مقدمة فى الحاسب الآلى ( باختصار)
الزمن المقدر ثلاثة حصص

إعداد / حمدى عبد الحى عبد الواحد
مؤسسة خالد الظافر لنقل وتخليص البضائع
مكتب جده


المقدمة
لقد تغلغل الكمبيوتر فى مختلف نواحى الحياة حتى بات من نافلة القول أن الأمية لم تعد أمية القراءة والكتابة بل صار الجهل باستخدام الكمبيوتر هو الأمية الحقيقية فى هذا العصر .
وهذا المدخل لدراسة أساسيات علوم الحاسب الآلى يلقى الضوء والشرح على عدد من الموضوعات التى تغطى الخلفية التاريخية مع شرح العلاقة بين عمل الكمبيوتر ومحاكاته لكيفية تشغيل الجسم البشرى وشرح المكونات الشيئية للكمبيوتر من معدات للإدخال ووحدات للإخراج ووحدة للمعالجة المركزية وكيفية تخزين المعلومات والبيانات.
أصل كـلمة الكمبيوتر
الكمبيوتر أو الحاسب أو الحاسوب هى عبارة عن ترجمة حرفية للكلمة الإنجليزية " كمبيوتر " computer وقد شاع إستخدام هذه الكلمة التى إشتقت من الفعل compute أى حسب أو يحسب يقول الفيروز آبادى "حسب حساباً وحسبه أى عده والمعدود محسوب وحسب محركة ومنه هذا يحسب ذا أى بعدده وقدره " وتطاق كلمة الحاسب أو الكمبيوتر على كافة الأنواع والأحجام من الحاسبات الآلية سواء كان إستعمالها للغرض الشخصى أو المنزلى أو أن يكون للإستخدام فى مؤسسة أو شركة أو أن يستخدم لأغراض بعينها فى الصناعات الهندسية والطبية والقضائية وغيرها .
تاريخ الكمبيوتر
بدايات الكمبيوتر :-
ظهر أول حاسب آلى فى بداية الأربعينات من القرن العشرين وكان يتسم بضخامة الحجم والبطء الشديد وكان يحتاج إلى مساحات واسعة وتجهيزات خاصة . وكانت إجراءات التعامل معه معقدة وتحتاج إلى متخصصين – ولكن على مدار الخمسين عام التى تلت ظهور أول كمبيوتر حدثت تطورات وطفرات تمثلت أولاً فى مرحلة الصمامات الزجاجية ثم مرحلة الترانزستور الذى تم إختراعه بواسطة معامل شركة " بل " مما أدى إلى تخفيض حجم الكمبيوتر وسعره وتكاليف صيانته وتبريده .
تطورات متلاحقة :-
كانت مرحلة المعالجات الدقيقة processor أى وحدة المعالجة المركزية التى على قطعة واحدة والتى أسستها شركة " intel " خطوة محورية فى تاريخ الكمبيوتر حيث دخلت بعد ذلك شركات كبيرة إلى حلبة السباق مثل شركة " زيلوج " & ومتورولا & وآبل & وأتارى . وفى عام 1981م. أنتجت شركة IBM أول جهاز شخصى أطلقت عليه
( جهاز الكمبيوتر الشخصى ) آى بى إم IBM P.C وشاع إستخدام هذه التسمية حتى أطلقت على كل جهاز كمبيوتر صغير .
وفى عام 1989م. أعلنت شركة INTEL عن ظهور معالجات 80486 والتى تحتوى على مليون ترانزستور قادر على تنفيذ (15) مليون عملية فى الثانية الواحدة . ثم شهد عام 1992. ميلاد معالجات من طراز بنتيوم PENTIUM أو 80586 بطرازات وسرعات أعلاها يصل إلى 1400 مليون ذبذبة فى الثانية الواحدة وقادرة على إجراء عمليات لأربعة وستين رقم ثنائى .
الكمبيوتر يحاكى الإنسان
البداية كانت ملاحظات نيومان :-
كان جون فون نيومان هو أول من قام بدراسة التركيب الوظيفى للإنسان عن ملاحظة كيفية حله للمشكلات ووجد أن الإنسان لكى يحل مشكلة معينة فإنه يقوم بتوظيفق حواسه فى جمع عناصر المشكلة ومعلوماتها ثم يلى ذلك تخزين هذه المعلومات فى الذاكرة ثم يقوم العقل بتحديد المشكلة ومن ثم إيجاد الحل المناسب من واقع خبرته التى تعلمها وينتهى الأمر باتخاذ قرار معين حيث تصدر الأوامر إلى العضلات المختلفة فى عضو من الأعضاء للتنفيذ وتقوم الأعصااب بدور الناقل فى جميع مراحل هذه العملية
كـيف يحاكى الكمبيوتر الإنسان ؟
من واقع دراسة جون فون نيومان نجد أن الإنسان ينقسم وظيفياً إلى الوحدات الأساسية التالية
وحدات الإدخال وإستقبال البيانات والمعلومات :- وتتمثل فى الحواس الخمس السمع والبصر والتذوق والشم واللمس .
وحدات لتخزين البيانات :- وتتمثل فى الذاكرة ووحدة لمعالجة البيانات وهى العقل
وحدات للإخراج وتنفيذ البيانات :- وتتمثل فى العضلات والناقلات بين الوحدات وهى الأعصاب . ولما كانت ذاكرة الإنسان عاجزة استيعاب المعلومات والبيانات التى لا نهاية لها فقد إستعان الإنسان بوسائط مساعدة ليقوم بتخزين المعلومات عليها ثم إستدعائها فى أى وقت وذلمك عن طريق أى من وحدات الإدخال الخاصة بها ولذلك فقد إخترع الكتاب المقروء والصوت المسجل والفيديو المرئى وغيرها من وسائل حفظ البيانات والمعلومات .
ولبيان كيفية تمثيل ما سبق شرحه نضرب مثالاً بعملية بسيطة كان يقوم انسان بتوجيه سؤال إلى إنسان اخر ولتكن عملية ضرب رقم × رقم فيقوم الأول بتوجيه السؤال صوطياً وتقوم وحدة الادخال عند المتلقى السؤال وهى الأذن باستقبال السؤال الذى تنقله الأعصاب إلى وحدة المعالجة المركزية وهى العقل الذى يستدعى ما يخزنه فى الذاكرة عن كيفية أجراء العمليات الحسابية قسم جدول الضرب الذى يتولى حساب النتيجة ويبث النتائج من خلال الأعصاب إلى عضلات الفم و اللسان التى تترجم النتائج إلى جواب صوتى يسمعه السائل.
إن ما لاحظه جون فون نيومان هو ما تم تطبيقه عملياً عند تصميم جهاز الكمبيوتر فوحدات الادخال تؤدى للكمبيوتر ما تؤديه الحواس الخمس للانسان ونجد أن هناك عدة أنواع من أجهزة أو وحدات الادخال مثل لوحة المفاتيح أو الفأرة أو الماسح الضوئى SCANNER والقلم الضوئى LIGHT PEN وهكذا .
ومثل الانسان تماماً يحتاج الكمبيوتر إلى ذاكرة أساسية داخلية MAIN MEMOREY ولا يمكن للجهاز أن يعمل بدونها وهى دائمة الاتصال بوحدة المعالجة المركزية والتقسيم المنطقى للذاكرة مكون من مجموعة من الحجرات تسع كل منها 8 بت والبت هو أساس العمل فى الكمبيوتر وكل 8 بت تمثل واحد بايت والواحد بايت يمثل حرف هجائى واحد أو حرف رقمى واحد
والذاكرة الأساسية المرتبطة بوحدة المعالجة المركزية محدودة فى قدرتها التخزينية لذلك فقد تم استحداث عدد من وسائل التخزين المساعدة تماماً مثل الوضع عند الانسان فنجد فى الكمبيوتر وسائل تخزين مساعدة مثل الاسطوانات المرنه Fioppydisks والاسطونات الصلبة والشرائط المغنطة Magnetic tap وكذلك الاسطوانات الضوئية
Optical disks ثم الاسطوانات الليزر بانوعها المختلفة
العقل البشرى يحاكى الكمبيوتر:-
تقوم وحدة المعالجة المركزية C.P.U بنفس الدور الذى يؤديه العقل فى الانسان وتتكون من عدد من الوحدات المساعدة ولكل منها دورة المكمل للآخر فنجد أن وحدة الحساب و المنطق أو ALU مسئولة عن عمليات الحساب وإصدار القرارات ثم وحدة التحكم PU مسئولة عن استلام الأوامر من وحدات الادخال عبر التواقل ثم تنفيذها من خلال وحدة الحساب والمنطق
العضلات ووحدات الإخراج
تقوم وحدات الإخراج فى الكمبيوتر بنفس الدور الذى تقوم به العضلات فى الإنسان ووحدات الإخراج فى الكمبيوتر متعدده وأهما الشاشة التى تشبة جهاز التليفزيون وكذلك الطابعة التى يتم طباعة النتائج من خلالها .
الأعصاب كنواقل للمعلومات
تقوم الأعصاب فى الإنسان بدور نقل الإنشارات من الحواس ( وخدات الإدخال) إلى العقل
( وحدة التشغيل ) ومن إلى العضلات ( وحدات الإخراج ونجد أن معدات الكمبيوتر سواء كانت وحدات أدخال أو إخراج كلها ترتبط بنواقل للإنشاءات والبيانات وأنواع نواقل البيانات فى الكمبيوتر 3 أنواع هى :-
(1) (1) نوع يستخدم فى نقل البياناتDATA BUS
(2) (2) نوع يستخدم فى نقل عناوين أماكن التخزين ADDRESS BUS
(3) (3) نوع يستخدم فى نقل إشارات التحكم بين أجزاء الكمبيوتر CONTROL BUS
والإشارات أو البيانات فى الكمبيوتر تنتقل فى صور أشارات كهربية عبر أسلاك موصلة للكهرباء كذلك فإن كل مكان فى الكمبيوتر يمكن أن يرسل إليه بيان أو يوخذ منه بيان يكون له عنوان تستطيع وحدة المعالجة المركزية تحديده والتخاطب مع المكان عن طريق هذا الهنوان فمثلاً الشاشة لها عنوان والطابعة لها عنوان مختلف عن عنوان الشاشة وهكذا .
الساعة الميقاتية فى الإنسان والكمبيوتر:-
جميع أجهزة ووحدات جسم الإنسان تسير وفق ساعة ميقاتية دقيقة ودقات القلب ومعدل تدقق الدم منه وإليه خير مثال على ذلك وتضبط الساعة الميقاتية فى الكمبيوتر توقيت تصرف هذه الوحدات مع البيانات التى تحصل عليها عن طريق ذبذبات كهربية تصدرها بصفة منتظمة – فمثلا أذا أرادت وحدة المعالجة المركزية الإتصال بمكان ما فلا يمكنها وضع عنوان هذا المكان على ناقل العنوان إلا عند اللحظة التى تبدأ فيها ذبذبة جديدة للساعة الميقاتية وتقاس سرعة الساعة الميقاتية فى الكمبيوتر بعد والذبذبة التى تصدرها فى الثانية الواحدة وتسمى بالهرتز HERTZ
أنواع الكمبيوترات من حيث الاستخدام :-
1- الحاسبات التطبيقية Analo Computers ويطلق عليها أيضاً الحاسبات القياسية ويقتصر أستخدامها على وظيفة معينة مثلاً تستخدم فى الأجهزة الطبية مثلاً لقياس ضغط الدم او رسم القلب أو غيرها .
2- الحاسبات الرقمية Digittal Computers وهو النوع المعروف لدينا والذى يستخدم فى حياتنا العملية العامة ويتميز بالعمومية وتنوع أغراض إستخدام وقدرته على أداء وظائف ونشاطات كثيرة فى المجالات العلمية والتجارية وغيرها من المجالات .
المكونات المادية للكمبيوتر Hard Were
1- 1- وحدة المعالجة المركزية C.P.U .
وتعتب هذه الوحده هى الوحدة الأساسية فى جهاز الحاسب الآلى وتقوم بمعالجة البيانات وإجراء العمليات الحسابية والمنطقية عليها كما تقوم بتنظيم الإتصال بين الوحدات المختلفة للحاسب وتنفذ أوامر البرمجة وتشرف على العمليات المختلفة التى يقوم بها جهاز الحاسب الآلى . وتعتبر هذه الوحدة مثل العقل البشرى فى جسم الإنسان وبدونها يكون جهاز الحاب الآلى مجرد آلة صماء غير قادرة على القيام بأى عمل مفيد على الإطلاق وتسمى هذه الوحدة الميكروبروسيسور وهى عبارة عن دائرة إلكترونية متكاملة تقوم بمعالجة البيانات وتنفيذ أوامر البرمجة التى ترسل إليها من الدوائر الإلكترونية الأخرى .
وتختلف المعالجات وتنقسم إلى أنواع وذلك حسب
*** السرعة والمقصود بالسرعة عدد ملايين الدورات فى الثانية الواحدة
( السيكل) وكلما زادت سرعة المعالج كلما أمكن تنفيذ عدد أكبر من العمليات
فى الثانية الواحدة حيث يستطيع الحاسب إجراء ملايين العمليات الحسابية
والمنطقية فى ثانية واحدة أو فى جزء من الثانية .
** القدرة على إمرار البيانات ويقصد بها طول السلسلة من الأرقام الثنائية التى تمثل البيانات والتى يقوم المعالج بالتعامل معها فى كل عملية 64،32،16،8 وكلما زاد هذا العدد زادت قدرة الجهاز على التعامل مع البيانات .
** الشركة المصنعة للمعالج ومن أشهرها شركة إنتل وآى بى إم وسيركس وآثلون وغيرها كثير .
2- 2- وحدة الذاكرة Memory
الذاكرة جزء رئيسى من الحاسب الآلى . وتتكون من مجموعة من الدوائر الإلكترونية المثبتة على لوحة نظام الحاسب [ الماذر بورد] وتقوم بمهمة الإحتفاظ بالبيانات والأوامر التى يحتاجها المعالج عند إجراء العمليات المختلفة أو إرسال هذه البيانات للمعالج عندما يطلبها كما أنها تحتفظ بالبيانات الأساسية أو المتطلبات اللازمة لتشغيل الحاسب الآلى وتنقسم إلى نوعين رئيسيين هما
(أ‌) (أ‌) ذاكرة التداول العشوائى Ram
وهى دائرة إلكترونية متكاملة تستخدم للإحتفاظ بالبيانات بشكل مؤقت أثناء تشغيل الحاسب الآلى ويتم مسح هذه البيانات بمجرد إنقطاع التيار الكهربى عن جهاز الحاسب الآلى . وكلما ذادت سعة هذه الذاكرة كلما أمكن للجهاز التعامل مع عدد أكبر من البرامج وكمية أكبر من البيانات وتقدر سعة الذاكرة عادة بالكيلو بايت ويمكن زيادة الذاكرة عن طريق إضافة دوائر أخرى منها [ شرائح] إلى الجهاز .
البايت = 8 بت = حرف هجائى واحد
الكيلو بايت = 1024 بايت
الميجا بايت = 1000 كيلو بايت
الجيجا بايت = 1000 ميجا بايت
التيرا بايت = 1000 جيجا بايت


(ب‌) (ب‌) ذاكرة القراءة فقط Rom
تقوم ذاكرة [الروم] بالإحتفاظ الدائم بالبيانات الأساسية التى يحتاج إليها
الحاسب الآلى عند كل مرة يتم تشغيله فيها ولا يتم مسح محتوياتها عند انقطاع التيار الكهربى عنها . ولا يمكن للمستخدم تعديل محتوياتها
3- 3- معابر نقل البيانات Data Bus
مجموعة من الدوائر الإلكترونية والأسلاك التى تربط بين الدوائر الإلكترونية المثبتة على لوحة النظام [ الماذر بورد] مثل الربط بين الذاكرة والمعالج وهذه المعابر يتم عن طريقها مرور الإشارات والنبضات الكهربية التى تمثل البيانات من وحدة إلى أخرى على الماذر بورد أو إلى وحدات التخزين والإخراج والإدخال بعيداً عن الماذر بورد
4 – ثقوب وبطاقات التوسعة
ينتهى معبر نقل البيانات بثقوب مستطيلة يمكن من خلالها تثبيت بطاقات جديدة لزيادة إمكانيات الجهاز .
5 –بوابات الحاسب Ports
لتوصيل لوحة النظام [ الماذر بورد] بالأجهزة الواقعة خارج الصندوق مثل لوحة المفاتيح أو شاشة العرض أو سماعات الصوت وتكون هذه الفتحات فى الجانب الخلفى من إطار صندوق الجهاز وتختلف أشكال هذه الفتحاتسب نوع التوصيل فمثلا بوابة توصيل الطابعات يطلق عليها بوابات متوازية لأنها تسمح بمرور مجموعة من النبضات الكهربية معاً على الأسلاك المرتبطة بها وبالتالى يمكن مرور 8 أرقام ثنائية معاً فى نفس الوقت = 1 بايت
وهناك بوابات أخرى يطلق عليها بوابات الإتصالات ويتم عبور البيانات بالتسلسل عليهارقم ثنائى ثم رقم ثنائى آخر وهكذاوتستخدم لربط جهاز الحاسب بأجهزة الإتصال
وهناك بوابات أخرى لربط شاشة العرض أو لوحة المفاتيح أو وحدات التخزين الخارجى
والمبدأ الذى يجمع بين كل أنواع البوابات هو إيجاد فتحة لمرور البيانات من لوحة
النظام [ المذر بورد] أو من كروت التوسعة إلى خارج صندوق جهاز الحاسب الآلى عن طريق كيبل يربط بينها وبين الأجهزة الملحقة خارج اللوحة الرئيسية .
6 – وحدات الإدخال Input Units
وتقوم هذه الوحدات بإدخال البيانات إلى وحدة المعالجة داخل الحاسب للتعامل معها وإجراء العمليات عليها . وتنقسم إلى عدة أنواع من أهمها
1- 1- لوحة المفاتيح وتعتبر وحدة الإدخال الرئيسية وسنتكلم عنها بشكل منفرد لأهميتها .
2- 2- جهاز الفارة ( الماوس ) وهو عبارة عن جهاز إلكترونى فى حجم قبضة اليد ويحتوى على جهاز تحسس ينقل اتجاه وموقع حركة اليد التى يقوم بها المستخدم إلى داخل الجهاز وقد يحتوى الماوس على زرين أو ثلاثة وعند الضغط على أحد هذه الأزرار يتم إرسال أمر معين للجهاز حيث يتم تنفيذه ويعتبر الماوس أسهل من لوحة المفاتيح وخاصة عند التعامل مع الرسوم .
3- 3- جهاز الماسح الضوئى [ Scanner ] ويستخدم عند الرغبة فى إدخال الصور إلى جهاز الحاسب الىلى وهو يشبه ىلة تصوير المستندات حيث يتم إمرار حزمة ضوئية على المستند الذى يحتوى على الصورة المطلوبة ومن خلال انعكاس الضوء يتعرف الحاسب على الأجزاءالبيضاء والمظلمة من الصورة وبالتالى تنتقل الصورة إلى داخل الجهاز . وتختلف قدرات أجهزة الماسح الضوئىفمنها أنواع تسمح بنقل ما يزيد عن 300 نقطة ضوئية / البوصة المربعة الواحدة ومنها ما يسمح بنقل 1200 نقطة ضوئية/ البوصة المربعة الواحدة مما يؤدة لزيادة الدقة فى نقل تفاصيل الصورة .
4- 4- جهاز قارئ الأعمدة [Bar Code Reader] ويستخدم لإدخال البيانات عن المنتجات التجارية التى توجد عليها أعمدة سوداء كالتى توجد على علبة البيبسى من الخلف
5- 5- جهاز القلم الضوئى Light Pen ويستخدم لإدخال الرسوم والخطوط والأشكال إلى جهاز الحاسب الآلى
6- 6- عصا التحكم بالألعاب Joy Stick وهى تشبه الفارة وتعتبر مفيدة فى التعامل مع برامج الألعاب
7- 7- شاشة اللمس Touch Screen حيث يقوم المستخدم بإدخال البيانات عن طريق اللمس للمواقع الحساسة على الشاشة
8- 8- جهاز إدخال الأصوات وهى أجهزة خاصة تحول الموجه الصوتية الصادرة عن المتكلم إلى إشارات رقمية يتعرف عليها جهاز الحاسب الآلى
7 – وحدات الإخراج Out put units
وهى تقوم بإخراج البيانات بعد معالجتها فى شكلها النهائى على هيئة معلومات يستفيد منها المستخدم وأهم وحدات الإخراج مايلى :-

(1) (1) جهاز شاشة العرض وتشبه شاشة العرض التليفزيونى مع الفرق وتعرض النصوص والبيانات والأشكال والصور والرسوم وتتنوع فيما بينها إلى ملونة وغير ملونة وتختلف من حيث دقة العرض ومن حيث المساحة


(2) (2) الطابعات وهى عدة أنواع
** طابعات نقطية Dot Matrix تعتمد على الطرق
على شريط الطباعة مثل الآلة الكاتبة
** طابعات نفاثة Ink Jet تقوم بنفث الحبر على الورق
** طابعات الليزر وتعتمد على الآشعة الليزرية التى تشبه
آلات التصوير وهى تطبع باللون الأسود فقط
وتقاس سرعة الطابعة بعدد الحروف والكلمات المطبوعة فى الدقيقة من
240 240 حرف/ دقيقة إلى 200000 حرف / دقيقة
وتتفاوت سرعة الطابعات الليزرية لطباعة من 8 صفحات على 16 صفحة فى الدقيقة الواحدة . بينما لا تزيد سرعة الطابعات النفاثة عادةً عن 4 صفحات فى الدقيقة الواحدة
كما تتفاوت الطابعات من حيث الدقة وتعتبر طابعات الليزر أكثرها دقة حيث يمكنها أن تطبع ما يزيد على 1200 نقطة من الحبر فى البوصة الواحدة ومن بعدها الطابعات النفاثة من 360 إلى 720 نقطة من الحبر فى البوصة الواحدة وأقلها دقة هى الطابعات النقطية ولا تزيد دقتها على 300 نقطة من الحبر فى البوصة الواحدة
(3) (3) أجهزة الرسم البيانى Plotter :- لطبع الرسوم والمنحنيات والمخططات وتستخدم بكثرة من قبل المهندسين والمعماريين
(4) (4) السماعات الصوتية speakers :- لسماع الأصوات الصادرة عن التطبيقات مثل برامج الإتصالات الهاتفية والفيديو



8 – وحدات التخزين الثانوية Seconary Storage Units
يتم تخزين البيانات التى لا يطلبها المعالج بشكل فورى فى وحدات التخزين الثانوى داخل صندوق الجهاز [ الهارد ديسك & الأقراص المرنة ] أو خارج الصندوق مع ربطها عن طريق بوابة مناسبة لذلك . وتعتبر ذاكرة التداول العشوائى Ram هى وحدة التخزين الأساسية فى جهاز الحاسب الآلى ويوجد عدة فروق بينها وبين وحدات التخزين الثانوية وهى
1 – الذاكرة دائرة إلكترونية ووحدات التخزين الثانوية أجهزة ميكانيكية تعتمد على تقنية كهرومغناطيسية
2 – الذاكرة تتصل مباشرة بالمعالج على الماذر بورد مما يسمح بتمرير البيانات منها إلى المعالج بشكل سريع بينما وحدات التخزين الثانوية تأخذ وقت أطول
3 – جهاز الحاسب الآلى لا يعمل بدون الذاكرة بينما يستطيع العمل بدون وحدات التخزين الثانوى
أهم وحدات التخزين الثانوى
1 – القرص المرن Floppy disk
2 – القرص الصلب Hard disk
3 – قارئ الأقراص الضوئية CdRom