علم الحاسوب

الحاسوب هو آلة تتعامل مع البيانات وفقا لمجموعة من التعليمات -البرامج-.
تتعدد أنواع الحواسيب من حيث طريقة عملها وحجمها. أوائل الحواسيب الإلكترونية كانت في حجم غرفة كبيرة وتستهلك طاقة مماثلة لما يستهلكه بضعة مئات من الحواسيب الشخصيّة اليوم. ^[1] من الممكن اليوم صنع حواسيب داخل ساعة يد تأخذ طاقتها من بطارية الساعة. ينظر المجتمع إلى الحاسوب الشخصي -ونظيره المتنقل؛ الحاسوب المحمول- على أنهما رمزي عصر المعلومات؛ فهما ما يفكر به معظم الناس عند الحديث عن الحاسوب. على الرغم من هذا فأكثر أشكال الحاسوب استخداما اليوم هي الحواسيب المضمّنة. الحواسيب المضمنة هي أجهزة صغيرة وبسيطة تستخدم عادة للتحكم في أجهزة أخرى، فعلى سبيل المثال يمكنك أن تجدها في آلات تتراوح من الطائرات المقاتلة، و الآليين، وآلات التصوير الرقمية ولعب الأطفال.
حاسوب في ساعة يد.



لا يمكن القول بأن الحاسوب هو اختراع بحد ذاته لأنه كان نتاج الكثير من الابتكارات العلمية و التطبيقات الرياضية. الحواسيب متنوعة، في الواقع إنها آلات معالجة بيانات عالمية . طبقا لفرض Church–Turing فإن حاسوبًا له قدرة ذات حد أدنى معين يكون ببساطة قادر على إنجاز المهام الخاصة بأي حاسوب آخر، بدءاً من المساعد الرقمي الشخصي إلى الحاسوب الفائق، طالما أن الوقت وسعة الذاكرة ليست في الاعتبار. لذلك فإن التصميمات المتماثلة من الحاسوب من الممكن أن تضبط من أجل مهام تتراوح بين معالجة حسابات موظفي الشركات والتحكم في المركبات الفضائية بدون طيار. و بسبب التطور التكنولوجي فإن الحواسيب الحديثة تكون بشكل جبري أكثر قدرة من تلك التي من الأجيال السابقة (ظاهرة موصوفة و مشروحة جزئيا بقانون مور).

تاريخ الحاسوب


توجد أمثلة على أجهزة الحساب البدائية و التي تمثل الأسلاف الأوائل للحاسوب، منها abacus أو المعداد (أداة تستخدم الآن في تعليم الاطفال العد) و Antikythera mechanism وهو جهاز يوناني قديم كان يستخدم لحساب حركات الكواكب و التأريخ من سنة 87 ق.م. تقريباً. شهدت نهاية العصور الوسطى نشاطًا أوروبيًا في علمي الرياضيات والهندسة وكان ويلهلم شيكارد الأول من عدد من العلماء الأوروبيين الذي أنشىء آلة حاسبة ميكانيكية. تم تدوين abacus (المعداد) على أنه حاسوب بدائي وذلك لأنه كان يشبه الآلة الحاسبة في الماضي. في عام 1801 قام جوزيف ماري جاكار بعمل تحسين للاشكال النولية الموجودة والتي تستخدم مجموعة متتالية من البطاقات الورقية المثقوبة و كأنها برنامج لنسج أشكال معقدة. والنتيجة كانت أن نول Jacquard لم يتم اعتباره حاسوبًا حقيقيًا ولكنه كان خطوة هامة في تطوير الحواسيب الرقمية الحديثة. كان تشارلز باباج أول من فكر و صمم حاسوبًا مبرمجًا بالكامل و ذلك في بداية عام 1820 ولكن بسبب مجموعة من الحدود التقنية في ذلك الوقت والمحدودية المالية، و كذلك عدم القدرة على حل مشكلة الإصلاح غير الجيد في تصميمه فإن الجهاز لم يتم بناءه فعلياً في حياته. عدد من التقنيات التي أثبتت فائدتها لاحقًا في الحوسبة، مثل البطاقة المثقوبة و أنبوب الصمام ظهرت بنهاية القرن التاسع عشر، و معالجة البيانات أوتوماتيكيًا ذات التدرج الكبير باستخدام البطاقات المثقوبة صُنٍعت باستخدام آلات جدولة و التي صممها هيرمان هولليريث
إن نجاح أجهزة الحاسوب القوية و المريحة بدأ في الثلاثينيات و الأربعينات من القرن العشرين، وأضيفت -بالتدريج- المميزات الرئيسية في الحواسيب الحديثة مثل استخدام الإليكترونيات الرقمية (اخترع معظمها كلود شانون عام 1937) والقدرة على البرمجة بطريقة أكثر سلاسة. إن تحديد نقطة واحدة خلال هذا المشوار على انها "أول حاسوب اليكتروني رقمي" أمر صعب جدا.
من الإنجازات الأساسية، حاسوب Atanasoff-Berry (1937) ، و هي آلة ذات غرض مخصص و التي كانت تستخدم الحوسبة المقادة بالصمامات (أنبوب الصمام) و الأرقام الثنائية و الذاكرة المجددة. حاسب Colossus البريطاني السري (1944) و الذي كان يملك قدرة محدودة على البرمجة و لكنه قدم جهازًا يستخدم الآلاف من الصمامات من الممكن أن يكون موثوقا و إعادة برمجته إلكترونيا. Harvard Mark I(1944) حاسوب إلكتروميكانيكي ذو تدرج كبير ولديه قدرة محدودة على البرمجة .
الحاسوب الأمريكي المبني على نظام العد العشري (1946-ENIAC ) وكان أول حاسوب إلكتروني ذو أغراض عامة ولكن في الأساس فإن بنيته غير سلسة مما يعني أن إعادة برمجته أساسيًا تتطلب إعادة توصيله. و آلات Z الخاصة بـ Konrad Zuse، مع الاليكتروميكانيكي Z3 (1941) يكون أول آلة عاملة تقدم ميزة الحساب الاوتوماتيكي للأرقام الثنائية و القدرة على البرمجة بطريقة عملية و ملائمة.
إن فريق العمل الذي قام بتطوير ENIAC أدرك عيوب جهازه و جاء بتصميم أكثر مرونة و روعة و الذي صار يعرف ببنية Von Neumann (أو "بنية البرنامج المخزن"). اصبحت بنية البرنامج المخزن افتراضيا القاعدة لكل الحاسبات الحديثة. بدأ عدد من المشاريع لتطوير حاسب يعتمد على بنية البرنامج المخزن في منتصف إلى آخر الأربعينات من القرن العشرين. إن أول حاسب من هولاء تم الانتهاء منه في بريطانيا. أول هولاء الذي يعتبر أفضل و عامل كان ما يعرف بآلة التدرج الصغير التجريبية (Small-Scale Experimental Machine) و لكن EDSAC ربما كان أول نسخة عملية تم تطويرها.
إن تصميمات الحاسوب المقاد بأنبوب الصمام أصبحت قيد الاستخدام خلال الخمسينات من القرن العشرين، و لكن مع الوقت تم استبدالها بالحواسيب الترانزستورية حيث أنها أصغر و أسرع و أرخص و أكثر موثوقية، كل ذلك أتاح لها أن يتم إنتاجها على المستوي التجاري و ذلك في الستينات من القرن العشرين. في سبعينات القرن العشرين، ساعد اختيار تكنولوجيا الدائرة المتكاملة في إنتاج الحاسبات بتكلفة قليلة كافية لأن تسمح للافراد بامتلاك حاسب شخصي من الأنواع المعروفة حاليا...

كيف تعمل الحواسيب؟


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 الاحيان بنية von Neumann). استطاع التصميم جعل الحاسوب العالمي حقيقيًا جزئيًا.
تصف البنية حاسوبًا ذا أربع اقسام رئيسية: وحدة الحساب و المنطق (ALU) و دائرة التحكم و الذاكرة و أجهزة الإدخال و الإخراج (يعبر عنها بمصطلح I/O). هذه الاجزاء تتصل ببعضها عن طريق حزم من الاسلاك (تسمى "النواقل" عندما تكون نفس الحزمة تدعم أكثر من مسار بيانات) و تكون في العادة مساقة بمؤقت أو ساعة (مع أن الاحداث الاخرى تستطيع أن تقود دائرة التحكم).
فكريا، من الممكن رؤية ذاكرة الحاسوب كأنها قائمة من الخلايا. كل خلية لها عنوان مرقم و تستطيع الخلية تخزين كمية قليلة و ثابتة من المعلومات. هذه المعلومات من الممكن أن تكون إما تعليمة (أمر) و التي تخبر الحاسب بما يجب أن يفعله و إما أن تكون بيانات و هي المعلومات التي يقوم الحاسب بمعالجتها باستخدام الأوامر التي تم وضعها على الذاكرة. عموما، يمكن استخدام اي خلية لتخزين إما أوامر أو بيانات.
إن وحدة الحساب و المنطق بالعديد من المعانى هي قلب الحاسوب. إنها قادرة على تنفيذ نوعين من العمليات الأساسية. الأولى هي العمليات الحسابية، جمع أو طرح رقمين سويا. إن مجموعة العمليات الحسابية قد تكون محدودة جدا، في الواقع، بعض التصميمات لا تدعم عمليتي الضرب و القسمة بطريقة مباشرة (عوضا عن الدعم المباشر، يستطيع المستخدمون دعم عمليتي الضرب و القسمة و ذلك من خلال برامج تقوم بمعالجات متعددة للجمع و الطرح و الارقام الاخرى). القسم الثاني من عمليات وحدة الحساب و المنطق هي عمليات المقارنة: بإدخال رقمين، تقوم هذه الوحدة بالتحقق من تساوي أو عدم تساوي الرقمين و تحديد أي الرقمين هو الأكبر.
إن أنظمة الإدخال و الإخراج هي الوسائل التي تجعل الحاسوب يستقبل المعلومات من العالم الخارجي و يخرج النتائج إلى العالم. في الحاسوب الشخصي العادي تتضمن أجهزة الإدخال مكونات مثل لوحة المفاتيح و الفأرة و تتضمن أجهزة الإخراج الشاشات و الطابعات و ما يشابهها، و لكن من الممكن توصيل مجموعة ضخمة و متنوعة من الأجهزة إلى الحاسوب و تعمل كأجهزة إدخال و إخراج.
إن نظام التشغيل يجمع كل ذلك. إن وظيفته هي قراءة الأوامر و البيانات من الذاكرة أو من أجهزة الإدخال و الإخراج، و كذلك فك شفرة الأوامر، تغذي وحدة الحساب و المنطق بالمدخلات الصحيحة طبقا للأوامر، تخبر وحدة الحساب و المنطق بالعملية الواجب تنفيذها على تلك المدخلات و تعيد إرسال النتائج إلى الذاكرة أو إلى أجهزة الإدخال و الإخراج. يعتبر العداد من المكونات الرئيسية في نظام التحكم و الذي يقوم بمتابعة عنوان الأمر الحالي، في العادة تزداد قيمة العنوان في كل مرة يتم فيها تنفيذ الأمر إلا إذا أشار الأمر نفسه إلى أن الأمر التالي يجب أن يكون في عنوان آخر (ذلك يسمح للحاسوب بتنفيذ نفس الأوامر بطريقة متكررة).
بدءا من ثمانينات القرن العشرين، صار كل من وحدة الحساب و المنطق و وحدة 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 كل دورة زمنية يقوم الحاسوب بجلب الأوامر و البيانات من الذاكرة الخاصة به. يتم تنفيذ الأوامر، يتم تخزين النتائج، ثم يتم جلب الأمر التالي. هذا الإجراء يتكرر حتى تتم مقابلة أمر التوقف.
إن الأوامر التي تقوم وحدة التحكم بتفسيرها و تقوم وحدة الحساب و المنطق بتنفيذها يكون عددها محدود، و محددة بدقة و تكون عمليات بسيطة جدا. بصفة عامة، فإنها تندرج ضمن واحد أو أكثر من أربعة اقسام:

1. نقل بيانات من مكان لاخر (مثال على ذلك أمر "يخبر" وحدة المعالجة المركزية أن "تنسخ محتويات الخلية 5 من الذاكرة و وضع النسخة في الخلية 10")
   
2. تنفيذ العمليات الحسابية و المنطقية على بيانات (على سبيل المثال "قم باضافة محتويات الخلية 7 إلى محتويات الخلية 13 و ضع الناتج في الخلية 20")
   
3. اختبار حالة البيانات ("لو أن محتويات الخلية 999 هي 0 فإن الامر التالي يكون موجود في الخلية 30")
   
4. تغيير تسلسل العمليات (يغير المثال السابق تسلسل العمليات و لكن الاوامر مثل "الامر التالي يوجد في الخلية 100" تكون ايضا قياسية).
   

إن الأوامر تكون ممثلة مثل البيانات في صورة شفرة ثنائية (نظام للعد قاعدته الرقم 2). على سبيل المثال، الشفرة لنوع من انواع عملية "نسخ" في المعالجات الدقيقة من نوع Intel x86 هي 10110000. إن الأمر الجزئي يكون معدًا بحيث أن حاسوبًا معينًا يدعم ما يعرف بلغة الآلة. إن استخدام لغة الآلة سابقة التبسيط جعلها أكثر سهولة لتشغيل برامج موجودة على آلة جديدة: و هكذا في الأسواق حيثما تكون إتاحة البرامج التجارية أمرا ضروريا فإن المزودين يتفقون على واحد أو عدد صغير جدا من لغات الآلة البارزة.
إن الحواسيب الأكبر مثل (الخادم) تختلف عن الأنواع السابقة في أمر هام هو أن بدلا من وجود وحدة معالجة مركزية واحدة فإنه في الغالب يوجد أكثر من وحدة. غالبا ما تمتلك هذه الحواسيب بنيات غير عادية بدرجة كبيرة و هذه البنيات مختلفة بشكل ملحوظ عن بنية البرنامج المخزن الاساسية و في بعض الاحيان تحتوي على الآلاف من وحدة المعالجة المركزية، و لكن مثل هذه التصميمات تصبح ذات فائدة فقط لأغراض متخصصة

أجهزة الإدخال و الإخراج


O (اختصارا لـ Input/Output) هو مصطلح عام يطلق على الأجهزة التي ترسل المعلومات من العالم الخارجي و تلك التي تعيد نتائج الحسابات. هذه النتائج يمكن إما أن تظهر مباشرة للمستخدم أو أن يتم إرسالها إلى آلة أخرى و التي يكون تحكمها مخصص للحاسب. على سبيل المثال في الإنسان الآلى (robot) يكون جهاز الإخراج الرئيسي لتحكم الحاسب هو الروبوت ذاته.
إن الجيل الأول من الحاسبات كان مجهزا بمدى محدود جدا من أجهزة الإدخال. إن قارئ الكروت المثقبة أو الاشياء المماثلة كانت تستخدم لإدخال الأوامر و البيانات في ذاكرة الحاسب، و كذلك استخدم بعض أنواع الطابعات و هو في العادة عبارة عن teletype معدل لتسجيل النتائج. و على مر السنين، أجهزة أخرى تمت إضافتها. بالنسبة إلى الحاسبات الشخصية على سبيل المثال، فان لوحة المفاتيح و الفأرة هما الطريقتين الرئيسيتين المستخدمتين لإدخال المعلومات مباشرة إلى الحاسب، و الشاشة هي الطريقة الرئيسية لإعادة إظهار المعلومات للمستخدم و ذلك بالرغم من أن الطابعات و السماعات منتشرة أيضا. يوجد تشكيلة ضخمة من أجهزة الإدخال الأخرى لإدخال أنواع أخرى من المدخلات. مثال على ذلك هو الكاميرا الرقمية حيث تستخدم لإدخال معلومات مرئية. يوجد نوعين بارزين من أجهزة الإدخال و الإخراج. النوع الأول هو أجهزة التخزين الثانوية مثل الأقراص الصلبة (hard disks) و وحدات الأسطوانات (CD-ROM) و key drives و ما يماثلها و التي تتميز بالبطء نسبيا و لكنها ذات سعات تخزينية عالية، حيث يمكن تخزين المعلومات لاستعادتها لاحقا: النوع الثاني هي الأجهزة المستخدمة للاتصال بشبكات الحاسب. إن القدرة على نقل البيانات بين الحاسبات فتح مدي واسع من القدرات للحاسب. شبكة الانترنت العالمية تسمح لملايين الحاسبات بنقل المعلومات من جميع الانواع بينها و بعضها

البرامج



إن برامج الحاسوب ببساطة هي عبارة عن قائمة من الأوامر ينفذها الحاسوب، وتتراوح هذه الأوامر (التعليمات) بين بعض الأوامر القليلة التي تؤدي مهمة بسيطة إلى قائمة أوامر أكثر تعقيدًا و التي من الممكن أن تحتوي جداول من البيانات. العديد من برامج الحاسوب تحتوي الملايين من الأوامر و العديد من هذه الأوامر يتم تنفيذها بصورة متكررة. إن الحاسوب الشخصي الحديث النموذجي يمكنه تنفيذ حوالي 3 مليار أمر في الثانية. إن الحواسيب لم تكتسب قدراتها غير العادية من خلال قدرتها على تنفيذ الأوامر المعقدة. و لكن بالأحرى فإنها تقوم بالملايين من الأوامر المرتبة عن طريق أشخاص يعرفون بالمبرمجين.
عادة، فإن المبرمجين لا يكتبون الأوامر إلى الحاسوب مباشرة بلغة الآلة.إن البرمجة بهذه اللغة عملية مملة جدًا و تميل للخطأ بصورة كبيرة مما يجعل المبرمجين غير قادرين على الإنتاج بصورة كبيرة. و عوضا عن ذلك، يقوم المبرمجون بوصف العملية المرادة في لغة برمجة "عالية المستوى" و التي يتم ترجمتها أوتوماتيكيا بعد ذلك إلى لغة الآلة عن طريق برامج حاسوب مخصصة (مفسرات و مصرفات). بعض لغات البرمجة ترسم خريطة قريبة جدًا من لغة الآلة مثل لغة التجميع Assembly (لغات برمجة منخفضة المستوى): و على الجانب الآخر فإن لغات البرمجة مثل البرولوج Prolog مبنية على قواعد مجردة و مفصولة عن تفصيلات العملية الحقيقية للآلة (لغات برمجة عالية المستوى). إن اللغة المختارة لمهمة جزئية تعتمد على طبيعة هذه المهمة و المهارة التي يمتلكها المبرمجون و توافر الأدوات و عادة احتياجات المستهلكين (على سبيل المثال، فإن المشاريع الخاصة بالاستخدامات الحربية الأمريكية في الغالب يجب أن تكون مبرمجة بلغة Ada).
إن Computer software (الأجزاء غير الملموسة بالحاسوب) هو مصطلح بديل لبرامج الحاسوب (computer programs): إنها عبارة أكثر شمولية و تحتوي كل المواد الهامة المصاحبة للبرنامج و التي يحتاجها لأداء المهام المهمة على سبيل المثال فإن لعبة الفيديو لا تحتوي فقط على البرنامج نفسه و لكن تحتوي ايضا على بيانات تمثل الصور و الاصوات و المواد الاخرى المطلوبة لعمل البيئة التخيلية للعبة. تطبيق الحاسوب هو قطعة من برامج الحاسوب التي تقدم للعديد من المستخدمين غالبا في سوق تجزئة. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المكتبية office suite و هي عبارة عن برامج ذات صفات مشتركة لأداء مهام المكتب الشائعة.
بالذهاب من القدرات شديدة البساطة الخاصة بأمر لغة آلة واحد إلى القدرات الضخمة للبرامج التطبيقية يعني أن الكثير من برامج الحاسوب تكون كبيرةً جدًا و معقدةً للغاية. من الأمثلة على ذلك: ويندوز إكس بي و الذي يتكون من حوالي 40 مليون سطر من شفرة الحاسوب في لغة برمجة C++: يوجد العديد من المشاريع التي تكون أكبر هدفا، يقوم بإنشائه فرق كبيرة من المبرمجين. إن إدارة هذه المشاريع شديدة التعقيد هو مفتاح إمكانية تنفيذ هذه المشاريع: لغات البرمجة و تطبيقات البرمجة تسمح بتقسيم المهمة إلى مهام فرعية أصغر فأصغر حتى تصبح في قدرات مبرمج واحد و في وقت مناسب.
إن عملية تطوير البرامج لا زالت بطيئة و لا يمكن التنبؤ بها و تميل للخطأ: إن نظام هندسة البرامج حاولت و قد نجحت جزئيا في جعل العملية أكثر سرعة و إنتاجية و تحسين جودة المنتج النهائي.

المكتبات و أنظمة التشغيل



بعد فترة وجيزة من تطوير الحاسوب، تم اكتشاف أن هناك مهام معينة تكون مطلوبة في برامج مختلفة؛ إن مثالا قديما على ذلك كان حساب بعض الدوال الرياضية الأساسية. و من أجل الفعالية، فقد تم جمع نسخ نموذجية من تلك الدوال و وضعها في مكتبات تكون متاحة لمن يحتاجها. إن مجموعة المهام الشائعة بعض الشئ و التي تتعلق بمعالجة كتل البيانات الخاصة "بالتحدث" إلى أجهزة الإدخال و الإخراج المختلفة، و لذلك تم تطوير مكتبات لها سريعا.
بانتهاء الستينات من القرن العشرين، و مع الاستخدام الصناعي الواسع للحاسوب في العديد من الأغراض، أصبح من الشائع استخدامه لانجاز العديد من الوظائف في المؤسسات. بعد ذلك بفترة وجيزة أصبح متاحا وجود برامج خاصة لتوقيت و تنفيذ تلك المهام العديدة. إن مجموع كل من إدارة "الأجزاء الصلبة" و توقيت 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 - و فكرته تعتمد على أن عددا من المستخدمين بإمكانهم استخدام الآلة في وقت واحد و ذلك عن طريق الاحتفاظ بكل برامجهم في الذاكرة و تنفيذ برنامج كل مستخدم لمدة قصيرة و بذلك يصبح و كأن كل مستخدم يملك كل منهم حاسوبًا خاصًا به. إن مثل هذا التطوير يتطلب من نظام التشغيل بأن يقدم لكل برامج المستخدمين "آلة تخيلية" و ذلك لمنع برنامج المستخدم الواحد من التداخل مع البرامج الاخرى (بالصدفة أو التصميم). إن مدى الأجهزة التي يجب أن تتعامل معها نظم التشغيل قد تمدد؛ من الأمثلة الملاحظة كان القرص الصلب؛ إن فكرة الملفات الفردية و الترتيب البنائي المنظم للادلة "directories" (حاليا يطلق عليها في الغالب مجلدات "folder") قد سهلت و بشكل كبير استخدام هذه الأجهزة للتخزين الدائم. من الأمثلة الحديثة المطبقة تماما هي الأدوات المكتبية office suite و هي عبارة عن برامج ذات صفات مشتركة لأداء مهام المكتب الشائعة. إن متحكمات الوصول الآمن سمحت لمستخدمي الحاسوب بالوصول فقط إلى الملفات و الأدلة و البرامج التي لديهم تصريح باستخدامها كانت أيضًا شائعة.
ربما تكون آخر إضافة لنظام التشغيل كانت عبارة عن أدوات تزود المستخدم بواجهة مستخدم رسومية معيارية. بينما كانت هناك بعض الأسباب التقنية لضرورة ربط واجهة المستخدم الرسومية (GUI) مع باقي أجزاء نظام التشغيل، فقد سمح ذلك لبائع نظام التشغيل بجعل كل البرامج الموجهة لنظام تشغيله تمتلك نفس الواجهة.
خارج هذه المهام الداخلية "core"، فإن نظام التشغيل غالبًا ما يكون مزودًا بمجموعة من الأدوات الاخرى، بعض منها ربما يملك اتصالًا ضئيلًا بهذه المهام الداخلية الأصلية و لكن وجد أنها مفيدة لعدد كافي من المستهلكين مما جعل المنتجين بضيفونها، فعلى سبيل المثال ماك أو.إس عشرة يقدم مع تطبيق لتحرير الفيديو الرقمي.
نظم تشغيل الحواسيب الأصغر ربما لا تقدم كل هذه المهام. نظم التشغيل للمايكروكمبيوتر القديم ذي الذاكرة و قدرات المعالجة المحدودتين كانت لا تقدم كل المهام، و الحواسيب المدمجة دائما إما تملك نظم تشغيل متخصصة أو لا تملك نظام تشغيل بالكلية، مع برامجه التطبيقية المتخصصة و التي تؤدي المهام التي من الممكن أن تعود بطريقة أخرى إلى نظام التشغيل.

أنواع شاشات العرض :

• الشاشة من النوع CRT
  
• الشاشة من النوع LCD
  
• الشاشة من النوع TFT
  

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
[عدل] CRT


شاشات العرض CRT حيث أنها اختصار لـ Cathode Ray Tube وتعني أنبوب أشعة الكاثود. تستخدم في أغلب أجهزة التلفاز، وجدت منذ 60 سنة تقريباً. وخلال هذه المدة الطويلة فإن تقنيات العمل التي تتبعها لم تتغير كثيراً!
فكرة عملها الأساسية هي انطلاق الإلكترونات من خلف الشاشة إلى أن تصل إلى سطح العرض المبطن بطبقة من مادة الفسفور، شدة الانطلاق يسبب أشعاعات مختلفة لكترونات المندفعة، شعاع الإلكترون هذا يمر خلال سلسلة من طبقات مغناطيسية متينة والتي بدورها وضعت بطريقة تسمح لها بتوجيه الإشعاع إلى أماكن مختلفة في سطحالعرض، فحينما تصل هذه الإشعاعات إلى زجاج سطح العرض تصطدم بطبقة الفسفور الموجودة عليها مسببة نقطة متوهجة مؤقتاً، كل نقطة تمثل بكسل واحد في شاشة العرض. إن دقة التحكم بالجهد الكهربائي لكل إلكترون تسمح بتوهج البقعة التي يسببها في السطح توهجاً ساطعاً أو أقل سطوعاً مما يعطي اللونين الأبيض والأسود. قديماً: كان التلفاز الأبيض والأسود يحتوي على مدفع واحد للإلكترونات وطبقة واحدة من الفسفور، بعد ذلك أضيفت عدة مدافع في شاشات العرض من هذا النوع حتى أن طبقات الفسفور أصبحت تلون بنقط متقطعة ومنفصلة!
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
LCD


هي شاشة عرض مسطحة لا يوجد فيها ظهر مثل CRT وهي مميزة في توفير الكهرباء مفيدة و غير مضرة للنظر وهي تعمل من خلال مصباح مضيئ على وجه المستخدم وعند إزاحة رؤوسنا تصبح الشاشة و كأن لونها اسود .
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
TFT


هي شاشة تسمى TFT وهي لا تختلف عن ال LCD الا بفرق واحد وهي ان الضوء ليس موجهاً وجه لوجه بل على جميع زوايا الشاشة و نلاحظ عند ازاحة رأسنا عنها أكثر من 120 درجة تصبح لون الشاشة مائل إلى السواد.

اللوحة الأم (بالإنجليزية: Motherboard) وتعرف أيضاً باسم اللوحة الرئيسية (Mainboard) ،اللوحة المنطقية (Logic board) ولوحة النظام (System board) هي لوحة دوائر مطبوعة مركزية أو رئيسية في نظام إلكتروني معقد (مثل الحاسوب).
عادة، في الحاسوب يبنى المكيرو معالج، ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة القراءة فقط على اللوحة الأم مباشرة، أجزاء أخرى مثل وسائط التخزين الخارجية، شاشات المراقبة، الطابعات والماسحات الضوئية توصل باللوحة الأم عن طريق وصلات أو كابلات. كما تتصل بهذه اللوحة جميع الأجزاء الأخرى للحاسوب، وفيها يكون الناقل (Bus) الذي يقوم بنقل المعلومات بين الأجزاء المختلفة من الحاسوب.
اللوحة الام



[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
أنواع اللوحة الأم


وجود مروحة عند مزود الطاقة الكهربائية لتبريد المعالج واللوحة الأم. ومن أسباب انتشار هذا
نسبة للأنواع القديمة. كما تدعم اللوحة مخارج ISA و PCI معا. وكما في لوحة آ تي، يوجد تصميم مصغر أيضاً للوحة آ تي أكس يسمى «آ تي أكس المصغر» (Mini ATX) أبعادها 11.2×8.2 بوصة.
اللوحات الأم من نوع أن أل أكس (NLX) ظهرت في عام 1996 م وتشبه لوحة آ تي أكس.
==بسم الله الرحمن الرحيم
أولا : أنواع المذربورد ( اللوحة الأم )
تصنف انواع المذربورد حسب شكلها و تصميمها وطريقة ترتيب القطع الرئيسية والمنافذ و هي تصنف إلى ثلاثة أنواع رئيسية
1 - AT motherboard
2 - ATX motherboard
3 - NLX motherboard
اللوحات الأم من نوع AT يرجع تصميمها إلى شركة IBM المعروفة , وكانت هي الأكثر انتشارا من عام 1980 و حتى 1990 . تحتوي هذه اللوحة على منافذ ISA فقط . والانواع الجديدة تحتوي على منافذ PCI الحديثة بالاضافة لـ ISA وأبعاد هذه اللوحة عي 12 x 13 انش ويوجد نوع آخر أصغر حجما 8.66 x 13 انش يسمى ( mini AT motherboard ) ويحتوي عى عدد أقل من المنافذ لأنه اصغر حجما من النوع العادي
اللوحات الأم من نوع ATX ظهرت في عام 1996 وهي أكثر الأنواع استخداما الآن و تصنف بأنها من النوع التجاري , و تشبه في تصميمها لوحة mini AT و لكن باختلاف في زاويه الدوران بـ 90 درجة للمكونات مثل المعالج و هذا الدوران يوفر مساحة لأضافة كروت (adapter cards) ومخارج الصوت والصورة وغيرها . ومن التغيرات الأخرى هي وجود عدد أقل من الكيبلات (موصلات الطاقة) الداخلية في اللوحة بالإضافة إلى وجود مروحة عند مزود الطاقة الكهربائية (power supply) لتبريد المعالج و اللوحة الأم ومن الأسباب الأخرى لانتشار هذا النوع هو كلفتها البسيطة للشركة المصنعة و حجمها الصغير نسبة للانواع القديمة و الـ ATX يدعم مخارج الـ ISA والـ PCI معا .... وكما في الـ AT فإنه يوجد تصميم مصغر ايضا للـ ATX يسمى mini ATX أبعاده 11.2 x 8.2
اللوحات الأم من نوع NLX ظهرت في عام 1996 وتشبه لوحة الـ ِATX لكن شكلهامختل
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
مكونات اللوحة الأم


تتكون اللوحة الأم من:

• لوحة الدوائر المطبوعة:
  

وهى اللوحة التي تركب عليها جميع مكونات اللوحة الأم ، تسمى باللغة الإنجليزية Printed Circuitry Board ويرمز لها بــ PCB ، تصنع هذه اللوحة من عدة طبقات، وهى من 4 إلى 8 طبقات بحسب المكونات المستخدمة على اللوحة ، السبب لاستخدام عدة طبقات هو كثرة التوصيلات التي يجب عملها بين المكونات على اللوحة،بالإضافة لعدم وجود المساحة الكافية على سطح اللوحة لكل التوصيلات، فان تقارب هذه الوصلات يؤدى إلى تشويش الإشارة الكهربائية عند انتقالها من موقع إلى موقع أخر، لهذا فان كل مجموعة من الوصلات يتم عملها على جانبي طبقة ومن ثم تضع فوقها طبقة أخرى تحتوى على مجموعة ثانية من الوصلات و هلم جرا ، اللوحة المطبوعة تأتى بأحجام مختلفة وهي الـ ATX و الــ Micro ATX، أكثر نوع مستخدم الآن يعتمد على مواصفات ATX وهى تحدد حجم اللوحة والذي يجب أن يكون بارتفاع 305 مليمتر وبعرض لا يزيد عن 244 مليمتر، كما أن هذه المواصفات تحدد مواقع بعض المكونات على اللوحة الأم ، وتقوم شركة INTEL الآن بمحاولة لتعميم مقاسات قياسية جديدة وهي BTX

• مقبس المعالج (Processor socket):
  

وهو عبارة عن مربع بلاستيكي يحتوي على ثقوب تلاءم حجم ابر المعالج وذلك لوصله باللوحة الأم وتبادل البيانات بين اللوحة وبين المعالج وبالطبع ونظرا لاختلاف المعالجات من حيث الشكل والتردد فان لكل معالج مقبس خاص به ، وأحيانا تشترك معالجات الشركة نفسها بنفس المقبس ، فمثلا تقوم الشركة الأمريكية Intel بتصنيع المعالج الشهير بينتيوم والمعالج سيليرون Celeron بحيث يتشاركان بنفس المقبس Socket ، ولكل مقبس شكل وعدد ابر معين تختلف باختلاف المعالج الذي تدعمه.

• شريحتا الجسر الشمالي والجسر الجنوبي (طقم الرقاقات):
  

أسماء غريبة لان الشمال والجنوب يتغير بحسب إدارتك لاتجاه اللوحة الأم، ولكن لسبب أو لآخر فان مصنعي اللوحات الأم قد اتفقوا على هذه التسميات، الجسر الشمالي هي الشريحة التي تكون قريبة من المعالج والذاكرة وشق AGP لكروت الشاشة وشقوق PCI x16 الحديثة ، مهمة هذه الشريحة تتمثل في عملية نقل المعلومات والاتصال مابين المعالج والذاكرة وكرت الشاشة، البيانات بين المعالج والذاكرة الرئيسية تنتقل بواسطة ما يسمى بالناقل الأمامي (Front Side Bus) أو ما يرمز له ب FSB .

• شقوق الذاكرة العشوائية (RAM slots):
  

تتميز بلونها الأسود في حالة عدم وجود خاصية " Dual Channel " ووجود قفلين باللون الأبيض على أجنابها، وإذا كانت اللوحة الأم بها خاصية " Dual Channel " فأن شقوق الذاكرة سيكون لها لونين مختلفين، هذه الشقوق تختلف بحسب نوع الذاكرة المستخدمة، الدارج الآن هو 4 أنواع من الذواكر وهى SDRAM[[1]] و DDR-SDRAM و RDRAM، وأخيرا ذاكرة DDR2
نستطيع أن نقول أن شركات المذربورد توقفت عن انتاج لوحات تدعم ذاكرة SDRAM ، وأما RDRAM فلا زالت تنتجها بعض الشركات ولكن على نطاق ضيق ، طبعا أنواع الذاكرة غير متوافقة مع بعضها ولذا لا يمكن تركيب أكثر من نوع ولا يمكن تركيب نوع بشق مصمم لنوع أخر.
كل نوع من الذاكرة تعمل وفق ترددات مختلفة، ذاكرة SDRAM تعمل بترددات من 66 إلى 133 ميغاهرتز وذاكرة DDR-SDRAM تعمل بترددات 200 و 266 و333 و 400 و 500ميغاهرتز بينما ذاكرة RDRAM تعمل بترددات مختلفة أعلاها 800 ميغاهرتز وتعمل وفق تقنية مختلفة ، أما ذاكرة DDR2 فهي متوفرة الآن بترددات 400 و533 و 667 و 800 ميجاهيرتز وهي المعتمدة الآن في غالب اللوحات وكذلك ترججات 900 و 1000 و 1066ميغاهرتز، وتعمل ذاكرة DDR2 على لوحات أم تدعم المقبس 775 لمعالجات إنتل ومقبس AM2 لمعالجات AMD، تعمل ذاكرة DDR2 بنفس تقنية DDR-SDRAM وهي نقل بيانين في الدورة الواحدة (double data rate mode)، ولكن ذاكرة DDR2 صممت لتصل إلى سرعات عالية، وهي تستخدم طاقة منخفضة تصل إلى 1،8 فولت، بينما تصل إلى 2،65 فولت في الذواكر الأخرى.

• شقوق التوسعة (Expansion slots):
  

وهي عبارة عن شقوق تقع في القسم الجنوبي من اللوحة الأم، وظيفتها هي إضافة الكروت المختلفة (cards) التي تعتبر بعضها ضرورية مثل كرت الشاشة (الذي يقوم بإصدار الصور وإرسالها إلى الشاشة لعرضها) والذي لا يعمل الحاسب بدونه، وهنالك بعض الكروت التي تتم إضافتها بحيث تعطي الحاسب ميزات جديدة لكنها ليست مهمة لكي يعمل الحاسب ، ومثال على ذلك كرت الصوت (sound card ) الذي يقوم بصنع الأصوات وإرسالها إلى السماعة. شقوق التوسعة أنواع كثيرة منها القديم جدا والحديث والبطيء والسريع، ومن أنواعها:

• شق ISA:
  

ويحمل الاختصار Industry Standard Architecture وهو من الشقوق القديمة والبطيئة حيث يعمل بتردد 8 ميجاهرتز وبعرض 16 بت كما أن حجمه كبير جدا وأداؤه منخفض.

• شق PCI:
  

ويحمل الاختصار peripheral component interconnect وهو من الشقوق المستعملة في أيامنا هذه وذلك لتوصيل كروت الصوت والمودم Modem وغيرها، وشق PCI سريع وعملي حيث يعمل بتردد 33 ميجا هرتز وبعرض 32 بت ، طبعا هنالك شق PCI -x الذي يصل تردده إلى 133 ميجاهرتز وبعرض 64 بت وهو مستخدم في لوحات الأم الخاصة بالخادمات (servers).

• شق AGP :
  

تقريبا جميع كروت الشاشة الحالية تستخدم تقنية AGP وهى اختصار لجملة Accelerated Graphics Port، وهى تتميز عن باقي الشقوق بلونها المختلف عنها، وتبلغ سرعتها 66 MHZ ، يوجد نوعان من شقوق AGP، النوع الأساسي ويسمى AGP فقط، وهناك النوع المخصص لكروت المحترفين ويسمى AGP-Pro ، يتميز النوع المخصص لكروت المحترفين بكونه أكبر حجما، الزيادة في الحجم سببها حاجة هذه الكروت لحجم أكبر من الطاقة وبالتالي يخصص لها موقع خاص للكهرباء، يمكن تركيب كروت AGP على شقوق AGP-Pro ولكن لا يمكن تركيب كروت AGP-Pro على شقوق AGP ، شقوق AGP تعمل وفق تقنيات نقل بيانات مختلفة:

• AGPx1 ويعمل بسرعة 264MB/S
  
• AGPx2 ويعمل بسرعة 528MB/S
  
• AGPx4 ويعمل بسرعة 1056MB/S
  
• AGPx8 ويعمل بسرعة 2112MB/S
  

كما ينقسم شق AGP إلى ثلاثة أنواع:
داعما لتقنية 1x/2x والثاني يدعم تقنية 4x/8x وأما الثالث فقياسي يعمل على الجميع ويسمى Universal ، ويكمن في موضع الجسر الذي يفصل بين قسمي الشق ، ولا يوجد في تقنية Universal أي جسر لذلك
الشق البديل عن AGP ظهر على اللوحات الأم المبنية على آخر أطقم رقاقات، وتميز بلونه الأسود الداكن في معظم اللوحات الأم التي تدعمه، يعمل الشق عادة بناقلين هما x1 وتبلغ سرعته في نقل البيانات 250 ميجابايت في الثانية في اتجاه واحد أي 500 ميجابايت في اتجاهين، وهي أسرع من شق PCI الذين كان ينقل بسرعة 132 ميجابايت في الثانية ، ويبدو أنها ستأخذ مكان شق PCI بعد سنوات، الناقل الثاني هو x16 الذي أخذ مكان شق AGP في اللوحات الجديدة وتبلغ سرعة نقل البيانات في هذا الناقل 4 جيجابايت في الثانية في اتجاه واحد أي ضعف سرعة شق AGPx8 ، لقد صمم وطور هذا الشق حتى يتناسب مع المنافذ الأخرى ذات الاتصال السريع مثل 1394a/b, USB 2.0, Gigabit Ethernet ويسمى هذا الشق أيضا "3GIO " أو (Third-Generation Input/Output). بقي أن نعرف أن منفذ PCIe-x1 ينظم عمله ويتحكم فيه الجسر الجنوبي أما منفذ PCIe-x16 فيتحكم فيه الجسر الشمالي بحيث يكون متصلا مباشرة بالمعالج ، ذلك أن منفذ PCIe-x16 يعمل بحجم باندودث ضخم أكبر من سعة الناقل ما بين الجسر الشمالي والجسر الجنوبي
يجدر بنا أن ننوه إلى أن ناقل (شق) PCIe ليس هو نفسه ناقل PCI-X فهما تقنيتان مختلفتان ، وسيقوم أحد محرري الموقع بكتابة مقال كامل عن شقوق التوسعة الخاصة باللوحات الأم بمختلف أنواعها ، بدءا من الواقل

• طقم الرقاقات (Chipsets):
  

عبارة عن شريحتين مربعتين الشكل الأولى تقع في الجزء الشمالى من اللوحة الأم وتسمى north bridge، مهمتها هي وصل المعالج والذاكرة العشوائية وكرت الشاشة مع بعضهم البعض وتنظيم نقل البيانات فيما بينهم ، حيث أنها المحور الذي يقوم باستقبال البيانات من المعالج وإرسالها إلى الذاكرة العشوائية وكرت الشاشة وهكذا.طبعا الـ north bridge هي التي تحدد نوع المعالج الذي تدعمه اللوحة الأم وتحدد نوع الذاكرة وكميتها التي تدعمها اللوحة الأم كما أنها تحدد سرعة الشق AGP (كما ذكرت سابقا. أما الشريحة الأخرى فتسمى south bridge وتقع في الجزء الجنوبي من اللوحة الأم ومهمتها وصل أجهزة الإدخال والإخراج مع بعضها البعض ومن ثم وصلها بالمعالج والذاكرة العشوائية ، وهي التي تحدد مثلا سرعة نقل البيانات القصوى بين اللوحة الأم والقرص الصلب ، طبعا النورث بردج تصدر كميات كبيرة من الحرارة التي تقوم بإتلافها لذلك فهي مزودة بنوع من المبردات لطرد الحرارة أما الساوث بردج South Bridge فهي لا تصدر حرارة لذلك لا تحتاج إلى مبرد.

• شقوق CNR و AMR و ACR:
  

وهى اختصار لجملة Communication Network Riser، وتتميز بلونها البني وحجمها الصغير، هي مصممة لبعض أنواع الكروت مثل كرت المودم وكرت الشبكة والتي تستمد كامل احتياجاتها التشغيلية من المعالج، للأسف لا توجد أي كروت من هذا النوع للمستخدم العادي وهى مخصصة للشركات التي تقوم بتجميع الأجهزة ، أما AMR فهو اختار لكلمة Audio Modem Riser وهى مطابقة لشقوق CNR ولكنها مصممة لكروت الصوت تخصيصا ، الشق الثالث هو ACR وهو اختصار Advanced Communication Riser هذه الشقوق فكرتها نفس AMR و CNR ولكنها تعمل مع جميع كروت الاتصال، هذا يتضمن المودم وكرت الشبكة، الشكل مقارب لشقوق PCI ولكنها بعكس الاتجاه، طبعا الكروت المتوافقة مع هذه الشقوق غير متوفرة للمستخدم العادي وغالبا ما تأتي مع اللوحة الأم ، كذلك فإن غالب اللوحات الأم لا تحتويها، بقي أن نعرف أن عدم الإقبال عليها في فترة مضت سيجعلها منعدمة مستقبلا.

• مقبس IDE المخصص للأقراص الصلبة وسواقة الأقراص الضوئية:
  

مسمى IDE اختصار لكلمة Intelligent Drive Electronics ويرمز لنوع المقبس وليس للتقنية المستخدمة لنقل المعلومة، ويبلغ طول المقبس حوالي 5 ســـم ويحوي صفين من الإبر بمجموع 40 إبرة ، التقنيات المستخدمة لنقل المعلومة هي ATA وهنا سأستخدم تفسير شركة IBM لهذا الرمز والذي يعنى( Advanced Technology Attachment) ، التقنيات الحالية المصنعة وفق تقنية ATA هي ATA100 و ATA133 والفرق بين هذه التقنيات هو بحجم المعلومة التي يمكن نقلها بنفس الوقت، سرعة نقل المعلومة تقاس بالميغابايت في الثانية ومن هنا نستطيع قياس قدرة كل تقنية بواسطة الرقم الموجود بجانب حروفها، فتقنية ATA133 تعني القدرة على نقل 133 ميجابايت في الثانية ، وتحوي كل لوحة أم على مقبسي IDE الأول وسمى Primary IDE والثاني ويسمى Secondary IDE وكل واحد منهما قادر على أن يوصل به جهازين (قرص صلب أو DVD ) المقبس الأساسي ويسمى Primary IDE المقبس الثانوي ويسمى Secondary IDE ،الأقراص المربوطة بالمقبس الأساسي هي أول أقراص يتم التعرف عليها من قبل الحاسب، ولذا فان القرص الصلب الرئيسي للجهاز يجب أن يوصل على هذا المقبس، ويمكن توصيل جهازين بكل مقبس، ويمكن أن يكون كلاهما أقراص صلبة أو كلاهما قارئ أقراص ضوئية أو دمج بين الاثنين، أحد هذه الأقراص يجب أن يكون (Master) والأخر يجب أن يكون (Slave)، ويكمن تحديد الـ(Master) و (Slave) باستخدام الجمبر الموجود في القرص الصلب ، مجموع الأجهزة التي يمكن تركيبها على مقبسين IDE هو 4 أجهزة، ولكن هذا لا يمنع من تركيب جهاز واحد فقط على المقبس الأساسي. اللون الدارج لهذه المقابس هو اللون الأسود للتي تعمل بتقنية ATA33 واللون الأزرق للتي تعمل بتقنيتي ATA66 و ATA100 و ATA133 ، ولكن هذه الألوان غير متفق عليها بين جميع الشركات المصنعة للوحات الأم فلذا يمكن أن تجد مقبس ATA100 باللون الأسود أو الأبيض أو الأزرق أو الأحمر.

• مقابس SATA:
  

هي حروف ATA التي سبق التعريف بها مضافا إليه حرف S للدلالة على كلمة Serial والتي تعني تسلسلية أو متعاقبة ، على عكس تقنية ATA التي تستخدم التزامن Parallel لذلك يمكننا أن نسمي تقنية ATA بتقنية PATA أما تقنية SATA فتختلف تماما عنها ، وبدأت هذه التقنية باسم SATA/150 للدلالة على سرعة 150MB/s والتقنية المرتقبة ستكون SATA300 ثم SATA600 والتي ستكون بأداء عال جدا للأقراص الصلبة كما يجب أن ننتبه إلى أن الكثير من المواقع تعرف تقنية SATA II على أنها بسرعة 3.0GB/s ، وكل منفذ من هذه المنافذ تقبل جهازين في آن واحد ، حالها كحال تقنية IDE ، كما تتميز هذه التقنية باستخدام حزام كيبل أصغر بكثير من القديم ، كما تتميز هذه التقنية بسهولة توصيلها لخارج الجهاز وتحويل القرص الصلب الداخلي إلى خارجي ، ويمكن لهذه التقنية التعامل مع كيبل بيانات بطول متر ، أما تقنية ATA فنصف هذا الطول.

• مقبس RAID:
  

وإذا كنا نتحدث عن القرص الصلب، فلا يمكن أن نغفل عن الحديث عن تقنية RAID ، وهي اختصار لجملة ( Redundant Array of Independent Disks)، تم تطوير هذه التقنية حتى تعطينا السرعة والمرونة في زيادة حجم القرص الصلب باستخدام أكثر من قرص صلب وبدون استخدام قرص صلب ذو سعة كبيرة، تعمل هذه تقنية في حالة وجود أكثر من قرص صلب واحد في الجهاز،بحيث تقوم بجمع السعات الموجودة في الأقراص الصلبة والتعامل معها على أنها قرص صلب واحد وهو( Master )، كما أن هناك 6 مستويات لهذه التقنية وهى من المستوى 0 إلى المستوى 5 ، المستوى 0 والمستوى 1 موجهتان للمستخدم العادي، والمستويات الأخرى للأجهزة الخادمة والمتخصصة ، ولا تتوفر هذه المقابس في جميع اللوحات الأم ، وتكون على شكل مقبسين إضافيين على نفس شكل مقبس IDE إلا أنهما يأخذان لونا واحدا ، ولكل شركة ذوقها في اختيار الألوان ، ويوجد مقال بعنوان نظرة فنية في تقنية RAID يمكنك الرجوع إليه كذلك تتوافر تقنية RAID مع تقنية SATA.

• مقبس FDD المخصص لسواقة الأقراص المرنة:
  

لتوصيل كابل القرص المرن ويرمز له ب FDD وتعنى Floppy Disk Drive، في العادة يكون لونه اسود ويميز بكونه اصغر من المقابس الأخرى ، ويبلغ عدد الإبر فيه 34 إبرة.

• الــبـيـــوس:
  

رمز BIOS هو اختصار لمصطلح Basic Input Output System وهى تعنى النظام (البرنامج) الأساسي لدخول وخروج المعلومة، هذا البرنامج مسئول عن أساسيات عمل الحاسب، أمور مثل التحكم بشريحتي الجسر الشمالي والجنوبي والكروت التي تركب على الحاسب، يتم عملها من البيوس ومن ثم توصيلها لنظام التشغيل المستخدم على الحاسب مثل ويندوز وغيره، برامج البيوس الحديثة تعطيك القدرة على التحكم بكل إعدادات الجهاز مثل سرعة المعالج والذاكرة و تواقيتهما وحتى القدرة على التحكم بقدرة الكهرباء التي تصل إلى المكونات، برنامج البيوس يتم تخزينه بشريحة تسمى ROM وهى اختصار لجملة Read Only Memory ، مسمى الشريحة يدل على إنها من أنواع الذاكرة والتي تستطيع القراءة منها فقط، هذا الكلام كان صحيحا فيما سبق وذلك للمحافظة على هذا البرنامج المهم من التلف ، فيتم حمايته من الكتابة عليه حتى لا يتلف، الوضع تغير الآن مع اللوحات الحديثة، الآن باستخدام برامج متخصصة بإمكانك أن تعمل ترقية لبرنامج البيوس وذلك لحل مشاكل ربما تقع في اللوحة الأم أو إضافة دعم لمعالج جديد، عند قيامك بعمل تعديلات على البيوس مثل تعريف قطعة جديدة من العتاد أو إعدادات سرعة الناقل الأمامي وحتى تغيير التاريخ والوقت، فان هذه الإعدادات يتم حفظها بشريحة تسمى CMOS وهى رمز للمسمى العلمي Complementary Metal Oxide Semiconductor، هذه الشريحة لا تستطيع تخزين معلومات بدون طاقة كهربائية، لذا فهي مربوطة ببطارية صغيرة مهمتها تزويد هذه الشريحة بالكهرباء بصورة مستمرة. وقد ظهر في بعض اللوحات ما يمسى بالبيوس المزدوج (Dual BIOS ) خاصة في لوحات أم جيجابايت، في الحقيقة البيوس المزدوج تعطي مجال أكبر للمستخدمين لترقية وتعديل البيوس بدون أي خطورة تذكر أو خوف، فعندما يحدث خلل أو خطأ أثناء ترقية البيوس، سيعطي البيوس المزدوج فرصة لإعادة النسخة الأصلية للبيوس بدون أي مشكلة، وإذا حدث هذه الخلل أو الخطأ في لوحة أم ليس بها البيوس المزدوج فسيكون الحل هو إعادة اللوحة الأم إلى المصنع أو إعادة برمجة البيوس عبر فني محترف.

• مقبس USB الداخلي:
  

لوحة المنافذ الخارجية لا يمكن أن تحوي أكثر من منفذي USB وأحيانا أربعة منافذ، بعض أطقم الرقاقات تدعم ما مجموعه 8 منافذ USB ولذلك دعت الحاجة إلى عمل هذه المقابس مباشرة على اللوحة الأم بحيث يستطيع الفني إضافة هذه المنافذ متى كان بحاجتها ، وكل مقبس من المقابس يمكنه أن يوصل بمنفذين ، ويتم تركيب هذه المنافذ إما على واجهة الهيكل أو في فتحات التوسعة في الجهة الخلفية من الهيكل

• منفذي USB2.0 و IEEE 1394 :
  

منفذ USB2.0 هو اختصار لجملة (Universal Serial Bus) ، وهو يعتبر امتداد لــ USB1.1 ، ويعود الفضل لتطوير USB2.0 إلى شركات: Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC and Philips ، فقد استطاعت تطوير هذا المنفذ حتى وصل إلى 480 ميغابت بالثانية. أما منفذIEEE 1394 فهو على جيلين متعاقبين ، الجيل الأول وهو IEEE 1394a وتصل سرعة نقل البيانات في هذا النوع 400 ميغابت في الثانية، أما الجيل الثاني فهو IEEE 1394b وتصل سرعة نقل البيانات إلى 800 ميجابت بالثانية، ومن المنتجات التي تستخدم هذا المنفذ، كذلك يسمى منفذ IEEE1394 باسم Fire wire وبقي أن نعرف أن شركة Apple هي من قامت بتطويره ، يعتبر منفذا USB2.0 و IEEE 1394 منافذ مرتفعة السعر (نسبيا) ، لسرعتها الفائقة في نقل البيانات كما أنها تدعم خاصيتي Plug-and-Play و hot plugging ، وهذا يعني قدرتهما على تزويد الجهاز المركب بالطاقة دون الحاجة لمصدر خارج الجهاز.

• لوحة الوصلات الخارجية:
  

المقابس الموجودة على لوحة الوصلات الخارجية هي، مقبسى لوحة المفاتيح والفارة، منفذ USB، مقبس Parallel للطابعة، مقبسى COM وإذا كانت اللوحة الأم تحتوى على ميزة الصوت فسيكون هناك مقبس ليد التحكم بالألعابJoystick و مقابس السماعات والميكروفون وأحيانا تحوي منفذ الشبكة LAN كما هو موضح في الصورة أعلاه، مواصفات ATX حددت كذلك موقع مقابس الوصلات الخارجية على اللوحة الأم، ومواصفات PC99 القياسية حددت لون مميز لكل وصلة.

• مقابس التوصيل بالهيكل:
  

غالبا ما تكون صفين من الإبر ، تنقسم إلى متحكمات في الشغيل مثل إبرتي PWR أو PW اختصارا لكلمة Power وهي موصلة بزر التشغيل الموجود على الهيكل ، وإبرتي RES اختصارا لكلمة Reset وهي مخصصة لعملية إعادة تشغيل الجهاز في حالة الطواريء وتعليق الجهاز ، وكذلك مجموعة إبر للمؤشرات ، أربع إبر متتالية للسماعة الداخلية للجهاز ، وإبرتين لمؤشر نشاط القرص الصلب ، وإبرتين أو ثلاث لمؤشر نشاط الجهاز ككل.

• القافزات jumpers :
  

وهي عبارة عن قطع بلاستيكيه صغيرة جدا بداخلها موصلات نحاسيه مثبتة على ابر-Pins- على اللوحة الأم وذلك لتحديد بعض الإعدادات للعتاد ، حديثا تم الاستعاضة عن بعض القافزات بخيارات في الـ bios setup.

• DIP Swith:
  

وظفيته مثل وظيفة الجمبر ، إلا أنها متوافر في اللوحات الحديثة ، ويتيمز هذا الجهاز بسهولة التعامل معه على عكس الجمبرز ، وسهولة الوصول إليه ، وغالبا ما يحوي الإعدادات الرئيسية للمعالج، وبخاصة تردد الناقل الأمامي ، ومعامل الضرب وأحيانا فرق الجهد الخاص بالمعالج.

• النواقل buses :
  

تكلمنا عن مكونات اللوحة الأم ، لكن كيف تتصل هذه الأعضاء مع بعضها البعض ؟ تتصل عن طريق النواقل وهي عبارة عن خطوط نحاسية مطبوعة على اللوحة الأم تقوم بوصل جميع أعضاء اللوحة الأم وتنقل البيانات بينها.طبعا أهم النواقل هو ناقل النظام المكون من قسمين ، الأول يصل بين المعالج و بين النورث بردج والثاني يصل بين الذاكرة العشوائية و بين النورث بردج.

• منفذ الطاقة :
  

وهو عبارة عن منفذ يحتوي على ثقوب ليستطيع الاتصال بكبل يتصل مع مزود الطاقة power supply وذلك لتزويد اللوحة الأم بالكهرباء اللازمة للعمل.

• مكثفات الطاقة:
  

مكثفات الطاقة (Capacitors) هي المسئولة عن جودة الإشارة الكهربائية التى تصل إلى المعالج، هذه المكثفات تقاس قوتها ب فاراد، أحجامها وعددها يختلف من لوحة أم إلى أخري، كلما زادت قوتها وكثر عددها كان انتقال الإشارة أفضل وبالتالي يؤدى إلى أداء أسرع وقلة المشاكل التي قد تحصل، وقد قامت بعض الشركات المصنعة بالإهتمام بمكثفات الطاقة عن طريق ابتكار طرق لتبريدها لضمان أداء أفضل لها، وهذه الشركات هي Abit و Gigabyte.
المراجع:
كتاب A+
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
كيف يتم تحديد سرعة المعالج وسرعة الناقل الأمامي؟


من خلال تردد الناقل الأمامي، تقوم شريحة الجسر الشمالي بتحديد سرعة المعالج وسرعة ناقل كرت الشاشة AGP، هنا نرى أهمية هذه الشريحة التي تساهم في تحديد نوع المعالج الذي يمكن استخدامه على هذا المذربورد ، سرعة المعالج تتحدد بما يسمى "معامل الضرب" (Multiplier) وتردد الناقل ، وتكون سرعة المعالج عبارة عن ناتج ضرب سرعة الناقل الأمامي بمعامل محدد، مثال على ذلك فان معالج بنتيوم4 بسرعة 3200 MHZ هو عبارة عن سرعة الناقل الأمامي والتي تعادل 200 MHz مضروبة في معامل الضرب 16. عملية الضرب هذه تقوم بها شريحة الجسر الشمالي و المعالج بنفس الوقت، لذا، إذا كانت الشريحة لا تدعم معامل ضرب 16 أو أنها لا تدعم سرعة ناقل أمامي 200 MHZ فانك لن تستطيع تشغيل معالج 3200 MHZ على هذه اللوحة. كرت الشاشة AGP يعمل على سرعة ناقل 66MHZ، لتقليل سرعة الناقل الأمامي من سرعات 100MHZ و 133MHZ إلى هذه السرعة، فان شريحة الجسر الشمالي تقوم بعملية قسمة Divider تعادل ⅓ لسرعات 100MHZ ومعامل ½ لسرعات 133MHZ، ومعامل ⅓ لسرعات 200MHZ مثالنا لمعالج بنتيوم4 3200MHZ يمر بعملية قسمة تعادل ( 200MHz * ⅓ ) مع جبر الكسر.


المعالجتردد المعالجتردد الناقل الأماميتردد AGPتردد PCI

Celeron	400	100	⅔ * 100=66	⅓ * 100=33
P4	533	133	½ * 133=66	¼ * 133=33
P4	800	200	⅓ * 200=66	1/6 * 200=33

وحدة المعالجة المركزية


وحدة المعالجة المركزية إختصارا (و م م - CPU)(بالإنجليزية: Central Processing Unit) أو يطلق عليها اختصارا المعالج (Processor) هي أحد مكونات الحاسوب الرقمي التي تقوم بتفسير التعليمات و معالجة البيانات التي تتضمنها البرمجيات. يعتبر المعالج بالإضافة للذاكرة الرئيسية و وحدات الإدخال و الإخراج من أهم مكونات الحواسب الدقيقة (microcomputers) الحديثة. تعرف المعالجات التي تم تصنيعها بواسطة الدارات المتكاملة (integrated circuits) بالمعالجات الدقيقة (microprocessor) و التي بدأ تصنيعها منذ منتصف سبعينات القرن العشرين على شكل رقاقات مدمجة حلت محل معظم أنواع المعالجات الأخرى.
يدل مصطلح وحدة معالجة مركزية على فئة من الآلات المنطقية التي تقوم بتنفيذ برامج حاسوبية معقدة والتي تشمل أيضا العديد من الحواسب القديمة التي كانت موجودة قبل ظهور هذا المصطلح في بداية الستينات من القرن العشرين.
صممت المعالجات بداية كمعالجات خاصة بتطبيقات معينة و كأحد مكونات الحواسيب الكبيرة والتخصصية لكن ارتفاع تكاليف هذا الأسلوب من التصميم أدى إلى إفساح المجال أمام ظهور معالجات رخيصة و قياسية متعددة الأغراض.
هذه النزعة نحو التوحيد القياسي بدأت بالظهور في عصر الحواسب المركزية (mainframe) ذات الترانزستورات المنفصلة (discrete transistor) و الحواسب الصغيرة (minicomputers) و تسارع مع انتشار الدارات المتكاملة حيث سمحت هذه الدارات بزيادة تعقيد المعالجات و تصغير حجمها. أدى التوحيد القياسي و التصغير المستمر للمعالجات إلى انتشارها الواسع و تجاوزها للتطبيقات التي انحصرت بالحواسب المتخصصة حيث دخلت المعالجات المكروية في شتى مجالات الحياة المعاصرة من السيارات إلى أجهزة الهاتف الخليوية و ألعاب الأطفال.

وحدات التحكم


وحدة التحكم عبارة عن جزء من وحدة المعالجة المركزية cpu أو أي جهاز آخر ، و هي تقوم بتوجيه عمليات هذا الجهاز .
في البداية كانت وحدات التحكم تعتمد على منطق ad-hoc (المنطق غير المحدد) . و كان من الصعب تلعيبها . أما الآن فإنها أصبحت تحقق اهداف البرامج الصغرية حيث يخزن البرنامج في مخزن التحكم . كلمات البرنامج المصغر ينم اختيارها من قبل موجه ميكروي و بتات هذه الكلمات تتحكم بالأجزاء المختلفة للجهاز و التي تتضمن : المسجلات و وحدة الحساب والمنطق و مسجلات التعليمات و الممرات و رقاقات الدخل/الخرج . و سوف نلاحظ هذه الأجزاء في شكل توضيحي يبينها مع وحدة التحكم . في أنظمة الحاسب الحديثة ربما يكون كل نظام جزئي* redbube له وحدة التحكم الخاصة به بالإضافة إلى وحدة التحكم الأساسية كمراقب عام . تتمثل وحدة التحكم بتلك الأسلاك التي تتحكم بتدفق المعلومات عبر المعالج و تنظم عمل الوحدات الأخرى الموجودة داخله . و بطريقة أخرى هي دماغ داخل دماغ . إن وظيفة وحدة التحكم تتغير بتغير البني الداخلية للمعالج حيث أن وحدة التحكم هي التي تحقق البني الداخلي للمعالج بشكل عملي . في المعالجات التي تنفذ تعليمات ×86 فإن وحدة التحكم تنجز المهام التالية : جلب التعليمة و فك شيفرتها و إدارة تنفيذها و تخزين النتيجة . في المعالجات ذات النوع RISC فإن وحدة التحكم تقوم بمهام كثيرة حتى تنفذ هذه التعليمات . فهي تقوم بإدارة تحويل تعليمات ×86 إلى تعليمات RISC و جدولة التعليمات الصغرية بين وحدات التنفيذ المختلفة و قذف الخرج من هذه الوحدات للتأكد من أنها انتهت في المكان الذي يفترض بها أن تذهب إليه . في أحد هذه المعالجات قد تقسم وحدة التحكم إلى وحدات أخرى (مثل وحدة الجدولة لمعالجة الجدولة و وحدات التقاعد للتعامل مع النتائج القادمة من خطوط المعالجة ) و ذلك حسب تعقيد العمل الذي سوف تقوم به. سوف نقوم الآن بتصميم وحدة تحكم بسيطة و نبين بعض الأجزاء الأخرى التي تشرف عليها وحدة التحكم هذه.
1. Memory address register (MAR): و هو الجزء الذي يقوم بمسك المولدة من قبل العداد PC و تقله إلى ممر المعطيات لإرساله إلى الذاكرة .
2. Program counter (PC): وهو يقوم بتوليد عنوان الحجرة الذاكرية التي تحتوي على التعليمة التالية التي سوف يتم تنفيذها
3. Memory buffer register (MBR): وهو عبارة عن مسجل يقوم بتخزين شيفرة التعليمة التي تم احضارها من الذاكرة
4. Instruction register (IR): وهو مسجل يحتوي على التعليمة الحالية التي سوف تنفذ في وحدة الحساب و المنطق ALU. 5. Timer: وهو دارة تقوم بتوليد الفترات الزمنية لتنفيذ التعليمات . مرحلة جلب التعليمة : هذه المرحلة تكون مقسمة إلى فترات زمنية كما يلي : • الفترة t0 : و فيها يتم تفعيل كل من الطرفين c1 و c5 حيث أن c1 تعني قراءة العنوان الذاكري إلى ممر المعطيات و c5 تعني كتابة محتوى ممر المعطيات إلى MAR و بذلك يكون قد أصبح عنوان التعليمة موجود على ممر العناوين للذاكرة • الفترة t1 : و فيها يتم تفعيل كل من c3 و c7 حيث أن c7 تجعل الذاكرة تضع محتويات الحجرة الذاكرية المحددة على ممر المعطيات لتصل إلى MBR الذي أيضاً يتم تفعيله بواسطة c3 ليضع محتوياته في IR . • الفترة t2 : يتم في هذه الفترة إرسال نبضة إلى عداد البرنامج من الطرف cin للـ cu لزيادة محتوى العداد ليشير إلى الحجرة الذاكرية التالية كما يتم تفعيل الطرف wr للـIR و بذلك تكون شيفرة التعليمة قد أصبحت على مدخل وحدة التحكم في هذه المرحلة يأتي دور وحدة التحكم في فك تشفير التعليمة و إرسال الإشارات اللازمة لتنفيذ هذه التعليمة مرحلة تنفيذ التعليمة : في الشكل الذي لدينا سوف نقوم بتتبع تنفيذ التعليمة and acc,r3 حيث أن شيفرة هذه التعليمة في وحدة الحساب و المنطق التي لدينا تعطى بالشكل
Rsrc Rsrc X X 0 0 0 0
Op code don't care register code و عندما تدخل هذه الشيفرة إلى cu تفك شيفرتها و تصدر الإشارات التالية و ذلك حسب الفترات الزمنية • الفترة T3: في هذه الفترة يتم نقل محتويات R3 إلى المسجل temp ( جميع العمليات في هذا المعالج تتم بين Acc و temp ) وذلك بتفعيل قطب القراءة (RD) للمسجل R3 الذي يقابل الطرف c15 في cu و تفعيل قطب الكتابة WR للمسجل temp الذي يمثل الطرف c20 للـ cu .
• الفترة t4 : يتم وضع شيفرة العملية opcode على المداخل s0 ، s1 ، s2 لوحدة الحساب و المنطق ALU .
• الفترة t5 : يتم وضع محتويات كل من Acc و ذلك بتفعيل الطرف c18 للـ cu و الـ temp و ذلك بتفعيل الطرف c19 للـ cu على دخل وحدة الحساب و المنطق لإجراء العملية المطلوبة كما يتم تفعيل طرف القراءة لمسجل الأعلام عن طريق تفعيل الطرف c22 للـ cu .
• الفترة t6 : في هذه الفترة يتم تصفير مولد الأزمنة time generator للبدء بعملية جلب تعليمة جديدة .
ملاحظة : إن هذه العملية احتاجت أكثر من نبضة ساعة حتى انتهى تنفيذها ( 4 نبضات ساعة ) و بعض التعليمات تحتاج لزمن أطول ملاحظة : يتم تصميم الدارة التركيبية لوحدة التحكم عن طريق تشكيل جدول الحقيقة الذي يتم فيه مراعاة شيفرة التعليمات و معرفة اطراف وحدة التحكم المطلوب تفعيلها من أجل كل تعليمة بدءاً من جلب التعليمة و حتى انتهاء تنفيذها .

موضوع متكامل مديرنا العزيز

مشكور على الطرح

مشكووووووووور اخي ع الموضوع والاكثر من رائع
سلمت يداك

مشكور على الجهود الرائعة.