الكمبيوترات

الكمبيوترات

عند ذكر الكمبيوترات فإن معظمنا يفكر في الكمبيوترات الشخصية ( PC) ولكن هناك أنواع أخرى من الكمبيوترات والتي لا يعرفها الكثيرين ويمكن تقسيم هذه الأنواع إلى عدة فئات :
* الكمبيوترات الرئيسة ((Main frames) :
وهي عبارة عن كمبيوترات ضخمة سريعة ومكلفة ونستخدمها عادة المؤسسات الكبيرة ويتم الوصول إليها عن طريق طرفيات (Terminals)ويمكنها خدمة عدد كبير من المستخدمين في نفس الوقت بطريقة التشارك في الوقت (Time Sharing) .
إن أكبر كمبيوترات هذه الفئة وأكثرها سرعة وكلفة أيضاً تسمى الكمبيوترات الفائقة (Super computer) ، وكمثال عليها الكمبيوتر كري
(Cray2) والذي يحتوي على ه10.000 معالج دقيق نوع بنتيوم برو مربوط بطريقة المعالجة المتوازية لتكوين وحدة المعالجة المركزية له
(CPU)
طرفيات(Terminals) : وهي عبارة عن بيئة المستخدم والتي يستطيع عن طريقها التفاعل مع الكمبيوتر وهي عبارة عن شاشة (CRT) ولوحة مفاتيح (Keyboard) في أغلب الأحيان وربما يضاف إليها الفأرة (Mouse) .
التشارك في الوقت : وهي أن يستطيع أكثر من مستخدم التشارك في استخدام مكونات وقدرات الكمبيوتر وذلك بتقسيم وقت الاستخدام بينهم بطريقة يشعر فيه كل مستخدم بأن الكمبيوتر يخدمه هو فقط
وحدة المعالجة المركزية (CPU) : وهي الجزء الرئيسي من الكمبيوتر والتي تقوم بكل العمليات الحسابية والمنطقية وكذلك السيطرة على بقية أجزاء الكمبيوتر الأخرى . وهي للكمبيوتر كالعقل للإنسان


إن تكلفة إحدى هذه الكمبيوترات تكون عادة عدة ملايين من الدولارات لذلك لا تنتج هذه الكمبيوترات بأعداد كبيرة . ولكن يمكن الوصول إلى بعض هذه الكمبيوترات عن طريق الشبكات في الجامعات ومراكز البحوث وبعض هذه الكمبيوترات الفائقة يمكن الوصول إليها عن طريق الإنترنت وهذا يجعلها في متناول الجميع .
أما استخداماتها فهي تكون ضرورية في نطاق برامج المحاكاة (Stimulation) الضرورية في التصاميم المعقدة مثل محاكاة مكوك وصواريخ الفضاء والطائرات وحتى محاكاة الإنشطار النووي وهذا سيؤدي إلى وقف تجارب الإنفجار النووي . والتعويض عنها ببرامج المحاكاة المعقدة والتي تنفذ بواسطة كمبيوترات فائقة مصممة لهذا الغرض. كما تستخدم لتوليد رسومات الكمبيوترات المستخدمة في أفلام الخيال العلمي .

أنواع الكمبيوترات :
• الكمبيوترات الصغيرة Mini computer)
• وهي كمبيوترات حجمها أصغر من الكمبيوترات الرئيسة وأقل سرعة وكلفة ويمكن وضع الوحدة الرئيسية لهذه الكمبيوترات في صندوق واحد . كلفة الكمبيوتر من هذا النوع تكون عدة عشرات الآلاف من الدولارات وهذا يجعلها مناسبة لاستخدامها من قبل الشركات المتوسطة ومراكز البحوث العلمية وغيرها من الاستخدامات الواسعة .ويمكن لكمبيوترات هذه الفئة كذلك أن تخدم أكثر من مستخدم واحد .
• الكمبيوترات المايكروية (الدقيقة) Microcomputer) :
وهي كمبيوترات صغيرة, وتبدأ من المسيطرات الصغيرة المستخدمة في الأجهزة المنزلية مثل الغسالات والتلفزيوانات وكذلك في السيارات الحديثة, وتنتهي بوحدات أكثر قوة وسرعة والتي تقترب بمواصفاتها من الكمبيوترات الصغيرة. وكمبيوترات هذا النوع تتميز عن الأنواع السابقة بأن وحدة المعالجة المركزية لها تكون عبارة عن دائرة متكاملة على قطعة واحدة وتسمى المعالج الدقيق ( Microprocessor) . إن هذا النوع هو الأكثر انتشاراً والأرخص ثمناً ويقع الكمبيوتر الشخصي (PC) ضمن تصنيف هذه الفئة, لذلك فإن هذه الكمبيوترات تستخدم في تطبيقات كثيرة جداً لا يمكن حصرها .
ولا شك أن أكثرها شيوعاً هو الكمبيوتر المكتبي والذي يمكن أن يكون PC من شركة IBM , أو ماكنتوش من شركة apple أو متطابقات هذه الكمبيوترات من الشركات الأخرى مثل ديك وكومباك وأوليفتي وغيرها من الشركات المنتجة للكمبيوترات المكتبية .
ويمكن أن يكون أيضاً الكمبيوتر المحمول أو المفكرة (Notebook) أو كمبيوتر الجيب .


مكونات الكمبيوتر :
يمكن تقسيم مكونات الكمبيوتر إلى جزئين رئيسيين هما :
المكونات المادية Hardware : وتشمل جميع المكونات المادية والدوائر المنطقية .
المكونات البرمجية Software : وهي البرامج اللازمة لتشغيل الدوائر المنطقية وتشكيلها لتنفيذ مهمة معينة .
أ - التركيب المادي للكمبيوتر :
• وحدة المعالجة المركزية (CPU) :

وتقوم هذه الوحدة بكل العمليات الحسابية والمنطقية للكمبيوتر وكذلك تتحكم بعمل الكمبيوتر. في الكمبيوتر المايكروي تكون CPU عبارة عن معالج دقيق (Microprocessor) . وعمل هذه الوحدة هو جلب التعليمات من الذاكرة وفك تشفيرها إلى سلسلة من العمليات البسيطة ثم تنفيذ هذه العمليات بخطوات متسلسلة . كذلك تحتوي CPU على مسجل عداد العنوان والذي يحتوي على عنوان الإيعاز التالي في الذاكرة , ومسجلات عامة والتي تستخدم لخزن البيانات مؤقتاً , ودائرة للسيطرة والتي تولد إشارات السيطرة الخارجية
• الذاكرة :
للذاكرة غرضين رئيسيين :
الغرض الأول هو خزن الشفرات الثنائية لسلسلة الإيعازات المطلوب من الكمبيوتر تنفيذها (أي البرامج) .
والغرض الثاني هو خزن البيانات التي سيعمل الكمبيوتر عليها عند تنفيذ البرنامج .
تتكون الذاكرة عادةً من
ذاكرة القراءة ROM : وهي ذاكرة القراءة فقط حيث يمكن القراءة منها ولا يمكن الكتابة لها وتتميز بأنها تحتفظ بالمعلومات حتى عندما يتم قطع الطاقة عنها فهي ذاكرة غير متطايرة ((non-volatile وهناك أنواع أخرى منها يمكن برمجتها لعدة مرات مثل EPROM و EEPROM
وتستخدم ذاكرة القراءة ROM لخزن برامج الإقلاع وتعريفات المكونات المادية المربوطة مع جهاز الكمبيوتر عند بدء التشغيل . وبرامج الإقلاع هذه تنفذ عدة مهام عند بدء التشغيل مثل إجراء فحص شامل على جميع مكونات الكمبيوتر للتعرف عليها وعلى حالتها ثم تحميل برنامج نظام التشغيل (OS) وتسليمه السيطرة على النظام .
ذاكرة القراءة والكتابة RAM : وهي ذاكرة للقراءة والكتابة حيث يمكن تغيير محتوياتها والكتابة لها . ولكن هذه الذاكرة تكون متطايرة بمعنى أنها تفقد محتوياتها عند انقطاع الطاقة عنها.
وتستخدم ذاكرة القراءة والكتابة (RAM) لخزن برامج وبيانات المستخدم وكذلك لخزن النتائج التي تتولد أثناء معالجة البيانات من قبل الكمبيوتر.
والوحدة الأساسية لقياس الذاكرة هي البايت والذي يمثل ه8 بت وللأحجام الكبيرة يمكن استخدام وحدات كيلوبايت وتساوي 1024 بايت وميغابايت = 2 20 بايت .
• وحدة الإدخال / الإخراج : وتستخدم لإدخال البيانات أو إخراجها إلى خارج الحاسوب . الطرفيات مثل لوحة المفاتيح , العارضة , الطابعة , والموديوم ، وغيرها تربط إلى وحدات الإدخال / الإخراج . وهذا يسمح للحاسوب والمستخدم من الاتصال معاً.
- أهمية وحدة المعالجة المركزية :
- تعتبر وحدة المعالجة المركزية في الحاسب من أهم الأجزاء بل أهمها على الإطلاق لأنها بمثابة العقل في الجهاز, كما أنها تعمل على إنجاز كافة العمليات الحسابية في سرعات مذهلة , بالإضافة إلى معالجة مختلف أنواع البيانات والتنسيق بين جميع أجزاء الحاسب ، و يعتبر المعالج من أكثر الأجهزة تعقيدا, حيث يحتوي على ملايين الترانزستورات والتي تترابط مع بعضها البعض بواسطة شعيرات معدنية ( من الزجاج المصهور ) والتي لها سمكها أرق مئات المرات من سمك الشعرة الواحدة للإنسان!! .
- بيئة تصنيع وحدة المعالجة المركزية :
- تصنع المعالجات المركزية في غرف خاصة جدا تمتاز بالنظافة الفائقة , حيث تعتبر هذه الغرف أنظف بـ 10000 مرة من غرف العمليات الخاصة بالمستشفيات!!
وذلك لتحاشي تعرض الترانزوستورات لأي جزء من الغبار ( ولو كان صغيرا ) والذي بإمكانه إتلاف آلاف منها ، و يقوم الأشخاص العاملون على تصنيع وحدات المعالجة بارتداء زي خاص يسمى (bunny suits) والذي يحمي من وقوع أي أجزاء متساقطة من قشرة أو شعر العاملين.
والجدير بالذكر هنا انه على مدى العشرون سنه الماضية , كانت معظم المعالجات المركزية لأجهزة الحاسب الشخصية تصنع من قبل شركة Intel الشهيرة والتي تقع في ولاية كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية .
- سرعة المعالج :
يوجد بداخل كل حاسب ساعة خاصة تسمى بساعة النظام , ولكن لا تستخدم هذه الساعة لمعرفة الوقت، وإنما لإرسال نبضات كهربائية صغيرة إلى وحدة المعالجة والتي بدورها تقوم باستخدام هذه النبضات للتحكم في العمليات التي تنجزها، ولوجود هذه الساعة علاقة وثيقة بسرعة تردد المعالج , فعلى سبيل المثال المعالج الذي يقوم بالعمل على تردد 300 MHZ يستطيع أن يستقبل النبضات الكهربائية من الساعة بمعدل 300 مليون نبضة في الثانية وبما أن المعالجات تقوم عادة بإنجاز عملية واحدة فقط لكل نبضة كهربائية ( من نبضات ساعة النظام ) فبالتالي بإمكان المعالج إنجاز 300 مليون عملية لكل ثانية!! .
و من أهم أسباب جعل المعالجات ( أو الدوائر التي بداخلها ) بشكل أصغر فأصغر من قبل شركات تصنيع المعالجات هو جعل مسافات انتقال الكهرباء بين الترانزوستورز بداخل وحدة المعالجة أقصر,الأمر الذي يعمل على زيادة سرعة المعالج
- مكونات وحدة المعالجة المركزية وطريقة عملها :
تتكون وحدة المعالجة المركزية من عدة أقسام ولكننا هنا سوف نستعرض أهم هذه الأقسام والتي يتم من خلالها معالجة البيانات والقيام بمختلف العمليات في الحاسب وحدة التحكم و وحدة التنفيذ .
وحدة التحكم :
تتحكم في تنقل المعلومات بين وحدة التنفيذ والـ Regesters .
وحدة التنفيذ :
تقوم بتنفيذ أوامر البرنامج والموجودة في ذاكرة المعالج والمسماة بـ الـ Regesters وتنقسم وحدة التنفيذ إلى الأقسام التالية :
1 – (Arithmetic and Logic Unit) .ـ ALU : القسم المسؤول عن إنجاز العمليات الحسابية المتعلقة بالأرقام الصحيحة .
2 - ( Floating Point Unit ) ـ FPU : القسم المسؤول عن إنجاز العمليات الحسابية المتعلقة بالأرقام الكسرية أو العشرية .
3 - ( Multimedia Execution Unit ) ـ MMX : القسم المسؤول عن معالجة البيانات الخاصة بالرسومات والصور والصوت والصورة.
4 – الــ Registers : عبارة عن ذاكرة مؤقتة خاصة بوحدة المعالجة وتستخدم لحفظ البيانات مؤقتا لحين الانتهاء من معالجتها أو أثناء معالجتها .
من ناحية تقنية فإن المعالج CPU ( وحدة المعالجة المركزية) والذي يطلق عليه Microprocessor يقوم على عاتقه معظم أعمال الكمبيوتر، ويعتبر انه الكمبيوتر الحقيقي، وكل شئ آخر مما ذكر أعلاه أو غيره ما هو إلا عبارة عن مساعدين له في إحضار المعلومات وإرسالها لأماكن أخرى.
يرجع الفضل في معالجه تلك المعلومات التي تنساب من خلال الكمبيوتر إلى المعالج. وكلما كان المعالج أسرع وأكثر قوة كلما كان الكمبيوتر نفسه افضل وأكثر تكلفة.
إذا ما فتحت غطاء صندوق الكمبيوتر System Unit فسترى مساحة وفراغ كبير، والسبب في ذلك هو انه قد تم تصغير جميع مكونات الكمبيوتر، وأصبحت عبارة عن دوائر إلكترونية مدمجه ومتكاملة Integrated Circuit Chips. وتسمى IC للاختصار.
إن ذاكره الكمبيوتر وكذلك المعالج المركزي في الواقع عبارة عن Integrated Circuit Chips وكثيرا ما يحتوي الكمبيوتر على صفوف من قطع الدوائر الإلكترونية هذه. وإذا ما أضفت ذاكرة Memory جديده للكمبيوتر فانك تضيف دائرة إلكترونية مدمجه جديده له.
أنواع المعالج:
ان من العوامل المؤثرة في جوده الكمبيوتر هي سرعة (قدرة) المعالج CPU. وكلما كانت هذه السرعة اكبر كلما كان الكمبيوتر أسرع في معالجه المعلومات وأداء العمل.
يأتي المعالج بأسماء تجارية ونوعيات عديدة. ولعلك سمعت بتعبيرات مثل الكمبيوتر 386أو 486أو البنتيوم وغيرها، والواقع أن هذه الأرقام أو الأسماء هي وصف لنوعيات من المعالجات الموجودة داخل الكمبيوتر والتي تدل على سرعة الكمبيوتر. إن هذه الأسماء أطلقتها الشركات الصانعة وفي مقدمتها شركه إنتيل التي اشتهرت بصناعة المعالج. والواقع فلقد أعطت هذه الأرقام حتى للكمبيوتر اسمه.
لقد صنعت هذه الشركة العديد من المعالجات. وعلى مدى السنين القليلة الماضية فلقد تطورت معالجات الكمبيوتر لتكون اكثر سرعة. ولقد بدأت المعالجات قليلة القدرة بالمقارنة بما هي عليه الآن وهي كالتالي نسبه لتتسلسل زمن صنعها ولسرعتها:

8088
8086
286 ويعرف باسم 80286
386 ويعرف باسم 80386
486SXو 486DX ومنها 486 ويعرف باسم 80486
Pentium Pro
Pentium 11
Pentium 111
من المعالجات CPU التي أنتجتها شركه إنتيل في السنين الماضية ما أضيف لاسمها أحرف MMX وذلك للدلالة على قدرة اكبر لمعالجة برامج الوسائط الإعلامية Multimedia.
بالإضافة إلى ما تنتجه شركه انتيل من وحدات المعالجة CPU فإن هناك شركات أخرى تنتج هذه المعالجات وعلى سبيل المثالAMD و Cyrix. والواقع انك إذا نظرت للأنواع المتعددة من منتجات هذه الشركات من المعالجات فإنك ستجد أن التنافس بينها قائم ليس على أساس سرعة المعالج، ولكن غالبا على الثمن…. إن السبب في ذلك هو أن هذه الشركات تصنع المعالجات بجوده عالية للدرجة التي تجعلك مطمئناً لجودتها. ومهما كان نوع الشركة الصانعة فإن جميع البرمجيات ستعمل جيدا مع كمبيوترك.
سرعة المعالج:
إن سرعة المعالج تؤثر مباشرة على السرعه الخاصة بمعالجة المعلومات بالكمبيوتر بأكمله. فإذا كان لديك كمبيوترين وبنفس المواصفات ولكن أحدهما ذو معالج سرعته ضعف سرعة الآخر فستجد الكمبيوتر ذو سرعه المعالج العالية يقوم بالعمل أسرع مرتين عن الآخر.
إن سرعة المعالج تقاس بالميجاهيرتزMegahertz أو MHz للاختصار ويطلق عليها أيضا سرعة المؤقت Clock Speed وتعني عدد دورات التعليمات التي يمكن أن يؤديها في الثانية الواحدة. ومع التقدم في تقنية المعالجات فإن سرعتها في تزايد مستمر. وخلال السنتين الماضيتين تم إنتاج معالجات بسرعة 300MHz و 330MHz و 350MHz و 450MHz وبنتيومlll .
إن ميجا تعني مليون ولذلك فإن MHz 300 تعني ان المعالج يستطيع ان يقوم بتنفيذ 300 مليون أمر أو عمليه في الثانية الواحدة. وعندما تضغط على مفتاح في لوحه مفاتيح الكمبيوتر Keyboard فإنك في الحقيقة تقوم بإرسال تعليمات أو أوامر Instructions لتتم معالجتها في وحده المعالجة هذه
• وحدة الخزن الثانوي : إن برامج المستخدم والبيانات المخزونة في ذاكرة RAM تشغل مساحة كبيرة من الذاكرة كما أنها تكون عرضة للضياع عند انقطاع الطاقة عن الذاكرة الرئيسية ، لذلك يتم إضافة وحدة خزن ثانوي ذات مساحة كبيرة تكفي لعدد كبير من البرامج وهي ذات كلفة قليلة ، وتتميز بأنها غير متطايرة ولكنها تحتاج إلى زمن وصول أطول من الذاكرة الرئيسية وهناك عدة أنواع للذاكرة الثانوية مثل الأقراص المغناطيسية والأشرطة المغناطيسية والأقراص الضوئية (CD) .


ناقل النظام (System Bus) : وهي مجموعة خطوط كهربائية تربط وحدة المعالجة المركزية ببقية أجزاء الحاسوب ويمكن تقسيمها إلى ثلاث مجموعات
- ناقل البيانات : ويتألف من 32,16,8 أو 64 خط اعتماداً على معمارية الحاسوب المستخدمة . ويستخدم لنقل البيانات الثنائية بين وحدة المعالجة وبقية الوحدات .
- ناقل العناوين : ويمكن أن يتكون من 24,20,16 أو 32 خط ويستخدم من قبل CPU لعنونة موقع ذاكرة أو وحدة الإدخال / الإخراج .
- ناقل السيطرة : وهي مجموعة خطوط تستخدم لنقل إشارات السيطرة من CPU إلى بقية الوحدات ضمن الحاسوب .

ب- المكونات البرمجية :

وهي مجموعة البرامج والتطبيقات التي ينفذها الكمبيوتر وهي حلقة الوصل بين المبرمج والكمبيوتر . ويمكن تقسيمها إلى :
1- برامج الإقلاع : وهي برامج تخزن في ذاكرة ROM وتكون أول ما ينفذ عند بدء التشغيل , وعليها إجراء فحص لمكونات الكمبيوتر والإبلاغ عن أي أخطاء في النظام كما أنها تتعرض على الأجهزة الطرفية المربوطة للكمبيوتر وتحميل برامج قيادتها (Drivers) إلى الذاكرة الرئيسية , كما تقوم بتحميل برنامج نظام التشغيل إلى الذاكرة وتسلم السيطرة له .
2- نظام التشغيل : وهو برنامج معقد يسيطر على إدارة موارد النظام وتنفيذ البرامج التطبيقية وكذلك يمكن أن ينظم عملية تنفيذ أكثر من مهمة في نفس الوقت في الأنظمة متعددة المهام (Multi-Tasking) أو توزيع المهام على أكثر من معالج واحد في أنظمة البرمجة المتعددة
(Multi - Processing System) . كمثال على هذه البرامج (DOS, Linux, Vinx, Windows) .
3- المجمعات والمترجمات (Assemblers & Compilers) : وهي برامج تستخدم لترجمة وتحويل برامج المستخدم المكتوبة بلغات البرمجة العليا مثل (بيسك, فورتران, باسكال,...الخ) أو بلغة التجميع (Assembly) إلى لغة الماكنة .
4- البرامج التطبيقية : وهي البرامج التي يكتبها المستخدم أو يشتريها جاهزة لتنفيذ تطبيق معين مثل معالجات النصوص , وبرامج الرسوميات وبرامج التصميم بواسطة الكمبيوتر (CAD) , الخ .