حاسوب

الحاسوب أوالكمبيوتر computer، هوجهاز يمكنه استقبال البيانات ومعالجتها إلى معلومات ذات قيمة يخزنها في وسائط تخزين مختلفة، وفي الغالبقد يكون قادراً على تبادل هذه النَتَائِج والمعلومات مع أجهزة أخرى متوافقة. وتستطيع أسرع الحواسيب في يومنا هذا القيام بمئات بلايين العمليات الحسابية والمنطقية في ثوانٍ قليلة. وتشغل الحواسيب برمجيات خاصة تسمى أنظمة التشغيل، فمن دونهاقد يكون الحاسوب بترة جامدة، وتبين أنظمة التشغيل للحاسوب كيفية تطبيق المهام كما أنها في الغالب توفر بيئة للمبرمجين ليطوروا عليه تطبيقاتهم. إذا هذا التعريف يبين الخطأ الشائع بين الناس من حتى الحواسيب فقط هي تلك التي تعمل تحت بيئة ويندوز، وماكنتوش، ولينكس.

تنقسم مكونات الحاسوب إلى قسمين رئيسيين: العتاد والبرمجيات المشغلة له. وينقسم العتاد الصلب للحاسوب إلى خمس تصنيفات رئيسة: أجهزة الإدخال، والمعالجة، وأجهزة الإخراج، ووسائط التخزين، وأجهزة الاتصال. في حين تنقسم البرمجيات الحاسوبية إلى: أنظمة التشغيل، والتَطْبيقات.

تتعدد أنواع الحواسيب من حيث طريقة عملها وحجمها بالإضافة إلى سرعتها، فأوائل الحواسيب الإلكترونية كانت بحجم غرفة كبيرة وتستهلك طاقة مماثلة لما يستهلكه بضعة مئات من الحواسيب الشخصيّة اليوم. كما حتى السنوات الأخيرة شهدت انخفاضاً في تكاليف صناعة البنية الصلبة إلى الحد الذي أصبحت معه الحواسيب الشخصية سلعة منتشرة بشكل كبير. ولقد توسعت تطبيقات الحواسيب في مختلف المجالات والأجهزة في وقتنا الحالي، فصنعت الساعة الذكية، وطبقت أنظمة الملاحة الإلكترونية بشكل واسع عن طريق نظام التموضع العالمي وأصبحت برامجه وأجهزته في متناول الجميع، كما حتى كثيرًا من رجال الأعمال يهتمون بتطبيقها في أعمالهم التجارية لتقليل الأيدي العاملة وتخفيض تكلفة الإنتاج. وينظر المجتمع إلى الحاسوب الشخصي - ونظيره المتنقل؛ الحاسوب المحمول - على أنهما رمزي عصر المعلومات؛ فهما ما يفكر به معظم الناس عند الحديث عن الحاسوب. ومع هذا فأكثر أشكال الحاسوب استخدامًا اليوم هي الحواسيب المضمّنة وهي الحواسيب المضمنة في أجهزة صغيرة وبسيطة تستخدم عادة للتحكم في أجهزة أخرى، عملى سبيل المثال تقدر حتى تجدها في آلات تتراوح من الطائرات المقاتلة، والروبوت، وآلات التصوير الرقمية إلى لعب الأطفال، وأجهزة الحاكوم.

لا يمكن القول بأن الحاسوب هواختراع بحد ذاته، لأنه كان نتاج الكثير من الابتكارات الفهمية والتطبيقات الرياضية. الحواسيب متنوعة في الواقع، وطبقًا لفرض تشرش في آلة تورنغ فإن حاسوبًا له قدرة ذات حد منخفضقد يكون قادرًا على إنجاز المهام الخاصة بأي حاسوب آخر، بدءاً من المساعد الرقمي الشخصي إلى الحاسوب الفائق، طالما حتى الوقت وسعة الذاكرة ليست في الاعتبار. لذلك فإن التصميمات المتماثلة من الحاسوب من الممكن حتى تضبط من أجل مهام تتراوح بين معالجة حسابات موظفي الشركات والتحكم في المركبات الفضائية بدون طيار. وبسبب التطور التقني فإن الحواسيب الحديثة تكون بشكل جبري أكثر قدرة من تلك التي من الأجيال السابقة وهي ظاهرة موصوفة ومشروحة جزئيا بقانون مور.

التسمية

حاسوب مزود بمجهر وآلة حاسبة، 1952.

أطلق شارل باباج لفظة computer على الشخص الذي يدخل البيانات إلى الحاسوب، لكن فيما بعد أطلقت اللفظة على الآلة نفسها. عربت هذه اللفظة بحدثة حاسوب.

التاريخ

قبل القرن 20

The Ishango bone

The Chinese Suanpan (算盘) (the number represented on this abacus is 6,302,715,408)

The ancient Greek-designed Antikythera mechanism, dating between 150 and 100 BC, is the world's oldest analog computer.

تاريخ تطور عتاد الحاسوب هوسجل مستمر من الإتجاه نحوجعل الحواسب أسرع وأرخص وقادرة على تخزين بيانات أكثر. قبل وجود الحاسوب متعدد الأغراض كان الإنسان يقوم بمعظم العمليات الحسابية بنفسه، إلى حتى ظهرت الآلةالحاسبة لتساعد في العمليات الحسابية. ولا زالت الآلات الحاسبة تتطور، إلا حتى الحاسوب فيه ميزة إضافية عنها وهي أنه متعدد الإستعمالات، وليس فقط لحساب الأرقام. ولقد مر عتاد الحاسوب بتطورات كبيرة منذ الأربعينات، حتى أصبح أساساً لكثير من الاستخدامات الأخرى غير الحساب كالأتمتة والإتصالات والتحكم والتعليم.

توجد أمثلة على أجهزة الحساب البدائية والتي تمثل الأسلاف الأوائل للحاسوب، منها المعداد وآلية أنتيكيثيرا وهوجهاز يوناني قديم كان يستخدم لحساب حركات الكواكب والتأريخ منذ سنة 87 ق.م. تقريباً. شهدت نهاية العصور الوسطى نشاطاً أوروبياً في فهمي الرياضيات والهندسة وكان ويلهلم شيكارد الأول من عدد من الفهماء الأوروبيين الذي أنشئ آلة حاسبة ميكانيكية. دُون المعداد على أنه حاسوب بدائي وذلك لأنه كان يشبه الآلة الحاسبة في الماضي. وفي عام 1801 قام جوزيف ماري جاكار بعمل تحسين للأشكال النولية الموجودة والتي تستخدم مجموعة متتالية من البطاقات الورقية المثقوبة وكأنها برنامج لنسج أشكال معقدة. والنتيجة كانت حتى نول جاكوارد لم يتم إعتباره حاسوبًا حقيقيًا ولكنه كان خطوة هامة في تطوير الحواسيب الرقمية الحديثة. كان تشارلز باباج أول من فكر وصمم حاسوبًا مبرمجًا بالكامل وذلك في بداية عام 1820 ولكن بسبب مجموعة من الحدود التقنية في ذلك الوقت والمحدودية المالية، إضافة إلى عدم القدرة على حل معضلة الإصلاح غير الجيد في تصميمه فإن الجهاز لم يتم بناءه عملياً في حياته. ظهرت عدد من التقنيات التي أثبتت فائدتها لاحقًا في الحوسبة، مثل البطاقة المثقوبة وأنبوب الصمام بنهاية القرن التاسع عشر، ومعالجة البيانات أوتوماتيكياً ذات التدرج الكبير بإستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت بإستخدام آلات جدولة والتي صممها هيرمان هولليريث

إن نجاح الحواسيب القوية والمريحة بدأ في الثلاثينيات والأربعينات من القرن العشرين، وأضيفت بالتدريج المميزات الرئيسية في الحواسيب الحديثة مثل استخدام الإليكترونيات الرقمية (أخترع معظمها كلود شانون عام 1937) والقدرة على البرمجة بطريقة أكثر سلاسة. إذا تحديد نقطة واحدة خلال هذا المشوار على أنها "أول حاسوب اليكتروني رقمي" أمر قاسي جدا.

A slide rule

من الإنجازات الأساسية، حاسوب أتانوس بيري Atanasoff-Berry 1937، وهي آلة ذات غرض مخصص والتي كانت تستخدم الحوسبة المقادة بالصمامات (أنبوب الصمام) والأرقام الثنائية والذاكرة المجددة. حاسب كولوسوس Colossus البريطاني السري (1944) والذي كان يملك قدرة محدودة على البرمجة ولكنه قدم جهازًا يستخدم الآلاف من الصمامات من الممكن حتىقد يكون موثوقا وإعادة برمجته إلكترونيا.هارفرد مارك الأول Harvard Mark I 1944 حاسوب إلكتروميكانيكي ذوتدرج كبير ولديه قدرة محدودة على البرمجة.

الحاسوب الأمريكي المبني على نظام العد العشري (1946-إينياك) وكان أول حاسوب إلكتروني ذوأغراض عامة ولكن في الأساس فإن بنيته غير سلسة مما يعني حتى إعادة برمجته أساسا تتطلب إعادة توصيله. وآلات زي Z الخاصة بـ كونراد سوزه ، مع الإليكتروميكانيكي Z3)1941)قد يكون أول آلة عاملة تقدم ميزة الحساب الأوتوماتيكي للأرقام الثنائية والقدرة على البرمجة بطريقة عملية وملائمة.

إن فريق العمل الذي قام بتطوير إينياك ENIAC استوعب عيوب جهازه واتى بتصميم أكثر مرونة وروعة والذي صار يعهد ببنية فون نويمان (أو"بنية البرنامج المخزن"). أصبحت بنية البرنامج المخزن إفتراضيا القاعدة لكل الحواسيب الحديثة. بدأ عدد من المشاريع لتطوير حاسوب يعتمد على بنية البرنامج المخزن في منتصف إلى آخر الأربعينات من القرن العشرين. إذا أول حاسوب من هولاء تم الإنتهاء منه في بريطانيا. أول هؤلاء الذي يعتبر أفضل وعامل كان ما يعهد بالآلة المصغرة التجريبية (Small-Scale Experimental Machine) ولكن EDSAC من الممكن كان أول نسخة عملية تم تطويرها.

إن تصميمات الحاسوب المقاد بأنبوب الصمام أصبحت قيد الاستخدام خلال الخمسينات من القرن العشرين، ولكن مع الوقت تم إستبدالها بالحواسيب الترانزستورية حيث أنها أصغر وأسرع وأرخص وأكثر موثوقية، جميع ذلك أعطى لها حتى يتم إنتاجها على المستوى التجاري وذلك في الستينات من القرن العشرين. في سبعينات القرن العشرين، ساعد إختيار تكنولوجيا الدائرة المتكاملة في إنتاج الحواسيب بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للأفراد بإمتلاك حاسوب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا...

أول جهاز حاسوب

A portion of Babbage's Difference engine.

الحواسيب التماثلية

Sir William Thomson's third tide-predicting machine design, 1879–81

الحواسيب الرقمية

الحواسيب الكهروميكانيكية

Replica of Zuse's Z3, the first fully automatic, digital (electromechanical) computer.

الأنابيب المفرغة والدوائر الإلكترونية الرقمية

Colossus was the first electronic digital programmable computing device, and was used to break German ciphers during World War II.

ENIAC was the first electronic, Turing-complete device, and performed ballistics trajectory calculations for the United States Army.

الحواسيب الحديثة

بعد فترة وجيزة من تطوير الحاسوب، تم اكتشاف حتى هناك مهام معينة تكون مطلوبة في برامج مختلفة؛ إذا مثالا قديما على ذلك كان حساب بعض الدوال الرياضية الأساسية. ومن أجل الفعالية، فقد تم جمع نسخ نموذجية من تلك الدوال ووضعها في مخطات تكون متاحة لمن يحتاجها. إذا مجموعة المهام الشائعة بعض الشئ والتي تتعلق بمعالجة كتل البيانات الخاصة "بالتحدث" إلى أجهزة الإدخال والإخراج المتنوعة، ولذلك تم تطوير مخطات لها سريعا.

بانتهاء الستينات من القرن العشرين، ومع الاستخدام الصناعي الواسع للحاسوب في الكثير من الأغراض، أصبح من الشائع استخدامه لإنجاز الكثير من الوظائف في المؤسسات. بعد ذلك بفترة وجيزة أصبح متاحا وجود برامج خاصة لتوقيت وتطبيق تلك المهام الكثيرة. إذا مجموع جميع من إدارة "الأجزاء الصلبة" وتوقيت المهام أصبح معروفا باسم نظام التشغيل؛ من الأمثلة القديمة على هذا النوع من أنظمة التشغيل القديمة كان OS/360 الخاص بـ IBM.

إن التطوير الرئيسي التالي في أنظمة التشغيل كان timesharing - وفكرته تعتمد على حتى عددا من المستخدمين بإمكانهم استخدام الآلة في وقت واحد وذلك عن طريق الاحتفاظ بكل برامجهم في الذاكرة وتطبيق برنامج جميع مستخدم لمدة قصيرة وبذلك يصبح وكأن جميع مستخدم يملك جميع منهم حاسوبًا خاصًا به. إذا مثل هذا التطوير يحتاج من نظام التشغيل بأن يقدم لكل برامج المستخدمين "آلة تخيلية" وذلك لمنع برنامج المستخدم الواحد من التداخل مع البرامج الأخرى (بالصدفة أوالتصميم). إذا مدى الأجهزة التي يجب حتى تتعامل معها نظم التشغيل قد تمدد؛ من الأمثلة الملاحظة كان القرص الصلب؛ إذا فكرة الملفات الفردية والترتيب البنائي المنظم للادلة "directories" (حاليا يطلق عليها في الغالب مجلدات "folder") قد سهلت وبشكل كبير استخدام هذه الأجهزة للتخزين الدائم. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المخطية office suite وهي تعبير عن برامج ذات صفات مشهجرة لأداء مهام المخط الشائعة. إذا متحكمات الوصول الآمن سمحت لمستخدمي الحاسوب بالوصول فقط إلى الملفات والأدلة والبرامج التي لديهم تصريح باستخدامها كانت أيضًا شائعة.

ربما تكون آخر إضافة لنظام التشغيل كانت تعبير عن أدوات تزود المستخدم بقابلة مستخدم رسومية معيارية. بينما كانت هناك بعض الأسباب التقنية لضرورة ربط قابلة المستخدم الرسومية (GUI) مع باقي أجزاء نظام التشغيل، فقد جاز ذلك لبائع نظام التشغيل بجعل جميع البرامج الموجهة لنظام تشغيله تمتلك نفس القابلة.

خارج هذه المهام الداخلية "core"، فإن نظام التشغيل غالبًا ماقد يكون مزودًا بمجموعة من الأدوات الأخرى، بعض منها من الممكن يملك اتصالًا ضئيلًا بهذه المهام الداخلية الأصلية ولكن عثر أنها مفيدة لعدد كافي من المستهلكين مما جعل المنتجين بضيفونها، عملى سبيل المثال ماك أو.إس عشرة يقدم مع تطبيق لتحرير الصوت والصورة الرقمي.

نظم تشغيل الحواسيب الأصغر من الممكن لا تقدم جميع هذه المهام. نظم التشغيل للمايكروكمبيوتر القديم ذي الذاكرة وقدرات المعالجة المحدودتين كانت لا تقدم جميع المهام، والحواسيب المدمجة دائما إما تملك نظم تشغيل متخصصة أولا تملك نظام تشغيل بالكلية، مع برامجه التطبيقية المتخصصة والتي تؤدي المهام التي من الممكن حتى تعود بطريقة أخرى إلى نظام التشغيل.

مفهوم الحاسوب الحديث

البرامج المخزنة

A section of the Manchester Small-Scale Experimental Machine, the first stored-program computer.

الترانزستورات

A bipolar junction transistor

ففي عام 1942 قام هبرت مارتن بعمل بتجربة باستخدام الصمام الثنائي Diode أثناء العمل على لاقط بنظام رادار دوبلر وهذه الوصلة الثنائية المزدوجة مكونة من اثنين من الوصلات الثنائية ووصلات معدنية على قاعدة من شبه الموصل ولكنه اكتشف عدد من الظواهر التي لم يتمكن من تفسيرها عن طريق الوصلتين المنفصلتين واستتبع هذا ظهور الفكرة الأساسية لمقحل التوصيل.

في عام 1947 قام جون باردين ووالتر براتين في معامل إيه تي أند ديفي الولايات المتحدة الأمريكية بملاحظة انه عند توصيل مصدر كهربي على بلورة من الجرمانيوم ان الطاقة الناتجة أكبر من طاقة المصدر الكهربي الداخلة وقد قام وليام شوكلي بفهم السبب في ذلك وعلى مدار شهور قليلة عملوا على التوسع الكبير لعلوم أشباه الموصلات وقد اتى اسم الترانزستور من الحدثة الإنجليزية "Transfer resistor" التي تعني ناقل المقاومة.

في الواقع فإن الترانزستور هوأبرز المكونات الإلكترونية الحديثة ويعتبر من أعظم الإختراعات في القرن العشرين ويستمد أهميته في حياة المجتمع من القدرة الفائقة على إنتاجه باستخدام عمليات تلقائية إليه "عمليات تصنيع أشباه الموصلات"مما يجعل إنتاجه قليل التكلفة.

وعلى الرغم من حتى الكثير من الشركات تنتج سنويا ما يزيد عن المليار من المقاحل المنفصلة إلا حتى الغالبية العظمى من المقاحل التي تنتج تكون في الدوائر المتكاملة "Integrated circuit" والتي تختصر إلى "IC" وتحتوى هذه الدوائر المتكاملة على الكثير من المقاحل والوصلات الثنائية والمقاومات والمكثفات والمكونات الإلكترونية الأخرى والتي تمثل دائرة إلكترونية كاملة تقوم بعمل وظيفة معينة وهناك أيضا البوابات المنطقية (Logic gates) والتي تتكون من عدد من المقاحل والتي قد تصل إلى العشرين لعمل بوابة منطقية واحدة وفي المعالجات الدقيقة "معالج دقيق" المتقدمة وصل عدد المقاحل إلى ثلاثة مليار في شريحة واحدة في عام 2011 حيث كان قد وصل إلى 60 مليون في الشريحة في عام 2002 ومن أبرز مميزات المقحل التكلفة الضئيلة المرونة في الاستخدام والثبات مما جعله واسع الاستخدام والانتشار وقد دخلت المقاحل في دوائر التحكم الميكانيكية وحلت محل الأدوات الميكانيكية التي كانت تستخدم في ذلك ويمكن أيضا استخدام متحكم دقيق "متحكم دقيق" في كتابة برنامج صغير لأداء وظيفة التحكم المطلوبة والمكافئة للمهمة التي يقوم بها التصميم الميكانيكي.

الدوائر المدمجة

الحواسيب المحمولة

الأنواع

حسب الاستخدام

حاسوب تماثلي
حاسوب رقمي
حاسوب هجين

حسب الحجم

هاتف ذكي
حاسوب دقيق
محطة عمل
حاسوب شخصي: وهي الحواسيب التي نراها في المنازل والممحرر. ويستعمل مصطلح الحاسوب بشكل عام في الإشارة إلى الحواسيب الشخصية.
حاسوب محمول
حاسوب كفي: وهي أجهزة صغيرة لا يتجاوز حجمها كف اليد، تستخدم في إجراء بعض المهام الحاسوبية البسيطة كحفظ البيانات الضرورية والمواعيد، وقد توسع استخدامها مؤخراً حتى أصبحت تضاهي باستخداماتها الحواسيب الأخرى، حيث تستخدم بعضها في الدخول إلى الانترنت أوالاستدلال في الطرق من خلال أنظمة الإبحار.
حاسوب الإطار الرئيسي: وهي الحواسيب ذات السعات التخزينية الضخمة والكفاءة العالية في المعالجة والتي تستخدم في المنشآت الكبيرة كالدوائر الحكومية والجامعات والشركات الكبرى، حيث يتم ربط الجهاز الرئيسي بمجموعة من الأجهزة الفرعية تسمى نهايات طرفية.
حاسوب فائق
حاسوب مدمج: وهي الحواسيب الموجودة في الكثير من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، إذ حتى الكثير من الأجهزة تحتوي حواسيب لأغراض خاصة. فمثلاً توجد الحواسيب في الهواتف السيارات وأجهزة الصوت والصورة والطائرات وغيرها.

كيف يعمل الحاسوب

بينما تغيرت التقنيات المستخدمة في الحواسيب بصورة مثيرة منذ ظهور أوائل الحواسيب الإليكترونية متعددة الأغراض من أربعينات القرن العشرين ، ما زال معظمها يستخدم بنية البرنامج المخزن (يطلق عليها في بعض الأحيان بنية von Neumann). استطاع التصميم جعل الحاسوب العالمي حقيقيًا جزئيًا.

تصف البنية حاسوبًا ذا أربع أقسام رئيسية: وحدة الحساب والمنطق [[Algorathim and Logic Unit)[[ALU) ودائرة التحكم والذاكرة وأجهزة الإدخال والإخراج (يعبر عنها بمصطلح Input /output I/O). هذه الأجزاء تتصل ببعضها عن طريق حزم من الاسلاك (تسمى "النواقل" BUSعندما تكون نفس الحزمة تدعم أكثر من مسار بيانات) وتكون في العادة مساقة بمؤقت أوساعة (مع حتى الأحداث الأخرى تستطيع حتى تقود دائرة التحكم).

فكريا، من الممكن رؤية ذاكرة الحاسوب كأنها قائمة من الخلايا. جميع خلية لها عنوان مرقم وتستطيع الخلية تخزين كمية قليلة وثابتة من المعلومات. هذه المعلومات من الممكن حتى تكون إما تعليمة (أمر) والتي تخبر الحاسب بما يجب حتى يعمله وإما حتى تكون بيانات وهي المعلومات التي يقوم الحاسب بمعالجتها باستخدام الأوامر التي تم وضعها على الذاكرة. عموما، يمكن استعمال أي خلية لتخزين إما أوامر أوبيانات.

إن وحدة الحساب والمنطق بالكثير من المعانى هي قلب الحاسوب. إنها قادرة على تطبيق نوعين من العمليات الأساسية. الأولى هي العمليات الحسابية، جمع أوطرح رقمين سويا. إذا مجموعة العمليات الحسابية قد تكون محدودة جدا، في الواقع، بعض التصميمات لا تدعم عمليتي الضرب والقسمة بطريقة مباشرة (عوضا عن الدعم المباشر، يستطيع المستخدمون دعم عمليتي الضرب والقسمة وذلك من خلال برامج تقوم بمعالجات متعددة للجمع والطرح والأرقام الأخرى). القسم الثاني من عمليات وحدة الحساب والمنطق هي عمليات المقارنة: بإدخال رقمين، تقوم هذه الوحدة بالتحقق من تساوي أوعدم تساوي الرقمين وتحديد أي الرقمين هوالأكبر.

إن أنظمة الإدخال والإخراج هي الوسائل التي تجعل الحاسوب يستقبل المعلومات من العالم الخارجي ويخرج النتائج إلى العالم. في الحاسوب الشخصي العادي تتضمن أجهزة الإدخال مكونات مثل لوحة المفاتيح والفأرة وتتضمن أجهزة الإخراج الشاشات والطابعات وما يشابهها، ولكن من الممكن توصيل مجموعة ضخمة ومتنوعة من الأجهزة إلى الحاسوب وتعمل كأجهزة إدخال وإخراج.

إن نظام التشغيل يجمع جميع ذلك. إذا وظيفته هي قراءة الأوامر والبيانات من الذاكرة أومن أجهزة الإدخال والإخراج، وكذلك فك شفرة الأوامر، تغذي وحدة الحساب والمنطق بالمدخلات السليمة طبقا للأوامر، تخبر وحدة الحساب والمنطق بالعملية الواجب تطبيقها على تلك المدخلات وتعيد إرسال النتائج إلى الذاكرة أوإلى أجهزة الإدخال والإخراج. يعتبر العداد من المكونات الرئيسية في نظام التحكم والذي يقوم بمتابعة عنوان الأمر الحالي، في العادة تزداد قيمة العنوان في جميع مرة يتم فيها تطبيق الأمر إلا إذا أشار الأمر نفسه إلى حتى الأمر التالي يجب حتىقد يكون في عنوان آخر (ذلك يسمح للحاسوب بتطبيق نفس الأوامر بطريقة متكررة).

بدءا من ثمانينات القرن العشرين، صار جميع من وحدة الحساب والمنطق ووحدة التحكم (يسميان مجتمعان بوحدة المعالجة المركزية)( CPU)في المعتاد موجودين في دائرة متكاملة واحدة تسمى المعالج الدقيق (المايكروبروسيسور).

إن آلية عمل أي حاسوب في الأساس تكون واضحة تمامًا. في المعتاد، في جميع دورة زمنية يقوم الحاسوب بجلب الأوامر والبيانات من الذاكرة الخاصة به. يتم تطبيق الأوامر، يتم تخزين النتائج، ثم يتم جلب الأمر التالي. هذا الإجراء يتكرر حتى تتم لقاءة أمر التوقف.

إن الأوامر التي تقوم وحدة التحكم بتفسيرها وتقوم وحدة الحساب والمنطق بتطبيقهاقد يكون عددها محدود، ومحددة بدقة وتكون عمليات بسيطة جدا. بصفة عامة، فإنها تندرج ضمن واحد أوأكثر من أربعة أقسام:

نقل بيانات من مكان لاخر (مثال على ذلك أمر "يخبر" وحدة المعالجة المركزية حتى "تنسخ محتويات الخليةخمسة من الذاكرة ووضع النسخة في الخلية 10")
تطبيق العمليات الحسابية والمنطقية على بيانات (على سبيل المثال "قم باضافة محتويات الخليةسبعة إلى محتويات الخلية 13 وضع الناتج في الخلية 20")
اختبار حالة البيانات ("لوحتى محتويات الخلية 999 هي 0 فإن الأمر التاليقد يكون موجود في الخلية 30")
تغيير تسلسل العمليات (يغير المثال السابق تسلسل العمليات ولكن الاوامر مثل "الامر التالي يوجد في الخلية 100" تكون أيضا قياسية).

إن الأوامر تكون ممثلة مثل البيانات في صورة شفرة ثنائية (نظام للعد قاعدته الرقم 2). على سبيل المثال، الشفرة لنوع من أنواع عملية "نسخ" في المعالجات الدقيقة من نوع Intel x86 هي 10110000. إذا الأمر الجزئيقد يكون معدًا بحيث حتى حاسوبًا معينًا يدعم ما يعهد بلغة الآلة. إذا استخدام لغة الآلة سابقة التبسيط جعلها أكثر سهولة لتشغيل برامج موجودة على آلة جديدة: وهكذا في الأسواق حيثما تكون أتاحة البرامج التجارية أمرا ضروريا فإن المزودين يتفقون على واحد أوعدد صغير جدا من لغات الآلة البارزة.

إن الحواسيب الأكبر مثل (الخادوم) تختلف عن الأنواع السابقة في أمر هام هوحتى بدلا من وجود وحدة معالجة مركزية واحدة فإنه في الغالب يوجد أكثر من وحدة. غالبا ما تمتلك هذه الحواسيب بنيات غير عادية بدرجة كبيرة وهذه البنيات مختلفة بشكل ملحوظ عن بنية البرنامج المخزن الأساسية وفي بعض الأحيان تحتوي على الآلاف من وحدة المعالجة المركزية، ولكن مثل هذه التصميمات تصبح ذات فائدة فقط لأغراض متخصصة.

العتاد

مكونات الحاسوب:

الشاشة (Monitor)
اللوحة الام (Motherboard)
وحدة المعالجة المركزية (CPU)
الذاكرة الرئيسية (RAM)
ربط العناصر الجانبية (PCI)
مولد الطاقة (Power)
قارىء القرص المضغوط (CD)
القرص الصلب (Hard Disk)
فأرة (mouse)
لوحة المفاتيح (Keyboard)

يقصد بمكونات الحاسوب المكونات الصلبة أوالعتاد فقط. من الممكن القول حتى أي نظام حاسوبي يحتوي على الأجزاء التالية بأشكاله المتنوعة:

وحدة المعالجة المركزية -ويطلق عليه اختصارًا "المعالج"- وهوالمسئول عن معالجة العمليات الحسابية وتطبيقها.

تاريخ عتاد الحاسوب

الجيل الأول (آلي/إلكتروميكانيكي)	الآلات الحاسبة	حاسبة پاسكال, Arithmometer, Difference engine, آلات كيڤيدوالتحليلية
الجيل الأول (آلي/إلكتروميكانيكي)	أجهزة مبرمجة	Jacquard loom, محرك تحليلي, IBM ASCC/Harvard Mark I, Harvard Mark II, IBM SSEC, Z1, Z2, Z3
الجيل الثاني (الأنابيب المفرغة)	الآلات الحاسبة	Atanasoff–Berry Computer, IBM 604, UNIVAC 60, UNIVAC 120
الجيل الثاني (الأنابيب المفرغة)	أجهزة قابلة للبرمجة	Colossus, ENIAC, Manchester Small-Scale Experimental Machine, EDSAC, Manchester Mark 1, Ferranti Pegasus, Ferranti Mercury, CSIRAC, EDVAC, UNIVAC I, IBM 701, IBM 702, IBM 650, Z22
الجيل الثالث (الترانزستورات المنفصلة وSSI, MSI, LSI الدوائر المدمجة)	الإطارات الرئيسية	IBM 7090, IBM 7080, IBM System/360, BUNCH
	الحواسيب الكفية	HP 2116A, IBM System/32, IBM System/36, LINC, PDP-8, PDP-11
	حاسوب مخطي	Programma 101, HP 9100
الجيل الرابع (VLSI integrated circuits)	Minicomputer	VAX, IBM System i
	4-bit microcomputer	Intel 4004, Intel 4040
	8-bit microcomputer	Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, Motorola 6809, MOS Technology 6502, Zilog Z80
	16-bit microcomputer	Intel 8088, Zilog Z8000, WDC 65816/65802
	32-bit microcomputer	Intel 80386, Pentium, Motorola 68000, ARM
	64-bit microcomputer	Alpha, MIPS, PA-RISC, PowerPC, SPARC, x86-64, ARMv8-A
	Embedded computer	Intel 8048, Intel 8051
	حاسوب شخصي	حاسوب مخطي, حاسوب منزلي، حاسوب محمول، Personal digital assistant (PDA), Tablet PC, Wearable computer
نظرية/تجريبية	Quantum computer, حاسوب كيميائي, DNA computing, حاسوب بصري, Spintronics-based computer

أنواع أخرى من العتاد

Peripheral أجهزة (إدخال/إخراج)	الإدخال	فأرة، لوحة المفاتيح، joystick، ماسح ضوئي، كاميرا الويب، graphics tablet، مكبر الصوت
	إخراج	شاشة، طابعة، مكبر الصوت
	كلاهما	Floppy disk drive, hard disk drive, optical disc drive, teleprinter
Computer buses	Short range	RS-232, SCSI, PCI, USB
Computer buses	Long range (computer networking)	Ethernet, ATM, FDDI

أجهزة الإدخال

أجهزة الإدخال/الإخراج I/O، هومصطلح عام يطلق على الأجهزة التي ترسل المعلومات من العالم الخارجي وتلك التي تعيد نتائج الحسابات. هذه النتائج يمكن إما حتى تظهر مباشرة للمستخدم أوحتى يتم إرسالها إلى آلة أخرى والتيقد يكون تحكمها مخصص للحاسب. على سبيل المثال في الروبوتقد يكون جهاز الإخراج الرئيسي لتحكم الحاسوب هوالانسآلة ذاتها.

إن الجيل الأول من الحواسيب كان مجهزا بمدى محدود جدا من أجهزة الإدخال. إذا قارئ الكروت المثقبة أوالاشياء المماثلة كانت تستخدم لإدخال الأوامر والبيانات في ذاكرة الحاسوب، وكذلك استخدم بعض أنواع الطابعات وهوفي العادة تعبير عن teletype معدل لتسجيل النتائج. وعلى مر السنين، أجهزة أخرى تمت إضافتها. بالنسبة إلى الحاسبات الشخصية على سبيل المثال، فان لوحة المفاتيح والفأرة هما الطريقتين الرئيسيتين المستخدمتين لإدخال المعلومات مباشرة إلى الحاسب، والشاشة هي الطريقة الرئيسية لإعادة إظهار المعلومات للمستخدم وذلك بالرغم من حتى الطابعات والسماعات منتشرة أيضا. يوجد تشكيلة ضخمة من أجهزة الإدخال الأخرى لإدخال أنواع أخرى من المدخلات. مثال على ذلك هوالكاميرا الرقمية حيث تستخدم لإدخال معلومات مرئية. يوجد نوعين بارزين من أجهزة الإدخال والإخراج. النوع الأول هوأجهزة التخزين الثانوية مثل الأقراص الصلبة (hard disks) ووحدات الأسطوانات (CD-ROM) وkey drives وما يماثلها والتي تتميز بالبطء نسبيا ولكنها ذات سعات تخزينية عالية، حيث يمكن تخزين المعلومات لاستعادتها لاحقا: النوع الثاني هي الأجهزة المستخدمة للاتصال بشبكات الحاسب. إذا القدرة على نقل البيانات بين الحاسبات فتح مدي واسع من القدرات للحاسب. شبكة الانترنت العالمية تسمح لملايين الحاسبات بنقل المعلومات من جميع الأنواع بينها وبعضها.

أجهزة الإدخال في الحاسوب هي:

لوحة مفاتيح الحاسوب
كاميرا رقمية
ڤيديورقمي
Graphics tablet
ماسح ضوئي
Joystick
مكبر الصوت
فأرة
Overlay keyboard
Real-time clock
Trackball
Touchscreen

أجهزة الإخراج

شاشة الحاسوب
الطابعة
PC speaker
Projector
بطاقة الصوت
بطاقة الڤيديو

وحدة التحكم

Diagram showing how a particular MIPS architecture instruction would be decoded by the control system

وحدة المعالجة المركزية

وحدة الحساب والمنطق

الذاكرة

Magnetic core memory was the computer memory of choice throughout the 1960s, until it was replaced by semiconductor memory.

الإدخال/الإخراج

Hard disk drives are common storage devices used with computers.

المهام المتعددة

المعالجة المتعددة

Cray designed many supercomputers that used multiprocessing heavily.

البرمجيات

إن برامج الحاسوب ببساطة هي تعبير عن قائمة من الأوامر ينفذها الحاسوب، وتتراوح هذه الأوامر (التعليمات) بين بعض الأوامر القليلة التي تؤدي مهمة بسيطة إلى قائمة أوامر أكثر تعقيدًا والتي من الممكن حتى تحتوي جداول من البيانات. الكثير من برامج الحاسوب تحتوي الملايين من الأوامر والكثير من هذه الأوامر يتم تطبيقها بصورة متكررة. إذا الحاسوب الشخصي الحديث النموذجي يمكنه تطبيق حوالي ثلاثة مليار أمر في الثانية. إذا الحواسيب لم تكتسب قدراتها غير العادية من خلال قدرتها على تطبيق الأوامر المعقدة. ولكن بالأحرى فإنها تقوم بالملايين من الأوامر المرتبة عن طريق أشخاص يعهدون بالمبرمجين.

عادة، فإن المبرمجين لا يخطون الأوامر إلى الحاسوب مباشرة بلغة الآلة.إن البرمجة بهذه اللغة عملية مملة وصعبة جدًا وتميل للخطأ بصورة كبيرة مما يجعل المبرمجين غير قادرين على الإنتاج بصورة كبيرة. وعوضا عن ذلك، يقوم المبرمجون بوصف العملية المرادة في لغة برمجة "عالية المستوى" مثل لغة باسكالPascal language أولغة سي c languageاولغات خاصة بتطبيقات الانترنت مثل جافا java والتي يتم ترجمتها أوتوماتيكيا بعد ذلك إلى لغة الآلة عن طريق برامج حاسوب مخصصة (مفسرات ومصرفات) يدعى بالانجليزية كومبايلر compiler. بعض لغات البرمجة ترسم خريطة قريبة جدًا من لغة الآلة مثل لغة التجميع[[Assembly (لغات برمجة منخفضة المستوى): وعلى الجانب الآخر فإن لغات البرمجة مثل البرولوج Prolog مبنية على قواعد مجردة ومفصولة عن تفصيلات العملية الحقيقية للآلة (لغات برمجة عالية المستوى). إذا اللغة المختارة لمهمة جزئية تعتمد على طبيعة هذه المهمة والمهارة التي يمتلكها المبرمجون وتوافر الأدوات وعادة احتياجات المستهلكين (على سبيل المثال، فإن المشاريع الخاصة بالاستخدامات الحربية الأمريكية في الغالب يجب حتى تكون مبرمجة بلغة Ada).

إن Computer software (الأجزاء غير الملموسة بالحاسوب) هومصطلح بديل لبرامج الحاسوب (computer programs): إنها تعبير أكثر شمولية وتحتوي جميع المواد الهامة المصاحبة للبرنامج والتي يحتاجها لأداء المهام المهمة على سبيل المثال فإن لعبة الصوت والصورة لا تحتوي فقط على البرنامج نفسه ولكن تحتوي أيضا على بيانات تمثل الصور والاصوات والمواد الأخرى المطلوبة لعمل البيئة التخيلية للعبة. تطبيق الحاسوب هوبترة من برامج الحاسوب التي تقدم للعديد من المستخدمين غالبا في سوق تجزئة. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المخطية office suite وهي تعبير عن برامج ذات صفات مشهجرة لأداء مهام المخط الشائعة.

بالذهاب من القدرات شديدة البساطة الخاصة بأمر لغة آلة واحد إلى القدرات الضخمة للبرامج التطبيقية يعني حتى الكثير من برامج الحاسوب تكون كبيرةً جدًا ومعقدةً للغاية. من الأمثلة على ذلك: ويندوز إكس بي والذي يتكون من حوالي 40 مليون سطر من شفرة الحاسوب في لغة برمجة C++: يوجد الكثير من المشاريع التي تكون أكبر هدفا، يقوم بإنشائه فرق كبيرة من المبرمجين. إذا إدارة هذه المشاريع شديدة التعقيد هومفتاح إمكانية تطبيق هذه المشاريع: لغات البرمجة وتطبيقات البرمجة تسمح بتقسيم المهمة إلى مهام فرعية أصغر فأصغر حتى تصبح في قدرات مبرمج واحد وفي وقت مناسب.

إن عملية تطوير البرامج لا زالت بطيئة ولا يمكن التنبؤ بها وتميل للخطأ: إذا نظام هندسة البرامج حاولت وقد نجحت جزئيا في جعل العملية أكثر سرعة وإنتاجية وتحسين جودة المنتج النهائي.

نظام تشغيل /نظام برمجة	Unix and BSD	UNIX System V, IBM AIX, HP-UX, Solaris (SunOS), IRIX, List of BSD operating systems
	GNU/Linux	List of Linux distributions, Comparison of Linux distributions
	Microsoft Windows	Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, Windows ME, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, Windows 10
	DOS	86-DOS (QDOS), IBM PC DOS, MS-DOS, DR-DOS, FreeDOS
	Macintosh operating systems	Classic Mac OS, macOS (previously OS X and Mac OS X)
	Embedded and real-time	List of embedded operating systems
	Experimental	Amoeba, Oberon/Bluebottle, Planتسعة from Bell Labs
Library	Multimedia	DirectX, OpenGL, OpenAL, Vulkan (API)
Library	Programming library	C standard library, Standard Template Library
Data	Protocol	TCP/IP, Kermit, FTP, HTTP, SMTP
Data	File format	HTML, XML, JPEG, MPEG, PNG
User interface	Graphical user interface (WIMP)	Microsoft Windows, GNOME, KDE, QNX Photon, CDE, GEM, Aqua
User interface	Text-based user interface	Command-line interface, Text user interface
Application Software	Office suite	Word processing, Desktop publishing, Presentation program, Database management system, Scheduling & Time management, Spreadsheet, Accounting software
	Internet Access	Browser, Email client, Web server, Mail transfer agent, Instant messaging
	Design and manufacturing	Computer-aided design, Computer-aided manufacturing, Plant management, Robotic manufacturing, Supply chain management
	Graphics	Raster graphics editor, Vector graphics editor, 3D modeler, Animation editor, 3D computer graphics, Video editing, Image processing
	Audio	Digital audio editor, Audio playback, Mixing, Audio synthesis, Computer music
	Software engineering	Compiler, Assembler, Interpreter, Debugger, Text editor, Integrated development environment, Software performance analysis, Revision control, Software configuration management
	Educational	Edutainment, Educational game, Serious game, Flight simulator
	Games	Strategy, Arcade, Puzzle, Simulation, First-person shooter, Platform, Massively multiplayer, Interactive fiction
	Misc	Artificial intelligence, Antivirus software, Malware scanner, Installer/Package management systems, File manager

اللغات

**لغات البرمجة**
قوائم لغات البرمجة	خط زمني للغات البرمجة, قائمة لغات البرمجة حسب التصنيف, Generational list of programming languages, قائمة لغات البرمجة, Non-English-based programming languages
Commonly used assembly languages	ARM, MIPS, x86
Commonly used high-level programming languages	Ada, BASIC, C, C++, C#, COBOL, Fortran, PL/1, REXX, Java, Lisp, Pascal, Object Pascal
Commonly used scripting languages	Bourne script, JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl

برمجيات التطبيق

البرامج

عمارة البرنامج المخزن

Replica of the Small-Scale Experimental Machine (SSEM), the world's first stored-program computer, at the Museum of Science and Industry in Manchester, England

  begin:
  addi $8, $0, 0           # initialize sum to 0
  addi $9, $0, 1           # set first number to add = 1
  loop:
  slti $10, $9, 1000       # check if the number is less than 1000
  beq $10, $0, finish      # if odd number is greater than n then exit
  add $8, $8, $9           # update sum
  addi $9, $9, 1           # get next number
  j loop                   # repeat the summing process
  finish:
  add $2, $8, $0           # put sum in output register

رمز الآلة

A 1970s punched card containing one line from a Fortran program. The card reads: "Z(1) = Y + W(1)" and is labeled "PROJ039" for identification purposes.

لغات البرمجة

The actual first computer bug, a moth found trapped on a relay of the Harvard Mark II computer

البرامج الثابتة

الشبكات والإنترنت

Visualization of a portion of the routes on the Internet

حواسيب غير تقليدية

المستقبل

المهن والمنظمات

**مهن متعلقة بالحاسوب**
تخصصات	هندسة إلكترونيات، هندسة الحاسوب، هندسة الاتصالات، هندسة بصرية، هندسة نانوية
برمجيات متعلقة	فهم الحاسوب، هندسة الحاسوب، نشر مخطي، التفاعل بين الحاسوب والبشر، تكنولوجيا المعلومات، نظم المعلومات، علوم حاسوبية، هندسة البرمجيات، صناعة ألعاب الڤيديو، تصميم الوب

**المنظمات**
منظمات المعايير	ANSI, IEC, IEEE, IETF, ISO, W3C
جمعيات مهنية	ACM, AIS, IET, IFIP, BCS
Free/open source software groups	Free Software Foundation, Mozilla Foundation, Apache Software Foundation

انظر أيضاً

قائمة مصطلحات الحاسوب
أمن الحاسوب
تاريخ فهم الحاسوب
قائمة مصطلحات تقنيات الحاسوب
قوائمة الحواسيب الخيالية
قائمة رواد فهم الحاسوب
TOP500 (قائمة أقوى الحواسيب)
عتاد الحاسب
نظرية الحسوبية
صحيفة بيانات (حاسوب)
معلوماتية أوعلوم الحاسب
حوسبة
رقمي
تاريخ الحوسبة
قائمة مواضيع الحوسبة
حاسوب شخصي
معالجة الحدثات
برمجة الحاسب
حاسوب كمومي

المصادر

^ في 1964، استهلك إنياك تقديريا 174 كيلووات، في اللقاء فإن حاسوب شخصي متوسط قد يستهلك 400 وات؛ أقل بما يزيد عن 400 مرة،
^ techdict:Computer - ويكي عربايز
^ Most major 64-bit instruction set architectures are extensions of earlier designs. All of the architectures listed in this table, except for Alpha, existed in 32-bit forms before their 64-bit incarnations were introduced.

الهوامش

Fuegi, J.; Francis, J. (2003). "Lovelace & Babbage and the creation of the 1843 'notes'". IEEE Annals of the History of Computing. 25 (4). doi:10.1109/MAHC.2003.1253887.
Kempf, Karl (1961). "Historical Monograph: Electronic Computers Within the Ordnance Corps". Aberdeen Proving Ground (United States Army).
Phillips, Tony (2000). "The Antikythera Mechanism I". American Mathematical Society. Retrieved 5 April 2006.
Shannon, Claude Elwood (1940). "A symbolic analysis of relay and switching circuits". Massachusetts Institute of Technology. hdl:1721.1/11173.
Digital Equipment Corporation (1972). (PDF). Maynard, MA: Digital Equipment Corporation.
Verma, G.; Mielke, N. (1988). "Reliability performance of ETOX based flash memories". IEEE International Reliability Physics Symposium.
Swade, Doron D. (February 1993). "Redeeming Charles Babbage's Mechanical Computer". Scientific American. 268 (2): 89. JSTOR 24941379.
Meuer, Hans; Strohmaier, Erich; Simon, Horst; Dongarra, Jack (13 November 2006). "Architectures Share Over Time". TOP500. Archived from the original on 20 February 2007. Retrieved 27 November 2006.
Lavington, Simon (1998). A History of Manchester Computers (2 ed.). Swindon: The British Computer Society. ISBN .
Stokes, Jon (2007). Inside the Machine: An Illustrated Introduction to Microprocessors and Computer Architecture. San Francisco: No Starch Press. ISBN .
Zuse, Konrad (1993). The Computer – My life. Berlin: Pringler-Verlag. ISBN .
Felt, Dorr E. (1916). . Chicago: Washington Institute.
Ifrah, Georges (2001). The Universal History of Computing: From the Abacus to the Quantum Computer. New York: John Wiley & Sons. ISBN .
Berkeley, Edmund (1949). Giant Brains, or Machines That Think. John Wiley & Sons.
Cohen, Bernard (2000). Howard Aiken, Portrait of a computer pioneer. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN .
Ligonnière, Robert (1987). Préhistoire et Histoire des ordinateurs. Paris: Robert Laffont. ISBN .
Couffignal, Louis (1933). Les machines à calculer ; leurs principes, leur évolution. Paris: Gauthier-Villars.
Essinger, James (2004). Jacquard's Web, How a hand loom led to the birth of the information age. Oxford University Press. ISBN .
Hyman, Anthony (1985). Charles Babbage: Pioneer of the Computer. Princeton University Press. ISBN .
Cohen, Bernard (2000). Howard Aiken, Portrait of a computer pioneer. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press. ISBN .
Bowden, B. V. (1953). Faster than thought. New York, Toronto, London: Pitman publishing corporation.
Moseley, Maboth (1964). Irascible Genius, Charles Babbage, inventor. London: Hutchinson.
Collier, Bruce (1970). . Garland Publishing Inc. ISBN .
Randell, Brian (1982). "From Analytical Engine to Electronic Digital Computer: The Contributions of Ludgate, Torres, and Bush" (PDF). Archived from the original (PDF) on 21 September 2013. Retrieved 29 October 2013.