الحاسوب – تعريفه وفوائده واستخداماته وأنواعه ومكوناته

تعريف الحاسوب

إن السؤال الأول الذي يدور في أذهاننا ونحن نتعلم الحاسوب لأول مرة هو: ماذا يفعل الحاسوب؟

وقد تعودنا أن نسمع إجابة تقليدية على هذا السؤال تقول: إن الحاسوب يقوم بمعالجة البيانات إلكترونياً.

ولكن هذه الإجابة تبدو لبعضنا كتفسير الماء بالماء!

ما المقصود بالمعالجة

إن جميع الأدوات المنزلية على اختلافها تقوم بعمليات معالجة مختلفة.

فالخلاّط والمفرمة يقومان بمعالجة المواد الغذائية الخام لتحويلها إلى مواد صالحة للطعام.

والتلفزيون يقوم بمعالجة الموجات اللاسلكية المنبعثة من محطة الإرسال لتحويلها إلى صوت وصورة.

أي أن المعالجة هي تحويل المادة الخام إلى مادة صالحة للاستخدام.

فهل ينطبق هذا المبدأ على البيانات؟

نعم، فهناك بيانات خام لا بد من معالجتها لتحويلها إلى معلومات صالحة للاستخدام.

معالجة البيانات الخام

ولنضرب مثلا بشركة تعمل في مجال التجارة. إن الأوراق الوحيدة التي تخبر المدير عن الموقف المالي للشركة هي تقارير الميزانية العامة التي تصله في نهاية العام أو الفترة المحاسبية.

ولكن هذه المعلومة النهائية التي تضمنتها التقارير قد جاءت بعد جهد طويل بذله المحاسبون والمراجعون في معالجة الفواتير والإيصالات وكشوف المرتبات من جمع وطرح وتسجيل في دفاتر مختلفة وخصم من دفاتر أخرى.

ففواتير البيع وإيصالات الشراء ورواتب الموظفين كلها بيانات خام لا تخبرنا مباشرة عن الموقف المالي، لكنها إذا ما عولجت بالطريقة المناسبة أفضت إلينا بالمعلومة المطلوبة.

ومثل هذه المعالجة للبيانات قد تتم يدويًا باستخدام الدفاتر والماكينات الحاسبة وهي تستغرق وقتًا طويلا في هذه الحالة.

وقد تتم المعالجة إلكترونيًا أي باستخدام الحاسوب، وفي هذه الحالة تتم في لمح البصر.

والحاسوب لا يعرف شيئًا عن الميزانية أو عن حساب المدفوعات وحساب المقبوضات. وعلينا أن نخبره دائمًا بكيفية العمل.

طريقة معالجة البيانات

إن المحاسب المتمرس في الموازنات يؤدي عمله بفضل عنصرين أساسيين:

1. البيانات المتاحة له والمسجلة في الدفاتر المختلفة.
2. معرفته بخطوات العمل المطلوبة معرفة تامة وبالترتيب المناسب أو فلنقل برنامج العمل.

هذان العنصران هما كل ما يلزم الحاسوب حتى يقوم بدور المحاسب الخبير أو بدور أي خبير في أي تخصص: البيانات، وبرنامج العمل.

أما البرنامج فيتم تلقينه للكمبيوتر مقدماً، وأما البيانات فيتم إدخالها كلما توفرت.

فإذا جاء موعد الموازنة العامة فإننا نضغط على زر واحد فيقوم الحاسوب باستعراض مهارته في إجراء آلاف العمليات الحسابية والخروج بالنتيجة في لمح البصر.

فوائد الحاسوب

إن الحاسوب يمكنه أن يستوعب العديد من البرامج، كما أنه يمكن أن يستوعب أكثر من برنامج في أكثر من تخصص.

والبرنامج قد يحتوي على منهج تعليمي للكيمياء، فيصبح الحاسوب في هذه الحالة معلم كيمياء لا يبارى.

وقد يحتوي البرنامج على أصول لعبة كرة القدم فيتحول الحاسوب إلى لاعب ماهر وحكم يقظ لا تفوته الهفوة.

وربما يحتوي البرنامج على السلم الموسيقي فتتحول أزراره إلى أصابع بيانو أو أوتار قيثارة.

ليس الحاسوب هو الماكينة المبرمجة الوحيدة التي نعرفها. ففي حياتنا اليومية نلتقي بالكثير من الماكينات المبرمجة، ولكن هذه الماكينات لا تتساوى في الفطانة!

فمثلاً، الغسالة الكهربية الأوتوماتيكية تعمل وفق برنامج محدد وخطوات عمل ثابتة من الغسيل إلى الشطف والعصر إلى التجفيف.

ولكن هذه الماكينة تعد ماكينة صماء بلا فطانة، حيث أنك لو لم تضع في الغسالة أية ملابس على الإطلاق، فسوف تقوم بعملها في الغسيل والشطف والعصر دون أن تدري.

أما المصعد الكهربائي فهو على درجة من الفطنة أعلى من ذلك، فلو تصورنا أن ثلاثة أشخاص قد ركبوا المصعد من الدور الأرضي وضغط أحدهم على الزر رقم 9 ثم ضغط الثاني على الزر رقم 3 ثم ضغط الثالث على الزر رقم 7، فما الذي سوف يحدث؟

لو كان المصعد ماكينة صماء لصعد إلى الدور التاسع ثم هبط إلى الثالث ثم صعد إلى السابع ! ولكن هذا لا يحدث.

فالبرنامج الذي يعمل في ماكينة المصعد يستقبل الأرقام من الركاب ويفرزها (يرتبها تصاعديًا أو تنازليًا) ثم ينفذها حسب الترتيب الجديد.

فإذا كان المصعد صاعدًا فإنه يرتب الأرقام تصاعديًا ويبدأ بالأرقام الصغيرة ثم الكبيرة 3، 7، 9.

وإذا كان المصعد هابطًا فإنه يرتب الأرقام تنازلياً، فيقف عند الأدوار 9 ثم 7 ثم 3 بالترتيب وبغض النظر عن الزر المضغوط أولاً.

وإذا كان هناك شخص رابع ينتظر المصعد في الدور الخامس مثلاً، فإنه عندما يضغط على الزر يدخل في الطابور، وهكذا.

استخدامات الحاسوب

يتضح من الأمثلة المذكورة أن البرنامج الفطن أو الذكي يحتوي على كثير من الشروط، مثل “إذا كان كذا فافعل كذا وإلاّ فكذا..”

والماكينات المبرمجة ذات الفطانة قد انتشرت هذه الأيام بفضل التقدم في صناعة الحاسوب، وهي عادة تحتوي على الجزء الرئيسي من الحاسوب أو عقله المفكر والذي نطلق عليه المعالج الميكروي أو الميكروبروسيسور (بالإنجليزية: Microprocessor).

وقد اشتهرت هذه النوعية من الماكينات بالماكينات الحاسوبية، وقد نجدها في صورة سيارة أو ماكينة لبيع المشروبات أو صرف التذاكر والنقود..الخ.

ومع ذلك فهناك نوعية من الحواسيب تتميز بأنها تؤدي عملا واحدًا صممت من أجله مثل أجهزة الألعاب وأجهزة التحكم في الأقمار الصناعية وأجهزة إطلاق ومتابعة مسارات الصواريخ، والتي يطلق عليها ” الحاسوب ذو الغرض الخاص “.

تلك الأجهزة التي تتميز عن الحاسوب ذو الغرض العام الذي نستطيع توظيفه لتأدية مختلف الأعمال.

كما أن التطور المستمر وبخاصة في مجال الذكاء الاصطناعي أدى إلى ظهور كمبيوترات ذات أغراض دقيقة لتلبي احتاجات الاختراعات المختلفة في هذا المجال، مثل الأجهزة المخصصة للتنقيب في قواعد البيانات تطبيق الخوارزميات المتقدمة في تنقيب البيانات على كميات ضخمة من البيانات.

أنواع الحاسوب

جرت العادة أن تصنف أنواع الحواسيب حسب قدراتها كالتالي:

1. الحاسوب الفائق أو Super Computer
2. الحاسوب الكبير أو Mainframe Computer
3. والحاسوب الشخصي أو Personal Computer
4. والحاسوب الميني أو Minicomputer

الحاسوب الشخصي

الحاسوب الشخصي (بالإنجليزية: Personal Computer PC) هو الحاسوب المستخدم من قبل شخص واحد فقط، وقد أطلق عليه هذا الاسم تمييزًا له عن الحواسيب الأخرى التي يمكن أن يستخدمها عدة أشخاص في نفس الوقت (بالإنجليزية: Multi-user).

ومع ذلك فالحواسب الشخصية يجوز توصيلها معًا في شبكة محلية، (بالإنجليزية: Local Area Network) ويُرمز لها بالاختصار (LAN)، بحيث تتصل ببعضها البعض باستخدام بروتوكولات خاصة.

ويدير دفة الاتصالات بالشبكة أحد الحواسيب بها ويطلق عليه الحاسوب الخادم أو (بالإنجليزية: Server).

إضافة لذلك يمكن لأجهزة الحاسوب الشخصي تنفيذ أكثر من برنامج في نفس الوقت (بالإنجليزية: Multitasking).

مكونات الحاسوب

تنقسم مكونات الحاسوب إلى قسمين من حيث نوعية هذه المكونات وهي:

1. المكونات المادية وهي المكونات المتمثلة بمعدات ملموسة.
2. والمكونات البرمجية أو البرمجيات وهي المكونات المتمثلة بالتعليمات المكتوبة.

المكونات المادية للحاسوب

يمكن إيجاز مكونات الحاسوب المادية للحاسوب أو (بالإنجليزية: Hardware) بثلاثة أجزاء تعمل جميعها معًا لإنجاز مهام الحاسوب، وهذه الأجزاء هي:

• وحدة المعالجة المركزية أو (بالإنحليزية: CPU Central Processing Unit)
  • وحدة التحكم والسيطرة أو (بالإنجليزية: Control Unit)
  • ووحدة الحساب والمنطق أو (بالإنجليزية: Arithmetic & Logic Unit)
  • الذاكرة الداخلية أو (بالإنجليزية: Internal Memory)، وتنقسم إلى:
    • ذاكرة القراءة فقط أو (بالإنجليزية: ROM ،Read Only Memory)
    • ذاكرة الوصول العشوائي أو (بالإنجليزية: RAM ،Random Access Memory)
• الذاكرة الخارجية أو المخزن الخارجي أو (بالإنجليزية: External Storage)
• وحدات الإدخال والإخراج أو (بالإنجليزية: Input/Output Unit)

وقبل بدء الحديث عن وحدة المعالجة المركزية يجدر بنا أن نجيب على بعض الأسئلة المهمة مثل:

• كيف يتذكر الحاسوب؟
• ما هي الذاكرة؟
• كيف يعالج الحاسوب البيانات بصورها المختلفة، مثل الأعداد والكلمات والصور والرسومات؟

الذاكرة

إن الذاكرة مألوفة لدينا في الأجهزة الإلكترونية التي حولنا في كل مكان، فجهاز التسجيل يحتفظ بالصوت والصورة ويتذكر كل ما نضعه فيه بحيث يمكن استرجاعه منه في أي وقت لاحق.

وهذه النوعية من الذاكرة تسمى الذاكرة المغناطيسية لأنها تحتفظ بالمعلومة في صورة بقعة مغناطيسية على الشريط المغناطيسي (شريط التسجيل).

وكثيرًا من الأجهزة الكهربائية تحتفظ بالمعلومات في ذاكرة مكونة من دائرة إلكترونية لها خاصية تذكر النبضات التي عادة ما تكون حالة تشغيل أو إيقاف ويعبر عنها بالثنائي 1,0.

وهناك نوع آخر من الذاكرة يسمى الذاكرة الضوئية باستخدام أشعة الليزر.

والحاسوب يستخدم كافة أنواع الذاكرة، المغنطيسية والكهربية والضوئية، فهو يلزمه أكثر من ذاكرة لأداء أعماله.

أنواع الذاكرة

إن التقسيم السابق للذاكرة مبني على أساس طريقة الاحتفاظ بالمعلومة.

أما إذا أردنا معرفة أنواع الذاكرة التي يعتمد عليها الحاسوب من الناحية العملية، فهناك ثلاثة أنواع.

المثال التالي يوضح الفرق بينها:

إن الإنسان بطبيعته يعتمد على ثلاثة أنواع من الذاكرة في حياته اليومية.

إن الذاكرة التي يستخدمها موظف البنك مثلا عند إجراء معاملات الجمهور لحفظ البيانات التي يتلقاها منهم، مثل الاسم ورقم الحساب والمبلغ المطلوب سحبه.. إلخ، ويحفظ الموظف هذه البيانات في ذاكرته حتى ينتهي من إجراء المعاملة المطلوبة، ثم يبدأ بالتعامل مع شخص جديد وبيانات جديدة.

ولو قابلنا هذا الموظف في نهاية اليوم وسألناه عن رقم حساب أحد الأشخاص الذين أجرى لهم معاملات، فلن يتذكر شيئاً، لأنه احتفظ به مؤقتًا في ذاكرة متطايرة ثم نسيها تمامًا بعد أن أنجز العمل.

هذه الذاكرة التي نحتفظ فيها بالمعلومات بصفة مؤقتة تسمى الذاكرة المتطايرة.

ومع ذلك فإن موظف البنك – وكذلك كل منا – يحتفظ بنوعية أخرى من البيانات بصفة دائمة ولا ينساها على الإطلاق.

فكل منا يتذكر اسمه وتاريخ ميلاده ومفردات لغته التي يتكلمها وسائر البيانات التي يحتاج إليها في حياته اليومية.

وهذه النوعية من الذاكرة التي تتسم بالثبات يطلق عليها الذاكرة غير المتطايرة أو الذاكرة الثابتة.

أما الذاكرة الثالثة التي يحتاج إليها الإنسان فهي الكتب والمفكرات والجداول المختلفة ونوتة التليفونات..إلخ.

كل هذه تمثل ما يسمى بالذاكرة الخارجية، والتي يستخدمها الإنسان لحفظ الكميات الهائلة من البيانات التي لا يستطيع حفظها (ولا جدوى من حفظها).

وفي مجال الحاسوب، فإن جهاز الحاسوب يستخدم هذه الأنواع الثلاثة من الذاكرة.

الذاكرة المتطاير أو ذاكرة الوصول العشوائي

ذاكرة الوصول العشوائي (بالإنجليزية: Random Access Memory) والتي يُطلق عليها اختصارًا الاسم (RAM)، هي ذاكرة تُستخدم لحفظ البرنامج والبيانات الجاري معالجتها.

ولذلك فإن محتويات هذه الذاكرة تتغير بحسب العمل والبرنامج الجاري تشغيله على الحاسوب.

وهذه الذاكرة يمكننا الكتابة فيها – تخزين البيانات – والقراءة منها – استرجاع البيانات المخزنة.

وبطبيعة الحال يتم مسح محتويات هذه الذاكرة عند توقف الحاسوب عن العمل وفصل التيار.

الذاكرة الثابتة للحاسوب

ذاكرة القراءة فقط (بالإنجليزية: Read Only Memory)، والتي يُطلق عليها اختصارًا الاسم (ROM)، هي ذاكرة تحتوي على المهارات الأساسية التي تلزم الحاسوب حتى يستطيع التعامل مع الناس وفهم الأوامر التي نصدرها إليه. وتسمى هذه المهارات الأساسية السابق تخزينها في الذاكرة (ROM) بنظام التشغيل (بالإنجليزية: Operating System).

ومع ذلك فأنظمة التشغيل قد تصل من الضخامة بحيث تحتوي الذاكرة (ROM) على جزء منها فقط ويوضع الباقي منها في الذاكرة الخارجية ويستدعى عند الحاجة إليه.

ولا يمكن لمستخدم الحاسوب الكتابة في الذاكرة (ROM) فهي مخصصة للقراءة فقط. وتتكون كل من الذاكرة (RAM, ROM) من دوائر كهربية متكاملة (I.C) ويطلق عليها أيضًا اسم الشرائح الإلكترونية.

الذاكرة الخارجية

وتسمى أيضًا المخزن الخارجي – فهي عبارة عن ذاكرة مغنطيسية، وقد سميت هذه الذاكرة باسم الذاكرة الخارجية لأنها لا تنتمي إلى مكونات الحاسوب الأساسية بخلاف الذاكرة (RAM) أو الذاكرة (ROM) فهما معًا يكونان الذاكرة الداخلية للكمبيوتر أحد أركانه الأساسية.

أما الذاكرة الخارجية فهي تنتمي إلى الأجهزة الخارجية (بالإنجليزية: Peripherals) والتي تتصل بجهاز الحاسوب.

صور الذاكرة

وقد تكون الذاكرة الخارجية في إحدى الصور التالية:

1. الأشرطة المغناطيسية

تستخدم الأشرطة المغناطيسية (بالإنجليزية: Magnetic Tapes) لحفظ الكميات الهائلة من البيانات بشكل احتياطي، فهي تتميز بسعة التخزين الكبيرة، ولكنها بطيئة في عمليتي القراءة والكتابة.

2. الأقراص المغناطيسية

وتتميز الأقراص المغناطيسية (بالإنجليزية: Magnetic Disks) بكفاءتها مقارنة مع الأشرطة المغنطيسية، من حيث سرعة القراءة منها والكتابة فيها.

وتختزن البيانات على القرص بطريقة مفهرسة بحيث يسهل الاستدلال على مكان البيان المطلوب الوصول إليه بالاستعانة بالفهرست المسجل على القرص نفسه.

وهذا هو السبب في سرعة التوصل إلى البيانات المسجلة على الأقراص.

وتنقسم الأقراص المغناطيسية إلى نوعين:

أ – أقراص مغناطيسية صلبة

الأقراص النمغناطيسية الصلبة (بالإنجليزية: Hard Disk) هي أقراص مثبتة بداخل الحاسوب كمخزن دائم ملحق بجهاز الحاسوب، ويحتوي القرص الصلب على عدة اسطوانات تتحرك معًا على محور واحد بسرعة عالية، ويتم التسجيل على الاسطوانة بطريقة مغناطيسية عن طريق رؤوس تسجيل (بالإنجليزية: Heads) تسمى رؤوس القراءة والكتابة.والتي تتميز بسعة تخزين عالية قد تصل إلى مليارات البايتات، وقد سُمي هذا القرص بالقرص الصلب نظرًا لعدم إمكانية نقله من الحاسوب.

ب – أقراص مغناطيسية مرنة Floppy Disk

الأقراص المغناطيسية المرنة (بالإنجليزية: Floppy Disk) هي عبارة عن اسطوانة واحدة متحركة، يمكن تداولها، ويتم التسجيل عليها بنفس الأسلوب إما على وجه واحد أو على الوجهين بحسب نوع القرص.

ويمكن تقسيم الأقراص المرنة بحسب أقطارها، يوجد 5,5 بوصة ويوجد 3.5 بوصة.

ومن حيث الكثافة، يوجد أقراص ذات كثافة منفردة وكثافة مزدوجة وكثافة عالية.

ومن حيث سعة التخزين، هناك أقراص سعة 1.2 ميجابايت وسعة 1.44 ميجابايت.

وتستخدم الأقراص المرنة بإدخالها في جهاز خاص لإدارتها ملحق بالحاسوب نفسه ويسمى جهاز إدارة القرص المرن (بالإنجليزية: Disk Drive).

ويجوز أن يضم الحاسوب الواحد أكثر من جهاز لإدارة الأقراص المرنة.

3. الأقراص المضغوطة

الأقراص المضغوطة (بالإنجليزية: CD Compact Disks)، ويطلق عليها الاختصار (CD)، وهي تستخدم أشعة الليزر بدلا من المغناطيسية ولكنها لا تصلح للكتابة عليها فهي للقراءة فقط وتحتوي غالبًا على برامج جاهزة أو ألعاب، ومع ذلك فهناك ما يصلح منها للقراءة والكتابة.

وتتميز مثل هذه الأقراص بسعة تخزين هائلة وثمن مرتفع.

وتستخدم الأقراص المضغوطة بإدخالها في جهاز خاص لإدارتها ملحق بالحاسوب نفسه ويسمى جهاز إدارة القرص المضغوط (بالإنجليزية: CD Drive).

قياس سعة الذاكرة

يحتفظ الحاسوب بالبيانات – على اختلافها – في صورة أرقام، فالأرقام يسهل تمثيلها في الدوائر الكهربية، 0/1 يقابلها Off/On.

الدائرة الكهربية المغلقة نرمز لها بالرقم 1 والدائرة الكهربية المفتوحة نرمز لها بالرمز 0.

والدوائر الكهربية المتكاملة التي تتألف منها الذاكرة تتكون من خلايا صغيرة تستطيع اختزان الرقم 1 أو الرقم 0 حسب ما إذا كانت الدائرة مغلقة أو مفتوحة وبنفس المبدأ.

الرقم 1 أو الرقم 0 يسمى بت Bit اختصارًا ل Binary digiT أي من أنواع البيانات في النظام الثنائي.

ومن الواحد والصفر أمكن بناء شفرة رقمية لتمثيل سائر الأعداد والحروف والعلامات الخاصة المستخدمة في الكتابة، بحيث يمكن تمثيل كل منها في ثمانية “بتات” 8 bits، وهي تسمى معًا بايت Byte وهي من وحدات القياس المستخدمة لقياس الذاكرة.

فالحرف A مثلا يمكن تمثيله بـ البتات: 11000001

والحرف B يناظر البايت: 11000010

كيفية تمثيل الأعداد بالنظام الثنائي

ولكي نتعرف على كيفية تمثيل الأعداد بالنظام الثنائي، هناك قاعدة لحساب قيمة كل رقم في المنزلة التي يحتلها ومن ثم يتم جمع قيمة كل الأرقام الممثلة للعدد كالتالي:

قيمة الرقم = القيمة المطلقة للرقم × القيمة الموقعية

والقيمة الموقعية ثابتة كما يلي من اليسار لليمين:

فمثلا العدد 1010 يمكن تمثيله باستخدام المعادلة التالية:

قيمة العدد = مجموع (قيمة الرقم × القيمة الموقعية) لكل الأرقام

= 0 * 2⁰ + 1*2¹ + 0*2² + 1*2³

= 0 + 1 + 0 + 8 = 9

وهذه الشيفرة متفق عليها عالميًا وتسمى الكودآسكي (بالإنجليزية: ASCII Code).

والبايت هي الوحدة الأساسية لقياس سعة الذاكرة في الحاسوب وهي تعبر عن مخزن يتسع لحرف من الحروف (Z … A) أو رقم من الأرقام (9 …0) أو علامة خاصة مثل علامة الاستفهام أو الفاصلة.

وللاختصار فإننا نعبر عن الحرف أو الرقم أو العلامة الخاصة باللفظ “لبنة”، (بالإنجليزية: Character) بمعنى وحدة بناء اللغة، ويستخدم أيضًا اللفظ محرف مفرد محارف.

كما تستخدم وحدات القياس للأجزاء المختلفة: الكيلو (Kilo) والميجا (Mega) والجيجا (Giga) لأن الذاكرة عادة تتألف من آلاف أو ملايين أو مليارات من البايت.

وكلمة كيلو في الحساب العادي أي في النظام العشري، تعني (1000) ولكنها في مجال الحاسوب، أي في النظام الثنائي، تعني (1024) أو (2¹⁰)، أي أكثر من الألف بقليل.

وكلمة ميجا في الحساب العشري تعني مليونًا ولكنها في الحساب الثنائي تعني (2²⁰) أو 1048576، أي أكثر من مليون بقليل.

وجرت العادة على اختصار سعة الذاكرة بالحرف الأول من أحد المضاعفات (Kilo, Mega, Giga) بالإضافة لحرف (B) من كلمة بايت (بالإنجليزية: Byte).

فمثلا نقول (32 MB) أي 32 ميجابايت، ونقول (4.3 GB) أي 4.3 جيجابايت.

وحدة المعالجة المركزية (CPU)

يعتمد الحاسوب في عمله على الذاكرة الداخلية (ROM, RAM) وعلى المعالج الميكروي (بالإنجليزية: Microprocessor)، وهما معًا يكونان قلب الحاسوب النابض، الذي نطلق عليه اسم وحدة المعالجة المركزية (بالإنجليزية: Central Processor Unit) وتُكتب اختصارًا (CPU).

وتتكون وحدة المعالجة المركزية من وحدتين أساسيتين إضافة للذاكرة الداخلية هما:

وحدة الحساب والمنطق (ALU)

ووحدة الحساب والمنطق (بالإنجليزية: Arithmetic and Logic Unit) هي الوحدة التي تقوم بالمعالجة الفعلية للبيانات وإجراء العمليات الحسابية من جمع وطرح وضرب وقسمة إضافة إلى عمليات المقارنة والعمليات المنطقية، معتمدة على دوائر إلكترونية منطقية تتم فيها كافة الإجراءات.

وحدة التحكم والسيطرة (CU)

أما وحدة التحكم والسيطرة (بالإنجليزية: Control Unit) تتحكم في عمل وحدات الإدخال والإخراج وتنظيم انتقال البيانات والتعليمات بين وحدة الحساب والمنطق والذاكرة الداخلية.

وقد ظهرت أنواع عديدة من المعالج الميكروي الذي يتطور وتزداد قدراته في كل نوع جديد، وخاصة من حيث سرعة أداء العمليات الحسابية المختلفة.

وهناك سلسلة من أنواع المعالج الذي يعتبر دومًا في تطور مستمر: 8086, 8088, 80286, 80386, 80486, 80586 Pentium… إلخ.

وجرت العادة على اختصار الأسماء التجارية السابقة بالثلاثة أرقام الأخيرة فقط.

وقد تطورت هذه الإصدارات في الوقت الحاضر وظهرت معالجات بمستويات وقدرات أعلى بكثير وأنواع مختلفة لأغراض متعددة أكثر تقدماً.

وحدات الإدخال والإخراج

إن عملية معالجة البيانات واستخلاص النتائج المرجوة من تلك المعالجة باستخدام الحاسوب، لن تتم على الأرجح إلاّ عندما نقوم بإدخال تلك البيانات للمعالج حتى يبدأ بعملية المعالجة، الأمر الذي يحتم وجود وحدات إدخال لإدخال البيانات للكمبيوتر، وبطبيعة الحال وحدات إخراج لعرض النتائج.

وحدات الإدخال

تمثل لوحة المفاتيح (بالإنجليزية: Keyboard) وحدة الإدخال الرئيسة للكمبيوتر، كما تمثل شاشة العرض (بالإنجليزية: Monitor) وحدة الإخراج الرئيسة له.

ومع ذلك فهناك تشكيلة هائلة من وحدات الإدخال ووحدات الإخراج يمكن استخدامها مع الحاسوب ويعتمد عليها بشكل كبير.

فيمكن للكمبيوتر استقبال البيانات والأوامر عن طريق الكتابة باستخدام لوحة المفاتيح أو عن طريق حركة الفأر الإلكتروني (بالإنجليزية: Mouse)، أو أداة الألعاب (بالإنجليزية: Joystick) أو عن طريق جهاز المسح الضوئي (بالإنجليزية: Scanner) الذي يُستخدم في إدخال النصوص والرسومات بتصويرها تمامًا مثل ماكينة تصوير المستندات مما يوفر الوقت في نقل النصوص مباشرة من الورق أو الكتب إلى الحاسوب ومن ثم تعديلها.

ويستقبل الحاسوب بياناته أيضًا عن طريق التليفون باستخدام جهاز الاتصالات (بالإنجليزية: Modem).

كما يمكن للكمبيوتر استقبال الكلام مباشرة عن طريق الميكروفون وباستخدام دائرة إلكترونية خاصة.

وحدات الإخراج

أما وحدات الإخراج، فأهمها الشاشة التي تعتبر ضرورية لمشاهدة ومتابعة أعمال الحاسوب، وهناك جهاز الطابعة (بالإنجليزية: Printer) لطباعة النصوص والرسوم على الورق.

والشكل التالي يوضح وحدة المعالجة المركزية ومتصل بها وحدات الإدخال لإدخال البيانات المراد معالجتها ومن الجهة الأخرى وحدات الإخراج المستخدمة في إخراج المعلومات.

كما يتصل بوحدة المعالجة المخزن الخارجي (أو الذاكرة الخارجية) التي تحتوي على البيانات والبرامج المختلفة والتي تستدعى منها عند الحاجة أو ترسل إليها لتخزينها.

ولذلك فإن المخزن الخارجي يعتبر وحدة إدخال وإخراج معاً.

المكونات البرمجية للحاسوب

إن تعريف البرنامج ببساطة أنه “تعليمات متتابعة تصف العمل المطلوب إنجازه بواسطة الحاسوب”.

وهناك بعض البرامج تؤدي عمليات معينة يحتاجها الناس في حياتهم عادة مثل الحسابات ومعالجة الكلمات من طباعة وتنسيق.

كما أنه هناك نوعية أخرى من البرامج تؤهل الحاسوب للتعامل مع البشر وقد أطلق عليها اسم “نظام التشغيل”.

وفي الواقع أنه توجد العديد من أنواع البرامج بعضها ذو وظيفة تنظيمية لا نشعر بها بشكل مباشر مثل نظام التشغيل والبعض نصنعه بأنفسنا أو نشتريه جاهزًا لنؤدي به عملا معينًا.

كل هذه البرامج بأنواعها المختلفة نطلق عليها اسمًا عامًا هو البرمجيات (بالإنجليزية: SOFTWARE).

ويمكن تقسيم البرمجيات بصفة عامة إلى قسمين:

1. برمجيات المنظومة System Software
2. البرمجيات التطبيقية Application Software

1. برمجيات المنظومة

تشمل برمجيات المنظومة(بالإنجليزية: System Software) البرامج التي تهدف إلى مساعدة مستخدم الحاسوب على الاستفادة منه بطريقة مثلى وهي تشمل الأنواع الآتية من البرمجيات:

نظم التشغيل

ويعتبر نظام التشغيل (بالإنجليزية: OPERATING SYSTEM) مسئولا عن تحقيق الاتصال بين المستخدم وجهاز الحاسوب، وتحميل البرامج من وسط التخزين الخارجي للذاكرة، وتلبية طلبات وحدات الإدخال والإخراج، وعمليات كثيرة أخرى، قد يلاحظها المستخدم وقد لا يلاحظها.

لغات البرمجة

لغات البرمجة (بالإنجليزية: PROGRAMMING LANGUAGES) هي عبارة عن برامج تحقق لمستخدم الحاسوب أن ينشئ بنفسه برامجه الخاصة باستخدام إحدى لغات البرمجة مثل لغة سي (C)، ولغة (Basic) ولغة برمجة بايثون، وغيرها.

وهذه البرامج عبارة عن برامج ترجمة تقوم بترجمة البرامج المكتوبة بإحدى اللغات المذكورة إلى لغة الآلة (بالإنجليزية: Machine Language)، التي يفهمها الحاسوب وهي لغة الأرقام الخالصة (الواحد والصفر).

ويطلق على لغات البرمجة اسم “لغات عالية المستوى”، أما لغة الآلة فهي تنتمي إلى “اللغات منخفضة المستوى”.

ويعتبر تطور لغات البرمجة من أهم ما يؤثر في تطور البرامج المستخدمة والحاسوب بشكل عام.

برامج الاستخدام العامة أو المنافع

كثيرًا ما يحتاج مستخدم الحاسوب الشخصي إلى أداء عمليات معينة مثل حل مشكلة في القرص الصلب، أو ترتيب وتنظيم البيانات في القرص، وحماية البرامج ضد النسخ، وغيرها من المهام.. إلخ.

كل هذه الإمكانيات تقوم بإعدادها شركات الحاسوب في صورة برامج مخزنة على أقراص جنبًا إلى جنب مع نظام التشغيل أو منفصلة وتكون جاهزة للاستخدام تسمى المنافع (بالإنجليزية: UTILITY PROGRAM).

ومن أهم المنافع التي ظهرت حديثاً، تلك التي تختص بمعالجة الفيروسات (بالإنجليزية: Anti-Virus).

وفيروس الحاسوب ينشأ عن وجود فجوة في أحد البرامج المكتوبة والتي تتسبب في دخول البرنامج لحلقة مفرغة غير منتهية تعمل على توقف البرنامج عن العمل أو تعطيله وظهور نتائج غير منطقية في البرنامج.

2. البرمجيات التطبيقية

البرمجيات التطبيقية أو البرامج التطبيقية (بالإنجليزية: Application Software) وهي تشمل كل ما يحتاجه المستخدم من برامج تحل له مشكلات معينة في عمله، ومن أمثلتها:

• برامج المحاسبة العامة.
• برامج تنظيم المستودعات.
• وبرامج معالجة الكلمات واستخداماتها المختلفة.

وهناك نوعية من البرامج تقع في الخط الفاصل بين البرامج التطبيقية وبين لغات البرمجة، أطلق عليها لغات المستخدم النهائي أو لغات الجيل الرابع للكمبيوتر.

وهذه البرامج لا تهدف إلى إنجاز عمل معين فقط، ولكنها وسائل تستخدم لإنجاز العديد من الأعمال إضافة إلى أنها تضم إمكانيات بسيطة للبرمجة بهدف ميكنة بعض الأعمال وبالأسلوب الذي يتبعه كل مستخدم حسب احتياجاته.

ومن أمثلة هذه البرامج هي:

• برامج الجداول الإلكترونية (بالإنجليزية: Spread Sheets) مثل برنامج (MS-Excel)
• برامج التحليل الإحصائي مثل برنامج (SPSS)
• وبرامج تنقيب البيانات وبرمجة الخوارزميات

مثلث المعالجة الإلكترونية

حتى يستطيع الحاسوب القيام بمهمة ما في معالجة البيانات، لا بد أن تتوفر له ثلاثة عناصر، نسميها الأركان الثلاثة لمثلث المعالجة الإلكترونية.

وتشبيه العناصر بالأركان الثلاثة لمثلث يعني أنها عناصر ضرورية لا يجوز الاستغناء عن أحدها.

وهذا المثلث يتكون من:

1. المعدات Hardware : H / W
2. البرمجيات Software : S / W
3. طاقم الحاسوب People-ware : P / W

تشترك هذه العناصر الثلاثة في تكوين منظومة الحاسوب (بالإنجليزية: Computer System).

وطاقم الحاسوب قد يكون مكونًا من عدة أشخاص ذوي تخصصات مختلفة كما في حالة:

• الحواسيب الكبيرة (بالإنجليزية: Mainframe)،
• أو المتوسطة،
• أو شبكات الكمبيوتر.

وقد يكون مكونًا من شخص واحد فقط كما في حالة الحاسوب الشخصي (PC).

موضوع مقترح: شبكات الكمبيوتر – تعريفها ومكوناتها وخصائصها

موسوعة علوم الكمبيوتر – مركز البحوث والدراسات متعدد التخصصات

المصدر

• كتاب مقدمة في الكمبيوتر ونظم التشغيل، إعداد: د. م. مصطفى عبيد، سبتمبر 1998، مركز البحوث والدراسات متعدد التخصصات.