلاً الحاسوب آي بي إم 5100 كان يزن قرابة 23 كغ، أما الحاسوبان أوسبرن 1  وحاسوب كومباك المنقول، فكانا أخف وزناً خفة ملحوظة، ولكنهما احتاجا توصيلاً دائماً بمصدر للطاقة الكهربائية. أما الحواسيب المحمولة المُبكرة، فألغت الحاجة للتوصيل بالمصدر الكهربائي؛ لأنها اشتملت على بطاريات مُدمجة، مثل حاسوب بوصلة غريد . استمرت عملية تصغير العتاد وموارد الحوسبة وتحسين عمر البطاريات، حتى أصبحت الحواسيب المحمولة خياراً شائعاً منذ العقد الأول من القرن الواحد والعشرين. ساعدت هذه التحسينات المصنعين على تصغير عتاد موارد الحوسبة لتُستعمل في الهواتف المحمولة أيضاً في الفترة نفسها.
تدعم الهواتف الذكية والحواسيب اللوحية أنظمة تشغيل متنوعة وهي أجهزة الحاسوب السائدة بين المستهلكين، يحوي كل من هذه الحواسيب ما يُسمى "نظام على رقاقة"، وهي كما تقدم، حاسوب كامل على رقاقة لا تزيد أبعادها عن قطعة نقد معدنية.
التصنيف

طالع أيضًا: تصنيف الحواسيب
التصنيف > حسب المعمارية

حاسوب تماثلي
حاسوب رقمي
حاسوب هجين
معمارية هارفارد
معمارية فون نيومان
حاسوب مجموعة تعليمات معقدة (CISC)
حاسوب مجموعة تعليمات مخفضة (RISC)
التصنيف > حسب الأبعاد ومعيار التصنيع والغرض من الاستعمال

فائق
مركزي
متوسط المقاس
صغير
مُخدِّم
نَصْلي
شخصي
محطة عمل
صِغري
منزلي
مكتبي
برج حاسوبي
مكتبي رفيع
حاسوب الوسائط المتعددة
ألعاب
مُدمَج
مسرح منزلي
حاسوب لوحة المفاتيح
عميل منخفض الأداء
جهاز إنترنت
حاسوب محمول
متين
مُتبدِّل
محمولة
لوحي
هاتف ذكي
حاسوب جيبي
محمول باليد
كفي
حاسوب ملبوس
ساعة ذكية
نظارة ذكية
وحيد اللوحة
مقبسي
عصوي
متحكم منطقي قابل للبرمجة
حاسوب على وحدة
نظام على وحدة
نظام في مُحيفِظة
نظام على رقاقة
متحكم صغري
العتاد

المقالات الرئيسة: عتاد حاسوب وحدة معالجة مركزية معالج صغري
يشمل مصطلح العتاد كل الأجزاء المادية الملموسة من الحاسوب: الرقائق الإلكترونية، مثل: بطاقة الرسوميات، وبطاقة الصوتيات، وبطاقة الذاكرة، واللوحة الأم؛ والدارات الكهربائية، مثل وحدة التغذية والكبلات؛ وأجهزة الإدخال والإخراج، مثل لوحة المفاتيح والطابعة.
العتاد > تاريخ عتاد الحوسبة

المقالة الرئيسة: تاريخ عتاد الحوسبة
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| الجيل الأول (ميكانيكي/ميكانيكي كهربائي) | الحاسبات | آلة باسكال الحاسبة، مقياس الحساب ، المحرك التفاضلي ، محرك كوفيدو التحليلي |
| الجيل الأول (ميكانيكي/ميكانيكي كهربائي) | آلات يُمكن برمجتها | منسج جَكَرد، المحرك التحليلي، حاسوب هرفرد (الأول، الثاني)، حاسبة آي بي إم الإلكتروني التتابعية الانتقائية ، زد1  (Z1)، زد2  (Z2)، زد3 |
| الجيل الثاني (الصمامات المُفرَّغة) | الحاسبات | حاسوب بيري وأتاناسوف  (ABC)، آي بي إم 604 ، الحاسوب الآلي العام (UNIVAC) (60  120 ) |
| الجيل الثاني (الصمامات المُفرَّغة) | آلات يُمكن برمجتها | كولوسس، الحاسوب والمكامل الرقمي الإلكتروني (ENIAC)، صغير مانشستر، الحاسبة الآلية الإلكترونية ذاتية التخزين  (EDSAC)، مانشستر مارك 1، فرانتي (Ferranti) (بيغاسوس ، مركوري )، حاسوب الكومنولث الآلي للعلوم والصناعة  (CSIRAC)، الحاسوب الإلكتروني الذاتي ذو المتغير المنفصل  (EDVAC)، الحاسوب الآلي العام (الإصدار الأول) (UNIVAC I)، أي بي إم (IBM) (650 ، 701 ، 702 )، زد22  (Z22) |
| الجيل الثالث (ترانزستورات ودارات متكاملة ضيقة النطاق ومتوسطته وواسعته) | الحواسب المركزية | حاسبة آي بي إم 7090 ، حاسبة آي بي إم 7080 ، نظام آي بي إم/360  |
| الجيل الثالث (ترانزستورات ودارات متكاملة ضيقة النطاق ومتوسطته وواسعته) | الحواسيب الصغيرة | إتش بي 2100  (HP 2100)، نظام آي بي إم/32 ، نظام آي بي إم/36 ، المعالج ذو البيانات المبرمجة (8 -11 ) |
| الجيل الثالث (ترانزستورات ودارات متكاملة ضيقة النطاق ومتوسطته وواسعته) | الحواسب المكتبية | إتش بي 9100  (HP 9100) |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | حاسوب صغير | فكس  (VAX) |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | حاسوب صغري (4 بت) | إنتل 4004، إنتل 4040 |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | حاسوب صغري (8 بت) | إنتل 8008 ، إنتل 8080، موتورولا 6800 ، موتورولا 6809 ، موس تكنولوجي 6502، زلوغ زد 80 |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | حاسوب صغري (16 بت) | إنتل 8088، زلوغ زد 8000 ، WDC 65C816 |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | حاسوب صغري (32 بت) | إنتل 80386، بنتيوم، موتورولا 68000 ، آرم 7  (ARMv7) |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | حاسوب صغري (64 بت) | دي إي سي ألفا  ‏، ميبس (MIPS)،  حوسبة دقيقة بمجموعة تعليمات مخفضة (PA-RISC)، باور بي سي، سبارك، إكس 86-64 (x86-64)، آرم 8  (ARMv8) |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | الأنظمة المُضمَّنة | إنتل 8048 ، إنتل 8051 |
| الجيل الرابع (دارت متكاملة تكاملاً وسيع النطاق (VLSI)) | الحاسوب الشخصي | مكتبي، منزلي، محمول، لوحي، ملبوس، مساعد رقمي شخصي (PDA). |
العتاد > مواضيع أخرى مرتبطة بالعتاد

| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| الأجهزة الطرفية  (الإدخال والإخراج) | إدخال | فأرة، لوحة مفاتيح، عصا القيادة، ضوئية، آلة تصوير، لويحة بيانية، لاقط صوت |
| الأجهزة الطرفية  (الإدخال والإخراج) | إخراج | شاشة، طابعة، مكبرات الصوت |
| الأجهزة الطرفية  (الإدخال والإخراج) | إدخال وإخراج | شاشات اللمس، مبرقة كاتبة |
| مساري | قصيرة المدى | آر إس 232 (RS-232)، واجهة النظام الحاسوبي الصغير (SCSI)، مسرى الربط بين المكونات الطرفية (PCI)، المسرى التسلسلي العام (USB) |
| مساري | طويلة المدى (شبكات الحاسوب) | إثرنت، أسلوب النقل اللاتزامني (ATM)، الواجهة البينية للبيانات الموزعة بالألياف (FDDI) |
يضم الحاسوب شائع الاستعمال أربعة مكونات رئيسة: وحدة الحساب والمنطق، ووحدة المعالجة المركزية، والذواكر، ووحدات الإدخال والإخراج. تتصل هذه المكونات فيما بينها باستعمال المساري التي غالباً ما تكون مجموعة من الأسلاك. في داخل كل من هذه المكونات دارات إلكترونية صغيرة قد يصل عددها إلى المليارات، يمكن تشغيلها أو إيقافها باستعمال ترانزستور. تُمثّل كل دارة بتًا واحدًا من المعلومات، لو شُغِّلت فهي تُمثِّل القيمة "1" ولو أُوقِفت تُمثِّل القيمة "0".
العتاد > أجهزة الإدخال

تساعد أجهزة الإدخال الحاسوبَ على استقبال بيانات غير معالجة لمعالجتها وإرسالها للخرج.
لوحة المفاتيح
آلة تصوير رقمية
لويحة بيانية
ماسحة ضوئية
عصا القيادة
لاقط الصوت
الفأرة
ساعة زمن حقيقي
كرية التعقب
شاشة اللمس
القلم الضوئي
العتاد > أجهزة الإخراج

وهي الوسائل التي يمكن فيها استعراض ناتج معالجة الأوامر، سواء بصرياً أو سمعياً أو عبر الطباعة على وسيط مادي، من الأمثلة عليها:
شاشة حاسوب
طابعة
مكبر الصوت
راسمة
جهاز إسقاط
العتاد > وحدة التحكم

المقالة الرئيسة: تصميم وحدة المعالجة المركزية
تدير وحدة التحكم مكونات الحاسوب الأخرى، وتُسمَّى أحياناً نظام التحكم أو المُتحكِّم المركزي. وظيفتها الرئيسة قراءة تعليمات البرنامج وتفسيرها، أي فك ترميزها، ثم تحويلها إلى إشارات تحكم تُفعِّل أجزاء أخرى من الحاسوب. يمكن لوحدات التحكم في الحواسيب المتقدمة أن تُغير ترتيب تنفيذ بعض التعليمات لتحسين الأداء.
عداد البرنامج هو عنصر رئيس مشترك في تصاميم وحدات المعالجة المركزية، وهو موقع في الذاكرة يُسمَّى سجلاً، ويحتفظ بعنوان الذاكرة للتعليمة التي ستقرأ تالياً.
تعمل وحدة التحكم كما يأتي:
قراءة رموز التعليمة التالية من الموقع المحدَّد بالعنوان الموجود في عداد البرنامج.
فك الرمز الرقمي للتعلمية والحصول على مجموعة من الأوامر أو الإشارات لتطبيقها على مكونات أخرى.
زيادة قيمة عداد البرنامج ليشير إلى موقع التعليمة التالية في الذاكرة.
قراءة البيانات التي تحتاجها التعليمة من الذاكرة، أو من أداة دخل مثلاً، يكون موقع أو مصدر البيانات مُحدداً بالرموز الرقمية التي تكوِّن التعليمة نفسها.
جلب البيانات الضرورية لوحدة الحساب والمنطق.
لو كان تنفيذ التعليمة يحتاج استعمالاً مخصصاً للعتاد، أرسل الأوامر اللازمة للعتاد لعمل العملية المطلوبة.
كتابة ناتج عمل وحدة الحساب والمنطق في الذاكرة، أو في سجل أو عرضه على أداة خرج.
عودة إلى الخطوة الأولى.
إن عداد البرنامج هو موقع تخزين في الذاكرة، ويمكن تغيير قيمته بعمليات حسابية. إضافة 100 مثلاً إلى قيمة عداد البرنامج ستسبب قراءة التعليمة التي تقع بعد 100 تعليمة من موقع التنفيذ الحالي. تُسمى عملية تعديل قيمة عداد البرنامج بالقفز، وهي تسمح بإنشاء عناصر التحكم بالانسياب نحو بنى الاختيار وبنى التكرار.
تتابع العمليات الذي تجريه وحدة التحكم لمعالجة عملية ما هو برنامج حاسوب صغير بحد ذاته، وفي بعض تصاميم وحدات المعالجة المعقدة يُنظِّم متتبع صغري هذا المسألة بتنفيذ نص برمجي صغري يسبب حصول ما سبق.
العتاد > وحدة المعالجة المركزية

المقالات الرئيسة: وحدة معالجة مركزية معالج صغري
تُعرف وحدة الحساب والمنطق مع المسجلات باسم وحدة المعالجة المركزية. صُنعت وحدات المعالجة المُبكِّرة من مكونات منفصلة، لكنها تُنشَأ منذ سبعينيات القرن العشرين على دارة متكاملة واحدة مصنوعة من الأكاسيد المعدنية لأشباه الموصلات، وتُسمَّى معالجاً صغرياً.
العتاد > وحدة الحساب والمنطق (ALU)

المقالة الرئيسة: وحدة الحساب والمنطق
تُنجِز هذه الوحدات نوعين من العمليات: الحسابية والمنطقية. قد تكون العمليات الحسابية التي تجريها وحدة الحساب والمنطق محصورة بالجمع والطرح فقط، وقد تشمل الضرب والقسمة والدوال المثلثية، نحو: الجيب، وجيب التمام، والجذور التربيعية. تدعم بعض الوحدات فقط الأعداد الصحيحة، في حين تشمل عمليات بعضها الأعداد ذات الفواصل مع درجات دقة مختلفة. يكون كل حاسوب قادراً في العموم على تبسيط العمليات المعقدة إلى عدد من العمليات البسيطة التي يمكن أن ينفذها، ولكن الوقت المستغرق لعمل ذلك سيكون أكبر. تنفَّذ الوحدة عمليات منطقية، ويكون خرجها قيماً منطقية، أي إمَّا 0 أو 1. من العمليات المنطقية: النفي، والعطف المنطقي، والفرق المنطقي. تستعمل هذه العمليات لبناء عبارات منطقية أكثر تعقيداً مثل التعابير الشرطية.
تتضمن المعالجات العددية الفائقة وحدات حساب ومنطق متعددة، ويسمح لها هذا بمعالجة تعليمات متعددة على التوازي. تستطيع المعالجات الرسومية والحواسب التي تحتوي ميزات، مثل: التعليمات وحيدة البيانات المتعددة (SIMD)، والتعليمات المتعددة والبيانات المتعددة (MIMD)، أن تُنفِّذ عمليات حسابية على المُتجَّهات والمصفوفات.
العتاد > الذاكرة

المقالة الرئيسة: ذاكرة حاسوب
الذاكرة في الحاسوب هي مجموعة من الخلايا التي يمكن كتابة الأرقام فيها أو قراءتها. تخزِّن كل خلية رقماً واحداً، ويكون لها مُعرِّف مميز يُسمَّى عنوانها. ويمكن بعدها للحاسوب أن يجري عمليات حسابية على القيم المُخزَّنة في الخلايا باستعمال عنوانها. المعلومات المخزنة في الذاكرة مجرَّدة، ويمكن أن تستعمل لتمثيل أي شيء: حرف أبجدي أو عدد رياضي أو حتى تعليمة من تعليمات الحاسوب، ولا تميز الذاكرة بينها، وتكون عملية التمييز من مهام البرمجيات.
تخزِّن كل خلية في الحواسيب المعاصرة عدداً ثنائياً مكون من مجموعة من 8 بتات تُسمَّى بايتاً. يمكن لكل بايت أن يُمثِّل 256 رقماً مختلفاً (28 = 256) تتراوح بين 0 إلى 255 أو بين −128 إلى +127. أما لتخزين أعداد أكبر، فتُستعمل مجموعة من البايتات المتتالية، اثنان أو أربعة أو ثمانية، في حين تُمثَّل الأعداد السالبة باستعمال المتمم الثنائي. مع أن طرق تمثيل أخرى ممكنة، إلا أنها نادراً ما تستعمل.
تضم وحدة المعالجة المركزية مجموعة خاصة من خلايا الذاكرة تُسمَّى السجلات، تستعمل الوحدة السجلات لتخزين البيانات الأكثر استعمالاً لتجنب قراءتها في كل من الذاكرة الرئيسة، فالكتابة والقراءة في السجلات أسرع مقارنة مع الذاكرة الرئيسة. قد تحتوي وحدة المعالجة على سجلين فقط، ولكن قد يزيد عدد السجلات عن مئة في بعض الأنواع.
تُصنف ذاكرة الحاسوب تحت صنفين رئيسين:
ذاكرة القراءة فقط
ذاكرة الوصول العشوائي
يمكن قراءة ما يوجد في ذاكرة الوصول العشوائي أو الكتابة فيها في أي وقت، وهي تفقد ما يُخزَّن فيها لو قُطِعت عنها التغذية الكهربائية نتيجة لإيقاف تشغيل الحاسوب. أما ذاكرة القراءة فقط، فإنها تُحمَّل ببيانات وبرمجيات لا تتغير، وتقرؤها وحدة المعالجة فقط، وهي لا تفقد ما فيها، حتى لو قطعت التغذية الكهربائية عنها، لذلك تُستعمل عادة لتخزين تعليمات الإقلاع. تضم ذاكرة القراءة فقط في الحاسوب الشخصي برنامجاً مخصصاً يُسمَّى النظام الأساسي للإدخال والإخراج ينسِّق عملية تحميل نظام التشغيل من القرص الصلب إلى ذاكرة القراءة العشوائية. أما في الأنظمة المُضمَّنة التي لا تحتوي أقراص تخزين صلبة، فإنَّ كل البرمجيات الضرورية تُخزَّن في ذاكرة القراءة فقط، وتُسمَّى البرمجيات التي تُخزَّن بهذا الشكل بالبرمجيات الثابتة؛ لأنها مُثبتة على العتاد لا يُمكن للمستخدم تغييرها. تطمس الذاكرة الوميضية الحد الفاصل بين ذاكرة القراءة فقط وذاكرة الوصول العشوائي، فهي تحتفظ بما يُخزن فيها بعد انقطاع التغذية، ويمكن إعادة الكتابة فيها، ولكنها أبطأ بكثير من النوعين السابقين، لذلك يكون استعمالها محصوراً في التطبيقات التي تكون السرعة العالية فيها غير ضرورية.
يوجد في الحواسيب الأكثر تعقيداً أكثر من ذاكرة مخبئية مرفقة مع وحدة المعالجة المركزية. تكون عملية القراءة والكتابة فيها أبطأ من السجلات، ولكنها أسرع من الذاكرة الرئيسة. تُصمم هذه الحواسيب لتنقل آلياً البيانات الأكثر استعمالاً إلى الذاكرة المخبئية من دون تدخل المبرمجين.
العتاد > وحدات الإدخال والإخراج

المقالة الرئيسة: وحدات الإدخال والإخراج
وحدات الدخل والخرج هي الوسائل التي يتبادل فيها الحاسوب المعلومات مع العالم المحيط. تسمَّى الأجهزة التي تؤدي وظائف الدخل والخرج بالطرفيات. تشمل الطرفيات في حاسوب شخصي أجهزة الدخل مثل الفأرة ولوحة مفاتيح حاسوب، وأجهزة الخرج مثل الشاشة والطابعة. بعض الأجهزة مثل شاشة اللمس تكون جهاز إدخال وإخراج في الوقت نفسه.
العتاد > تعدد المهام

المقالة الرئيسة: حاسوب متعدد المهام
يمكن للحاسوب أن يكون متعدد المهام، وهذا يعني أنه قادر على تشغيل برامج عديدة في الوقت نفسه من التبديل بسرعة بين البرامج. يمكن أن تُنفَّذ الآلية السابقة باستعمال المقاطعة، وفيها يتوقف الحاسوب عن تنفيذ تعليمات البرنامج التي يُنفذها حالياً، وينتقل إلى تنفيذ تعليمات أخرى، ثم يعود مرة أخرى بعد الانتهاء من تنفيذ التعليمات الأخرى إلى التعليمات الأولى التي كان يعمل عليها قبل المقاطعة وينهي تنفيذها، وهذا يعني بالضرورة أن الحاسوب يحتاج إلى تخزين موقع التعليمات الأولى قبل الانتقال إلى تنفيذ الأخرى. لو نُفِّذت العملية السابقة عدة مئات من المرات في الثانية على برامج عديدة، فإنها ستبدو وكأنها تُنفَّذ في الوقت نفسه، أما الحقيقة فهي أن الحاسوب ينفذ برنامجاً واحداً فقط في كل لحظة زمن. تُسمى هذه الطريقة لتعدد المهام بتشارك الزمن؛ لأن كل برنامج يحصل على "شريحة" محددة من الزمن ليُنفذ فيها، ويكون زمن التنفيذ المجمل مُشتركاً بين البرامج.
قبل انتشار الحواسب رخيصة الثمن، كان الهدف من تعدد المهام هو السماح بمشاركة حاسوب واحد بين أشخاص متعددين. يبدو مما سبق أن الحاسوب سيكون أبطأ في التنفيذ بما يتناسب مع عدد البرامج التي يُشغلها، ولكن في التطبيق العملي وُجِد أن سبب التأخير هو انتظار الحاسوب لمدخلات أجهزة الدخل التي لم تنهِ مهمتها بعد. أي إذا كان البرنامج ينتظر أن يضغط المستخدم على مفتاح في لوحة المفاتيح، أو ينقر بالفأرة، فعندها لم يحصل البرنامج على "الشريحة الزمنية" حتى حصول الحدث الذي يُنتظر حدوثه. تُحرر هذه الخاصية مزيداً من الزمن للبرامج الأخرى لتعمل معاً من غير إبطاء غير مُستحَب.
العتاد > المعالجة المتعددة

المقالة الرئيسة: معالجة متعددة
تُصمم بعض الحواسيب لتوزع عملها على وحدات معالجة مركزية عديدة باستعمال تقانة تُسمَّى المعالجة المتعددة، اختصت هذه التقانة بالحواسيب الكبيرة ذات قدرات المعالجة العالية مثل الحواسيب الفائقة والمركزية والخوادم فيما سبق، ولكنها أصبحت متوفرة في الحواسيب الشخصية والحواسيب المحمولة، خاصة بهيئة معالج متعدد النوى.
يكون للحواسيب الفائقة عادةً معمارية فريدة تختلف عن معمارية حواسيب البرامج المخزونة والحواسيب عامة الاستعمال. وتحتوي في الغالب على آلاف وحدات المعالجة المركزية ومساري مخصصة عالية السرعة وعتاد مصمم لدعم الحوسبة. تستعمل هذه الحواسيب عادة في إنجاز محاكاة كبرى بالحاسوب، وفي تصيير واسع النطاق للرسوميات، وفي تطبيقات التعمية.