كيف يعمل الكمبيوتر وما بداخله؟

تطورت أجهزة الكمبيوتر من أجهزة بسيطة إلى عنصر أساسي في القرن الحادي والعشرين في غضون عقود قليلة فقط. ولكن على الرغم من كونها تقنية جديدة نسبيًا ، إلا أن معظم الناس ليس لديهم فكرة عن شكل مستطيل بسيط - صغير بما يكفي ليلائم حقيبة ظهرك - قادرة على كل شيء من الرياضيات المعقدة إلى تشغيل الفيديو والصوت وتشغيل متطور البرمجيات.

إذن ، كيف يعمل الكمبيوتر ، وما المكونات التي تحتاجها لصنع واحد؟

ما هو الكمبيوتر؟

الكمبيوتر هو جهاز إلكتروني قابل للبرمجة قادر على معالجة المعلومات. تتكون أجهزة الكمبيوتر من أجهزة وبرامج ، وتعمل على مستويين: تتلقى البيانات من خلال مسار إدخال ، إما مباشر أو من خلال وحدة تخزين رقمية ، وترسل مخرجات.

لا ينبغي الخلط بين أجهزة الكمبيوتر الحديثة والوظيفة التي عفا عليها الزمن لأجهزة الكمبيوتر في القرن التاسع عشر. بينما يقوم كلاهما بإجراء حسابات رياضية طويلة ومملة ومعالجة المعلومات ، أحدهما شخص والآخر عبارة عن آلة.

كيف يعمل الكمبيوتر؟

يعالج الكمبيوتر المدخلات لإنتاج المخرجات المرغوبة ، ولكن كيف تتفوق الآلة على العقل البشري؟

لا تحاول أجهزة الكمبيوتر التقليدية تقليد الدماغ البشري. بدلاً من ذلك ، يقومون بتشغيل الأوامر بشكل متسلسل ، مع انتقال البيانات باستمرار من الإدخال والذاكرة إلى معالج الجهاز. من ناحية أخرى ، تقوم أجهزة الكمبيوتر ذات الشكل العصبي بمعالجة البيانات في نفس الوقت ، مما يجعلها أسرع ، وموفرة للطاقة ، وأقرب إلى بنية الدماغ البشري.

بشكل عام ، يعمل الكمبيوتر في أربع خطوات:

1. مدخل: الإدخال هو البيانات قبل المعالجة. يأتي من الماوس ولوحة المفاتيح والميكروفون وأجهزة الاستشعار الخارجية الأخرى.
2. تخزين: التخزين هو الطريقة التي يحتفظ بها الكمبيوتر ببيانات الإدخال. يتم استخدام القرص الصلب لتخزين البيانات طويلة المدى والسعة بينما يتم تخزين مجموعة البيانات للمعالجة الفورية مؤقتًا في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).
3. يعالج: المعالجة هي المكان الذي يتم فيه تحويل المدخلات إلى مخرجات. وحدة المعالجة المركزية للكمبيوتر (CPU) هي عقله. إنها مسؤولة عن تنفيذ التعليمات وإجراء العمليات الحسابية على بيانات الإدخال.
4. انتاج: الإخراج هو النتيجة النهائية لمعالجة البيانات. يمكن أن يكون أي شيء من الصور أو الفيديو أو المحتوى الصوتي ، حتى الكلمات التي تكتبها باستخدام لوحة المفاتيح. يمكنك أيضًا تلقي الإخراج من خلال طابعة أو جهاز عرض بدلاً من تلقيه مباشرة من خلال جهازك.

مكونات أجهزة الكمبيوتر

كلما كانت المهمة التي يتعين على الكمبيوتر القيام بها أكثر بساطة ، كان من الأسهل بناؤها. لهذا السبب أجهزة الكمبيوتر القديمة هي مبسطة مقارنة بنظيراتها الحديثة ، مع قدرات محدودة.

مكونات الأجهزة هي كل ما يمكنك لمسه ورؤيته فعليًا في الكمبيوتر ، بما في ذلك جميع أجهزة الإدخال والإخراج من لوحات المفاتيح والميكروفونات والماوس إلى الشاشات ومكبرات الصوت.

الأجهزة هي أيضًا أجزاء المعالجة المادية مثل التخزين ووحدة المعالجة المركزية وبطاقة الرسومات وبطاقة الصوت وذاكرة الوصول العشوائي واللوحة الأم ، وكلها تلعب دورًا مهمًا في أجهزة الكمبيوتر المعاصرة.

اللوحة الأم

اللوحة الأم هي محور الاتصال الأساسي بين مكونات أجهزة الكمبيوتر. إنها الدائرة الرئيسية حيث يحتاج كل شيء إلى الاتصال فعليًا - باستثناء تلك التي تعتمد على Bluetooth أو Wi-Fi. بدون اللوحة الأم ، من المستحيل أن يكون لديك جهاز كمبيوتر حديث يعمل.

وحدة المعالجة المركزية

إذا كانت اللوحة الأم هي محور الاتصالات ، فإن وحدة المعالجة المركزية هي مدير الاتصالات. يتلقى ويفسر المدخلات والتعليمات ويرسل إشارات إلى المكونات الأخرى لما يجب فعله بالضبط بالبيانات للإخراج المطلوب. كلما زاد عدد النوى في وحدة المعالجة المركزية، يمكن إجراء المزيد من العمليات في نفس الوقت.

الرامات "الذاكرة العشوائية في الهواتف والحواسيب

ذاكرة الوصول العشوائي هي المساعد الرئيسي لوحدة المعالجة المركزية. بدلاً من الاضطرار إلى البحث عن البيانات في وحدة تخزين كبيرة إلى حد كبير ، تقوم ذاكرة الوصول العشوائي بتخزين البيانات المستخدمة بواسطة نظام التشغيل وأي برنامج قيد التشغيل والمدخلات الواردة. كلما زادت سعة ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ، زاد حجم البرامج الثقيلة التي يمكن تشغيلها دون إبطاء الجهاز.

HDD / SSD

HDD تعني محرك القرص الصلب. إنه المكون الذي يخزن الوسائط والتطبيقات بشكل دائم ، بما في ذلك نظام التشغيل (OS). وهي تختلف في الحجم والأداء من بضع مئات من الجيجابايت (GB) إلى عدة تيرابايت (TB).

قد تصادف أيضًا محركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) ، وهي نوع آخر من أجهزة التخزين. تعد محركات الأقراص الثابتة ومحركات الأقراص الثابتة مفيدة لأشياء مختلفة، ويجمع العديد من المستخدمين بين محركات الأقراص لتحقيق أقصى قدر من الأداء.

وحدة معالجة الرسومات

وحدة معالجة الرسومات (GPU) مخصصة لمعالجة الصور المرئية على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. تعد وحدات معالجة الرسومات القوية ضرورية لتقديم صور ورسومات عالية الجودة أو ممارسة ألعاب الفيديو. يمكن أن تكون معالجة الرسومات إما مكوناتها الخاصة أو تكون متكاملة مع وحدة المعالجة المركزية.

كارت الصوت

كروت صوت مسؤولة عن معالجة البيانات السمعية وإرسالها إلى مكبرات الصوت. وبالمثل ، يمكن أن تكون بطاقة الصوت إما قطعة منفصلة أو متكاملة مع وحدة المعالجة المركزية.

مكونات برامج الكمبيوتر

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الحديثة مجموعة من مكونات الأجهزة والبرامج التي تعمل معًا لمعالجة المدخلات والمخرجات المعقدة.

البرنامج عبارة عن مجموعة تعليمات مكتوبة مسبقًا تخبر جهاز الكمبيوتر الخاص بك بما يجب القيام به. إنه برنامج رقمي ، وليس مكونًا ماديًا يمكن رؤيته عند فتح غطاء الكمبيوتر أو الكمبيوتر المحمول.

ومثل أجهزة الكمبيوتر لديك ، تؤدي أنواع مختلفة من البرامج أدوارًا مختلفة في عمل جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

البرامج الثابتة

البرنامج الثابت هو المكان الذي يصبح فيه الخط الفاصل بين الأجهزة والبرامج ضبابيًا. إنه برنامج محفور فعليًا في قطعة من الأجهزة.

البرنامج الثابت هو أول شيء يبدأ جهاز الكمبيوتر الخاص بك عند تشغيله ، برنامج بسيط يوجه جهاز الكمبيوتر الخاص بك لتشغيل نظام التشغيل. بدونها ، لن يقوم جهاز الكمبيوتر الخاص بك بتشغيل نظام التشغيل الخاص بك أو أي مكونات أخرى ، وستكون عالقًا في الأجهزة التي لا يمكنك الاتصال بها.

نظام التشغيل (OS)

نظام التشغيل هو جزء من البرنامج الذي يدير موارد أجهزة وبرامج الكمبيوتر. وبالمثل ، بدون نظام تشغيل ، لا يمكنك الاتصال بجهاز الكمبيوتر الخاص بك حتى باستخدام أجهزة الإدخال الخاصة بك.

مستقبل الحاسبات

ستصبح أجهزة الكمبيوتر التي تتبع نموذج المعالجة التسلسلية أرخص وأصغر وأسرع وأكثر كفاءة. ومع ذلك ، فإن تصميم الكمبيوتر التقليدي والهندسة المعمارية يصلان إلى حدودهما. بدلاً من ذلك ، يمكنك توقع ارتفاع في بنية الحوسبة الحديثة التي لا تعتمد على التكنولوجيا أولاً تم تصميمه منذ أكثر من 50 عامًا ، من احتمال وجود أجهزة كمبيوتر Neuromorphic إلى Quantum الذي يسهل الوصول إليه أجهزة الكمبيوتر.

الحوسبة النانوية: هل يمكن أن تكون أجهزة الكمبيوتر مجهرية حقًا؟

أصبحت أجهزة الكمبيوتر أصغر حجمًا ، ولكن هل ستكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة؟

اقرأ التالي

نبذة عن الكاتب