عزت
04-06-2013, 12:04 PM
مقدمة إلى الحاسب الآليما هو الحاسب الآلي؟
هو عبارة عن مجموعة من الأجهزة الإلكترونية تعمل مع بعضها البعض بشكل منسق ومنظم وبسيطرة من البرمجيات بحيث تكون قادرة على تلقي البيانات وفقاً للتعليمات المعطاة ثم إخراج النتائج المطلوبة في سرعة فائقة ودقة كبيرة.
مراحل معالجة البيانات:
عند معالجة الحاسب الآلي للبيانات (Data) فإنه يقوم بذلك وفق ثلاث مراحل وهي :
1) مرحلة الإدخال (Input):وهي تغذية الحاسب الآلي بالبيانات الأولية اللازمة (DATA).
2) مرحلة المعالجة (Processing) :وهي المرحلة التي يقوم فيها الحاسب الآلي بمعالجة البيانات الداخلة وإجراء الحسابات عليها أو أي عملية أخرى من تصنيف أو ترتيب أو مقارنة ... الخ ،وهذه العمليات يتم تحديدها عن طريق برنامج معين.
3) مرحلة الإخراج (Output) :
الإدخال
Input
المعالجة
Processing
الإخراج
Output
بعد إجراء عمليات المعالجة واستخراج النتائج INFORMATION يقوم الحاسب الآلي بإخراج هذه النتائج على وحداته المختلفة مثل الشاشة أو الطابعة ..الخ.
تصنيف الحاسبات من حيث الحجم والسرعة :
1)الحاسبات الصغيرة (Micro – Computers)
ظهر هذا النوع لحاجة الأسواق إلى حاسبات صغيرة في حجمها وكبيرة في إمكانياتها وقدرتها وبفضل التطور في تقنية الحاسبات فقد ظهرت الحاسبات الصغيرة (الشخصية) والتي تعتمد في تصميمها على المعالج الميكروي (MICRO PROCESSOR).
ب)الحاسبات المتوسطة (Mini Computers):
ظهر في أوائل الستينيات واستعمل في البداية كأجهزة مخصصة لأغراض معينة وبعدما بدأت تأخذ بعض المرونة لتؤهلها للاستعمالات العامة.
ومن أبرز خواص هذه الحاسبات الذاكرة المتوسطة مع استعماله كنظام متعدد المستفيدين (Multi-User).
ج)الحاسبات الكبيرة (Mainframe Computers) :
وهي الأسرع والأكبر بين الحاسبات الإلكترونية المعروفة ويستخدم في الأعمال الكبيرة مثل تنفيذ عمليات المؤسسات والشركات الكبيرة ومراكز الأبحاث وتتميز بسعرها الباهظ وسعة عالية في التخزين والسرعة العالية في معالجة المعلومات ومن أبرز الأمثلة على هذه الحواسب (IBM/370).
د)الحاسبات الفائقة (Super Computers):
وهي أكبر حجماً وأعلى سرعة وأكثر تكلفة من الحواسب الكبيرة وتمتلك قدرة حسابية كبيرة ويستعمل في المؤسسات الضخمة ومراكز الأبحاث مثل (الأبحاث في مجال الأسلحة الإستراتيجية السرية والحسابات المعقدة للحكومة الفيدرالية ولمعالجة الحسابات المعقدة لشركات النفط والشركات الهندسية الكبرى.
مكونات الحاسب الآلي
يتكون الحاسب الآلي من قسمين رئيسيين:
1) المكونات المادية "المعدات" Hardware
2) المكونات البرمجية Software
أولاً المكونات المادية :
يقوم جهاز الحاسب الآلي بإدخال البيانات "DATA" وتخزينها ومعالجتها ثم إخراج المعلومات بسرعة ودقة لكي يقوم الحاسب بالمهام المذكورة ينبغي أن يتكون من الوحدات الأساسية التالية:
1)وحدات إدخال البيانات إلى الحاسب (INPUT UNIT)
2)وحدة المعالجة المركزية (CPU) وتنقسم إلى ثلاث أقسام :
أ) وحدة التخزين الرئيسية (مسجلات المعالج).
ب) وحدة الحساب والمنطق (ALU).
ج) وحدة التحكم والسيطرة (CONTROL UNIT).
3)وحدة الذاكرة (Memory Unit).
4)وحدات إخراج المعلومات من الحاسب (OUTPUT UNIT).
5)وحدات التخزين الثانوية (AUXILIARY STORAGE UNITS).
حيث تقوم وحدات الإدخال بإمداد الحاسب الآلي بالمدخلات من تعليمات مرمزة وبيانات رقمية من خارج الحاسب حيث تخزن في وحدة التخزين الرئيسية (الذاكرة) تنقل بعدها التعليمات من الذاكرة إلى وحدة التحكم الواحدة تلو الأخرى ليتم تنفيذها حيث تجرى العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المخزنة بناءً على التعليمات المعطاة لها ويتم تخزين النتائج النهائية لهذه العمليات في وحدة التخزين الرئيسية (الذاكرة) لتظهر بعد ذلك النتائج على وحدات الإخراج المختلفة.
وحدات الإدخال (Input Unit):
هي الوحدات التي تستطيع من خلالها إدخال البيانات والتعليمات إلى الحاسب وهناك وحدات إدخال عديدة أهمها وحدات الإدخال المباشر حيث تدخل البيانات منها مباشرة إلى الحاسب مثل لوحة المفاتيح (Keyboard) ومن وحدات الإدخال الأخرى:
1. القلم الضوئي Light-Pen
2. عصاة التحكم Joystick
3. وحدة قراءة البطاقات المثقبة Punched Card
4. مشغل الأقراص الممغنطة Magnetic Disk Drive
5. الفأرة Mouse
6. قارئ الأعمدة الضوئية.
7. الماسح الضوئي.
وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit:
تعتبر هذه الوحدة عقل الحاسب المفكر فهو المكان الذي يتم بداخله إجراء مختلف العمليات الحسابية والمنطقية والذي يتحكم في تدفق البيانات وتوجيهها بين أجزاء الحاسب المختلفة وتتم مختلف العمليات في وحدة المعالجة المركزية بسرعات تفوق باقي وحدات الحاسب وترتبط عادة سرعة أداء وحدة المعالجة المركزية بالزمن الذي تستغرقه وحدة الأداء للحاسب من أجل تنفيذ عملية واحدة فقط ويسمى ذلك بزمن دورة الحاسب ويصل إلى جزء من مليون المليون من الثانية وتتكون وحدة المعالجة المركزية من ثلاث أجزاء وهي :
وحدة الحساب والمنطق (Arithmetic And Logic Unit):
تتم في هذه الوحدة العمليات الحسابية للبيانات من جمع وطرح وضرب وقسمة وكذلك عمليات المقارنة بين القيم واتخاذ القرارات بشأنها.
وتحتوي وحدة الحساب والمنطق على مراكم (Accumulator) أو أكثر (وهو مسجل رئيسي يستخدم لتخزين نتائج العمليات الحسابية والمنطقية بشكل آلي ويستطيع القيام ببعض العمليات الحسابية والمنطقية) كما يحتوي على مجموعة من المسجلات تستخدم كذاكرة مؤقتة.
وحدة التحكم Control Unit:
وهي تعتبر الجهاز العصبي للحاسب حيث تنظم عمل جميع وحدات الحاسب وتتحكم بها.
ويمكن تلخيص وظائف هذه الوحدة بما يلي :
1- تعريف الحاسب بالمكونات المتصلة به .
1-التحكم في سير البيانات من وحدات الإدخالإلى وحدات المعالجة ثم إلى وحدات الإخراج
وحدة الذاكرة Memory Unitوتحتوي على :
1. البيانات بعد إدخالها إلى الحاسب أو التي يقوم الحاسب بتحليلها من عملية معينة.
2. التعليمات التي نعطيها إلى الحاسب.
3. نتائج التحليلات.
وتعد السعة والسرعة من أهم خصائص الذاكرة وتؤثر بشكل مباشر على كفاءة وإنتاجية الحاسب.
وتعرف سعة الذاكرة بأنها عدد الرموز التي تستطيع الذاكرة تخزينها على شكل الثنائية (1,0) وهو ما يعرف بـ(bit) أو مضاعفاته ويتم الوصول إلى المعلومات في الذاكرة عن طريق العنوان الذي يحدد مكانها في الذاكرة.
ويتم تقييم سرعة الذاكرة عن طريق زمن الوصول (وهي الفترة الزمنية التي تستغرقها الذاكرة لتنفيذ العملية بعد حصولها على أمر البدء بالعملية) ويختلف زمن الوصول على حسب نوع الذاكرة وتكون أقل ما يمكن في الذاكرة الرئيسية .
الذاكرة المتطايرة : وهي التي تفقد المعلومات بعد انقطاع التيار الكهربائي مثل (RAM).
وحدة الذاكرة الرئيسية (Main Memory):
هي المكان الذي يتم فيه تخزين البيانات داخل الحاسب الآلي بصفة مؤقتة أثناء عملية المعالجة حتى يتم تخزينه نهائيا على وحدات التخزين الخارجية وهي تتأثر بانقطاع التيار الكهربي إذ تمحى جميع البيانات المسجلة فيها .
وتنقسم الذاكرة الرئيسية إلى قسمين (ROM) وهي ذاكرة للقراءة فقط والقسم الآخر (RAM) ذاكرة القراءة والكتابة وبها يتم عمليات تخزين البيانات والمعلومات وتنشيط البرامج التطبيقية ولغات البرمجة.
الذاكرة الخارجية (External Memory):
وهي أبعد مستويات الذاكرة وتستخدم لتخزين المعلومات الداخلة أو الخارجة من الحاسب بصفة مستديمة ومن أهم هذه الوسائط المستخدمة البطاقات المثقبة ،والأشرطة والأقراص الممغنطة.
وحدات الإخراج Output Unit
تعتبر هذه الوحدات الوسيلة التي من خلالها يمكننا الإطلاع على نتائج عمليات الحاسب حيث يتم إخراج المعلومات على إحدى الصور التالية:
1) أشكال ورسومات بيانية ونتائج مقروءة.
2) أشكال ورسومات بيانية ونتائج مطبوعة على ورق.
أولاً: يتم إخراج النتائج المقروءة على شاشاتخاصة فعليها يتم عرض نتائج البرامج المنفذة من الحاسب كما يمكن مشاهدة ما ندخله إلى الحاسب من معلومات وبرامج وتختلف شاشات العرض (Screen) عن بعضها كما يلي:
1)شاشة عرض أحادية اللون Monochrome Screen:
وهذا النوع من الشاشات يستخدم عادة للكتابة وتكون بلون واحد وهو الأخضر وتنقسم الشاشة إلى 25 سطر وفي كل سطر 80 عمود.
2)شاشة عرض ملونة Color Screen:
وهذا النوع من الشاشات يمكن الرسم من خلالها وبألوان عديدة بالإضافة إلى الكتابة العادية عليها وهناك أنواع عديدة من الشاشات الملونة حسب دقة الرسم والألوان مثل (CGA,EGA,VGA,SVGA) وتتراوح دقة الرسم في هذه الشاشات من (200*320) نقطة إلى (800*1024) نقطة.
تقسيمات القرص :
توضع البيانات على القرص بطريقة البقع المغناطيسية ويتم تسجيل البيانات على كلا الوجهين وينقسم الوجه الواحد إلى مسارات دائرية تسمى (TRACKS) وكل مسار ينقسم إلى عدد من القطاعات تسمى (SECTORS) ويختلف عدد المسارات في الوجه الواحد باختلاف القرص المستخدم وبحجم القرص فكلما زاد حجم القرص من المعلومات زادت كثافة الممرات حيث يصل عددها إلى 40 مسار في بعض الأنواع من الأقراص ويقاس حجم المعلومات على القرص بعدد الحروف التي يمكن تخزينها على هذا القرص ولما كانت سعات القرص كبيرة جدا وتقاس بملايين الحروف كان لابد من إيجاد مضاعفات للحروف كما يلي :
1. BIT وتسمى (بيت) وهي خانة ثنائية (0 أو 1 ).
2. BYTE وتسمى (بايت) وهي حرف أو رمز ويعادل (8) بت.
3. K.BYTE وتسمى (كيلو بايت) وهي 1024 بايت.
4. M.BYTE وتسمى (ميجا بايت) وهي 1024 كيلو بايت.
5. G.BYTE وتسمى (جيجا بايت) وهي 1024 ميجا بايت.
هو عبارة عن مجموعة من الأجهزة الإلكترونية تعمل مع بعضها البعض بشكل منسق ومنظم وبسيطرة من البرمجيات بحيث تكون قادرة على تلقي البيانات وفقاً للتعليمات المعطاة ثم إخراج النتائج المطلوبة في سرعة فائقة ودقة كبيرة.
مراحل معالجة البيانات:
عند معالجة الحاسب الآلي للبيانات (Data) فإنه يقوم بذلك وفق ثلاث مراحل وهي :
1) مرحلة الإدخال (Input):وهي تغذية الحاسب الآلي بالبيانات الأولية اللازمة (DATA).
2) مرحلة المعالجة (Processing) :وهي المرحلة التي يقوم فيها الحاسب الآلي بمعالجة البيانات الداخلة وإجراء الحسابات عليها أو أي عملية أخرى من تصنيف أو ترتيب أو مقارنة ... الخ ،وهذه العمليات يتم تحديدها عن طريق برنامج معين.
3) مرحلة الإخراج (Output) :
الإدخال
Input
المعالجة
Processing
الإخراج
Output
بعد إجراء عمليات المعالجة واستخراج النتائج INFORMATION يقوم الحاسب الآلي بإخراج هذه النتائج على وحداته المختلفة مثل الشاشة أو الطابعة ..الخ.
تصنيف الحاسبات من حيث الحجم والسرعة :
1)الحاسبات الصغيرة (Micro – Computers)
ظهر هذا النوع لحاجة الأسواق إلى حاسبات صغيرة في حجمها وكبيرة في إمكانياتها وقدرتها وبفضل التطور في تقنية الحاسبات فقد ظهرت الحاسبات الصغيرة (الشخصية) والتي تعتمد في تصميمها على المعالج الميكروي (MICRO PROCESSOR).
ب)الحاسبات المتوسطة (Mini Computers):
ظهر في أوائل الستينيات واستعمل في البداية كأجهزة مخصصة لأغراض معينة وبعدما بدأت تأخذ بعض المرونة لتؤهلها للاستعمالات العامة.
ومن أبرز خواص هذه الحاسبات الذاكرة المتوسطة مع استعماله كنظام متعدد المستفيدين (Multi-User).
ج)الحاسبات الكبيرة (Mainframe Computers) :
وهي الأسرع والأكبر بين الحاسبات الإلكترونية المعروفة ويستخدم في الأعمال الكبيرة مثل تنفيذ عمليات المؤسسات والشركات الكبيرة ومراكز الأبحاث وتتميز بسعرها الباهظ وسعة عالية في التخزين والسرعة العالية في معالجة المعلومات ومن أبرز الأمثلة على هذه الحواسب (IBM/370).
د)الحاسبات الفائقة (Super Computers):
وهي أكبر حجماً وأعلى سرعة وأكثر تكلفة من الحواسب الكبيرة وتمتلك قدرة حسابية كبيرة ويستعمل في المؤسسات الضخمة ومراكز الأبحاث مثل (الأبحاث في مجال الأسلحة الإستراتيجية السرية والحسابات المعقدة للحكومة الفيدرالية ولمعالجة الحسابات المعقدة لشركات النفط والشركات الهندسية الكبرى.
مكونات الحاسب الآلي
يتكون الحاسب الآلي من قسمين رئيسيين:
1) المكونات المادية "المعدات" Hardware
2) المكونات البرمجية Software
أولاً المكونات المادية :
يقوم جهاز الحاسب الآلي بإدخال البيانات "DATA" وتخزينها ومعالجتها ثم إخراج المعلومات بسرعة ودقة لكي يقوم الحاسب بالمهام المذكورة ينبغي أن يتكون من الوحدات الأساسية التالية:
1)وحدات إدخال البيانات إلى الحاسب (INPUT UNIT)
2)وحدة المعالجة المركزية (CPU) وتنقسم إلى ثلاث أقسام :
أ) وحدة التخزين الرئيسية (مسجلات المعالج).
ب) وحدة الحساب والمنطق (ALU).
ج) وحدة التحكم والسيطرة (CONTROL UNIT).
3)وحدة الذاكرة (Memory Unit).
4)وحدات إخراج المعلومات من الحاسب (OUTPUT UNIT).
5)وحدات التخزين الثانوية (AUXILIARY STORAGE UNITS).
حيث تقوم وحدات الإدخال بإمداد الحاسب الآلي بالمدخلات من تعليمات مرمزة وبيانات رقمية من خارج الحاسب حيث تخزن في وحدة التخزين الرئيسية (الذاكرة) تنقل بعدها التعليمات من الذاكرة إلى وحدة التحكم الواحدة تلو الأخرى ليتم تنفيذها حيث تجرى العمليات الحسابية والمنطقية على البيانات المخزنة بناءً على التعليمات المعطاة لها ويتم تخزين النتائج النهائية لهذه العمليات في وحدة التخزين الرئيسية (الذاكرة) لتظهر بعد ذلك النتائج على وحدات الإخراج المختلفة.
وحدات الإدخال (Input Unit):
هي الوحدات التي تستطيع من خلالها إدخال البيانات والتعليمات إلى الحاسب وهناك وحدات إدخال عديدة أهمها وحدات الإدخال المباشر حيث تدخل البيانات منها مباشرة إلى الحاسب مثل لوحة المفاتيح (Keyboard) ومن وحدات الإدخال الأخرى:
1. القلم الضوئي Light-Pen
2. عصاة التحكم Joystick
3. وحدة قراءة البطاقات المثقبة Punched Card
4. مشغل الأقراص الممغنطة Magnetic Disk Drive
5. الفأرة Mouse
6. قارئ الأعمدة الضوئية.
7. الماسح الضوئي.
وحدة المعالجة المركزية Central Processing Unit:
تعتبر هذه الوحدة عقل الحاسب المفكر فهو المكان الذي يتم بداخله إجراء مختلف العمليات الحسابية والمنطقية والذي يتحكم في تدفق البيانات وتوجيهها بين أجزاء الحاسب المختلفة وتتم مختلف العمليات في وحدة المعالجة المركزية بسرعات تفوق باقي وحدات الحاسب وترتبط عادة سرعة أداء وحدة المعالجة المركزية بالزمن الذي تستغرقه وحدة الأداء للحاسب من أجل تنفيذ عملية واحدة فقط ويسمى ذلك بزمن دورة الحاسب ويصل إلى جزء من مليون المليون من الثانية وتتكون وحدة المعالجة المركزية من ثلاث أجزاء وهي :
وحدة الحساب والمنطق (Arithmetic And Logic Unit):
تتم في هذه الوحدة العمليات الحسابية للبيانات من جمع وطرح وضرب وقسمة وكذلك عمليات المقارنة بين القيم واتخاذ القرارات بشأنها.
وتحتوي وحدة الحساب والمنطق على مراكم (Accumulator) أو أكثر (وهو مسجل رئيسي يستخدم لتخزين نتائج العمليات الحسابية والمنطقية بشكل آلي ويستطيع القيام ببعض العمليات الحسابية والمنطقية) كما يحتوي على مجموعة من المسجلات تستخدم كذاكرة مؤقتة.
وحدة التحكم Control Unit:
وهي تعتبر الجهاز العصبي للحاسب حيث تنظم عمل جميع وحدات الحاسب وتتحكم بها.
ويمكن تلخيص وظائف هذه الوحدة بما يلي :
1- تعريف الحاسب بالمكونات المتصلة به .
1-التحكم في سير البيانات من وحدات الإدخالإلى وحدات المعالجة ثم إلى وحدات الإخراج
وحدة الذاكرة Memory Unitوتحتوي على :
1. البيانات بعد إدخالها إلى الحاسب أو التي يقوم الحاسب بتحليلها من عملية معينة.
2. التعليمات التي نعطيها إلى الحاسب.
3. نتائج التحليلات.
وتعد السعة والسرعة من أهم خصائص الذاكرة وتؤثر بشكل مباشر على كفاءة وإنتاجية الحاسب.
وتعرف سعة الذاكرة بأنها عدد الرموز التي تستطيع الذاكرة تخزينها على شكل الثنائية (1,0) وهو ما يعرف بـ(bit) أو مضاعفاته ويتم الوصول إلى المعلومات في الذاكرة عن طريق العنوان الذي يحدد مكانها في الذاكرة.
ويتم تقييم سرعة الذاكرة عن طريق زمن الوصول (وهي الفترة الزمنية التي تستغرقها الذاكرة لتنفيذ العملية بعد حصولها على أمر البدء بالعملية) ويختلف زمن الوصول على حسب نوع الذاكرة وتكون أقل ما يمكن في الذاكرة الرئيسية .
الذاكرة المتطايرة : وهي التي تفقد المعلومات بعد انقطاع التيار الكهربائي مثل (RAM).
وحدة الذاكرة الرئيسية (Main Memory):
هي المكان الذي يتم فيه تخزين البيانات داخل الحاسب الآلي بصفة مؤقتة أثناء عملية المعالجة حتى يتم تخزينه نهائيا على وحدات التخزين الخارجية وهي تتأثر بانقطاع التيار الكهربي إذ تمحى جميع البيانات المسجلة فيها .
وتنقسم الذاكرة الرئيسية إلى قسمين (ROM) وهي ذاكرة للقراءة فقط والقسم الآخر (RAM) ذاكرة القراءة والكتابة وبها يتم عمليات تخزين البيانات والمعلومات وتنشيط البرامج التطبيقية ولغات البرمجة.
الذاكرة الخارجية (External Memory):
وهي أبعد مستويات الذاكرة وتستخدم لتخزين المعلومات الداخلة أو الخارجة من الحاسب بصفة مستديمة ومن أهم هذه الوسائط المستخدمة البطاقات المثقبة ،والأشرطة والأقراص الممغنطة.
وحدات الإخراج Output Unit
تعتبر هذه الوحدات الوسيلة التي من خلالها يمكننا الإطلاع على نتائج عمليات الحاسب حيث يتم إخراج المعلومات على إحدى الصور التالية:
1) أشكال ورسومات بيانية ونتائج مقروءة.
2) أشكال ورسومات بيانية ونتائج مطبوعة على ورق.
أولاً: يتم إخراج النتائج المقروءة على شاشاتخاصة فعليها يتم عرض نتائج البرامج المنفذة من الحاسب كما يمكن مشاهدة ما ندخله إلى الحاسب من معلومات وبرامج وتختلف شاشات العرض (Screen) عن بعضها كما يلي:
1)شاشة عرض أحادية اللون Monochrome Screen:
وهذا النوع من الشاشات يستخدم عادة للكتابة وتكون بلون واحد وهو الأخضر وتنقسم الشاشة إلى 25 سطر وفي كل سطر 80 عمود.
2)شاشة عرض ملونة Color Screen:
وهذا النوع من الشاشات يمكن الرسم من خلالها وبألوان عديدة بالإضافة إلى الكتابة العادية عليها وهناك أنواع عديدة من الشاشات الملونة حسب دقة الرسم والألوان مثل (CGA,EGA,VGA,SVGA) وتتراوح دقة الرسم في هذه الشاشات من (200*320) نقطة إلى (800*1024) نقطة.
تقسيمات القرص :
توضع البيانات على القرص بطريقة البقع المغناطيسية ويتم تسجيل البيانات على كلا الوجهين وينقسم الوجه الواحد إلى مسارات دائرية تسمى (TRACKS) وكل مسار ينقسم إلى عدد من القطاعات تسمى (SECTORS) ويختلف عدد المسارات في الوجه الواحد باختلاف القرص المستخدم وبحجم القرص فكلما زاد حجم القرص من المعلومات زادت كثافة الممرات حيث يصل عددها إلى 40 مسار في بعض الأنواع من الأقراص ويقاس حجم المعلومات على القرص بعدد الحروف التي يمكن تخزينها على هذا القرص ولما كانت سعات القرص كبيرة جدا وتقاس بملايين الحروف كان لابد من إيجاد مضاعفات للحروف كما يلي :
1. BIT وتسمى (بيت) وهي خانة ثنائية (0 أو 1 ).
2. BYTE وتسمى (بايت) وهي حرف أو رمز ويعادل (8) بت.
3. K.BYTE وتسمى (كيلو بايت) وهي 1024 بايت.
4. M.BYTE وتسمى (ميجا بايت) وهي 1024 كيلو بايت.
5. G.BYTE وتسمى (جيجا بايت) وهي 1024 ميجا بايت.