كيف يعمل الحاسوب؟

كلّ يوم نستخدم الحواسيب، نستعملها لإرسال واستقبال الرسائل، نقرأ مقالاتٍ وكتباً مكتوبةً بمختلف لغات العالم، نستعمل الحواسيب لتعلّم لغاتٍ جديدة، وأشياء أخرى! ولكن، كيف للحاسوب أن يفهم لغاتنا المختلفة، كيف له أن يقوم بإرسال واستقبال المعلومات! لنكتشف ذلك.

الحاسوب هو آلةٌ قابلةٌ للبرمجة، يسمح لمستخدميه بتخزين كل أصناف المعلومات، ثمّ معالجة هذه المعلومات أو “البيانات” أو تنفيذ العمليات عليها، مثل حساب الأرقام أو تنظيم الكلمات.

يتألف الحاسوب من جزأين:

 العتاد (Hardware)

الهارد وير يطلق عليه مصطلح “عتاد الحاسوب ” وذلك نظراً لما يُقدّمه من أهميّة كبيرة،الهاردوير هو الأجزاء أو المكونات المادية والملموسة في الحاسوب، والأجهزة الداخلية الصغيرة التي تُعتبر جزءاً لا يتجزأ من حاسوبك، ويتميّز بتركيبته المتكاملة في حالة ما إذا أصيب أو وقع خلل ما أو غاب أحد المركبات أو الأجزاء الداخلية فتتوقف كل الوظائف ويعجز الحاسوب عن الإقلاع.

يشير “عتاد الحاسوب ” إلى المكونات الداخلية مثل الشاشة، الهارد ديسك، الذاكرة الداخلية، لوحة المفاتيح، اللوحة الأم، الرقائق الأخرى.

البرنامج (Software)

الـجزء الثاني من الحاسوب وهو ما يُعرف بـالسوفتوير وهو الكيان غير الملموس أو غير المرئي في الحاسوب بالنسبة للمستخدم، والسوفتوير ينقسم إلى قسمين :

• نظام التشغيل.
• البرمجيات.

نظام التشغيل (ماك، لينكس، ويندوز، أندرويد…) وهو النواة البرمجية والأساسية لإدارة والتعامل مع العتاد (الذاكرة، القرص الصلب، الكاميرا…). أما البرمجيات والتي تشغل حيزاً أكبر من أداء السوفتوير وهي البرامج والتطبيقات التي تُغذي ذاكرة الحاسوب وتتميز ببساطة عملها ووضوح فوائدها وتعدّد أنواعها ومصادرها وأسلوب عمل كلٍّ منها.

كيف يقوم الحاسوب بمعالجة المعلومات؟

عند إدخال المعطيات للحاسوب، تتم ترجمة الأعداد أو الكلمات المفهومة بالنسبة لنا إلى نظام العد الثنائي، والذي يمثل لغة الحواسيب.

أي عملية كتابة، إدخال، إخراج، إرسال، استرداد، رسم، يتم تحويلها للغةِ الحاسوب الرسمية “الثنائية”.

نظام العد الثنائي: نظام عددي ذو الأساس 2، حيث يكتب كل عدد باستخدام 0 و 1 فقط لتمثيل القيم.

في نظام العد العشري، والذي يُستخدم بشكلٍ شائعٍ في غالبية البلدان، كلّ رقمٍ يُمثّل قيمة لل10، مثال العدد 103 نجزّئه كما يلي:

100=100×1

0=10×0

3=1×3

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ

103=103

ولأنّ الحاسوب يستخدم النظام الثنائي، يظهر الدور لقوى الأساس 2، ولهذا كل شيء في الحواسيب يأتي في 8s  (اثنان للقوة الثالثة) ،  64s (اثنان للقوة السادسة)،  128s(اثنان للقوة السابعة)، و 256s (اثنان للقوة الثامنة). وبهذا في نظام العد الثنائي العدد 103 نحلله كما يلي:

1×64=64

1×32=32

0×16=0

0×8=0

1×4=4

1×2=2

1×1=1

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــ

1100111=103

حيث نأخذ أكبر قوة للعدد 2 موجودة ضمن العدد103 ونقسم عليها ونأخذ الباقي كما يأتي:

1=103/64 والباقي 39

نأخذ الباقي وننتقل للقوة الأصغر 32

1=39/32 والباقي 7

0=16/7 والباقي 7

وهكذا…

حيث أنّ كل خانة في النظام الثنائي تحمل قيمة من اثنتين، وهما القيمتان 1 أو 0 للتعبير عن الأعداد بالنظام الثنائي.

الرقم الثنائي (بِت): هو رقم ضمن الأعداد الثنائية، “بِت” وهو أصغر وحدة للمعلومات في الكمبيوتر.

الدارات الالكترونية في الحاسوب فيها حالتان فقط، تشغيل أو إطفاء ( on أوoff)، وهكذا يفهم فقط 0 و1. ومن أجل جعل ال “بت” مفيداً، يتم توحيد عدد منها في “بايت”.

البايت (byte): يتألف من 8 بت.

برامج الكمبيوتر طوّرت شيفرات لتنوع من المعلومات الممثلة بعدد من (bytes)، لذلك تُمكن قراءتها بواسطة برامج الكمبيوتر المختلفة.

على سبيل المثال: أحد الشيفرات ربّما تعرّف الحرف A  أنه: “11000001” والحرف B أنه: “11000010”، العدد 6  يمكن أن يعرف “11110110”، والعدد 8 “11111000”.عند إدخال البيانات، مثلاً عندما ندخل للكمبيوتر الحرف  A بواسطة لوحة المفاتيح يُسجّل الكمبيوتر “11000001” وبهذه الطريقة يخزّن الكمبيوتر الكلمات والأعداد بأرقام النظام الثنائي، ثم يستعيدهم ويحولهم مجدداً لكلمات وأرقام حسب الطلب.

عملية المعالجة والتخزين السابقة للبيانات تجري في وحدة المعالجة المركزية (CPU)، ذاكرة الكمبيوتر الأساسية.

وحدة المعالجة المركزية تتألف من وحدة الحساب والمنطق ومن وحدة التحكم ومجموعة من المسجلات.حيث وحدة الحساب والمنطق ALU هي اختصار لعبارة Arithmetic and Logic Unit وهي دارةٌرقميةٌموجودةٌ داخل وحدة المعالجة المركزية مسؤولة عن إجراء كافة العمليات الحسابية (كالجمع والطرح والقسمة والضرب) علماًأنّ الوحدة فقط تستخدم عملية واحدة وهي الجمع أما العمليات الأخرى مثل الطرح هي عملية جمع المكافئ والضرب هي جمع لعدة مرات، والعمليات المنطقية (مثل OR,AND) في الحواسب، كما تقوم بعمليات المقارنة لمعرفة نتيجة المقارنات المنطقية وهي : (أكبر من، وأصغر من، ويساوي، ولا يساوي) ومشتقات هذه المقارنات، وكذلك فهي توفر إمكانية تخزين المعلومات بشكلٍ مؤقت بالإضافة إلى إمكانية معالجة المعلومات.

• وحدة الحساب والمنطق هي جزء من CPU حيث تُجرى العمليات الحسابية والمنطقية.
• وحدة التحكم هي جزء من CPU والتي تُشرف على العمليات العامة للحاسوب.
• مُسجلات التعليمات هي أجهزة تحتفظ بالبيانات في ذاكرة الحاسوب لمدة طويلة كفاية لتنفيذ وظيفة معيّنة، مثل الفهرسة والحساب والفرز وأيضاً معالجة البيانات.

تنتقل البيانات من أحد أقسام الحاسوب لقسمٍ آخر عن طريق نوعٍ من الطرق المعروفة باسم النواقل.

الناقل: هو قناة أو طريق يسمح لأجزاء الحاسوب بالتواصل مع بعضها البعض.يشبه حافلة المدرسة التي تنقل الأطفال، يلتقط ناقل البيانات حمولة بيانات من أحد العناصر في اللوحة الأم وينقلها لعنصر آخر في اللوحة الأم.

اللوحة الأم تشغل دور مدير المدرسة والتي فيها موصلات لربط الأجهزة بالناقل.وهي عادةً ما تشمل وحدة المعالجة المركزية CPU، والذاكرة ووحدة التحكم بالأطراف(هي دائرة متكاملة تتحكم بالارتباط بالأجهزة الأخرى أو الخارجية) للنظام.

ناقل البيانات هو في الحقيقة سلسلة من الدارات الالكترونية والتي تصل العناصر الالكترونية المتعددة على (اللوحة الرئيسية main board).

يتم إدخال البيانات للحاسوب ويعالج في وحدة المعالجة المركزية CPU. تنتقل على طول الناقل لتخزن في ذاكرة الحاسوب. سعة التخزين المتوفرة في الذاكرة يعبّر عنها بواحدة البايت من المعلومات. حيث العدد الأكبر من البايت يمثل الذاكرة الأكبر للحاسوب.

حواسيب اليوم يمكنها الاحتفاظ بأعداد من البيانات المقدرة بالميغابايت (يساوي مليون بايت)، والغيغابايت (يساوي بليون بايت). فإذا كانت ذاكرة الحاسوب64 ميغابايت فيمكنه تخزين 64 مليون بايت من المعلومات.

قام المبرمجون بوضع ترميز قياسي لترميز الحروف والأرقام والرموز فيما يماثلها من النظام الثنائي لأبجديات اللغات المستعملة، وقد تعددت هذه الشيفرات ومن أهمها:

تشفير ASCII وهي اختصار (American Standard Code for Information Interchange)، وعملت هذه التشفيرة في الوقت الذي تطورت فيه الحواسيب الصغيرة.

نظام تشفير EBCDIC وهو عبارة عن ثمان بتات ويستطيع ترميز 256 حرفاً.

إنّ أهمّ ما يجب تذكّره حول هذه الشيفرات هي قيمتها الأساسية لتخزين المعلومات وإمكانية قراءتها مجدّداً من قبل الحواسيب الأخرى، فباستخدام أحد نظامي التشفير السابقين يصبح ممكناً للأشخاص استرداد أو استخدام بيانات الآخرين باستخدام أصناف مختلفة من الهاردوير والسوفتوير، أما السلبية الرئيسية لاستخدام أحدهما هي الفورمات أو صفات خاصة للمعلومات المنفذة بواسطة الحاسوب والتي يمكن فقدانها.

المصدر: how does computer process information