مفهوم الحاسوب| كيف تفهم مبدأ عمل الحاسوب من الصفر, خطوة بخطوة

مقدمة

اذا كنت تعتقد بأن فهم الحاسوب هو امر صعب ومعقد للغاية واستسلمت لهذا الامر. فأنا هنا لاقول لك بأنك مخطئ تماما وان فهم مبدأ عمل الحاسوب في غاية السهولة. عملية فهم الحاسوب ومبدأ عمل الحاسوب تبدو صعبة لأننا لا نبدأ من البداية. بل ننظر لهذه الآلة المعجزة التي امامنا بهذا التصميم الرائع والبرمجيات الكثيرة على الواجهة. ونغفل تماما ما يوجد وراء هذه المظاهر، وهو الجوهر.

لكي نفهم  مبدأ عمل الحاسوب برمته سوف نجرده من كل شئ نراه مامنا. سنجرده من شاشة العرض ولوحة المفاتيح والبرامج وحتى نظام التشغيل، وننظر لاساس الحاسوب وكيف بدأ للوهلة الاولى. ومما تكون اول جهاز حاسوب، بعد ان نفهم كل ذلك سوف نعيد تركيب باقي المكونات ونجعله كما هو الآن . حيث ينتهي بنا الامر بفهم مبدأ عمل الحاسوب من الصفر, خطوة بخطوة.

لن اكذب عليك واقول لك بانك سوف تفهم الحاسوب من خلال هذه المقالة. ولكن ستكون هناك مقالات اخرى، في نهاية كل مقالة سوف تجد رابط يؤدي الى المقالة التالية. وفي كل مقالة سوف نناقش نقطة معينة في الحاسوب. كل ماعليك هو ان تكون صبورا في القراءة  وتركز قليلا ولا تتخطي اي مقالة او فقرة حتي تفهمها تمام. لانها سوف تكون مرتبطة بما قبلها وما بعدها. ولا تتهاون في ان تتواصل معنا  من خلال صفحة اتصل بنا او مواقع التواصل الاجتماعي اذا وجدت صعوبة في فهم بعض النقاط.

تشبيه بسيط

هل تعرف  زجاجة الترمس او الصبارة “التي اذا وضعت فيها  شئ  ساخنًا تبقيه ساخنا،واذا وضعت فيها شئ  باردا تبقيه باردًا”. هل فكرت يوما، مندهشًا من هذا الاختراع القادر على اتخاذ قرار بشأن التبريد او التسخين اعتمادًا على نوع الطعام الذي تضعه فيه.

اذا نظرت إلى ما يمكن أن تفعله زجاجة الترمس هذه، سوف تقول أنها لا بد أن تكون قادرة على استشعار شيء ما حول محتوياتها. ثم إجراء عملية تسخين أو تبريد وفقًا لذلك. ربما تعتقد أنه يجب أن تحتوي على سخان وثلاجة في نفس الوقت. ولكن المبدأ الأبسط الذي يعمل عليه الترمس فعليًا بسيط. وهو أن الحرارة تحاول دائمًا الانتقال من منطقة أكثر سخونة إلى منطقة أكثر برودة.

وكل ما يفعله الترمس هو إبطاء هذه الحركة. تم تصميمه وصناعته لابطاء حركة الحرارة  مع المحتويات الباردة، تتباطأ الحرارة الخارجية عند دخولها، ومع المحتويات الساخنة، تتباطأ الحرارة عند خروجها.

لا تحتاج الزجاجة إلى “معرفة” حتى تتمكن من أداء مهمتها، ولا تقوم بتسخين أو تبريد أي شيء. وفي النهاية، تنتهي المحتويات، سواء كانت ساخنة أو باردة، في درجة حرارة الغرفة داخل الترمس. ولكن مفهومنا   لكيفية عمل الزجاجة كان أكثر تعقيدًا بكثير من الحقيقة.

مبدأ عمل الحاسوب

وهو نفس الشئ عندما يتعلق الأمر بأجهزة الحاسوب. ينظر الناس إليها، ويرون ما يمكن للحاسوب فعله، ويتخيلون كل أنواع الأشياء التي يجب أن تكون موجودة في هذه الآلات. أو يتخيلون جميع أنواع المبادئ التي يجب أن يرتكزوا عليها، وبالتالي يكونون غير قادرين علي فهم الحاسوب.

لكن أجهزة الحاسوب في الواقع سهلة الفهم. بالطبع تحتوي أجهزة الحاسوب على عدد أكبر من الأجزاء مقارنة بزجاجة الترمس، ولكن كل جزء بسيط للغاية. وجميعها تعمل وفقًا لمبدأ بسيط جدًا وسهل الفهم.

مع الترمس، المبدأ هو حركة الحرارة وهذا شيء يمكننا أن نلاحظه في الحياة. نرى مكعبات الثلج تذوب عند إزالتها من الثلاجة، ونرى الوجبة الساخنة تبرد على الطاولة عندما تتأخر الأسرة عن موعد العشاء.

في الكمبيوتر، المبدأ الذي يعمل عليه يتعلق بالكهرباء، لكن هذا لا يعني أنه من الصعب فهمه. إذا اردت ان تلاحظ مبدأ عمل الحاسوب فقد لاحظ حقيقة أنه عندما  تفتح مفتاح الضوء في غرفة المنزل ، يضيء المصباح الكهربائي، وعندما تغلق المفتاح، يصبح الضوء مطفيا, هذه ملاحظة سهلة. ولكن هذا هو كل ما تحتاج معرفته حول الكهرباء لفهم أجهزة الكمبيوتر.

فقط الحقائق

ليس المقصود من هذا المقال أن يكون مقالا اكاديميا. ولكن هدفها ببساطة هو إزالة الغموض عن موضوع أجهزة الكمبيوتر لأي شخص تساءل يومًا عما يحدث داخل هذا الصندوق.

يقدم هذا المقال الأساسيات الكاملة التي يتكون منها الحاسوب، فهو يعرض كل قطعة وجزء بالترتيب الصحيح بحيث يكون كل جزء منطقيًا ويمكن فهمه. يتم شرح كل جزء بشكل كامل، ويتم تعريف كل كلمة جديدة بدقة عند استخدامها لأول مرة.

هناك آلاف الكلمات والأفكار المرتبطة بمجال الحاسوب والتي تجعل الموضوع بأكمله يبدو وكأنه فوضى. لكن المفاهيم الأساسية التي يقوم عليها الحاسوب بسيطة.

لن يكون هناك مجلدات تافهة حول بناء أو تاريخ أجهزة الحاسوب، فقط الأساسيات، لا أكثر ولا أقل. كل جزء من أجزاء الكمبيوتر لديه وظيفة بسيطة، وعندما يتم توصيلها ببعضها البعض، ينتهي بك الأمر مع جهاز مفيد يسمى الكمبيوتر.

الآن إذا قام شخص ما بتأليف كتاب عن كيفية بناء منزل، فقد يكون هناك مستويات مختلفة من التفاصيل, أبسط كتاب يقول: “ضع الأساس، ثم ضع الجدران، ثم غطي بالسقف، ثم ضع السباكة والكهرباء، وبذلك تكون قد انتهيت”.

لن تكون هذه تفاصيل كافية لشخص ليس لديه بالفعل بعض الخبرة في استخدام المطرقة والمنشار وتركيب الصنبور وتوصيل مفتاح الإضاءة.

وشخص آخر، يكتب  كتاب يحتوي على فصول منفصلة لكل نوع محتمل من اساسات البناء، والأنواع المختلفة من الرمال التي قد يتعين عليك حفرها، ومعادلات لعشرات الأنواع المختلفة من الخرسانة، ومخططات للظروف الجوية المثالية للبناء. وضع الأساسات، وما إلى ذلك. ستكون هذه معلومات كثيرة جدًا. سيكون هناك الكثير من التفاصيل، لدرجة أن ما هو مهم حقًا سوف يضيع.

ولكن نحن سوف نحاول تقديم ما يكفي من التفاصيل لمعرفة ما هو مشترك بين كل جهاز حاسوب وكيفية عمله، وليس كيفية بناء أكبر أو أفضل جهاز كمبيوتر على الإطلاق. سنعرض الجزء البسيط الذي تتكون منه أجهزة الكمبيوتر، ثم نربط مجموعة منها معًا حتى نبني جهاز كمبيوتر كاملاً. سيكون الأمر أبسط بكثير مما كنت تتخيله.

السرعة هي السر في الحاسوب

تبدو أجهزة الكمبيوتر غامضة وساحرة للغاية, كيف يمكنهم أن يفعلوا ما يفعلونه؟ إنهم يلعبون الألعاب، ويرسمون الصور، ويرسلون الصواريخ الى الفضاء السحيق. هذه الآلات قادرة على القيام بكل أنواع الأشياء الغريبة والعجيبة. ولكن في الحقيقة هي بسيطة جدا, يمكنهم فقط القيام بأشياء قليلة جدًا وفي غاية البساطة ولكن بسرعة عالية.

ويمكنهم  القيام فقد بأحد هذه الأشياء البسيطة في كل مرة. يبدو أنهم يقومون بأشياء معقدة، والسبب لأنهم  يقومون بعدد كبير من الأشياء البسيطة واحدة تلو الأخرى في فترة زمنية قصيرة وبسرعة. والنتيجة، كما هو الحال في لعبة فيديو، معقدة للغاية في المظهر، ولكنها في الواقع بسيطة جدًا ولكن سريعة جدًا.

تم تصميم أجهزة الحاسوب للقيام بعدد صغير من الأشياء البسيطة المحددة، وللقيام بهذه الأشياء بسرعة، واحدة تلو الأخرى. و أي شيء يفعله الكمبيوتر لا يتكون من أي شيء خارج قدراته المحدودة.

لاحقا بمجرد أن ترى مما يتكون الكمبيوتر، ستدرك كيف يمكنهم فعل ما يفعلونه. وما هي أنواع الأشياء التي يمكنهم القيام بها بالضبط، وأيضًا ما لا يستطيعون القيام به.

لذا فإن سر أجهزة الكمبيوتر ليس أنها معقدة، بل هو سرعتها.

كيف هي سرعة اجهزة الحاسوب

دعونا نلقي نظرة على مدى سرعة سرعتهم بالضبط.

وبما أن أجهزة الحاسوب تعمل بالكهرباء، فإن سرعتها مرتبطة بسرعة الكهرباء. ربما تتذكر أنك سمعت أن سرعة الضوء تبلغ 186000 ميل في الثانية هذا سريع جدًا.

يمكن للضوء أن يدور حول الأرض بأكملها سبع مرات في ثانية واحدة. أو من الأرض إلى القمر في حوالي ثانية ونصف. يرى الفيزيائيون أن الكهرباء تشترك في العديد من الخصائص مع الضوء، وأن سرعتها، عند انتقالها عبر سلك، تتباطأ إلى حوالي نصف سرعة الضوء. لكن مع ذلك، فإن الدوران حول الأرض ثلاث مرات ونصف في ثانية واحدة هو أمر سريع للغاية.

 عندما تتحدث عن السرعة التي يمكن أن تنتقل بها الكهرباء بين الأجزاء داخل الحاسوب، فإن بعض الأجزاء التي يمكنك رؤيتها متباعدة بمقدار قدم، وبعضها أقرب، ببوصة، أو عُشر بوصة. وداخل هذه الأجزاء يوجد عدد كبير من الأجزاء القريبة جدًا من بعضها البعض، بعضها يفصل بينها أجزاء من الألف من البوصة فقط. وكلما كانت المسافة التي يجب أن تقطعها الكهرباء أقصر، كلما وصلت إلى هناك بشكل أسرع.

تستمر شركات تصنيع أجهزة الكمبيوتر في إنتاج أجهزة حاسوب جديدة تعمل بسرعة مضاعفة مقارنة بأسرع أجهزة الكمبيوتر التي تم إنتاجها منذ عامين أو ثلاثة أعوام فقط. هناك حد نظري لمدى السرعة التي يمكن أن تصل إليها هذه الأجهزة. لكن المهندسين يواصلون إيجاد طرق عملية للالتفاف على النظريات وصنع آلات تسير بشكل أسرع فأسرع. وذلك يشمل تقليل حجم اجزاء الحاسوب لتقريب المسافة التي تقطعها الكهرباء داخل الكمبيوتر.

خلال كل هذا الوقت الذي أصبحت فيه أجهزة الكمبيوتر أسرع وأصغر وأرخص، فإن الأشياء التي تقوم بها أجهزة الكمبيوتر لم تتغير حقًا منذ اختراعها لأول مرة في الأربعينيات. ما زالوا يفعلون نفس الأشياء البسيطة، ولكن بشكل أسرع،

البيت BIT في الحاسوب

ماذا يوجد في الكمبيوتر؟ فهو يعرض لك الصور الثابتة، والصور المتحركة، والموسيقى، ودفتر الشيكات الخاص بك، والرسائل التي كتبتها، ويتواصل مع جميع أنحاء العالم، وغير ذلك الكثير. ولكن هل هناك صور داخل الكمبيوتر؟ إذا أخرجت مجهرًا بحثت داخل الكمبيوتر، فهل يمكنك العثور على صور صغيرة في مكان ما داخل الكمبيوتر؟ هل ترى “أ” و”ب” و”8″ و”12″ تتحرك هناك في مكان ما داخل الحاسوب؟

الجواب هو لا، لا توجد صور أو أرقام أو حروف في جهاز الكمبيوتر. لا يوجد سوى شئ واحد فقد في الكمبيوتر, وهناك عدد كبير من هذا الشئ، ولكن هو شئ واحد فقد يوجد داخل الكمبيوتر وهو البيت(BIT).

• عندما تقلب عملة معدنية في الهواء، وتتركها تسقط على الأرض، فسوف ينتهي بها الأمر على الأرض في إحدى الحالتين المحتملتين – إما مع ظهور الصورة أو الكتابة.
• يمكن أن يكون الضوء الموجود في غرفة المعيشة الخاصة بك قيد التشغيل أو الإيقاف.
• يمكن اغلاق أو فتح قفل الباب الأمامي الخاص بك.

ماهو المشترك بين كل هذه الامثلة ؟ هي كلها أماكن تحتوي على شيء يمكن أن يكون في إحدى الحالتين فقد, وهذا هو تعريف البت.

تعريف البت

البت هو مصطلح يشير الى  نوع من الأشياء المادية التي لها حجم وموقع معروف في مكان ما داخل الحاسوب، ولها بعض الخصائص ، والتي يمكن أن تكون في أي وقت من الأوقات في إحدى الحالتين المحتملتين ، وربما تتغير من حالة الى اخرى ولكن لاتتعدى هاتين الحالتين.

 أن البتات الموجودة في الكمبيوتر هي أماكن إما بها كهرباء أو لا تحتوي علي كهرباء. تكون البتات صغيرة جدًا جدًا ويوجد عدد كبير جدًا من البتات، ولكن هذا كل ما هو موجود في الكمبيوتر.

ولكن هناك الكثير والكثير منها، وهي مرتبة ومتصلة بطرق مختلفة، والتي سنفحصها بالتفصيل مع تقدم الشرح. ولكن هذا هو ما يوجد داخل جميع أجهزة الكمبيوتر – البت. يكون البت دائمًا في إحدى حالتيه المحتملتين، إما في وضع إيقاف التشغيل أو التشغيل، ويتغير بين التشغيل والإيقاف عندما يُطلب منه ذلك. لا تشبه البتات الحاسوبية العملة المعدنية التي يجب أن تنقلب فعليًا لتتغير من حالة إلى أخرى. البتات لا تغير شكلها أو موقعها، ولا تبدو مختلفة، ولا تتحرك أو تدور أو تكبر أو تصغر. بت الكمبيوتر هو مجرد مكان، إذا لم يكن هناك كهرباء في ذلك المكان، فإن البتة متوقفة. عندما تكون الكهرباء موجودة، فهذا يعني أن البت قيد التشغيل. اذن الشيء الوحيد الذي يوجد ويجب أن يتحرك داخل  الكمبيوتر هو الكهرباء, لا شئ غيره.

مثال عملي للبت

 هل تتذكر التلغراف؟ كانت هناك مدن صغيرة تفصلها مسافات شاسعة. سيكون للمدن الكبرى مكتب تلغراف. في هذا المكتب كان هناك رجل يرتدي قبعة مضحكة ولديه مفتاح زنبركي يسمى المفتاح. وكان يرسل رسائل عن طريق الضغط على هذا المفتاح وإيقافه في أنماط معينة تمثل حروف الأبجدية. كان هذا المفتاح متصلاً بكهرباء وسلك تم تعليقه على طول أعمدة حتى وصل إلى مدينة أخرى. يقوم المفتاح ببساطة بتوصيل الكهرباء بالسلك عند الضغط عليه، وفصل الكهرباء عند عدم الضغط على المفتاح.

وفي البلدة الأخرى كان هناك مكتب تلغراف آخر، دخل سلك إلى ذلك المكتب. وكانت نهايته ملفوفة حول قضيب حديدي (يتحول إلى مغناطيس عندما يكون هناك كهرباء في السلك)، وجذب القضيب الممغنط قضيبًا صغيرًا من الحديد مثبتًا بالقرب من زنبرك، وأحدث نقرة الصوت في كل مرة تأتي الكهرباء. استمع الرجل الموجود في المكتب إلى نمط النقر وكتب حروف الرسالة. ربما كان قد استخدموا المصباح الكهربائي بدلًا من جهاز النقر، باستثناء أن المصابيح الكهربائية لم يتم اختراعها بعد.

المغزى من إثارة هذا الموضوع، هو أن جهاز التلغراف بأكمله، بدءًا من المفتاح الذي يتم الضغط عليه في إحدى المدن، مرورًا بالسلك الطويل الذي ينتقل إلى بلدة أخرى على بعد أميال عديدة، إلى جهاز النقر، يتكون هذا الجهاز بأكمله من بتة واحدة فقط . إنه مكان يمكن أن تتوفر فيه الكهرباء أو لا تتوفر فيه الكهرباء، ويستمر تشغيله وإيقافه كما قيل له.

وقد أحدثت طريقة الاتصال هذه ثورة في العالم من نواحٍ عديدة. لكن هذا الاختراع المهم للغاية الذي تم التوصل إليه في أربعينيات القرن التاسع عشر لم يكن يتألف من أكثر من بتة واحدة.

 آمل أن يبدأ هذا المثال في تبسيط موضوع أجهزة الكمبيوتر بالنسبة لك. هناك شيء واحد فقط داخل أجهزة الكمبيوتر، وهو البتات. من المؤكد وجود الكثير منها، ولكن عندما تفهم الأجزاء الصغيرة منها، فإنك تفهم ما يوجد فيها.

ماهي فائدة البت؟

الآن امامنا مادة بامكاننا تغيير حالتها الى حالى اخري عن طريق الكهرباء. ماهي الفائدة من ذلك في الواقع المعاش خلاف مكتب التلغراف ذلك؟ بامكاننا ان نضع لمبة في المنزل عندما نوصل فيها مصدر الكهرباء تضيئ لنا المنزل وعندما نفصل منها الكهرباء نطفئ الضوء وننام.  وكذلك نعمل منها شارة مرور في الطرقات بلمبة بيان واحد فقد عندما تضيئ يعني اذهب وعندما تطفئ يعني قف. وايضا يمكن ان نربطه بتعبير منطقي مثل نعم او لا خطأ او صواب وهكذا. ولكن الحاسوب هو اكثر من ذلك بكثير, وهذا ما سنناقشه في المقال التالي.

لكي لا تنسى ماسبق، الآن ما يجب عليك ان تفهمه من هذا المقال هو انه لايوجد شئ داخل الكمبيوتر سوا اماكن محددة موصلة للكهرباء وتكون في احدي الحالتين. اما بها كهرباء او ليس بها كهرباء بناء على وقت محدد وتسمي اصطلاحا البت.

الخلاصة

هذه كانت مقدمة مهمة جدا لفهم ما يليها من المقالات. التي سوف نبدأ بشرح كل شئ يجعل الحاسوب اداة مختلفة تمام عن اي شئ سواه. وعندما نقول الحاسوب لا نعني به فقد اللابتوب او الكمبيوتر المكتبي الذي امامك. بل ايضا الموبايل والكاميرا والكثير من الاجهزة الاخرى التي تعمل بنفس المبدأ وتندرج تحت اسم الحاسوب. ولكن هذا ليس موضوعنا سوف نركز فقد على اسس هذا الجهاز وعندما نفهمها جيدا سوف نكون قد فهمنا كل هذه الآلات.

اذا وصلت الى هنا فأنا اهنئك على صبرك وجهدك واترك لك رابط المقال التالي هنا. او ان المقال التالي سوف ينشر قريبا.

واخيرا اترك لنا تعليقا او استفسارا في الاسفل حول اي موضوع تريد مناقشته معا سوف نرد عليك فورا في اي وقت. او قم بالتواصل معنا على مواقع التواصل الاجتماعي، واتمنى لك التوفيق.