تويت
ماذا تعرف عن إختراع الآلة الحاسبة ؟
هل يمكنك تذكر ثابت أفوجادرو إلى عدد ستة من عشرة ؟ هل يمكنك معرفة الجذر التربيعي لـ 747 في أقل من ثانية ؟ هل يمكنك جمع مئات الأرقام واحدا تلو الآخر دون ارتكاب أي خطأ ؟ تستطيع الآلة الحاسبة الجيبية القيام بكل هذه الأشياء وأكثر باستخدام مفاتيح إلكترونية صغيرة تسمى الترانزستورات، ودعونا نلقي نظرة خاطفة داخل الآلة الحاسبة ومعرفة كيف تعمل.
ما هي الآلة الحاسبة؟
عقولنا متعددة الإستخدامات بشكل مثير للدهشة، لكننا نجد صعوبة في الحساب في رؤوسنا لأنه لا يمكنها تخزين عدد كبير من الأرقام، وفقا لجزء مشهور من بحث في الخمسينات من قبل عالم النفس جورج ميللر يمكننا أن نتذكر عادة 5-9 أرقام (أو ، كما قال ميللر الرقم السحري سبعة، زائد أو ناقص اثنين) قبل أن تبدأ عقولنا في النسيان، ولهذا السبب كان الناس يستخدمون أدوات لمساعدتهم على الحساب منذ العصور القديمة، وفي الواقع، تأتي كلمة الآلة الحاسبة من الحاسبة اللآتينية، مما يعني العد بإستخدام الأحجار.
تم استخدام الآلة الحاسبة الميكانيكية (تلك المصنوعة من التروس والرافعات) على نطاق واسع من أواخر القرن التاسع عشر إلى أواخر القرن العشرين، وذلك عندما بدأت الآلة الحاسبة الإلكترونية ذات الأسعار المعقولة الجيب في الظهور بفضل تطوير رقائق السيليكون الدقيقة في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات.
تشترك الآلة الحاسبة الحديثة كثيرا مع أجهزة الكمبيوتر، فهي تشترك في نفس التاريخ وتعمل بطريقة مماثلة ولكن هناك إختلاف واحد مهم، الآلة الحاسبة هي آلة تعمل بالكامل بواسطة الإنسان لمعالجة الرياضيات، في حين يمكن برمجة الكمبيوتر للعمل ويقوم بنفسه بمجموعة كاملة من الوظائف ذات الأغراض العامة، بإختصار، جهاز كمبيوتر قابل للبرمجة والآلة الحاسبة لا (توجد آلة حاسبة قابلة للبرمجة في مكان ما بين الاثنين يمكنك برمجتها ولكن فقط لإجراء حسابات رياضية بسيطة نسبيا).
ماذا بداخل الآلة الحاسبة ؟
إذا كنت تفكك آلة حاسبة من القرن التاسع عشر فستجد مئات الأجزاء بداخلها الكثير من التروس الدقيقة والمحاور والقضبان والرافعات مشحمة، والنقر والطنين في كل مرة تدخل فيها رقم، ولكن الآلة الحاسبة الإلكترونية الحديثة (لا يمكنني مقاومة فك المسمار عندما أراه) قد تشعر بخيبة أمل من قلة ما تجده بداخلها، ولا أوصيك بفعل ذلك بإستخدام حاسبة المدرسة الجديدة تماما إذا كنت ترغب في البقاء على قيد الحديث مع والديك، لذا فقد أنقذت نفسك، وإليك ما ستجده في الداخل:
*الإدخال: لوحة المفاتيح تتكون من حوالي 40 مفتاحا بلاستيكيا صغيرا مع غشاء مطاطي تحتها ودائرة حساسة للمس تحته.
*المعالج: رقاقة صغيرة تقوم بكل العمل الشاق، وهذا يقوم بنفس العمل مثل جميع التروس في الآلة الحاسبة المبكرة.
* الإخراج: شاشة كريستالية سائلة لتظهر لك الأرقام التي تكتبها ونتائج حساباتك.
* مصدر الطاقة: بطارية طويلة العمر (تحتوي الخلية على خلية (زر) ليثيوم رقيقة تدوم عدة سنوات)، وتحتوي بعض الآلات الحاسبة أيضا على خلية شمسية لتوفير طاقة مجانية في وضح النهار، وهذا كل شيء.
ماذا يحدث عند الضغط على مفتاح في الآلة الحاسبة ؟
اضغط لأسفل على أحد مفاتيح الأرقام في الآلة الحاسبة، وستحدث سلسلة من الأشياء بتتابع سريع:
* عندما تضغط على البلاستيك الصلب، يضغط الغشاء المطاطي تحته، وهذا هو نوع من الترامبولين المصغر الذي يحتوي على زر مطاطي صغير يتم وضعه مباشرة تحت كل مفتاح ومساحة مجوفة أسفل ذلك، وعندما تضغط على أحد المفاتيح، تقوم بضغط الزر المطاطي على الغشاء الموجود تحته مباشرة.
* يضغط الزر المطاطي لأسفل مما يجعل الإتصال الكهربائي بين طبقتين في مستشعر لوحة المفاتيح تحته وتكتشف دائرة لوحة المفاتيح ذلك.
* تحدد رقاقة المعالج المفتاح الذي قمت بالضغط عليه.
* تعمل الدائرة الموجودة في شريحة المعالج على تنشيط الأجزاء المناسبة على الشاشة المقابلة للرقم الذي قمت بالضغط عليه.
* إذا قمت بالضغط على المزيد من الأرقام فستظهر شريحة المعالج على الشاشة أيضا وستستمر في القيام بذلك حتى تضغط على أحد مفاتيح العمليات (مثل + ، - ، ×)لجعلها تفعل شيئا مختلفا، افترض أنك ضغطت على مفتاح + ستقوم الآلة الحاسبة بتخزين الرقم الذي أدخلته للتو في ذاكرة صغيرة تسمى تسجيل، بعد ذلك سوف يمسح الشاشة وينتظر منك إدخال رقم آخر، وعند إدخال هذا الرقم الثاني ستعرض شريحة المعالج رقما تلو الآخر كما كان من قبل وستخزنه في سجل آخر، وأخيرا، عندما تضغط على المفتاح = ستضيف الآلة الحاسبة محتويات التسجيلين معا وتعرض النتيجة، وهناك أكثر من ذلك بقليل وسأذهب إلى بعض التفاصيل أدناه.
كيف تعمل شاشة الآلة الحاسبة ؟
من المحتمل أنك معتاد على فكرة أن شاشة الكمبيوتر تصنع أحرفا وأرقاما باستخدام شبكة صغيرة من النقاط تسمى بكسل، واستخدمت أجهزة الكمبيوتر القديمة عددا قليلا من وحدات البكسل وبدت شديدة الدقة ومنقطة، ولكن شاشة LCD الحديثة تستخدم ملايين البكسل وهي تقريبا واضحة وحادة مثل الكتاب المطبوع، ومع ذلك، تظل الآلة الحاسبة عالقة في العصور المظلمة أو أوائل السبعينيات على وجه الدقة، انظر عن كثب إلى الأرقام الموجودة في الآلة الحاسبة، وسترى كل واحد مصنوع من نمط مختلف من سبعة أشرطة أو شرائح، وتعرف شريحة المعالج أنه يمكنها عرض أي من الأرقام من 0 إلى 9 من خلال تنشيط مجموعة مختلفة من هذه الأجزاء السبعة، ولا يمكن عرض الحروف بسهولة على الرغم من أن بعض الآلات الحاسبة العلمية (الآلة الحاسبة الإلكترونية الأكثر تقدما التي تحتوي على الكثير من الصيغ الرياضية والعلمية المضمنة) لديها فرصة.
تمثيل الأرقام في ثنائي :
يعمل البشر على الأرقام بالتنسيق العشري (الأرقام من 0 إلى 9) إلى حد كبير، لأنه يعتقد أن لدينا عشرة أصابع لكل من اليد والقدم يمكن الإعتماد عليها، ولكن الأرقام التي نستخدمها لكتابة كميات من الأشياء هي أرقام عشوائية، ولنفترض أن لديك كومة من العملات المعدنية وتريد أن تخبرني كم أنت ثري، يمكنك أن تشير إلى الكومة، ويمكنني النظر إليها، وإذا رأيت الكثير من العملات المعدنية فسوف أستنتج أنك غني، ولكن ماذا لو لم أكن هناك للنظر في الكومة؟ ثم يمكنك استخدام رمز لتمثيل العملات المعدنية وهذا هو الرقم، رمز يشير إلى مبلغ، وإذا كان هناك تسعة عشر عملة معدنية يمكنك استخدام الرمزين 1و 9 مكتوبين معا 19، وإذا تم أخذهما معا، فهذا يعني 1 × 10 زائد 9 × 1 = 19، وهذه هي الطريقة التي يعمل بها العشري بإستخدام نظام من 10 رموز، ولكن يمكنك استخدام رموز أخرى أيضا.
في القرن الماضي أو نحو ذلك تم تصنيع أجهزة الكمبيوتر والآلة الحاسبة من مجموعة متنوعة من أجهزة التبديل التي يمكن أن تكون في موضع أو آخر، وتماما مثل مفتاح الإضاءة إما قيد التشغيل أو إيقاف التشغيل، ولهذا السبب، تقوم أجهزة الكمبيوتر والآلات الحاسبة بتخزين الأرقام ومعالجتها باستخدام ما يسمى بالرمز الثنائي والذي يستخدم رمزين فقط (0 و 1) لتمثيل أي رقم، ولذلك في الرمز الثنائي الرقم 19 مكتوب 10011 مما يعني (1 × 16) + (0 × 8) + (0 × 4) + (1 × 2) + (1 × 1) = 19، والجميل في الثنائي هو أنه يمكنك تمثيل أي رقم عشري بسلسلة من المفاتيح التي تكون قيد التشغيل أو الإيقاف مثالية للآلة الحاسبة أو الكمبيوتر.
هل يمكنك تذكر ثابت أفوجادرو إلى عدد ستة من عشرة ؟ هل يمكنك معرفة الجذر التربيعي لـ 747 في أقل من ثانية ؟ هل يمكنك جمع مئات الأرقام واحدا تلو الآخر دون ارتكاب أي خطأ ؟ تستطيع الآلة الحاسبة الجيبية القيام بكل هذه الأشياء وأكثر باستخدام مفاتيح إلكترونية صغيرة تسمى الترانزستورات، ودعونا نلقي نظرة خاطفة داخل الآلة الحاسبة ومعرفة كيف تعمل.
ما هي الآلة الحاسبة؟
عقولنا متعددة الإستخدامات بشكل مثير للدهشة، لكننا نجد صعوبة في الحساب في رؤوسنا لأنه لا يمكنها تخزين عدد كبير من الأرقام، وفقا لجزء مشهور من بحث في الخمسينات من قبل عالم النفس جورج ميللر يمكننا أن نتذكر عادة 5-9 أرقام (أو ، كما قال ميللر الرقم السحري سبعة، زائد أو ناقص اثنين) قبل أن تبدأ عقولنا في النسيان، ولهذا السبب كان الناس يستخدمون أدوات لمساعدتهم على الحساب منذ العصور القديمة، وفي الواقع، تأتي كلمة الآلة الحاسبة من الحاسبة اللآتينية، مما يعني العد بإستخدام الأحجار.
تم استخدام الآلة الحاسبة الميكانيكية (تلك المصنوعة من التروس والرافعات) على نطاق واسع من أواخر القرن التاسع عشر إلى أواخر القرن العشرين، وذلك عندما بدأت الآلة الحاسبة الإلكترونية ذات الأسعار المعقولة الجيب في الظهور بفضل تطوير رقائق السيليكون الدقيقة في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات.
تشترك الآلة الحاسبة الحديثة كثيرا مع أجهزة الكمبيوتر، فهي تشترك في نفس التاريخ وتعمل بطريقة مماثلة ولكن هناك إختلاف واحد مهم، الآلة الحاسبة هي آلة تعمل بالكامل بواسطة الإنسان لمعالجة الرياضيات، في حين يمكن برمجة الكمبيوتر للعمل ويقوم بنفسه بمجموعة كاملة من الوظائف ذات الأغراض العامة، بإختصار، جهاز كمبيوتر قابل للبرمجة والآلة الحاسبة لا (توجد آلة حاسبة قابلة للبرمجة في مكان ما بين الاثنين يمكنك برمجتها ولكن فقط لإجراء حسابات رياضية بسيطة نسبيا).
ماذا بداخل الآلة الحاسبة ؟
إذا كنت تفكك آلة حاسبة من القرن التاسع عشر فستجد مئات الأجزاء بداخلها الكثير من التروس الدقيقة والمحاور والقضبان والرافعات مشحمة، والنقر والطنين في كل مرة تدخل فيها رقم، ولكن الآلة الحاسبة الإلكترونية الحديثة (لا يمكنني مقاومة فك المسمار عندما أراه) قد تشعر بخيبة أمل من قلة ما تجده بداخلها، ولا أوصيك بفعل ذلك بإستخدام حاسبة المدرسة الجديدة تماما إذا كنت ترغب في البقاء على قيد الحديث مع والديك، لذا فقد أنقذت نفسك، وإليك ما ستجده في الداخل:
*الإدخال: لوحة المفاتيح تتكون من حوالي 40 مفتاحا بلاستيكيا صغيرا مع غشاء مطاطي تحتها ودائرة حساسة للمس تحته.
*المعالج: رقاقة صغيرة تقوم بكل العمل الشاق، وهذا يقوم بنفس العمل مثل جميع التروس في الآلة الحاسبة المبكرة.
* الإخراج: شاشة كريستالية سائلة لتظهر لك الأرقام التي تكتبها ونتائج حساباتك.
* مصدر الطاقة: بطارية طويلة العمر (تحتوي الخلية على خلية (زر) ليثيوم رقيقة تدوم عدة سنوات)، وتحتوي بعض الآلات الحاسبة أيضا على خلية شمسية لتوفير طاقة مجانية في وضح النهار، وهذا كل شيء.
ماذا يحدث عند الضغط على مفتاح في الآلة الحاسبة ؟
اضغط لأسفل على أحد مفاتيح الأرقام في الآلة الحاسبة، وستحدث سلسلة من الأشياء بتتابع سريع:
* عندما تضغط على البلاستيك الصلب، يضغط الغشاء المطاطي تحته، وهذا هو نوع من الترامبولين المصغر الذي يحتوي على زر مطاطي صغير يتم وضعه مباشرة تحت كل مفتاح ومساحة مجوفة أسفل ذلك، وعندما تضغط على أحد المفاتيح، تقوم بضغط الزر المطاطي على الغشاء الموجود تحته مباشرة.
* يضغط الزر المطاطي لأسفل مما يجعل الإتصال الكهربائي بين طبقتين في مستشعر لوحة المفاتيح تحته وتكتشف دائرة لوحة المفاتيح ذلك.
* تحدد رقاقة المعالج المفتاح الذي قمت بالضغط عليه.
* تعمل الدائرة الموجودة في شريحة المعالج على تنشيط الأجزاء المناسبة على الشاشة المقابلة للرقم الذي قمت بالضغط عليه.
* إذا قمت بالضغط على المزيد من الأرقام فستظهر شريحة المعالج على الشاشة أيضا وستستمر في القيام بذلك حتى تضغط على أحد مفاتيح العمليات (مثل + ، - ، ×)لجعلها تفعل شيئا مختلفا، افترض أنك ضغطت على مفتاح + ستقوم الآلة الحاسبة بتخزين الرقم الذي أدخلته للتو في ذاكرة صغيرة تسمى تسجيل، بعد ذلك سوف يمسح الشاشة وينتظر منك إدخال رقم آخر، وعند إدخال هذا الرقم الثاني ستعرض شريحة المعالج رقما تلو الآخر كما كان من قبل وستخزنه في سجل آخر، وأخيرا، عندما تضغط على المفتاح = ستضيف الآلة الحاسبة محتويات التسجيلين معا وتعرض النتيجة، وهناك أكثر من ذلك بقليل وسأذهب إلى بعض التفاصيل أدناه.
كيف تعمل شاشة الآلة الحاسبة ؟
من المحتمل أنك معتاد على فكرة أن شاشة الكمبيوتر تصنع أحرفا وأرقاما باستخدام شبكة صغيرة من النقاط تسمى بكسل، واستخدمت أجهزة الكمبيوتر القديمة عددا قليلا من وحدات البكسل وبدت شديدة الدقة ومنقطة، ولكن شاشة LCD الحديثة تستخدم ملايين البكسل وهي تقريبا واضحة وحادة مثل الكتاب المطبوع، ومع ذلك، تظل الآلة الحاسبة عالقة في العصور المظلمة أو أوائل السبعينيات على وجه الدقة، انظر عن كثب إلى الأرقام الموجودة في الآلة الحاسبة، وسترى كل واحد مصنوع من نمط مختلف من سبعة أشرطة أو شرائح، وتعرف شريحة المعالج أنه يمكنها عرض أي من الأرقام من 0 إلى 9 من خلال تنشيط مجموعة مختلفة من هذه الأجزاء السبعة، ولا يمكن عرض الحروف بسهولة على الرغم من أن بعض الآلات الحاسبة العلمية (الآلة الحاسبة الإلكترونية الأكثر تقدما التي تحتوي على الكثير من الصيغ الرياضية والعلمية المضمنة) لديها فرصة.
تمثيل الأرقام في ثنائي :
يعمل البشر على الأرقام بالتنسيق العشري (الأرقام من 0 إلى 9) إلى حد كبير، لأنه يعتقد أن لدينا عشرة أصابع لكل من اليد والقدم يمكن الإعتماد عليها، ولكن الأرقام التي نستخدمها لكتابة كميات من الأشياء هي أرقام عشوائية، ولنفترض أن لديك كومة من العملات المعدنية وتريد أن تخبرني كم أنت ثري، يمكنك أن تشير إلى الكومة، ويمكنني النظر إليها، وإذا رأيت الكثير من العملات المعدنية فسوف أستنتج أنك غني، ولكن ماذا لو لم أكن هناك للنظر في الكومة؟ ثم يمكنك استخدام رمز لتمثيل العملات المعدنية وهذا هو الرقم، رمز يشير إلى مبلغ، وإذا كان هناك تسعة عشر عملة معدنية يمكنك استخدام الرمزين 1و 9 مكتوبين معا 19، وإذا تم أخذهما معا، فهذا يعني 1 × 10 زائد 9 × 1 = 19، وهذه هي الطريقة التي يعمل بها العشري بإستخدام نظام من 10 رموز، ولكن يمكنك استخدام رموز أخرى أيضا.
في القرن الماضي أو نحو ذلك تم تصنيع أجهزة الكمبيوتر والآلة الحاسبة من مجموعة متنوعة من أجهزة التبديل التي يمكن أن تكون في موضع أو آخر، وتماما مثل مفتاح الإضاءة إما قيد التشغيل أو إيقاف التشغيل، ولهذا السبب، تقوم أجهزة الكمبيوتر والآلات الحاسبة بتخزين الأرقام ومعالجتها باستخدام ما يسمى بالرمز الثنائي والذي يستخدم رمزين فقط (0 و 1) لتمثيل أي رقم، ولذلك في الرمز الثنائي الرقم 19 مكتوب 10011 مما يعني (1 × 16) + (0 × 8) + (0 × 4) + (1 × 2) + (1 × 1) = 19، والجميل في الثنائي هو أنه يمكنك تمثيل أي رقم عشري بسلسلة من المفاتيح التي تكون قيد التشغيل أو الإيقاف مثالية للآلة الحاسبة أو الكمبيوتر.