ما هو مبدأ عمل الحاسوب

يستخدم معظمنا جهاز الكمبيوتر في كل يومٍ، لكن القليل فقط يعرف العمليات الداخلية لهذا الجزء الحيوي من حياتنا.

في الواقع ، إن الدماغ البشري نفسه هو حاسوبٌ متطورٌ، ويتعلم العلماء المزيد عن كيفية عمله مع كل عامٍ يمر.

كلمة الكمبيوتر تشير إلى “كائنٍ تقنيٍّ” يمكنه قبول بعض المدخلات وإنتاج بعض المخرجات.

مصطلحٌ “Computer” بشكلٍ دقيقٍ ، هو وصفٌ لمكوّنٍ إلكترونيٍّ يحتوي على “المعالجات الدقيقة “.

المعالِج الدقيق هو جهازٌ إلكترونيٌّ صغيرٌ يمكنه إجراء العمليات الحسابية المعقدة في أقل من غمضة عين.

يمكن العثور على المعالجات الدقيقة في العديد من المنتجات التي نستخدمها كل يوم ٍ، مثل السيارات والثلاجات وأجهزة التلفزيون، ولكن أكثرها شهرةً هو جهاز “الحاسوب”، الذي يتمثّل بأشكالٍ كثيرةٍ ، بدءًا من الكمبيوتر المكتبي التقليدي إلى الأجهزة المحمولة واللوحية وحتى الهواتف الذكية، والحواسيب فائقة الأداء والخوادم.

في واقعنا اليومي، أصبح مفهوم “الكمبيوتر” مرادفًا تقريبًا لمصطلح الكمبيوتر الشخصي، وتجاوزًا، فقد تم ربط المصطلح “PC” ببعض العلامات التجارية ، مثل معالجات Intel أو أنظمة تشغيل Microsoft.

إن المبادئ الأساسية لكيفية عمل الكمبيوتر هي نفسها بشكلٍ عام بغض النظر عن الغرض من الجهاز.

وبشكلٍ مجرّد

فإن “الحاسوب” يقوم بأخذ المعلومات الأولية (أو البيانات) من طرفٍ ما، ويخزنها ليصبح جاهزًا للعمل عليها، ويمضغها ويطحنها قليلًا، ثم يبصق النتائج في الطرف الآخر!

كل عمليات الأكل تلك لها اسمٌ واضحٌ هو “الإدخال”، في حين تعرف عملية تخزين المعلومات باسم الذاكرة (أو التخزين) ، وتُسمّى عمليات المضغ باسم “المعالجة” ، ويطلق على نتائج البصق “الناتج”!

هل يفهم الحاسوب وسائل التفاعل والتواصل المتعارف عليها بين الكائنات الحيّة!؟

بالتأكيد لا!، فكلّ عملياته مترجمة من وإلى صيغٍ خاصّةٍ بالاعتماد على ما يسمى “نظام العدّ الثنائي”.

أجهزة الكمبيوتر لا تفهم الكلمات أو الأرقام كما البشر.

ففي أدنى مستويات الحوسبة، يتم تمثيل كل شيءٍ من خلال إشارةٍ كهربائيةٍ ثنائيةٍ تسجل إحدى الحالتين: تشغيل أو إيقاف.

لفهم البيانات المعقدة، يقوم جهاز الكمبيوتر بتشفيرها في “صيغة ثنائية”، إذ يتم تجميع الأرقام الثنائية في وحداتٍ تسمّى بت، وهو أصغر وحدة بياناتٍ في الحوسبة.

وعليه، فإن برامج الكمبيوتر هي مجموعةٌ من التعليمات، يتم تحويلها بواسطة “مترجم” إلى تعليماتٍ ثنائيةٍ يمكن للمعالج تنفيذها.

يتم تخزين جميع البرامج والموسيقى والمستندات وأي معلوماتٍ أخرى يتم معالجتها بواسطة جهاز كمبيوترٍ باستخدام النظام الثنائي.

على سبيل المثال:

لنفترض أنك تنظر إلى صورةٍ رقميةٍ في برنامج لتعديل الصور، لعلّك تعرف أن الصورة تتكون من ملايين البيكسلات الفردية (المربعات الملونة) مرتبة بنمطٍ شبكيٍّ.

يخزن الكمبيوتر كل بيكسل كرقم، لذا قد يبدو التقاط صورة رقمية كتمرينٍ فوريٍّ منظمٍ على الرسم بالأرقام!

الآن، لو قمت ـ عبر محرر الصور ـ بـ “قلب” تلك الصورة من اليسار إلى اليمين، فإن الكمبيوتر ببساطةٍ سيعكس تسلسل الأرقام بحيث تعمل من اليمين إلى اليسار بدلًا من اليسار إلى اليمين!

في الأيام الأولى للحوسبة، كان من الصعب جدًّا قياس الإشارات الكهربائية، أو التحكم فيها بدقةٍ شديدةٍ؛ فكان من المنطقي التمييز فقط بين حالتي “ON” (ممثلة بالشحنة السالبة)، وحالة “OFF” (ممثلة بالشحنة الموجبة).

ذلك لأن حالة مرورالتيار “ON” تمثّل تيار الإلكترونات ذات الشحنة السالبة بطبيعة الحال.

حافظت الحواسيب الحديثة على نفس المبادئ الأساسية، وباتت تستخدم اليوم ما يعرف باسم الترانزستور لإجراء العمليات الحسابية باستخدام النظام الثنائي.

يساعد توصيف المكونات الرئيسية وآلية عملها واتصالها في فهم مبدأ عمل الحاسوب:

وحدة المعالجة المركزية عبارة عن رقاقةِ سليكون بحجم 2 بوصة تقع داخل اللوحة الأم مع مكوناتٍ أساسيةٍ أخرى وهي في الكمبيوتر بمثابة “الدماغ”.

تقوم المعالجات بتنفيذ كل أمرٍ يتم إدخاله أو التقاطه من الذاكرة.

تتوفّر المعالجات بأعدادٍ مختلفةٍ من النوى، والنوى هي ببساطةٍ كمية وحدات المعالجة في كل شريحةٍ.

ومع إضافة المزيد من النوى إلى كل رقاقةٍ، يتم توزيع المعلومات عبر عدة نوى، مما يؤدي إلى تسريع عملية المعالجة.

هي الذاكرة قصيرة الأمد التي تحتوي بيانات البرامج المفتوحة (قيد التشغيل).

يتم فك ترميز معلومات مستوى نظام التشغيل والتطبيقات، التي يتم كتابتها عادةً في التعليمات البرمجية، وتخزينها في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لمعالجتها في وحدة المعالجة المركزية.

ذاكرة الوصول العشوائي لا تشبه أبدًا القرص الصلب، إذ تفقد كل بياناتها عند فصلها عن الطاقة.

عندما تشغل أحد البرامج، يتم تحميل الملفات من محرك الأقراص الصلبة إلى ذاكرة الوصول العشوائي.

يأخذ كل برنامجٍ قيد التشغيل نسبةً مئويةً من ذاكرة الوصول العشوائي المتوفرة.

إذا كنت تشغل الكثير من البرامج دفعةً واحدةً، فقد تصل سعة ذاكرة الوصول العشوائي إلى حدودها القصوى.

هو الذاكرة طويلة الأمد التي يتم تخزين جميع بياناتك فيها.

يعدّ مكوّنها المحوري “وحدة معالجة الرسومات GPU”، التي تشبه وحدة المعالجة المركزية، إلا أنها مخصصةٌ فقط لناحية ضمان أفضل جودةٍ ممكنةٍ للعرض في كل المجالات.

يتم بناؤها مع مئات النوى التي يمكنها التعامل مع آلاف العمليات في آنٍ واحدٍ.

يتم تثبيت وحدة معالجة الرسومات على بطاقة الفيديو التي تحتوي على العديد من محولات أجهزة العرض المختلفة للاتصال بالشاشة مع مراوح تعمل على تبريد وحدة معالجة الرسومات.

كشقوق التوسعة، ومنافذ لأجهزة الادخال، ووسائل الإخراج، ونظام التبريد، والأسلاك، والتوصيلات، وموارد الطاقة (لكل مكوّنٍ مصدر طاقةٍ خاص ومختلفٍ عن غيره)، وغيرها.

نظام التشغيل على جهاز الكمبيوتر هو صلة الوصل بين الجهاز والمستخدم.

من أنظمة التشغيل الأكثر شعبيةً نجد Windows و Mac OS و Linux ، وكلها متوفرة بأشكالٍ مختلفةٍ.

يتصل نظام التشغيل في الكمبيوتر بعناصر الأجهزة ويشغلها، ويتحكم فيها، بما في ذلك القرص الثابت والذاكرة والمعالج وأجهزة الادخال والإخراج.

وفي الطرف المقابل، يقدم نظام التشغيل واجهةً تسمح للمستخدمين بالتحكم في الكمبيوتر.

ما يجعل جهاز الكمبيوتر مختلفًا عن الآلة الحاسبة هو أنه يمكنه العمل بنفسه؛ إذ عليك فقط إعطاؤه التعليمات الخاصة (برنامج)، وانتظر الناتج!

تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر على عددٍ من التطبيقات المثبتة على أنظمة التشغيل الخاصة بها.

يمكن لهذه التطبيقات أن تسهل مجموعةً واسعةً من الوظائف، بما في ذلك تلك المتعلقة بالعمل والحياة الشخصية والترفيه.

بالنسبة إلى الاستخدام المكتبي والتنظيمي، تتضمن حزم مثل Microsoft Office و Open Office تطبيقات لمعالجة النصوص وجداول البيانات والتقاويم.

كما أن برامج التصميم الجرافيكي وتحرير الصور لها طيفٌ واسعٌ من المستخدمين، بالإضافة إلى برامج البريد الإلكتروني ومتصفحات الويب للوصول إلى الإنترنت.

يمكن ربط أجهزة الكمبيوتر بشكلٍ منتظمٍ معًا، مما يسمح للمستخدمين بمشاركة البيانات والتطبيقات.

داخل أماكن العمل والمؤسسات، من المألوف جدًا ربط أجهزة الكمبيوتر عبر شبكةٍ، مما يوفر الوصول إلى البرامج وقواعد البيانات المشتركة.

كما يعدّ الإنترنت طريقةً يتم فيها توصيل أجهزة الكمبيوتر بالشبكة العنكبوتية العالمية، مما يربط بين أعدادٍ كبيرةٍ من الأشخاص حول العالم من البيئات المحلية والعامة والخاصة بالعمل.

تسمح اتصالات الإنترنت لأجهزة الكمبيوتر بالوصول إلى مواقع الويب واستخدام تقنيات الاتصال مثل البريد الإلكتروني والمراسلة الفورية والشبكات الاجتماعية.

لعلّك بعد هذا الشرح تشعر بالراحة، و”الرّضا” بحالٍ من الأحوال، إذ كون “الحاسوب” بأشكاله المختلفة لا يفارق تفاصيل يومنا من أوله لآخره، فإن شيئًا من الواجب يدعونا لمحاولة معرفة، أو فهم هذا “الصديق الحقيقي”!