مراحل تطور الحاسوب عبر الزمن
الكمبيوتر عبارة عن آلة إلكترونية رقمية يمكن برمجتها لتنفيذ متواليات من العمليات الحسابية أو المنطقية تلقائيًا.
يمكن لأجهزة الكمبيوتر الحديثة إجراء مجموعات عامة من العمليات المعروفة باسم البرامج. تمكن هذه البرامج أجهزة الكمبيوتر من أداء مجموعة واسعة من المهام.
نظام الكمبيوتر هو جهاز كمبيوتر "كامل" يتضمن الأجهزة ونظام التشغيل والمعدات الطرفية اللازمة والمستخدمة للتشغيل "الكامل".
قد يشير هذا المصطلح أيضًا إلى مجموعة من أجهزة الكمبيوتر المرتبطة وتعمل معًا ، مثل شبكة الكمبيوتر أو مجموعة أجهزة الكمبيوتر.
تستخدم مجموعة واسعة من المنتجات الصناعية والاستهلاكية أجهزة الكمبيوتر كنظم تحكم.
يتم تضمين أجهزة بسيطة ذات أغراض خاصة مثل أفران الميكروويف وأجهزة التحكم عن بعد ، وكذلك أجهزة المصنع مثل الروبوتات الصناعية والتصميم بمساعدة الكمبيوتر ، بالإضافة إلى الأجهزة ذات الأغراض العامة مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية والأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية.
تعمل أجهزة الكمبيوتر على تشغيل الإنترنت ، والذي يربط مليارات أجهزة الكمبيوتر الأخرى والمستخدمين.
كان من المفترض أن تستخدم أجهزة الكمبيوتر القديمة في العمليات الحسابية فقط.
ساعدت الأدوات اليدوية البسيطة مثل العداد الناس في إجراء الحسابات منذ العصور القديمة.
في وقت مبكر من الثورة الصناعية ، تم بناء بعض الأجهزة الميكانيكية لأتمتة المهام الشاقة الطويلة ، مثل الأنماط التوجيهية للأنوال.
قامت الآلات الكهربائية الأكثر تطوراً بحسابات تناظرية متخصصة في أوائل القرن العشرين.
تم تطوير أول آلات الحساب الإلكترونية الرقمية خلال الحرب العالمية الثانية.
تبعت أول ترانزستورات أشباه الموصلات في أواخر الأربعينيات تقنيات MOSFET القائمة على السيليكون وتقنيات رقاقة الدائرة المتكاملة المتجانسة في أواخر الخمسينيات ، مما أدى إلى المعالجات الدقيقة وثورة الحواسيب الصغيرة في السبعينيات.
زادت سرعة أجهزة الكمبيوتر وقوتها وتعدد استخداماتها بشكل كبير منذ ذلك الحين ، مع تزايد أعداد الترانزستور بوتيرة سريعة ، مما أدى إلى الثورة الرقمية خلال أواخر القرن العشرين إلى أوائل القرن الحادي والعشرين.
يتكون الكمبيوتر الحديث من عنصر معالجة واحد على الأقل ، وعادة ما يكون وحدة معالجة مركزية في شكل معالج دقيق ، إلى جانب نوع من ذاكرة الكمبيوتر ، وعادة ما تكون رقائق ذاكرة أشباه الموصلات. ينفذ عنصر المعالجة العمليات الحسابية والمنطقية ،
ويمكن لوحدة التسلسل والتحكم تغيير ترتيب العمليات استجابة للمعلومات المخزنة. تشمل الأجهزة الطرفية أجهزة الإدخال وأجهزة الإخراج والمدخلات
تسمية تاكمبيوتر
يقدم قاموس علم أصل الكلمة على الإنترنت أول استخدام معتمد للكمبيوتر في أربعينيات القرن السادس عشر ، مما يعني "الشخص الذي يحسب" ؛ هذا هو "اسم وكيل من حساب".
ينص قاموس علم أصل الكلمة على الإنترنت على أن استخدام المصطلح بمعنى الآلة الحاسبة يعود إلى عام 1897.
"يشير قاموس علم أصل الكلمة على الإنترنت إلى أن" الاستخدام الحديث "للمصطلح ، ليعني" الكمبيوتر الإلكتروني الرقمي القابل للبرمجة "من" 1945 تحت هذا " اسم؛ نظريًا من عام 1937 ، كآلة تورينج ".
تم استخدام الأجهزة قبل القرن العشرين للمساعدة في الحساب لآلاف السنين ، في الغالب باستخدام المراسلات الفردية بالأصابع. ربما كان أول جهاز للعد شكلاً من أشكال أداة العد.
تضمنت وسائل حفظ السجلات في جميع أنحاء الهلال الخصيب حسابات تمثل عددًا من العناصر ، ربما الماشية أو الحبوب ، مختومة في حاويات طينية مجوفة غير مكشوفة.
استخدام قضبان العد هو أحد الأمثلة. تم استخدام العداد في البداية للمهام الحسابية. تم تطوير المعداد الروماني من الأجهزة المستخدمة في بابل في وقت مبكر من 2400 قبل الميلاد.
ومنذ ذلك الحين ، تم اختراع العديد من الأشكال الأخرى من لوحات الحساب أو الطاولات.
في منزل العد الأوروبي في العصور الوسطى ، كان يتم وضع قطعة قماش مربعة على طاولة ، وتحرك العلامات حولها وفقًا لقواعد معينة ، كوسيلة مساعدة لحساب المبالغ المالية.
يُعتقد أن آلية Antikythera هي أقدم كمبيوتر تمثيلي ميكانيكي معروف ، وفقًا لديريك جيه دي سولا برايس.
تم تصميمه لحساب المواقع الفلكية. تم اكتشافه في عام 1901 في حطام Antikythera قبالة جزيرة Antikythera اليونانية ، بين Kythera وكريت ، وتم تأريخه تقريبًا. لن تظهر الأجهزة ذات التعقيد المماثل لآلية Antikythera حتى القرن الرابع عشر.
تم إنشاء العديد من الأدوات الميكانيكية للحساب والقياس للاستخدام الفلكي والملاحي.
كانت الكرة الأرضية عبارة عن مخطط نجمي اخترعه أبو ريحان البيروني في أوائل القرن الحادي عشر.
تم اختراع الإسطرلاب في العالم الهلنستي إما في القرنين الأول أو الثاني قبل الميلاد ، وغالبًا ما يُنسب إلى هيبارخوس.
كان الإسطرلاب ، الذي كان مزيجًا من الكرة الأرضية والديوبترا ، جهاز كمبيوتر تناظريًا قادرًا على حل عدة أنواع مختلفة من المشكلات في علم الفلك الكروي.
اخترع أبي بكر من أصفهان ، بلاد فارس في عام 1235 إسطرلابًا يشتمل على كمبيوتر تقويم ميكانيكي وعجلات تروس.
اخترع أبو ريحان البيروني أول إسطرلاب تقويمي منسوب ميكانيكيًا ، وهو عبارة عن آلة معالجة معرفة بأسلاك ثابتة مبكرة مع قطار تروس و اطارات التروس،.
تم تطوير هذا القطاع ، وهو أداة حسابية تُستخدم لحل المشكلات بالتناسب ، وعلم المثلثات ، والضرب والقسمة ، وللوظائف المختلفة ، مثل المربعات والجذور التكعيبية ، في أواخر القرن السادس عشر ووجد تطبيقًا في المدفعية والمسح والملاحة.
كان جهاز القياس عبارة عن أداة يدوية لحساب مساحة الشكل المغلق من خلال تتبعه بوصلة ميكانيكية.
اخترع رجل الدين الإنجليزي ويليام أوغتريد قاعدة الشرائح حوالي 1620-1630 ، بعد وقت قصير من نشر مفهوم اللوغاريتم. إنه كمبيوتر تمثيلي يتم تشغيله يدويًا للقيام بالضرب والقسمة.
مع تقدم تطوير قاعدة الشرائح ، قدمت المقاييس المضافة التبادلات والمربعات والجذور التربيعية والمكعبات والجذور التكعيبية ، بالإضافة إلى الوظائف المتعالية مثل اللوغاريتمات والأسية وعلم المثلثات الدائرية والقطعية ووظائف أخرى.
لا تزال تستخدم قواعد الشرائح ذات المقاييس الخاصة لتحقيق أداء سريع للحسابات الروتينية ، مثل قاعدة الشريحة الدائرية E6B المستخدمة في حسابات الوقت والمسافة على الطائرات الخفيفة.
في سبعينيات القرن الثامن عشر ، صنع صانع ساعات سويسري بيير جاكيه دروز ، دمية ميكانيكية يمكنها الكتابة ممسكة بقلم الريشة. من خلال تبديل رقم وترتيب عجلاتها الداخلية ، يمكن إنتاج أحرف مختلفة ، وبالتالي رسائل مختلفة.
في الواقع ، يمكن أن يكون "مبرمجًا" ميكانيكيًا لقراءة التعليمات. جنبا إلى جنب مع اثنين من الآلات المعقدة الأخرى ، الدمية موجودة في Musée d'Art et d'Histoire في نوشاتيل ، سويسرا ، ولا تزال تعمل. في 1831-1835 ،
ابتكر عالم الرياضيات والمهندس جيوفاني بلانا آلة التقويم الدائم ، والتي من خلال نظام البكرات والأسطوانات وأكثر من ذلك ، يمكنها التنبؤ بالتقويم الدائم لكل عام من 0 إلى 4000 بعد الميلاد ، مع تتبع السنوات الكبيسة والمتغيرة طول اليوم.
كانت آلة التنبؤ بالمد والجزر التي اخترعها العالم الاسكتلندي السير ويليام طومسون في عام 1872 ذات فائدة كبيرة للملاحة في المياه الضحلة.
استخدم نظامًا من البكرات والأسلاك لحساب مستويات المد والجزر المتوقعة تلقائيًا لفترة محددة في موقع معين.
يستخدم المحلل التفاضلي ، وهو كمبيوتر تمثيلي ميكانيكي مصمم لحل المعادلات التفاضلية عن طريق التكامل ، آليات العجلة والقرص لتنفيذ التكامل.
في عام 1876 ، ناقش السير ويليام طومسون إمكانية إنشاء مثل هذه الآلات الحاسبة ، لكنه تعرض للإعاقة بسبب عزم الدوران الناتج المحدود لمدمجي الكرة والقرص.
في المحلل التفاضلي ، قاد ناتج مكامل واحد مدخلات التكامل التالي ، أو مخرجات الرسوم البيانية. كان مضخم عزم الدوران هو التقدم الذي سمح لهذه الآلات بالعمل. ابتداءً من العشرينيات من القرن الماضي ، طور فانيفار بوش وآخرون محللات ميكانيكية تفاضلية.
أول كمبيوتر
تشارلز باباج ، مهندس ميكانيكي إنجليزي وعالم متعدد الثقافات ، ابتكر مفهوم الكمبيوتر القابل للبرمجة. يعتبر "أبو الكمبيوتر" ، فقد وضع تصورًا وابتكر أول كمبيوتر ميكانيكي في أوائل القرن التاسع عشر.
بعد العمل على محرك الاختلاف الثوري ، المصمم للمساعدة في الحسابات الملاحية ، أدرك في عام 1833 أن التصميم العام ، المحرك التحليلي ، كان ممكنًا. كان من المقرر توفير مدخلات البرامج والبيانات إلى الجهاز عبر بطاقات مثقبة ، وهي طريقة تستخدم في ذلك الوقت لتوجيه النول الميكانيكي مثل نول جاكار. بالنسبة للإخراج ، سيكون للجهاز طابعة ورسام منحنى وجرس.
ستكون الآلة أيضًا قادرة على تثقيب الأرقام على البطاقات لتتم قراءتها لاحقًا. أدرج المحرك وحدة منطقية حسابية ، وتدفق تحكم في شكل تفرعات وحلقات شرطية ، وذاكرة متكاملة ، مما يجعله أول تصميم لجهاز كمبيوتر متعدد الأغراض يمكن وصفه بالمصطلحات الحديثة باسم Turing-Complete.
كانت الآلة تسبق وقتها بحوالي قرن. كان لابد من صنع جميع أجزاء الجهاز يدويًا - كانت هذه مشكلة كبيرة لجهاز يحتوي على آلاف الأجزاء.
في النهاية ، تم حل المشروع بقرار من الحكومة البريطانية بوقف التمويل.
يمكن أن يُعزى فشل باباج في إكمال المحرك التحليلي بشكل رئيسي إلى الصعوبات السياسية والمالية بالإضافة إلى رغبته في تطوير جهاز كمبيوتر متطور بشكل متزايد والمضي قدمًا بشكل أسرع مما يمكن لأي شخص آخر أن يتبعه.
ومع ذلك ، أكمل ابنه ، هنري باباج ، نسخة مبسطة من وحدة الحوسبة في المحرك التحليلي في عام 1888.
وقدم عرضًا ناجحًا لاستخدامها في جداول الحوسبة في عام 1906.
تمت مواجهتها بواسطة أجهزة الكمبيوتر التناظرية المتطورة بشكل متزايد ، والتي استخدمت نموذجًا ميكانيكيًا أو كهربائيًا مباشرًا للمشكلة كأساس للحساب.
ومع ذلك ، لم تكن هذه قابلة للبرمجة وكانت تفتقر عمومًا إلى تنوع ودقة أجهزة الكمبيوتر الرقمية الحديثة.
كان أول كمبيوتر تناظري حديث عبارة عن آلة للتنبؤ بالمد والجزر ، اخترعها السير ويليام طومسون في عام 1872.
تم تصميم المحلل التفاضلي ، وهو كمبيوتر تمثيلي ميكانيكي مصمم لحل المعادلات التفاضلية عن طريق التكامل باستخدام آليات العجلة والقرص ، في عام 1876 بواسطة جيمس طومسون ، الأخ الأكبر للسير ويليام طومسون الأكثر شهرة.
في عام 1941 ، اتبع Zuse أجهزته السابقة مع Z3 ، وهو أول كمبيوتر رقمي يعمل آليًا بالكامل وقابل للبرمجة الكهروميكانيكية في العالم.
تم بناء Z3 مع 2000 مرحل ، مطبقًا طول كلمة 22 بت الذي يعمل بتردد ساعة من حوالي 5-10 هرتز.
تم توفير رمز البرنامج على فيلم مثقوب بينما يمكن تخزين البيانات في 64 كلمة من الذاكرة أو توفيرها من لوحة المفاتيح.
لقد كان مشابهًا تمامًا للآلات الحديثة في بعض النواحي ، حيث كان رائدًا في العديد من التطورات مثل أرقام الفاصلة العائمة.
بدلاً من النظام العشري الذي يصعب تنفيذه ، فإن استخدام نظام ثنائي يعني أن آلات Zuse كانت أسهل في البناء وربما أكثر موثوقية ، بالنظر إلى التقنيات المتاحة في ذلك الوقت.
لم يكن Z3 في حد ذاته كمبيوترًا عالميًا ولكن يمكن توسيعه ليكون Turing كاملًا.
أصبح كمبيوتر Zuse التالي ، Z4 ، أول كمبيوتر تجاري في العالم.
بعد التأخير الأولي بسبب الحرب العالمية الثانية ، تم الانتهاء منه في عام 1950 وتم تسليمه إلى ETH زيورخ.
تم تصنيع الكمبيوتر من قبل شركة Zuse الخاصة ، والتي تأسست عام 1941 كأول شركة لغرض وحيد هو تطوير أجهزة الكمبيوتر.
أول "حاسوب رقمي إلكتروني آلي". كان هذا التصميم أيضًا إلكترونيًا بالكامل واستخدم حوالي 300 أنبوب مفرغ ، مع مكثفات مثبتة في أسطوانة دوارة ميكانيكيًا للذاكرة.
خلال الحرب العالمية الثانية ، حقق مخترقو الشفرات البريطانيون في بلتشلي بارك عددًا من النجاحات في كسر الاتصالات العسكرية الألمانية المشفرة.
تعرضت آلة التشفير الألمانية ، Enigma ، للهجوم أولاً بمساعدة القنابل الكهروميكانيكية التي غالباً ما كانت تديرها النساء. لكسر الألمانية الأكثر تطوراً Lorenz SZ 40
الترانزستورات اقترح جوليوس إدغار ليلينفيلد مفهوم ترانزستور التأثير الميداني في عام 1925.
قام جون باردين ووالتر براتين ، أثناء العمل تحت إشراف ويليام شوكلي في مختبرات بيل ، ببناء أول ترانزستور عامل ، وهو ترانزستور نقطة الاتصال ، في عام 1947 ، والذي كان تلاه ترانزستور تقاطع شوكلي ثنائي القطب في عام 1948.
من عام 1955 فصاعدًا ، استبدلت الترانزستورات الأنابيب المفرغة في تصميمات الكمبيوتر ، مما أدى إلى ظهور "الجيل الثاني" من أجهزة الكمبيوتر.
بالمقارنة مع الأنابيب المفرغة ، تتمتع الترانزستورات بالعديد من المزايا:
فهي أصغر حجمًا وتتطلب طاقة أقل من الأنابيب المفرغة ، لذا فهي تنتج حرارة أقل.
كانت ترانزستورات الوصلات أكثر موثوقية من الأنابيب المفرغة ولديها عمر خدمة أطول وغير محدد.
يمكن أن تحتوي أجهزة الكمبيوتر الترانزستور على عشرات الآلاف من الدوائر المنطقية الثنائية في مساحة مضغوطة نسبيًا.
ومع ذلك ، كانت ترانزستورات الوصلات المبكرة عبارة عن أجهزة ضخمة نسبيًا يصعب تصنيعها على أساس الإنتاج الضخم ، مما جعلها تقتصر على عدد من التطبيقات المتخصصة.
في جامعة مانشستر ، قام فريق بقيادة توم كيلبورن بتصميم وبناء آلة باستخدام الترانزستورات المطورة حديثًا بدلاً من الصمامات.
تم تشغيل أول كمبيوتر ترانزيستور والأول في العالم بحلول عام 1953 ، وتم الانتهاء من إصدار ثان هناك في أبريل 1955.
ومع ذلك ، فقد استفادت الآلة من الصمامات لتوليد أشكال موجية على مدار الساعة تبلغ 125 كيلو هرتز وفي الدائرة لقراءة و الكتابة على ذاكرة الأسطوانة المغناطيسية الخاصة به ، لذلك لم يكن أول كمبيوتر ترانزستور بالكامل.
يذهب هذا التمييز إلى Harwell CADET لعام 1955 ، التي بناها قسم الإلكترونيات في مؤسسة أبحاث الطاقة الذرية في Harwell. تم اختراع ترانزستور التأثير الميداني لأكسيد السيليكون ، والمعروف أيضًا باسم ترانزستور MOS ، بواسطة محمد عطا الله وداون كانغ في مختبرات بيل في عام 1959.
كان أول ترانزستور مدمج حقًا يمكن تصغيره وإنتاجه بكميات كبيرة من أجل مجموعة واسعة من الاستخدامات.
واستهلاك أقل بكثير للطاقة وكثافة أعلى من ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب ، جعلت MOSFET من الممكن بناء دوائر متكاملة عالية الكثافة.
بالإضافة إلى معالجة البيانات ، فقد مكّن أيضًا من الاستخدام العملي لترانزستورات MOS كعناصر تخزين خلية ذاكرة ، مما أدى إلى تطوير ذاكرة MOS أشباه الموصلات ، والتي حلت محل الذاكرة المغناطيسية السابقة في أجهزة الكمبيوتر.
أدت MOSFET إلى ثورة الحواسيب الصغيرة ، وأصبحت القوة الدافعة وراء ثورة الكمبيوتر.
الترانزستور MOSFET هو الترانزستور الأكثر استخدامًا في أجهزة الكمبيوتر ، وهو اللبنة الأساسية للإلكترونيات الرقمية.
الدوائر المتكاملة جاء التقدم الكبير التالي في قوة الحوسبة مع ظهور الدائرة المتكاملة. تم تصور فكرة الدائرة المتكاملة لأول مرة من قبل عالم الرادار الذي يعمل في مؤسسة الرادار الملكية التابعة لوزارة الدفاع ، جيفري دبليو إيه دومر.
قدم دومر أول وصف عام لدائرة متكاملة في ندوة حول التقدم في المكونات الإلكترونية عالية الجودة في واشنطن العاصمة في 7 مايو 1952.
اخترع جاك كيلبي في تكساس إنسترومنتس وروبرت نويس في فيرتشايلد أشباه الموصلات.
سجل كيلبي أفكاره الأولية المتعلقة بالدائرة المتكاملة في يوليو 1958 ، حيث أظهر بنجاح أول مثال متكامل عملي في 12 سبتمبر 1958.
في طلب براءة الاختراع الخاص به في 6 فبراير 1959 ، وصف كيلبي جهازه الجديد بأنه "جسم من مادة أشباه الموصلات ... حيث جميع مكونات الدائرة الإلكترونية متكاملة تمامًا ".
ومع ذلك ، كان اختراع كيلبي عبارة عن دائرة متكاملة هجينة ، بدلاً من شريحة دائرة متكاملة متجانسة.
كان لدى Kilby's IC وصلات سلكية خارجية ، مما جعل من الصعب إنتاجها بكميات كبيرة. توصل نويس أيضًا إلى فكرته الخاصة عن دائرة متكاملة بعد نصف عام من كيلبي.
كان اختراع Noyce أول شريحة IC متجانسة حقيقية. الدوائر المتكاملة الحديثة هي في الغالب دوائر MOS متكاملة ، مبنية من MOSFETs.
كان أول MOS IC التجريبي الذي تم تصنيعه هو شريحة من 16 ترانزستور صنعها فريد هايمان وستيفن هوفشتاين في RCA في عام 1962.
قدمت شركة General Microelectronics أول MOS IC تجاريًا في عام 1964 ، طوره روبرت نورمان. أصبحت MOSFET منذ ذلك الحين أهم مكون للأجهزة في الدوائر المتكاملة الحديثة.
أدى تطوير الدائرة المتكاملة MOS إلى اختراع المعالج الدقيق ، وأدى إلى حدوث انفجار في الاستخدام التجاري والشخصي لأجهزة الكمبيوتر.
في حين أن موضوع الجهاز الذي كان أول معالج دقيق مثير للجدل ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم الاتفاق على التعريف الدقيق لمصطلح "المعالج الدقيق" ، فلا جدال إلى حد كبير في أن أول معالج دقيق أحادي الشريحة كان Intel 4004 ، وقد تم تصميمه وإدراكه.
بواسطة Federico Faggin مع تقنية MOS IC لبوابة السيليكون الخاصة به ، في أوائل السبعينيات ، مكنت تقنية MOS IC من دمج أكثر من 10000 ترانزستور على شريحة واحدة.
قد يكون لديهم أو لا يكون لديهم ذاكرة وصول عشوائي وذاكرة فلاش مدمجة.
إذا لم يتم دمج ذاكرة الوصول العشوائي ، فعادة ما يتم وضع ذاكرة الوصول العشوائي أعلى أو أسفل شركة نفط الجنوب مباشرة ، وعادة ما يتم وضع ذاكرة الفلاش بجوار شركة نفط الجنوب مباشرة ، كل هذا يتم لتحسين سرعات نقل البيانات ، حيث لا يتعين على إشارات البيانات السفر لمسافات طويلة .
منذ ENIAC في عام 1945 ، تطورت أجهزة الكمبيوتر بشكل هائل ، حيث أصبحت SoCs الحديثة بحجم عملة معدنية بينما كانت أيضًا أقوى بمئات الآلاف من المرات من ENIAC ، حيث دمجت مليارات الترانزستورات ، واستهلكت فقط بضع واط من الطاقة. أجهزة الكمبيوتر المحمولة كانت أجهزة الكمبيوتر المحمولة الأولى ثقيلة الوزن وتعمل بالطاقة الكهربائية. كان IBM 5100 مثالًا مبكرًا.
كانت الأجهزة المحمولة اللاحقة مثل Osborne 1 و Compaq Portable أخف وزنًا إلى حد كبير ولكنها لا تزال بحاجة إلى التوصيل.
أزالت أجهزة الكمبيوتر المحمولة الأولى ، مثل Grid Compass ، هذا المطلب من خلال دمج البطاريات - ومع استمرار تصغير موارد الحوسبة والتقدم في الأجهزة المحمولة عمر البطارية ، نمت شعبية أجهزة الكمبيوتر المحمولة في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
سمحت نفس التطورات للمصنعين بدمج موارد الحوسبة في الهواتف المحمولة الخلوية بحلول أوائل القرن الحادي والعشرين.
تعمل هذه الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية على مجموعة متنوعة من أنظمة التشغيل وأصبحت مؤخرًا جهاز الحوسبة المهيمن في السوق. يتم تشغيلها بواسطة نظام على شريحة ، وهي أجهزة كمبيوتر كاملة على شريحة بحجم العملة المعدنية.
قد تقتصر مجموعة العمليات الحسابية التي تدعمها وحدة ALU معينة على الجمع والطرح ، أو قد تتضمن وظائف الضرب والقسمة وعلم المثلثات مثل الجيب وجيب التمام وما إلى ذلك والجذور التربيعية.
يمكن للبعض أن يعمل فقط على الأعداد الصحيحة بينما يستخدم البعض الآخر النقطة العائمة لتمثيل الأعداد الحقيقية ، وإن كان ذلك بدقة محدودة.
ومع ذلك ، يمكن برمجة أي جهاز كمبيوتر قادر على تنفيذ أبسط العمليات فقط لتقسيم العمليات الأكثر تعقيدًا إلى خطوات بسيطة يمكنه تنفيذها.
لذلك ، يمكن برمجة أي كمبيوتر لأداء أي عملية حسابية - على الرغم من أن الأمر سيستغرق وقتًا أطول للقيام بذلك إذا لم يدعم ALU العملية بشكل مباشر.
قد تقارن ALU أيضًا الأرقام وتعيد قيم الحقيقة المنطقية اعتمادًا على ما إذا كان أحدهما يساوي الآخر أو أكبر منه أو أقل منه.
تتضمن العمليات المنطقية المنطق المنطقي: AND و OR و XOR و NOT.
يمكن أن تكون مفيدة لإنشاء جمل شرطية معقدة ومعالجة المنطق المنطقي. قد تحتوي أجهزة كمبيوتر Superscalar على العديد من وحدات ALU ، مما يسمح لها بمعالجة العديد من التعليمات في وقت واحد.
غالبًا ما تحتوي معالجات الرسومات وأجهزة الكمبيوتر المزودة بميزات SIMD و MIMD على وحدات ALU يمكنها إجراء العمليات الحسابية على المتجهات والمصفوفات.
الذاكرة يمكن عرض ذاكرة الكمبيوتر كقائمة من الخلايا التي يمكن وضع الأرقام فيها أو قراءتها. كل خلية لها "عنوان" مرقم ويمكنها تخزين رقم واحد.
يمكن توجيه الكمبيوتر إلى "وضع الرقم 123 في الخلية المرقمة 1357" أو "إضافة الرقم الموجود في الخلية 1357 إلى الرقم الموجود في الخلية 2468 ووضع الإجابة في الخلية 1595".
المعلومات المخزنة في الذاكرة قد تمثل عمليا أي شيء. يمكن وضع الحروف والأرقام وحتى تعليمات الكمبيوتر في الذاكرة بنفس السهولة.
نظرًا لأن وحدة المعالجة المركزية لا تفرق بين الأنواع المختلفة من المعلومات ، فمن مسؤولية البرنامج إعطاء أهمية لما تراه الذاكرة على أنه لا شيء سوى سلسلة من الأرقام. في جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تقريبًا ، يتم إعداد كل خلية ذاكرة لتخزين الأرقام الثنائية في مجموعات من ثمانية بتات.
كل بايت قادر على تمثيل 256 رقمًا مختلفًا ؛ إما من 0 إلى 255 أو -128 إلى 127. لتخزين أعداد أكبر ، يمكن استخدام عدة بايتات متتالية.
عندما تكون الأرقام السالبة مطلوبة ، يتم تخزينها عادةً في تدوين مكمل لاثنين.
الترتيبات الأخرى ممكنة ، لكنها عادة لا تُرى خارج التطبيقات المتخصصة أو السياقات التاريخية.
يمكن للكمبيوتر تخزين أي نوع من المعلومات في الذاكرة إذا كان من الممكن تمثيلها عدديًا. تمتلك أجهزة الكمبيوتر الحديثة مليارات أو حتى تريليونات من وحدات البايت من الذاكرة.
تحتوي وحدة المعالجة المركزية على مجموعة خاصة من خلايا الذاكرة تسمى السجلات التي يمكن قراءتها وكتابتها بسرعة أكبر بكثير من منطقة الذاكرة الرئيسية.
يوجد عادةً ما بين مائتين ومائة سجل حسب نوع وحدة المعالجة المركزية. تُستخدم السجلات لعناصر البيانات الأكثر احتياجًا لتجنب الاضطرار إلى الوصول إلى الذاكرة الرئيسية في كل مرة تكون فيها البيانات مطلوبة. كما البيانات باستمرار ب
تأتي ذاكرة الكمبيوتر الرئيسية في نوعين رئيسيين: ذاكرة الوصول العشوائي أو ذاكرة الوصول العشوائي للقراءة فقط أو ذاكرة الوصول العشوائي ROM يمكن قراءتها وكتابتها في أي وقت تطلبه وحدة المعالجة المركزية ، ولكن ذاكرة القراءة فقط محملة مسبقًا بالبيانات والبرامج التي لا تتغير أبدًا ، وبالتالي يمكن لوحدة المعالجة المركزية اقرأ منه فقط.
تُستخدم ذاكرة القراءة فقط (ROM) عادةً لتخزين إرشادات بدء التشغيل الأولية للكمبيوتر.
بشكل عام ، يتم مسح محتويات ذاكرة الوصول العشوائي عند إيقاف تشغيل الطاقة عن الكمبيوتر ، ولكن ROM يحتفظ ببياناته إلى أجل غير مسمى. في جهاز الكمبيوتر ، يحتوي ROM على برنامج متخصص يسمى BIOS الذي ينظم تحميل نظام تشغيل الكمبيوتر من محرك الأقراص الثابتة إلى ذاكرة الوصول العشوائي كلما تم تشغيل الكمبيوتر أو إعادة تعيينه.
في أجهزة الكمبيوتر المضمنة ، والتي غالبًا لا تحتوي على محركات أقراص ، يمكن تخزين جميع البرامج المطلوبة في ذاكرة القراءة فقط. غالبًا ما يطلق على البرامج المخزنة في ذاكرة القراءة فقط اسم البرامج الثابتة ، لأنها تشبه الأجهزة أكثر من البرامج.
تعمل ذاكرة الفلاش على تعتيم التمييز بين ذاكرة القراءة فقط (ROM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، حيث تحتفظ ببياناتها عند إيقاف تشغيلها ولكنها أيضًا قابلة لإعادة الكتابة.
عادةً ما يكون أبطأ بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي (ROM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التقليدية ، لذلك يقتصر استخدامه على التطبيقات التي لا تكون فيها السرعة العالية ضرورية.
في أجهزة الكمبيوتر الأكثر تعقيدًا ، قد يكون هناك ذاكرة تخزين مؤقت واحدة أو أكثر من ذاكرة الوصول العشوائي ، والتي تكون أبطأ من المسجلات ولكنها أسرع من الذاكرة الرئيسية.
بشكل عام ، تم تصميم أجهزة الكمبيوتر المزودة بهذا النوع من ذاكرة التخزين المؤقت لنقل البيانات المطلوبة بشكل متكرر إلى ذاكرة التخزين المؤقت تلقائيًا ، غالبًا دون الحاجة إلى أي تدخل من جانب المبرمج.
إدخال المتعددة تم تصميم بعض أجهزة الكمبيوتر لتوزيع عملها عبر العديد من وحدات المعالجة المركزية في تكوين متعدد المعالجات ، وهي تقنية تستخدم في السابق فقط في الأجهزة الكبيرة والقوية مثل أجهزة الكمبيوتر العملاقة وأجهزة الكمبيوتر المركزية والخوادم.
أصبحت أجهزة الكمبيوتر الشخصية والكمبيوتر المحمول متعددة المعالجات ومتعددة النواة متوفرة الآن على نطاق واسع ، ويتم استخدامها بشكل متزايد في الأسواق المنخفضة نتيجة لذلك.
غالبًا ما تحتوي أجهزة الكمبيوتر العملاقة على وجه الخصوص على بنى فريدة للغاية تختلف اختلافًا كبيرًا عن بنية البرامج المخزنة الأساسية وعن أجهزة الكمبيوتر ذات الأغراض العامة.
غالبًا ما تحتوي على الآلاف من وحدات المعالجة المركزية والوصلات عالية السرعة المخصصة وأجهزة الحوسبة المتخصصة. تميل مثل هذه التصاميم إلى أن تكون مفيدة فقط للمهام المتخصصة بسبب الحجم الكبير لتنظيم البرنامج المطلوب لاستخدام معظم الموارد المتاحة بنجاح في وقت واحد.
عادة ما ترى أجهزة الكمبيوتر العملاقة الاستخدام في المحاكاة واسعة النطاق ، وتقديم الرسومات ، وتطبيقات التشفير ، بالإضافة إلى ما يسمى بالمهام "الموازية المحرجة" الأخرى.
يشير البرنامج إلى أجزاء من الكمبيوتر ليس لها شكل مادي ، مثل البرامج والبيانات والبروتوكولات وما إلى ذلك.
البرنامج هو ذلك الجزء من نظام الكمبيوتر الذي يتكون من معلومات مشفرة أو تعليمات كمبيوتر ، على عكس الأجهزة المادية من الذي تم بناء النظام.
تتضمن برامج الكمبيوتر برامج الكمبيوتر والمكتبات والبيانات غير القابلة للتنفيذ ذات الصلة ، مثل الوثائق عبر الإنترنت أو الوسائط الرقمية.
غالبًا ما يتم تقسيمها إلى برامج نظام وبرامج تطبيقات تتطلب أجهزة وبرامج الكمبيوتر بعضها البعض ولا يمكن استخدام أي منها بشكل واقعي بمفردها.
عندما يتم تخزين البرنامج في جهاز لا يمكن تعديله بسهولة ، مثل BIOS ROM في كمبيوتر متوافق مع IBM PC ، فإنه يطلق عليه أحيانًا "البرامج الثابتة".
.
تعليقات
إرسال تعليق