الحواسيب

 الحواسيب

الحَاسُوب أو الکمبیوتر (من الانجليزية: Computer) هو آلة إلكترونية تستقبل البيانات وتعالجها إلى معلومات ذات قيمة. كما يخزنها في وسائط تخزين مختلفة، وفي الغالب يكون قادراً على تبادل هذه النَتَائِج والمعلومات مع أجهزة أخرى متوافقة. تستطيع أسرع الحواسيب اليوم القيام بمئات مليارات العمليات الحسابية والمنطقية في ثوانٍ قليلة. وتشتغل الحواسيب ببرمجيات خاصة تسمى أنظمة التشغيل، ومن دونها يكون الحاسوب قطعة جامدة لا فائدة منها، وتبين أنظمة التشغيل للحاسوب كيفية تنفيذ المهام، كما أنها غالبا ما توفر بيئة للمبرمجين ليطوّروا تطبيقاتهم. وإن تعريف الحواسيب بأنها فقط هي تلك التي تعمل تحت بيئة ويندوز وماكينتوش ولينكس، خطأ شائع بين الناس.

تنقسم مكونات الحاسوب إلى قسمين رئيسيين:

عتاد الحاسوب

البرمجيات المشغلة له

وينقسم العتاد الصلب للحاسوب إلى خمس تصنيفات رئيسة:

أجهزة الإدخال

المعالجة

أجهزة الإخراج

وسائط التخزين

أجهزة الاتصال

في حين تنقسم البرمجيات الحاسوبية إلى:

أنظمة التشغيل

التَّطْبيقات

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. كما أن السنوات الأخيرة شهدت انخفاضاً في تكاليف صناعة البنية الصلبة إلى الحد الذي أصبحت معه الحواسيب الشخصية سلعة منتشرة بشكل كبير. كما تنوعت تطبيقات الحواسيب وتوسعت لتشمل 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)(الحاسوب المكتبي) ونظيره المتنقل (الحاسوب المحمول) على أنهما رمزي عصر المعلومات؛ فهما أول ما يتبادر إلى ذهن أي شخص تقريبا 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 شتى مثل الطائرات المقاتلة، والآليين، وآلات التصوير الرقمية إلى لعب الأطفال، وأجهزة التحكم.

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 القيام بمهام بسيطة كمعالجة حسابات موظفي الشركات أو معقدة كالتحكم في المركبات الفضائية دون طيار. وبسبب التطور التقني فإن الحواسيب الحديثة تكون بشكل جبري أكثر قدرة من الحواسيب السابقة، وهي ظاهرة موصوفة ومشروحة جزئيا في قانون مور.

أصل التسمية

أطلق شارل باباج كلمة "computer" على الشخص الذي يدخل البيانات إلى الحاسوب، وفيما بعد أطلقت الكلمة على الآلة نفسها. فيما أوجدت كلمة «حاسوب» كترجمة للفظة الإنجليزية "computer"، وذلك لأن هذه الكلمة مشتقة من الفعل "compute" التي تعني "يحسب" ويضاف في اللغة الإنكليزية الحرفان "er" في آخر بعض الأفعال للدلالة على اسم الفاعل فتصبح "حاسب" أو "حاسوب" على وزن اسم الآلة «فَاعُوْل». وذلك ليس غريباً لأن الحاسوب مبني على أن يقوم بجميع عملياته على شكل حسابات: جمع أو طرح أو ضرب أو قسمة باستخدام نظام العد الثنائي. فمثلا لعرض صورة: يقوم بتجزيء الصورة لأجزاء أصغر وهي النقاط (pixel)، كل نقطة هي عبارة عن لون وموضع هذه النقطة بالنسبة للصورة، هو محصلة ثلاثة ألوان: الأزرق، الأخضر والأحمر، كل لون يمكن تمثيل درجتة بقيمة (تتراوح بين 0 و 255)، إذاً اللون هو رقم بالنسبة للحاسب (مثلاً رمز اللون الأبيض هو: 255,255,255) وعندما يريد إظهار هذا اللون يرسل القيمة الموافقة لبطاقة الرسوميات.

فوائد الحاسوب

تبرز أهمية الحاسوب في تبسيطه الأعمال الصعبة أو التي تحتاج وقتاً طويلاً لإتمامها كالأعمال الصناعية والتجارية، والإدارات الحكومية، والجامعات والمعاهد، فهو وسيلة ذات قدرة عالية في حل المسائل الرقمية والدقة في حفظ واسترجاع المعلومات وتصميم الوثائق والصور وإظهارها، وعمليات البحث عن المعلومات وجمعها.

تاريخ الحاسوب

تاريخ تطور عتاد الحاسوب هو سجل مستمر من الاتجاه 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 الآلة الحاسبة لتساعد في العمليات الحسابية. ولا زالت الآلات الحاسبة تتطور، إلا أن الحاسوب فيه ميزة إضافية عنها وهي أنه متعدد الاستعمالات، 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 اعتباره 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 باستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت باستخدام 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.

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 كولوسس 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 بـكونراد 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 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 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 استبدالها 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 اختيار تكنولوجيا الدائرة المتكاملة في إنتاج الحواسيب بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للأفراد بامتلاك حاسوب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا.

 

أول حاسوب في العالم

قام تشارلز باباج (Charles Babbage) بصُنع أول حاسوب ميكانيكيّ (mechanical computer) عام 1822م، حيث طوّر محرّك الفرق (Difference Engine)، الذي تمّ اعتباره كأول آلة للحوسبة التلقائية (Automatic Computing Machine)، وكان محرك الفرق قادراً على القيام بعدّة عمليات حسابية على مجموعة من الأرقام، وطباعة النتائج على نسخ ورقيّة، وتلقّى باباج المساعدة من أدا لوفليس (Ada Lovelace)، التي تعتبر أول مُبرمجة لجهاز الحاسوب، لكن الجهاز لم يصل إلى شكل النسخّة الكامل بسبب مشاكل التمويل.

أول حاسوب تجاري

أنتجت شركة ريمنجتون راند (Remington Rand) جهاز يوني ڤاك ون (Univac1)، وقد أُعْتُبِرَ أول حاسوب تجاري، واستولى على انتباه الناس آنذاك، حيث انتشر استخدامه في العديد من الأماكن، إضافةً إلى استخدامه من قِبَل شركات التأمين والجيش الأمريكي، وقد بلغ وزن هذا الجهاز 13154.168 كيلوغراماً، وتمكّنت شركة ريمنجتون راند من بيع 46 جهازاً منه، بلغ سعر الجهاز الواحد مليون دولار أمريكيّ وقتها.

أول حاسوب يُخزِّن البرامج

قام فريدريك ويليامز (Frederic C. Williams)، وتوم كيلبورن (Tom Kilburn) ببناء أول حاسوب رقمي يُخزّن البرامج، وذلك في جامعة مانشستر عام 1948م، وسُمّي هذا الجهاز باسم الطفل (The Baby). تم تطويره فيما بعد ليُصبح جهاز حاسوب كامل الحجم عُرف باسم مانشستر مارك (Manchester Mark) وذلك عام 1949م. وما يُميزه هو وجود مُسجّل ثنائي المستوى (two-level registers) للتخزين والتعديل، كما تمّ إضافة أسطوانة مغناطيسية لتوفير جهاز تخزين ثانوي عشوائي.

كيف تعمل الحواسيب ؟

بينما تغيرت التقنيات المستخدمة في الحواسيب بصورة مثيرة منذ ظهور أوائل الحواسيب الإلكترونية متعددة الأغراض من أربعينات القرن العشرين، ما زال معظمها يستخدم بنية البرنامج المخزن (يطلق عليها في بعض الأحيان بنية فون نويمان). استطاع التصميم جعل الحاسوب العالمي حقيقة جزئيا.

وتصف هذه البنية الحاسوب في أربع أقسام رئيسية:

وحدة الحساب والمنطق

وحدة التحكم

الذاكرة

أجهزة الإدخال والإخراج.

وهذه الأجزاء تتصل ببعضها عن طريق حزم من الأسلاك (تسمى «النواقل» BUS عندما تكون نفس الحزمة تدعم أكثر من مسار بيانات) وتكون في العادة مقاسة بمؤقت أو ساعة (مع أن الأحداث الأخرى تستطيع أن تقود دائرة التحكم).

المراجع

 معجم الوسيط

 "حَاسُوب - موسوعات لسان نت للّغة العربية - Lisaan.net"، lisaan.net، مؤرشف من الأصل في 18 فبراير 2019، اطلع عليه بتاريخ 17 فبراير 2019.

 في 1964، استهلك إنياك تقديريا 174 كيلو وات، في المقابل فإن حاسوب شخصي متوسط قد يستهلك 400 وات؛ أقل بما يزيد عن 400 مرة،

 techdict:Computer - ويكي عربايز

للتحميل بصيغة الوارد هنا