الكمبيوترات

الكمبيوترات


(مقدمة عامة) :

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 :

أنواع الكمبيوترات :

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)2) 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 ااكمبيوتر 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 .

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 .



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 :

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 .




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) .



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 .



البرامج التطبيقية : وهي البرامج التي يكتبها المستخدم أو يشتريها جاهزة لتنفيذ تطبيق معين مثل معالجات النصوص , وبرامج الرسوميات وبرامج التصميم بواسطة الكمبيوتر (CAD) , الخ