انواع الحاسبات واستخدامها إشراف د/ فوزى الجمل

[b][b]
أنواع الحاسبات
]تختلف الحاسبات باختلاف طرق استخدامها ويمكن تقسيمها إلي ما يلي:
الحاسب الشخصي(Personal Computer)
عادة ما يطلق عليه الحاسب الشخصي (pc) أو حاسب سطح المكتب نتيجة لأن حجمه يسمح بوضعه فوق سطح المكتب ولقد انتشر استخدام الحاسب الشخصي في المكاتب والأعمال المنزلية لان أسعاره في متناول الشخص العادي ويعتبر الآن الحاسب الأكثر استخداما في العالم.
الحاسبات المحمولة (laptop)
وهى حاسبات صغيرة محمولة في حجم حقيبة اليد يمكن التنقل بها بسهولة. وهى تتميز بصغر الشاشة ولوحة المفاتيح.كما يمكن توصيلها بشاشة ولوحة مفاتيح في الحجم الطبيعي وذلك في حالات ساعات العمل الطويلة.وتعتبر الحاسبات المحمولة في نفس قوةالحاسب الشخصي رغم ارتفاع سعرها ضعف سعر الحاسبات الشخصية و يرجع ذلك لصغر حجمها.
حاسب الكف(palmtop)
حاسب صغير في حجم الكف و يمكن نقل الملفات المخزنة عليه إلى الحاسبات الشخصية، ويعتبر منخفض السعر مقارنة بالحاسب المحمول
أجهزة الخادم(servers)
وهي أجهزة حاسب تستخدم في شبكات الحاسب لتكون المركز الرئيسي للشبكة حيث يتم تخزين البيانات وإدارة الشبكة، ويجب أن تكون هذه الحاسبات قوية كفاية لتتمكن من استيعاب عدد الحاسبات الكبير عليها ، وفي الواقع مع تطور قوة الحاسبات الشخصية أصبحت تستخدم كحاسبات خادمة وبدأ الفرق بين الحاسبات الشخصية والخادمة يتقلص في الوقت الحالي شيئاً فشيئاً.

شكل للحاسبات الخادمه وما يتصل بها من أجهزه

تعريف الحاسب
تعتبر الحاسبات ماكينات لمعالجه المعلومات مهما اختلف الحجم ومهما اختلفت الإمكانيات فالحاسب يقوم بثلاث مهام رئيسيه وهي : قبول المعلومات ثم معالجتها بأوامر مسبقة ومحددة ثم بعد ذلك إخراج النتائج المعتمدة علي الأعمال التي تمت. المعرفة بكيفية قيام الحاسب بأداء هذه المهام يجعل من السهل التعامل مع الماكينة والاستفادة من نتائجها ..

مصطلحات مهمه
[size=12]البيانات(data[) :هي أية معلومات مكتوبة بطريقة تمكن الحاسب أن يتعامل معها ، فالمعلومات التي لا يستطيع الحاسب التعامل معها لا يعتبرها الحاسب بيانات.
المعالجة (]processing) :هي عملية تحويل البيانات من شكل إلى آخر .
إخراج البيانات ([size=12]data output) :هي عملية إظهار أو استرجاع البيانات فى شكل يتمكن مستخدم الحاسب من فهمها .
التخزين(storage) :هي عملية الاحتفاظ بالبيانات لاسترجاعها لاحقاً - ويسمى ذاكرة في عالم الحاسب.
أنواع البيانات: يتعامل الحاسب مع البيانات فى أربعة صور هى النصوص : وهي معلومات على شكل نص مقروء (كلمات وأرقام) مثل الكلام الذي تقرأه الآن، كما يتعامل مع البيانات على هيئة صور ورسومات، وفيديو (رسوم وصور متحركة)، وكذلك على هيئة صوت[]
مكونات الكمبيوتر
وهى نوعان المكونات الماديه (أجهزة) Hardware ، والبرمجيات Software
المكونات المادية للحاسب (الأجهزة) Hardware
الوحدات المادية هي أي جزئ ملموس ومرئي في الحاسب الآلي أو متصل بالحاسب الآلي. وتنقسم الوحدات المادية إلى ثلاث أقسام هي :
[/b][/b]

• وحدات الإدخال Input Unite.
  
• وحدات الإخراج output Unite.
  
• وحدة المعالجة المركزية CPU.
  

أولا: وحدات الإدخال Input Unite


وهى تلك الأجهزة والوحدات المسئولة عن إدخال البيانات والبرامج المختلفة للجهاز .

أمثلة لوحدات الإدخال :

1. لوحة المفاتيح Key Board :
   

تعتبر لوحة المفاتيح من أهم وحدات إدخال البيانات للحاسب الآلي. وتستخدم لوحة المفاتيح في إدخال بيانات من حروف و أرقام. و تحتوي لوحة المفاتيح علي:

• مفاتيح الحروف والرموز(أ، ب، B ، A ، " ، & ).
  
• مفاتيح اللوحة الرقميةو التي تستخدم في إدخال الأرقام و العمليات الحسابية.
  
• مفاتيح الأسهم و التي تستخدم في تحريك مؤشر الكتابة.
  
• مفتاح العالي (Shift) ويستخدم في إدخال الحروف والرموز المكتوبة أعلي أزرار الكتابة وله استخدامات أخرى.
  
• مفتاحي تغيير اللغة (Alt + Shift).حيث يستخدم مفتاحي (Alt + Shift) في الجانب الأيمن من لوحة المفاتيح لتغيير لغة الكتابة إلى العربية. أما مفتاحي (Alt + Shift) في الجانب الأيسر من لوحة المفاتيح فلتغيير لغة الكتابة إلى الإنجليزية.
  

1. الماوس Mouse :
   

هي إحدى وحدات إدخال الحاسب الآلي. و للفأرة زران أيمن و أيسر.
وقد يوجد زر في الوسط في بعض الانواع . عند تحريك الفأرة يتحرك مؤشر الفأرة في جميع الاتجاهات علي الشاشة. و هو علي شكل سهم .
و للفأرة ثلاث استخدامات هي:

o الإشارة (Pointing) بحيث تستطيع الإشارة إلى أي شيء موجود عليالشاشة. o الاختيار(Selection) بالضغط علي زر الفأرة الأيسر أثناء الإشارة عليشيء معين علي الشاشة. o النقل (Move)باستمرار الضغط علي الزر الأيسر للفأرة مع سحب الشيء الذيتريد نقله الي المكان الجديد و تسمي هذه العملية سحب وإسقاط(Drag and Drop).

1. الماسح الضوئي (Scanner):
   

يعتبر الماسح الضوئي وحدة من وحدات إدخال الحاسب الآلي. و يتم توصيله بالحاسب الآلي لإدخال الصور و الرسومات بجميع أنواعها بحيث تستطيع رؤيتها علي الشاشة وإعادة استخدامها و التغيير فيها.

صوره للماسح الضوئي

1. الميكروفون:
   

هو أيضا وحدة من وحدات إدخال الحاسب الآلي و يستخدم في إدخال الأصوات بحيث يمكنك إدخال و تسجيل صوتك أو بعض المحادثات أو المحاضرات .

1. الكاميرا الرقمية (Digital Camera):
   

هي أيضا وحدة من وحدات إدخال الحاسب الآلي. و يتم توصليها بالحاسب الآلي لإدخال صور تم التقاطها بحيث تستطيع مشاهدتها علي الشاشة و التغيير فيها.

1. وحده الاسطوانات (Disk drives)
   

يمكن إدخال البيانات عن طريق الاسطوانات المرنة floppy disk والاسطوانات المدمج CD ROM والاسطوانات الرقمية DVD .

ثانيا: وحدات الإخراج output Unite


وهى تلك الوحدات المسئولة عن جميع عمليات عرض واستخراج النتائج التى قام بتنفيذها الحاسب وفقا للتعليمات التي قام المستخدم بإصدارها إليه

أمثلة لوحدات الإخراج :

1. شاشة العرض Monitors
   

و هي من أهم وحدات إخراج الحاسب الآلي بحيث تظهر الشاشة ما يتم إدخاله للحاسب الآلي من حروف و أرقام و صور الخ. كما تعرض الشاشة البيانات المسجلة مسبقا علي جهاز الحاسب

1. السماعات (Speakers):
   

السماعات هي وحدة من وحدات إخراج البيانات من الحاسب الآلي. وتستخدم في إخراج الأصوات والأغاني والموسيقي. و يمكنك التحكم في درجة علو و انخفاض الصوت

1. الطابعة (Printer):
   

وهي أيضا وحدة من وحدات إخراج البيانات من الحاسب الآلي. و تستخدم في إخراج البيانات والمعلومات (حروف - أرقام - صور) مطبوعة علي أوراق

صوره للطابعه

1. الراسمات (PLOTTERS)
   

وهي أيضا وحدة من وحدات إخراج البيانات من الحاسب الآلي. و تستخدم في إخراج الرسومات البيانية والهندسية بأحجام كبيره مطبوعة علي أوراق

صوره للراسم (plotter)

ثالثا: وحدة المعالجة المركزية CPU


تنقسم وحدة المعالجة المركزية إلى ثلاث أجزاء وهى :

• وحدة الحساب المنطقى Arithmetic logic Unit (ALU).
  
• وحدة التحكم Control unit (CU) .
  
• الذاكرة الرئيسية Main Memory.
  

شكل توضيحي للـ CPUو أجزائها

1. وحدة الحساب والمنطق (ALU)
   

تقوم هذه الوحدة بإجراء العمليات الحسابية مثل عمليات الجمع والطرح والقسمة ... الخ والعمليات المنطقية هى أي عملية التى يتم فيها المقارنة بين كميات أو عمليات فرز وترتيب مثل عمليات أكبر من أو أصغر من أو يساوى .

1. وحدة التحكم (CU)
   

تقوم بتنسيق العمليات بين الوحدات المختلفة للحاسب حيث أنها تتحكم فى كل المدخلات والمخرجات من والى الوحدات المختلفة فى الحاسب.

شكل توضيحي للأجهزة المكونة للحاسب

عند تشغيل الحاسب يتم تحميل البرامج المستخدمة والتي سبق تخزينها على الاسطوانة الصلبة إلى ذاكرة الوصول العشوائي.(RAM) ويستخدم الحاسب هذه الذاكرة في تنفيذ الأعمال، وتخزين البرامج والبيانات الجاري معالجتها. وتفرغ الذاكرة عند إغلاق الجهاز أو انقطاع التيار الكهربي ليعاد تحميلها بالبرامج عند إعادة تشغيل الجهاز.

1. الذاكرة
   

يحتاج الحاسب إلي استرجاع وتذكر المعلومات التي يتعامل معها تماما كما يحتاج الإنسان كذلك لذا يجب حفظ المعلومات إما مؤقتًا أو بصفة دائمة.تعالج المعلومات ثم تخزن في صورة رقمية باستخدام النظام الثنائي، وهو النظام العددي الذي يستخدم رقمين فقط(0 ، 1).ونحن في حياتنا نستخدم النظام العشري الذي يستخدم عشرة أرقام (من صفر إلي 9).

• وحدات القياس الذاكره: تقاس سعة الذاكرة بالوحدات الأساسية الأربعة الآتية :
  
  
  
  • الخانة البايت Byte :هى مقدار الذاكرة المطلوبة لتمثيل حرف واحد بالتدوين الثنائى، وتتكون الخانة (البايت) من ثمانى خانات (بت Bit ) اى رقم ثنائى والتى يمكنها تمثيل الرقمين الثنائيين (0 ، 1).
    
  • الكيلو بايت Kilobyte: KB والكيلو بايت الواحد = 1024 بايت.
    
  • الميجابايت Megabyte :: الميجا بايت ( اختصار M أو MB ) = 1024كيلوبايت.
    
  • الجيجا بايت Gigabyte:الجيجا بايت ( اختصار G أو GB ) = 1024 ميجابايت.
    

أقسام الذاكرة الرئيسية Main Memory :تنقسم الذاكرة الرئيسية إلى ثلاث انواع هي :

• ذاكرة التداول العشوائي Random AccessMemory(RAM) : تستقبل هذه لذاكرة البيانات والبرامج من وحدة الإدخال كما تقوم باستقبال النتائج من وحدة الحساب والمنطق وتقوم بتخزينهم تخزيناً مؤقتاً ( حيث تفقد هذه الذاكرة محتويتها بمجرد فصل التيار الكهربي ) لذا سميت بالذاكرة المؤقتة أو المتطايرة . وكلما زادت سعة الذاكرة زادت كمية البيانات وحجم البرامج التى يمكن تداولها فى نفس الوقت .
  
• ذاكرة القراءة فقط Read Only Memory(ROM): تحتوى على البرامج والبيانات الأساسية اللازمة لتشغيل الكمبيوتر وتلك البيانات والبرامج قد تم تسجيلها من قبل الشركة المصنعة . وهى ذاكرة ثابتة لا تتأثر بانقطاع التيار الكهربى وسميت بذاكرة القراءة فقط لأنه لا يمكن الكتابة عليها أو التعديل أو الإلغاء لمحتوياتها بواسطة المستخدم بل يمكن فقط قراءة ما بداخلها.
  
• الذاكرة المخبأة (cache memory): وتستخدم خلال عمليات التشغيل وهى عبارة عن ذاكرة تخزين مؤقت ذات سرعة عالية جدًا تفوق سرعة الذاكرة الرئيسية. وتستخدم للتخزين المؤقت للبيانات والتعليمات المطلوب استرجاعها مرات عديدة أثناء عمليات تشغيل البيانات مما يساعد على سرعة تشغيل البيانات . وتقدر سعة الذاكرة المخبأة بحوالي 512 كيلو بايت أو اكثر.
  

وحدة التخزين Storage Devices:

وحدات التخزين هى الوحدات التى يمكن الاحتفاظ بالبيانات والبرامج عليها وتنقسم تلك الوحدات إلى: الاسطوانات الصلبة، والاسطوانات المرنة، والاسطوانات المضغوطة (اسطوانات الليزر CD) ، والأسطوانة الرقمية المتعددة الجوانب، والشريط الممغنط، وذاكرة الفلاش.

شكل يوضح أمثله لوحدات التخزين

• الاسطوانات الصلبة Hard Disks : وحده صغيرة فى حجم كف اليد تقريبا توجد بصفة دائما ومثبته فى وحدة المعالجة المركزية (CPU) وتتميز الاسطوانة بكبر سعتها التخزينية حيث تصل تلك السعة التخزينية الى تخزين اكثر من عشرة آلاف كتاب أى عشر مليارات حرف تقريبا .
  

شكل القرص الصلب

• الاسطوانات المرنة Floppy Disks: ويوجد منها نوعين هما اسطوانات مرنة 3.5 بوصة وهى المستخدمة الآن فى عملية حفظ البيانات نظر صغر حجمها وكبر حجم السعة التخزينية لها اسطوانات مرنة 5.25 لم تعد تستخدم الآن نظر صغر حجم السعة الخزينية لها وكبر حجمها .
  

• الاسطوانات المضغوطة (اسطوانات الليزر CD)Compact Disks:الاسطوانات المضغوطة أو الاسطوانات الليزر تعتبر احدث وسائل التخزين حيث تستخدم فى تخزين الصوت ولقطات الفيديو، حيث تصل سعتها التخزينية الى 650 أي ستمائة وخمسون مليون حرف. ويعيب على هذه النوعية أنها لا يمكن التسجيل عليها إلا مرة واحدة فقط.
  

• الأسطوانة الرقمية المتعددة الجوانب (DVDDigital Versatile Disk): وهو نوع من الأسطوانات المدمجة عالي السعة يستخدم لتخزين 2-10 جيجا بايت من المعلومات. وتستخدم الأسطوانة المدمجة (CD) لتخزين الموسيقى وعادة ما تستخدم في تخزين أفلام بجودة عالية بدلا من شرائط الفيديو.
  
• الشريط الممغنط (Magnetic Tape): هذا النوع من وسائل التخزين تشابه ما نراه في عالم الصوتيات من شرائط كاسيت ممغنطة مسجل عليها الصوتيات ويعتمد على نفس التقنيةحيث يتم تخزين المعلومات عليه في شكل نقاط مغناطيسية بشكل متسلسل ، وتستخدم هذه الشرائط عادة في حفظ النسخ الاحتياطية من البيانات .
  

شكل للشريط الممغنط

• ذاكرة الفلاش (Flash Memory) :هي ذاكرة تستخدم في حفظ البيانات وتتميز بصغر الحجم والسعة التخزينيه الكبيرة حيث تصل الي اكثر من جيجا بايت، كما يمكن أيضا مسح البيانات من عليها والكتابة عليها اكثر من مرة ويتم توصيلها بالحاسب بواسطة مدخل USB .
  

صوره للفلاش

بعد شرح أجزاء الحاسب المادية بالتفصيل لابد من إيضاح العلاقة ومدي ترابط كل جزء مع الآخر للقيام بالعمليات المطلوبة من الحاسب فمثلا عن القيام بعمليه حسابيه ما أولا لابد من إدخال الأرقام بواسطة وحدات الإدخال وبعد ذلك يتم المعالجة بواسطة وحده التحكم المركزي للحصول علي النتائج التي يتم إخراجها من خلال وحدات الإخراج ثم تخزينها بواسطة وحدات التخزين والشكل التالي يوضح ترابط أجزاء الحاسب مع بعضها




المكونات غير المادية (البرمجيات) Software


يمكن تقسيم برامج الحاسب إلي نوعين من البرامج برامج مستخدمة بواسطة الحاسب وتسمى برامج النظام، وبرامج تستخدم بواسطة المستخدم وتسمي البرامج التطبيقية
[/b]

البرامج التطبيقية

1. نظام التشغيل
   

هو النظام
الذي يحتوي علي كل الأوامر التي تمكن الحاسب من أداء عمله مثل عملية بدء التشغيل
والإظهار علي الشاشة واستخدام الأسطوانة الصلبة (Hard Disk)والأسطوانة المرنة (floppy disk) لتخزين المعلومات.
ويقوم نظام التشغيل (operating
system) بإدارة
البرامج مثل معالج الكلمات والألعاب ومتصفح الإنترنت. فهو يستقبل الأوامر من هذه
البرامج ويمررها إلي المعالج ،(processor)
وينظم العرض علي الشاشة. ويأخذ النتائج من المعالج، ثم يقوم بإرسالها للتخزين علي
الأسطوانة الصلبة أو للطباعة علي الآلة الطابعة. برامج التشغيل موجودة دائما في
الحاسب وتبدأ في العمل أوتوماتيكيا عند تشغيله .فنظام تشغيل الحاسب كالمحرك
بالنسبة للسيارة كلاهما لا يمكن الاستغناء عنه.


من أشهر برامج التشغيل :

• windows( 95,98,2000,XP)
  
• LINUX
  
• UNIX
  
• DOS
  

البرامج التطبيقية

هي كل البرامج
التي تعمل علي الحاسب مثل معالج الكلمات والجداول الإلكترونية وقواعد البيانات
وأدوات العروض وبرامج الناشر المكتبي والألعاب وبرامج الوسائط المتعددة. وهذه
البرامج تعرف لدى المستخدمين للتطبيقات باسم ( Microsoft Office). ومن أنواع البرمجيات التطبيقية

• برمجيات النظام (System Software): هي برامج موجودة علي الحاسب ومخزنة
  مسبقًا علي الأسطوانة الصلبة عند شرائه .عند استخدام الحاسب لأول مرة ربما
  يحتاج الأمر إلي إدخال بعض المعلومات لتشكيله. وهذا مثل أن نقوم بتعريف ا
  لحاسب بنوع الطابعة المتصلة به ، وإذا كان هناك وصلة للإنترنت وما شابهه ذلك
  . يمكن أضافه بعض المهام إلي برامج النظام كلما دعت الحاجة إلى ذلك. فمثلا
  إذا قمت بتغيير الطابعة فإننا نحتاج إلي تحميل برامج إضافية للحاسب لنتعامل
  مع الطابعة الجديدة.
  
• البرمجيات التجارية (Commercial Ware): تعتبر البرامج المعروضة للبيع برامج
  تجارية. كمجموعة برامج المكتب (Microsoft office) علي سبيل المثال. وتتاح
  البرامج التجارية لآلاف من الاستخدامات مثل الرسم والمحاسبة وإدارة الأعمال
  وتحرير الأفلام. والبرامج التجارية غالبا ما تكون مرخصة للمستخدم بدلا من
  مجرد بيعها بالطريقة المتعارف عليها، مع توضيح الشروط المختلفة المرتبطة
  باستخدامها، كما هو موضح سابق.
  
• برمجيات المشاركة (Shareware): يقوم العديد من المبرمجين والهواة
  بكتابة البرامج التي تكون متاحة مجانا. وتوزيع هذه البرامج قد يكون بواسطة
  الإنترنت أو اسطوانة توزع مع المجلات. وهذه برامج عادة ما تكون متاحة لبعض
  الوقت قبل شرائها.والدفع للحصول على هذه البرامج يعتمد علي الثقة والشرف.لو
  أراد المستخدم الاستمرار في استخدام البرامج بعد الفترة التجريبية فيجب عليه
  تسديد الرسوم للمؤلف
  
• برمجيات بدون مقابل (Free Ware): وتكون مشابهة لبرامج المشاركة بدون
  رسوم فهي توزع مجانا ولا يتوقع تسديد مقابل لها وبعض المؤلفين مسئولين عن
  جودة البرنامج. وكما هو الحال في البرامج المتاحة فإنها تأتي أيضا بشروط بعض
  المطورين ربما يوزعون النسخ الأولي مجانًا لكي يشعر المستخدمين بفائدة
  البرنامج . وغالبا ما يحتفظ مؤلفو هذه البرامج بكل الحقوق القانونية
  لبرامجهم. ولا يسمح بنسخ أو توزيع لهذه البرامج.
  
• البرمجيات العامة(Public Ware) : هذه البرامج تكون متاحة للاستخدام
  العام أي إنها متاحة مجانا ويمكن نسخها وتعديلها ،لا يوجد رسوم لاستخدامها.
  

الفرق بين التطبيقات والبرامج
البرنامج: هو مجموعة من
الأوامر التي توجه الحاسب لأن يقوم بعمل شئ معين مثل الكشف عن وإزالة الفيروسات
يمكن أيضا التفكير في البرنامج علي أنه مجموعة من التعليمات والتي كتبت بلغة
يفهمها الحاسب والذي لا يفهم اللغة البشرية فأي شيء يقوم المستخدم بكتابته علي
لوحة المفاتيح يترجم إلي النظام الثنائي قبل أن يقوم الحاسب بتنفيذه.
الحاسب ينفذ التعليمات ويعالج البيانات ويخرج المعلومات بصورة يفهمها المستخدم
عادة علي الشاشة أو الطابعة الورقية.
التطبيقات: وهي برامج
مثل معالج الكلمات تستخدم في العمل اليومي. إذا كنت تعمل بالرسومات فأنك سوف
تستخدم تطبيقات الرسومات المختلفة. لو كنت تعمل بالموسيقي فأنك سوف تستخدم برامج
الموسيقي. تكون برامج الطباعة والمحاسبة واسعة الاستخدام في الأعمال . يوجد برامج
لكل الأغراض المطلوبة. ويمكن استخدام المصطلحات " برامج " و"
تطبيقات " بصوره متبادلة.


................................


استخدامات الحاسب


للحاسب استخدامات عديدة و الفرق بين الحاسب و الأجهزة الأخرى
المنتشرة في كل مكان هو أن الحاسب يستطيع فعل اكثر
من شيء واحد في نفس
الوقت ,أي يمكن استخدام الحاسب في أمور كثيرة جدا لا يستطيع الإنسان حصرها
,ليس كبقية الأجهزة مثل التلفزيون الذي لا تستطيع فعل شيء سوى المشاهدة ,أو
الراديو سوى الاستماع , باستخدام الحاسب تستطيع عمل الكثير من خلاله
.خصوصا إذا كنت متمرسا و
عالما بإمكانيات الحاسب.

بعض الأمور البسيطة التي يمكن للحاسب عملها هي:
· القيام بحسابات شركة أو مؤسسة أو دولة بالكامل مهما كان
حجمها
· أن تلعب ألعابا مختلفة من خلاله.
· أن تقوم بتصميم وطباعة الرسوم و الحركات .
· أن تطبع الرسائل والخطابات .
· أن تطبع الرسومات على الفانلات .
· أن تتصل بشبكة الإنترنت و من خلال الإنترنت تستطيع إرسال رسائل
بالبريد
الإلكتروني ليعوضك عن البريد العادي و تستطيع محادثة أي شخص في
العالم و
مشاهدته في نفس الوقت!
· القيام بأعمال معقدة مثل الرسم الهندسي الثلاثي
الأبعاد
· برمجة الأجهزة .
· إلقاء المحاضرات و تنظيمها.
· تشغيل الموسيقى وكذلك مشاهدة الفيديو .
و أمور أخرى كثيرة منها المعقد و منها السهل البسيط .




معظم التوجهات التربوية المعاصرة تدعو إلى كثير من
الاتجاهات ومنها تزايد الاهتمام بدمج الوسائل التعليمية المعتمدة على الحاسوب في
التعليم واستخدام التقنيات التفاعلية المتقدمة مثل الوسائط المتعددة والواقع
الافتراضي :


من مزايا استخدام الحاسب الآلي في التعليم :


1 - تنفيذ العديد من التجارب الصعبة من خلال برامج
المحاكاة .


2 - تقريب المفاهيم النظرية المجردة .


3 - برامج التمرين والممارسة أثبتت فعالية واضحة في
مساعدة الطلاب على حفظ معاني الكلمات .


4 - أثبتت الألعاب التعليمية فعالية كبيرة في
مساعدة المعوقين عضلياً وذهنياً .


5 - يوفر الحاسب الآلي للطلاب التصحيح الفوري في كل
مرحلة من مراحل العمل .


6 - يتيح الحاسب الآلي للطالب اللحاق بالبرنامج دون
صعوبات كبيرة ودون أخطاء .


7 - يتميز التعليم بمساعدة الحاسب الآلي بطابع
التكيف مع قدرات الطلاب .


8 - تنمية المهارات العقلية عند الطلبة .


9 - قدرتها على إيجاد بيئات فكرية تحفز الطالب على
استكشاف موضوعات ليست موجودة ضمن المقررات الدراسية .


10 - القدرة على توصيل أو نقل المعلومات من المركز
الرئيسي للمعلومات إلى أماكن أخرى .


11 - يمكن للمتعلم استخدام الحاسب الآلي في الزمان
والمكان المناسب .


12 - للحاسب الآلي القدرة على تخزين المعلومات
وإجابات المتعلمين وردود أفعالهم .


13 - تكرار تقديم المعلومات مرة تلو الأخرى .


استخدامات الحاسب الآلي في التعليم :


يمكن تقسيم استخدامات الحاسب الآلي في التعليم إلى
ثلاثة فروع رئيسية كالتالي :


1 - الحاسب الآلي مادة تعليمية :


فيستخدم كمقررات لمحو أمية الحاسب الآلي أو الوعي
به . أو يستخدم كمقررات تقدم للمعلمين . أو كمقررات لإعداد المتخصصين في علوم
الحاسب الآلي .


2 - الحاسب الآلي في الإدارة التربوية :


فيستخدم في عمليات الإحصاء والتحليل . ويستخدم في
الشئون المالية . ويستخدم في الإدارة المدرسية . ويستخدم في التقويم والامتحانات .
ويستخدم في المكتبات .


3 - الحاسب الآلي وسيلة مساعدة في العملية
التعليمية :


فيستخدم في الشرح والإلقاء . يستخدم في التمرينات
والممارسة . وفي الحوار التعليمي ، وفي حل المشكلات ، ويستخدم في النمذجة
والمحاكاة وفي الألعاب التعليمية .


مشكلات استخدام الحاسب الآلي في التعليم :


من أبرز المشكلات ما يلي :


1 - التكلفة .


2 - صعوبة المحافظة على الاستثمار في مجال الحاسب
الآلي .


3 - النقص في الكفاءات .

في المزارع
يحتاج المزارعون إلى تحديد كمية الأسمدة التي يجب إضافتها إلى التربة الزراعية
بهدف زيادة إنتاج المحصول. وبمساعدة الكمبيوتر يستطيعون وضع نموذج لجدول بيانات
لتحديد أفضل كمية يمكن إضافتها من الأسمدة لتحقيق أعلى ربح. يمكن لمربي الماشية
استخدام الكمبيوتر لتتبع قدرة الحيوانات المختلفة على إنتاج الألبان. ويمكنهم تنويع
كمية ونوع الطعام المقدم لكل حيوان ومراقبة النتائج طوال الوقت، ثم استخدام هذه
المعلومات لرفع الإنتاج أو الربح.

في المطارات
يحتاج الطيارون إلى أداء الكثير من التدريبات المكلفة للغاية قبل حصولهم على
الترخيص الذي يؤهلهم للعمل. يتيح جهاز المحاكاة الذي يعمل بالكمبيوتر للطيارين
إمكانية تلقى مزيد من التدريبات بدون تحمل عبء التكاليف. ويستطيع العاملون استخدام
أجهزة المحاكاة لتعلم كيفية تشغيل آلة تعدين تحت الأرض أو تشغيل محطة طاقة دون أن
يعرضوا أنفسهم أو الآخرين للخطر.

تحسين التعاون و الاتصال
تعمل أدوات التكنولوجيا المختلفة ومنها برامج الكمبيوتر المتنوعة على مساعدة
الأفراد على مشاركة المستندات والتعاون في تنفيذ المشاريع بالإضافة إلى الاتصال
والتواصل بين بعضهم ببعض.

استخدام التكنولوجيا في الأعمال التجارية
يستخدم الصراف في المحلات التجارية الكبرى الكمبيوتر لقراءة الرموز الشريطية و
إجمالي الأسعار. يتمكن موظفو المخازن من إنشاء قاعدة بيانات للمخزون المتوفر لديهم.
ويستخدم المحاسبون أجهزة الكمبيوتر للاحتفاظ بالسجلات و جداول البيانات. كما يستخدم
ضباط الشرطة أجهزة الكمبيوتر للحصول على المعلومات والمساعدة في إجراء
التحقيقات.

استخدام الكمبيوتر في المهن بشكل عام
تعتبر المعرفة الأساسية بالكمبيوتر والتكنولوجيا المتعلقة به ضرورية للالتحاق
بمعظم المهن المتخصصة. وتعتبر المهارات الأساسية في استعمال لوحة المفاتيح و إدخال
البيانات ومعرفة برامج معالجة الكلمات و جداول البيانات بالإضافة إلى الإلمام
بالبريد الإلكتروني و الإنترنت هي بعض المهارات البسيطة التي يحتاجها الطلاب كبداية
صحيحة لتاريخهم المهني في مجتمع اليوم.

لم تكن فكرة الحاسوب حديثة بل قديمة قدم حاجة الإنسان إلى معين ومساعد في إجراء العمليات الحسابية لذا فقد استخدام الإنسان أصابع يديه ليعد بها أشياءه كالأغنام التي يقوم برعايتها مثلا 0ولما لم يعد عدد أصابع اليدين كافيا حاجة الإنسان للعد والحساب قام باستخدام الحصى يضعها في جراب ويقرن كل حصاة في جرابه بإحدى أغنامه إذا كان يعد أغنامه مثلا ,وهكذا ومع تطور حياة الإنسان بدا بالتفكير في اختراع آله تساعد في إنجاز حساباته وأعماله ، فكانت الحاجة إلى إجراء العمليات الحسابية النواة الأولى لاختراع الحاسوب الذي نراه اليوم يحلق على قمة إبداع الإنسانية 0
فالحاسوب ويسمى أيضا الحاسب الآلي (computer ) هو عبارة عن جهاز إلكتروني يقوم بإجراء العمليات الحسابية والمنطقية على مجموعة من البيانات ويقوم بمعالجتها واخراج نتائج (معلومات ) نستفيد منها في حياتنا 0
أذن فالوظيفة الأساسية للحاسوب هي القيام بإجراء الحسابية والمنطقية وكل عمل يقوم به الحاسوب يرجع في النهاية إلى عمليات حسابية ومنطقية 0ولكن ماذا نعني بالعمليات الحسابية وماذا نعني بالعمليات المنطقية وما هي البيانات وما هي المعلومات وما الفرق بينهما أليس اسميين لشي واحد ، السنا نجمع البيانات عن الأشخاص والأشياء وندخلها الى الحاسوب ليعطينا النتائج التي نريد ؟
فيما يلي سنتعرف على بعض المصطلحات المستخدمة في علم الحاسوب والفرق فيما بينها0
ما الفرق بين البيانات والمعلومات ؟

كثيرا ما نسمع من يقول بأننا نجمع المعلومات أو ندخل المعلومات إلى الحاسوب ,فإذا كنا ندخل إليه معلومات فما حجم الفائدة منه إذن ؟

إن هنالك فرقا كبيرا بين قولنا بيانات ( DATA ) وقولنا معلومات

( JNf0rmaTjoN ) من وجه نظر حاسوبية :

ما هي البيانات ؟

البيانات هي عبارة عن مجموعة من الحقائق والمشهدات يتم جمعها من

مجتمع إحصائي معين وإدخالها إلى الحاسوب لمعالجتها وإخراج النتائج0

ومن أمثلتها :


اسم الطالب ’تاريخ ميلاده’ عنوانه ’مكان ميلاده ’علاماته ’عدد إخوانه ’ تاريخ دخوله المدرسة ’ رقم الموظف ’ راتبه الأساسي ’ المبلغ المتقطع من الراتبالحاسوب و الإنسان


إذا كان الهدف الأساسي من الحاسوب هو إجراء العمليات الحسابية كما أسلفنا قد نسأل أنفسنا ألا يستطيع الإنسان باستخدام الورقة والقلم إن يقوم بحساباته بدون الحاسوب ؟ وهل للحاسوب وظائف أخرى ؟ وما هي المجالات التي يمكن للحاسوب ان يفيدنا بها ؟ .
دعونا نبدأ بالإجابة على هذه التساؤلات بطرح سؤال بسيط وهو : كم سيحتاج إنسان بارع في الحساب ليحسب لنا مسألة حسابية كأن نقول له 8654×7678؟ .
قد نقول انه يحتاج إلى نصف دقيقة او دقيقة ولا ننسى أن الدقيقة هي عبارة عن ستين ثانيه وهل تعلم بأن أسرع الحواسيب في العالم بلغ من سرعته انه يستطيع إنجاز(000’000’000’000’1000)(ألف مليون مليون) عملية حسابيه في الثانية الواحدة . ألا نستطيع القول بأن وجود الحاسوب يؤدي لنا فائدة عظيمة بإجراء حساباتنا بسرعة ؟ .
ومما يميز الحاسوب عن الإنسان سرعته الهائلة ودقته المتناهية ويستطيع أن يعمل لفترات طويلة دونما كلل أو ملل أو تعب أو إرهاق كما يمكن استخدامه لمهام مختلفة فهو في المطار وفي المستوصف وفي الأرشيف وفي مركز الشرطة وفي البنوك والمصارف وفي مكاتب المدراء والمنسقين .

تاريخ الحاسب


كما أيسلفنا فان فكرة ا لحاسب قديمه قدم الإنسان فقد كان أول وسيله حساب استخدمه الإنسان هو أصابع يديه ثم الحصى ثم مع تطور حياته و تعقدها كان غاية أن يطور أساليبه وتقنياته لتلائم متطلبات العصر الذي يعيش فيه وإزاء هذا التسارع المذهل في حياة البشر كان لابد أن يقابلة تسارع مواز في تطور فكرة الحاسوب والاتجاه إلى إبرازه كواحد من أهم العوامل التي تساعد على تقدم ورقى البشرية 0

حاسبات الجيل الثالث

بدأت حاسبات هذا الجيل بالظهور من عام 1961 م إلى عام 1969 وفيها تم استخدام الدوائر المتكاملة في تصنيعها وزيادة في سعة الذاكرة كما إنها كانت اصغر حجما من حاسبات الجيل الثاني وزيادة ملحوظة في سرعتها بحيث أصبحت السرعة تقاس بالنانو ثانية ( 1 00 0 0 0 0 0 0 ’ 0 من الثانية اى 000 000 000 1 وفي هذا الجيل أصبحت الحرارة المتولدة عن الحاسبات اقل بكثير عن حاسبات الجيل الثاني ومن أهم ما يميز هذا الجيل من الحاسبات أيضا ظهور الحاسبات الصغير 00000000 0 وتطور نظم التشغيل 0

حاسبات الجيل الرابع


استمر العطاء والبحث واصبح الثمر انضج طعما أحلى مذاقا في هذا الجيل الذي بدا عام 1970 م وكتب له أن يخلفه جيل آخر عام 1990 م0 هذا الجيل ( حاسبات الجيل الرابع ) تم فيه استخدام تكنولوجيا أشباه المواصلات 000000000 00 ) وفيه أصبحت سرعة الحاسبات اكثر من الأجيال السابقة أهم إنجاز ظهور الحاسبات الشخصية والمنزلية السهلة الحمل والانتقال مما أعطى الفرصة لشريحة اكبر من البشر للاستفادة من الحاسوب كما انه في هذا الجيل انتشرت أنظمة التشغيل (OPERATI NG SY STEMS )0

حاسبات الجيل الخامس


ويبقى الإنسان يبحث في سطور الذاكرة عما يريحه ويرضي شغفة للبقاء ‘ للسرعة للرقي ‘للتقدم ‘للتحديث ‘للتميز 0000000وها هو يؤرخ لجيل خامس جديد من أجيال الحاسبات يطمح من خلاله إلى فهم الحاسب للمدخلات المحكية لمخاطبته باللسان وان يستطيع الحاسوب تمييز الرسومات 0انه جيل الذكاء الصناعي ,الجيل الخامس للحاسبات الإلكترونية 0وماذا بعد ما قلنا واستعرضنا ‘ فما زال الإنسان يطمح للوصول بالحاسوب إلى مرحلة تغنيه حتى عن الكلام وقد بدأت تظهر برامج الطباعة وتنفيذ الأوامر دون الحاجة لاستخدام الفارة أو لوحة المفاتيح ومازالت القافلة تسير 00000000من هو مخترع الحاسوب ؟ كما استعرضنا سابقا في معرض الحديث عن تاريخ الحاسوب نرى بان الحاسوب لم يقم باختراعه شخص بعينة وانما هو ثمرة جهود مشتركة متواصلة لعدد هائل من العلماء والمهتمين عاشوا في أماكن مختلفة وأزمان مختلفة0
استخدامات الحاسوب


لم يبق مجال من مجالات حياتنا إلا ودخول الحاسوب مشاركا فاعلا في تحديث وتطوير أو استغلال امثل للوقت وقتل للرتابة ‘فربما قمت في يوم من الأيام بزيارة مستشفى كالمستشفى السلطاني في بوشر ‘هل لاحظت استخدامهم الحاسوب ؟في أي قسم رايتهم يستخدمونه ؟ ما الفائدة من الحاسوب في مكان كالمستشفى ؟ هل سافرت بالطائرة يوما ؟ لابد انك احتجت لزيارة أحدا مكاتب السياحة والسفر أو المكتب الرئيسي لشركة لطيران ‘هل رايتهم يستخدمون الحاسوب ؟ لماذا يستخدمون الحاسوب ؟ ما الفائدة منه هناك ؟ هل فكرت يوما كيف يعرف الطيار مسار رحلته ؟ أو من يساعده في قيادة طائرته ؟ هل لاحظت انه في معظم الأماكن التي تزورها كل يوم ترى الحاسوب يستخدم ويساعد في زيادة فعالية الإنتاج ؟في هذا الفصل سنتعرف إلى بعض الاستخدامات الشائعة للحاسوب من خلا ل الأماكن التي يستخدم فيها 0
استخدم الحاسوب في التعليم


لقد أصبح للحاسوب دورا هاما وفاعلا في العملية التربوية و التعليمية فهو وسيلة إيضاح سهلة تساعد الطلبة في فهم دروسهم وتقديم المعلومة بأسلوب مشوق وممتع ، كما أن تعلم الطلبة لعلم الحاسوب يفيدهم في حياتهم العلمية المستقبلية ليكونوا بنا ة فاعلين أخذين بمعطيات العصر ومفردات التقدم التكنولوجي فيه , فهم لا يعيشون بمعزل عما يدور حولهم من تغيرات وتقدم تكنولوجي هائل 0 وقد خطت الكثير من دول العالم هذه الخطوة الناجحة بإدخال الحاسوب كمادة تعليمية مهجنة في مدارسها لما لهذا العلم من أهمية تربط الطالب بواقعة العاصر , وها هي سلطنة عمان تخطو هذه الخطوة شانها في ذلك شان كل الدول التي تتطلع لبناء إنسانها وتأهيله ليكن الفعل في التأثير في تقدم بلدة وازدهاره في تواصله مع ما هو جديد ومفيداستخدام الحاسوب في الطب هل زرت يوما مستشفى أو عيادة طبيب ؟ هل قمت بشراء الدواء من الصيدلية؟ هل لاحظت استخدام الحاسوب هناك ؟ لماذا يستخدمونه وماذا يستفيدون منة؟ إن استخدام الحاسوب في المستشفى ضروري جدا فهو يستخدم لتخزين بيانات المرضى واسترجاعه وتعدلها عند قيامهم بالمراجعة كما أنه يستخدم لأغراض المحاسبة المالية والاهم من ذلك كله انه يساعد الطبيب في تشخيص المرض و الكشف عنة كما انه يساعده في وصف الدواء المناسب للحالة المرضية كنا انه يساعد الطبيب في مراقبة حالة المريض وإعطاء التقارير عنة في الحالات التي تستدعى العناية الحثيثة كدور الحاسوب في أجهزة تخطيط القلب و الأجهزة الحديثة الأخرى كالتصوير الطبقي الدماغ وغيرها من أساليب الطب الحديثة التي أصبحت تعتمد بصورة شبة كلية على الحاسوب
كما انه يستخدم في المختبرات الطبية الحديثة لتحليل العنايات التي تساعد الطبيب في النهاية بتشخيص حالة المريض بدقة0 وفى الصيدلية يساعد الحاسوب الصيدلي في معرفة0
توفر أنواع الدواء المختلفة وكمياتها الموجود ة واحتياجاته من الأدوية كما انه يقوم بتعديل هذه الأرقام في حال صرف الوصفات الطبية أو استقبال أدوية جديده كميات أخرى من الأدوية الموجودة . وأخيرا طباعه الإيصال الذي يتم بموجبه دفع ثمن الدواء .
هل لنا أن نتخيل إذا حاجتنا للحاسوب في مجال الطب و الصحة استخدام الحاسوب في الصناعة هل قمت بصبغ سيارتك يوما في أحد الكراجات ؟هل لاحظتا الفرق بين صبغهم والصبغة الأصلية من الوكالة (المصنع ) لماذا هذا الفرق في الجودة ؟
لأن الصبغ في المصنع يقوم به الحاسوب وليس الصبغ وحده وإنما تركيب كافة أجزاء السيارة فعملية الصبغ في المصنع بالنسبة للحاسوب محسوبة بدقة كميتها وزاوية الصبغ والسافة أما في الكراج فهي عملية تعتمد على تقدير الشخص الذي يقوم بالعمل ومزاجه ،لذلك فهي تفتقر للدقة وللنهاية في للجودة .
ليس في مصانع السيارات فحسب ولكن في كافة المصانع التي تسعى للجودة والمنافسة والحداثة لا بد لها من استخدام الحاسوب كصانع ماهر ودقيق ، فلو لا الحاسوب ما وصلت الصناعة ما وصلت إليه اليوم جودة و إتقان ؟
ويقوم الحاسوب في المصانع أيضا بالأعمال الإدارية كضبط المخزون وكميات المواد الخام وكمية الإنتاج والبيع والعمليات المحاسبية .



تشاهد علي شاشة ما تشاهده علي شاشة التلفاز المنزلي من قنوات البث التلفازية كما انه بإمكانك الاستماع المذياع من خلال جهاز الحاسوب في بيتك أو مكتبك كما يمكنك تلقي او إرسال مكالمتك الهاتفية من خلال الحاسوب نفسة أو إذا لم تكن موجودا فإنه يقوم بالرد عنك برسالة تقوم بتسجيلها مسبقا وبرمجتها ويقوم بالاحتفاظ بها لحين عودتك سالما وطلبها منة وكما بإمكانك استخدام الحاسوب كجهاز فاكس للإرسال والاستقبال وتستطيع تسجيل صوتك وتنظيم مواعيدك بحيث يقوم بتنبيهك لها في حينها كما تستطيع استخدامه لتسلية في أوقات الفراغ بالعاب حاسوبية مسلية وكذلك تستطيع الاحتفاظ بمذكراتك الخاصة مطبوعة ومخزنة فيه ويمكنك أيضا أن تسترجع أي معلومة كرقم هاتف أحد أصدقائك من دليل الهاتف في الحاسوب ولا تنسي بان الحاسوب يمكنه القيام بطلب الرقم عنك فما عليك سوى تحريك شفتيك بالكلام إذا رغبت بذلك وفي بعض الدول المتقدمة تستطيع ربة البيت أن تتسوق وتشترى ما تريد من المحلات التجارية الكبيرة دون أن تغادر منزلها وذلك لارتباط جهاز الحاسوب المنزلي بأجهزة تلك المحلات التجارية من خلال شبكة المعلومات ثم يقوم عمال المحلات بتنفيذ تلك الطلبات التي ترد إليهم وإرسالها إلى عنوان ذلك المنزل أو المنازل.



استخدام الحاسوب في الاتصالات


كثيرا ما نستخدم الهاتف لأجرا مكالماتنا مع أصدقائنا أو معارفنا , هل سألنا أنفسنا يوما من يكون وراء هذه السهولة والدقة والوضوح في عملية الاتصال ؟ وكيف يتصل الناس ببعضهم دون أن تتداخل الخطوط ببعضها ؟ وكيف تتم عملية إصدار فاتورة0

يوضح فيها كم عدد الدقائق لكم مكالمة وتاريخ المكالمة والبلد الذي اتصلت به وسعر المكالمة والمبلغ المطلوب دفعه لمؤسسه الاتصالات ؟ إن للحاسو ب أهميه كبيرة في الإدارة والتحكم بشبكات الهاتف المختلفة وتنظيم عملية الاتصالات بطريقة تضمن نقاء الصوت وعدم تداخل الخطوط وتنظيم عملية حسا ب أجرة المكالمات بناء على الوقت والمكان المطلوب وصولا إلى عمليات المحا سبة وإصدار الفواتير 0

إن عملية الاتصال أصبحت اليوم تعد سما ته هذا العصر و هي ليست بمناى عن علم الحاسوب ان هذا العصر يسمى عصر الحاسوب و الاتصالات نظرا لما لها من سمات مشتركة ومكملة لبعضها البعض ومن افضل الأمثلة على ذلك شبكة الإنترنت التي سنحدث عنها في السنوات القادمة بآذن الله 0

استخدام الحاسوب في المواصلات والنقل

هل سافرت في القطار يوما , أو رأيت شبكة محطات المترو في الدول الأوروبية ؟ كيف تسير في مسار غير المسار المحدد لها ؟ هل سافرت في الطائرة ؟ لا بد انك قمت بالحجز اولا انك قمت بالحجز أولا سواء من مكتب السياحة والسفر أو من المكتب الرئيسي للشركة الناقلة ! وعندما وصلت بلد المقصد هل لاحظت أن لديهم اسمك وعلما بوجودك على متن الطائرة ؟ من خلا ل ماذا تم ذلك ؟

الشيفرات
3-1 الشيفرة الرقمية
3-1-1الشيفرة الرقمية الموزونة الموجبة
3-1-2الشيفرة الرقمية الموزونة السالبة
3-2شيفرة الأرقام العشرية الممثلة بالنظام الثنائي الطبيعي
3-3الشيفرة الرقمية غير الموزونة
3-3-1 شيفرة جراي
3-3-2 الشيفرة (الزائد ثلاثة)
3-4 اكتشاف الأخطاء
3-5 تمثيل الرموز داخل الذاكرة
3-5-1الشيفرة السداسية
3-5-2 الشيفرة الموسعة للأرقام العشرية الممثلة بالنظام الثنائي
لتبادل المعلومات
3-5-3الشيفرة الأمريكية المعيارية لتبادل المعلومات




مقدمة في الحاسوب
3-1 الشيفرة الرقمية Numeric Code:
إذا أردنا تمثيل الأرقام العشرية بوساطة شيفرة معينة باستخدام النظام
الثنائي، فكم خانة ثنائية يلزمنا ؟
الجواب في المعادلة التالية:
حيث أن n تمثل عدد الخانات اللازمة. وباستخدام اللوغاريتم الطبيعي يمكن
إيجاد nكما يلي:
nln2 = ln10
n x 0.69315 = 2.3026
n = 3.32
أي يلزمنا خانة لتمثيل عشرة أرقام.من الواضح أن n يجب أن تكون عددًا
صحيحًا، كما أن3 خانات لا تكفي للتمثيل.إذن لابد من استخدام 4خانات لتمثيل
الأعداد من ، ولكن 4خانات تعطي احتمالات عددها 16حيث أن، وهذه الاحتمالات
مبينة في الجدول (3-1).
ما هي الاحتمالات التي يمكن اختيارها من بين 16 احتمالاً لتمثيل الأرقام
العشرية؟
الجواب هو: لو بدأنا بتمثيل الرقم ((0)) فيكون هناك 16 احتمالاً لتمثيله
ويكون هناك 15 احتمالاً لتمثيل الواحد، ويكون هناك 14احتمالاً لتمثيل الاثنين
وهكذا. وبذلك يكون عدد الاحتمالات حسب قوانين التوافيق والتباديل كما يلي:



هذا يساوي عدداً كبيرًا جدًا من الاحتمالات، كل منها ذو أربعة خانات ويمكن
اختيار الأنسب منها للاستخدام داخل الحاسوب وذلك حسب طبيعة الهدف المراد
تحقيقه.
ويمكن تقسيم الشيفرة إلى قسمين رئيسيين: الشيفرة الرقمية الموزونة والشيفرة
الرقمية غير الموزونة.
الاحتمالالرقم
00001
10002
01003
11004
00105
10106
01107
11108
00019
100110
010111
110112
001113
101114
011115
111116

جدول (3-1)احتمالات العدد الثنائي المكون من 4 خانات



3-1-1الشيفرة الرقمية الموزونة الموجبة:
هي شيفرة ذات أربع خانات ثنائية، كل خاناتها موجبة ولها أوزان محددة ويحسب
الرقم العشري للشيفرة عن طريق جميع أوزان الخانات ذات القيمة (1) ومن أهمها
الأوزان التالية:
وهناك غيرها كثير.
وفيما يلي أمثلة تبين بعض الأرقام بالنظام العشري ممثله ببعض أنواع هذه
الشيفرات:
مثال1: اكتب الرقم(6)ممثلاً بالشيفرة
الحل: نكتب وزن الشيفرة
ثم تقول أن هي عبارة عن مجموع فنضع 1 تحت ((2))و1 تحت ((4))من الشيفرة
كما يلي:
4 3 2 1وزن
الشيفرة
1 0 1 0العدد
ممثلاً بالشيفرة
فبكون الرقم هو الشيفرة للرقم ((6))ممثلاً بالشيفرة الرقمية الموجبة
ذات الوزن

مثال 2: اكتب العدد ممثلاً بالشيفرة ذات الوزن
الحل: يلزم هنا ثمانية خانات لتمثيل هذا العدد كما يلي:
7 4 2 1وزن الشيفرة
0 0 1 1شيفرة الرقم 3
0 1 0 1شيفرة الرقم 5
إذن العدد تصبح ممثلاً بالشيفرة 7421


3-1-2 الشيفرة الرقمية الموزونة السالبة:
هي شيفرة ذات أربع خانات ولكن تكون إحدى هذه الخانات على الأقل سالبة القيمة
وأشهرها الشيفرة ذات الوزن حيث أن خانتين فيها ذات قيمة سالبة هما، وفيما
يلي تمثيل الأرقام العشرية بهذه الشيفرة:
أعداد العشرية شيفرة
00000
10111
20110
30101
40100
51011
61010
71001
81000
91111

لإيجاد شيفرة العدد 5 فإننا نعبر عنه بالوزن وبذلك نضع 1 تحت
خانة((8)) و1 تحت خانة((2-))و1 تحت خانة ((-1))

مثال 3: مثل العدد بالوزن
الحل:
8 4 -2 -1الوزن
1 0 0 1العدد 7
0 1 0 1العدد 3

إذن العدد 73 ممثلا بالشيفرة هو


3-2 شيفرة الأرقام العشرية(NBCD Natural):
الممثلة بالنظام الثنائي الطبيعي Binary Coded Decimal
إن أنواع الشيفرات التي يتم فيها تمثيل العدد العشري بأربع خانات ثنائية
تسمى بشيفرة الأرقام العشرية الممثلة بالنظام الثنائي (BCD) وأهمها على
الإطلاق هو الوزن الذي يسمى بشيفرة الأرقام العشرية الممثلة بالنظام الثنائي
الطبيعي ((NBCD)).
والجدول (3-2) يبين الأرقام العشرية من بوساطة هذه الشيفرة.
الأرقام العشرية 8421النظام الثائي
000000000
100010001
200100010
300110011
401000100
501010101
601100110
701110111
810001000
910011001
جدول (3-2) تمثيل الأرقام العشرية بوساطة النظام الثنائي
الطبيعي.


من المقارنة بين الأعداد العشرية الممثلة بالنظام الثنائي والوزن نلاحظ أن
النتيجة واحدة بشرط أن تمثل هذه الأرقام بأربع خانات ولذلك سميت الشيفرة
بالشيفرة الطبيعية لأنها هي الشيفرة الوحيدة بين كل شيفرات BCD التي تعطينا
قيم الأرقام العشرية ممثلة بالنظام الثنائي.

3-3الشيفرة الرقمية غير الموزونة (Unweighted Numeric Code):
هناك الكثير أيضًا من الشيفرات ذات الخانات الأربعة ولكن لا يوجد وزن معين
لها وتسمى بالشيفرة غير الموزونة ولكل منها استخداماته ومميزاته ومن أشهرها
شيفرة جراي والشيفرة (زائد ثلاثة).

3-3-1 شيفرة جراي Gray Code:
يستفاد منها في عمليات التحويل التناظري الرقمي (A\D Conversion) وفي أجهزة
الإدخال والإخراج وفي أجهزة أخرى ولكن لا يستفاد منها في العمليات الحسابية.
والجدول(3-3) يبين الأرقام العشرية من 0إلى15 ممثلة بالنظام الثنائي وكذلك
بشيفرة جراي.
•أما عملية التحويل من النظام الثنائي إلى شيفرة جراي فتتم بالطريقة التالية:
1-نترك أول خانة على اليسار في الرقم الثنائي كما هي لتكون أول خانة على
اليسار في شيفرة جراي.
2-نجمع الخانة على أقصى اليسار في الرقم الثنائي مع الخانة التي تليها ونأخذ
المجموع ليكون الخانة الثانية من اليسار في شيفرة جراي. ونهمل المحمل(Carry)
في حالة حدوثه.
3-نجمع الخانة الثانية من اليسار في الرقم الثاني مع الخانة الثالثة ونأخذ
المجموع ونهمل المحمل، وهكذا حتى نهاية العدد.
شيفرة جرايالأعداد الثنائيةالأعداد العشرية
000000000
000100011
001100102
001000113
011001004
011101015
010101106
010001117
110010008
110110019
1111101010
1110101111
1010110012
1011110113
1001111014
1000111115

جدول (3-3) الأرقام العشرية (0-15) ممثلة بالنظام الثنائي و شيفرة
جراي

مثال: حول العدد إلى شيفرة جراي؟

وبطريقة أخري: يمكن استخدام بوابة (استثناء، أو) في جمع كل عددين ثنائيين
متجاورين مع إبقاء العدد على أقصى اليسار كما هو.
•أما عملية التحويل من شيفرة جراي إلى النظام الثنائي فتتم بالطريقة التالية:

مثال: حول شيفرة جراي إلى النظام الثنائي؟
الحل:
1- نبقي الرقم على أقصى اليسار كما هو (الرقم1).
2- نجمع هذا الرقم مع الرقم الثاني من شيفرة جراي ونكتب المجموع ليمثل
الرقم الثاني في العدد الثنائي ونهمل المحمل في حالة حدوثه.
3- نجمع ناتج الخطوة 2 مع الرقم الثالث من شيفرة جراي ليمثل الرقم
الثالث من العدد الثنائي وهكذا حتى نصل إلى نهاية شيفرة جراي.
لا حظ أننا حصلنا على نفس العدد هو ومن أهم صفات هذه الشيفرة، هي أن كل
عدد ممثل بهذه الشيفرة يختلف عن سابقه بتغير خانة واحدة. فبالانتقال من
6 إلى 7 تتغير خانة واحدة كذلك من 7 إلى 8 وهي الصفة التي تستغل في
تصميم بعض أجهزة التحكم في تحويل الكميات التناظرية إلى رقمية
(Analogue to Digital Conversion) ولوجود هذه الخاصية فإن شيفرة جراي
أيضًا تأتي ضمن نوع آخر من الشيفرات تسمى الشيفرة المنعكسة.


3-3-2 الشيفرة (الزائد ثلاثة) Excess-3 Code:
وهي شيفرة من نوع BCD ويتم الحصول عليها عن طريق إضافة الرقم (3)إلى كل من
أرقام العدد المعني قبل تحويله إلى BCD.
مثال: حول العدد إلى الشيفرة (زائد ثلاثة)
الحل:


الحل المطلوب
والجدول(3-4) يبين الأرقام العشرية ممثلة بهذه الشيفرة.
أرقام عشرية الشيفرة ((زائد ثلاثة))
00011
10100
20101
30110
40111
51000
61001
71010
81011
91100
100100 0011
110100 0100
120100 0101

جدول(3-4) الأرقام العشرية ممثلة بالشيفرة ((زائد ثلاثة))

ومن مميزات هذه الشيفرة أنها شيفرة مكملة ذاتيًا (Self Complementing).
والشيفرة المكملة ذاتيًا، هي تلك الشيفرة التي يكون فيها المكمل لواحد
لهذه الشيفرة، يمثل المكمل لتسعة لمكافئه العشري ومنها الشيفرة (زائد
ثلاثة) والشيفرات ذات الأوزان
مثال للتوضيح: لدينا العدد . المكمل لتسعة لهذا العدد هو
لنمثل العدد تسعة ومكملة بالشيفرة فماذا نجد؟
4221 42214221
100101011000435
011010100111564

الجواب: إن المكمل لتسعة للعدد ممثلاً بالشيفرة هو المكمل لواحد
للعدد ممثلاً بالشيفرة ولهذا فهو مكمل ذاتيًا.


3-4 اكتشاف الأخطاء:
ليس من المهم فقط إرسال البيانات داخل الحاسوب، بل من المهم أيضًا التأكد
أن البيانات المرسلة قد وصلت بالشكل الصحيح، حيث يمكن أن تتغير قيمة البيانات
المرسلة نتيجة لأسباب من أهمها وجود الضجيج noise. ففي أنظمة الحاسوب إذا
افترضنا أن البيانات المرسلة هي فمن الممكن أن يتحول الصفر إلى الواحد، أو
العكس، وقد يكون التغير في البيانات لأكثر من خانة واحدة.
وهناك طرق مختلفة لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها، وسنتكلم عن طرق بسيطة وشائعة
لاكتشاف الأخطاء التي قد تحدث داخل الحاسوب(ناتجة عن الحاسوب نفسه) ومن أهم
هذه الطرق:
طريقة إضافة خانة التطابق وكذلك استعمال بعض أنواع الشيفرات التي تحتوي على
خانة التطابق.
•خانة التطابق Parity Bit:

(أولاً ): التطابق المفرد Single Parity:
وهي طريقة تصلح لاكتشاف الخطأ إذا كان قد حصل في خانة ثنائية واحدة فقط وهناك
نوعان من التطابق المفرد:
1.التطابق الزوجيEven Parity:
وفي هذه الطريقة تضاف إلي كل سطر بيانات خانة جديدة (إما واحد أو صفر)بحيث
يصبح عدد خانات (الواحد) في السطر عددًا زوجيًا.

•مثال: إذا كانت البيانات المرسلة هي
فإن عدد خانات (الواحد ( يساوي( (2فيصبح العدد بعد إضافة خانة التطابق كما
يلي:
وإذا كانت البيانات
فإنها تصبح
ففي المثال الأخير لو تغيرت إحدى الخانات فإنه يمكن اكتشاف أن البيانات خاطئه
ولكن دون تحديد الخانة الخاطئه بالضبط.
فمثلاً لو وصلت البيانات المرسلة كما يلي:فإن عدد خانات (الواحد) يكون (3)
وهو عدد فردي بينما الأصل حسب هذه الطريقة أن يكون زوجيًا.

2.التطابق الفرديOdd Parity:
وفي هذه الطريقة يضاف إلى سطر البيانات خانة جديدة بحيث يصبح عدد خانات
(الواحد) عددًا فرديًا (Odd).

•مثال1:البيانات المرسلة:
تصبح

•مثال2:البيانات المرسلة:
تصبح

وهذه الطريقة هي الأكثر شيوعًا حيث أن البيانات لا يمكن أن يكون جميعها
أصفارًا.
(ثانيًا): التطابق المزدوج Double Parity :
وتتم هنا إضافة خانة تطابق إلى كل سطر في البيانات، وخانة تطابق أخرى إلى كل
عمود في البيانات حيث يمكن تحديد الخانة التي حصل فيها الخطأ بالضبط، ويمكن
استعمال فكرة التطابق الفردي أو الزوجي. فلو افترضنا طريقة التطابق الفردي
وافتراضنا أن البيانات مرسلة على شكل مصفوفة كما يلي:



فتصبح البيانات بعد إضافة خانات التطابق كما يلي:


ونفس البيانات تمثل البيانات بطريقة التطابق الثنائي الزوجي كما يلي:


تستخدم هذه الطرق في فحص المعلومات المسجلة خصوصًا على الأشرطة المغناطيسية
أو الأشرطة الورقية المثقبة.

3-5تمثيل الرموز داخل الذاكرة Representation of characters in Storage :
لتسهيل الاتصال بين الإنسان والحاسوب فقد خصصت مجموعة من الرموز (Character
set)لاستعمالها أثناء إدخال واستخراج البيانات، وتشتمل هذه الرموز على ما
يلي:
• 10أرقام هي .
• 26 صغير(Lower-Case Letters) هي a-z.
• 26 حرف كبير (Upper-Case Letters) هي A-Z
• رموز خاصة (Special Characters) يصل عددها إلى 25 رمزاً.
ولتمثيل هذه الرموز، تستعمل في الحاسوب الشيفرات الحرفية الرقمية
(Alphanumeric Codes).

3-5-1الشيفرة السداسية Six bit Code :
استعملت في أجهزة الحاسوب المبكرة شيفرة حرفية رقمية سميت بالشيفرة السداسية
لأنها تتكون من 6خانات، وهذه الشيفرة ما هي إلا شيفرة الأرقام العشرية
الممثلة بالنظام الثنائيBCD وقد أضيفت إليها خانتان هماB-A لتمثيل الحروف
الأبجدية. وكل رمز ممثل بهذه الشيفرة يعبر عنه بالشكل العام التالي:
خانات الرقم
Digit Bitsخانات النطاق
Zone Bits
1248AB


والجدول(3-5) يبين كيف تمثل الأرقام العشرية منبوساطة الشيفرة السداسية.
الشيفرات السداسيةالأرقام العشرية
1248AB
1000001
0100002
1100003
0010004
1010005
0110006
1110007
0001008
1001009
0101000

جدول(3-5) الأرقام العشرية ممثلة بالشيفرة السداسية

نلاحظ من الجدول(3-5)أن العدد العشري يمثل بوساطة الشيفرة أما الشيفرة
فتستعمل لتمثيل الفراغ (Blank).
ولتمثيل الأحرف الأبجدية تستعمل تشكيلات من خانات الرقم(Digit Bits) وخانات
النطاق(Zone Bits) معًا حسب الطريقة التالية:
تقسم الحروف الأبجدية إلى ثلاث مجموعات، كل من المجموعة الأولى والثانية على
تسع حروف والثالثة تحتوي على ثماني حروف فقط. ويخصص ترتيب لكل حرف داخل
مجموعته. وفي المجموعة الثالثة يعتبر ترتيب الحرف S هو الثاني في حين اعتبر
الرمز الأول في هذه المجموعة فراغ (blank).
والجدول(3-6) يبين كيفية تعبئة خانات النطاق عند تمثيل الحروف الأبجدية.
خانات النطاق الحروف الأبجدية
AB
11A -I
01J -R
10S -Z

جدول (3-6) رموز خانات النطاق للحروف الأبجدية في الشيفرة السداسية

ولتمثيل أي حرف بوساطة الشيفرة السداسية، تملأ خانات الرقم بعدد ثنائي يساوي
ترتيب ذلك الحرف داخل مجموعته، وتملأ خانات النطاق (B-A) حسب الجدول السابق.
فمثلاً يمثل الحرف A كما يلي:
1248ABA:
100011

والحرفR يمثل كما يلي:
1248ABR:
100101

والحرف S يمثل كما يلي:
1248ABS:
010010

وعادة تضاف إلى الشيفرة السداسية خانة تستعمل كخانة تطابق(Parity Bit).

3-5-2 الشيفرة الموسعة للأرقام العشرية الممثلة بالنظام الثنائي لتبادل المعلومات
EBCDIC CODE:
إن الشيفرة السداسية لا تسمح إلا بتمثيل رمز مختلف، ولذلك فقد تم توسيع هذه
الشيفرة لتصبح مكونة من 8 خانات (بايت:BYTE) عدا عن خانة التطابق. وقد سميت
الشيفرة الجديدة (بالشيفرة الموسعة للأرقام العشرية الممثلة بالنظام الثنائي
لتبادل المعلومات)(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) وباختصار
شيفرة EBCDIC.
وكل رمز ممثل بوساطة هذه الشيفرة يعبر عنه بالشكل العام التالي:
خانات الرقم
Digit Bitsخانات النطاق
Zone Bits
12481248


ولتمثيل الأرقام العشرية فقط، تملأ خانات النطاق بالعدد الثنائي أما إذا
أردنا تمثيل الحروف الأبجدية فإننا نستعمل طريقة شبيهة بتلك المستعملة في
الشيفرة السداسية مع تخصيص الأعداد الثنائية التالية لمجموعات الحروف
الأبجدية المبينة في الجدول(3-7):
خانات النطاقالحروف الأبجدية
1248
0011A-I
1011J-R
0111S-Z
1111No Zone

جدول (3-7) رموز خانات النطاق للأحرف الأبجدية في الشيفرة الموسعة
EBCDIC

فمثلاً يمثل الحرف A كما يلي:
12481248A:
10000011

والحرف X يمثل كما يلي:
12481248X:
11100111
وتسمح الشيفرة الموسعة هذه، بتمثيل رمز وهذا يكفي لتمثيل جميع الرموز
اللازمة.

قوانين الجبر البوولي وبناء الدوائر المنطقية
4-1 مقدمة
4-2 العمليات البوولية (المنطقية)
4-2-1 العمليات البوولية الأساسية
4-2-2 العمليات البوولية المشتقة
4-3 قوانين الجبر البوولي
4-4 البوابات المنطقية Logic Gates
4-5 البوابات المنطقية المشتقة



مقدمة في الحاسوب
4-1 مقدمة:
يعتبر الجبر البوولي أحد المرتكزات الأساسية المستخدمة في تصميم وتركيب
الحاسوب.
ويعود الفضل في وضع الأسس النظرية للجبر البوولي، والذي يسمى أيضًا بالجبر
المنطقي، إلى العالم الرياضي الإنجليزي المشهور جورج بوول. وقد نشر هذا
العالم نظرياته في منتصف القرن التاسع عشر لتصبح فيما بعد الأساس في تصميم
الدوائر المنطقية التي يتكون منها الحاسوب.
يسمى المتغير بوولياً (أو منطقياً) إذا اتخذ دائماً إحدى الحالتين التاليتين:
1.الحالة الصحيحة(True)
2.الحالة الخاطئة(False)
ويمكن الرمز للمتغير البوولي بأحد الأحرفZ... ،B،A . عند دراستنا لأنظمة
العد، لاحظنا أن الرقم الثنائي هو إما0 أو 1. بهذا فإنه يمكن استخدام أرقام
نظام العد الثنائي لتمثيل حالات المتغير البوولي، حيث يمثل الرقم 1الحالة
الصحيحة والرقم 0الحالة الخاطئة.

4-2 العمليات البوولية (المنطقية) Logic Operations :
تقسم العمليات البوولية إلى:
• العمليات البوولية الأساسية.
• العمليات البوولية المشتقة.

4-2-1 العمليات البوولية الأساسية:
1. عملية "و" (AND Operation).
2. عملية "أو" (OR Operation).
3. عملية "لا" (NOT Operation).
تسمى العمليتان الأولى والثانية عمليتان ثنائيتان (Binary Operations)لأن
كلاً منها تحتاج إلى متغيرين على الأقل، بينما تسمى عملية NOT "لا" عملية
أحادية (Unary) لأن لها متغيرًا واحداً أو مدخلاً واحداً فقط، ويمكن استخدام
الإشارات الجبرية التالية لتمثيل العمليات الأساسية. مع الافتراض أن
المتغيرات هي Y،X.


هذا ويمكن وصف العمليتين "و"، "أو" بأكثر من متغيرين ولكننا في معظم الحالات
سنتكلم عنهما مستخدمين فقط متغيرين للتسهيل ليس إلا. وبالتعبير عن هذه
العمليات بالنظام الثنائي "باعتبار أن الرقم "1" يمثل الحالة الصحيحة والرقم
"0" يمثل الحالة الخاطئة فيمكن تعريف هذه العمليات كما يلي:

كما هو واضح من التعريف فإن :


لوصف العمليات المنطقية تستخدم عادة جداول تسمى جداول الحقيقة Truth tables
حيث تحتوي على كل الحالات التي تقع فيها المتغيرات وعلى ناتج العملية لكل
حالة. من السهل ملاحظة أنه إذا كان عدد المتغيرات يساويn فإن عدد الحالات
الممكنة هي .
وجدول الحقيقة العلمية "و" ذات المتغيرين مبين في الجدول 4-1


أي أن عملية "و" AND تكون في الحالة الصحيحة فقط إذا كانت جميع المتغيرات في
الحالة الصحيحة.

أما جدول الحقيقة لعملية "أو" ذات المتغيرين فإنه مبين في الجدول 4-2


أي أن عملية "أو" OR تكون في الحالة الصحيحة إذا كان أي من متغيراتها في
الحالة الصحيحة وتكون في الحالة الخاطئة إذا كانت كل متغيراتها في الحالة
الخاطئة.
وجدول الحقيقة لعملية "لا" NOT مبين في الجدول 4-3



4-2-2 العمليات البوولية المشتقة:
وقد سميت هكذا لأنها اشتقت من العمليات البوولية الأساسية، والعمليات
المشتقة هي:
1. عملية (NAND Operation ) وقد أخذت التسمية من ( NOT AND).
2. عملية (NOR Operation) وقد أخذت التسمية من (NOT OR).
3. عملية (XOR Operation) وقد أخذت التسمية من (Exclusive OR)
4. عملية (EQV Operation) وقد أخذت التسمية من (Exclusive NOR or
Equivalence).

جدول الحقيقة 4-4 يوضح هذه العمليات.



4-3 قوانين الجبر البوولي:
اشتقت من العمليات الأساسية الثلاث مجموعة قوانين هامة جدًا في عمل الدوائر
المنطقية،وفيما يلي ملخص لهذه القوانين:

•قانون رقم (1):
•إذا كانتX 0فإنX= 1
•إذا كانتX 1فإنX= 0

ويسمى هذا بقانون الانفراد(Uniqueness) للمتغير البوولي.
•قانون رقم (2):
• X+0 =X
• X.0 =0

ويسمى هذا بقانون عمليات "الصفر".
وفيما يلي إثبات لهذا القانون بشقيه :
بما أن X متغير ثنائي فإن له حالتين إما الصفر أو الواحد
ففي حالة كون X= 0 فأن:
0 = 0 OR 0
0 = 0 AND 0

وفي حالة X=1 فأن:
1= 0 OR 1
1 = 1 AND 1

ويبين الجدول 4-5 أثبات قانون (2):


•قانون رقم (3):
•X + 1 = 1
•X . 1 = X

ويسمى هذا بقانون عمليات "الواحد".
•قانون رقم (4):
•=1
•=0



ويسمى هذا بقانون عمليات التكملة (Complementation )
جدول الحقيقة 4-6 يوضح إثبات هذا القانون.
•قانون رقم (5):
ويسمى هذا بقانون النفي المزدوج(Double Negation)
•قانون رقم (6):•X + X = X
•X . X = X

ويسمى هذا بقانون التماثل(Idempotent law).
•قانون رقم (7):•X + XY = X
•X (X + Y) = X

ويسمى هذا بقانون الاختزال (Absorption law).
جدول الحقيقة 4-7 يوضح إثبات هذا القانون بشقيه.



•قانون رقم (8):•X + Y = Y + X
•X . Y = Y . X

ويسمى هذا بقانون التبديل (Commutative law).
•قانون رقم (9):•X + Y + Z = X + (Y + Z) = (X +Y) + Z
•X . Y . Z = X . (Y . Z) = (X . Y) .Z

ويسمى هذا بقانون الاقتران (Associative law).

•قانون الرقم (10):
•X (Y + Z) = XY + XZ
•(X + Y) (X + Z) = X + YZ

ويسمى هذا بقانون التوزيع (Distributive law).
•قانون رقم (11):
•XZ + Z + XY = XY + Z
•(X + Z).( + Z).(X + Y) = (Y + X)( + Z)

•قانون رقم (12):•X + Y = X + Y
•X . ( + Y) = XY

جدول الحقيقة 4-8 يوضح إثبات هذا القانون.


•قانونا دي مورجان(13) (De Morgan Laws)
•

أي أن مكمل المجموع (لمتغيرات منطقية ) يساوي حاصل ضرب مكملات المتغيرات.
•

أي أن مكمل حاصل الضرب يساوي مجموع مكملات المتغيرات. (المقصود المجموع
المنطقي وحاصل الضرب المنطقي).
أما دي مورجان فهو عالم رياضيات ومنطق ساهم بالإضافة إلى بوول في وضع
القوانين المنطقية وخاصة القانونين المذكورين.
جدول الحقيقة 4-9 يثبت قانون دي مورجان الأول لثلاث متغيرات


أما جدول الحقيقة 4-10 فيثبت قانون دي مورجان الثاني لثلاث متغيرات




هذه القوانين تستخدم لتبسيط التعابير البوولية للحصول على أبسط صيغة ممكنة
حتى يتم بناؤها كدوائر الكترونية بأقل تكلفة.
مثال بسط الدالة البوولية التالية:
الحل:



مثال اختصر الدالة البولية التالية لأبسط صيغة ممكنة:
الحل:




4-4 البوابات المنطقية Logic Gates:
استخدمت القوانين المنطقية السابقة لبناء الدوائر الإلكترونية الرقمية،
والتي تتكون أساسًا من مجموعة من البوابات المنطقية، هذه البوابات هي التطبيق
الهندسي للعمليات المنطقية الآنفة الذكر. وهناك ثلاث بوابات رئيسية مبينة على
العمليات الثلاث الأساسية ونسميها بنفس الاسم:بوابة "و"، بوابة "أو",
بوابة"لا"، وهناك عدة أنظمة لتمثيل هذه البوابات، ومن أشهرها النظام الأمريكي
ANSI واسع الانتشار عالميًا وكذلك النظام الأوروبي(IEC) ويبين الشكل 4-1 رموز
البوابات المنطقية الأساسية المستعملة في النظامين المذكورين.

الشكل 4-1 طرق تمثيل البوابات المنطقية الرئيسية

4-5 البوابات المنطقية المشتقة :
وقد اشتقت هذه البوابات من البوابات المنطقية الرئيسية وهي:
• بوابة NAND Gate : هي بوابة AND "و" وتليها بوابة NOT "لا" كما هي موضحة في
الشكل 4-2:

الشكل 4-2 الرمز المنطقي لبوابة NAND
ومن الواضح أن بوابة NAND تعمل عكس عمل بوابة AND.
• بوابة NOR: وهي عبارة عن بوابة OR "أو" تليها بوابة NOT "لا" كما هي موضحة
في الشكل 4-3 :

الشكل 4-3 الرمز المنطقي لبوابة NOR
وعملها عكس عمل البوابة OR .
•بوابة XOR:وهي بوابة تعطي ناتجاً في الحالة الصحيحة إذا كان مدخلاها
مختلفين، وتعطي ناتجا في الحالة الخاطئة إذا كان المدخلان متشابهين، والرمز
الرياضي لها هو دائرة صغيرة بداخلها علامة الزائد، وفي ما يلي الرمز المنطقي
لها.

الشكل 4-4 الرمز المنطقي لبوابة XOR
• بوابة Exclusive-NOR or Equivalence : وهي تعمل عكس عمل بوابة XOR، وهي
عبارة عن بوابة XOR تليها بوابة NOT كما هي موضحة في الشكل 4-5 :

الشكل 4-5 الرمز المنطقي لبوابة EQV
لاحظ أن هذه البوابة تعطي الجواب (1) إذا كان مدخلاها متشابهين وتعطي الجواب
(0) إذا كان المدخلان مختلفين.

5-2 وحدة المعالجة المركزية:
تعتبر وحدة المعالجة المركزية العقل المدبر للحاسوب فهي المسؤولة عن تنفيذ
كافة العمليات الخاصة بالمعالجة ومنها العمليات الحسابية و المنطقية وترتبط
هذه الوحدة بالذاكرة حيث تستقبل منها البيانات و التعليمات الخاصة بالمعالجة.
وتتكون وحدة المعالجة المركزية من وحدتين هما وحدة التحكم ووحدة الحساب
والمنطق, وبذلك تؤدي وظيفتين أساسيتين :

• تنفيذ البرنامج المخزن في الذاكرة الرئيسية وفق سياق أوامر و تعليمات
البرنامج وضبط المعدات لتؤدي الوظائف المطلوبة.
•إجراء العمليات الحسابية و المنطقية.

أن وحدة المعالجة المركزية عبارة عن مجموعة من المسجلات Registers التي
تستخدم في تخزين البيانات المدخلة إلى الدوائر الالكترونية لإجراء العمليات
الحسابية , وما يتم تخزينه في المسجلات فهو تخزين مؤقت حتى تتم معالجة
البيانات و تنقل النتائج إلى الذاكرة الرئيسية ,فالتخزين في الذاكرة تخزين
مؤجل طويل الأمد نسبياً حتى تستدعي بياناتها ومحتوياتها للمعالجة, بينما
التخزين على مسجلات وحدة المعالجة الرئيسية تخزين عاجل للمعالجة فقط .

وتخضع المسجلات للسيطرة المباشرة لوحدة التحكم التي تراقب وصول البيانات إلى
المسجلات , بعدها تعطي وحدة التحكم أوامرها إلى الدوائر الالكترونية الحسابية
و المنطقية للعمل ثم تراقب حركة و تخزين البيانات في مسجلات أخرى مخصصة
للمخرجات , وقد تستخدم مسجلات المدخلات في الاحتفاظ بمخرجات العمليات
الحسابية.

العلاقة بين وحدة المعالجة المركزية و الذاكرة :

يتم انتقال البيانات بين الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية بطبع أو قراءة
نسخه من محتوى خلايا التخزين من الذاكرة إلى المسجلات المناسبة في وحدة
المعالجة المركزية عبر مجموعة من نواقل البيانات, وعبر نواقل البيانات فإن
وحدة المعالجة المركزية تقدر على استخلاص وقراءة البيانات أو إيعازات البرامج
من الذاكرة بإرسال إشارة قراءة من وحدة التحكم عبر نواقل التحكم تشمل إرسال
عنوان خلية الذاكرة المطلوبة عبر ناقل العنوان من وحدة المعالجة المركزية إلى
الذاكرة, وعلى نفس المنوال يمكن لوحدة المعالجة المركزية كتابة بيانات في
خلايا الذاكرة.


5-3 وحدة الحساب و المنطق:
تعتبر من أهم مكونات CPU حيث تقوم بتنفيذ كافة العمليات الحسابية و المنطقية
وعمليات المقارنة حيث تتألف هذه الوحدة من مجموعة من الدوائر المنطقية .

ومن مكونات هذه الوحدة: 1. دارة الجامع التام الذي يقوم بجمع 3 خانات
ثنائية و دارة الجامع النصفي الذي يقوم بجمع خانتين ثنائيتين .
2. دارة العكس Invertors المستخدمة للحصول على المكمل لواحد أو لاثنين
للرقم الثنائي.
3. المركم Accumulator وهو مجموعة خلايا ثنائية تسمى المسجل و تستخدم
عادة للاحتفاظ بنتائج العمليات المنفذة مؤقتاً لحين نقلها إلى الذاكرة
أو إلى وحدات أخرى.
4. مجموعة من الخلايا الثنائية تبين حالة العملية المنفذة و تسمى هذه
المجموعة مسجل الحالة Status Register أو Flag Register حيث تخصص كل
خلية لمتابعة حالة معينة.

أن وحدة الحساب و المنطق تحتوي على مسجل المركم الذي يستخدم لتخزين نتائج
العمليات الحسابية الآنية كما يستطيع القيام بإجراء بعض العمليات الحسابية و
المنطقية , ويمكن لوحدة الحساب و المنطق استقبال البيانات عن طريق المركم أو
الذاكرة أو مسجلات وحدة المعالجة المركزية وتقوم باستقبال إشارة التحكم من
وحدة التحكم حيث تحدد هذه الإشارة نوع العملية المراد تنفيذها في وحدة الحساب
و المنطق.

كما وتتصل وحدة الحساب و النطق مع مسجل الحالة Status Register والذي يخزن
مجموعة من الأرقام الثنائية التي تستخدم للتحكم بمعالجة البيانات ومن أهم هذه
الأرقام:
1. بت الحمل Carry bit حيث يحتوي هذا البت على واحد إذا حدث فائض بعد إجراء
العملية الحسابية .
2. بت الصفر Zero bit حيث يحتوي هذا البت على واحد إذا كانت القيمة الناتجة
في المركم مساوية للصفر.
3. بت الإشارة الموجبة Positive bit حيث يحتوي على واحد إذا كان محتوى المركم
موجباً.
4. بت الإشارة السالبة Negative bit حيث يحتوي على واحد إذا كان محتوى المركم
سالباً.

الشكل5-2 وحدة الحساب والنطق



5-3-1عمليات وحدة الحساب و المنطق:
تصنف عمليات وحدة الحساب و المنطق كما يلي:
1. العمليات ذات المعامل الواحد ومن أهم هذه العمليات : • تصفير محتوى
مسجل ما clear .
• إيجاد المكمل (المعكوس) لمحتوى المركم.
• زيادة محتوى مسجل ما بمقدار واحد Increment .
• طرح واحد من محتوى مسجل ما Decrement .
• إزاحة محتوى مسجل إلى اليسار أو اليمين .

2. العمليات ذات المعاملين ومن أهمها: • الجمع : جمع محتوى المركم مع
محتوى مسجل ما .
• الطرح: طرح محتوى مسجل ما من محتوى المركم .
• المقارنة : حيث تشبه هذه العملية الطرح أو الجمع إلا أن النتيجة لا
تخزن في المركم بل يخزن 1 أو صفر اعتماداً على نتيجة المقارنة في بت
المقارنة.
• العملية المنطقيةOR (أو) إجراء عملية الجمع المنطقي بين محتوى المركم
ومحتوى مسجل ما حيث تخزن النتيجة في المركم.
• العملية المنطقية AND (و) إجراء عملية الضرب المنطقي لمحتوى المركم و
مسجل ما وتخزين النتيجة في المركم.



5-3-2 دوائر وحدة الحساب و المنطق:
تتألف وحدة الحساب والمنطق من عدة دوائر تقوم بالعمليات الحسابية والمنطقية
ومن أهم هذه الدوائر:
1.الجامع النصفي Half Adder:
عبارة عن دائرة الكترونية مؤلفة من بوابات منطقية تقوم بجمع رقمين ثنائيين
مكون كل منهما من بت واحد. ولهذه الدائرة مدخلان ومخرجان يوضع الرقمان المراد
جمعهما على المداخل أما المخارج فالأول يمثل نتيجة الفيض Carry .
ويبين الشكل التالي دائرة الجامع النصفي :


ويمكن توضيح عمل نصف الجامع من خلال الجدول المنطقي التالي:
CSBA
0000
0110
0101
1011

الجدول المنطقي للجامع النصفي

من خلال هذا الجدول يمكن تمثيل معادلات النتيجة و الفيض كدوال بالنسبة
للمدخلات A,B فلو أخذنا الدالة S فإن قيمتها تكون مساوية للواحد في حالتين:
1. عندما تكون A=0 و B=1 وبهذا تؤلف هذه القيم الحد الأول AB
2. عندما تكون A=1 و B=0 وتؤلف هذه القيم الحد الثاني AB
وبهذا تصبح S كما يلي :
S= A.B + A.B
أما بالنسبة لمعادلة الفيض فإنها تحتوي على حد واحد (لاحظ قيمة C تكون مساوية
للواحد في حالة واحد وهي عندما تكون A=1 و B=1 وبهذا فإن C تصبح كما يلي :
C=A.B

2. الجامع التام Full Adder :
يعرف الجامع التام على أنه دائرة الكترونية لها ثلاثة مداخل و مخرجان حيث
يستخدم لجمع ثلاثة أرقام كل منها مؤلف من خانة واحدة بت ويمثل الجامع التام
حسب الشكل التالي:



ويمكن فهم عمل هذا الجامع من خلال الجدول المنطقي التالي:
CiSiCi-1BiAi
00000
01100
01010
10110
01001
10101
10011
11111

الجدول المنطقي للجامع التام

من خلال هذا الجدول يمكن استنتاج معادلة C , S


ومن خلال هذه المعادلات يمكن بناء دائرة الجامع التام و التي تأخذ الشكل
التالي :




5-4 وحدة التحكم:
تعتبر الجهاز العصبي للحاسوب حيث تقوم هذه الوحدة بالتحكم بكافة العمليات
المنفذة وتشرف على تسلسل تنفيذ التعليمات وتنسيق العمليات وتبادل المعلومات
بين وحدة الحساب والمنطق و الذاكرة الرئيسة.ويمكن إيجاز وظائف هذه الوحدة بما
يلي:

1.تنشيط موقع التعليمة المراد تنفيذها والإشراف على نقل التعليمة من الذاكرة
إلى مسجل التعليمة.
2.تحليل شفيرة العملية لتحديد نوع العملية المراد تنفيذها و إرسال إشارات
التحكم الضرورية لوحدة الحساب والمنطق.
3.تنشيط مواقع البيانات في الذاكرة والإشراف على نقل هذه البيانات إلى مسجلات
وحدة المعالجة المركزية CPU .
4.إخبار وحدة الحساب والمنطق بنوع العملية المراد تنفيذها.
5.زيادة عداد البرنامج بقيمة مساوية لطول التعليمة لتحديد عنوان التعليمة
اللاحقة في الذاكرة الأساسية.
6.الإشراف على تمرير النتائج إلى الذاكرة الرئيسة.
7.إصدار إشارات التحكم اللازمة للقراءة من الذاكرة أو الكتابة فيها وإشارات
التحكم بعمل وحدة الحساب والمنطق.
8.إجراء عملية التوقيت اللازمة لتنفيذ ما سبق بشكل متسلسل.
بهذا فان وحدة التحكم يمكن تعريفها على أنها وحدة الكترونية مؤلفة من مجموعة
من الدارات المنطقة "الرقمية".


5-4-1 مكونات وحدة التحكم:
1.مسجل العنوان المستخدم لتخزين موقع الذاكرة المطلوب.
2.مسجل التعليمة لتخزين التعليمة المراد تنفيذها.
3.مسجل التعليمة لتحديد نوع العملية المراد تنفيذها.
4.مسجل عداد البرنامج الذي يخزن عنوان التعليمة المراد تنفيذها لاحقاً.
5.دارات التوقيت لتحقيق عملية التسلسل في تنفيذ التعليمة.

5-4-2 حالات وحدة التحكم:
ترتبط وحدة التحكم مع عدة وحدات وتتبادل معها المعلومات وأثناء تنفيذ هذه
الوحدة لمهامها قد تقع في إحدى الحالات التالية:
1.حالة الإدخال Input Mode أي عندما تقوم بقراءة تعليمات وبيانات من ناقل
البيانات.
2. حالة الإخراج Output Mode أي عندما تقوم بإرسال البيانات عبر ناقل
البيانات.
3. حالة بداية عملية جديدة Beginning new Operation .
4. حالة القراءة من الذاكرة Memory Read.
5.حالة الكتابة في الذاكرة Memory Write.
6.حالة البحث عن تعليمه Instruction Fetch.
7.حالة القراءة من وحدة الإدخال I/O Read.
8.حالة الكتابة في وحدة الإخراج I/O Write.


5-4-3 التعليمات Instructions :
يتكون البرنامج المراد تنفيذه من مجموعة من التعليمات تكون مخزنة في الذاكرة
الرئيسة بالنظام الثنائي علماً بأن التعليمة مجموعة من الخلايا الثنائية
مقسمة إلى حقل أو أكثر كما هو مبين في الشكل التالي:
عناوين المعاملات
Operands Addressشيفرة العملية
Operation Code

التعليمة

مع ملاحظة أن شيفرة العملية تحدد نوع العملية المطلوب تنفيذها مثل
الجمع،الطرح، ..الخ. ومن الواضح أن عدد خانات شيفرة العملية يحدد عدد
العمليات الممكن تنفيذها:


حيث m عدد التعليمات, n عدد خانات شيفرة التعليمة أما حقل عناوين المعاملات
مكون من عدة حقول مستخدمة لتخزين المعاملات أو عناوينها عنوان التعليمة
الثنائية, عنوان النتيجة.
هذا وتخزن كل تعليمة من التعليمات في موقع في الذاكرة الرئيسة تحت عنوان محدد
بحيث يتم حفظ عنوان التعليمة في مسجل خاص في وحدة التحكم يسمى عداد البرنامج
Program Counter حيث يشير إلى عنوان التعليمة التالية, وبعد البحث عن
التعليمة وإيجادها تخزن التعليمة في مسجل خاص في وحدة التحكم يسمى بمسجل
التعليمة Instruction Register .

•كيف ينفذ الحاسوب التعليمة (عمل وحدة التحكم ):
تقوم وحدة التحكم بتحديد عنوان التعليمة في الذاكرة الرئيسية وتشرف على تمرير
التعليمة من الذاكرة إلى وحدة التحكم حيث تخزن في مسجل التعليمة ثم تأخذ
دارات شيفرة التعليمة وتحللها لتحديد نوعها, بعد هذا تأخذ عناوين البيانات من
مسجل التعليمة ويتم تنشيط هذه العناوين وتنقل البيانات اللازمة إلى سجلات CPU
(مسجلات البيانات) ومن ثم تقوم وحدة التحكم بإخبار وحدة الحساب والمنطق عن
نوع العملية المراد تنفيذها على البيانات المحددة.

•تصنيف التعليمات:

1.تصنف التعليمات حسب عدد العناوين المستخدمة في حقل العناوين إلى:
•التعليمات ذات الأربع عناوين:
حيث تحتوي هذه التعليمات على حقل شيفرة العملية إضافة إلى أربعة حقول تمثل
أربعة عناوين.

A4A3A2A1OPC

حيث أن:
A1 , A2 عناوين المعاملين الأول والثاني.
A3 عنوان ناتج تنفيذ العملية.
A4 عنوان التعليمة التالية
OPC شيفرة العملية.

•التعليمات ذات الثلاثة عناوين:
إذا خزنت التعليمات في الذاكرة بشكل متسلسل فلا داعي للحقل A4.
وللانتقال إلى التعليمة التالية يكفي زيادة عداد البرنامج بمقدار 1 وتمثل
التعليمة ذات ثلاثة العناوين كما يلي:
A3A2A1OPC

وحسب هذه التعليمة فانه يتم جلب المعاملات من المواقع A1,A2 وإجراء العملية
المحدد نوعها في شيفرة العملية أما النتيجة فتخزن في الموقع A3.
•التعليمات ذات العنوانين:
تحتوي هذه التعليمات على الحقول OPC,A1,A2 وحسب هذه التعليمة فان المعاملات
تجلب من المواقع A1,A2 وتنفذ عليها العملية المحدد نوعها قي شيفرة العملية
أما النتيجة فتخزن في أحد مسجلات وحدة المعالجة المركزية.

•التعليمات ذات العنوان الواحد:
تحتوي هذه التعليمات على شيفرة العملية بالإضافة لعنوان معامل واحد أما
المعامل الآخر فيتم استحضاره من المر كم.

2.تصنيف التعليمات حسب عدد المواقع اللازمة لتخزينها (حسب الطول):
•التعليمات أحادية البايت :
طول هذه التعليمة 8 بت "خانات" أو 1بايت تستخدم هذه الخانات لتخزين شيفرة
العملية.
•التعليمات ثنائية البايت:يستخدم البايت الأول لشيفرة العلمية أما البايت
الثاني فيستخدم لتحديد عنوان المعامل.
•التعليمات ثلاثية البايت:طول التعليمة من هذا النوع 3 بايت يستخدم الأول
لتخزين شيفرة العملية أما الثاني والثالث فيستخدم لتخزين عناوين المعاملين
الأول والثاني.
3.تصنيف التعليمات حسب نوعها:
•التعليمات الحسابية كتعليمات الجمع و الطرح الخ.
•التعليمات المنطقية كتعليمات AND, OR وتعليمات الإزاحة لليسار أو اليمين.
•تعليمات الإدخال والإخراج والمخصصة لتنفيذ عملية الإدخال أو الإخراج.
•تعليمات التكرار والمخصصة لتكرار تنفيذ عملية.
•تعليمات نقل التحكم والمخصصة لنقل التنفيذ إلى تعليمة لا تلي التعليمة
التالية وذلك اعتمادا على شرط معين أو بدون شرط معين.
•دورة التعليمة:
إن الذاكرة الرئيسة ووحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكم ترتبط معاً وتتعاون في
تنفيذ التعليمة من خلال تنفيذ مجموعة من التعليمات يطلق عليها دورة التعليمة
وتقسم دورة التعليمة إلى مرحلتين:
1.مرحلة البحث:
•تبدأ هذه المرحلة بتمرير محتوى عداد البرامج إلى مسجل العنوان.
•بعد تحديد عنوان التعليمة تقوم دوائر التحكم بإصدار الإشارات اللازمة لقراءة
التعليمة من الذاكرة الرئيسية حسب العنوان المسجل في مسجل العنوان.
•تمرر التعليمة إلى مسجل التعليمة في وحدة التحكم وعنوان المعامل إلى مسجل
العنوان.
•يقوم محلل التعليمة باستقبال التعليمة من مسجل التعليمة لتحليلها ومعرفة نوع
العملية وإصدار الإشارات اللازمة لوحدة الحساب والمنطق لتنفيذها.
•تتم زيادة عداد البرنامج بمقدار 1 للإشارة للتعليمة التالية في البرنامج.
2.مرحلة التنفيذ:
بعد تحديد نوع العملية وتحديد عناوين المعاملات في المرحلة الأولى تبدأ
المرحلة الثانية حيث يمكن إيجاز هذه المرحلة في الخطوات التالية:
•تمرر المعاملات من الذاكرة الرئيسية إلى وحدة الحساب والمنطق (قراءة
المعاملات).
•تقوم وحدة الحساب والمنطق بإجراء العملية المطلوبة على المعاملات.
•تقوم وحدة التحكم بإصدار الإشارة الخاصة لوحدة الذاكرة لاستقبال النتيجة في
العنوان المحدد في التعليمة.
•محلل التعليمة Instruction Decoder :
قلنا انه لتنفيذ العملية لا بد من تحليل شيفرة التعليمة لتحديد نوعها
وتنفيذها ويقوم بهذه المهمة وحدة خاصة داخل وحدة التحكم تسمى بمحلل التعليمة,
ويلعب ط ول شيفرة التعليمة دورًا في تحديد تركيب محلل التعليمة حيث أن شيفرة
التعليمة تحدد عدد الأوامر التي يمكن تنفيذها فلو كان طول الشفيرة 8 فإن اكبر
عدد من الأوامر يمكن تنفيذه يساوي 256 أمرًا.
وبهذا يمكن تعريف محلل التعليمة على أنه دائرة الكترونية لها عدد من المداخل
مساو لطول شيفرة التعليمة وعدد من المخارج مساو لعدد عمليات الأوامر الممكن
تنفيذها.


5-5 الذاكرة الرئيسية Main Memory:
لتنفيذ العمل لابد من التواجد هذا العمل (البرنامج) و البيانات اللازمة في
الذاكرة الرئيسية بصورة مؤقتة حتى تتم عملية المعالجة ويتم نقل النتائج إلى
وحدات الإخراج وكما نعلم أن الذاكرة الرئيسية تتألف من مجموعة خلايا ثنائية
على شكل مصفوفة وتحمل الخلايا في السطر الواحد نفس العنوان أو الموقع, ومسجل
بيانات مؤقت يسمي مسجل الكلمة Word Register ووحدة تحكم محلية و ترتبط
الذاكرة مع وحدة التحكم عن طريق مسجل العنوان (باستخدام خطوط العنوان ) وبعض
إشارات التحكم لتحديد عملية القراءة أو الكتابة.



5-5-1 تركيب الذاكرة الرئيسية:
يجب تمثيل رموز البيانات بالنظام الثنائي حتى يستطيع الحاسوب معالجة هذه
الرموز لهذا فإن الذاكرة الرئيسية تتكون الخلايا Cells قادرة على تمثيل
الأرقام الثنائية (صفر أو واحد ) لذا يمكن لهذه الخلايا أن تمثل بالمفاتيح
حيث أن حالة المفتاح المغلق تمثل الواحد و المفتوح تمثل الصفر أو يمكن أن
تمثل بواسطة الخلايا المغناطيسية التي يسري فيها التيار الكهربائي.فعند سريان
التيار الكهربائي في الخلية المغناطيسية فأنه سوف يولد بها مجالاً مغناطيسياً
و اتجاه هذا المجال يحدد الحالة التي تقع فيها الخلية.فإذا كان اتجاه المجال
مع عقارب الساعة فإن الخلية تقع في حالة الواحد و في حالة الصفر إذا كان
المجال بعكس عقارب الساعة.
ومهما كان نوع خلايا الذاكرة فإنه يمكن اعتبار الذاكرة لوحة الكترونية مكونة
من خلايا بحيث تشكل هذه الخلايا المصفوفة والشكل التالي يوضح هذا :

تمثل أسطر هذه المصفوفة المواقع في الذاكرة أما الأعمدة فتمثل الكلمات ويختلف
طول الكلمة (عدد الخلايا في السطر ) من حاسوب لآخر فقد تحتوي الكلمة على
أربعة خلايا "بت"أو ثمانية أو ست عشرة.
ولتحديد كلمة ما في الذاكرة لابد من تحديد موقعها Address الممثل بالسطر
فالكلمة الثالثة يتم الوصول إليها عن طريق العنوان 3 وهكذا .ومن هنا يتبين
لنا تركيب الذاكرة الرئيسية حيث تضم هذه الذاكرة الأجزاء الرئيسية التالية:

1.مسجل العنوان address register حيث يخزن في المسجل عنوان الكلمة المراد
الوصول إليها (رقم السطر في المصفوفة ).
2.مسجل الكلمة word register حيث يسجل في المسجل الكلمة المراد الوصول إليها
(الأعمدة المشار إليها بالعنوان المسجل في مسجل العنوان ).
3.وحدة تحكم محلية Control Unit للإشراف على عمليات الوصول إلى
الكلمات(القراءة والكتابة ).
4.وحدة التخزين Storage Unit والممثلة بالمصفوفة نفسها (خلايا الذاكرة).
والشكل 5-3 يوضح تركيب الذاكرة الرئيسية:

الشكل 5-3 يوضح تركيب الذاكرة الرئيسية



يلعب مسجل العنوان دورًا في تحديد سعة الذاكرة حيث أن طول هذا المسجل (عدد
الخلايا ) يحدد عدد المواقع Addresses التي يمكن الوصول إليها فلو كان طول
هذا المسجل 8 بت فإن عدد المواقع يساوي أي 256 موقعاً. أما مسجل الكلمة فيحدد
طول الكلمة التي يمكن تخزينها في الذاكرة.
مثال: إذا علمت أن طول مسجل العنوان يساوي 8 خلايا وطول مسجل الكلمة 4 خلايا
فاحسب حجم الذاكرة:
الحل:

من أهم العمليات التي يمكن أجراؤها على البيانات هي عملية القراءة و الكتابة
حيث تتم عملية القراءة كما يلي:
1. يؤخذ العنوان من وحدة المعالجة المركزية (وحدة التحكم) ويخزن في مسجل
العنوان.
2. تقوم وحدة التحكم المحلية بالإشراف على عملية البحث عن الكلمة المحدد
عنوانها في مسجل العنوان .
3. عند إيجاد الكلمة المعينة تحت العنوان المحدد يتم نقلها إلى مسجل الكلمة
وبعدها تنقل إلى وحدة المعالجة.
أما عملية الكتابة فتتم حسب الخطوات التالية:
1. يحدد العنوان المراد تسجيل الكلمة فيه بوضع هذا العنوان في مسجل العنوان.
2. تتم عملية البحث عن المواقع بإشراف وحدة التحكم المحلية.
3. تسجل الكلمة في مسجل الكلمة وبعد تحديد الموقع تنقل من هذا المسجل إلى
الموقع المحدد.

5-5-2 طرق عنونة الذاكرة Addressing Methods :
يستخدم حقل العنوان في التعليمة لتحديد عنوان موقع الذاكرة أو أحد مسجلات
وحدة المعالجة المركزية بهدف الحصول على المعامل المطلوب أجراء العملية عليه.

تسمى الطريقة التي يتم فيها الحصول على المعامل بطريقة العنونة. والعنوان
الذي يظهر مباشرة في التعليمة يسمى بالعنوان المبين Stated Address وعنوان
موقع الذاكرة الذي يحتوي على المعامل يسمى بالعنوان الفعلي Effective Address
.
قبل أن نستعرض طرق العنونة يجب أن نتذكر ما يلي :
• أن ذاكرة الحاسوب تخزن كل من التعليمات و البيانات:



• لعنونة التعليمة يستخدم مسجل خاص في وحدة التحكم يسمى بعداد البرنامج
Program Counter ولعنونة البيانات يستخدم غالباً مسجل آخر يسمى بعداد
البيانات Data Counter.
تستخدم في الحاسوب طرق عنونة متعددة منها :
1. العنونة الفورية Immediate Addressing :
عند استخدام هذه الطريقة فإن التعليمة تحتوي على المعامل كجزء منها. أي أن
حقل العنوان يحتوي على المعامل نفسه. وفي الحواسيب الصغيرة والميكروية , أي
عند تخزين التعليمة في أكثر من موقع ذاكرة , فإنه يمكن الحصول على المعامل
بواسطة قراءة محتوى موقع الذاكرة الذي يلي الموقع الذي تخزن فيه التعليمة.
من الأمثلة على هذه الطريقة:


2. العنونة المباشرة Direct Addressing :
وهي أكثر طرق العنونة انتشاراً ويتم فيها الحصول على العنوان الفعلي من
العنوان المبين في التعليمة مباشرة. أي أن حقل العنوان يحتوي على عنوان موقع
الذاكرة الذي يخزن المعامل.
الشكل 5-4 يبين طريقة الحصول على المعامل في حالة العنونة المباشرة.

الشكل 5-4 طريقة الحصول على المعامل في العنونة المباشرة


من الأمثلة على هذه الطريقة : LDR r Load Register وتبعاً لهذه التعليمة
تقرأ محتويات موقع الذاكرة المعنون بواسطة التعليمة ويجلب ليحمل في المسجل r.
ومن مساوئ العنونة المباشرة أن عدد مواقع الذاكرة المعنوية محدود , فإذا كان
حقل العناوين يتكون من مواقع ثنائية عددها n فإنه يمكن عنونة موقعاً
فقط.
ويمكن حل هذه المشكلة بعدة طرق منها:
1. زيادة قياس حقل العناوين وبالتالي قياس التعليمة, إلا أن هذا يتطلب زيادة
قياس موقع الذاكرة.
2. تخصيص أكثر من موقع ذاكرة لتخزين التعليمة, وتستخدم هذه الطريقة في
الحواسيب الميكروية.
3. استخدام طرق عنونة أخرى.
3. العنونة غير المباشرة Indirect Addressing :
العنوان الفعلي في هذه الطريقة هو محتوى موقع الذاكرة المعنون بواسطة
التعليمة. أي أن موقع الذاكرة المعنون بواسطة العنوان المبين في التعليمة
يحتوي على عنوان موقع الذاكرة الذي يخزن فيه المعامل.
والشكل 5-5 يبين طريقة الحصول على المعامل في حالة العنونة غير المباشرة.

الشكل 5-5 يبين طريقة الحصول على المعامل في حالة العنونة غير المباشرة


كما هو واضح من الشكل 5-5 فإنه للحصول على المعامل لابد من الرجوع إلى
الذاكرة مرتين:
في الأول: تقرأ محتويات موقع الذاكرة المعنون بواسطة العنوان المبين في
التعليمة وتجلب إلى وحدة المعالجة المركزية (إلى عداد البيانات).
قي الثانية: تقرأ محتويات موقع الذاكرة المعنون بواسطة عداد البيانات بهدف
الحصول على المعامل.

لتميز نوع العنونة: هل هي مباشرة أم غير مباشرة يستخدم عادة بت خاص, فإذا كان
محتواه 1 تكون طريقة العنونة المستخدمة غير مباشرة وإذا كان محتواه 0 تستخدم
طريقة العنونة المباشرة.
التعليمة

توجد أنواع أخرى من طرق العنونة غير المباشرة . فمثلا يمكن أن تشير التعليمة
أن زوج من مسجلات وحدة المعالجة المركزية يجب أن يستخدم لعنونة الذاكرة
للحصول على المعامل.

الشكل 5-6 العنونة غير المباشرة باستخدام مسجلات وحدة التحكم

من مساوئ العنونة غير المباشرة ضرورة الرجوع إلى الذاكرة مرتين مما يؤدي إلى
تدني السرعة.
4. العنونة المؤشرة Indexed Addressing :
حسب طريقة العنونة المؤشرة, للحصول على العنوان الفعلي يجب جمع العنوان
المبين في التعليمة مع محتوى مسجل خاص يسمى بمسجل التأشير Index Register
ويبين الشكل 5-7 طريقة الحصول على العنوان الفعلي.

الشكل 5-7 طريقة الحصول على العنوان الفعلي في العنونة المؤشرة

عند التعامل مع الجداول المخزونة في مواقع متتالية في الذاكرة يمكن زيادة أو
تنقيص محتوى مسجل التأشير بمقدار 1 للحصول على العنوان الفعلي, وتسمى هذه
الطريقة بالتأشير الذاتي Auto Indexing .
ومن مساوئ استخدام العنونة المؤشرة ضرورة إجراء عملية الجمع للحصول على
العنوان الفعلي.
ومن مزايا هذه الطريقة بالمقارنة مع العنونة غير المباشرة , الرجوع إلى
الذاكرة مرة واحدة بدلاً من مرتين.
في كثير من الحالات تستخدم طريقتا العنونة غير المباشرة والمؤشرة معاً, وفي
هذه الحالة يجب أن تحتوي التعليمة على بت أضافي يدل على نوع العنونة
المستخدمة.ويبين الجدول التالي طريقة العنونة المستخدمة بالاعتماد على محتوى
الخانتين الإضافيتين المستخدمين لتحديد طريقة العنونة.


ويبين الشكل5-8 طريقة الحصول على العنوان الفعلي في العنونة غير
المباشرة_المؤشرة.

الشكل 5-8 طريقة الحصول على العنوان الفعلي في العنونة غير المباشرة -
المؤشرة

5. العنونة النسبية Relative Addressing :
سنقوم بتسمية محتوى عداد البرنامج بالعنوان القاعدي Base Address. للحصول على
العنوان الفعلي في هذه الطريقة يجب جمع العنوان المبين في التعليمة مع
العنوان القاعدي.
ويبين الشكل 5-9 طريقة الحصول على العنوان الفعلي في العنونة النسبية.


الشكل 5-9 طريقة الحصول على العنوان الفعلي في العنونة النسبية


كما هو واضح, بزيادة أو تنقيص العنوان المبين (مع تثبيت محتوى عداد البرنامج
) يمكن التفرع إلى الأمام أو الخلف. لهذا السبب يسمى العنوان المبين في
التعليمة بقيمة الإزاحة Displacement وعادة توضع إشارة لقيمة الإزاحة.
6. العنونة الصفحية Page Addressing:
كما هو معروف فإن قياس موقع الذاكرة محدود. فمثلاً يبلغ قياس موقع الذاكرة في
أغلب الحواسيب الميكروية بايت واحد فقط. هذا الوضع يؤدي إلى تحديد قياس حقل
العناوين في التعليمة.
من جهة أخرى, إذا كان قياس حقل العناوين في العناوين في التعليمة بايت واحد,
فإن عدد مواقع الذاكرة الممكن عنونتها لا يزيد على 256 موقعاً, وواضح أن هذه
السعة لا تسد الاحتياجات المطلوبة. وإحدى طرق حل هذه المشكلة هي زيادة سعة
الذاكرة حسب الحاجة و تقسيم الذاكرة إلى صفحات Pages تحتوي كل منها على عدد
متساوي من المواقع. وقياس الصفحة (عدد المواقع التي تحتويها) عادة يساوي عدد
المواقع التي يمكن عنونتها بواسطة حقل العنوان في التعليمة.
ويبين الشكل 5-10 ذاكرة مقسمة إلى n صفحة (قياس كل صفحة 256 موقعاً).


الشكل 5-10 ذاكرة مقسمة إلى n صفحة تحتوي على 256 موقعاً



يتكون عداد البرنامج في العنونة الصفحية من جزئيين, حيث يحدد الجزء الأول رقم
الصفحة ويحدد الجزء الثاني عنوان الموقع داخل الصفحة. أي أن العنوان الفعلي
هو عنوان موقع الذاكرة بالنسبة للصفحة الحالية.
بمعني آخر فإنه يجب جمع عنوان أول موقع في الصفحة الحالية مع العنوان المبين
للحصول على العنوان الفعلي.
من مزايا العنونة الصفحية أمكانية زيادة سعة الذاكرة رغم القيود على قياس
العنوان.
عند استخدام العنونة الصفحية توجد عدة مشاكل أهمها: ماذا يحدث إذا خرجت قيمة
العنوان الذي يحدد الموقع في الصفحة الحالية عن مجال القيم المسموح بها, أي
إذا وصلت قيمة هذا العنوان إلى 1....111?
ولحل هذه المشكلة يمكن زيادة هذا العنوان بمقدار 1 للحصول على 0....00 وفيض
يساوي 1 واستخدام أحدى الطرق التالية:
1. إهمال الفيض وبهذا فإنه تتم عنونة الموقع الأول من الصفحة الحالية.
2. جمع الفيض مع الجزء الثاني في عداد البرنامج والذي يحدد عنوان الصفحة و
بهذا نكون قد انتقلنا إلى الموقع الأول في الصفحة التالية.


5-5-3 تصنيف وحدة الذاكرة:
تصنف حسب العوامل التالية:
1. حسب الوسط الفيزيائي المستخدم لتخزين المعلومات.
2. حسب طريقة الوصول إلى المعلومات المخزنة.
3. حسب قابلية التطاير.
4. حسب القابلية للمسح والبرمجة.

•تصنيف وحدة الذاكرة حسب الوسط الفيزيائي المستخدم لتخزين المعلومات:
هناك أنواع كثيرة من الأوساط التي تستخدم لتخزين البيانات نذكر منها ما يلي:
•الأوساط المغناطيسية: مثل ذاكرة الحلقة الممغنطة والأشرطة المغناطيسية
والأقراص المغناطيسية.
•الأوساط الإلكترونية: وتستخدم هذه الأوساط الدوائر الإلكترونية المصممة من
الترانزستورات وكان هذا النوع مستخدما في الحواسيب القديمة وتستخدم الآن
الدوائر المتكاملة خصوصًا في الذاكرة الرئيسية كوسط الكتروني لتخزين
المعلومات.
•الأوساط الورقية : تستخدم كأوسط تخزين في الذاكرة المساعدة مثل البطاقات
المثقبة والأشرطة الو رقية المثقبة , ولم تعد هذه الأوساط تستخدم في وقتنا
الحالي .
•تصنيف وحدة الذاكرة حسب طريقة الوصول للمعلومات:
يوجد طريقتان للوصول إلى البيانات المخزنة في الذاكرة هما:
•الوصول التتابعي: للوصول إلى سجل معين يجب قراءة جميع السجلات أو المعلومات
التي تسبقه, كما هو الحال في الشريط المغناطيسي.
•الوصول المباشر: في هذه الطريقة يتم الوصول مباشرة إلى المعلومات دون الحاجة
إلى قراءة جميع المعلومات السابقة. هذا يعتبر زمن الوصول المباشر أقصر بكثير
من الوصول التتابعي.
•تصنيف الذاكرة حسب قابلية التطاير:
نعني بالتطاير فقدان الذاكرة للمعلومات عند انقطاع التيار الكهربائي.
•الذاكرة المتطايرة: وهي الذاكرة التي تفقد المعلومات المخزونة فيها عند
انقطاع مصدر التغذية الكهربائية كما هو الحال في الذاكرة الرئيسية.
•الذاكرة الغير متطايرة: وهي الذاكرة التي تحتفظ بالمعلومات المخزونة فيها
فترة طويلة عند انقطاع التيار الكهربائي كما هو الحال في الذاكرة المساعدة.
•تصنيف الذاكرة حسب القابلية للبرمجة والمسح:
•الذاكرة القابلة للمسح Erasable Memory حيث يمكن مسح الذاكرة وإعادة
الكتابة عليها ومن أهم الأمثلة على هذه الذاكرة ذاكرة الحلقات الممغنطة
والأقراص والأشرطة الممغنطة .
ومن الجدير بالذكر أن الذاكرة الرئيسية يطلق عليه RAM (Random Access Memory)
حيث يمكن القراءة منها والكتابة عليها .
•الذاكرة الثابتة: حيث تبقى المعلومات ثابتة على أوساط التخزين كما هو الحال
في البطاقات المثقبة والأشرطة الورقية المثقبة . وهناك نوع من الذاكرة
الثابتة يطلق عليها ذاكرة القراءة فقط ROM Read Only Memory و يتم برمجة هذا
النوع من الذاكرة في مرحلة التصنيع ولا يمكن الكتابة عليها وتتم قراءتها عند
الحاجة إليها حيث يخزن في الذاكرة برامج نظام التشغيل و الاقترانات المكتبية
وغيرها .
ويبن الجدول أهم الفروقات بين RAM ROM:
وجه المقارنةROMRAM
عملية الكتابةممنوعةمسموحة
تأثرها بالتيارغير متطايرةمتطايرة
أمكانية البرمجةمرة واحدةحسب الحاجة
استخدامهالتخرين بعض البرامج اللازمة للتشغيللتخزين نظم التشغيل و
برامج المستخدم

•ذاكرة الكومة Stack : تعتبر جزءًا من ذاكرة ROM وتستخدم لأغراض محددة وذلك
لحفظ بعض القيم لاسترجاعها لاحقًاكما وتستخدم هذه الذاكرة بفاعلية عند
استخدام البرامج الفرعية .
تتكون ذاكرة الكومة من مجموعة من المواقع تستخرج محتوياتها حسب مبدأ LIFO
وذلك باستخدام مؤشر يستخدم لأغراض خاصة يعرف باسم مؤشر الكومة Stack
Pointer وهو مسجل يشير إلى الموقع الذي يمكن التعامل معه .
تقبل ذاكرة الكومة عملية القراءة (الاسترجاع pop ) وعملية الكتابة (الإضافة
push ) كما هو مبين في الشكل 5-11 :

الشكل 5-11 ذاكرة الكومة

وتتم عملية التخزين في هذه الذاكرة دائمًا في المقدمة بحيث يكون في المقدمة
بحيث يكون في المقدمة آخر عنصر تم إدخاله .LIFO last In First Out (الداخل
آخرًا الخارج أولاً) .
إن عملية إضافة عنصر إلى مقدمة الكومة تسمى عملية دفع

يستخدم الحاسوب لمعالجة البيانات حيث يستقبل هذه البيانات عن طريق وحدات
خاصة تسمى وحدات الإدخال ونتيجة لعملية المعالجة تظهر النتائج والتي يمكن
إرسالها إلى وحدات خاصة تسمى وحدات الإخراج وبهذا فإن وحدات الإدخال تخصص
لتنفيذ الوظائف الآتية:
• استقبال البيانات وإدخالها.
• تحويل البيانات المدخلة إلى صيغة مفهومة للحاسوب.
• تخزين البيانات (أو جزء منها) مؤقتاً (بعض وحدات الإدخال).
ومن أهم وحدات الإدخال المستخدمة لوحة المفاتيح، القرص المغناطيسي، الشريط
المغناطيسي، الفأرة.
أما وحدات الإخراج فتقوم بتنفيذ المهام الآتية:
•تحويل البيانات القادمة من الحاسوب إلى صورة قابلة للعرض والإخراج.
•إخراج واستقبال نتائج عمليات المعالجة.
•حفظ البيانات المراد إخراجها مؤقتًا لذا تحتوي وحدات الإخراج على ذاكرة
متطايرة تقوم بحفظ المعلومات مؤقتاً ومن أهم وحدات الإخراج المستخدمة الشاشة
والطابعة والقرص المغناطيسي والشريط المغناطيسي.
وفيما يلي سوف نستعرض بعض خصائص وحدات الإدخال والإخراج الأكثر شيوعاً.

6-2 لوحة المفاتيح Key board:
تتألف لوحة المفاتيح من مجموعة من المفاتيح بشكل مصفوفة ( كما يبين في
الشكل 6-1 ).


الشكل 6-1 مصفوفة لوحة المفاتيح

وتستخدم هذه المفاتيح لإدخال الرموز المكونة من الأحرف والأرقام والإشارات
الخاصة وتصنف المفاتيح إلى:
1. مفاتيح الرموز والتي تستخدم لإدخال الرموز.
2. مفاتيح الحركة والتي تستخدم للتأثير على مؤشر الشاشة Cursor لتحريكه إلى
اليسار أو اليمين أو إلى أسفل أو إلى أعلى.
3. مفاتيح التحكم.
4. المفاتيح الوظيفية والمخصصة لأداء وظائف محددة.
وعادة ما ترتبط لوحة المفاتيح مع الشاشة حيث تظهر الرموز المدخلة عن طريق
اللوحة على الشاشة.
تحتوي لوحة المفاتيح بالإضافة إلى مصفوفة المفاتيح على وحدة تحكم محلية ومسجل
خاص عن طريقه ترتبط لوحة المفاتيح بالحاسوب حيث يستخدم هذا المسجل لتخزين
الرمز المدخل مؤقتاً ويبين الشكل التالي مكونات لوحة المفاتيح.

تستخدم وحدة التحكم المحلية لتنفيذ الوظائف الآتية:
1. تحديد المفتاح المضغوط وذلك بتحديد أحداثه (رقم السطر والعمود).
2. إيجاد شيفرة اسكي للرمز المناظر للمفتاح المضغوط.
3. إرسال شيفرة اسكي للرمز إلى مسجل الإدخال.

6-3 الشاشةDisplay:
تستخدم الشاشة لعرض البيانات بصورة مرئية ويطلق عليها أحياناً أنبوبة الأشعة
المهبطية (Cathode Ray Tube )CRT أو الاسم Screen. ومهما كانت التسمية تعتبر
من وحدات الإخراج الشائعة الاستخدام وتضم الشاشة أنبوبة الأشعة المهبطية
المبينة في الشكل 6-2:

الشكل 6-2 الشاشة

ووحدة تحكم محلية تتحكم بموقع المؤشر لإظهار الرمز وتعمل على توليد الألوان
وتوليد الإلكترونات اللازم قذفها للشاشة لإظهار الرموز الرسومات.
تستخدم الشاشة عادة لإظهار الرموز وبعضها يمكن استخدامه لإظهار الرسومات
والصور وعادة ما تقاس كفاءة الشاشة بالأمور الآتية: 1. إمكانية عرض الرسومات
والصور إضافة لعرض الرموز.
2. الألوان المتوفرة.
3. دقة الشاشة Resolution وتقاس عادة بعدد النقاط Pixels التي يمكن التحكم
بها أثناء عملية الرسم وإظهار الصور مثلاً لو كانت دقة الشاشة 640×480 فهذا
يعني توفر 480 سطراً في الشاشة كل سطر مؤلف من 640نقطة.
4.الذاكرة الموقتة والتي تستخدم لتخزين النصوص أو الرسومات.
تقسم الشاشة عادة عند استخدامها في حالة النصوص (إظهار الرموز ) إلى 24أو25
ويمكن عرض 80 رمزاً في السطر الواحد ويسمى الرقم 24×80 حرفاً بالصفحة.
أشرنا سابقاً إلى الأمور المحددة لكفاءة الشاشة وعادة ما تعتمد هذه الكفاءة
على لوحة التحكم الخاصة بالشاشةDisplay Card.
وتعتمد عملية اختيار اللوحة المعينة على الدقة المراد الحصول عليها، عدد
الألوان ومجال استخدام الشاشة للرسومات والنصوص ومن أهم أنواع اللوحات
المتوفرة.
•لوحة الرسومات الملونة Color Graphic Adapter: CGA.
•لوحة الرسومات المحسنة Enhanced Graphic Adapter: EGA.
•لوحة الفيديو Video Graphic Adapter: VGA.
•لوحة الفيديو الفائقة Super VGA: SVG.
وتوفر كل لوحة من هذه اللوحات خصائص محددة مثل:
1.الدقة 2. عدد الألوان 3. حجم الذاكرة المؤقتة

6-4 الطابعة Printer:
تعتبر الطابعة وحدة من وحدات الإخراج المهمة حيث تخصص لإخراج النصوص و
الرسومات وتحدد عادة الطابعة بالخصائص الآتية:
1.سرعة الطباعة وتقاس عادة بعدد الرموز التي يمكن طباعتها في الوحدة الزمنية.

2.دقة الطباعة وتقاس بعدد النقاط في الإنش الواحد والمخصصة لطباعة الرمز.
3.وجود الذاكرة المؤقتة والمخصصة لحفظ النصوص أو الرسومات المراد طباعتها.
4.عرض الورقة المستخدمة في الطباعة حيث تتوفر طابعات تستخدم الورق A4أو A3
(عرض80 حرف أو عرض132 حرفاً).
تتكون الطابعة عادة من:
1.وحدات ميكانيكية لتنفيذ الحركات اللازمة للورق أو شريط التحبير أو رؤوس
الطباعة.
2.ذاكرة مؤقتة.
3.وحدات لتثبيت الورقة.
4.وحدات التحبير.
5.رؤوس الطباعة في بعض الطابعات.
6.شريط الأحرف والمطارق في بعض الطابعات.
ويبين الشكل 6-3 نموذجاً لأحد الطابعات:

الشكل 6-3 نموذج لأحدى الطابعات

تتوفر الآن مجموعة كبيرة من الطابعات وتصنف عادة إلى أصناف متعددة أهمها:
•تصنيف الطابعات حسب طريقة الطباعة ومنها:
•الطابعات المطرقية التي تستخدم المطارق أو رؤوس الطباعة وعادة ما تحدث صوتاً
ومن أهم أنواع هذه الطابعات الطابعات النقطية Dot Matrix أو الطابعات
الخطيةLine Printers.
•الطابعات اللامطرقية وهي تستخدم في طرق مختلفة في الطباعة مثل طابعات
الليزر، طابعات النفث الحبري، الطابعات الحرارية، الطابعات الكهروستاتيكية
وهذه الطابعات مريحة جداً لأنها لا تزعج بأصواتها كما في الطابعات المطرقية.

•تصنف الطابعات حسب السرعة إلى:
•الطابعات البطيئة ومن الأمثلة عليها الطابعات النقطية وتقاس سرعتها عادة
بعدد الأحرف المطبوعة في الثانية Character Per Second: CPS وقد تصل سرعة هذه
الطابعات إلى أكثر من 300حرف\ثانية.
•الطابعات المتوسطة مثل الطابعات الخطية وتقاس سرعة هذه الطابعات بعدد الأسطر
المطبوعة في الدقيقة الواحدة وقد تصل سرعة بعض أنواع هذه الطابعات إلى أكثر
من 600 سطر\دقيقة.
•الطابعات السريعة مثل طابعات الليزر والتي تحتوي على معالج يساعد في الحصول
على طباعة رفيعة المستوى حيث أن المعالج يفسر إشارات الحاسوب ويترجمها إلى
أوامر تتحكم بحركة إشعاعات الليزر مما يؤدي إلى التحكم الجيد بحركة الورق
وعملية طبع الصور على الورق. أو طابعات النفث الحبري وتقاس سرعة هذه الطابعات
بعدد الصفحات المطبوعة في الدقيقة الواحدة وتحتاج هذه الأنواع من الطابعات
إلى ذاكرة عالية وقد تصل سرعتها إلى أكثر من 8 صفحات في الدقيقة الواحدة
وتمتاز هذه الطابعات أيضاً بدقة طباعة عالية قد تتعدى 300نقطة في الإنش
الواحد.

•حسب اللون: يتوفر نوعان من الطابعات:
•الطابعات الملونة.
•الطابعات الغير ملونة.

6-5 الفأرة Mouse:
الفأرة والتي تستخدم لتنفيذ الاختبار اللازم للتعليمات من نوافذ الشاشة أو
لنقل وتحريك المؤشر على الشاشة.
كيفية عمل الفأرة:
•تقوم الكرة المطامية الموجودة أسفل الفأرة بتحريك العجلة التي تتحكم بالحركة
العمودية والأخرى تتحكم بالحركة الأفقية للمؤشر حيث كل عجلة مرتبطة بمشعر.
•على حوافر المشعر يوجد قطع معدنية تولد إشارات كهر بائية كلما تلامست القطع
المعدنية وعند ازدياد هذه الإشارات تتحرك الفأرة لمسافة أكبر.
•من خلال كيبل الفأرة يرسل السرعة المطلوبة وعدد الإشارات إلى المؤشر على
الشاشة حيث تقوم بضغط أي مفتاح للفأرة ليتم تمرير المعلومة وتنفيذها.

الشكل 6-4 الفأرة



6-6 الراسمات والماسحات:
تستخدم الراسمة في أعمال التصاميم أما الماسحة فتستخدم في إدخال الصور إلى
الحاسوب ومن أهم الماسحاتScanner:
• يدوية والتي تمرر فوق الورقة.
•الوسادة المسطحة والتي تشبه آلة التصوير.
•ماسح التعليم الميكانيكي والذي يعمل على ترجمة مستويات الفوليتة إلى قيم
رقمية.

الشكل 6-5 الماسحات الضوئية



6-7 وسائل الجمع الآلي للبيانات:
تستغرق عملية إدخال البيانات عن طريق لوحة المفاتيح وقتاً طويلاً وجهداً
كبيراً خاصة عندما يتعاظم حجم البيانات لذلك لاحت فكرة أتمتة إدخال البيانات
آلياً دون جهد كبير مما استدعى ابتكار عدة وسائل أبرزها:

• مميز حروف الحبر المغناطيسي Magnetic _Ink Character Recognition:
وتسمى اختصاراً MICR ويمكن لآلة المدخلات قراءة الحروف المكتوبة بواسطة حبر
مغناطيسي ويوضح الشكل 6-6 شكل الحروف المستخدمة, وتستخدم هذه الآلات غالباً
مع شيكات البنوك.


الشكل 6-6 حروف الحبر المغناطيسي



• المميز الضوئي للحروف Optical Character Recognition:
ويسمى اختصاراً OCR ,وفيها تقوم الآلة على مسح المستند ضوئياً وتحويل كلماته
إلى نبضات كهربية وفق نظام التشفير المتبع في الحاسوب وترسل هذه النبضات إلى
الحاسوب لمعالجتها, ويوجد من أجهزة المميز الضوئي للحروف أجهزة يمكنها قراءة
مدخلات العلامات الضوئية ويستخدم هذا الجهاز في قراءة علامات خاصة, لذلك
تعتبر هذه الأجهزة مفيدة في تصحيح أوراق أسئلة الامتحانات, كما توجد أجهزة
التميز الضوئي للحروف OCR التي يمكن للإنسان قراءتها و يمكن كذلك للآلة
وتحويلها إلى نبضات كهربية و إرسالها للحاسوب وإن كانت هذه الحروف ترسم بشكل
هندسي أقرب منه إلى الشكل الجمالي حتى لا تخطأ أجهزة OCR فيما يوضحه الشكل
6-7 وهناك أجهزة أخرى يمكنها التعامل مع الكتابة اليدوية باللغة الإنجليزية و
كذلك أجهزة أو قلم ضوئي لقراءة الشفرة الخطية Bar Code والتي تضعها الشركات
على منتجاتها بحيث يكون لكل منتج شفرة خاصة تدل على اسمه و اسم منتجه.

الشكل 6-7 حروف المميز الضوئي للحروف

• أجهزة التميز الصوتي Speech Recognition Devices:
يستخدم الصوت كمدخل من مدخلات البيانات حيث تتولى الأجهزة تحويل النبرات
الصوتية عبر الميكروفون وتحويلها إلى الشفرة الثنائية المناظرة فيما يبدو من
الشكل 6-8 .

الشكل 6-8 استخدام الصوت للاتصال بالحاسب

وتعتبر أجهزة التميز الصوتي فتحاً جديداً في تبسيط التعامل مع الحاسبات رغم
صعوبتها البالغة حتى الآن بالنسبة لمختلف اللغات الحية.

(tape drive) والذي يتكون في العادة من:

1.بكرتين واحدة للشريط والآخر لاستقبال الشريط.
2.وحدة قراءة وكتابة تمتلك رأس القراءة والكتابة.
3.مجموعة من الوحدات الميكانيكية لتحريك الشريط.
4.وحدة تحكم محلية للإشراف على عمليات القراءة والكتابة وتحريك الشريط للأمام
أو الخلف.

تعتمد سعة التخزين كمية البيانات المخزنة في الشريط المغناطيسي على عدة عوامل
أهمها:
•طول الشريط وعادة ما يقاس طول الشريط بالقدم حيث طول الشريط إلى 2400 قدم أو
أكثر.
•كثافة التخزين ويقصد بها عدد الرموز التي يمكن تخزينها في الإنش الواحد
character per inch: CPI وتتوفر أشرطة بكثافة تخزين 80 حرفاً في الإنش
الواحد و160 حرفاً في الإنش الواحد.
•كيفية تسجيل البيانات على الشريط التي تحدد المساحات الفارغة التي يمكن
تركها وهناك طريقتان لإجراء عملية التسجيل والقراءة هي:
1.طريقة السجل Record :
عند استخدام طريقة السجل يتم تجميع البيانات في سجلاتRecord بحيث يتم فصل كل
سجل عن السجل الآخر بفراغ طوله عادة 1\5 إنش ويستفاد من هذا الفراغ في:
•تميز السجلات بعضها عن بعض حيث يعتبر الفراغ النهاية الفعلية للسجل.
•التخفيف ما أمكن من عزم قصور الشريط عند تحريك الشريط يسمى الفراغ المتروك
بين كل سجلين Inter Record Gap )IRG) ويبين الشكل 7-2 كيفية تخزين السجلات
على الشريط.

الشكل 7-2 تخزين السجلات على الشريط

من الشكل السابق يتبين أن الشريط مقسم إلى ثلاثة مناطق:
1.منطقة الذيل وعادة لا تكون مغطاة بمادة قابلة للمغنطة وتستخدم لتثبيت
الشريط على البكرة وتكون هذه المنطقة في بداية الشريط وفي نهايته.
2.منطقة المقدمة وهي جزء من الشريط تستخدم لحفظ معلومات عامة عن اسم الشركة
أو المؤسسة، نوع البيانات المخزنة على الشريط، تاريخ تسجيل البيانات.
3.منطقة البيانات وهي المنطقة المخصصة لتسجيل السجلات.
طريقة الكتلة Block:
لاحظ أن وجود الفراغات يؤدي إلى هدر مساحات من الشريط وللتخلص جزيئًا من هذه
المشكلة تستخدم طريقة البيانات بالكتل Blocks حيث يتم تجميع مجموعة من
السجلات في كتلة واحدة ويترك الفراغ في هذه الحالة بين الكتلة والأخرى وبهذه
الحالة نكون قد حققنا:
1. التخفيف ما أمكن من الفراغات.
2. زيادة سرعة القراءة أو الكتابة وكذلك لأن الكتلة تقرأ أو تكتب مرة واحدة
بدلاً من إجراء عملية قراءة أو كتابة السجل بشكل منفرد ويبين الشكل 7-3 كيفية
تخزين البيانات على الشريط باستخدام الكتل.

الشكل 7-3 تسجيل البيانات باستخدام الكتل

يسمى الفراغ المتروك بين الكتل Inter Block Gap.

7-1-1 حسنات الشريط المغناطيسي:
يعتبر الشريط المغناطيسي من وحدات التخزين المغناطيسية الشائعة الاستخدام
وذلك للأسباب الآتية:
1.رخص ثمنه أي أن تكلفة حفظ البيانات متدنية.
2. إمكانية تخزين كميات كبيرة من البيانات.
3. يستخدم الشريط لاغياً حفظ النسخ الاحتياطية من البيانات Back Up والتي
يمكن الرجوع إليها عند حدوث خلل ما في البيانات الأصلية والتي تكون عادة
مخزنة على القرص المغناطيسي.


7-1-2 مساوئ الشريط المغناطيسي:
أما مساوئ الشريط المغناطيسي فتكمن في تدني سرعة الكتابة والقراءة وذلك لأن
الشريط وحدة تتابعية أي تتم القراءة فيه بشكل تتابعي لذا يستخدم الشريط فقط
لتخزين الملفات التتابعية.
ومن مساوئ الشريط أيضاً أنه يستخدم كوحدة إدخال للقراءة أو وحدة إخراج
الكتابة في اللحظة الزمنية أي لا يجوز استخدامه كوحدة إدخال وإخراج ولتسجيل
البيانات المخزنة على الشريط في مكان آخر لا بد من استخدام مشغل أشرطة ثان
وهذه سيئة من مساوئ الشريط ولهذه الأسباب يقتصر استخدام الشريط على الاحتفاظ
بالنسخ الاحتياطية والبيانات التاريخية التي لا تحتاج إلى عمليات معجلة
مستمرة.

7-2 الأقراص المغناطيسية Megnatic Disks:
يتكون القرص المغناطيسي من أسطوانة معدنية أو بلاستيكية مقوية مغطاة بمادة
قابلة للمغنطة ويقسم القرص المغناطيسي إلى مسارات دائرية Tracks ويتم تقسيم
المسار الواحد إلى قطاعات Sectors وتتحدد عادة سعة القرص:
1.عدد المسارات.
2.عدد القطاعات.
3.عدد الرموز التي يمكن تخزينها في القطاع الواحد.
4.عدد أوجه القرص (وجه واحد أو وجهين).
5.الطريقة المستخدمة في التسجيل ( كثافة عالية(مزدوجة)، كثافة أحادية ) ويبين
الشكل 7-4 تقسيمات القرص المغناطيسي.

الشكل 7-4 تقسيمات القرص المغناطيسي

6.ترقم المسارات من الداخل إلى الخارج بدأ من الصفر كما و ترقم القطاعات بدأ
من الواحد.
تحتفظ الاسطوانة المغناطيسية عادة في حافظة بلاستيكية أو بلاستيكية مقوية
ويستخدم مشغل الأقراص Disk Drive لتنفيذ عمليات القراءة والكتابة على القرص
ويتكون هذا المشغل من:
•وحدة تثبيت القرص.
•وحدات ميكانيكية لتدوير القرص.
•وحدات استشعار خاصة لتحدد بداية القرص (المسار رقم صفر والقطاع رقم واحد).
•رأس (رؤوس) القراءة والكتابة.
•ذراع (أذرع) القراءة والكتابة والتي تحمل رؤوس القراءة والكتابة.
•وحدة التحكم محلية للإشراف على عملية تدوير القرص والبحث عن المسار المطلوب
وتحريك رأس القراءة والكتابة.
يعتبر القرص المغناطيسي من وحدات التخزين المباشرة ويمكن أن تخزن عليها كافة
أنواع الملفات التتابعية والمباشرة ولهذا يمكن استخدام القرص كوحدة إدخال
وإخراج في نفس الوقت وللقراءة (كتابة) موقع معين على القرص يكفي تحديد رقم
المسار ورقم القطاع ثم ينقل رأس القراءة والكتابة مباشرة إلى هذا الموقع.
تمتاز الأقراص المغناطيسية بسرعة عالية وتعتمد سرعة الوصول إلى البيانات في
القرص على العوامل الآتية:
1.زمن استجابة رأس القراءة والكتابة لحركة ويطلق على هذا الزمن زمن التأخير.
2.زمن البحث عن المسار والقطاع المطلوب.
3.زمن القراءة والكتابة.

7-2-1 خصائص القرص المغناطيسي:
1.إمكانية تخزين هائلة إذا تبدأ الأقراص(خاصة المرنة) بسعة تخزين تصل إلى
أكثر من مليون حرف (بايت)وقد تصل سعة التخزين في بعض الأقراص الأخرى ( الصلبة
خاصة ) إلى أكبر من جيجا بايت.
2.سرعة وصول عالية وسرعة عالية في نقل البيانات.
3.إمكانية تخزين كافة أنواع الملفات.
4.إمكانية الوصول المباشر إلى المعلومات.
5.إمكانية القراءة والكتابة في نفس الموقع ( أي إمكانية تعديل البيانات فيها
مواقعها إذا لزم الأمر).
ويبين الجدول التالي أهم الفروقات بين القرص المغناطيسي والشريط المغناطيسي.


الشريطالقرص
وحدة تخزين تتابعيةوحدة تخزين مباشرة
يستخدم كوحدة إدخال أو إخراجيستخدم كوحدة إدخال أو وحدة إخراج أو وحدة
إدخال وإخراج معاً
سرعة معالجة متدنيةسرعة معالجة عالية
لا يمكن تعديل البيانات في مواقعها يمكن تعديل البيانات في مواقعها
أرخص ثمناًأكثر تكلفة
يستخدم لحفظ البيانات التي لا تحتاج إلى معالجة مستمرةيستخدم لحفظ
البيانات التي تحتاج لعمليات معالجة مستمرة
تعتمد سعة التخزين على طول الشريط وكثافة التخزينتعتمد سعة التخزين على
عدد المسارات وعدد القطاعات


7-2-2 تصنيف الأقراص المغناطيسية:
1.الأقراص المرنة أو اللينة Floppy Disk:
يتوفر من هذه الأقراص نوعين الأول قطر 1\4 5 إنش والثاني قطره 3، 5 إنش ويبين
الشكل التالي قرص مرن بحجم 3، 5إنش.



تسمى هذه الأقراص المرنة لأن الحافظة لينة ويمكن ثنيها ولأنها صغيرة الحجم
يمكن حملها في الجيب ولهذا يتم تداول هذه الأقراص من قبل أشخاص متعددين سعة
التخزين فيها إلى أكثر من 1، 5 مليون بايت وفي بعضها لا تتجاوز سعة التخزين
360 كيلو بايت.
2.الأقراص الصلبة Hard Disk:
سميت بهذا الاسم لأنها تمتلك حافظة دائرية مقواة وعادة ما تستخدم هذه الأقراص
في مركز الحاسوب ولا تنقل من مكان لآخر نظراً لكبرها وثقل وزنها وقد تكون هذه
الأقراص ثابتة أو متحركة يمكن تغيرها بين لحظة وأخرى وتمتاز هذه الأقراص بسعة
تخزين عالية قد تصل إلى أكثر من جيجا بايت.
ويتوفر الآن أقراص أخرى تعتمد مبدأ الليزر في تخزين البيانات تسمى الأقراص
الضوئية وتشبه إلى حد كبير الأقراص المغناطيسية إلا أن سعتها أعلى من سعة
الأقراص المغناطيسية وتستخدم مبدأ الضوء (الليزر) في عمليات الكتابة
والقراءة. وإليك لمحة عن هذا النوع من الوحدات.

7-3 وحدات التخزين الضوئية:
تعتبر وحدات التخزين الضوئية من أحدث وسائط التخزين المستخدمة في عالم
الحاسوب والتي تستخدم الضوء كأساس تكنولوجي لها.

7-3-1 مكونات وحدات التخزين الضوئية:
•جهاز المسح الإلكتروني Scanner.
•شاشة تستخدم لعرض المعلومات عليها.
•وحدات التخزين المستخدمة مثل أقراص الليزر الضوئي تمتاز بسعتها العالية
جداً.
•نظام الحاسوب والمكون من hardware +software.

7-3-2 كيفية تخزين المعلومات في وحدات التخزين الضوئية (الليزر):
•تخزن المعلومات بشكل مؤقت وبعد أن يتم عرضها على شاشة العرض من أجل إجراء
التعديلات اللازمة يعد تخزينها بشكل دائم على وحدات التخزين الضوئية ( أقراص
الليزر). ويتم بعد ذلك إجراء العمليات عليه.

7-3-3 تصنيف وحدات التخزين الضوئية حسب الحجم:
1.وحدات تخزين لسعة800 مليون رمز.
2.وحدات تخزين بسعة 650 MB.
3.وحدات تخزين تسمى بالأقراص المجمعة.

7-3-4 خصائص وحدات التخزين الضوئية:
1.تمتاز بسعة تخزين عالية.
2.الأقراص الضوئية تولد إشعاعات الليزر من قبل رأس ضوئي.
3.تخزين المعلومات بصورة دائمة.
4.تمتاز بالوثوقية حيث أنها تخدم فترة طويلة.

ظام التشغيل
9-1نظام التشغيل
9-2مهام نظام التشغيل
9-3موقع نظام التشغيل في الحاسب
9-4التباين بين قدرات الكيان الآلي للحاسب
9-5 مكونات نظام التشغيل
9-6 تنفيذ مهام نظام التشغيل
9-7اختيار نظام التشغيل
9-8 أساليب المعالجة الالكترونية
9-9 تطورات في نظم تشغيل الحاسبات الشخصية



مقدمة في الحاسوب
9-1نظام التشغيل:
عبارة عن مجموعة متكاملة من البرامج التي تنتجها شركات الحاسبات بهدف إخضاع
الكيان الآلي لتنفيذ برامج المستخدم دون تدخل مباشر في أداء الآلات, وهي نظم
ضرورية للحاسبات الكبيرة والصغيرة سواء بسواء.
وتعتبر نظم التشغيل بمثابة الروح للحاسب فدونها يستحيل إجراء أي معالجات أو
قيام الكيان الآلي منفردًا بأي عمل ذا فائدة على الإطلاق, وقد يظن بعض الذين
لم يسبق لهم التعامل مع الحاسبات أن نظم التشغيل ليست شيئا جوهريا في
الحاسبات خاصة من يتعاملون مع حاسبات الجيب الصغيرة الدقيقة , يظنون لا تحتوي
على نظم تشغيل , وهذا صحيح إلى حد ما وفق المفاهيم الحديثة لنظم التشغيل لكن
داخل الذاكرة ROM مسجل بعض البرامج الصغيرة التي تؤدي الوظائف المنوط بها
حاسب الجيب .

9-2مهام نظام التشغيل :
يتولى نظام التشغيل ما يلي:
1. متابعة ومراقبة الموارد الآلية والبرمجية للنظام.
2. يشرف ويوزع الموارد على المهام .
3. يتابع تنفيذ البرامج والتنسيق بين الموارد المختلفة.
4. يستعيد الموارد متى أتم الحاسب تنفيذ المهمة.
5. تنظيم وتحميل البرامج إلي الحاسب لضمان الاستغلال الأمثل للموارد وضمان
الرد السريع على تساؤلات المستخدم.
6. يفرض سيطرته على معدات الإدخال و الإخراج ويختار منها ما يناسب الإيعاز
المحدد في البرنامج.
7. يحمي البرامج والمعدات والبيانات من التدخل الخاطئ لمستخدم ليس له
الصلاحية في التعامل مع البيانات.
8. يستدعي إلى الذاكرة الأساسية البرامج والروتينات المكلفة بإجراء
العمليات الحسابية.
9. يقدم لمستخدم الحاسب رسائل إرشادية أو إنذارية ويحدد الخطأ.
10. يرصد أداء الحاسب ويقدم تقريرًا شاملا عن كل الأحداث التي جرت على النظام
أثناء فترة معالجة البيانات وتنفيذ البرامج.
11. يتيح الاتصال المباشر بين الحاسب والمستخدم من خلاله أوامر محدد .
12. يعالج المقاطعات.

9-3موقع نظام التشغيل في الحاسب:
1.فور تشغيل الحاسب تنتقل برامج نظام التشغيل حوالي 80 % إلى الذاكرة
الأساسية وتبقى بها طالما الحاسب يعمل أما الجزء الباقي فيبقى على الأقراص
حتى يستدعي للعمل, ويسمى الجزء المنقول إلى الذاكرة الأساسية البرنامج المنفذ
Kernel Executive Supervisor وهو يمثل برامج السيطرة والقيادة لجميع موارد
الحاسب. في حين يسمى هذا الجزء في الحاسبات الصغيرة والمنزلية Monitor وفي
نظام دوس يسمى الأوامر الداخلية.
2.يقوم على نقل برامج نظام التشغيل من على الأقراص المغناطيسية إلى الحاسب
برنامج صغير يسمى الشاحن المبدئي وذلك في حالة الحاسبات الكبيرة ويسمى Boot
Strap في حاسبات PC.
3.عادة وفي حالة عدم تشغيل الحاسب تتواجد برامج نظم التشغيل على الأقراص
المغناطيسية على النحو التالي :
• على الأقراص الصلبة في PC المزود بها.
•على مجموعة أقراص في الحاسبات الكبيرة.
•على قرص مرن في حاسبات PC الغير مزودة بأقراص صلبة.

فيما يوضحه الشكل9-1 موقع نظام التشغيل في الذاكرة.

الشكل 9-1 موقع نظام التشغيل في الذاكرة


9-4التباين بين قدرات الكيان الآلي للحاسب:
1.مجموعة وحدة المعالجة المركزية CPU أو الميكروبروسيسور MPU وهي وحدات
بالغة السرعة تقاس بوحدات النانو ثانية , ( الثانية تعادل بليون نانو ثانية
) (1 ثانية =1000000000 نانو ثانية ).
2.مجموعة الوحدات الآلية للمدخلات والمخرجات وهي بطيئة السرعة نسبيا ومسئولة
عن تغذية الحاسب بالبيانات مثل لوحة المفاتيح ـ قارئ الكروت المثقبة, أو يتم
تغذيتها بالحروف مثل الطابعات, وهذه الوحدات تعتبر بطيئة جداً مقارنة بوحدة
المعالجة المركزية.
3.أما المجموعة الثالثة فهي وحدات المدخلات والمخرجات السريعة مثل الأقراص
المغناطيسية أو الشرائط, ورغم سرعتها الفائقة في الأجهزة الحديثة إلا أنها
لازالت بطيئة نسبيا مقارنة بوحدة المعالجة المركزية.
4.جميع الآلات عليها أن تتكامل مع بعضها لتنجز المهام التي ينفذها الحاسب
وبالتالي فإن الأبطأ منها هو الذي سوف يتحكم في سرعة المعالجة الإلكترونية.
5.أفضت هذه الأشكال إلى ضرورة عزل الوحدات البطيئة للمدخلات والمخرجات وإعطاء
السيطرة عليها إلى حاسبات صغيرة ملحقة بالحاسب الأصلي أطلق عليها مسمى
القنوات CHANNEL فيما يوضحه الشكل 9-2 وتعمل القنوات بأوامر من وحدة
المعالجة المركزية مما يتيح للوحدة تنفيذ إيعازات في برامج أخرى لا تتطلب
عملا من وحدات المدخلات والمخرجات البطيئة .
6.بهذا الأسلوب زادت سرعة التشغيل وزادت إنتاجية الحاسبات زيادة كبيرة
وابتكرت أساليب جديدة في تنفيذ سياسات المعالجة الإلكترونية حققت نجاحا يعتد
به لدرجة تنفيذ عديد من المهام تشغيلا متداخلا دون أن يشعر أي مستخدم بأدنى
بطئ في سرعة المعالجة.


الشكل 9-2 استخدام القنوات في تنظيم أشارات التحكم و السيطرة على
الحاسب



9-5 مكونات نظام التشغيل :
يتكون نظام التشغيل في أبسط صورة من البرامج التالية:
1.البرنامج المشرف Kernel Executive Supervisor :ووظيفته التنسيق الشامل بين
مختلف الموارد الآلية والبرمجية والبيانات وهو المسئول عن استدعاء البرامج
المطلوبة للتنفيذ ووضعها في محلاتها المحددة داخل الذاكرة الأساسية RAM وهذا
البرنامج يتواجد بصفة دائمة في الذاكرة الأساسية طالما الحاسب يعمل , ويشمل:
•مشغل الأوامر Command Processor :
وهذا البرنامج هو المسئول عن ترجمة احتياجات المستخدم (أوامر المستخدم
) إلى إجراءات ينفذها الحاسب من خلال نظام التشغيل, ومن أمثلتها
Delete \Copy \ Format ويقوم مشغل الأوامر بتحويلها إلى لغة الآلة
وإجبار المعدات على التنفيذ.

•برامج التحكم في المدخلات Input Output Control System:
وهي البرامج المسئولة عن التعامل مع معدات المدخلات والمخرجات، فإذا
حدد البرنامج المشرف المهمة المطلوب تنفيذها والمسجلة على الأقراص
تتولى برامج التحكم في المدخلات والمخرجات إحضارها وإدخالها إلى
مواقعها في الذاكرة الأساسية.

•برنامج منسق المكتبة Librarian:
هو برنامج يتولى إعداد فهارس توضح أسماء ومواقع البرامج والبيانات ومتى
طلب البرنامج المشرف مهمة يتولى منسق المكتبة تحديد موضعه على أماكن
التخزين بعدها تقوم برامج Input Output Control System بقراءته إلى
الذاكرة الأساسية.

•مترجمات اللغات Compilers:
هي مجموعة برامج يزود بها نظام التشغيل تتولى ترجمة برامج المستخدم إلى
لغة الآلة إلى مجرد نبضات كهربية وفق الترميز الثنائي (0\1) قبل أي
معالجة . ولكل لغة برمجة مترجم خاص بها .

•برامج الربط Link Edit:
هي مجموعة برامج تتولى ربط البرنامج المترجم مع رو تينات صغيرة مثل
الجمع والطرح ..الخ مع البرنامج الهدف حتى يؤدي البرنامج الوظيفة
المطلوبة منه.

•برنامج الخدمات Utilities:
هي مجموعة برامج تقدمها شركات الحاسبات بغرض توفير جهد المستخدمين في
كتابة برامج فرز Sort البيانات على أحد حقول سجل البيانات, أو برنامج
الدمج Merge لدمج بيانات عدة ملفات وبرامج منسق النصوص Text Editor .

2.لغات نظام التشغيل :
يستخدم في صياغة التشغيل ثلاث أنواع من اللغات :
• لغة الأوامر Command Language :
وتستخدم هذه اللغة في صياغة الأوامر المناسبة لإجراء الاتصال بين نظام
التشغيل ومستخدم الحاسب , ومعظم هذه الأوامر تتطلب إجراء فوري من
الحاسب لذلك يتولى تفسيرها برنامج يطلق عليه مفسر الأوامر Command
Interpretor وطلق عليه Command Processor كما في نظم تشغيل الدوس .
والواقع أن معظم هذه الأوامر لا يتعدى سطر يكتبه المستخدم على الشاشة
مستخدما لوحة المفاتيح مثل الأمر أطبع ـ ترجم Compile حمل Load ,
بينما هناك بعض الأوامر التي تستدعي عدة خطوات في التنفيذ كما في لغة
الطبقة العليا Shell في نظام تشغيل يونكس Unix .

•لغة التحكم Job Control Lang:
وتستخدم هذه اللغة في تعريف المهام والمعدات وتحديد متطلباتها إلى نظام
التشغيل ويستخدم في تنفيذها مفسر خاص .

•لغة صياغة برامج نظم التشغيل:
تكتب معظم الإيعازات بلغة التجميع لزيادة كفاءة المعالجات على الحاسب
وأحيانا تستخدم لغة سي كما في تشغيل يونكس وأحيانا تكتب بلغة الآلة .


9-6 تنفيذ مهام نظام التشغيل:
1.التحكم في المدجلات والمخرجات :
ويتم لنظام التشغيل ذلك من خلال مجموعة متكاملة من البرامج منها مخصص لإدارة
آلة مدخلات أو مخرجات بذاتها, ويتم تنفيذها تحت إشراف وإرشاد البرنامج المشرف
بعد إعطاء الأوامر المناسبة للقناة.

2.معالجة المقاطعات:
هي إحدى وظائف البرنامج المشرف الأساسية، فعندما تحدث مقاطعة INTERRUPT
ينقل التحكم في الحاسب إلى البرنامج المشرف والذي يحدد بدوره نوع المقاطعة
والبرنامج المناسب للتعامل معها.
وتتنوع أنواع المقاطعات إلى الآتي:
•عند طلب البرنامج قراءة أو كتابة بيانات.
•في حالة وجود خطأ في العمليات الحسابية.
•عند ظهور أخطاء أو إعطاء ميكانيكية أو عدم دقة PARITY BIT رغم أن
وحدات تحكم I\O تتولاها.
•عند انتهاء شريحة الزمن لبرنامج بإشارة مقاطعة من الساعة الداخلية .
•مقاطعة نتيجة انقطاع الطاقة الكهربية وهذه المقاطعة لها أعلى أسبقية
ممكنة .
•خطأ بشري من عامل التشغيل كالضغط على أحد الأزرار الخاطئة.

3.معالجة الأخطاء:
وأغلبها أخطاء في البرامج فيما لا يمكن لنظام التشغيل درأها لكن في حالة فقد
البيانات نتيجة عدم توافق المقاطعة مع القراءة يتولى نمط (برنامج خاص) معالجة
الأمر بإصدار أمر قراءة مرة أخرى.
4.توزيع المعدات على المهام:
قد تطلب عدة مهام نفس وحدات المخرجات (آلات الطباعة) فإن توفرت تولى نظام
التشغيل توزيعها على المهام وإن لم تتوفر خزن البيانات على أقراص وإعطائها
أسبقية في الطباعة SPOOLING.
5.حماية الملفات:
وذلك باتخاذ الإجراءات التالية:
•منع الدخول غير القانوني على الملفات.
•كتابة الملفات من وقت لآخر على الشرائط المغناطيسية كتخزين احتياطي
للبيانات.
•يحافظ ويحفظ في جداوله مسميات الملفات ومواقعها على معدات الأقراص.

6.تسجيل:كل نشاط على الملفات والمعدات بإصدار معلومات إلى شاشة Console عن
حالة وحدة المعالجة المركزية وموقف المهام خلال عمليات التنفيذ.

7.الاتصال بمسئول التشغيل:
ضمن مسئولية مختص التشغيل في صالة الحاسبات متابعة الرسائل التي يصدرها نظام
التشغيل و الرد عليها أو التصرف حيالها, ويتم الاتصال عادة باستخدام شاشة
ووحدة طباعة ملحقة و تسمى المجموعة Console .
ويصبح من مهام مختص التشغيل القيام بالآتي:
1.استخدام لغة الأوامر Command Language لتحميل المهام أو أي برمجيات
أخرى.
2.استخدام لغة الأوامر في استدعاء روتينات تتبع الأخطاء.
3.استخدام لغة الأوامر لإنهاء عمل أو تعليقه مؤقتاً.

ويصدر نظام التشغيل هذه الأنواع من الرسائل:
•أشارة تمام أنجاز عمل أو برنامج.
•تقرير عن حالة وحدة المعالجة المركزية.
•الأخطاء التي قد تحدث خلال التنفيذ.
•رسائل تحذير و تأكيد.


8.تحميل البرامج :
نظراً لمحدودية الذاكرة فأنه يتم نقل البرامج من الأقراص أليها وبالعكس مما
يستدعي من نظام التشغيل أخطار مختص التشغيل بإصدار أمر تحميل .

9-7 اختيار نظام التشغيل:
يتوقف اختيار نظام التشغيل على طبيعة التطبيقات التي تجري على الحاسب و التي
تحدد بدورها حجم و نوعية الكيان الآلي وأيضاً نظام التشغيل الملائم, وهنا يجب
تحديد ما يلي:
1. نوعية الكيان الآلي و تصميم الحاسب.
2. التطبيقات المقترح أجراؤها.
3. طريقة الاتصال بالحاسب و نوعية الاتصالات.


9-8 أساليب المعالجة الالكترونية:
لزيادة كفاءة الحاسب و حسن استغلال موارده الاستغلال الأمثل تطورت أساليب
التشغيل و المعالجة الالكترونية تطوراً كبيراً نعرض منها إلى عدة أساليب على
النحو التالي:

1.أسلوب الدفعة: BATCH
و هو أقدم الأساليب بصفة عامة حيث واكب البدايات الأولى للحاسبات و فيه تخصص
جميع موارد الحاسب لمهمة واحدة(البرنامج+ البيانات اللازمة) ولا يمكن تنفيذ
أي مهمة قبل انتهاء المهمة الجارية،لذلك يطبق في هذا الأسلوب سياسة المهمة
التي تأتي أولاً تعالج أولاً.
ويمتاز هذا الأسلوب بالبساطة الشديدة و عدم الحاجة إلى استخدام معدات جديدة
أو معدات إضافية كما يستخدم نظام تشغيل بسيط.
ويعيب أسلوب الدفعة اقتصار التشغيل على المهام التي لا يزيد حيزها بوحدة
الكيلو بايت عن الحيز الخال من الذاكرة الأساسية بعد تحميل نظام التشغيل.
و يتلخص أسلوب الدفعة في عدة خطوات هي:
• تجميع البيانات اللازمة على ملف مستقل.
• فرز البيانات بنفس ترتيب الملف الأصليMaster File .
• إجراء المعالجة و تحديث الملف الأساسي خلال مر حلة معالجة واحدة.

و يصلح هذا الأسلوب في إصدار كشوف المرتبات أو أرصدة العملاء في البنوك أو
حجم المبيعات من مختلف السلع أو تحديد المخزون السلعي لدى الشركات و ما شابه
من أنشطة.
2.أسلوب تعددية البرامج:
يعتبر هذا الأسلوب علاجاً جيداً للقصور الواضح في أسلوب الدفعة خاصة في
البرامج التي تعتمد على تدفق كبير من المدخلات و المخرجات، حيث يهدر البرنامج
وقت وحدة المعالجة المركزية إهداراً فادحاً في انتظام إتمام الحاسب عمليةI\0
و يعتمد هذا الأسلوب على دفع عدة برامج كل منها في قطاع خاص من الذاكرة فيما
يوضحه الشكل 9-3 حيث تتولى وحدة المعالجة المركزية الانتقال بين مختلف
البرامج حسب طلبها للمدخلات و المخرجات اعتماداً على أن القنوات Channels يقع
عليها عبئ السيطرة على المدخلات و المخرجات.

9الشكل -3 تقسيم الذاكرة الرئيسية وفق أسلوب تعددية البرامج


وقد يكون تقسيم الذاكرة تقسيماً ثابتاً لا يتغير و يسمى هذه الحالة التقسيم
الاستاتيكي، و قد يستخدم أسلوب ديناميكي للتقسيم فيما يسمح بأن يتغير حيز
القطاع خلال إعداد المهام.
ويعيب هذا الأسلوب تفتيت الذاكرة الأساسية رغم أنه يمكن استغلال هذا الفتات
في تنفيذ مهمة منتظرة بشرط توافق حيز العمل أو المهمة مع حيز الثقب أو يتم
دمج بعض أو كل الفتات لتعطي حيزاً أكبر مناسباً لبرنامج المهمة المنتظرة.
وقد يكون تقسيم الذاكرة تقسيماً ثابتاً لا يتغير و يسمى هذه الحالة التقسيم
الاستاتيكي، و قد يستخدم أسلوب ديناميكي للتقسيم فيما يسمح بأن يتغير حيز
القطاع خلال إعداد المهام.ويعيب هذا الأسلوب تفتيت الذاكرة الأساسية رغم أنه
يمكن استغلال هذا الفتات في تنفيذ مهمة منتظرة بشرط توافق حيز العمل أو
المهمة مع حيز الثقب أو يتم دمج بعض أو كل الفتات لتعطي حيزاً أكبر مناسباً
لبرنامج المهمة المنتظرة.
3.نظام المشاركة الزمنية Time Sharing:
وهي خاصية يمتاز بها بعض أنظمة التشغيل حيث أن الوقت يتم توزيعه بين البرامج
المختلفة، وذلك بتقسيمه إلى شرائح زمنية متساوية يعطي كل برنامج فترة زمنية
مساوية الشريحة وعند الانتهاء من الشريحة يتم نقل البرنامج من الذاكرة
الرئيسية إلى الذاكرة الثانوية وذلك لبدء تنفيذ مهمة (برنامج) أخرى وهكذا
و يتلخص هذا الأسلوب في أن يخصص الحيز المتاح للذاكرة لمهمة واحدة لفترة
محددة بعدها يتم تبديل المهمة Swapping بأخرى و هكذا فيما يوضحه الشكل 9-4.


9الشكل -4 أسلوب التبديل

4.تعددية المعالجة:
و يسمى التشغيل المتوازي و ذلك بتنفيذ مهمة واحدة على عدة وحدات المعالجة
مركزية فيما يوضحه الشكل 9-5.


9الشكل -5 يوضح تعددية المعالجات

5.نظام الوقت الحقيقي Real Time:
و يتراوح زمن استجابة هذا الأسلوب فيما يبين جزء من الثانية إلى عدة ثواني و
قد يطلق عليه أحياناً On-Line و هي مفاهيم تداخلت نظراً للتقدم الهائل في
الكيان الآلي للحاسبات و كذلك في الكيان البر مجي إضافة إلى التقدم الكبير في
وسائل الاتصالات.


6. نظام المشاركة على الوقت Time Sharing:
ويعتمد هذا الأسلوب على تقسيم وقت وحدة المعالجة المركزية بين عدة مهام بحيث
ينتقل التنفيذ من مهمة لأخرى متى انتهت شريحة الوقت المخصص لها.
و يشبه هذا الأسلوب أسلوب تعددية التشغيل و أيضاً له ملامح تعددية البرمجة
رغم الاختلاف الجوهري لأن الانتقال في تعددية البرمجة يتم متى طلبت المهمة
عملية قراءة أو كتابة في حين تعتبر شريحة الوقت هنا هي العامل الحاسم.

و كلا النظامين الآخرين هما المعنيان بمفهوم On-Line حيث يتلقى المستخدم
النتائج فوراً دون إبطاء.


9-9 تطورات في نظم تشغيل الحاسبات الشخصية:
•نظم تشغيل عربية:
و هو عبارة عن الإصدار العربي لنظام تشغيل MS-DOS و قامت على تطويره شركة
"العالمية" بأن وضعت طبقة بينية أخرى بين برامج المستخدم و نواة نظام
التشغيل، و تقوم هذه الطبقة بترجمة أمر المستخدم باللغة العربية إلى الأمر
المناظر في نظام DOS فيما يوضحه الشكل 9-6.


9-6 نظام التشغيل العربي



•القوقعة Shell (الطبقة العليا) و النوافذ Windows:
هي عبارة عن مستوى علوي من برامج نظام التشغيل تسمى علمياً بيئة نظام التشغيل
و أطلق عليها مسمى القوقعة Shell لأنها تحيط بباقي برامج النظام و تسهل عمل
المستخدم بإتاحة الأوامر على هيئة نوافذ و رسوم و أشكال مما يعفي المستخدم من
كتابة الأوامر وفق النص الحرفي لها خاصةً إذا لم يكن يجيد اللغة الإنجليزية،
كما أن النوافذ التي ابتكرتها ميكروسوفت تتيح متابعة تنفيذ البرامج كما تتيح
تنفيذ عدة برامج Concurrently مع إتاحة متابعة التنفيذ و المعالجة على الحاسب
و دون تدخل من المستخدم، و إمكانية نقل البيانات بين الملفات.
مشهد 9-1 يعرض مجموعة من الصور لأنظمة التشغيل

10-1مقدمة
10-2 مميزات قواعد البيانات
10-3 مكونات نظام قاعدة البيانات
10-4 واجبات برنامج مدير قواعد البيانات
10-5 واجبات مختص قواعد البيانات
10-6 مزايا قواعد البيانات في اتخاذ القرار
10-7 التركيب البنائي لقاعدة البيانات
10-8 أنواع قواعد البيانات
10-8-1 قواعد البيانات العلاقية

10-8-2 قواعد البيانات الهرمية

10-8-3 قواعد البيانات الشبكية

10-9 لغة قواعد البيانات
10-10عيوب قواعد البيانات




مقدمة في الحاسوب
10-1مقدمة:
تعتبر قواعد البيانات أحد الحلول الجيدة والمكلفة لمشاكل بيئة نظم الملفات
وإبرازها مشكلة تكرارية البيانات وانعكاساتها السلبية على استخدام وسائط
التخزين وتضارب المعلومات وما يستتبع ذلك من تكاليف لحفظها وتشغيلها وصيانتها
ناهيك عن أن تحديث أي عنصر بيان لا يعني تحديثه على مستوى النظام بل يقتصر
على الملف المعني بهذا التحديث مما يسبب عدم تكاملية البيانات وعدم إمكانية
فرض إدارة مركزية وسيطرة أمنية تقي المعلومات من مخاطر التدخل فيها أو
الإخلال بها أو سرقتها.
وعلى ضوء ذلك يمكن تعريف نظام قواعد البيانات على أنه "تجمع منظم لسجلات
البيانات والبرامج وذلك بأقل قدر ممكن من التكرارية وأكبر قدر متاح من
التكاملية مع إتاحة المشاركة على البيانات لمختلف المستخدمين دون أدنى ارتباط
بين البيانات وبين برامج التطبيقات".

10-2 مميزات قواعد البيانات:
1.إمكانية إضافة ملفات جديدة.
2.إضافة بيانات جديدة على الملفات الموجودة في القاعدة.
3.استرجاع بيانات من الملفات المكونة لقاعدة البيانات.
4.تحديث البيانات.
5.حذف البيانات من الملفات.
6.إزاحة ملفات خالة أو مكتوب عليها مسجلات.
7.يمكن تعديل البرامج دون تعديل البيانات والعكس صحيح.
8.يمكن للمستخدم النظر إليها على أنها ملفات متكاملة.
9.تلبي حاجات كافة المستخدمين للبيانات.
10.يمكن فرض قيود التأمين والسرية على بعض البيانات الهامة.
11.تحقق المرجعية على الملفات.
12.إمكانية تخليق بيانات جديدة من البيانات الموجودة على الملفات.
وبذلك تتلافى معظم عيوب بيئة نظم المعلومات المرتكنة على الملفات.

10-3 مكونات نظام قاعدة البيانات:
يتكون نظام قاعدة البيانات من أربعة مكونات أساسية هي:

1.البيانات:
تتوافر قواعد البيانات على الحاسبات الصغيرة والشخصية كما تتوافر على
الحاسبات الكبيرة وتعتمد كفاءة النظام على قدرة وإمكانيات الكيان الآلي
للحاسب، فالحاسبات الشخصية توفر قاعدة بيانات لمستخدم واحد بينما الحاسبات
الكبيرة توفر قاعدة بيانات لعدد من المستخدمين يشاركون على البيانات
المتاحة،يجب أن تتصف البيانات بالتكاملية و عدم التكرارية وإمكانية المشاركة
عليها،و عموماً دون بيانات دقيقة ومنطقية وصحيحة فلا معنى لقاعدة البيانات.

2.المعدات:
ترتكن قواعد البيانات على الأقراص المغناطيسية ارتكاناً كبيراً علاوةً على
وحدات من الشرائط الكثيفة كوحداتBACK UP احتياطية لتخزين البيانات للظروف
الطارئة.
3.البرامج:
وهي الطبقة الوسيطة بين البيانات المخزنة في الملفات أعلى الأقراص و بين
مستخدمي قاعدة البيانات، وأبرز هذه البرامج برنامج مدير قاعدة البيانات DBMS
وهو عبارة عن برنامج بالغ التعقيد باهظ الثمن ويحتاج من مختص قاعدة البيانات
قدراً علياً و معرفياً كبيراً للتعامل إذ أنه يتولى السيطرة على العناصر
الآلية والبرمجية للقاعدة بالتعاون مع نظام التشغيل فيما هو مبين
بالشكل(10-1).


الشكل 10-1

4.مستخدمو قواعد البيانات:
وينقسمون إلى ثلاث فئات:
• مخططو البرامج الذين يكتب برامجهم و يستخدمون إمكانيات قاعدة البيانات.
• مختصو قواعد البيانات ، و هم المسئولون عن صيانة و تشغيل قاعدة البيانات.
• المستخدمون لقواعد البيانات الذين يتعاملون مع قاعدة البيانات عبر النهايات
الطرفية.

10-4 واجبات برنامج مدير قواعد البيانات ( DBMS ( DATA BASE MANAGEMENT SYSTEM:
مدير قواعد البيانات هو أحد البرامج المعقدة التي تنتجها شركات الحاسبات
ويتولى إنشاء و توسيع و صيانة قاعدة البيانات و يقوم بدور الوسيط بين
البيانات و مستخدميها ويشرف على إدارتها، ويوزع مناطق التخزينعلى البيانات
وينشأ لها الفهارس والمؤشرات اللازمة لاسترجاعها، كما يمكن تغيير الشكل
البنائي لها ، كما يتيح عمليات إضافة أو حذف أو تعديل السجلات، كما يقوم بدور
الوسيط بين البرامج وبين البيانات.
إلى جانب ذلك يمكنه القيام بالأعمال التالية:
1. إنشاء قاعدة بيانات جديدة وإدارة قواعد البيانات الحالية.
2. معالجة السجل المطلوب بمفرده ضمن أي ملف.
3. استرجاع السجلات سجلا ًسجلاً.
4. يقي البيانات من الدخول عليها من شخص غير ذي صلاحية.
5. حماية البيانات ضد التخريب.
6. وضع نقاط إرشادية تستخدم في حالة عطل الآلات أو عطل البرامج مما يساعد على
سهولة استئناف العمل دون العودة إلى بداية الملف.
7. رصد الحركة على البيانات إحصائياً.
8. تسجيل كل تعامل على البيانات.
9. وضع البيانات الهامة التي يشتد عليها الطلب في مواقع ذات أسبقيات.
10. يحتفظ بقاموس بيانات شامل أي بيانات عن البيانات، و المستخدمين، و
الصلاحيات المتاحة لكل مستخدم.

10-5 واجبات مختص قواعد البيانات DATA BASE ADMINSTRATOR:
الإشراف على قاعدة البيانات وظيفة مهمة في مراكز المعلومات ويتولاها أفراد
ذوي كفاءة و مقدرة إذ عليهم يتوقف ما يلي:
1.ضبط البيانات المخزنة في قواعد البيانات بحيث تلبي حاجات مستخدمي
المعلومات.
2.يتولى الإشراف على إصدار التقارير المطلوبة في النظام.
3.تحقيق أمن وسلامة البيانات و قواعد البيانات.
4.الإشراف على إضافة بيانات جديدة وتحديث البيانات القديمة.
5.التحقق من عدم تكرارية البيانات.
6.التحقق من تكاملية البيانات.

10-6 مزايا قواعد البيانات في اتخاذ القرار:
تغطي قواعد البيانات عدة مزايا لايحققها نظام الملفات لمتخذ القرار منها:
1.تقدم للإدارة تقاريراً مبنية على معلومات محدثة شاملة مما يساعد على اتخاذ
قرارات سليمة عكس نظام الملفات المرتبط ببيانات محددة.
2.تقدم للإدارة الوسطى تقاريراً مفصلة جيدة يصعب الحصول عليها من نظام
الملفات.
3. التوفير في التكلفة نتيجة عدم تكرارية البيانات.
4. توفر الجهد المبذول في إدخال البيانات نتيجة توحيد المدخلات لكل نظام
فرعي.
5. البساطة الشديدة في استخدام لغة الاستفسار لأن مدير قاعدة البيانات يتولى
مهام التعامل مع البيانات.
6. الاستجابة السريعة لاحتياجات المستخدمين.
7. الإقلال من عدد الأفراد العاملين في مركز المعلومات.
8. إدارة جيدة للبيانات حيث تحفظ البيانات في مكان مركزي موحد لكل المؤسسة أو
المنظمة.
9. الاسترجاع المتعدد MULTIPLE ACCESS باستخدام أساليب بسيطة نسبياً ومن
خلال استخدام مفاتيح( حقول خاصة).

10-7 التركيب البنائي لقاعدة البيانات:
يمكن تصور التركيب البنائي لقواعد البيانات على ثلاثة مستويات، مستوى أقرب
إلى المستخدم هو المستوى الخارجي حيث يتعامل المستخدم مع البيانات المخزنة،
لذا يركز هذا المستوى على كيفية عرض البيانات للمستخدم، أما المستوى الثاني
فهو المستوى الداخلي و يركز على كيفية تخزين البيانات على الأقراص. وفيما بين
مستوى المستخدم ومستوى الملفات يوجد مستوى ثالث هو المستوى المنطقي فيما
يوضحه الشكل (10-2) و يتضح من الشكل عدم وجود ارتباط مباشر بين المستويات
الثلاث في تركيب قاعدة البيانات مما جعل الفصل بين هذه المستويات أمراً
ممكناً و أكد للمستخدم أن بإمكانه تغيير برامجه دون تغيير قاعدة البيانات و
أكد أن العكس ممكن فلا علاقة بين هذا وذاك.

الشكل 10-2 المستويات الثلاثة لقاعدة البيانات

وفيما بين كل مستوى والذي يليه يوجد نوع من التطابق mapping لتوصيف البيانات
بين المستويين للتأكد من وجود البيانات وإمكان العزل بين البيانات المخزنة و
بين مستوى المستخدم و فك أي ارتباط بينهما و هذه إحدى مميزات نظم قواعد
البيانات.

10-8 أنواع قواعد البيانات:
توجد أنواع كثيرة من قواعد البيانات لكن أبرزها وأظهرها على الساحة ثلاثة
أنواع رئيسية هي:
1. قواعد بيانات هرمية التركيب HIERARCHICL DATA BASE .
2. قواعد بيانات شبكية NETWORK DATA BASE .
3.قواعد بيانات علائقية RELATIONAL DATA BASE .
النوع الأخير أصبح الأكثر استخداماً و شيوعاً وتعتبر قاعدة البيانات،DBIV+DB
111 أقرب قواعد البيانات الكبيرة، و سوف نركز دراستنا على هذا النوع.

10-8-1 قواعد البيانات العلاقية:
تعتبر قواعد البيانات العلاقية من أهم قواعد البيانات وتتصف بأنها قاعدة
بيانات يستقبلها المستخدمون على هيئة جداول وليس شيئاً آخر سوى الجداول فيما
يوضحه الجدول(الملف)المعبر عن بيانات الأشخاص المسموح لهم بالاستعارة (ملف
الاستعارة).
رقم الهويةالاسم الأولاسم الوالداسم العائلةتاريخ الميلاد
2131314محمدمحمودعليوه1940-01-04
1435466أحمدعبداللهسويلم1976-07-17
4536436إبراهيمخليلسعد1970-07-13
8768686إيهابسعديصبح1976-11-13

ملحوظة: البيانات في الجدول السابق بيانات افتراضية وليس لها أصل من الواقع.
ملف أوعية مكتبية:
رقم الإيداعالمؤلفاسم الكتابالناشرسنة النشر
434234234جمال الغيطانيالأدب والثقافةالأهرام1973
434443أنيس منصورحول العالمالنهضة1962

و يفرض أن شخصاً له سجل في ملف البطاقات الموضح في الجدول الأول استعار
كتاباً من مقتنيات المكتبة فإن العلاقة الناشئة عن هذا الإجراء يمكن توضيحها
في الإصدار التالي:


و تعتبر قواعد البيانات العلاقية هذه العلاقة ملف جديد - جدول جديد- موصفاته
أي حقوله كالتالي:
•رقم المستعير(الرقم القومي).
•رقم إيداع الكتاب.
•تاريخ الاستعارة.
(يمكن الاستغناء عن حقل تاريخ الاستعارة في هذا الملف).
و فيما يلي بعض الملاحظات:
1. الجدول في قواعد البيانات العلاقية يعادل الملف.
2. الأعمدة تناظر الحقول.
3. السطر يعادل السجل.
4. لكل جدول مسمى وحيد.
5. أن الجدول المسمى الاعارات نشأ بين العلاقة بين الفرد والكتاب.
6. أن لكل مسجل في جدول المستعيرين حقل مفتاح(الرقم القومي) كذلك في جدول
الكتب فإن حقل المفتاح هو(رقم التسجيل).
7. أن رقم المستعير و رقم تسجيل الكتاب يمكن استخدامهما كحقل مفتاحي في
الجدول(الملف) المسمى الإعارات.
8. أن كل البيانات في الجداول الثلاث بيانات ذرية لا يمكن تفتيتها لأدنى من
ذلك.
9. كل القيم معبر عنها صراحة و ليس ضمناً.
10. لا تستخدم مؤشرات إحالة فيما بين الملفات.
خصائص قواعد البيانات العلاقية:
1. كل ملف في قاعدة البيانات العلاقية يضم نوع واحد متكرر من السجلات.
2. ليس هناك ترتيب محدد للحقول.
3. ليس هناك ترتيب محدد للسجلات- سيان في قمة الجدول أو في أي مكان آخر منه.
4. لكل حقل قيمة واحدة فقط (لا تكرارية).
5. لكل سجل حقل مفتاح.
6. أوامر التعامل مع قاعدة البيانات لا تقتصر على الأربعة (اختار- حدث- احذف-
ادخل) إنما تستخدم تعليمات أخرى مثل JOIN "صل" "اربط" وله شروط وأساس رياضي
في التعامل مع هذا الأمر.
7. المنظر VIEW ليس ملفاً مخزناً على وسائط التخزين بل هو ملف وهمي يتخلق من
الملفات الكائنة ولا يمكن تحديثه أو إنشاء فهارس عليه (الحقول) CREATE VIEW
VIEW NAME (الحقول) AS SELECT (اسم الجدول) FORM (شروط) WHERE.


10-8-2 قواعد البيانات الهرمية HIERARCHICAL D.B :
هي عبارة عن مجموعة مرتبة ومتكررة من نوع واحد من السجلات المركبة على هيئة
شجرة، أى أن لكل سجل جذر ROOT واحد أي سجل واحد تتفرع منه هذه الفروع إلى
سجلات و هكذا فيما يمكن تشبيهه بشجرة العائلة (الجد- الابن- الأبناء) ولا
يسمح في قواعد البيانات الهرمية بأن يكون لأي سجل أكثر من واحد مثال قاعدة
بيانات مركز تدريب فيما يوضحه الشكل(10-3).

الشكل 10-3 قواعد البيانات الهرمية

ونلحظ في هذا النوع من قواعد البيانات أنبعض البيانات التي يمكن إبرازها في
قواعد البيانات العلاقية باستخدام حقول مدمجة تظهر في هذه القاعدة بالروابط
بين الأب والابن أي المستوى الأعلى و المستوى الأدنى .
ويختلف تحريك أو تداول معالجة البيانات في هذه القواعد عن العلاقية في أن
تداولها يتطلب:
1. تسجيل جذر السجل.
2. وظيفة لتحريك البيانات من شجرة إلى أخرى.
3. معامل للحركة بين كل سجلات هذا التكون الشجري.
4. وظيفة لإضافة السجلات.
5. وظيفة لحذف السجلات.
مثال عن أسلوب توصيف البيانات :
1- DBD NAME = EDUCP DBD
2- SEG NAME = COURSE , BYTES = 36
3- FIELD NAME = COURSE#, QES , BYTES = 3
4-FIELD NAME = TITLE , BYTES = 33 START 4
5- SEG
ويبدأ في توصيف سجل جديد و هكذا.


10-8-3 قواعد البيانات الشبكية NET WORK :
وهي برامج DBMS نتعامل مع السجلات ذات الارتباط المتعدد وهي أقرب قواعد
البيانات للواقع إذ أنه من الصعب أن تكون العلاقات الطبيعية في الحياة على
النظام فقط ويمكن تلخيص هذا النوع من العلاقات بأن المستوى الأدنى قد يكون له
أكثر من اتصال بالمستوى الأعلى فيما يوضحه الشكل (10-4).


الشكل 10-4 قواعد البيانات الشبكية

دور DBMS عند طلب الاسترجاع:
سبق و عرفنا أن DBMS أنه عبارة عن مجموعة برامج أو حزمة برامج يتم
إعدادها و كتابتها بواسطة الشركات المنتجة للحاسبات أو شركات كتابة
الكيان البرمجي للحاسبات و تعفي مستخدمي قواعد البيانات من مهام معقدة
للولوج إلى البيانات و توصيفها وتحريكها وتخليق المستويات المختلفة.
ويتولى مدير قواعد البيانات وتحت إشرافه إدارة خطوات كثيرة و معقدة
فيما يوضحه الشكل (10-5).

الشكل 10-5 يوضح خطوات الدور الذي تقوم به برنامج إدارة قاعدة
البيانات



10-9 لغة قواعد البيانات STRUCTURED QUERY LANGUAGE ) SQL) :
سمى لغة الاستعلام أو لغة البحث وتستخدم غالباً في برامج مدير قواعد
البيانات في إنشاء أو تدمير الملفات كما تستخدم في البحث الانتقائي لسجلات
دون غيرها بدلاً من استعراض كل الملفات للوصول إلى السجلات المطلوبة، و في
الحاسبات الشخصية تستخدم لغات مطورة من لغة البحث في حزم البرامج المعروفة
باسم قواعد البيانات مثل DB4,DB3+ و ما شابه من حزم برامج.
ويمكن استخدام لغة الاستعلام بأسلوبين:
1. أسلوب التعامل المباشر مع البيانات INTERACTIVE باستخدام التعليمات
التالية:
أنشأ جدولCREATE TABLE .
أنشأ مشهد CREATE VIEW .
أنشأ فهرس CREATE INDEX .
دمر /أسقط جدول/ مشهد/ فهرس DROP TABLE
DROP VIEW
DROP INDEX
2.كما تستخدم عناصر لغة الاستعلام ضمن إحدى لغات البرمجة الإجرائية:مثل
الكوبول، و هذا يوضح لنا أن لغة الاستعلام ليست لغة إجرائية فهي تصف ما نريد
WHAT و ليس كيف ننجز ما نريد HOW حيث يتولى مدير قاعدة البيانات الخطوات
الإجرائية دونما تدخل من المستخدم فيما يسمى السياحة الآلية في النظام.
1. لغة تعريف البيانات DDL :
وتنقسم لغة الاستعلام إلى قسمين.....قسم أو لغة تعريف البيانات (DDL) DATA
DEFINITION LANGAGE وهي التي أشرنا إلى بعض أوامرها في الفقرة السابقة.
1. إنشاء جدول:
إنشاء جدول CREATE TABLE Student
رقم الهوية 18 حرفID CHAR(18) NOT NULL
الاسم الأول 12 حرف FNAME CHAR (12)
الاسم الثاني 12 حرف SNAME CHAR (12)
اسم العائلة 12 حرف TNAME CHAR (12)

تاريخ الميلاد من نوع يوم BDATE DATE

2. غير الجدول: ALTER TABLE {TABE NAME}
ADD {COLUMN-NAME DATA-TYPE}

ALTER TABLE F

ADD PHONE CHAR 10.
فيضاف حقل جديد إلى الملف (الجدول) عن رقم التليفون.

3. تستخدم باقي الاوامر على النحو السابق مثل:
دمر الجدول DROP TABLE F

أنشاء فهرس فريد على حقل
رقم الهوية و CREATE UNIQUE INDEX XID CN ID #S
2. لغة تداول وتحريك البيانات DML :
DATA MANUPILATION LANGUAGE
وهي القسم الثاني من لغة الاستعلام و تستخدم أربعة أوامر لا غير، و رغم
محدودية عددها إلا أنها تحقق كفاءة عالية في استرجاع و تحديث و تعديل البيان:
•الأمر : اختر SELECT
حدث UP DATE
احذف DELETE
ادخل INSERT
مثال (1) عن استخدامات الأوامر على الجداول السابقة:
SELECT ID, FNAME, TNAME
FROM Student
WHERE DATE''1940-01-04''
الإجابة: 2131314 محمد عليوه

مثال (2) على التعديل:
UPDATE {NAME TABLE}
SET ID= 3668794
WHERE ID= 668794

مثال (3) إضافة سجل جديد:
INSERT INTO{TABLE NAME}
VALUEES(…..,…..,…..,…..)


10-10عيوب قواعد البيانات:
إن القائمة الطويلة التي عرضناها عبر هذا الفصل عن مزايا قواعد البيانات لا
ينفي بحال من الأحوال أن إنشاء قواعد البيانات له عدة عيوب ، نلخصها في
النقاط التالية:
1.الحيز :
حتى تقدم قواعد البيانات كل خدماتها المميزة إلى مختلف مستخدميها فإن هذا
يتطلب حيز هائل من وسائط التخزين الثانوية وذاكرة أساسية ذات حيز ضخم فيما
يضيف تكلفة مادية إضافية إلى جانب جهد صيانة و تعديل وتحديث الملفات كما
تتطلب معدات إضافية كثيرة .
2.مشاكل الكيان البرمجي للقاعدة:
يتصف برنامج مدير قاعدة البيانات بأنه برنامج معقد يتطلب جهداً كبيراً في
استيعابه وفهمه من مسئولي نظام المعلومات حتى يستفاد بما عرضناه من مزايا .
3.التكلفة:
يعتبر برنامج مدير قاعدة البيانات مكلف في حد ذاته فإذا أضفنا تكلفته إلى
باقي ع