مقدمة في علوم الحاسب PDF
Document Details
Uploaded by ThrivingCommonsense6455
Suez Canal University
Ahmed Sobhi
Tags
Summary
This document provides an introduction to computer science, covering fundamental concepts such as definitions, characteristics, and uses of computers. It also includes a brief history of computer development and various types of computers.
Full Transcript
مقدمة فى علوم الحاسب متطلب الجامعة بواسطة د.احمد صبحى الدليل تعريف الحاسب اآللي خصائص الحاسب اآللي وحدات التخزين استخدامات الحاسب اآللي تاريخ تطور الحاسب اآللي أنواع الحاسبات اآللية ...
مقدمة فى علوم الحاسب متطلب الجامعة بواسطة د.احمد صبحى الدليل تعريف الحاسب اآللي خصائص الحاسب اآللي وحدات التخزين استخدامات الحاسب اآللي تاريخ تطور الحاسب اآللي أنواع الحاسبات اآللية تعريف الحاسب اآللي هو جهاز إلكترونً ٌقوم باستقبال البٌانات و معالجتها ثم تخزٌنها او تخزٌنها بصورة مباشرة ،و له القدرة على اجراء مجموعة من العملٌات الحسابٌة والمنطقٌة على تلك البٌانات وفقا لمجموعة من االوامر (البرامج) المختزنة فً ذاكرته ،وبعدها أو اثناء التنفٌذ ٌقوم بإخراج النتائج على وحدات اإلخراج المختلفة . حسب التعرٌف ٌ ،قوم الحاسب بالعملٌات التالٌة : )1عملٌات اإلدخال )2عملٌات التخزٌن )3العملٌات الحسابٌة )4العملٌات المنطقٌة )5عملٌة اإلخراج . خصائص الحاسب اآللي االستمرارٌة السرعة الدقة واالعتمادٌة الطاقة التخزٌنٌة العالٌة الوثوقٌة القدرة على االتصال بالحاسبات واألجهزة األخرى خصائص الحاسب اآللي االستمرارية وهً القدرة على أن ٌعمل الحاسب اآللً بإستمرار لمدة 24 ساعة فً اإلسبوع وذلك إلعتماده على مكونات إلكترونٌة ولٌست مٌكانٌكٌة. خصائص الحاسب اآللي السرعة وهً قدرة الحاسب اآللً على إنجاز كافة مهامة بدقة وسرعة فائقة ،فقد ٌنفذ الحاسب اآللً مالٌٌن بل بالٌٌن من العملٌات فً الثانٌة الواحدة. خصائص الحاسب اآللي الدقة واالعتمادية هً أن القدرة على العمل بشكل سلٌم بدون أخطاء مما ٌعطً الفرصة للمستخدم بأن ٌعتمد على الجهاز فً كافة العملٌات المتعلقة به. خصائص الحاسب اآللي الطاقة التخزينية العالية هً قدرة الجهاز على التعامل مع بٌانات ذات أحجام كبٌرة وكذلك القدرة العالٌة على تخزٌنها سواء داخلٌا أو خارجٌا وهو ما ٌمكنه من التعامل مع الملفات الصوتٌة واألفالم وقواعد البٌانات كبٌرة الحجم وكذلك سرعة حفظ واسترجاع هذه البٌانات فً شكل معلومات. خصائص الحاسب اآللي الطاقة التخزينية العالية الوحدة الفٌزٌائٌة لتخزٌن البٌانات هً البت bitوتمثل 0أو .1 Bit=Binary digit. الباٌت هو أصغر وحدة منطقٌة لحفظ البٌانات وهو ٌساوي 8بتات وهو مناسب لحفظ حرف واحد فقط. 1 byte=8 bits. 1 Kilo Byte (KB) =1024 Bytes 1 Mega Byte (MB)=1024 KBs 1 Giga Byte (GB)=1024 MBs 1 Tera Byte (TB)=1024 GBs خصائص الحاسب اآللي الطاقة التخزينية العالية 1 Exa Byte (EB) =1024 PBs 1 Zetta Byte (ZB)=1024 EBs 1 Yotta Byte (YB)=1024 ZBs خصائص الحاسب اآللي الوثوقية هً الثقة فً أن ٌخرج الجهاز نتائج ومخرجات سلٌمة بشرط إدخال بٌانات سلٌمة فً كل مرة ،وكذلك إخراج نفس النتائج فً كل مرة تستخدم فٌها نفس المدخالت. خصائص الحاسب اآللي القدرة على االتصال بالحاسبات واألجهزة األخرى هً قدرة الجهاز على التعامل مع ملحقات محتلفة وكذلك أجهزة مختلفة مما ٌساهم فً تكوٌن شبكات لمشاركة الموارد المختلفة وكذلك التواصل بٌن المستخدمٌن. خصائص الحاسب اآللي وٌالحظ مما سبق أن الحاسب اآللً له قدرة عالٌة عل تنسٌق النصوص والتعامل مع الرسوم المتحركة والعملٌات الحسابٌة المعقدة واألفالم والرسوم المتحركة وذلك بسبب الخائئص السالف ذكرها. استخدامات الحاسب اآللي )1التعلٌم ( التدرٌب – التدرٌس – المحاكاة )..... - )2الكتابة والتحرٌر (الصحافة – دور النشر -االبحاث - المراجع)...... )3اإلحصاء (تخزٌن البٌانات و استخراج العٌنات لعمل عملٌات احصائٌة علٌها) )4البنوك (عملٌات السحب و االٌداع و احتساب الفوائد الى جانب تخزٌن بٌانات العمالء) )5الصناعة (التحكم االلكترونى فى الماكٌنات و انظمة المراقبة) )6التصمٌم الهندسً كما فى برنامج االوتوكاد )7الطٌران (لحجز التذاكر -تنظٌم جداول الطائرات ) استخدامات الحاسب اآللي )8التجارة وإدارة األعمال و البورصات )9تخزٌن الوثائق واألرشفة )10االتصاالت والشبكات وتبادل المعلومات )11األلعاب )12الصحة (تخزٌن بٌانات المرضى – تحلٌل صور االشعة – معامل التحالٌل) )13المجال األمنً والعسكري (تحلٌل صور االقمار الصناعٌة – تحدٌد االحداثٌات للمقذوفات). تاريخ تطور الحاسب اآللي فً عام 1948قام المهندس المجري جون فون نٌومان ببناء أول حاسب إلكترونً قادر على تخزٌن البرامج ،حٌث تتكون منظومة جهاز فون من وحدة معالجة مركزٌة ووحدة ذاكرة ووسائط تخزٌن ووحدات إدخال وإخراج. فً عام 1957م ظهرت أول لغة برمجة ذات مستوى عالً وهً لغة فورتران حٌث كانت تستخدم لغة اآللة فً السابق. تاريخ تطور الحاسب اآللي الجيل األول ( 1951م – :( 1957 وتستخدم فٌه الصمامات المفرغة vacuum tubesو كانت حاسبات هذا الجٌل تتمٌز بضخامة الحجم حٌث كانت تتألف من آالف الصمامات. الجيل الثاني ( 1957م – : )1965 و فٌه تم استخدام الترانزٌستور وهو عبارة عن دائرة إلكترونٌة أسرع وأصغر وأقل تكلفة من الصمام المفرغ .ومعه أصبحت الحاسبات أقل حجما وأكثر سرعة وأكبر قدرة على التخزٌن باستخدام الخالٌا الممغنطة. تاريخ تطور الحاسب اآللي الجيل الثالث ( 1965م – 1972م) : ظهرت فٌه الدوائر المتكاملة ()Integrated Circuitsوهى عبارة عن دوائر متكاملة توضع على شرٌحة من السلٌكون . ومعه أصبحت الحاسبات أقل حجما و هنا كانت بداٌة ظهور الحاسبات المتوسطة واصبحت تلك الحاسبات أكثر سرعة وأكبر قدرة التخزٌن. تاريخ تطور الحاسب اآللي الجيل الرابع ( 1971م – حتى وقتنا الحاضر) معالج دقٌق Microprocessorواستخدمت الدوائر المتكاملة الكبٌرة LSIفً هذا الجٌل من الحاسبات اآللٌة. حٌث قام مارسٌان هوف بأختراع المعالج الدقٌق لصالح شركة إنتٌل.بحٌث تم تجمٌع كامل وحدة المعالجة المركزٌة للمعالج على رقاقة واحدة.مما جعل الحاسبات اكثر تطورا و ٌتمٌز بسرعة عالٌة فى تنفٌذ االوامرو اصغر حجما. تاريخ تطور الحاسب اآللي الجيل الخامس :تطوٌر أجهزة الذكاء االصطناعً. اجهزة هذا الجٌل تمٌزت بقدرتها على التعامل مباشرة مع احتٌاجات االنسان لقدرتها على فهم المدخاالت المحكٌة (االوامر عن طرٌق الصوت) الى جانب االوامر المكتوبة و المرسومة. أنواع الحاسبات اآللية تصنف الحاسبات اآللية وفقا لطبيعة عملها إلى: -الحاسبات القٌاسٌة )(Analog Computers وهً فئة من األجهزة ٌتم فٌها تمثٌل الكمٌات الفٌزٌائٌة المتغٌرة باستمرار ،مثل الجهد الكهربائً ،أو ضغط السوائل ،أو الحركة المٌكانٌكٌة ،درجة الحرارة وغٌرها بطرٌقة مماثلة للكمٌات المقابلة فً المشكلة المراد حلها. ٌتم إعداد النظام التناظري وفقا للشروط األولٌة ثم ٌُسمح بالتغٌٌر بحرٌةٌ.تم الحصول على إجابات المشكلة عن طرٌق قٌاس المتغٌرات فً النموذج التناظري. من أهم األمثلة لهذه النوعية من الحواسيب هي أجهزة المالحة في السفن والطائرات والترمومتر الرقمي وغيرها. أنواع الحاسبات اآللية تصنف الحاسبات اآللية وفقا لطبيعة عملها إلى: -الحاسبات الرقمٌة )(Digital Computers الحاسب الرقمً عبارة عن آلة أو جهاز ٌساعد فً معالجة أي نوع من المعلومات باستخدام الترمٌز الثنائً .0,1 هذه هً األجهزة التً نقدم من خاللها بعض المدخالت ونحصل على المخرجات فً غضون جزء من الثانٌة. تحدث العملٌات التً ٌتم إجراؤها داخلٌا فً الجهاز باستخدام نظام األرقام الثنائٌة نظرا ألن الكمبٌوتر ال ٌفهم سوى األرقام ،مثل 0و .1 تمثل أجهزة الحاسب اآللي واآلالت الحاسبة وأجهزة الحاسب المحمول أمثلة واضحة لهذه النوعية من الحاسبات اآللية. أنواع الحاسبات اآللية تصنف الحاسبات اآللية وفقا لطبيعة عملها إلى: -الحاسبات الهجٌنة )(Hybrid Computers الحاسبات الهجٌنة هً نوع من أجهزة الكمبٌوتر التً توفر وظائف كل من الكمبٌوتر الرقمً والتناظري معا.وهً مصممة لتشمل وحدة تناظرٌة عاملة قوٌة للحسابات ،ومع ذلك بها ذاكرة رقمٌة متاحة بسهولة.فً الصناعات والشركات الكبٌرة ٌ ،مكن استخدام الكمبٌوتر الهجٌن لدمج العملٌات المنطقٌة باإلضافة إلى توفٌر معالجة فعالة للمعادالت التفاضلٌة. أنواع الحاسبات اآللية تصنف الحاسبات اآللية وفقا لطبيعة عملها إلى: -الحاسبات الهجٌنة )(Hybrid Computers وتستخدم الحاسب الهجٌن فً مجاالت مختلفة وهً تعمل األنظمة الهجٌنة على حل المهام بشكل فعال واستخدامها فً ما ٌلً: .1نمذجة نظام تحكم آلً فً الوقت الحقٌقً حٌث أنها تحتوي على مٌزات األجهزة التناظرٌة والرقمٌة. ٌ.2ستخدم فً وحدة العناٌة المركزة (العناٌة المركزة) بالمستشفى. .3تستخدم فً قطاعات مثل السفن ،وقطاع الدفاع ،وقطاع الطٌران ، وأنظمة الرادار أٌضا. .4تلعب دورا فً عملٌات الوقت الفعلً ،التً تشتمل على مكونات ومتغٌرات عالٌة التردد ،متفاوتة فً مدى واسع ونطاق تردد. أنواع الحاسبات اآللية تصنف الحاسبات اآللية وفقا لطبيعة عملها إلى: -الحاسبات الهجٌنة )(Hybrid Computers .5مصانع مثل مصانع األسمنت ومحطات ضخ الغاز. .6نمذجة النظم البٌولوجٌة. .7اآلالت الرقمٌة مثل جهاز الموجات فوق الصوتٌة ،وأجهزة الفحص باألشعة المقطعٌة ،وأجهزة الصراف اآللً. .8النمذجة اإلحصائٌة. .9حل المعادالت فً المشتقات الجزئٌة. .10تحسٌن أنظمة التحكم. أنواع الحاسبات اآللية أنواع الحاسبات طبقا لحجمها : الحاسبات العمالقة )(Super Computers هذه الحاسبات هً حاسبات آلٌة عمالقة ذات إمكانٌات هائلة جدا تستخدم لمعالجة كم هائل جدا من البٌانات ولها القدرة على تخزٌن كم هائل جدا من البٌانات والمعلومات ومعالجتها بسرعة عالٌة جدا تصل إلى بالٌٌن التعلٌمات فً الثانٌة الواحدة. وهً ال تصلح لالستخدام الشخصً أو على مستوى مؤسسة محدودة إنما ٌستخدم على نطاق دولً حٌث ٌمكنه ربط شبكة حاسبات آلٌة كبٌرة جدا على نطاق واسع جدا حٌث تتدفق إلٌه البٌانات من عدد كبٌر جدا من الحاسبات اآللٌة لٌقوم بمعالجتها والحصول على نتائج المعالجة وتخزٌن ما ٌلزم منها كً تصبح جاهزة ألي حاسب آلً أخر مرتبط معه وٌحتاج الحصول على هذه المعلومات. أنواع الحاسبات اآللية أنواع الحاسبات طبقا لحجمها : الحاسبات الكبيرة ).(Main Frame وٌسمى الحاسب اآللً المركزي حٌث ٌستخدم لربط شبكة من الحاسبات اآللٌة على نطاق واسع قد ٌكون على مستوى مدٌنة كاملة أو شركة كبٌرة وبه إمكانٌات هائلة إال أنها ال تصل إلى مستوى إمكانٌات الحاسب اآللً الممتاز. وقد تستخدم هذه األجهزة فً الشركات والوزارات والمؤسسات الكبرى أو الجامعات. ولها القدرة على تنفٌذ العملٌات بسرعة قد تصل إلى 1000ملٌون من التعلٌمات فً الثانٌة الواحدة. أنواع الحاسبات اآللية أنواع الحاسبات طبقا لحجمها : الحاسبات المتوسطة ). (Mini Computer هً حاسبات آلٌة ذات إمكانٌات تؤهلها لخدمة شبكة من الحاسبات اآللٌة على نطاق مؤسسة صغٌرة نسبٌا أوشركة صغٌرة حٌث ٌقوم بمعالجة بٌانات هذه المؤسسة وتخزٌنها وتلبٌة إحتٌاجات الحاسبات اآللٌة المرتبطة به داخل هذه المؤسسة.وغالبا ٌمكن ٌمكن تسمٌة هذا النوع من الحاسبات بالخوادم Serversوقد اتجهت إلٌه حدٌثا المؤسسات والجامعات وغٌرها. أنواع الحاسبات اآللية أنواع الحاسبات طبقا لحجمها : الحاسبات الصغيرة أو الشخصية الحاسبات اآللٌة الصغٌر لها عدة أشكال هً: الكمبٌوتر الشخصً – Personal Computer : وأشهر هذا النوع على اإلطالق وهو الكمبٌوتر الذي نتعامل معه اآلن بشكل واسع وهو ٌنتشر بشكل كبٌر جدا وذلك لرخص سعره أوال ولكونه فً تطورمستمر وٌعتبر ذو إمكانٌات هائلة جدا على النطاق الشخصً. أنواع الحاسبات اآللية أنواع الحاسبات طبقا لحجمها : الحاسبات الصغيرة أو الشخصية الحاسبات اآللٌة الصغٌر لها عدة أشكال هً: الكمبٌوتر المحمول – Portable Computer : ٌطلق على الكمبٌوتر المحمول اسم Lab Topهو ٌشبه إلى حد كبٌر الكمبٌوتر الشخصً إال أنه صغٌر الحجم ٌمكن حمله كحقٌبة مستندات وٌزود ببطارٌة ٌمكن شحنها كً ٌمكن استخدامه فً أي مكان وفً أي وقت وهو ٌناسب هؤالء الذٌن ٌتنقلون باستمرار وتتطلب طبٌعة عملهم السفر من مكان آلخر ،كرجال األعمال والصحفٌٌن وغٌرهم. أنواع الحاسبات اآللية -3أنواع الحاسبات طبقا لمجال االستخدام : حاسبات ذات غرض عام )(General Purpose Computer وهً أجهزة عامة ٌمكنها القٌام بالعدٌد من المهام الٌومٌة مثل كتابة خطاب معالجة النصوص ،وإعداد المستندات ،والتسجٌل ،والتحلٌل المالً ،وطباعة المستندات ،وإنشاء قواعد البٌانات ،وإجراء العملٌات الحسابٌة بدقة واتساق. وٌالحظ أن حجم وسعة التخزٌن وتكلفة هذه أجهزة الكمبٌوتر أقل بشكل أساسً.قدرة هذه الحواسٌب محدودة فً أداء المهام المتخصصة.ومع ذلك ،فهو ٌتمٌز بتعدد االستخدامات ومفٌد لتلبٌة االحتٌاجات األساسٌة لألشخاص فً المنزل أو فً مكان العمل فً البٌئة. األجهزة الشخصية سواء مكتبة أو محمولة تمثل مثاال لهذه األجهزة. أنواع الحاسبات اآللية -3أنواع الحاسبات طبقا لمجال االستخدام : حاسبات ذات غرض خاص )(Special Purpose Computer تم تصمٌم أجهزة الكمبٌوتر هذه ألداء مهمة معٌنة أو متخصصة. وٌعتمد حجم وسعة التخزٌن وتكلفة هذه األجهزة بشكل أساسً على طبٌعة وحجم العمل. تتوافق وظٌفة أجهزة الكمبٌوتر هذه مع أي مهمة معٌنةٌ.حتاج الكمبٌوتر الخاص إلى مدخالت وأجهزة محددة باإلضافة إلى لوحة أم متوافقة مع المعالج إلجراء العمل بكفاءة. تستخدم أجهزة الكمبٌوتر هذه ألغراض خاصة فً التنبؤ بالطقس ، وأبحاث الفضاء ،والزراعة ،والهندسة ،واألرصاد الجوٌة ،وتشغٌل األقمار الصناعٌة ،ومراقبة حركة المرور ،والبحث فً العلوم الكٌمٌائٌة. أنواع الحاسبات اآللية -3أنواع الحاسبات طبقا لمجال االستخدام : حاسبات ذات غرض خاص )(Special Purpose Computer أمثلة: .1ماكٌنات الصرف اآللً ATM .2غسالة مالبس .3معدات المراقبة .4محاكٌات التنبؤ بالطقس .5حواسٌب التحكم فً حركة المرور .6التطبٌقات الموجهة نحو الدفاع .7أنظمة التنقٌب عن النفط .8طائرات عسكرٌة تتحكم فً أجهزة الكمبٌوتر.