in

سلسلة علوم الحاسوب (4) كيف يتحول الصفر والواحد إلى صور؟

كما نعلم جميعاً، الصفر والواحد شكلان من أشكال الأرقام التي تمثل لنا الأعداد ونستخدمهما في الرياضيات والحسابات. لكن في الحقيقة، يوجد لهما استخداماتٌ علمية أخرى كثيرة، لنتعرف على بعضٍ منها.

نظم العد

النظام العددي هو الطريقة أو الوسيلة التي نستخدمها في عرض الأرقام بشكلٍ محدّد ومعيّن للتعبير عن قيمتها وتطبيق العمليات الحسابية عليها. ويوجد الكثير من الأنظمة العددية مثل النظام العشري، النظام الثنائي، النظام الثماني والكثير غيرهم. فمثلاً، الأرقام التي درسناها في الرياضيات والتي تبدأ من سالب اللانهاية ثمّ إلى الصفر ثمّ إلى موجب اللانهاية هي نظام عدّ عشري، أي أنّه ذو أساس عشرة، فرقم سبعة 7 مثلاً يُمثَّل بهذا الشكل 10(7)، وهو ما زال الرقم سبعة، لكنّه في مظهره العلمي الصحيح.

إنّ فكرة استخدام أنظمةٍ عددية مختلفة هو مثل استخدام لغاتٍ مختلفة للتعبير عن نفس الكلمة، فالعصفور بالعربية يسمّى “طائر” وبالإنجليزية “Bird“. نفس الحال في الأنظمة العددية، بحيث إنّ رقم 42 الذي هو 10(42) هو نفس الرقم 8(52)، وأيضا 16(2A).

أصبحنا الآن على درايةٍ بنظم الأعداد، وبما أنّ موضوعنا عن الصفر والواحد، فلنأخذ نبذةً عن نظام العدّ الثنائي.

نظام العد الثنائي

نظام العد الثنائي Binary system، هو من أسهل النظم في التعبير عن الأعداد وعن أشياء أخرى، فهو يتكون من عددين فقط للتعبير عن أيّ شيءٍ آخر، وهما الصفر والواحد. العد الثنائي هو ذو أساس 2، فمثلاً رقم  10(4) يساوي رقم 2(100)، وكما ننطق رقم 4 ونقول “أربعة”، ننطقها بالنظام الثنائي كالتالي، صفر وواحد. وهذا يعنى أنّنا نتعامل في النظام الثنائي بالوحدة، وليس بالرقم ككل.

بدأ ظهور نظام العدّ الثنائي عام 1679م الذي قدمه جوتفريد ليبنيس Gottfried Leibniz، وظهرت أيضاً استعمالات مختلفة للنظام الثنائي في مصر القديمة، الصين والهند. كما تطور استخدام النظام الثنائي من التعبير عن الأرقام والحروف إلى الاستخدامات الإلكترونية، ومنها الحواسيب، بحيث أصبحت الدوائر الكهربائية تستخدم مبدأ التعبير بالصفر والواحد في الترانزستور الموجودة بداخلها كشحنات كهربائية تعبر عن أشياء كثيرة، مثل تشغيل\إيقاف، شحنة عالية\شحنة منخفضة.

الشفرة الثنائية

الشفرة الثنائية Binary Code هي طريقة التعبير أو تمثيل البيانات بشكل محدد والتي أساسها نظام العدّ الثنائي، وتُستخدم في الحواسيب كاللغة الأم التي نتعامل بها مع الحواسيب.

كما تُكتب البيانات أو يُعبَّر عنها عن طريق كتابتها في مسلسلٍ رقمي مكون من رقمين؛ الصفر والواحد كما وضحنا سابقا. ويكون الحاسوب جهازاً به العديد من الدوائر الكهربائية التي تحتوي على كثير من الترانزستورز، والتي بدورها تعمل كمحولات بها لمبات متناهية الصغر، أو وحدة صغيرة تسمّى Bit يُعبَّر بها عن البيانات، بحيث إذا كانت مضاءةً فإنّها تعنى 1 والعكس تعني 0، ويوجد الكثير بجانب بعضهم ويتمّ تكوين بيانات محددة.

أصبح لدينا فكرةٌ عامّة عمّا يحدث، لنرجع إلى موضوعنا الأصلي، وهو كيف نرى الصور والألوان عامّةً على شاشة الحاسوب؟

المرئيات

الألوان الأساسية في الحاسوب والتي تظهر على الشاشة هي ثلاثة ألوان: أحمر، أخضر وأزرق، وتُخزَّن في عدد من الBits. تلك ال Bitsتُكوَّن على الشاشة على هيئة وحداتٍ صغيرة تسمّى البيكسل Pixel، وكل بيكسل يمكن أن يتكون من مزيج من تلك الألوان الثلاثة بنسبٍ معينة يُعبَّر عنها. وأخيراً، أيّ شيء نراه على الشاشة فهو عدد من البيكسلز يُترجَم ليُظهِر شكلاً معينا.

لإظهار صورةٍ تبدأ الحكاية من القرص الصلب الذي يخزن معلومات عن تكوين تلك الصورة من البيكسلز، فيرسلها إلى الذاكرة، ثمّ إلى المعالج الذي يتعرف على تلك البيكسلز وتكوينها، ويأتي دور بطاقة الرسوم التي تأخذ تلك البيانات من المعالج وتبدأ في معالجة تلك البيانات، فتظهرها على الشاشة في هيئة بيكسلز نراها أخيراً في شكلها المألوف.

البيكسل هي وحدة متناهية الصغر في الصورة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. فكلما زاد عددها، صغر حجمها وزادت دقة الصورة (Resolution).

تعالوا نشرح الجزئية السابقة بمثال سريع:

بالأعلى يظهر على الشاشة مربعٌ متلون بدرجة من درجات الأزرق، إلا أنّ البيكسلز التي تُظهر هذا اللون لا تستخدم اللون الأزرق فقط بل مزيجاً من الألوان الثلاثة الأساسية، فهي تستخدم الأحمر R بدرجة 10 من 255، الأخضر G بدرجة 110 من 255 والأزرق B بنسبة 210 من 255. وبذلك نرى أنّ كل لون من الألوان الأساسية الثلاثة يساهم بـ255 درجة ليعطينا في النهاية 255X255X255 أو 16581375 درجة مختلفة من الألوان.

Sources:

  • إعداد: أحمد ثروت.
  • مراجعة: أحمد سعد.
  • تدقيق لغوي: جيهان المحمدي.

بواسطة الفضائيون

تعليق واحد

ضع تعليقك
  1. البيكسل هي وحدة متناهية الصغر في الصورة (((لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة))). فكلما زاد عددها، صغر حجمها وزادت دقة الصورة (Resolution).

    يمكن رؤية البكسل بالعين المجردة لا غريب في هذا!

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

أنالما – Analemma

لماذا تتناغم أسراب اﻷسماك أثناء السباحة؟