حاسوب

(تم التحويل من الحاسوب)
الحاسوب
Computer
Acer Aspire 8920 Gemstone by Georgy.JPGColumbia Supercomputer - NASA Advanced Supercomputing Facility.jpgIntertec Superbrain.jpg
2010-01-26-technikkrempel-by-RalfR-05.jpgThinking Machines Connection Machine CM-5 Frostburg 2.jpgG5 supplying Wikipedia via Gigabit at the Lange Nacht der Wissenschaften 2006 in Dresden.JPG
DM IBM S360.jpgAcorn BBC Master Series Microcomputer.jpgDell PowerEdge Servers.jpg
حواسيب وأجهزة حاسبة من عصور مختلفة

الحاسوب أو الكمبيوتر computer، هو جهاز يمكنه استقبال البيانات ومعالجتها إلى معلومات ذات قيمة يخزنها في وسائط تخزين مختلفة، وفي الغالب يكون قادراً على تبادل هذه النَتَائِج والمعلومات مع أجهزة أخرى متوافقة. وتستطيع أسرع الحواسيب في يومنا هذا القيام بمئات بلايين العمليات الحسابية والمنطقية في ثوانٍ قليلة. وتشغل الحواسيب برمجيات خاصة تسمى أنظمة التشغيل، فمن دونها يكون الحاسوب قطعة جامدة، وتبين أنظمة التشغيل للحاسوب كيفية تنفيذ المهام كما أنها في الغالب توفر بيئة للمبرمجين ليطوروا عليه تطبيقاتهم. إن هذا التعريف يبين الخطأ الشائع بين الناس من أن الحواسيب فقط هي تلك التي تعمل تحت بيئة ويندوز، وماكنتوش، ولينكس.

تنقسم مكونات الحاسوب إلى قسمين رئيسيين: العتاد والبرمجيات المشغلة له. وينقسم العتاد الصلب للحاسوب إلى خمس تصنيفات رئيسة: أجهزة الإدخال، والمعالجة، وأجهزة الإخراج، ووسائط التخزين، وأجهزة الاتصال. في حين تنقسم البرمجيات الحاسوبية إلى: أنظمة التشغيل، والتَطْبيقات.

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.[1] كما أن السنوات الأخيرة شهدت انخفاضاً في تكاليف صناعة البنية الصلبة إلى الحد الذي أصبحت معه الحواسيب الشخصية سلعة منتشرة بشكل كبير. ولقد توسعت تطبيقات الحواسيب في 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 - ونظيره المتنقل؛ الحاسوب المحمول - على أنهما رمزي عصر المعلومات؛ فهما ما يفكر به معظم الناس 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 تتراوح من الطائرات المقاتلة، والروبوت، وآلات التصوير الرقمية إلى لعب الأطفال، وأجهزة الحاكوم.

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 مهام تتراوح بين معالجة حسابات موظفي الشركات والتحكم في المركبات الفضائية بدون طيار. وبسبب التطور التقني فإن الحواسيب الحديثة تكون بشكل جبري أكثر قدرة من تلك التي من الأجيال السابقة وهي ظاهرة موصوفة ومشروحة جزئيا بقانون مور.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التسمية

حاسوب مزود بمجهر وآلة حاسبة، 1952.

أطلق شارل باباج لفظة computer على الشخص الذي يدخل البيانات إلى الحاسوب، لكن فيما بعد أطلقت اللفظة على الآلة نفسها. عربت هذه اللفظة بكلمة حاسوب[2].



التاريخ

قبل القرن 20

The Chinese Suanpan (算盘) (the number represented on this abacus is 6,302,715,408)
The ancient Greek-designed Antikythera mechanism, dating between 150 and 100 BC, is the world's oldest analog computer.

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 الآلةالحاسبة لتساعد في العمليات الحسابية. ولا زالت الآلات الحاسبة تتطور، إلا أن الحاسوب فيه ميزة إضافية عنها وهي أنه متعدد الإستعمالات، 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 إعتباره 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 بإستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت بإستخدام 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.


A slide rule

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 كولوسوس Colossus 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 بـ كونراد 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 إفتراضيا 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 الإنتهاء 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 إستبدالها 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 إختيار تكنولوجيا الدائرة المتكاملة في إنتاج الحواسيب بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للأفراد بإمتلاك حاسوب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا...



. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

أول جهاز حاسوب


الحواسيب التماثلية

Sir William Thomson's third tide-predicting machine design, 1879–81


الحواسيب الرقمية

الحواسيب الكهروميكانيكية

Replica of Zuse's Z3, the first fully automatic, digital (electromechanical) computer.


الأنابيب المفرغة والدوائر الإلكترونية الرقمية

Colossus was the first electronic digital programmable computing device, and was used to break German ciphers during World War II.


ENIAC was the first electronic, Turing-complete device, and performed ballistics trajectory calculations for the United States Army.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الحواسيب الحديثة

بعد فترة وجيزة من تطوير الحاسوب، تم اكتشاف أن هناك مهام معينة تكون مطلوبة في برامج مختلفة؛ إن مثالا قديما على ذلك كان حساب بعض الدوال الرياضية الأساسية. و من أجل الفعالية، فقد تم جمع نسخ نموذجية من تلك الدوال و وضعها في مكتبات تكون متاحة لمن يحتاجها. إن مجموعة المهام الشائعة بعض الشئ و التي تتعلق بمعالجة كتل البيانات الخاصة "بالتحدث" إلى أجهزة الإدخال و الإخراج المختلفة، و لذلك تم تطوير مكتبات لها سريعا.

بانتهاء الستينات من القرن العشرين، و مع الاستخدام الصناعي الواسع للحاسوب في العديد من الأغراض، أصبح من الشائع استخدامه لإنجاز العديد من الوظائف في المؤسسات. بعد ذلك بفترة وجيزة أصبح متاحا وجود برامج خاصة لتوقيت و تنفيذ تلك المهام العديدة. إن مجموع كل من إدارة "الأجزاء الصلبة" و توقيت المهام أصبح معروفا باسم نظام التشغيل؛ من الأمثلة القديمة على هذا النوع من أنظمة التشغيل القديمة كان OS/360 الخاص بـ IBM.

إن التطوير الرئيسي التالي في أنظمة التشغيل كان timesharing - و فكرته تعتمد على أن عددا من المستخدمين بإمكانهم استخدام الآلة في وقت واحد و ذلك عن طريق الاحتفاظ بكل برامجهم في الذاكرة و تنفيذ برنامج كل مستخدم لمدة قصيرة و بذلك يصبح و كأن كل مستخدم يملك كل منهم حاسوبًا خاصًا به. إن مثل هذا التطوير يتطلب من نظام التشغيل بأن يقدم لكل برامج المستخدمين "آلة تخيلية" و ذلك لمنع برنامج المستخدم الواحد من التداخل مع البرامج الأخرى (بالصدفة أو التصميم). إن مدى الأجهزة التي يجب أن تتعامل معها نظم التشغيل قد تمدد؛ من الأمثلة الملاحظة كان القرص الصلب؛ إن فكرة الملفات الفردية و الترتيب البنائي المنظم للادلة "directories" (حاليا يطلق عليها في الغالب مجلدات "folder") قد سهلت و بشكل كبير استخدام هذه الأجهزة للتخزين الدائم. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المكتبية office suite و هي عبارة عن برامج ذات صفات مشتركة لأداء مهام المكتب الشائعة. إن متحكمات الوصول الآمن سمحت لمستخدمي الحاسوب بالوصول فقط إلى الملفات و الأدلة و البرامج التي لديهم تصريح باستخدامها كانت أيضًا شائعة.

ربما تكون آخر إضافة لنظام التشغيل كانت عبارة عن أدوات تزود المستخدم بواجهة مستخدم رسومية معيارية. بينما كانت هناك بعض الأسباب التقنية لضرورة ربط واجهة المستخدم الرسومية (GUI) مع باقي أجزاء نظام التشغيل، فقد سمح ذلك لبائع نظام التشغيل بجعل كل البرامج الموجهة لنظام تشغيله تمتلك نفس الواجهة.

خارج هذه المهام الداخلية "core"، فإن نظام التشغيل غالبًا ما يكون مزودًا بمجموعة من الأدوات الأخرى، بعض منها ربما يملك اتصالًا ضئيلًا بهذه المهام الداخلية الأصلية و لكن وجد أنها مفيدة لعدد كافي من المستهلكين مما جعل المنتجين بضيفونها، فعلى سبيل المثال ماك أو.إس عشرة يقدم مع تطبيق لتحرير الفيديو الرقمي.

نظم تشغيل الحواسيب الأصغر ربما لا تقدم كل هذه المهام. نظم التشغيل للمايكروكمبيوتر القديم ذي الذاكرة و قدرات المعالجة المحدودتين كانت لا تقدم كل المهام، و الحواسيب المدمجة دائما إما تملك نظم تشغيل متخصصة أو لا تملك نظام تشغيل بالكلية، مع برامجه التطبيقية المتخصصة و التي تؤدي المهام التي من الممكن أن تعود بطريقة أخرى إلى نظام التشغيل.

مفهوم الحاسوب الحديث

البرامج المخزنة

Three tall racks containing electronic circuit boards
A section of the Manchester Small-Scale Experimental Machine, the first stored-program computer.


الترانزستورات

ففي عام 1942 قام هبرت مارتن بعمل بتجربة باستخدام الصمام الثنائي Diode أثناء العمل على لاقط بنظام رادار دوبلر وهذه الوصلة الثنائية المزدوجة مكونة من اثنين من الوصلات الثنائية ووصلات معدنية على قاعدة من شبه الموصل ولكنه اكتشف عدد من الظواهر التي لم يتمكن من تفسيرها عن طريق الوصلتين المنفصلتين واستتبع هذا ظهور الفكرة الأساسية لمقحل التوصيل.

في عام 1947 قام جون باردين ووالتر براتين في معامل إيه تي أند ديفي الولايات المتحدة الأمريكية بملاحظة انه عند توصيل مصدر كهربي على بلورة من الجرمانيوم ان الطاقة الناتجة أكبر من طاقة المصدر الكهربي الداخلة وقد قام وليام شوكلي بمعرفة السبب في ذلك وعلى مدار شهور قليلة عملوا على التوسع الكبير لعلوم أشباه الموصلات وقد جاء اسم الترانزستور من الكلمة الإنجليزية "Transfer resistor" التي تعني ناقل المقاومة.

في الواقع فإن الترانزستور هو أهم المكونات الإلكترونية الحديثة ويعتبر من أعظم الإختراعات في القرن العشرين ويستمد أهميته في حياة المجتمع من القدرة الفائقة على إنتاجه باستخدام عمليات تلقائية إليه "عمليات تصنيع أشباه الموصلات"مما يجعل إنتاجه قليل التكلفة.

وعلى الرغم من أن العديد من الشركات تنتج سنويا ما يزيد عن المليار من المقاحل المنفصلة إلا أن الغالبية العظمى من المقاحل التي تنتج تكون في الدوائر المتكاملة "Integrated circuit" والتي تختصر إلى "IC" وتحتوى هذه الدوائر المتكاملة على العديد من المقاحل والوصلات الثنائية والمقاومات والمكثفات والمكونات الإلكترونية الأخرى والتي تمثل دائرة إلكترونية كاملة تقوم بعمل وظيفة معينة وهناك أيضا البوابات المنطقية (Logic gates) والتي تتكون من عدد من المقاحل والتي قد تصل إلى العشرين لعمل بوابة منطقية واحدة وفي المعالجات الدقيقة "معالج دقيق" المتقدمة وصل عدد المقاحل إلى 3 مليار في شريحة واحدة في عام 2011 حيث كان قد وصل إلى 60 مليون في الشريحة في عام 2002 ومن أهم مميزات المقحل التكلفة الضئيلة المرونة في الاستخدام والثبات مما جعله واسع الاستخدام والانتشار وقد دخلت المقاحل في دوائر التحكم الميكانيكية وحلت محل الأدوات الميكانيكية التي كانت تستخدم في ذلك ويمكن أيضا استخدام متحكم دقيق "متحكم دقيق" في كتابة برنامج صغير لأداء وظيفة التحكم المطلوبة والمكافئة للمهمة التي يقوم بها التصميم الميكانيكي.

الدوائر المدمجة

الحواسيب المحمولة

الأنواع

حسب الاستخدام

حسب الحجم

  • هاتف ذكي
  • حاسوب دقيق
  • محطة عمل
  • حاسوب شخصي: وهي الحواسيب التي نراها في المنازل والمكاتب. ويستعمل مصطلح الحاسوب بشكل عام في الإشارة إلى الحواسيب الشخصية.
  • حاسوب محمول
  • حاسوب كفي: وهي أجهزة صغيرة لا يتجاوز حجمها كف اليد، تستخدم في إجراء بعض المهام الحاسوبية البسيطة كحفظ البيانات الضرورية والمواعيد، وقد توسع استخدامها مؤخراً حتى أصبحت تضاهي باستخداماتها الحواسيب الأخرى، حيث تستخدم بعضها في الدخول إلى الانترنت أو الاستدلال في الطرق من خلال أنظمة الإبحار.
  • حاسوب الإطار الرئيسي: وهي الحواسيب ذات السعات التخزينية الضخمة والكفاءة العالية في المعالجة والتي تستخدم في المنشآت الكبيرة كالدوائر الحكومية والجامعات والشركات الكبرى، حيث يتم ربط الجهاز الرئيسي بمجموعة من الأجهزة الفرعية تسمى نهايات طرفية.
  • حاسوب فائق
  • حاسوب مدمج: وهي الحواسيب الموجودة في العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، إذ أن العديد من الأجهزة تحتوي حواسيب لأغراض خاصة. فمثلاً توجد الحواسيب في الهواتف السيارات وأجهزة الفيديو والطائرات وغيرها.


كيف يعمل الحاسوب

بينما تغيرت التقنيات المستخدمة في الحواسيب بصورة مثيرة منذ ظهور أوائل الحواسيب الإليكترونية متعددة الأغراض من أربعينات القرن العشرين ، ما زال معظمها يستخدم بنية البرنامج المخزن (يطلق عليها في بعض الأحيان بنية von Neumann). استطاع التصميم جعل الحاسوب العالمي حقيقيًا جزئيًا.

تصف البنية حاسوبًا ذا أربع أقسام رئيسية: وحدة الحساب و المنطق [[Algorathim and Logic Unit)[[ALU) و دائرة التحكم و الذاكرة و أجهزة الإدخال و الإخراج (يعبر عنها بمصطلح Input /output I/O). هذه الأجزاء تتصل ببعضها عن طريق حزم من الاسلاك (تسمى "النواقل" BUSعندما تكون نفس الحزمة تدعم أكثر من مسار بيانات) و تكون في العادة مساقة 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 و تستطيع الخلية تخزين كمية قليلة و ثابتة من المعلومات. هذه المعلومات من الممكن أن تكون إما تعليمة (أمر) و التي تخبر الحاسب بما يجب أن يفعله و إما أن تكون بيانات و هي المعلومات التي يقوم الحاسب بمعالجتها باستخدام الأوامر التي تم وضعها على الذاكرة. عموما، يمكن استخدام أي خلية لتخزين إما أوامر أو بيانات.

إن وحدة الحساب و المنطق بالعديد من المعانى هي قلب الحاسوب. إنها 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 و القسمة بطريقة مباشرة (عوضا عن الدعم المباشر، يستطيع المستخدمون دعم عمليتي الضرب و القسمة و ذلك من خلال برامج تقوم بمعالجات متعددة للجمع و الطرح و الأرقام الأخرى). القسم الثاني من عمليات وحدة الحساب و المنطق هي عمليات المقارنة: بإدخال رقمين، تقوم هذه الوحدة بالتحقق من تساوي أو عدم تساوي الرقمين و تحديد أي الرقمين هو الأكبر.

إن أنظمة الإدخال و الإخراج هي الوسائل التي تجعل الحاسوب يستقبل المعلومات من العالم الخارجي و يخرج النتائج إلى العالم. في الحاسوب الشخصي العادي تتضمن أجهزة الإدخال مكونات مثل لوحة المفاتيح و الفأرة و تتضمن أجهزة الإخراج الشاشات و الطابعات و ما يشابهها، و لكن من الممكن توصيل مجموعة ضخمة و متنوعة من الأجهزة إلى الحاسوب و تعمل كأجهزة إدخال و إخراج.

إن نظام التشغيل يجمع كل ذلك. إن وظيفته هي قراءة الأوامر و البيانات من الذاكرة أو من أجهزة الإدخال و الإخراج، و كذلك فك شفرة الأوامر، تغذي وحدة الحساب و المنطق بالمدخلات الصحيحة طبقا للأوامر، تخبر وحدة الحساب و المنطق بالعملية الواجب تنفيذها على تلك المدخلات و تعيد إرسال النتائج إلى الذاكرة أو إلى أجهزة الإدخال و الإخراج. يعتبر العداد من المكونات الرئيسية في نظام التحكم و الذي 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).

بدءا من ثمانينات القرن العشرين، صار كل من وحدة الحساب و المنطق و وحدة التحكم (يسميان مجتمعان بوحدة المعالجة المركزية)( CPU)في المعتاد موجودين في دائرة متكاملة واحدة تسمى المعالج الدقيق (المايكروبروسيسور).

إن آلية عمل أي حاسوب في الأساس تكون واضحة تمامًا. في المعتاد، في كل دورة زمنية يقوم الحاسوب بجلب الأوامر و البيانات من الذاكرة الخاصة به. يتم تنفيذ الأوامر، يتم تخزين النتائج، ثم يتم جلب الأمر التالي. هذا الإجراء يتكرر حتى تتم مقابلة أمر التوقف.

إن الأوامر التي تقوم وحدة التحكم بتفسيرها و تقوم وحدة الحساب و المنطق بتنفيذها يكون عددها محدود، و محددة بدقة و تكون 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 و وضع النسخة في الخلية 10")
  2. تنفيذ العمليات الحسابية و المنطقية على بيانات (على سبيل المثال "قم باضافة محتويات الخلية 7 إلى محتويات الخلية 13 و ضع 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 و لكن الاوامر 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: و هكذا 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 و هذه البنيات مختلفة بشكل ملحوظ عن بنية البرنامج المخزن الأساسية و في بعض الأحيان تحتوي على الآلاف من وحدة المعالجة المركزية، و لكن مثل هذه التصميمات تصبح ذات فائدة فقط لأغراض متخصصة.


العتاد

يقصد بمكونات الحاسوب المكونات الصلبة أو العتاد فقط. من الممكن القول أن أي نظام حاسوبي يحتوي على الأجزاء التالية بأشكاله المختلفة:

تاريخ عتاد الحاسوب

الجيل الأول (آلي/إلكتروميكانيكي) الآلات الحاسبة حاسبة پاسكال, Arithmometer, Difference engine, آلات كيڤيدو التحليلية
أجهزة مبرمجة Jacquard loom, محرك تحليلي, IBM ASCC/Harvard Mark I, Harvard Mark II, IBM SSEC, Z1, Z2, Z3
الجيل الثاني (الأنابيب المفرغة) الآلات الحاسبة Atanasoff–Berry Computer, IBM 604, UNIVAC 60, UNIVAC 120
أجهزة قابلة للبرمجة Colossus, ENIAC, Manchester Small-Scale Experimental Machine, EDSAC, Manchester Mark 1, Ferranti Pegasus, Ferranti Mercury, CSIRAC, EDVAC, UNIVAC I, IBM 701, IBM 702, IBM 650, Z22
الجيل الثالث (الترانزستورات المنفصلة وSSI, MSI, LSI الدوائر المدمجة) الإطارات الرئيسية IBM 7090, IBM 7080, IBM System/360, BUNCH
الحواسيب الكفية HP 2116A, IBM System/32, IBM System/36, LINC, PDP-8, PDP-11
حاسوب مكتبي Programma 101, HP 9100
الجيل الرابع (VLSI integrated circuits) Minicomputer VAX, IBM System i
4-bit microcomputer Intel 4004, Intel 4040
8-bit microcomputer Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, Motorola 6809, MOS Technology 6502, Zilog Z80
16-bit microcomputer Intel 8088, Zilog Z8000, WDC 65816/65802
32-bit microcomputer Intel 80386, Pentium, Motorola 68000, ARM
64-bit microcomputer[3] Alpha, MIPS, PA-RISC, PowerPC, SPARC, x86-64, ARMv8-A
Embedded computer Intel 8048, Intel 8051
حاسوب شخصي حاسوب مكتبي, حاسوب منزلي، حاسوب محمول، Personal digital assistant (PDA), Tablet PC, Wearable computer
نظرية/تجريبية Quantum computer, حاسوب كيميائي, DNA computing, حاسوب بصري, Spintronics-based computer

أنواع أخرى من العتاد

Peripheral أجهزة (إدخال/إخراج) الإدخال فأرة، لوحة المفاتيح، joystick، ماسح ضوئي، كاميرا الويب، graphics tablet، مكبر الصوت
إخراج شاشة، طابعة، مكبر الصوت
كلاهما Floppy disk drive, hard disk drive, optical disc drive, teleprinter
Computer buses Short range RS-232, SCSI, PCI, USB
Long range (computer networking) Ethernet, ATM, FDDI


أجهزة الإدخال

أجهزة الإدخال/الإخراج I/O، 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 و التي يكون تحكمها مخصص للحاسب. على سبيل المثال في الروبوت يكون جهاز الإخراج الرئيسي لتحكم الحاسوب هو الانسآلة ذاتها.

إن الجيل الأول من الحواسيب كان مجهزا بمدى محدود جدا من أجهزة الإدخال. إن قارئ الكروت المثقبة أو الاشياء المماثلة كانت تستخدم 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 على سبيل المثال، فان لوحة المفاتيح والفأرة هما الطريقتين الرئيسيتين المستخدمتين لإدخال المعلومات مباشرة إلى الحاسب، والشاشة هي الطريقة الرئيسية لإعادة إظهار المعلومات للمستخدم و ذلك بالرغم من أن الطابعات والسماعات منتشرة أيضا. يوجد تشكيلة ضخمة من أجهزة الإدخال الأخرى لإدخال أنواع أخرى من المدخلات. مثال على ذلك هو الكاميرا الرقمية حيث تستخدم لإدخال معلومات مرئية. يوجد نوعين بارزين من أجهزة الإدخال والإخراج. النوع الأول هو أجهزة التخزين الثانوية مثل الأقراص الصلبة (hard disks) ووحدات الأسطوانات (CD-ROM) و key drives وما يماثلها والتي تتميز بالبطء نسبيا ولكنها ذات سعات تخزينية عالية، حيث يمكن تخزين المعلومات لاستعادتها لاحقا: النوع الثاني هي الأجهزة المستخدمة للاتصال بشبكات الحاسب. إن القدرة على نقل البيانات بين الحاسبات فتح مدي واسع من القدرات للحاسب. شبكة الانترنت العالمية تسمح لملايين الحاسبات بنقل المعلومات من جميع الأنواع بينها وبعضها.

أجهزة الإدخال في الحاسوب هي:

أجهزة الإخراج

وحدة التحكم

Diagram showing how a particular MIPS architecture instruction would be decoded by the control system



وحدة المعالجة المركزية

وحدة الحساب والمنطق


الذاكرة

Magnetic core memory was the computer memory of choice throughout the 1960s, until it was replaced by semiconductor memory.



الإدخال/الإخراج

Hard disk drives are common storage devices used with computers.


المهام المتعددة


المعالجة المتعددة

Cray designed many supercomputers that used multiprocessing heavily.


البرمجيات


إن برامج الحاسوب ببساطة هي عبارة عن قائمة من الأوامر ينفذها الحاسوب، وتتراوح هذه الأوامر (التعليمات) بين بعض الأوامر القليلة التي تؤدي مهمة بسيطة إلى قائمة أوامر أكثر تعقيدًا و التي من الممكن أن تحتوي جداول من البيانات. العديد من برامج الحاسوب تحتوي الملايين من الأوامر و العديد من هذه الأوامر يتم تنفيذها بصورة متكررة. إن الحاسوب الشخصي الحديث النموذجي يمكنه تنفيذ حوالي 3 مليار أمر في الثانية. إن الحواسيب لم تكتسب قدراتها غير العادية من خلال قدرتها على تنفيذ الأوامر المعقدة. و لكن بالأحرى فإنها تقوم بالملايين من الأوامر المرتبة عن طريق أشخاص يعرفون بالمبرمجين.

عادة، فإن المبرمجين لا يكتبون الأوامر إلى الحاسوب مباشرة بلغة الآلة.إن البرمجة بهذه اللغة عملية مملة وصعبة جدًا و تميل للخطأ بصورة كبيرة مما يجعل المبرمجين غير قادرين على الإنتاج بصورة كبيرة. و عوضا عن ذلك، يقوم المبرمجون بوصف العملية المرادة في لغة برمجة "عالية المستوى" مثل لغة باسكالPascal language أو لغة سي c languageاو لغات خاصة بتطبيقات الانترنت مثل جافا java و التي يتم ترجمتها أوتوماتيكيا بعد ذلك إلى لغة الآلة عن طريق برامج حاسوب مخصصة (مفسرات و مصرفات) يدعى بالانجليزية كومبايلر compiler. بعض لغات البرمجة ترسم خريطة قريبة جدًا من لغة الآلة مثل لغة التجميع[[Assembly (لغات برمجة منخفضة المستوى): و على الجانب الآخر فإن لغات البرمجة مثل البرولوج Prolog مبنية على قواعد مجردة و مفصولة عن تفصيلات العملية الحقيقية للآلة (لغات برمجة عالية المستوى). إن اللغة المختارة لمهمة جزئية تعتمد على طبيعة هذه المهمة و المهارة التي يمتلكها المبرمجون و توافر الأدوات و عادة احتياجات المستهلكين (على سبيل المثال، فإن المشاريع الخاصة بالاستخدامات الحربية الأمريكية في الغالب يجب أن تكون مبرمجة بلغة Ada).

إن Computer software (الأجزاء غير الملموسة بالحاسوب) هو مصطلح بديل لبرامج الحاسوب (computer programs): إنها عبارة أكثر شمولية و تحتوي كل المواد الهامة المصاحبة للبرنامج و التي يحتاجها لأداء المهام المهمة على سبيل المثال فإن لعبة الفيديو لا تحتوي فقط على البرنامج نفسه و لكن تحتوي أيضا على بيانات تمثل الصور و الاصوات و المواد الأخرى المطلوبة لعمل البيئة التخيلية للعبة. تطبيق الحاسوب هو قطعة من برامج الحاسوب التي تقدم للعديد من المستخدمين غالبا في سوق تجزئة. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المكتبية office suite و هي عبارة عن برامج ذات صفات مشتركة لأداء مهام المكتب الشائعة.

بالذهاب من القدرات شديدة البساطة الخاصة بأمر لغة آلة واحد إلى القدرات الضخمة للبرامج التطبيقية يعني أن الكثير من برامج الحاسوب تكون كبيرةً جدًا و معقدةً للغاية. من الأمثلة على ذلك: ويندوز إكس بي و الذي يتكون من حوالي 40 مليون سطر من شفرة الحاسوب في لغة برمجة C++: يوجد العديد من المشاريع التي تكون أكبر هدفا، يقوم بإنشائه فرق كبيرة من المبرمجين. إن إدارة هذه المشاريع شديدة التعقيد هو مفتاح إمكانية تنفيذ هذه المشاريع: لغات البرمجة و تطبيقات البرمجة تسمح بتقسيم المهمة إلى مهام فرعية أصغر فأصغر حتى تصبح في قدرات مبرمج واحد و في وقت مناسب.

إن عملية تطوير البرامج لا زالت بطيئة و لا يمكن التنبؤ بها و تميل للخطأ: إن نظام هندسة البرامج حاولت و قد نجحت جزئيا في جعل العملية أكثر سرعة و إنتاجية و تحسين جودة المنتج النهائي.

نظام تشغيل /نظام برمجة Unix and BSD UNIX System V, IBM AIX, HP-UX, Solaris (SunOS), IRIX, List of BSD operating systems
GNU/Linux List of Linux distributions, Comparison of Linux distributions
Microsoft Windows Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, Windows ME, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, Windows 10
DOS 86-DOS (QDOS), IBM PC DOS, MS-DOS, DR-DOS, FreeDOS
Macintosh operating systems Classic Mac OS, macOS (previously OS X and Mac OS X)
Embedded and real-time List of embedded operating systems
Experimental Amoeba, Oberon/Bluebottle, Plan 9 from Bell Labs
Library Multimedia DirectX, OpenGL, OpenAL, Vulkan (API)
Programming library C standard library, Standard Template Library
Data Protocol TCP/IP, Kermit, FTP, HTTP, SMTP
File format HTML, XML, JPEG, MPEG, PNG
User interface Graphical user interface (WIMP) Microsoft Windows, GNOME, KDE, QNX Photon, CDE, GEM, Aqua
Text-based user interface Command-line interface, Text user interface
Application Software Office suite Word processing, Desktop publishing, Presentation program, Database management system, Scheduling & Time management, Spreadsheet, Accounting software
Internet Access Browser, Email client, Web server, Mail transfer agent, Instant messaging
Design and manufacturing Computer-aided design, Computer-aided manufacturing, Plant management, Robotic manufacturing, Supply chain management
Graphics Raster graphics editor, Vector graphics editor, 3D modeler, Animation editor, 3D computer graphics, Video editing, Image processing
Audio Digital audio editor, Audio playback, Mixing, Audio synthesis, Computer music
Software engineering Compiler, Assembler, Interpreter, Debugger, Text editor, Integrated development environment, Software performance analysis, Revision control, Software configuration management
Educational Edutainment, Educational game, Serious game, Flight simulator
Games Strategy, Arcade, Puzzle, Simulation, First-person shooter, Platform, Massively multiplayer, Interactive fiction
Misc Artificial intelligence, Antivirus software, Malware scanner, Installer/Package management systems, File manager

اللغات

لغات البرمجة
قوائم لغات البرمجة خط زمني للغات البرمجة, قائمة لغات البرمجة حسب التصنيف, Generational list of programming languages, قائمة لغات البرمجة, Non-English-based programming languages
Commonly used assembly languages ARM, MIPS, x86
Commonly used high-level programming languages Ada, BASIC, C, C++, C#, COBOL, Fortran, PL/1, REXX, Java, Lisp, Pascal, Object Pascal
Commonly used scripting languages Bourne script, JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl

برمجيات التطبيق

البرامج

عمارة البرنامج المخزن

Replica of the Small-Scale Experimental Machine (SSEM), the world's first stored-program computer, at the Museum of Science and Industry in Manchester, England
  begin:
  addi $8, $0, 0           # initialize sum to 0
  addi $9, $0, 1           # set first number to add = 1
  loop:
  slti $10, $9, 1000       # check if the number is less than 1000
  beq $10, $0, finish      # if odd number is greater than n then exit
  add $8, $8, $9           # update sum
  addi $9, $9, 1           # get next number
  j loop                   # repeat the summing process
  finish:
  add $2, $8, $0           # put sum in output register


رمز الآلة

A 1970s punched card containing one line from a Fortran program. The card reads: "Z(1) = Y + W(1)" and is labeled "PROJ039" for identification purposes.

لغات البرمجة

The actual first computer bug, a moth found trapped on a relay of the Harvard Mark II computer


البرامج الثابتة

الشبكات والإنترنت

Visualization of a portion of the routes on the Internet

حواسيب غير تقليدية


المستقبل

المهن والمنظمات

مهن متعلقة بالحاسوب
تخصصات هندسة إلكترونيات، هندسة الحاسوب، هندسة الاتصالات، هندسة بصرية، هندسة نانوية
برمجيات متعلقة علم الحاسوب، هندسة الحاسوب، نشر مكتبي، التفاعل بين الحاسوب والبشر، تكنولوجيا المعلومات، نظم المعلومات، علوم حاسوبية، هندسة البرمجيات، صناعة ألعاب الڤيديو، تصميم الوب


المنظمات
منظمات المعايير ANSI, IEC, IEEE, IETF, ISO, W3C
جمعيات مهنية ACM, AIS, IET, IFIP, BCS
Free/open source software groups Free Software Foundation, Mozilla Foundation, Apache Software Foundation

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ في 1964، استهلك إنياك تقديريا 174 كيلو وات، في المقابل فإن حاسوب شخصي متوسط قد يستهلك 400 وات؛ أقل بما يزيد عن 400 مرة،
  2. ^ techdict:Computer - ويكي عربايز
  3. ^ Most major 64-bit instruction set architectures are extensions of earlier designs. All of the architectures listed in this table, except for Alpha, existed in 32-bit forms before their 64-bit incarnations were introduced.

الهوامش

  • Fuegi, J.; Francis, J. (2003). "Lovelace & Babbage and the creation of the 1843 'notes'". IEEE Annals of the History of Computing. 25 (4). doi:10.1109/MAHC.2003.1253887.
  • a  Kempf, Karl (1961). "Historical Monograph: Electronic Computers Within the Ordnance Corps". Aberdeen Proving Ground (United States Army).
  • a  Phillips, Tony (2000). "The Antikythera Mechanism I". American Mathematical Society. Retrieved 5 April 2006.
  • a  Shannon, Claude Elwood (1940). "A symbolic analysis of relay and switching circuits". Massachusetts Institute of Technology. hdl:1721.1/11173.
  • Digital Equipment Corporation (1972). PDP-11/40 Processor Handbook (PDF). Maynard, MA: Digital Equipment Corporation.
  • Verma, G.; Mielke, N. (1988). "Reliability performance of ETOX based flash memories". IEEE International Reliability Physics Symposium.
  • Swade, Doron D. (February 1993). "Redeeming Charles Babbage's Mechanical Computer". Scientific American. 268 (2): 89. JSTOR 24941379.
  • Meuer, Hans; Strohmaier, Erich; Simon, Horst; Dongarra, Jack (13 November 2006). "Architectures Share Over Time". TOP500. Archived from the original on 20 February 2007. Retrieved 27 November 2006.
  • Lavington, Simon (1998). A History of Manchester Computers (2 ed.). Swindon: The British Computer Society. ISBN  978-0-902505-01-8 .
  • Stokes, Jon (2007). Inside the Machine: An Illustrated Introduction to Microprocessors and Computer Architecture. San Francisco: No Starch Press. ISBN  978-1-59327-104-6 .
  • Zuse, Konrad (1993). The Computer – My life. Berlin: Pringler-Verlag. ISBN  0-387-56453-5 .
  • Felt, Dorr E. (1916). Mechanical arithmetic, or The history of the counting machine. Chicago: Washington Institute.
  • Ifrah, Georges (2001). The Universal History of Computing: From the Abacus to the Quantum Computer. New York: John Wiley & Sons. ISBN  0-471-39671-0 .
  • Berkeley, Edmund (1949). Giant Brains, or Machines That Think. John Wiley & Sons.
  • Cohen, Bernard (2000). Howard Aiken, Portrait of a computer pioneer. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN  978-0-262-53179-5 .
  • Ligonnière, Robert (1987). Préhistoire et Histoire des ordinateurs. Paris: Robert Laffont. ISBN  978-2-221-05261-7 .
  • Couffignal, Louis (1933). Les machines à calculer ; leurs principes, leur évolution. Paris: Gauthier-Villars.
  • Essinger, James (2004). Jacquard's Web, How a hand loom led to the birth of the information age. Oxford University Press. ISBN  0-19-280577-0 .
  • Hyman, Anthony (1985). Charles Babbage: Pioneer of the Computer. Princeton University Press. ISBN  978-0-691-02377-9 .
  • Cohen, Bernard (2000). Howard Aiken, Portrait of a computer pioneer. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN  978-0-262-53179-5 .
  • Bowden, B. V. (1953). Faster than thought. New York, Toronto, London: Pitman publishing corporation.
  • Moseley, Maboth (1964). Irascible Genius, Charles Babbage, inventor. London: Hutchinson.
  • Collier, Bruce (1970). The little engine that could've: The calculating machines of Charles Babbage. Garland Publishing Inc. ISBN  0-8240-0043-9 .
  • Randell, Brian (1982). "From Analytical Engine to Electronic Digital Computer: The Contributions of Ludgate, Torres, and Bush" (PDF). Archived from the original (PDF) on 21 September 2013. Retrieved 29 October 2013.

وصلات خارجية