الحاسب الآلي (شرح)

نحن الآن نعيش في عصر المعلومات حيث أصبحت الدراية بالحاسب من ضروريات النجاح والتفوق لأي مهنة.

مقرر "مقدمة حاسبات" صمم ونفذ على أساس كونه أول مقرر للحاسب يدرسه طالب بالتعليم الجامعي و على أساس اشتماله على معظم، إن لم يكن كل، ما يدرس بمقررات الحاسب الافتتاحية داخل المؤسسات التعليمية المصرية والعالمية.

المقرر يغطي أحدث التقنيات ويعرض المادة العلمية بأسلوب سهل ومبسط ويستعين لتحقيق ذلك بالعديد من الرسومات والأشكال المتحركة.

الحاسب الآلي والبرنامج والمعلومات





الحاسب الآلي computer هو جهاز يقوم بمعالجة البيانات بسرعة ودقة عالية، و في توافق مع مجموعة تعليمات مزود بها مسبقًا. ويشار لتلك المجموعة من التعليمات كبرنامج حاسب آلي computer program. وبعبارة أخرى، يقوم الحاسب الآلي بمعالجة بيانات مدخلة processing input data في توافق مع برنامج سبق تزويده به لكي يقوم بإخراج بيانات مطلوبة output data. ويشار أيضا لمخرجات الحاسب الآلي كبيانات ذات معنى أو كمعلومات information. ويقوم كاتبو برامج الحاسبات programmers بكتابة هذه البرامج مستخدمين لغات لكتابة برامج الحاسبات مثل BASIC وCOBOL وPascal وFORTRAN وC و++C وJava



إدخال input ومعالجة processing وإخراج output البيانات.

الحاسب الآلي computer هو جهاز يقوم بمعالجة البيانات بسرعة ودقة عالية، و في توافق مع مجموعة تعليمات مزود بها مسبقًا. ويشار لتلك المجموعة من التعليمات كبرنامج حاسب آلي computer program. وبعبارة أخرى، يقوم الحاسب الآلي بمعالجة بيانات مدخلة processing input data في توافق مع برنامج سبق تزويده به لكي يقوم بإخراج بيانات مطلوبة output data. ويشار أيضا لمخرجات الحاسب الآلي كبيانات ذات معنى أو كمعلومات information. ويقوم كاتبو برامج الحاسبات programmers بكتابة هذه البرامج مستخدمين لغات لكتابة برامج الحاسبات مثل BASIC وCOBOL وPascal وFORTRAN وC و++C وJava.




أنواع البيانات.




الحاسبات الآلية اليوم هي في أكثريتها حاسبات وسائط متعددة multimedia، بمعنى أنها تقوم بمعالجة أربعة أنواع من البيانات:

- بيانات نصية text data تتألف من أبجديات (أ، ب، ج، ...)، وأرقام (1، 2، 3، ...)، وأحرف خاصة (@، $، !، ...).

- بيانات مصورة image data تتألف من صور ثابتة مثل الرسومات والصور الفوتوغرافية.

- بيانات صوتية audio data مثل الموسيقى والأصوات.

- بيانات مصورة حركية video data مثل الأفلام والأحداث المنقولة على الهواء.




يتكون الحاسب الآلي من مكونات فعلية hardware، ومن برامج software. وتتضمن المكونات الفعلية:

- وحدة المعالجة المركزية central processing unit (CPU) التي تقوم بمعالجة البيانات والبرامج.

- الذاكرة memory (جهاز التخزين الرئيسي) التي تقوم بتخزين البيانات والبرامج التي في طريقها للمعالجة عن طريق وحدة المعالجة المركزية.

- أجهزة إدخال البيانات input devices التي تقوم بتزويد البيانات والبرامج للحاسب الآلي، مثل لوحات المفاتيح وأجهزة الماوس.

- أجهزة إخراج البيانات output devices التي تستقبل مخرجات الحاسب، مثل الشاشات والطابعات.

- الأجهزة الإضافية لتخزين البيانات secondary storage devices التي تقوم بتخزين البيانات والبرامج للاستخدام في المستقبل، مثل محركات الأقراص الصلبة hard-disk drives ومحركات الأقراص المرنة floppy-diskette drives ومحركات الأقراص المدمجة CD-ROM drives.



البرامج هي برامج الحاسب وتنقسم إلى

- برامج تطبيقية application software تقوم بحل مشاكل المستخدم وتحسين إنتاجيته، مثل برامج البنوك وبرامج حجز التذاكر في شركات الطيران والبرامج التعليمية، وبرامج التصميم بمعاونة الحاسب computer-aided design (CAD) مثل AutoCAD، وألعاب الحاسبات، وبرامج معالجة النصوص word processors مثل Microsoft Word، وبرامج جدولة البيانات spreadsheets مثل Microsoft Excel.

- برامج النظام system software التي تقوم بتوفير بيئة مناسبة لتطوير وتنفيذ البرامج التطبيقية كأنظمة التشغيل operating systems مثل Windows وUnix، وبرامج ترجمة اللغات (مترجم غير مرحلي compiler والمترجم المرحلي interpreter)، ونظم إدارة قواعد البيانات database management systems (DBMs) مثل Microsoft Access.



يتم تخزين البيانات والبرامج في وحدات تسمى ملفات files، موجودة على وسائط تخزين إضافية secondary storage media مثل الأقراص الصلبة والأقراص المرنة والأقراص المدمجة (CDs). ويعطى لكل ملف اسم يمكن عن طريقه الوصول للملف. وغالبًا ما يتم تنظيم وسيط التخزين الإضافي ليتضمن عدة مجلدات folders، حيث يكون المجلد حاوية للملفات. ويحتوي كل مجلد على دليل directory يقوم بتحديد أسماء الملفات الموجودة فيه. ويشار لمجموعة من الملفات المرتبطة، كتلك المحتوية على عناوين الطلاب ودرجاتهم وهواياتهم، كقاعدة بيانات database.

يتبع ..

الحاسبات المستخدمة كمكونات داخلية لأجهزة أخرى embedded والحاسبات المستقلة بذاتها non-embedded.




يتم تصنيف الحاسبات حسب استخدامها إلى:

- حاسبات تستخدم لأغراض محددة ويتم تركيبها كمكونات داخلية لأجهزة ومكينات مثل الطائرات وأجهزة التلفاز وأجهزة الهاتف المحمول.

- حاسبات مستقلة بذاتها وتستخدم للأغراض العامة.

يتم تصنيف الحاسبات المستقلة بذاتها حسب عدد مستخدميها إلى:

- حاسبات المستخدم الواحد التي تقوم بخدمة مستخدم واحد.

- حاسبات المستخدمين المتعددين التي تقوم بخدمة عدة مستخدمين.





فئات الحاسبات.




يتم تصنيف الحاسبات المستقلة بذاتها حسب حجمها إلى:

- حاسبات صغيرة microcomputers، تكون صغيرة الحجم ومخصصة لمستخدم واحد، وتشمل (1) الحاسبات المحمولة notebooks ويشار إليها أيضا باسم laptops وportables، و(2) الحاسبات الشخصية personal computers (PCs) ويشار إليها أيضا باسم desktops، و(3) حاسبات محطات العمل ذات الإمكانيات المميزة workstations.

- حاسبات متوسطة minicomputers، تكون متوسطة الحجم ومتعددة المستخدمين وتستخدم في مؤسسات متوسطة الحجم.

- حاسبات كبيرة mainframes، تكون كبيرة الحجم ومتعددة المستخدمين وتستخدم في مؤسسات كبيرة الحجم.

- حاسبات عملاقة supercomputers، وتكون كبيرة في الحجم وذات إمكانيات عالية للغاية ومتعددة المستخدمين وتستخدم في المعامل العلمية ومعامل الأبحاث الكبيرة جدا.

وبصفة عامة يمكن تصنيف الحاسبات المستقلة حسب قدرة المعالجة، من الأقل قدرة إلى الأكثر قدرة كالآتي:

- الحاسبات المحمولة notebooks

- الحاسبات الشخصية personal computers

- حاسبات محطات العمل workstations

- الحاسبات المتوسطة minicomputers

- الحاسبات الكبيرة mainframes

- الحاسبات العملاقة supercomputers





الشبكات


شبكة حاسبات computer network.



شبكة الحاسبات هي مجموعة من الحاسبات تتبادل البيانات فيما بينها. والحاسب الذي لديه إمكانية إرسال واستقبال بيانات من شبكة حاسبات يكون متصلا بالشبكة online، وإذا لم تكن لديه هذه الإمكانية فإنه يكون غير متصل بالشبكة offline. وتسمح شبكات الحاسبات للمستخدمين بالمشاركة في الأجزاء المكونة للحاسبات وفي البرامج والبيانات. وبالتالي، تقوم بتخفيض التكلفة وبتسهيل اتصال الأقراد ببعضهم، وبتحسين أداء عمل الشركة. ويؤدي اتصال شبكتين أو أكثر إلى تكوين إنترنت internet. والإنترنت العالمية the Internet هي إنترنت عالمية النطاق تشمل الملايين من الحاسبات والشبكات.

نظم تمثيل الأعداد



تمثيل الأعداد.



نظام تمثيل الأعداد هو طريقة لتمثيل الأعداد المستخدمة في العمليات الحسابية. وتقوم الحاسبات بتمثيل الأعداد المستخدمة في العمليات الحسابية باستخدام النظام الثنائي.وللمساعدة على تفهم النظام الثنائي بطريقة أفضل، دعنا نلقي نظرة أخرى على النظام العشري الذي نقوم باستخدامه في حياتنا اليومية.

(النظام العشري (نظام بأساس 10



يحتوي النظام العشري decimal numbering system على 10 أرقام. وهي صفر، 1، 2، .....، 9. ويتم حساب قيمة العدد العشري عن طريق جمع ناتج ضرب كل رقم من أرقامه بأساس 10 مرفوعًا إلى أس يتم تحديده عن طريق موضع الرقم. وبالمثل، يحتوي نظام ترقيم بأساس b على b رقم. وهي صفر، 1، ....، b-1. ويتم حساب القيمة العشرية لعدد بأساس b عن طريق جمع ناتج ضرب كل رقم من أرقامه بأساس b مرفوعًا إلى أس يتم تحديده عن طريق موضع الرقم.

(النظام الثنائي (نظام بأساس 2



يحتوي النظام الثنائي binary numbering system على رقمين هما صفر و1. ويتم حساب القيمة العشرية لعدد ثنائي عن طريق جمع ناتج ضرب كل رقم من أرقامه بأساس 2 مرفوعًا إلى أس يتم تحديده عن طريق موضع الرقم.

التحويل من ثنائي إلى عشري



التحويل من عشري إلى ثنائي للأعداد الصحيحة



تستخدم طريقة الباقي remainder method لتحويل عدد عشري صحيح integer إلى رقم ثنائي.

النظام الثماني (نظام بأساس 8)



يحتوي هذا النظام على 8 أرقام. وهي صفر، 1، 2، .....، 7. ويتم حساب القيمة العشرية لعدد ثُماني octal number عن طريق جمع ناتج ضرب كل رقم من أرقامه بأساس 8 مرفوعًا إلى أس يتم تحديده عن طريق موضع الرقم.

ويوصى باستخدام النظام الثماني لكي يمكن تمثيل سلاسل طويلة من البت بأسلوب أكثر انضغاطًا. وحيث أن الأساس 8 للنظام الثُماني يساوي الأساس 2 للنظام الثنائي مرفوعًا إلى أس 3 (8 = 23)، فإنه يتم تحويل عدد ثنائي إلى عدد ثُماني عن طريق استبدال كل 3 بت متعاقبة بالرقم الثُماني المناظر بدءا من اليمين لليسار. وبالمثل، يتم تحويل عدد ثُماني إلى عدد ثنائي عن طريق استبدال كل رقم ثُماني بنظيره الثنائي المكون من 3 بت.

تمثيل الأعداد الموجبة



كما ذكرنا سابقًا، تقوم الحاسبات بتمثيل الأعداد المستخدمة في العمليات الحسابية باستخدام النظام الثنائي (بأساس 2). لنفترض أن حاسب آلي يقوم باستخدام n بت لتمثيل الأعداد. لنفترض أيضًا أن هذا الحاسب يقوم بتمثيل الأعداد الموجبة فقط. وحيث أن n بت يمكنها أن تثمر عن 2n تركيبة مختلفة، بالتالي يمكن لهذا الحاسب تمثيل 2n رقم موجب. الحد الأدنى هو صفر والحد الأقصى هو 2n ـ 1.

تمثيل الأعداد الموجبة والسالبة



بطبيعة الحال، تقوم الحاسبات بتمثيل الأرقام السالبة على حساب تخفيض نطاق الأرقام الموجبة التي يمكنها تمثيلها. وتقوم الحاسبات بتمثيل كل من الأرقام الموجبة والسالبة باستخدام أحد الأساليب التالية:

- أسلوب العلامة والمقدار Sign and Magnitude

- أسلوب المتمم لواحد One’s Complement

- أسلوب المتمم لأثنين Two’s Complement

أسلوب العلامة والمقدار



يقوم هذا الأسلوب باستخدام البت الأكثر أهمية (الموجودة في أقصى اليسار) لتمثيل علامة العدد. فإذا كانت صفرًا، يكون العدد موجبًا. وإذا كانت 1، يكون العدد سالبًا. وتستخدم باقي البت لتحديد المقدار العشري للعدد. ويقوم هذا الأسلوب بعكس علامة العدد عن طريق عكس البت الممثلة للعلامة (القيام بإعدادها إلى 1 إذا كانت صفرًا، وإلى صفر إذا كانت 1). ومن عيوب هذا الأسلوب أنه يتم تمثيل الرقم صفر باستخدام تركيبتين مختلفتين

أسلوب المتمم لواحد



يقوم هذا الأسلوب أيضًا باستخدام البت الأكثر أهمية (الموجودة في أقصى اليسار) لتمثيل علامة العدد. فإذا كانت صفرًا، يكون العدد موجبًا. وإذا كانت 1، يكون العدد سالبًا. وبالنسبة للأعداد الموجبة، تستخدم باقي البت لتحديد المقدار العشري للعدد. ويقوم هذا الأسلوب بعكس علامة العدد عن طريق حساب متممه لواحد one's complement. وبالتالي، فإن المقدار العشري للعدد السالب يساوي مقدار متممه لواحد.

ويتم تحديد المتمم لواحد لعدد ما كما هو مبين. ويمكن تحديده أيضًا عن طريق عكس (الحصول على متمم) كل بت للعدد (القيام بإعدادها إلى 1 إذا كانت صفرًا، وإلى صفر إذا كانت 1). ومن عيوب هذا الأسلوب أنه يتم تمثيل الرقم صفر باستخدام تركيبتين مختلفتين



أسلوب المتمم لاثنين



يقوم هذا الأسلوب أيضًا باستخدام البت الأكثر أهمية (الموجودة في أقصى اليسار) لتمثيل علامة العدد. فإذا كانت صفرًا، يكون العدد موجبًا. وإذا كانت 1، يكون العدد سالبًا. وبالنسبة للأعداد الموجبة، تستخدم باقي البت لتحديد المقدار العشري للعدد. ويقوم هذا الأسلوب بعكس علامة العدد عن طريق حساب متممه لاثنين two's complement. وبالتالي، فإن المقدار العشري للعدد السالب يساوي مقدار متممه لاثنين.

ويتم تحديد المتمم لاثنين لعدد ما كما هو مبين. وكما هو واضح، فإنه يمكن أيضًا تحديد المتمم لاثنين لعدد ما عن طريق إضافة 1 للمتمم لواحد لهذا العدد.

ومقارنة بالأسلوبين الآخرين، يوجد تمثيل واحد فقط للرقم صفر ويوجد زيادة في نطاق الأرقام السالبة. وهذا هو الأسلوب المستخدم في أغلب الأحوال، وهو يقوم بتسهيل بناء الوحدة الحسابية للحاسب الآلي.





كده احنا خلصنا من تمثيل البيانات وفاضل لنا :

-مكونات الحاسب
-برامج الحاسب
- شبكات الحاسب