مستخدم:محمد034/ملعب

الحَاسُوب (بالإنجليزية: Computer) هو آلة إلكترونية لها قابلية استقبال البيانات ومعالجتها إلى معلومات ذات قيمة. كما يخزنها في وسائط تخزين مختلفة، وفي الغالب يكون قادراً على تبادل هذه النَتَائِج والمعلومات مع أجهزة أخرى متوافقة ومتطورة. 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. وإن تعريف الحواسيب بأنها فقط هي تلك التي تعمل تحت بيئة ويندوز وماكينتوش ولينكس، خطأ شائع بين الناس.

تنقسم مكونات الحاسوب إلى قسمين رئيسيين:

1. عتاد الحاسوب

2. البرمجيات المشغلة له

وينقسم العتاد الصلب للحاسوب إلى خمس تصنيفات رئيسة:

في حين تنقسم البرمجيات الحاسوبية إلى:

1. أنظمة التشغيل

2. التَّطْبيقات

تتعدد أنواع الحواسيب من حيث طريقة عملها وحجمها بالإضافة إلى سرعتها، فأوائل الحواسيب الإلكترونية كانت 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 كان نتاج الكثير من الابتكارات العلمية والتطبيقات الرياضية. الحواسيب متنوعة في الواقع، وطبقًا لفرض تشرش في آلة تورنغ فإن حاسوبًا له 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.

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» كترجمة للفظة الإنجليزية "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 للحاسب (مثلاً رمز اللون الأبيض هو: 255,255,255) وعندما يريد إظهار هذا اللون يرسل القيمة الموافقة لبطاقة الرسوميات.

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

· مقالة مفصلة: تاريخ عتاد الحاسوب

· تاريخ تطور عتاد الحاسوب هو سجل مستمر من الإتجاه 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 يتم بناءه فعلياً في حياته. ظهرت عدد من التقنيات التي أثبتت فائدتها لاحقًا في الحوسبة، مثل البطاقة المثقوبة وأنبوب الصمام بنهاية القرن التاسع عشر، ومعالجة البيانات أوتوماتيكياً ذات التدرج الكبير باستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت باستخدام آلات جدولة والتي صممها هيرمان هولليريث.

· إن نجاح الحواسيب القوية والمريحة بدأ في الثلاثينيات والأربعينات من القرن العشرين، وأضيفت بالتدريج المميزات الرئيسية في الحواسيب الحديثة مثل استخدام الإليكترونيات الرقمية (أخترع معظمها كلود شانون عام 1937) والقدرة على البرمجة بطريقة أكثر سلاسة. إن تحديد نقطة واحدة خلال هذا المشوار على أنها «أول حاسوب اليكتروني رقمي» أمر صعب جدا.

· من الإنجازات الأساسية، حاسوب "أتانوس بيري" Atanasoff-Berry 1937، وهي آلة ذات غرض مخصص والتي كانت تستخدم الحوسبة المقادة بالصمامات (أنبوب الصمام) والأرقام الثنائية والذاكرة المجددة. حاسب كولوسس البريطاني السري (1944) والذي كان يملك قدرة محدودة على البرمجة ولكنه قدم جهازًا يستخدم الآلاف من الصمامات من الممكن أن يكون موثوقا وإعادة برمجته إلكترونيا."هارفرد مارك الأول" Harvard Mark I 1944 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 قام بتطوير إينياك ENIAC أدرك عيوب جهازه وجاء بتصميم أكثر مرونة وروعة والذي صار يعرف ببنية فون نويمان (أو «بنية البرنامج المخزن»). أصبحت بنية البرنامج المخزن افتراضيا القاعدة لكل الحواسيب الحديثة. بدأ عدد من المشاريع لتطوير حاسوب يعتمد على بنية البرنامج المخزن في منتصف إلى آخر الأربعينات من القرن العشرين. إن أول حاسوب من هولاء تم الانتهاء منه في بريطانيا. أول هؤلاء الذي يعتبر أفضل وعامل كان ما يعرف بالآلة المصغرة التجريبية (Small-Scale Experimental Machine) ولكن EDSAC ربما كان أول نسخة عملية تم تطويرها.

· إن تصميمات الحاسوب المقاد بأنبوب الصمام أصبحت قيد الاستخدام خلال الخمسينات من القرن العشرين، ولكن مع الوقت تم استبدالها بالحواسيب الترانزستورية حيث أنها أصغر وأسرع وأرخص وأكثر موثوقية، كل ذلك أتاح لها أن يتم إنتاجها على المستوى التجاري وذلك في الستينات من القرن العشرين. في سبعينات القرن العشرين، ساعد اختيار تكنولوجيا 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[عدل]

· 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[عدل]

· أنتجت شركة ريمنجتون راند (Remington Rand) جهاز يوني فاك 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[عدل]

· 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 الحاسب بما يجب أن يفعله وإما أن تكون بيانات وهي المعلومات التي يقوم الحاسب 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:

1. نقل بيانات من مكان لاخر (مثال على ذلك أمر «يخبر» وحدة المعالجة المركزية أن «تنسخ محتويات الخلية 5 من الذاكرة ووضع النسخة في الخلية 10»)

2. تنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية على بيانات (على سبيل المثال «قم بإضافة محتويات الخلية 7 إلى محتويات الخلية 13 وضع الناتج في الخلية 20»)

3. اختبار حالة البيانات («لو أن محتويات الخلية 999 هي 0 فإن الأمر التالي يكون موجود في الخلية 30»)

4. 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 للحاسب.

الجيل الأول من الحواسيب كان مجهزا بمدى محدود جدا من أجهزة الإدخال. مثل قارئ الكروت المثقبة أو الأشياء المماثلة التي أستخدمت 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 تمت إضافتها. بالنسبة إلى الحاسبات الشخصية، فان لوحة المفاتيح والفأرة هما الطريقتين الرئيسيتين المستخدمتين لإدخال المعلومات مباشرة إلى الحاسب، 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