5 الحاسب والعالم
رغم تعقيد الحواسيب اليوم، إلا أنها ترجع إلى معمارية فون نويمان (بالإنجليزية: Von Neumann architecture) وهي مجموعة من القواعد الأساسية وضعها العالم الرياضي جون فون نويمان ومعاونوه عام 1945م -وتُستعمل حتى الأن- في تصميم الحاسبات.
يصور هذا النموذج الحاسب بمكونين رأيسيين:
المكون الأوَّل: وحدة المعالجة المركزية (Central Processing Unit - CPU) وهي التي تعبَّأ فيها البرمجيَّة مترجمةً، فتتشكَّل الدوائر الكهربائيَّة فيها وتعمَل عملها الذي نرى نتيجته. وتتكون من شيئين:
الأول: وحدة التحكم (Control Unit) وهي التي تتحكم في سيْر العمليات:
- حين نريد أن نكرر عمليَّةً ما عدة مرات، أو نريد أن نعلق تنفيذ عمليَّة ما بشرط (
if-else,for) - حين نريد القراءة أو الكتابة من وإلى خارج وحدة المعالجة المركزيَّة (
input(),print())
الثاني: وحدة الحساب والمنطق (Arithmetic and Logic Unit - ALU) تنفذ تعليمات المنطق الرقمي كالجمع والطرح والمقارنة والرجوع ونحو ذلك.
فالعمليات على نوعين:
عمليات حساب (Computation): عمليات تنفذها وحدة المعالجة المركزية (CPU). وذلك مثل الجمع والطرح، وفصل النصوص ودمجها، والشرط والتكرار، ونحو ذلك.
وعمليات إدخال وإخراج (I/O): عمليات تنفذها الأجهزة المرتبطة به؛ بناءً على طلبه.
المكوِّن الثاني: ذاكرة الوصول العشوائي (Random Access Memory - RAM) التي تحمل البرنامج المترجَم ليتمَّ إدخاله لوحدة المعالجة، وكذلك:
- تحمل البيانات الداخلة من منافذ القراءة ليتم معالجتها
- والنتائج الجزئية بين عمليَّة والتي بعدها
- والنتائج النهائيَّة التي يُراد لها أن تخرُج من منفذ الكتابة
فكل اسم عرَّفته في النص البرمجي، سواءٌ كان متغيرًا أو إجراءً= فإنَّه مما يُحفظ في هذه الذاكرة أثناء عمل البرنامج.
أجهزة الإدخال والإخراج (I/O Devices)
لا يكون البرنامج مفيدًا إلا بمنفذ يُخرج فيه نتائجه. ولا يكون مستجيبًا إلا بمنفذٍ تدخل منه المعطيات إليه.
وقد اصطلح الناس على الاختصار I/O إشارة إلى الإنجليزية Input/Output لهذين الأمرين. فمن ذلك:
المخزن (Storage): مثل القرص الصلب (HDD)، وقرص الحالة الصلبة (SSD). ومهمتها حفظ المعلومات المكتوبة لديها على المدى البعيد، والقدرة على استرجاعها متى طلبها المعالج.
وأما منفذ الشبكة (Network): فعن طريقه تدخل وتخرج المعلومات من وإلى الأجهزة الأخرى المتصلة بالشبكة. وهذا عامٌّ سواءً في الشبكة السلكية (Ethernet) أو الشبكة اللاسلكية (WiFi) أو حتى البلوتوث (Bluetooth) والاتصال قريب المدى (NFC).
ومن الأجهزة ما وظفيته الإدخال فقط: كلوحة المفاتيح (Keyboard)، والمؤشر (Mouse)، والكاميرا، ولاقط الصوت. ومنها: أجهزة استشعار: الحرارة والرطوبة والبعد والميل والاهتزاز والحركة …إلخ.
ومن الأجهزة ما وظفيته الإخراج فقط: كالشاشة ،والطابعة ،والسماعات. ومنه: أجهزة تحريك: المفتاح والماطور والصمام …إلخ.
التحكم
ولا تقتصر نتائج المعالجة على الأجهزة التي عادة ما تتصل بالحاسب الشخصي، بل الأمر أوسع من هذا. فإن التحكُّم في الأجهزة المعقَّدة مثل الروبوتات هو من هذا القبيل أيضًا. وهذا يشمل أيضًا الأذرعة الآلية في المصانع مثلاً كما هو موضَّح في الصورة.
تبيَّن لنا أن الجهاز لا يكون مفيدًا إلا باتصاله بالعالَم المحيط به. وذلك يكون بأجهزة الإدخال للنظر في معطياته، وبأجهزة الإخراج للتأثير فيه. والمعالجةُ هي محوَر ذلك كله.