مقدمه فى الحاسب الألى

الفصل الأول
مقدمة :
علم الكمبيوتر هو العلم الذي يحتاج أن ينال منه كل شخص نصيباً ما كي يصبح مؤهلاً للانضمام إلى المجتمع الحديث الذي يمتاز بالتكنولوجيا والتطور والإبداع .

تعريف الحاسب الآلي ( computer ) :
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.
مميزات الحاسب الآلي :
1 – السرعة الهائلة في معالجة البيانات
2 – القدرة التخزينية العالية للبيانات
3 – الدقة في معالجة البيانات
4 – تعدد الاستخدامات

مثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات : Electronic Data Processing triangle

علم الكمبيوتر مثله مثل معظم العلوم التي نعرفها هو علم ذو ثلاث محاور كالآتي :
1 – الإنسان .
2 – المعدات والأجهزة المكونة للحاسوب نفسه .
3 – البرامج المستخدمة للاستفادة من الكمبيوتر.
يطلق على الإنسان في علم الكمبيوتر مصطلح ( العنصر البشري ) أو People ware و العنصر البشري يقصد به أي شخص مهتم بهذا العلم سواء كان مستخدماً للحاسوب أو مستفيداً منه أو كان أحد مصنعيه أو مطوريه وغيرها ممن يعملون في هذا المجال .
أيضاً تسمى المعدات والأجهزة المكونة للحاسوب بمصطلح ( الكيان المادي ) أو Hardware وهي عبارة عن كافة الأجهزة المستخدمة في مجال الكمبيوتر بدون استثناء وبالطبع فإن هذه الأجهزة في زيادة مستمرة وفي تطور مستمر وسميت بالكيان المادي لأنها أجهزة ملموسة أي مادية محسوسة .
كما يطلق على البرامج التي تستخدم من خلال الكمبيوتر المصطلح ( الكيان المعنوي ) أو Software وهي عبارة عن برامج معينة تخزن أو توضع في وسائل تخزين خاصة كي يمكن استخدامها من قبل الكمبيوتر نفسه ولأن هذه البرامج هي عبارة عن شفرات خاصة يفهمها الكمبيوتر وليس شيئا محسوساً فقد سميت بالكيان المعنوي .
من العناصر الثلاثة السابقة نشأ ما يسمى بمثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات وفيما يلي سنتناول هذا المثلث بشيء من الشرح والتوضيح .

هذه الأضلع وكما هو واضح هي عناصر علم الكمبيوتر ومن ذلك يمكن أن نطلق عليه اسم مثلث علم الكمبيوتر على اعتبار أن علم الكمبيوتر مكون من ثلاث عناصر هي بالطبع أضلع هذا المثلث ولكن ما يحتاج إلى تفسير هو سبب تسمية هذا المثلث بمثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات والسبب في ذلك سيتضح في الفقرة التالية :
كي يمكننا فهم سبب هذه التسمية يجب أولاً تناول كل كلمة منها على حدا وتعريفها :


المعالجة :
المعالجة بصفة عامة هي تحويل شيء ما من صورته الطبيعية إلى صورة أخرى تعبر عن نتيجة ما يمكن الاستفادة منها فمعالجة الحديد الخام يمكن أن تعطينا أشكال عديدة من معدات حديدية ومعالجة ثمار التفاح قد تعطينا عصير تفاح ومعالجة بعض الأرقام قد تعطينا إجمالي المصروفات أو الربح وهكذا . أي أن عملية المعالجة هي تحويل أي شيء من شكله الخام إلى شكل جديد يستفاد منه في حياتنا بشكل عام .
المعالجة الإلكترونية :
المعالجة الإلكترونية هي معالجة ليست يدوية كما أنها ليست ميكانيكية ولا حرارية ، أي أن المعالجة الإلكترونية بكل بساطة هي عبارة عن معالجة بواسطة أجهزة إلكترونية وهذه الأجهزة يقصد بها الكمبيوتر لأنه مكون من عدة أجهزة تعمل كلها بواسطة شرائح إلكترونية وهذه الشرائح الإلكترونية هي المتحكم في كل عمليات المعالجة وبالتالي فهي معالجة إلكترونية .
البيانات :
يتبادر إلى الذهن عادة أن البيانات هي عبارة عن الأرقام أو الحروف الأبجدية التي نعرفها مشكلة بطريقة ما للتعبير عن بيانات شخص أو مبنى أو مدينة .. الخ ، وفي الواقع أن هذا التصور هو جزء من الحقيقة أو جزء من الصواب فالبيانات في الواقع هي عبارة عن أي شيء يمكن التعبير عنه بشكل عام فصوت الإنسان بيانات و ضغط دمه بيانات و قوة الرياح بيانات و كثافة الضباب بيانات و الألحان الموسيقية بيانات و الضحك بيانات والكذب بيانات .. الخ.

المعالجة الإلكترونية للبيانات :
عرفنا أن البيانات هي ( أي شيء يمكن التعبير عنه ) ومن هذا التعريف يمكن القول أن نطلق على مثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات اسم ( مثلث المعالجة الإلكترونية لأي شيء يمكن التعبير عنه ) و من هذه التسمية يمكننا استنتاج حقيقة وقاعدة هامة جداً تتعلق بالكمبيوتر وهي أنه جهاز إلكتروني يمكنه معالجة أي شيء يمكن التعبير عنه، فأن يكون لدى الإنسان جهاز إلكتروني يمكنه معالجة أي شيء يمكن التعبير عنه فإن ذلك يعني أن هذا الجهاز لن يتوقف عند حد ، فجملة ( أي شيء يمكن التعبير عنه ) جملة مطلقة وليست مقيدة لكن السؤال الآن هو : كيف يمكن للحاسوب أن يقوم بذلك ؟
الإجابة عن هذا السؤال سنعرفها عند دراستنا لفكرة عمل الكمبيوتر وكيفية تعامله مع البيانات بشكل عام وما هي الشروط التي يشترطها الكمبيوتر كي يقوم بذلك . ولكن الآن دعنا نجيب على سؤال آخر قد يكون بنفس الأهمية وهو : لماذا سمي مثلث علم الكمبيوتر بمثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات ؟
وللإجابة على هذا السؤال يجب أن نذكر بأن أي جهاز قام بصنعه الإنسان كان الهدف منه هو معالجة شيء ما فمثلاً السكين صنع لمعالجة بعض المواد بتقطيعها وتحويلها من شكلها الخام إلى قطع أصغر منها و جهاز قياس ضغط الإنسان هو جهاز صنع كي يقوم بتحديد ضغط الدم لهذا الإنسان و جهاز الراديو صنع كي يقوم باستقبال موجات مرسلة في الجو ويقوم بمعالجتها كي يمكننا سماع المحطة المطلوبة وهكذا .
من هذا يمكننا القول بأن الكمبيوتر هو جهاز إلكتروني صنع كي يقوم بمعالجة أي شيء يمكن التعبير عنه . فهو جهاز يقوم بالمعالجة الإلكترونية للبيانات وبالتالي جاءت التسمية ( مثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات ) .
يتلخص ذلك في أن علم الكمبيوتر هو علم يدرس قيام جهاز إلكتروني بمعالجة البيانات ( أي شيء يمكن التعبير عنه ) معالجة إلكترونية ويتكون هذا العلم من ثلاثة محاور هي :
1 – العنصر البشري People ware.
2 - الكيان المادي Hardware .
3 - الكيان المعنوي Software .
ويرمز إلى هذه المحاور الثلاثة بمثلث يسمى مثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات .
الآن سنلقي الضوء على الكيفية التي تتم بها عمليات المعالجة الإلكترونية للبيانات ن خلال دراسة فكرة عمل الكمبيوتر.

فكرة عمل الكمبيوتر:
تتلخص فكرة عمل الكمبيوتر في كونه جهاز لديه القدرة على المعالجة وذلك من خلال أحد الشرائح الإلكترونية التي حاول صانعيها أن يقلدوا فيها عمل الدماغ البشري وكيفية معالجته لأمور الدنيا بشكل عام ومن هنا يمكن إثبات أن الكمبيوتر له القدرة على معالجة أي شيء .
كون الكمبيوتر لديه هذه القدرة على معالجة الأشياء فإن هذا بالطبع لا يكفي فهو يضل قاصراً على القيام بأي شيء دون أن يتم تلقينه بطريقة المعالجة ، أي أن الكمبيوتري عجز عن إتمام عملية جمع رقمين طالما لم نقوم نحن بتزويده بخطوات عملية الجمع . فهو جهاز يمكنه أن يقوم بأي عمل بشرط أن نقوم نحن بتعليمه كيف يقوم بهذا العمل وهذا يقودنا إلى سؤال آخر وهو كيف نقوم بتعليم الكمبيوتر كيفية معالجة مسألة ما ؟ والإجابة عن هذا السؤال هي أن العنصر البشري العامل في مجال الكمبيوتر والمتخصصون في علم البرمجة هم الذي يكتبون للحاسوب خطوات حل مسألة ما أو طريقة معالجة عملية معينة وذلك من خلال برامج يقوم بقراءتها الكمبيوتر وتطبيق ما كتب فيها بإتقان . من ذلك يمكننا أن نقول أن الكمبيوتري مكنه القيام بالمعالجة ولكن بشرط وجود خطوات المعالجة أي وجود برنامج المعالجة وهذا البرنامج هو عبارة عن خطوات متسلسلة كتبت بأسلوب يفهمه الكمبيوتر و زود بها الكمبيوتر بطريقة ما كي يقوم بتطبيقها كلما دعت الحاجة .أي أنه يجب تزويد الكمبيوتر بالبرامج كي يمكنه القيام بالمعالجة وهذا يؤكد الحقيقة التي سبق وأن تناولناها وهي أن علم الكمبيوتر عبارة عن ثلاثة أضلع يجب أن تلتقي حتى تكون مثلث المعالجة الإلكترونية للبيانات ، حيث تمثل البرامج أحد أضلع هذا المثلث وقد أشرنا إليه بالكيان المعنوي Software . والرسم التالي يوضح فكرة عمل الكمبيوتر أكثر :

أنواع الحاسبات الآلية :
الحاسبات الآلية منذ أن ظهرت على حيز الوجود وحتى الآن مرت بالعديد من المراحل و التطورات التي أنتجت لنا العديد من أنواع الحاسبات الآلية وقد قام العلماء في هذا المجال بتصنيف الحاسبات الآلية بعدة طرق فمنها من صنفها حسب الحجم والإمكانيات و منهم من صنفها حسب طريقة عملها ومنهم من صنفها حسب الغرض المصنوعة من أجله وفيما يلي سنتناول أهم هذه التصنيفات وهو التصنيف حسب حجم الحاسبات الآلية و إمكانياتها وقدراتها في المعالجة :
1 – الحاسب الآلي الممتاز Super Computer :
هذا الحاسب الآلي هو حاسب آلي عملاق ذو إمكانيات هائلة جداً يستخدم لمعالجة كم هائل جداً من البيانات وله القدرة على تخزين كم هائل جداً من البيانات و المعلومات والبرامج وهو لا يصلح للاستخدام الشخصي أو على مستوى مؤسسة محدودة إنما يستخدم على نطاق دولي حيث يمكنه ربط شبكة حاسبات آلية كبيرة جداً على نطاق واسع جداً حيث تتدفق إليه البيانات من عدد كبير جداً من الحاسبات الآلية ليقوم بمعالجتها و الحصول على نتائج المعالجة وتخزين ما يلزم منها كي تصبح جاهزة لأي حاسب آلي أخر مرتبط معه ويحتاج الحصول على هذه المعلومات.
2 – الحاسب الآلي الكبير Mainframe :
ويسمى الحاسب الآلي المركزي حيث يستخدم لربط شبكة من الحاسبات الآلية على نطاق واسع قد يكون على مستوى مدينة كاملة أو شركة كبيرة وبه إمكانيات هائلة إلا أنها لا تصل إلى مستوى إمكانيات الحاسب الآلي الممتاز.
3 – الحاسب الآلي المتوسط Minicomputer :
هو حاسب آلي ذو إمكانيات تؤهله لخدمة شبكة من الحاسبات الآلية على نطاق مؤسسة أو شركة صغيرة حيث يقوم بمعالجة بيانات هذه المؤسسة وتخزينها و تلبية احتياجات الحاسبات الآلية المرتبطة به داخل هذه المؤسسة .
4 – الحاسب الآلي الصغير Microcomputer :
الحاسبات الآلية الصغير لها عدة أشكال هي :
أ – الكمبيوتر الشخصي Personal Computer :
أشهرها على الإطلاق وهو الكمبيوتر الذي
نتعامل معه الآن بشكل واسع وهو ينتشر بشكل كبير جداً وذلك لرخص سعره أولاً ولكونه في تطور مستمر و يعتبر ذو إمكانيات هائلة جداً على النطاق الشخصي.
ب – الكمبيوتر المحمول Portable Computer :
يطلق على الكمبيوتر المحمول اسم Lab Top
هو يشبه إلى حد كبير الكمبيوتر الشخصي
إلا أنه صغير الحجم يمكن حمله كحقيبة مستندات
ويزود ببطارية يمكن شحنها كي يمكن استخدامه
في أي مكان وفي أي وقت وهو يناسب هؤلاء الذين يتنقلون باستمرار وتتطلب طبيعة عملهم السفر من مكان لآخر ، كرجال الأعمال والصحفيين وغيرهم .
جـ- الكمبيوتر المنزلي Home Computer :
هو حاسوب يستخدم على نطاق المنزل حيث يستخدمه الأطفال للتعود على الكمبيوتر والاستفادة منه في جوانب خاصة بهم مثل التعليم والترفيه وهو بالطبع أقل إمكانيات من الكمبيوتر الشخصي.
ملاحظات :
• تطور الكمبيوتر الشخصي بشكل كبير و تطور البرمجيات الخاصة به أدت إلى عدم الاهتمام بالأنواع الأخرى من الحواسيب لدرجة يمكن القول أن معظم تلك الأنواع من الحواسيب أوشكت على الانقراض ، هذا إن لم تنقرض بعد حيث ينصب الاهتمام فعلياً على الكمبيوتر الشخصي و أيضاً الكمبيوتر المحمول ولم نعد نسمع بالكمبيوتر المركزي أو المتوسط ولا حتى الممتاز أو المنزلي فقد حل محلها الكمبيوتر الشخصي بعد أن وصل إلى موصفات تضاهي في الإمكانيات كل أنواع الحواسيب المستخدمة في العالم .
• تم الاتفاق على أن يسمى الكومبيوتر Computer بالكمبيوتر وهذه الكلمة هي كلمة حديثة في اللغة العربية حيث يسمى الكومبيوتر في بعض الكتب العربية بالحاسب الآلي وكلا الاسمين صحيح .
يتكون نظام الحاسب من :
(1) الأجهزة ( Hardware ) وهى المكونات المادية التي يتكون منها الحاسب.
(2) البرامج ( Software ) وهى مجموعة التعليمات والأوامر التي تستخدم للحصول على النتائج المطلوبة من الحاسب.

الكيان المادي للحاسب الآلي (Hardware )
هو المكونات التي يتكون منها الكمبيوتر الشخصي و هي عبارة عن مجموعة من المعدات و الأجهزة تكون معاً الكمبيوتر الشخصي ويمكن تقسيم هذه المكونات إلى أربعة مجموعات كالآتي :
1 – وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit .
2 – وحدات إدخال Input Units .
3 – وحدات إخراج Output Units .
4 - وحدات تخزين Storage Units .

أولاً : وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit :
وحدة المعالجة المركزية CPU هي بمثابة دماغ الكمبيوتر الذي يمكنه من إجراء كافة الأعمال التي تطلب منه ولولاها لأصبح الكمبيوتر بدون فائدة أو بالأحرى لم يكن هناك شئ أسمه حاسوب ، فوحدة المعالجة المركزية تقوم بكافة عمليات المعالجة التي يوكل إلى الكمبيوتر إنجازها .وكما ذكرنا سابقاً أن الكمبيوتر قادر على معالجة أي شيء حيث يستمد هذه الميزة من وحدة المعالجة المركزية التي يعتمد عليها الكمبيوتر بشكل أساسي وتنقسم وحدة المعالجة المركزية إلى ثلاثة وحدات فرعية هي :

1 – وحدة الحساب والمنطق Arithmetic and Logic Unit :
هذه الوحدة الداخلية الخاصة بوحدة المعالجة المركزية مسئولة عن إجراء كافة العمليات الحسابية والمنطقية داخل الكمبيوتر حيث تقوم بعمليات الجمع والطرح والقسمة والضرب كما تقوم بمقارنة الكميات لمعرفة نتيجة المقارنات المنطقية وهي : ( أكبر من و أصغر من و يساوي ولا يساوي ) ومشتقات هذه المقارنات وبما أن كافة عمليات المعالجة تنحصر في نوعين من العمليات فإما أن تكون حسابية أو أن تكون منطقية أو كليهما معاً فإن هذه وحدة الحساب والمنطق ALU قادرة على معالجة أي مسألة يطلب منها معالجتها .
2 – وحدة التحكم Control Unit :
هي وحدة خاصة بالتحكم في عمليات المعالجة من ناحية التوقيت المناسب و الترتيب المناسب فهي تعمل على تنظيم عمليات المعالجة وفقاً للبرنامج المستخدم وذلك لضمان نجاح عملية المعالجة بكفاءة وسرعة .

3 – الذاكرة الرئيسية Main Memory :
وتسمى أيضاً الذاكرة الداخلية Internal Memory لأنها إحدى مكونات وحدة المعالجة المركزية وهي تعبر عن ذاكرة الكمبيوتر الخاصة لأنها تعتبر ذاكرة المعالجة وهي تنقسم إلى قسمين :
ا – ذاكرة RAM :
تعني ذاكرة التبادل العشوائي Random Access Memory وهي عبارة مساحة عمل فارغة توضع فيها (تحمل بها) البيانات والبرامج المراد معالجتها ولولاها لما أمكن للمعالج الدقيق أن يستقبل أي بيانات أو أن يتم العمل على أي برنامج لأن كل حرف يتم إدخاله إلى الكمبيوتر أو أي برنامج يتم تشغيله يجب أن يكون في مكان متاح للمعالج كي يستطيع الوصول إليه بسرعة وسهولة وهذا المكان هو ذاكرة RAM .
لكون ذاكرة RAM تستقبل البيانات والبرامج المختلفة بشكل مستمر حتى يمكن للمعالج العمل عليها فإنه يجب أن تكون قابلة للمسح والكتابة من جديد ولهذا فهي ذاكرة متطايرة أي مؤقتة وتفقد ما عليها من بيانات باستبدال البيانات التي لا حاجة للمعالج بها ببيانات أخرى جديدة تحتاجها عمليات المعالجة مع ملاحظة أنها تستوعب بيانات و برامج بالقدر الذي تتيحه سعتها وبالطبع كلما زادت سعة هذه الذاكرة كلما كان للمعالج فرصة أكبر في التعامل مع بيانات وبرامج أكثر وتفقد ذاكرة RAM كل ما عليها بمجرد إطفاء الجهاز أو انقطاع التيار الكهربائي عنه لأن البيانات التي عليها تتمثل على هيئة شحنات كهربائية داخل دوائر متكاملة ICs وبالطبع تتلاشى هذه الشحنات بعد انقطاع التيار عنها .
ب – ذاكرة ROM :