أساسيات التقنية الرقمية

 كان لألجهزة الرقمية ــ بعد الله ــ دور كبير في إنقاذ شاب عشريني من موت محقق عندما تاه في صحراء الربع الخالي، وتأتي تفاصيل القصة حينما تلقت غرف العمليات الرئيسة ً بفقدان شاب في الصحراء بعد أن داهمته موجة غبار كثيف أفقدته معالم الطريق إلى بالغا أن علقت سيارته بالرمال. وظل ساعات طويلة في حالة من اإلعياء الشديد بالرغم من عمليات البحث المضنية من فرق اإلنقاذ. وبفضل من الله تم تحديد مكان الشاب، والعثور عليه عن طريق هاتفه النقال الذي كان معه، حيث تم التواصل مع شركة خدمة الهواتف النقالة التي ً ً ا من هاتفه والتي تحوي رموزا ّ يتعامل معها الشاب المفقود للوصول إلى آخر إشارة أرسلت آلي تحدد مكان وجوده. ويتم التقاط هذه اإلشارات عن طريق أبراج الهواتف النقالة.

نعيش اليوم في عالم انتشرت فيه التقنية الرقمية وأصبحت من أهم مالمح العصر، ولها دورها الواضح في تطور كثير من جوانب الحياة، فمثًل يمكننا مشاهدة ما يحدث في العالم على مدار الساعة، وإنجاز كثير من المهام اليومية كالتسوق، وحجز المواعيد، ودفع الفواتير وغيرها باستخدام أجهزتنا المحمولة، وهواتفنا النقالة. كما أصبح من السهل القيام بالكثير من المهام المنزلية مع وجود أجهزة إلكترونية حديثة مثل غسالة المالبس األتوماتيكية، وجهاز المايكرويف وغيرها شكل )1-1.) إن هذه الثورة الرقمية وما لها من تأثير في المجتمع تتطلب منا أن نعرف أكثر عن تلك األجهزة الرقمية التي تحمل هذا الكم الهائل من المعلومات، وتقدم خدمات واسعة ساهمت بشكل كبير في تيسير أمور حياتنا.

شكل )1-1 :)أمثلة على أجهزة رقمية

 نشاهد في األجهزة الرقمية حولنا الكثير من النصوص واألرقام والصور، فكيف يكون شكلها داخل تلك األجهزة؟ في الحقيقة إن األجهزة الرقمية هي أجهزة تعتمد على الكهرباء في عملها، وبالتالي فهي ال تدرك اللغات البشرية، بل تقوم بتحويل كافة البيانات من نصوص أو صور أو أصوات أو مقاطع مرئية إلى إشارات كهربائية، وهذه اإلشارات ال تخرج عن حالتين: إما )تشغيل/ ON )إذا كانت الدائرة مغلقة وعندها سيمر التيار الكهربائي، وهذا يعني أن هناك إشارة كهربائية وستُمثل بالرقم )1 ،)أو )إطفاء/OFF ) إذا كانت الدائرة مفتوحة وفي هذه الحالة لن يمر التيار الكهربائي بمعنى أنه ال توجد إشارة وستُمثل بالرقم )0 )كما في الشكل )1-2 .) من هنا نصل إلى أن البيانات يتم تمثيلها داخل الجهاز الرقمي بأرقام مكونة من )0 )و )1 ،)ويطلق عليها أرقام ثنائية )Binary Digits ،)ويقاس كل رقم منها بوحدة قياس تسمى بت )Bit.)


 

البت ) Bit :)أصغر وحدة تخزين في الحاسب OFF) 0 .(وهي تمثل اإلشارة الكهربائية إما ON) 1 ، (أو

ويتم تمثيل كل حرف أو رقم أو رمز بسلسلة من األرقام الثنائية مكونة من 8 بت )Bit ،)ويطلق عليها بايت )Byte )كما في الشكل )1-3 .) ِّل الحرف )a )بـالرموز الثنائية التالية )01100001 )كما ً فمثال يمث يظهر في الجدول )1-1

 باستخدامك ألحد التطبيقات الموجودة في جهازك الرقمي كتبت كلمة )sky ،)كيف سيتم تمثيل هذه الكلمة داخل الجهاز؟ بالرجوع للجدول )1-1 )والذي يظهر فيه تمثيل كل حرف من األحرف الهجائية بسلسلة من األرقام الثنائية، فإنه يتم تمثيل حرف )s )كما في الجدول )1-2 )وبهذا فإن كلمة )sky )يتم تمثيلها كما في الجدول )1-3)

وحدات قياس البيانات تختلف وحدات القياس باختالف الشيء الذي نريد قياسه، فعندما ً سنحتاج إلى قياسات نريد شراء كمية من الخضار أو الفواكه فحتما الوزن كالجرام والكيلو جرام، وإذا أردنا تحديد المسافة بين مدينة وأخرى، فإننا سنحتاج إلى قياسات الطول كالمتر والكيلومتر، وهكذا. وعندما نرغب في شراء حاسب، أو هاتف نقال فإننا سنحتاج إلى َّ معرفة سعته التخزينية باستخدام وحدات قياس خاصة تعتمد على البت والبايت لقياس كمية البيانات. ومع الحاجة لوجود سعات تخزينية أكبر ظهرت وحدات أخرى لقياس كمية البيانات في األجهزة الرقمية شكل )1-4 )كالتالي

اختراع الصفر)0) ً قديما لم يكن يعرف الصفر بشكله الحالي )0 .) ً وكان الناس يتركون مكانا ً فارغا ليشير لـ )ال شيء(. فالصفر الذي نستخدمه اليوم عرف قبل 1500 عام بواسطة رجل هندي. وكانت عالقة العرب قوية ووثيقة باألرقام الهندية، على ً العكس تماما من األرقام الرومانية والتي كانت تشبه في أشكالها الحروف الالتينية، ويصعب التعامل بها. وفي زمن الخالفة العباسية، عكف عدد من العلماء العرب على ترجمة كتاب السندهند الذي ألفه العالم الهندي "براهما جوبتا"-والذي تدور محتوياته حول حركات الكواكب ويعد ً واحدا ً من أبرز الكتب التي أدت دورا ً عظيما في مسيرة العلم- من اللغة الهندية إلى العربية، وقد كان من بين القائمين على مهمة ترجمة الكتاب وشرحه العالم اإلسالمي محمد بن موسى الخوارزمي. تــبــيــن لـــلـــخـــوارزمـــي أن الـــهـــنـــود كــانــوا يـسـتـخـدمـون األرقـــام الـتـسـعـة األولـــى، ومــن ثم يقومون بوضع ثقب أو نقطة ).( لتحل محل الــرقــم الــعــاشــر كـفـاصـل بـيـن األرقــــام، خـاصـة األعـداد التي تكون متعددة األرقـام. وتمكن بعد تأليف كتابه الذي يتحدث حول نظام الحساب الهندي، من إعطاء الصفر قيمة في العمليات الحسابية إذا تـم وضـعـه يمين األرقــام ألنـه في ِّ حاله وجوده إلى اليسار ال يغير من قيمة الرقم. ووضع أسلوب جديد وطريقة تعتمد على القيام بإنشاء خانات لآلحاد، وأخرى للعشرات وللمئات وما يتبعها، مع االستعانة بالصفر في عمليات ٍ الجمع، والطرح بحيث إنه إذا لم يكن هناك باق ُ يتم وضع )صفر( وال ي ً ترك المكان خاليا حتى ال يحدث لبس بين خانة اآلحاد وخانة العشرات.

 بطاقة ذاكرة سعتها كيلو بايت )KB 1) كم حرف يمكن أن يخزن في هذه الذاكرة؟ ً. الحـــــــــل: يمكن تخزين 1024 حرفا

كم (Bit (بت يوجد في 4 بايت (Byte(؟ الحـــــــــل: bit 32 = 8 × 4

البيانات والمعلومات

من منا لم يستمتع بتركيب قطع لغز الصورة )Puzzle ،)حيث ّ نستجمع تركيزنا وتفكيرنا لتركيب قطع صغيرة تكون في النهاية الشكل الكامل للصورة. إن مفهوم البيانات، والمعلومات يشبه إلى حد كبير لعبة لغز الصورة، كما في الشكل )1-5 .)فأجزاء الصورة المبعثرة والتي ال تعطي أي معنى عند مشاهدتها تشبه البيانات، أما الصورة النهائية بعد اكتمالها تشبه المعلومات، والتي لم نحصل عليها إال بعد مرورها بالمعالجة الذهنية والحركية من قبلنا. ً يمكن تعريف البيانات والمعلومات كما يلي: إذا البيانات )Data:) هي المادة الخام كاألرقام والنصوص والصور المجردة، وبدون ً فقط. ً معالجتها تصبح شكال ظاهريا المعلومات )Information: ) هي المعاني التي يدركها اإلنسان والتي تم الحصول عليها من معالجة مجموعة من البيانات. تنتقل البيانات والمعلومات داخل الجهاز الرقمي عن طريق سلسلة من األرقام الثنائية )Digits Binary )مكونة من )0,1 )تسمى اإلشارات الرقمية )Signals Digital.)

التقنيـة الرقمـيـة

التقنية )Technology )في األصل هي كلمة إغريقية تتكون من شقين: Techno :وتعني الفن والحرفة والصيانة. Logy :وتعني العلم والدراسة. وتُعرف التقنية بأنها الطريقة التي يستخدمها الناس في اكتشافاتهم واختراعاتهم لتلبية الحاجات في مختلف المجاالت. فلو تحدثنا عن الطرق التي استخدمها الناس في اكتشاف األمراض وأفضل الطرق لعالجها واألدوات المعينة على ذلك فإننا نقصد بذلك التقنية الطبية، ولو كان حديثنا في مجال الصناعات والمصانع فإننا بالتأكيد نتحدث عن التقنية الصناعية، أما لو تحدثنا عن التقنية التي تستخدم أجهزة وبرمجيات تعتمد على النظام الثنائي في تمثيل البيانات )0,1 .)فإننا نتحدث عن التقنية الرقمية. وبذلك فإنه يمكن تعريف التقنية الرقمية )Technology Digital ) بأنها التقنية التي تبنى على المنطق الرقمي )0,1 )في تمثيل البيانات داخل األجهزة.

تقنية المعلومات )IT) يعــد استخـــدام التقنيــة فــي الحصول على المعلومـــات ونقلها مــن أهـــم العناصر التي تجعلنــا وبشكل مستمر على اتصــال بالتطور والتقدم الحاصل في جميع المجاالت، إضافة إلى أن استخــدامــها يــوفــر الجــهد والــوقــت والمال. ولقد أصبح العالم اليوم يشبه مدينة صغيرة يستطيع أي شخص الوصول إلى أي مكان فيها بشكل سريع وسهل. وعلى ذلك فإن مصطلح تقنية المعلــــومات )Technology Information  )يعني استخدام التقنيات الحديثة في إدارة ومعالجة الكم الهائل من البيانات المتعلقة في الحياة السياسية واالقتصادية والعلمية واالجتماعية ً ألهمية هذا العلم فقد وغيرها. ونظرا ً خصصت معظم جامعات العالم أقساما َّ خاصة لتدريسه، بحيث يزود الطالب فيه بمعارف ومهارات في مجاالت تقنية البرامج والنظم البرمجية باإلضافة إلى عتاد الحاسب وشبكاته.

الجهاز الرقمي والحاسب

ردد على مسامعنا مصطلح جهاز رقمي وجهاز حاسب، ونرى من حولنا الكثير من األجهزة اإللكترونية كأجهزة التلفاز وأجهزة عرض المقاطع المرئية، وأجهزة التقاط الصور وعرضها والهواتف النقالة، فهل ً من تعريف نطلق عليها أجهزة حاسب أم أجهزة رقمية؟ حتى نستطيع اإلجابة على هذا السؤال البد لنا أوال لهذه المصطلحات: ُني على المنطق الرقمي في عمله. الجهاز الرقمي )Device Digital : )هو كل جهاز إلكتروني ب جهاز الحاسب )Computer : )هو جهاز رقمي يمكن برمجته بإدخال البيانات ومعالجتها وتخزينها وإخراجها كما يتبين ذلك في شكل )1-6.) ً لقدرته على أداء الوظائف التالية: ً فمثال يعد الهاتف النقال حاسبا ١ إدخال البيانات كأرقام الهواتف والرسائل والصور. ٢ معالجة البيانات المدخلة كالبحث والتعديل والحذف واإلضافة. ٣ إخراج البيانات على الشاشة كعرض جهات االتصال. ٤ تخزين البيانات كحفظ جهات االتصال والرسائل. مما سبق يمكننا القول إن كل حاسب هو جهاز رقمي ، بينما العكس غير صحيح ، فهناك العديد من األجهزة الرقمية التي ليس لها القدرة على أداء الوظائف األربعة مثل الماسح الضوئي وقارئ األعمدة.

أنواع الحاسب

عندما يسمع معظم الناس كلمة )الحاسب(، قد يتبادر إلى أذهانهم أجهزة الحاسب الشخصية مثل )الحاسب المكتبي( أو )الحاسب المحمول( إال أن الحاسب يأتي في كثير من األشكال واألحجام، وتؤدي العديد من الوظائف المختلفة في حياتنا اليومية. فأجهزة الصراف اآللي التي نسحب منها النقود، وأجهزة األلعاب اإللكترونية مثل )Xbox و Playstation )تعد من أنواع الحاسب. ويصنف الحاسب حسب قدرته على المعالجة والتخزين كالتالي: 

الحاسب المركزي )Mainframe:

يستخدم من قبل المؤسسات الضخمة كالشركات الكبيرة والحكومات، وذلك ألنه يتميز بمقدرته العالية على تخزين ومعالجة كميات هائلة من البيانات ويسمح بتعدد المستخدمين للجهاز في الوقت نفسه وبالتالي فهو ذو تكلفة عالية، الشكل )1-7 .)

الحاسب الخادم )Computer Server:) يستخدم عادة في المؤسسات والهيئات المتوسطة الحجم، ويسمح بتعدد المستخدمين للجهاز في الوقت نفسه، وله قدرات متوسطة من حيث المعالجة والتخزين، الشكل )1-8 .)
 

محطة العمل )Workstation:) تشبه محطة العمل الحاسب الشخصي من حيث أن الجهاز يستخدم ّ من قبل شخص واحد عادة، ولكن يتميز بقدرته الكبيرة على المعالجة والتخزين، الشكل )1-9.)

 الحاسب الشخصي ))PC (Computer Personal:

ويستخدم عادة ِ من قَبل فرد أو مؤسسة صغيرة، وله قدرة محدودة ً مختلفة أهمها: الحاسب ً، كما أن له أشكاال على المعالجة نسبيا المكتبي، والحاسب المحمول، والحاسب اللوحي والهاتف الذكي ما الفرق بين الحاسب المحمول وأجهزة األلعاب اإللكترونية، الشكل )1-10.)

حاسب التحكم أو الحاسب الضمني )Computer Embedded/Control:

يستخدم هذا الحاسب لمهام خاصة ً داخل األجهزة الرقمية ويأتي مضمنا مثل أجهزة عمليات التحكم والمراقبة كالطائرات والسيارات، ووسائل االتصال كالمقاسم والسنتراالت وأجهزة الترفيه المتنوعة، الشكل )1-11.)

والشكل )1-12 )يعبر عن ملخص ألنواع الحاسب السابق ذكرها.

تمرينات

اكتب املصطلح املناسب لكل ما يلي:

 ً ويساوي 8 بت ً واحدا ً أو رمزا ً أو رقما ّ تمثل حرفا

البايت

 تقنية تبنى على المنطق الرقمي )0,1 )سواء كانت أجهزة أو برمجيات 

التقنية الرقمية

وحدة قياس البيانات في الحاسب وتساوي 1024 بايت ٍ 

1قيقا بايت

معان يدركها اإلنسان وتم الحصول عليها من معالجة البيانات

المعلومات

 وحدة التخزين األساسية للحاسب وتأخذ إحدى القيمتين 0 أو 1 

البت

ضع علامة صح او علامة خطأ

الحاسب لا يدرك لغة البشر 

صح 

يمكن تصنيف جميع األجهزة الرقمية على أنها حواسيب.

خطأ

  المعلومات هي المادة الخام كاألرقام والنصوص والصور المجردة.

خطأ

تُستخدم التقنية الرقمية لتمثيل البيانات في جميع األجهزة الرقمية.

صح

الجيجا بايت GB 1024 كيلو بايت 

صح

يستخدم حاسب التحكم لإداء مهام خاصة ويأتي مضمنا داخل الاجهزة الرقمية 

صح 

 كم عدد البتات )Bits )الالزمة لتمثيل كلمة » Digital»؟

7*8 = ٥٦

 حدد نوع الحاسب المناسب لكل مما يلي:

طالب في المرحلة المتوسطة

كمبيوتر شخصي 

شركة عدد موظفيها ال يتجاوز 20 موظفا

الحاسب الشخصي ويمكن استخدام خادم بحسب عدد الملفات التي تخزنها الشركة بشكل عام 

وزارة الداخلية

الحاسب المركزي

مراقبة درجة الحرارة في مبنى تجاري

حاسب التحكم 

اختبــــار

الوحدة األساسية لتمثيل البيانات الرقمية هي:

 أ- البايت ب- البت ج - الميجابايت د- الكيلوبايت

الكيلو بايت يساوي:

 أ- 1000 بايت ب- 2024 بايت ج - 1024 بايت د- 1014 بايت

64بت تساوي:

 أ- 8 بايت ب- 4 بايت ج - 7 بايت د- 2 بايت

64*0.125

العبارة التي تمثل معلومة هي: 

أ- 50 درجة ب- أرنب ج - أليف د- الأسد حيوان مفترس

 جميع ما يلي يعد من خصائص الحاسب ماعدا:

 أ- معالجة البيانات ب- تخزين البيانات ج - إدخال البيانات وإخراجها د- سرعة البيانات

يعد الحاسب المحمول شكال من أشكال الحاسب: 

أ- المركزي ب- الشخصي ج - محطة العمل د- الخادم

من األمثلة على حاسب التحكم:

 أ- جهاز البلاي ستيشن سوني ب- الطيار الآلي الموجود في الطائرات ج - الهاتف الجوال د- الحاسب المكتبي

الترتيب التصاعدي الصحيح ألنواع الحاسبات التالية حسب قدرتها على المعالجة والتخزين هو

: أ- حاسب شخصي، حاسب تحكم، حاسب خادم، حاسب مركزي 

ب- حاسب تحكم، حاسب شخصي، حاسب خادم، حاسب مركزي 

ج- حاسب تحكم، حاسب شخصي، حاسب مركزي، حاسب خادم 

د- حاسب خادم، حاسب شخصي، حاسب تحكم، حاسب مركزي