بسم الله الرحمن الرحيم

الحاسب الآلي

عناصر وقدرات الحاسب الآلي

      يقوم الحاسب باستقبال ومعالجة البيانات وتحويلها إلى معلومات مفيدة وذات دلالة للمستخدم ، ويتمتع الحاسب بقدرة على استقبال وتخزين وتشغيل واسترجاع البيانات وتحويلهــا إلــى معلومات باستخدام عمليات حسابية ومنطقية من خلال برامج جاهزة يتم تركيبها أو تخزينها .

نبذة تاريخية عن الحاسب الآلي وأجياله

نبذة تاريخية :  يقصد بالحاسب الآلي ، مجموعة من الآلات تدار إلكترونياً ، وتقوم بمجموعة مترابطة من العمليات ، وذلك على ضوء البيانات التي يتم إدخالها إلى الحاسب ، وذلك لتصنيفها وتحليلها وإجراءات العمليات الحسابية عليها ، كل ذلك وفق تعليمات أو أوامر محددة بغرض الحصول على نتائج معينة تفيد في تحقيق أغراض خاصة ، ويعرف الحاسب بأنه (( جهاز الكتروني قادر على استقبال البيانات ومعالجتها وتخزينها واسترجاعها ، بناءاً على تعليمات مكتوبة بإحدى لغات البرمجة )) .   

مراحل تطور الحاسب الآلي : عام 1600 أكتشف عالم الرياضيات (جون نابير) اللوغرثمات لمعالجة العمليات الحسابية المعقدة عن طريق تطوير مجموعة من القضبان الحاسبة المصنوعة من العاج ، مهد ذلك أمام (إيميد مانهايم) بعمل المسطرة الحاسبة المنزلقة ، كان أول ظهور لحاسبة آلية لعمليات الجمع والطرح  في عام 1642م بواسطة الفرنسي (بليزبسكال) ، في عام 1670م تطور العالم الألماني ( لابنذ ) فكرة (بسكال) واختراع آله تقوم بعمليات الجمع والطرح والضرب والقسمة ، في عام 1822 صمم العالم البريطاني (شارلس بابيج) أول حاسب آلي كهربائي ، أطلق عليه أسم ماكينة التحليل ، في عام 1890م تمكن أحد علماء الإحصاء الأمريكيين (هرمان) من اختراع آله التبويب التي تستخدم البطاقات المثقبة ، في عام 1938م قام الطالب الأمريكي (شانون) بعمل أول آله حاسبة كهر بائية ، التي ساهمت كثيراً في الآلات الحاسبة الإلكترونية الحديثة ، في عام 1946م تم إنشاء أول حاسب إلكتروني بجامعة بنسلفانيا ، وأطلق عليه حاسبة الترقيم الإلكتروني Electronic Numerical and Calculator ، في عام 1948 م صنع أول جهاز حاسب في مانشستر ببريطانيا عرف باسم يونيفرسال ماشين The Universal Machine     ، أن أول حاسب علمي وتجاري ظهر في عام 1959م من إنتاج شركة (IBM) الأمريكية وكانت تلك بداية إنتاج الحاسبات الإلكترونية وتطوره إلى ما وصل إليه اليوم .   

 أجيال الحاسب الآلي التجاري 

الجيل الأول (1950 – 1958م)    كانت تتصف بضخامة الحجم وعدم المرونة ، و كانت تستخدم المكونات الكهربائية بواسطة الصمامات المفرغة وهى شبيه بمصباح الإضاءة ( لمبة ) مع اختلاف في التركيب الداخلي ، استخدم للتعبير عن الأرقام طبقا لنظام العد الثنائي ( الصفر و الواحد ) ، هذه الحواسيب تحتاج إلى تبريد هوائي مستمر، إمكانياتها محدودة حيث أنها تعالج كل برنامج على حدة وليس في وقت واحد، وهى مثال حاسب Z3 ومارك 1 ، ايناك ، ادماك ، اينساك . 

الجيل الثاني (1959 – 1965م)   تم استبدال الصمامات المفرغة بترانزيستور وقلب ممغنط لوحدة الذاكرة ، و كان يعتمد عليها لسرعتها وتعدد الاستخدامات ، كما استخدمت التخزين عن طريق الأسطوانات الممغنطة في حالة التشغيل لخط واحد ، و استخدمت الرموز في حالة البرامج ، تميزت بتطور لغات الحاسب الآلي مثل لغة COBOL ولغة FORTRAN ، وأنتجت شركة يونيفاك جهاز UNINAC II ، وفى عام 1965 أنتجت شركة IBM  ، وأكثر الأجهزة شهرة آنذاك كان IBM 1401 .

الجيل الثالث  (1965 – 1970م)    أتسم  بوجود الحاسبات الآلية ذات القدرة التشغيلية المتعددة ، واستخدام  الدوائر المتكاملة ( رقائق السيلكون بها مئات الآلاف من الترانزيستور ، طولها واحد سنتيمتر ) ، في تلك الفترة تزايد الطلب على الحاسبات الآلية الصغيرة ، كما زادت درجة الاعتماد على الحساب وزادة سرعته في إعطاء النتائج . 

الجيل الرابع  (1970 – 1980م)   تميز هذا الجيل بتقديم أحدث وأسرع الحاسبات الآلية ، كما  توفرت برامج مخصصة لإدارة قواعد البيانات ، والتي عرفت بتنظيم إدارة قواعد البيانات ، مما أدى إلى ازدياد انتشار الحاسبات الصغيرة على مستوى الأفراد ، عرفت حاسبات هذا الجيل  باسم الدوائر واسعة التكامل ، ومنها تم تصنيع المعالج الصغير، ظهر بهذا الجيل نظام التشغيل DOS  وظهور لغات برمجة عالية المستوى مثل لغة PASCAL   ولغة C  وغيرها من اللغات ، بالإضافة لظهور برنامج Windows  وظهور الشبكات .          

الجيل الخامس  (1980 – حتى الآن)   كثرة الحاسبات الآلية الصغيرة أو الشخصية ، اتسمت بنظم تدعيم القرارات وبرمجة المكاتب ، أتساع حجم الذاكرة ، وزيادة سرعة التشغيل (بليون تعليمات في الثانية) .

عناصــر الحاسب الآلي   

       من الضروري التفرقة بين مكونات الحاسب وعناصر الحاسب ، مكونات الحاسب هي المكونات المادية والبرامج والتي تعتبر من أهم عناصر الحاسب التي تشتمل على الأتي :

1. الجزء الفني / المكونات المادية (Hardware) .  

2. البرمجيات (Software) - البرامج الحاسوبية .

3. الأفراد (  Peopleware) .

4. قاعدة البيانات (Data – Base) .

5. الإجراءات (Procedures) .

        من الضروري التأكيد على أن نظم المعلومات تشتمل على أبعاد ثلاث ، هي : البعد الإداري ، والمنظمة ، والبعد التقني ، وإن الحواسيب والبرمجيات تمثل العناصر التقنية لنظام المعلومات ، وإنه من دون استثمار إمكانات الحواسيب والبرمجيات وتوجيهها نحو العنصرين الآخرين ، المتمثلين بالمنظمة والإدارة ، فإنهما ، أي الحواسيب والبرمجيات ، ستصبحان من دون فائدة .

خصائص و قدرات الحاسب الآلي

   تتمثل قدرات وإمكانات الحاسب الآلي في الآتي :

1. إجراءات العمليات الحسابية المختلفة بسرعة ودقة كالجمع  والطرح  والضرب و القسمة. 

2. القيام بالعمليات المنطقية التي تتطلب المقارنة بين عنصرين أو أكثر لتحديد درجة التساوي أو عدمه (أقل أو  أكبر ) .

3. الاختيار بين البدائل بطريقة تشابه عملية اتخاذ القرارات وفقاً للعمليات المنطقية التي يقوم بها .

4. القدرة على تخزين واسترجاع البيانات .

5. القدرة على تنفيذ برامج مختزنة بداخله .

6. القدرة على التحكم في الأخطاء وتصحيحها ، وذلك من خلال اكتشاف الخطأ أو الفشل بنفسه وتصحيحه .

7. القدرة على الإيصال من خلال وسائل الإيصال المتاحة ،وذلك من موقع لأخر ، أو بين عملية أخرى . وكذلك الإيصال بين المستخدمين عن طريق البريد الإلكتروني والفاكس وشبكة الانترنت .

8. القدرة على إجراءات عمليات تصنيف وفرز البيانات . 

9. القدرة على تشغيل البيانات وتحليلها باستخدام نماذج التحليل الإحصائية البسيطة والمعقدة ، ونماذج التنبؤ .

10. القدرة على تمثيل المعلومات وتقديمها في أشكال متنوعة وفقاً للحاجة إليها،مثل الجداول أو الرسوم البيانية أو الصور ...  

خصائص الحاسب الآلي : هناك العديد من الخصائص ، نذكر أهمها ، وهى :

1. التشغيل ذو السرعة العالية (High Speed Processing) . 2. الحساب والمنطق Arithmetic and Logic .

3. تخزين ومعالجة كميات كبيرة من البيانات واسترجاعها بسهولة وسرعة . 

4. الدقة في المعالجة .

5. الاستمرار في أداء العمل ( آلية العمل ) .

6. صغر الحجم وإتخفاض التكاليف .

7. الاتصال .

8. معدلات الإنتاجية العالية .  

         من جانب أخر فإن للحاسب الآلي قيود أساسية يجب معرفتها ، وتتمثل تلك القيود في الآتي :

1.  يجب إخباره بما يجب عمله مثال : متي يبدأ ، متي يتوقف ... فهو ينفذ ويعمل وفقاً لتعليمات المستخدم .  

2.   الفشل في تصحيح التعليمات الخطأ ، أي الحاسب يفعل بالضبط التعليمات التي تصدر له أياً كانت ، فإن كانت خاطئة فإنه سيقوم بتنفيذها ولا يمكن تصحيحها.

3.   التعرض إلى الفيروس ، في حالة عدم وجود برامج خاصة مضادة للفيروسات التي قد يتعرض لها الحاسب ، إن ذلك يعنى تعرض البيانات والمعلومات المخزنة مما يعطل بعضها أو جميعها .

الجـزء الفني للحاسب / المكونات المادية

  1. وحدة التشغيل المركزية (CPU) Central Processing Unit . 2. وحدة التخزين ( الذاكرة – Memory  ) .

   أ. التخزين الرئيسي Primary Storage .

  ب. التخزين الثانوي Secondary Storage .

3. وسائل المدخلات Inputs Devices   .

4. وسائل المخرجات  Outputs Devices .

5. وسائل الإيصال  Communication Devices .

 أساسيات تمثيل البيانات بالحاسب

          يتم تمثيل البيانات (حروف ، أرقام ، صور ، رسوم بيانية ، رموز خاصة) في الحاسب باستخدام خط أو صف من الأرقام الأقل من عشرة ذات الطبيعة الثنائية ، ويتم تمثيل تلك البيانات باستخدام الصفر والواحد أو ما يعرف باسم البت (Bit) / خوينه ، إن الرقم واحد يعني الحضور أو التواجد للإشارة الإلكترونية والصفر يشير إلى غيابها ، ويتعامل الحاسب مع البيانات (رموز ـ صور ، أحرف ... ) يتم تحويلها إلى خط من الأرقام الثنائية تحت العشر ، والرقم الثنائي الأقل من العشرة يطلق عليه البت (Bit) ، ويتم تمثيله على هيئة صفر أو واحد ، ويعتبر أصغر وحدة في بيانات نظام الحاسب . أن وجود الإشارة الإلكترونية تعني واحد ، بينما غيابها يعني صفر ، والبايت (Byte) هو مجموع أرقام ثنائية بت (Bit) متجاورة يعتبرها الحاسب وحدة واحدة وتضم ثمانية (Bit) ، إن البايت (Byte) / خانه = 8 بت (Bit)  / خوينه ، والكيلو بايت (Kilo byte) = 1000 (Bytes) ، أي 1024 وحدة تخزين ، والميجا بايت (Mega byte) = مليون (Bytes) ، والجيجا بايت (Giga byte) = بليون (Bytes) ، والتيرا بايت (Tera byte) = ترليون (Bytes) .  

المكونات الرئيسية للحاسب 

1. وحدة التشغيل المركزية (CPU)   Central Processing Unitالمعالج   Processor   كما ذكر سايقاً ، فإن وحدة التشغيل المركزية تتم فيها معالجة الأرقام والحروف والرموز والصور ... ، وتقوم بمهمة التنسيق بين الأجزاء الأخرى لنظام الحاسب والرقابة عليها وتتكون من ثلاثة وحدات هي : وحدة العمليات الحسابية والمنطقية ، وحدة الرقابة والتحكم ووحدة المناولة أو السجل .

 2. التخزين الرئيسي Primary Storage يتمثل في الذاكرة الداخلية لنظام الحاسب ، وتقوم بثلاثة وظائف هي :  تخزين كل أو جزء من البرنامج الذي تتم تنفيذه ، تخزين برامج نظام التشغيل التي تدير عملية التشغيل في نظام الحاسب ، والاحتفاظ بالبيانات التي تستخدم بواسطة البرنامج .

وتشمل مكونات التخزين الرئيسي / الذاكرة الداخلية الآتي : 

    أ. ذاكرة التداول العشوائيRandom Access Memory (RAM)   .

   ب. ذاكرة القراءة Read Only Memory (ROM)  .

   ج.  ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة (PROM)   Programmed Read Only Memory .

د.  ذاكرة القراءة فقط القابلة للبرمجة والمسح (EPROM) Erasable Programmed Read only Memory .

3. التخزين الثانوي أو الإضافي Secondary Storage .   تتمثل أنواع ووسائل التخزين الثانوي أو الخارجي في الأتي : القرص الصلب Hard-disk ، الأقراص المرنة Floppy ، الاسطوانات    Compact Disk ( CD ) ، الشرائط الممغنطة ، الفلاش USB ، يعتبر أقل سرعة مقارنة بالتخزين الرئيسي .

4. وسائل الإدخال (المدخلات) Input Derives . وتتمثل في لوحة المفاتيح  Key board ، يد التحكم والحركة والتشغيل (الفارة)Computer Mouse ، بديل للماوس ( مزيد من التحكم والحركة ) Tracker  Ball   ، جهاز يوضع على سطح المكتب ، يعمل بالضغط مع قلم خاص ( الرسامين ) Touch Pad، عصا الألعاب Touch Screens ، أدوات التعرف على الحروف مرئياً            Optical character Recognition  ، الكاميرا الرقمية   Digital Cameras، أدوات التعرف على الحروف ذات الحبر الممغنط  Magnetic character Recognition  ، أدوات المسح الرقمية Digital Scanners  ،  نظم التعرف على الصوت Voice Recognition System  .

5. أدوات المخرجات Output Devices . وتتمثل في شاشة العرض Monitor ، أجهزة الطباعة والرسم البيانيPrinters and Plotters   ، وسائل مخرجات أخرى أدوات المخرجات الصوتية ، أصوات مبرمجة بالحاسب على رقم الهاتف ، الفيديو بروجكتر Computer Presentation Projection Devices   .

6. وسائل الاتصال Communication Devices . وهى تساعد المستخدمين المتباعدين على الاتصال إلكترونياً ، كما تساعد على نقل النصوص المكتوبة والصور والرسوم البيانية والصوت والفيديو  .

أنواع الحاسب الآلي

   أنواع الحاسبات 

التصنيف من حيث الحجم والطاقة التخزينية :

1.الحاسبات العملاقة  Super Computer   تتمتع بسرعة تشغيل عالية جداً (تشغيل أكثر من بليون أوامر في الثانية) ، وكذلك بذاكرة كبيرة جداً ، وتتصف بخاصيتين أساسيتين هما : القدرة على تشغيل التعليمات / الأوامر على التوازي ، والقدرة على تصحيح الخطأ أو الفشل ذاتياً 0

 2. الحسابات كبيرة الحجم الرئيسية   Mainframes   هي حاسبات كبيرة الحجم ومركزية وتستخدم لأغراض عامة وتتمتع بذاكرة كبيرة وقدرة تشغيل ممتازة ، ولكنها أقل بالمقارنة بالحاسبات العملاقة ، و تستخدم لأغراض التطبيقات التي تتطلب عمليات حسابية مبرمجة بكثافة ، لذا فهي مناسبة للأتي : تشغيل المعاملات والتطبيقات المالية ، التحليل الاستثماري ، التنبؤ بالطقس ، الحجز في شركات  الطيران ، المعاملات البحثية في الجامعات ، كما تمتاز بإمكانية الاستخدام لأكثر من فرد في نفس الوقت .

3. الحاسبات الصغيرة Mini Computers  يطلق عليها كذلك الحاسبات ذات المدى المتوسط ، ويعتبر نسخه مصغرة من الحاسبات الكبيرة الرئيسية ، كما أنها تقوم بعمليات محدودة ، تمتاز بالقوة حيث تقوم بأداء حجم كبير من العمليات التشغيلية لمعالجة حجم كبير من البيانات ، يعاب عليها البطء وقلة حج الذاكرة ، مقارنة بالحاسبات الكبيرة أو المركزية .

4. محطات العمل Work Station   تقع من حيث التصنيف ما بين الحاسبات الصغيرة والحاسبات الشخصية . يمكن أن تستخدم بواسطة الأفراد أو الجماعات ، وتمتاز بالسرعة وأكثر تعقيداً من الحسابات الشخصية ، كما أنها تمتلك أدوات منتجة عديدة تساعد على زيادة كفاءتها ، وهى تعتبر بديل جيد وممتاز للحاسبات الشخصية بالنسبة للمهندسين ، المصممين مخرجي السينما ، المعماريين .

 5. الحاسبات الشبكية Network Computers    تتصف بان ليس لديها طاقة تخزينيه ، ويمكنها أن تتصل أو تدخل على البيانات بمختلف أنواعها ، وكذلك على البرامج التي تحتاج إليها ، وذلك من خلال شبكة معينة ، وهي نموذج مبسط للحاسبات الشخصية ، وتستخدم كبديل لها عندما تكون الحاسبات الشخصية مرتفعة التكاليف في التشغيل والصيانة ، تستخدم في شبكة المنظمة أو الإنترنت .

 6. الحسابات الدقيقة أو الشخصية Micro computer or Personal Computers   يعتبر من أعظم الاختراعات التقنية في القرن العشرين وثورة في تقنية الحاسبات ، ويتميز بالسرعة وصغر الحجم والتكلفة المنخفضة ، هذا النوع من الحواسيب أصبح أكثر إنتشاراً ، حيث أنه يمتلك ذاكرة وسرعة تشغيل قد تماثل الحاسبات الكبيرة ، فهو ذو استخدام واسع لمختلف الاحتياجات والتخصصات للموظف ، الباحث ، متخذ القرار ، مجالات الكتابة ، تحليل البيانات ، تشغيل البرامج الجاهزة ، الرسوم البيانية ، الخرائط ، الدخول على شبكة الإنترنت ، إرسال واستقبال الفاكس ، أو البريد الإلكتروني ، سماع ومشاهدة الموسيقى والأفلام ، إجراء المحادثات الشخصية ...   

7. الحاسبات المتحركة Mobile Computers   هي الحاسبات خفيفة ومتنقلة مثل :  الحاسبات صغيرة الحجم المعروفة باسم Laptops ، والحاسبات التي على شكل مذكرة Note Books ، وحاسبات اليد Handheld Computers ، والحاسبات التي تعتمد على القلم  Pen-based Computer .  

 التصنيف من حيث نوع العمليات الحسابية :

1. الحاسبات القياسية (التناظرية) Analog Computers   تعتمد عملياتها الحسابية على القياس وليس العد ، وتستخدم بصفة أساسية لتشغيل البيانات عن الظواهر الطبيعية  .

2. الحاسبات الرقمية Digital Computers    تقوم بتنفيذ العمليات الحسابية والمقارنات عن طريق تمثيل الأعداد والكميات بطرقة رقمية ، تعتمد فكرة عملها على استخدام العدادات لإجراء العمليات الحسابية ، وتمتاز الحاسبات الرقمية بالدقة الفائقة في الحسابات مقارنة بالحاسبات القياسية ، و المرونة في الاستخدام وحل المشاكل المتنوعة .  3

. الحاسبات المختلطة (المهجنة) Hybrid Computers    تجمع بين خصائص الحاسبات الرقمية والحاسبات القياسية ، وتقوم بقياس ودراسة الظواهر الطبيعية وإجراء العمليات الحسابية الرقمية ، وستخدم في أبحاث الفضاء وخاصة في توجيه سفن الفضاء .

 التصنيف من حيث الغرض من الاستخدام :

 1. الحاسبات ذات الأغراض العامة General Purpose Computers   يتم تصميمها لمعالجة مجموعة كبيرة متنوعة من البيانات والتطبيقات ، تستخدم في مختلف المجالات (الهندسة ، العمليات البحثية ، التجارة ، إدارة الأعمال )  .

 2. الحاسبات ذات الأغراض الخاصة  Special - Purpose computers   يتم تصميمها خصيصاً لتشغيل أحد التطبيقات ، لذا تقوم بتنفيذ مجموعة محددة من الوظائف ، مثال : توجيه وقيادة الطائرات ، توجيه مسار الأقمار الصناعية ، حجز تذاكر الطائرات ، هذه الحاسبات لا تستخدم إلا للأغراض التي صممت من أجلها .