هل تساءلت يوماً عن كيفية فهم الحاسوب للأوامر المعطاة إليه بواسطة المستخدم وعن ماهية البرمجيات ـ المتعارَف عليه بالسوفتوير ـ وكيف يتم التنسيق بين السوفتوير والهاردوير  hardware؟ هذا ما سنتحدث عنه في هذا المقال.

معنى البرنامج الحاسوبي:

البرمجياتsoftware  هو عبارةٌ عن مصطلح عامّ يطلق على أيّ برنامج منفرد أو مجموعة من البرامج والبيانات والمعلومات المخزنة. وبمقارنة البرمجيات مع المعدات التي تتكون من موادّ فيزيائية كالمعدن والبلاستيك فإنّ البرمجيات تُبنى من المعرفة والتخطيط والفحص، ويسمى الشخص الذي يصنع البرنامج المبرمِج   programmer . ويستخدم المبرمجون معرفتهم بكيفية عمل الحاسوب من أجل وضع مجموعة من التعليمات التي تنجز وظائف مفيدة، وتدخل هذه التعليمات إلى الحاسوب ويتم فحصها وتعديلها مراراً حتى تعطي النتائج الصحيحة المطلوبة.

يُوجد نوعان من البرمجيات وهي:
-1 برمجيات النظم system software
-2 البرمجيات التطبيقية Applications Software

-1 برمجيات النظم system software:
هي البرمجيات التي يستخدمها الحاسوب ليقوم بعمله على أكمل وجه. وبعض هذه البرمجيات تبنى داخل الحاسوب، وبعضها يخزن على الأقراص الممغنطة ويجب شراؤها بشكل منفصل. ومن هذه البرمجيات:

  • لغات البرمجة Programming Languages:

أشهر لغات البرمجة في تاريخ الحواسيب: الفورترانFortran ، الكوبولCobol ، الباسكالPascal ، سي c وجافا java.

  • المترجمات والمفسرات:Compilers And Interpreters
    المترجم أو المفسر عبارة عن برنامج يحول البرنامج المصدريSource – code المكتوب بلغة عالية المستوى إلى البرنامج الهدفيObject – code المكتوب بلغة الآلة. ولكن ما هو الفرق بين المترجم والمفسر؟
  • المترجم يترجم كلّ برنامج المستوى الحالي مرةً واحدة فقط، بينما يترجم المفسر وينفذ جملةً واحدة في الوقت الواحد بمجرد إدخالها إلى الحاسوب. والمفسر ينفذ بصورة أبطأ ويأخذ حيزاً أكبر في الذاكرة الرئيسية من المترجم.
  • نظام التشغيلOperating System :
    يُعرّف نظام التشغيل على أنّه مجموعة من البرامج التي تتحكم وتشرف وتدعم معدات الحاسوب والحزم التطبيقية، ولا يمكن لأيّ جهاز حاسوب أن يعمل إلا عند توفر نظام التشغيل الذي يعمل من الذاكرة الثانوية (الأقراص الممغنطة) إلى الذاكرة الرئيسية عند تشغيل الجهاز ليبدأ بإدارة العمل في الجهاز، ويتكون نظام التشغيل من مجموعة من البرامج المتكاملة تعمل كفريق، كل منها يؤدي مهمات معينة. برنامج التحكم الرئيسي في نظام التشغيل هو المشرف Supervisor، وهو مسؤول عن توجيه النشاطات لجميع أجزاء نظام التشغيل. وعند تشغيل الحاسوب لأول مرة فإنّ المشرف هو أول برنامج يُحمل من جهاز إقامة النظام إلى الذاكرة الرئيسية.

-2 البرمجيات التطبيقية Applications Software:
هذه البرمجيات تُطَوّع الحاسوب من أجل تنفيذ وظائف مفيدة عامة مثل معالجة النصوص، الجداول الإلكترونية، قواعد البيانات، البريد الإلكتروني، برامج الرسم، أدوات العرض، الألعاب، الوسائط المتعددة، معالجة الحسابات باستخدام برنامج المحاسب المثالي، إدارة وجدولة المواد الدراسية والرسم الهندسي باستخدام برنامجAuto CAD  . ويتم شراء هذه البرمجيات حسب الطلب من شركات الحاسوب المعنية بالبرمجة. ومنها: برمجيات معالجة النصوص Word، برمجيات الجداول الإلكترونية Excel، برمجيات قواعد البيانات، برمجيات العرض PowerPoint والتقديم، برمجيات النشر المكتبي، برمجيات تعدد الوسائط، برمجيات المحاسبة والمالية، برمجيات التصميم والتصنيع، البرمجيات التعليمية وبرمجيات الترفيه.

ولكن كيف يفهم الحاسوب لغة البشر بالرغم من اختلاف اللغات البشرية؟

فى البداية، الحاسوب لا يفهم لغة البشر ولا يفهم إلا الرقمين “0” و”1″ أو ما يسمى بالنظام الثنائى Binary Code، ويتم تخزين كل رقم من هاذين الرقمين فى مايسمى بت Bit وهي أصغر وحدة تخزين داخل الكمبيوتر، فعندما يتمّ إدخال أيّ رقم أو حرف، أو عند القيام بأيّ عمليةٍ يجب تحويلها أولاً إلى “0” و”1″ لكى يتعامل معها الحاسوب. وكل واحد بت يساوي أحد الرقمين 0 و1، وفي لغة الآلة كلمة بايتByte  تساوي8 bit .

قد تتسائل الآن وتقول أنّك لا تتعامل مع الكمبيوتر بهذه الأرقام الثنائية، وهذا صحيح بحيث لا أحد يتعامل مع الكمبيوتر بهذه اللغة لأنّ هناك ترجمة جاهزة بكل الخدمات التى يحتاجها المستخدم العادي قد تمّ إنشاءها بواسطة شركات متخصصة فى هذا المجال، وهذه الترجمة عبارةٌ عن نظام التشغيل الذي تعمل عليه كـ Windows، Mac، Linux أو أيّ نظام تشغيل آخر، فهو يترجم ما تريد من اللغة العادية إلى الأرقام الثنائية والعكس صحيح. كما أنّ له وظيفة أخرى وهى إنشاء بيئة بسيطة للمستخدم العادى لإنشاء واستخدام التطبيقات وتحوليها أيضاً إلى لغة الآلة.

العلاقة البينية للبرمجيات والمعدات الصلبة:

سؤال آخر: كيف تُظهر لوحة المفاتيح ما نكتبه على الشاشة؟

بالنسبة للكمبيوتر، يقوم بعملية تُسمى بالترميز ويتمّ التعامل معها. وتسمى هذه العملية ب”تشفير البيانات character encoding“؛ فلتحويل الحروف إلى”0″ و”1” كي يفهمها الكمبيوتر ويتمَّ التعامل معها، هناك عدة طرق أشهرها استخداماً ASCII

American Standard Code for Information Interchange

وهو يستخدم  7بت لكل حرف، أي يتمّ تمثيل كل حرف في 7 بت؛ فمثلاً إذا أردنا تحويل الحرف “ا” إلى النظام الثنائي يتمّ تمثيلها هكذا “1100001” وهي تقابل فى النظام العشري الرقم 97. وهذا الجدول فيه جميع الحروف والرموز المستخدمة والقيمة المناظرة لها بالنظام الثنائيBinary ، النظام الثماني Oct، النظام العشري Dec والنظام السداسي عشر :Hex

فعند قيامك بالضغط على الحرف “ا” من على لوحة المفاتيح يقوم الكمبيوتر بالتعبير عن هذا الحرف بالASCII الخاصّ به ليمر الحرف بين مكونات الكمبيوتر المختلفة حتى يخرج على الشاشة، وبين مرحلة الدخول والخروج هذه تتمّ عمليات كثيرة. ولفهم كيف يتمّ تحويل الأرقام 0 و1 إلى إشارة كهربية سنعرض هذا المثال: دائرة بسيطة تتكون من لمبة ليد  LEDوبطارية صغيرة )1.5 فولت ( ومفتاح صغير.

كلما أُغلق هذا المفتاح تضيء اللمبة، وبمجرد أن يُفتح المفتاح لا تضيء اللمبة ويحصل على إيقافٍ بسبب الاختلاف في مستويات الجهد في هذه الحالة، وهذه العملية تسمى Switching وهي أيضاً لغة الآلة. بمعنى أنّه عندما تضيء اللمبة يكون المفتاح on ويُرمز له بالرقم 1 وعندما تطفئ اللمبة off يُرمز لها بالرقم 0. وهذا هو معنى هذه الأرقام والذى يطلق عليها الأرقام الثنائية أو Binary، وهي نفس المعنى للغة الآلة. أمّا في حالة الحواسيب، الترانزستور transistor تعمل كمفتاح إلكتروني، وقد تحدثنا عنه في مقال السابق.

الآن عرفنا كيف يعمل هذا المفتاح الإلكترونى، داخل المعالِج processor يوجد الملايين من الترانزستورات الصغيرة التي تقوم بوظيفة المفاتيح switching والتى تشكل الأرقام 0 و1 باستمرار، وداخل المعالج يقسَّم إلى وحدات كلٌّ منها ينفذ خطواتٍ معينة باستخدام هذه العملية، وهذه الخطوات معروفةٌ باسم الحساب والمنطق، فالحساب معروف كالجمع مثلاً، أمّا المنطق فهو مثلاً كمن كان فى مكتبة فى الطابق العاشر ويريد أن يذهب إلى منزله فمن منطق العقل البشرى أنّه لا يستطيع النزول قفزاً من النافذة بل يجب أن ينزل من خلال السلالم أو المصعد. لكنّ الكمبيوتر لا يستطيع التفكير كالعقل البشرى، ولذلك يتبدل المنطق بالحساب أيضاً ولكن بشكلٍ إلكترونى متقدم عن طريق ما يسمى بGates.

Sources:

  • إعداد: أحمد سمير
  • مراجعة: أحمد سعد
  • تدقيق لغوي: جيهان المحمدي
مشاركة!
الفضائيون
مبادرة معرفيّة علميّة موجهة للجمهور الناطق بالعربية تأسست بتاريخ 16 مارس 2015، شعارها "نرى العالم، من نافذة العلم"، وهي تهدف إلى نشر العلوم الحقيقية ونبذ الخرافة معتمدة على ترجمة وإعداد مواد مكتوبة ومقروءة إضافة إلى الصور التوضيحية والفيديوهات التعليمية.

تعليق

لطفت، أدخل تعليقك هنا
لُطفا، أدخل اسمك هنا