حاسوب
حاسوب شخصي من صنع أي بي أم
حاسوب كولومبيا الفائق الخاص بناسا.
الحاسوب هو آلة تتعامل مع البيانات وفقا لمجموعة من التعليمات -البرامج-.
تتعدد أنواع الحواسيب من حيث طريقة عملها وحجمها بالإضافة إلى سرعتها. أوائل الحواسيب الإلكترونية كانت في حجم غرفة كبيرة وتستهلك طاقة مماثلة لما يستهلكه بضعة مئات من الحواسيب الشخصيّة اليوم. [1] من الممكن اليوم صنع حواسيب داخل ساعة يد تأخذ طاقتها من بطارية الساعة. ينظر المجتمع إلى الحاسوب الشخصي -ونظيره المتنقل؛ الحاسوب المحمول- على أنهما رمزي عصر المعلومات؛ فهما ما يفكر به معظم الناس عند الحديث عن الحاسوب. على الرغم من هذا فأكثر أشكال الحاسوب استخداما اليوم هي الحواسيب المضمّنة. الحواسيب المضمنة هي أجهزة صغيرة وبسيطة تستخدم عادة للتحكم في أجهزة أخرى، فعلى سبيل المثال يمكنك أن تجدها في آلات تتراوح من الطائرات المقاتلة، و الآليين، وآلات التصوير الرقمية ولعب الأطفال.
حاسوب في ساعة يد.
لا يمكن القول بأن الحاسوب هو اختراع بحد ذاته لأنه كان نتاج الكثير من الابتكارات العلمية و التطبيقات الرياضية. الحواسيب متنوعة، في الواقع إنها آلات معالجة بيانات عالمية . طبقا لفرض Church–Turing فإن حاسوبًا له قدرة ذات حد أدنى معين يكون ببساطة قادر 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. و بسبب التطور التقاني فإن الحواسيب الحديثة تكون بشكل جبري أكثر قدرة من تلك التي من الأجيال السابقة (ظاهرة موصوفة و مشروحة جزئيا بقانون مور).
تاريخ الحاسوب
توجد أمثلة على أجهزة الحساب البدائية و التي تمثل الأسلاف الأوائل للحاسوب، منها abacus أو المعداد (أداة تستخدم الآن في تعليم الأطفال العد) و Antikythera mechanism وهو جهاز يوناني قديم كان يستخدم لحساب حركات الكواكب و التأريخ من سنة 87 ق.م. تقريباً. شهدت نهاية العصور الوسطى نشاطًا أوروبيًا في علمي الرياضياتوالهندسة وكان ويلهلم شيكارد الأول من عدد من العلماء الأوروبيين الذي أنشىء آلة حاسبة ميكانيكية. تم تدوين abacus (المعداد) على أنه حاسوب بدائي وذلك لأنه كان يشبه الآلة الحاسبة في الماضي. في عام 1801 قام جوزيف ماري جاكار بعمل تحسين للأشكال النولية الموجودة والتي تستخدم مجموعة متتالية من البطاقات الورقية المثقوبة و كأنها برنامج لنسج أشكال معقدة. والنتيجة كانت أن نول Jacquard لم يتم اعتباره حاسوبًا حقيقيًا ولكنه كان خطوة هامة في تطوير الحواسيب الرقمية الحديثة. كان تشارلز باباج أول من فكر و صمم حاسوبًا مبرمجًا بالكامل و ذلك في بداية عام 1820 ولكن بسبب مجموعة من الحدود التقنية في ذلك الوقت والمحدودية المالية، و كذلك 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 و أنبوب الصمام بنهاية القرن التاسع عشر، و معالجة البيانات أوتوماتيكيًا ذات التدرج الكبير باستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت باستخدام آلات جدولة و التي صممها هيرمان هولليريث
إن نجاح الحواسيب القوية و المريحة بدأ في الثلاثينيات و الأربعينات من القرن العشرين، وأضيفت -بالتدريج- المميزات الرئيسية في الحواسيب الحديثة مثل استخدام الإليكترونيات الرقمية (اخترع 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.
من الإنجازات الأساسية، حاسوب Atanasoff-Berry]] 1937]] ، و هي آلة ذات غرض مخصص و التي كانت تستخدم الحوسبة المقادة بالصمامات (أنبوب الصمام) و الأرقام الثنائية و الذاكرة المجددة. حاسب Colossus البريطاني السري (1944) و الذي كان يملك قدرة محدودة على البرمجة و لكنه قدم جهازًا يستخدم الآلاف من الصمامات من الممكن أن يكون موثوقا و إعادة برمجته إلكترونيا. Harvard Mark I]] 1944]] حاسوب إلكتروميكانيكي ذو تدرج كبير ولديه قدرة محدودة على البرمجة .
الحاسوب الأمريكي المبني على نظام العد العشري (1946-ENIAC ) وكان أول حاسوب إلكتروني ذو أغراض عامة ولكن في الأساس فإن بنيته غير سلسة مما يعني أن إعادة برمجته أساسيًا تتطلب إعادة توصيله. و آلات Z الخاصة بـ Konrad Zuse، مع الاليكتروميكانيكي Z3)1941) يكون أول آلة عاملة تقدم ميزة الحساب الاوتوماتيكي للأرقام الثنائية و القدرة على البرمجة بطريقة عملية و ملائمة.
إن فريق العمل الذي قام بتطوير ENIAC أدرك عيوب جهازه و جاء بتصميم أكثر مرونة و روعة و الذي صار يعرف ببنية Von Neumann (أو "بنية البرنامج المخزن"). أصبحت بنية البرنامج المخزن افتراضيا 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 الانتهاء منه في بريطانيا. أول هولاء الذي يعتبر أفضل و عامل كان ما يعرف بآلة التدرج الصغير التجريبية (Small-Scale Experimental Machine) و لكن EDSAC ربما كان أول نسخة عملية تم تطويرها.
إن تصميمات الحاسوب المقاد بأنبوب الصمام أصبحت قيد الاستخدام خلال الخمسينات من القرن العشرين، و لكن مع الوقت تم استبدالها بالحواسيب الترانزستورية حيث أنها أصغر و أسرع و أرخص و أكثر موثوقية، كل ذلك أتاح لها أن يتم إنتاجها على المستوي التجاري و ذلك في الستينات من القرن العشرين. في سبعينات القرن العشرين، ساعد اختيار تكنولوجيا الدائرة المتكاملة في إنتاج الحواسيب بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للافراد بامتلاك حاسوب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا...
كيف تعمل الحواسيب؟
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 حقيقة جزئيا.
و تصف هذه البنية الحاسوب في أربع أقسام رئيسية:
وحدة الحساب والمنطق Algorathim and Logic Unit ALU
وحدة التحكم (بالإنجليزية: Control Unit)
الذاكرة
أجهزة الإدخال والإخراج (بالإنجليزية: Input /output I/O ).
وهذه الأجزاء تتصل ببعضها عن طريق حزم من الاسلاك (تسمى "النواقل" BUS عندما تكون نفس الحزمة تدعم أكثر من مسار بيانات) و تكون في العادة مقاسة 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.
وحدة الحساب والمنطق هي تعتبر قلب الحاسوب. وهي 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. وهي تسمى العملية المنطقية وهي مهمة في البرمجة .
ويقوم نظام التشغيل يجمع مكونات الحاسوب مع بعضها. حيث يقوم بقراءة الأوامر و البيانات من الذاكرة أو من أجهزة الإدخال و الإخراج، ليتم تنفيدها من قبل المعالج. و كذلك فك شفرة الأوامر، بتغذية وحدة الحساب و المنطق بالمدخلات الصحيحة طبقا للأوامر، حيث يخبر وحدة الحساب و المنطق بالعملية الواجب تنفيذها على تلك المدخلات و تعيد إرسال النتائج إلى الذاكرة أو إلى أجهزة الإدخال و الإخراج.
يعتبر العداد Counter 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)المعتاد وجودهما في دائرة متكاملة واحدة تسمى المعالج الدقيق (المايكروبروسيسور).
آلية عمل الحاسوب
إن آلية عمل أي حاسوب في الأساس تكون واضحة تمامًا. في المعتاد، في كل دورة معالجة Processing Circle 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 Halt.
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:
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")
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")
اختبار حالة البيانات ("لو أن محتويات الخلية 999 هي 0 فإن الأمر التالي يكون موجود في الخلية 30")
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.
أجهزة الإدخال و الإخراج
I/O (اختصارا لـ Input/Output) هو مصطلح عام يطلق على الأجهزة التي ترسل المعلومات من العالم الخارجي و تلك 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.
الجيل الأول من الحواسيب كان مجهزا بمدى محدود جدا من أجهزة الإدخال. مثل قارئ الكروت المثقبة أو الاشياء المماثلة التي أستخدمت لإدخال الأوامر و البيانات في ذاكرة الحاسوب، و كذلك استخدم بعض أنواع الطابعات و هو في العادة عبارة عن teletype معدل لتسجيل النتائج. و على مر السنين، أجهزة أخرى تمت إضافتها. بالنسبة إلى الحاسبات الشخصية، فان لوحة المفاتيحوالفأرة هما الطريقتين الرئيسيتين المستخدمتين لإدخال المعلومات مباشرة إلى الحاسب، و الشاشة هي الطريقة الرئيسية لإظهار المعلومات للمستخدم و ذلك بالرغم من أن الطابعات و السماعات منتشرة أيضا. توجد تشكيلة ضخمة من أجهزة الإدخال الأخرى لإدخال أنواع أخرى من المدخلات. مثال على ذلك هو الكاميرا الرقمية حيث تستخدم لإدخال معلومات مرئية.
من الممكن توصيل مجموعة ضخمة و متنوعة من الأجهزة الإلكترونية إلى الحاسوب لتعمل كأجهزة إدخال و إخراج.بشرط توفر نظام لتعرفها على الحاسوب ويسمى المشغل (حاسوب) أو Driver
البرامج
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 باسكال أو لغة سي او لغات خاصة بتطبيقات الانترنت مثل جافا والتي يتم ترجمتها أوتوماتيكيا بعد ذلك إلى لغة الآلة عن طريق برامج حاسوب مخصصة (مفسرات و مترجم) 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 الكيان المعنوي للحاسوب Computer software (الأجزاء غير الملموسة بالحاسوب) هو مصطلح بديل لبرامج الحاسوب (computer programs): وهي عبارة أكثر شمولية و تتكون من 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 نظام التشغيلويندوز 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 نظم هندسة البرامج حاولت و قد نجحت جزئيا في جعل العملية أكثر سرعة و إنتاجية و تحسين جودة المنتج النهائي.
المكتبات و أنظمة التشغيل
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.
أنواع الحواسيب
يمكن تقسيم الحواسيب إلى:
حواسيب 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.
حواسيب شخصية: وهي الحواسيب التي نراها في المنازل والمكاتب. ويستعمل مصطلح الحاسوب بشكل عام في الإشارة إلى الحواسيب الشخصية.
حواسيب كفيـّة: 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.
حواسب مدمجة: وهي الحواسيب الموجودة في العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، إذ أن العديد من الأجهزة تحتوي حواسيب لأغراض خاصة. فمثلاً توجد الحواسيب في الهواتفالسيارات وأجهزة الفيديو والطائرات وغيرها.
والحواسيب المدمجة أو ما يضلق عليها اسم المتحكم الصغير وهي عبارة عن microcontroler هكذا تسمى باللغة الإنجليزية لأنه عدة أجزاء حاسوب موضوعة في رقاقة إلكترونية واحدة وهي الchip التي تبرمج كيفما تريد نعم تستطيع عمل برمجة لهذه الرقاقت وتستطيع محيها أكثر من 1000 مرة وإعادة برمجتها من أهم القطع المستعملة ألا و هي pic16f84 الشهيرة من شكرة microship العالمية وهناك نسخ أفضل من هذه الرقاقة، يمكنك عمل الآف التطبيقات بواسطة برمجة هذه الرقاقة أي تسيرها حسبما تريد أن تسيرها.يل
التسمية والتعريب
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].
مكونات الحاسوب
[IMG]https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d3/Personal_computer%2C_exploded.svg/180px-
Personal_computer%2C_exploded.svg.png[/IMG]
مكونات الحاسوب:
الشاشة (Monitor)
اللوحة الام (Motherboard)
وحدة المعالجة المركزية (CPU)
الذاكرة الرئيسية (RAM)
ربط العناصر الجانبية (PCI)
مولد الطاقة (Power)
قارىء القرص المضغوط (CD)
القرص الصلب (Hard Disk)
فأرة (mouse)
لوحة المفاتيح (Keyboard)
يقصد بمكونات الحاسوبالمكونات الصلبة أو العتاد فقط. من الممكن القول أن أي نظام حاسوبي يحتوي على الأجزاء التالية بأشكاله المختلفة:
وحدة المعالجة المركزية -و يطلق عليه اختصارًا "المعالج"- و هو المسئول عن معالجة العمليات الحسابية و تنفيذها.
اللوحة الأم Motherboard.
ذاكرة الوصول العشوائي RAM.
وحدات التخزين مثل : القرص الصلب HardDisk.
وحدات إدخال وإخراج البيانات مثل لوحة المفاتيح والفأرة والشاشة.
و هناك مكونات أخرى تعتبر مكملة لعمل الحاسوب مثل:
الطابعة.
الماسح الضوئي.
الاجهزة الصوتية و المرئية أو الوسائط المتعددة.
بالإضافة إلى المكونات الصلبة فإن الحاسوب يحتاج إلى:
نظام تشغيل ليس من مكونات الحاسوب و يعتبر من المكملات
البرامج ليست من مكونات الحاسوب و تعتبر من المكملات، و يشبه البعض العلاقة بين البرامج و الحاسوب بالعلاقة بين الروح و الجسم.
تاريخ تطور الحاسوب
في عام 1937 قدم آلان تورنج آلة تورينج كنموذج نظرى للحاسب, وقام آلان تورنج وألونز وشيرس بتقديم أطروحة أن كل المسائل التي يستطيع العق البشرى حلها يمكن وضعها في سلسلة خوارزميات. في عام 1940 ظهر أول حاسب إليكترونى ABC غير مبرمج تم بناؤه على يد جون أتناسوف وكليفورد بيرى. في عام 1943 يكتشف كلاً من وارين ماكلوسن ووالتربيتس هيكلة الشبكات العصبية. في عام 1944 قام هاورد آيكن باستكمال جهاز مارك باستخدام شرائط الأوراق المثقبة والصمامات المفرغة لحساب المسائل, وهو أول جهاز مبرج في أمريكا.
إنياك ENIAC
في عام 1946 بدأ أول حاسوب رقمى إليكترونى كبير في العمل تحت اسم إنياك ENIAC (Electronic Numerical and Calculater) يستخدم نظاماً خارجياً لدوائر التبديل والتوصيل لبرمجته وتم بناؤه بيد بريسبر إيكارت J. Presper Eckert وجون موشلى John Mauchly.
المقحل Transistor
في عام 1974 ظهرت مقاومة النقل Transfer Resistor التي أصبحت تعرف اختصاراً بإسم المقحل Transistor وتم إختراعها في معامل بل على يد ثلاثة من العلماء هم جون باردين John Bardeen ووالتر براتين Walter H. Brattain وويليام شوكلى William Shockley وهم الذين حصلوا على جائزة نوبل في عام 1956 بسبب هذا الاختراع. والمقحل عبارة عن دائرة إليكترونية صغيرة الحجم تماثل أقل من رأس الدبوس وتستطيع القيام بالمهام والوظائف التي كان يقوم بها الصمام المفرغ الذي يصل حجمه إلى حجم إصبع الإبهام على الأقل, ومن هنا أمكن استخدام المقحل في الحاسب ليقل حجمه إلى حد كبير ومن هنا بدأ أيضاً تطوير المقحل ليقل حجمه وتزيد كفاءته بعد ذلك.
فون نيومان والجيل الأول
في عام 1948 قام المهندس المجرى جون فون نيومان ببناء أول حاسب إليكترونى قادر على تخزين البرامج, الشئ الذي أقام للحاسوب بنيانه الداخلي وصورته التي مازال يحتفظ بها حتى اليوم لذلك يشار إلى إعتباره الجيل الأول من الحواسيب. تتكون منظومة جهاز فون من وحدة معالجة مركزية ووحدة ذاكرة ووسائط تخزين ووحدات إدخال وإخراج, وتغذى البيانات من خلال وحدات الإدخال لتحتل موضعها في الذاكرة التي تحتفظ بنسخة من برنامج معالجة هذه البيانات وتقوم المعالجة المركزية بتنفيذ تعليمات البرنامج واحدة تلو الأخرى وتحويل هذه التعليمات إلى تعليمات حسابية ومنطقية ويتم الاحتفاظ بالنتائج في الذاكرة حتى يتم حفظها على وسائط التخزين أو نقلها مباشرة إلى وحدات الإخراج.
ذاكرة القلوب الحديدية Core Memory
في عام 1949 استطاع جاى فورستر Jay Forrester إنتاج ذاكرة القلوب الحديدية والتي تتكون من شبكة من الحلقات الممغنطة المتصلة بأسلاك بطريقة معينة. وأصبحت هذه الذاكرة بعد ذلك إعتباراً من سنة 1953 الذاكرة المستخدمة في الحاسب على مدى السنوات العشر التالية بدلاً من الصمامات المفرغة.
التفاعلية Interactive
في عام 1950 تم اكتمال تصميم أول حاسب تفأعلى. يعمل الجهاز في الوقت الحقيقى وتم تصميمه بواسطة فريق عمل يعمل في معهد MIT أطلق عليه اسم The Whirlwind Computer لصالح البحرية الأمريكية لمحاكاة حركة الطائرات واستخدم صمام آشعة المهبط CRT لتوفير التفاعلية وتم ربطه مع عدة أجهزة رادار للتعرف على الطائرات المعادية والصديقة وتوجيه المقاتلات إلى الطائرات المغيرة. ويعد هذا النوذج الأولى لشبكة الحاسبات ومواقع الرادار التي عملت في منظومة مشروع الدفاع الجوى للولايات المتحدة تحت اسم مشروع سيج SAGE إعتباراً من عام 1958.
في عام 1951 تم إنتاج جهاز إدفاك EDVAC على يد إيكرت وماكلوى ليكون أول حاسب يستخدم مفهوم البرامج المخزنة.
الجيل الأول (1951-1958) الصمامات المفرغة
في عام 1952 قام روشستر بتصميم الجهاز 701 وهو أول إنتاج من حاسب إليكترونى رقمى لشركة IBM للاستخدامات العلمية, وهو يعمل بفكرة القنوات الهوائية (الصمامات المفرغة).
أجهزة حاسب الترانزستور
في عام 1954 تم في معامل بل إنتاج أول جهاز حاسب عام الأغراض يستخدم المقحل بالكامل في تصميه, أطلق عليه اسم TRADIC اختصاراً لكلمات Trasistorizad Airbone Digital Computer وبالرغم من ذلك لم يحظ هذا الجهاز بإسم الجيل الثانى واعتبر الجيل الثانى في صناعة الحاسب هو الجيل الذي بدأ بعد عام 1958.
الآلة الذكية
بدأت أبحاث الذكاء الإصطناعى منذ زمن طويل وفى بداية الأربعينيات من القرن العشرين كانت بحوث الشبكات العصبية هي الأولى في هذا المجال وإستمرت البحوث حتى عام 1957 عندما حاول روزنبلانت بناء آلة ذكية تحاول تقليد المخ البشرى مستعيناً بأبحاث مينسكى (1951) في هذا المجال.
الجيل الثانى (1958-1964) الترانزستور
ظهر هذا الجيل عقب اختراع المقحل الذي تم إحلاله محل الصمامات الإليكترونية المفرغة.
الجيل الثالث (1964-1970) الدوائر المتكاملة IC
في صيف عام 1958 قام د. جاك كيلبى Jack S. Kilby بتصميم أول دائرة إليكترونية متكاملة وتكونت من عدة مكونات من السيلكون مجمعة مع بعضها البعض لتجميع دائرة إليكترونية على شريحة سيلكون واحدة مما سمح بتطويرها بعد ذلك, وقد تم الإعلان عنها في 12 سبتمبر 1958. وفى نفس العام 1958 قام كراى ببناء أول سوبر حاسب بالكامل من المقحل .
أول حاسوب بمعالجين
في عام 1961 قدمت شركة Burroughs عائلة من الحاسبات أطلق عليها B5000 وقدمت أول حاسب يستخدم معالجين وكان ذلك إنجازاً هائلاً في ذلك الوقت.
مينى حاسب MiniComputer
في عام 1963 تم بنجاح توزيع أول مينى حاسب تجارى قامت بإنتاجه وتوزيعه شركة دك DEC (Digital Equipment Corporation). وكان هذا الإنتاج تحت اسم PDP-8 وكان نسخة ناجحة من جهازها القديم PDP-1 الذي سبق إنتاجه في عام 1959 وكانت العلامة الواضحة لهذا الإنتاج PDP-8 (12 Bit) أنه فتح أبواب فيضان الأجهزة المينى على مصراعيه أمام الشركات لتطرح هذه الأجهزة في الأسواق.
نظم آى بى إم IBM والجيل الثالث
في سنة 1964 أتمت شركة آى بى إم عائلة نظم 360 بعد استبدال النظام 260 بالترانزستور والدوائر المتكاملة وقد تم بيع أكثر من ثلاثسن ألف جهاز من هذه النوعية وبدا كما لو أن التكنولوجيا الجديدة قد بدأت في فرض نفسها على سوق الحاسب ومن هذا التاريخ بدأ الجيل الثالث (جيل الدوائر المتكالمة). بعد شهر من هذا الإنتاج كانت برامج لغة بيسك Basic تعمل في كلية دارتماوث Dartmouth على يد مخترعيها توماس كيرتز Thomas Kurtz وجون كيمنى John Kemeny وسرعان ما أصبحت أكثر اللغات شهرة وسهولة في كل أجهزة الحاسب.
إنشاء شركة إنتل Intel
في عام 1968 تم إنشاء شركة إنتل على يد جوردون مور وروبرت نويس.
16 بت مينى حاسب
كانت الأجهزة تعمل على 8 أو 12 بت فلما كان عام 1969 ظهر أول حاسب يعمل على 16 بت كينى حاسب أنتجته شركة داتا جنرال Data General وأطلقت عليه اسم نوفا NOVA وكان محسناً في السرعة عن جهاز PDP-8 الذي سبق إنتاجه.
الألياف الضوئية Fiber Optics
في عام 1970 أنتج أول كابل ألياف ضوئية على النطاق التجارى ليسمح بنقل البيانات خلالها أسرع من الكابلات السلكية, وفى نفس العام تم تطوير الدوائر التي تعمل بواسطة الليزر الناتج عن أشباه الموصلات Semiconductur.
في عام 1970 تم إنتاج أول حاسب شخصى Alto في معامل زيروكس يستخدم الأيقونات والنوافذ والرسوم والفأرة.
الجيل الربع (1971-1990) المعالج الدقيق MicroProcessor
في عام 1971 ظهرت أول شريحة متكاملة بواسطة شركة إنتل Intel كانت تحمل الرقم 4004 كمعالج دقيق يعمل على 4 بت يحتوى على 2250 ترانزستور وله القدرة على العمل بما يماثل تقريباً جهاز إنياك الذي أنتج عام 1946 (الذي كان يشغل حجرة ضخمة ويحتوى على 18000 صمام مفرغ). كان المعالج الدقيق 4004 موضوعاً على شريحة بطول سدس بوصة وبعرض ثمن بوصة.
الحاسب الشخصى القديم Old Personal Computer
ظهر الحاسب الشخصى الأول في عام 1971, ولم يكن يسمى بالحاسب الشخصى إذ قام ببنائه وتوزيعه جون بلانكينباكر John Blankenbaker وأسماه Kenbak-1 وله ذاكرة قدرها 256 بايت وتظهر البيانات على شكل مجموعة لمبات بيان ولم يتم بيع سوى 40 قطعة من هذا الجهاز الذي بلغ سعره في ذلك الوقت 750 دولار لكنه ساهم في الإعداد لثورة الحاسب الشخصى التي أعقبت هذا التاريخ.
في عام 1974 قامت شركة إنتل بالإعلان عن معالج 8080 يعمل على نظام 8 بت كأول معالج عام الإغراض.
ألتير ALTAIR
في عام 1975 أنتجت شركة نظم الأدوات الدقيق Micro Instruments Telemetry System المعروفة برموز الاختصار MITS جهاز ألتير ALTAIR بدون لوحة مفاتيح أو شاشة أو وحدات تخزين أو ذاكرة لكنه يعمل على معالج دقيق من إنتاج إنتل يعمل على 8 بت ويحمل رقم 8080 وكان سعر هذه الوحدة 350 دولار وعندما تمت ترقيته ليحتوى على 4 كيلو بايت قام كل من بول ألين Paul Allen وبيل جيتس Bill Gates (الذين قاما بإنشاء شركة مايكروسوفت للبرامج فيما بعد) بتطوير إصدار من لغة بيسك Basic ليعمل على هذا الجهاز.
الحاسب الشخصى Personal Computer
كان عام 1977 يحمل في طياته أول تجميع كامل لأجهزة الحاسب الشخصى قامت بتوزيعه شركات متعددة أنتجته وبدات في بيعه منها شركة كومودور Commodore وشركة تاندى Tandy وشركة آبل Apple (التي أنتجت جهاز Aplle II كأول جهاز مجمع يستخدم العرض الملون) بأجهزة حملت أسماء هذه الشركات بحجم صغير سرعان ما تم توزيعه في المدارس والمعامل والبيوت والأعمال. وفى خلال هذا العام كانت أول شبكة محلية تربط بين عدة أجهزة قد بيعت تحت اسم أركنيت ARCnet.
مجموعة التعليمات المخفضة RISC و 32 بت
في عام 1980 ظهر النموذج الأولى لمجموعة التعليمات المخفضة على يد فريق التطوير في شركة آى بى إم IBM وظهرت في نفس العام في معامل بل شريحة المعالج الدقيق التي تعمل على 32 بت تح اسم بلماك-32 Ballmac-32 لتزيد من قدرة الحوسبة.
حاسب IBM XT
عندما قامت شركة IBM بإنتاج جهاز الحاسب الشخصى الأول لها في عام 1981 إكتسبت ثورة الحاسب الشخصى قوة دفع هائلة لها فقد إحتوى على مشغل أقراص مرنة وإستخدم معالج إنتل 8088 على شاشة تعمل على نمط النصوص بذاكرة وصلت إلى 128 أو 256 كيلو بايت وتشتخدم نظام تشغيل القرص الذي عرف بإسم دوس Dos وهو نظام للأوامر التي يقوم المستخدم بكتابتها لتنفيذ مهام مختلفة. ثم قامت شركة IBM بإنتاج جهازها الجديد IBM PC XT كتقنية ممتدة للجهاز السابق وأضافت إليه القرص الصلب كوحدة تخزين إضافية وعملت على تزويده بإمكانية عرض الرسوم. وما إن أصبح هذا الجهاز يحتل مركز الصدارة في عالم الحاسب الشخصى حتى بدأت الشركات الأخرى في تقليده حتى سمحت بعد ذلك لهم بتقليد البرمجة الداخلية له في الذاكرة الثابتة (ذاكرة القراءة فقط ROM BIOS) فأصبحت أجهزة الشركات الأخرى متوافقة مع إنتاج شركة IBM.
الجيل الخامس (1992- حتى الآن)
في الثمانينات (1982) كانت اليابان قد وضعت تصوراً للجيل الخامس من أجيال الحاسب أو الجيل الأول من الحاسب الاستدلالى. لم يكن الحاسب الاستدلالى هدفاً في حد ذاته وإنما كان الهدف من وراء تصنيعه هو إضفاء قدر من الذكاء والقدرة على الاستنتاج على الحاسب, ففى الجهاز الجديد كانت هناك مهام فرعية للتصميم الذي أراده المصممون ومنها الترجمة بواسطة الحاسب من لغة إلى لغة, والتعرف الصوتى وإدراك الحاسب للكلام, وإمكانية الرؤية في الحاسب , وإثبات النظريات, وألعاب الحاسب. وقد بدأ ظهور الجيل الخامس عام 1992 وبدأ معه استخدام اللغة الطبيعية(عن طريق الصوت) في إدخال البيانات, ويتم معالجتها بوسائل الذكاء الإصطناعى (Artificial Intelligence).
ماكينتوش
في عام 1984 ظهر إلى الوجود أول جهاز ماكينتوش شخصى Macintosh Personal Computer أطلقته شركة آبل Apple Computer, Inc. وقد تم تجميع جهاز ماكينتوش بذاكرة قدرها 128 كيلو بايت بشاشة مركبة فيه وفأرة كأول جهاز يعمل بواجهة رسومية وبدلاً من كتابة الأوامر كما هو الحال في نظام تشغيل دوس DOS فإن نظام تشغيل ماك MacOS وضع على الشاشة رسوماً صغيرة كرموز لوحدات الحاسب وبرامجه وملفاته في إطارات تحتوى على قوائم للعمل عليها. كانت تلك المخاطرة من شركة آبل قد تركت بصماتها, فقد إنفردت بنظام مستقل عن آى بى إم IBM وأعطت شكلاً جديداً للاستخدام وسرعان ما أصبح جهازها هو الجهاز المفضل لدور النشر والمطابع والفنانين.
تطور أجهزة آى بى إم IBM
في عام 1984 أعلنت آى بى إم عن جهازها الجديد IBM PC AT كتقنية متقدمة بمعالج إنتل 80286. تغيرت عدة ملامح أساسية في الجهاز الجديد عن سابقيه إذ أضافت العرض المرئي المحسن EGA لاستخدام 16 لوناً (الأنظمة القديمة كانت تستخدم لونين أو أربعة ألوان) كما عمل الجهاز الجديد على خطوط نقل بيانات تسع 16 بت (بدلاً من النظام القديم الذي كان يستخدم 8 خطوط نقل)وتغير شكل لوحة الفاتيح والتغذية الكهربية.
في عام 1989 قدمت شركة أنتل المعالج الشهير 486 يعمل على 16 بت بتردد 16 ميجا هرتز بقدرة 2.5 MIPS, والذي أحدث ثورة في مجال الحاسبات الشخصية, وإعتمدت عليه معظم الشركات العالمية المنتجة للحاسبات في تصنيع حاسباتها, وتضم داخله معالج مساعد للعمليات الحسابية Math Co-Processor وذلك قبل تثبيت المعالج المساعد في اللوحة الرئيسية في مكان منفصل عن المعالج الرئيسى.
المعالج الضوئي والنظم العصبية
في عام 1990 تمكن الباحثون في معامل بل AT&T Bill Laboratorios من بناء أول معالج ضوئي Optical Processor يستخدم الليزر لحمل المعلومات وخلايا ضوئية لتخزين ومعالجة البيانات مما يجعل الحاسب أسرع بآلاف المرات عن سابقيه. ثم شهد عام 1991 نجاح العرض الذي قام به مركز أبحاث المعادن في شركة آى بى إم IBM في إمكانية استخدام البدالات الذرية بدلاً من تلك الإلكترونية مما يجعل هذه الدوائر الإلكترونية تكون أصغر في الحجم بآلاف المرات. وفى نفس العام 1991 كانت الأبحاث مستمرة على التخزين على شرائح حيوية واستخدام المعالجات المتوازية وعمل النظم العصبية التي إستطاعت أن تحصل على دفعة قوية بواسطة المحاكاة والأبحاث. وفى عام 1992 ظهرت أنواع جديدة من المعالجات الدقيقة زادت من سرعة الجهاز وحسنت أداؤه بشكل ملحوظ أعقبتها سلسلة من التغيرات في سعة التخزين وحجم الذاكرة وسرعة النقل وإتساع ممرات نقل البيانات.
ثورة نظم التشغيل والمعالجات
في شهر أبريل من عام 1992 شهد العالم ضجة هائلة صاحبت إنتاج نظام التشغيل الجديد Windows V3.1. وسرعان ما كانت آى بى إم تطرح نظام تشغيلها IBM's OS/2 V2.0 وكانت آبل قد أصدرت نظام تشغيلها Apple's System 7.1 وكلها إعتمدت على إضافة الخطوط المميزة والرسوم الفنية العالية والإدارة الجديدة والجيدة لموارد النظام وتحسين العرض المرئي بدقة ألوان وصلت إلى أكثر من 256 لوناً وتكامل أفضل مع الذاكرة واستخدام موسع لها.
في عام 1993 قدمت إنتل المعالج بانتيوم برو, وهو الإصدار الأول من عائلة بانتيوم التي يعتمد عليها الآن في تصنيع الحاسبات الشخصية والخادمة والذي يعمل على 32 بت بعدد 3.1 مليون ترانزستور على دائرة مجمعة واحدة, وكان أول معالج ذو تصميم يتيح للحاسبات بمختلف أنواعها استخدام أكثر من معالج في نفس الوق وأطلق عليها Multi-Processor environment. في عام 1994 تم إنتاج معالج ألفا الذي يعمل على تردد 300 ميجا هرتز. في عام 1996 ظهور جهاز الحاسب المساعد الشخصى الذي يعمل بشاشة اللمس. في عام 2004 لأول مرة تتفوق AMD على Intel وتسبقها في عرض أول معالج مزدوج المحور Dual Core وهي تقنية أوقفت التنافس على زيادة سركة المعالج بين الشركتين. في عام 2005 طرحت AMD معالجات مزدوجة اللب للعمل على الخواديم وحققت تفوقاً جديداً على Intel.