كيف يعمل الحاسوب... وصف مبسّط جداً

الحاسوب موجود اليوم في كل مكان تقريباً. فغير حاسوب المكتب والحاسوب اللوحي والهاتف المحمول، فهو موجود في كثير من التجهيزات من المصعد إلى السيارة إلى أجهزة التحليل والتصوير الطبية، ومن السفينة إلى الطيارة وأشياء كثير أخرى لا يمكن عدها، وهي إلى تزايد. وهذا الحاسوب في تطور مستمر بسبب الحاجة المتزايدة على القدرة في الحساب التي تتطلبها بعض التطبيقات مثل التوقعات الجوية. كما يجري العمل الآن على تطوير حواسيب كمومية تعد بسرعات حساب هائلة. ولكن كيف يمكن تصور الحاسوب وعمله؟ 

يمكن تصور الحاسوب على شكل دفتر بصفحات ذات مربعات. لكل صفحة رقم. ولكل مربع في كل صفحة إحداثيات. ومن ثم لكل مربع في صفحات الدفتر عنوان هو: رقم الصفحة وإحداثيات هذا المربع. ويمكن الكتابة في كل مربع بعينه. والمربعات معزولة عن بعضها. والكتابة في كل مربع محدودة برقمي الصفر والواحد. 

لماذا الصفر والواحد؟ لأنه يمكن تجسيدهما إلكترونياً. فوجود شحنة في المربع يكافئ الواحد وعدم وجود شحنة يكافئ الصفر. وهذا الصفر أو هذا الواحد يمكن تدوينهما في أي مربع من مربعات الدفتر الذي يمكن الوصول إليه عن طريق عنوانه. والمربع يقابل ما يسميه المهندسون بلغة الحاسوب :بت BIT. لذا نسمع بعض الناس يتحدثون عن البت والبتات بالجمع.

وفي الحاسوب تُجرى عمليات حسابية أساسية على موجودات أي مربع من هذه المربعات. وهما عمليتان أساسيتان يمكن انطلاقاً منهما إجراء أية عملية حسابية أخرى مهما كانت (جمع، طرح، ضرب، قسمة، جذر....)، كما تبرهن على ذلك الرياضيات، فصدقوها. هاتان العمليتان هما:

- عكس محتوى مربع ما. إن كان صفراً فعكسه واحد وإن كان واحداً فعكسه صفراً.

- ضرب محتوى مربعين الذي سيكون ناتجه واحداً إذا كان محتوى المربعين واحداً وإلا صفراً في غير ذلك.

الآن، كيف نخزن النصوص والصور وغيرها في الحاسوب؟ جعل المهندسون لكل حرف تركيبة (ترميز) من المربعات المتجاورة من الوحدان والأصفار*. فعند النقر على حرف من لوحة المفاتيح سيذهب إلى صفحة محددة من دفترنا تركيبة مقابلة (ترميز) من الوحدان والأصفار، وبجوارها أو على السطر التالي من الصفحة نفسها سيوضع ترميز الحرف الثاني الذي نقرناه على لوحة المفاتيح وهلمجرا. ومكان وجود النص يحدده عنوان أول مربع شارك في أول حرف من حروف النص وحتى عنوان آخر مربع شارك في آخر حرف في النص.

أما الصور فتُقطّع إلى مربعات صغيرة، وكل مربع من هذه الصورة يخصص له مثلاً سطر (أو أسطر) من أسطر دفترنا. وهذا السطر موجود في صفحة أو صفحات محددة من الدفتر مخصصة لهذه الصورة. وعن كل مربع من الصورة سنضع رموز اللون الخاص بهذا المربع وشدته. وقراءة النص المخزون في دفترنا أو مشاهدة الصورة على الشاشة يجريان بعملية معاكسة للتخزين. أي من رمز الحرف سنعرف من هو الحرف المقصود ونرسمه على الشاشة وهكذا. والأمر نفسه للصورة.

مَنْ يضع الوحدان والأصفار في المربعات ويجري عليها حسابات العكس والضرب وغير ذلك؟ إنه معالج الحاسوب، الذي هو دارة إلكترونية بالغة التعقيد تقوم بعملها وفق خطوات (برنامج التشغيل) حددها مصممو الحواسيب. وهذا البرنامج يدير المعالج لاستقبال حروف أي نص نكتبه عبر لوحة المفاتيح وتخزينها في الدفتر مثلاً، أو إعادة وضعها على الشاشة عند الرغبة في قراءتها. والمعالج هو من يقوم بتخزين مربعات الصورة (آلة التصوير هي من يقوم بتقطيع الصورة إلى مربعات صغيرة). وهذا التخزين في أماكن محددة تقوم بها البرامج. المعالج هو المحرك وبرامج التشغيل هي السائق إذا أخذنا تشبيه السيارة.

تتطور هذه المعالجات مع الزمن، وتطورها يكون في سرعة عملياتها وتعقيدها. وهذه السرعة يحددها إيقاع ساعة الحاسوب التي تساوي اليوم بعضاً من الغيغا هرتز (أي أن أصغر فترة يمكن تميزها في هذه الساعة هي فترة واحد من مليار من الثانية!!)، أي أن هذه المعالجات تقوم بنحو مائة مليون عملية عكس أو ضرب في الثانية الواحدة. وكذلك الحواسيب تتطور من حيث المعالج الذي تستخدمه وعدد صفحات الدفتر (الذاكرة/الذواكر) التي تتضمنها. وفي الحاسوب الواحد أكثر من معالج مختلفة عن بعضها في الدور والأداء. فهناك معالج خاص بالشاشة وهناك معالج خاص بلوحة المفاتيح وهناك المعالج المركزي الذي يقوم بعالجة البيانات وخزنها وهو حجر الرحى في الحاسوب، وهناك معالج موجود في الطابعة، الخ.

أما الدفتر فهو غير موجود طبعاً، ولكن مقابله موجود على هيئة مصفوفات من خلايا إلكترونية تحاكي مربعات الدفتر تماماً وتسمى "الذواكر".... هذا تبسيط نرجو أنه مفيد.

* ترميز الحرف A مثلاً هو:

1

0

0

0

0

1

0