تويت
كيف يعمل الحاسوب
تؤدي الحواسيب نشاطات عديدة ومتنوعة لأنها تستطيع تخزين قوائم ضخمة من الأرقام، والقيام بالعمليات الحسابية بسرعة خارقة، وتعمل كلها أساسًا بطرق مماثلة. ويُرمِّز الحاسوب ـ يترجم ـ الأعداد والكلمات والصور والأصوات وأشكال أخرى من البيانات إلى أصفار وآحاد (0، 1) عن طريق استخدام نظام الترقيم الثنائي. ويقوم معالج الحاسوب بمعالجة الأرقام الثنائية بموجب تعليمات معينة. ويتم الحصول على كل التغييرات المطلوبة على البيانات، بإجراء العمليات الحسابية على هذه الأرقام الثنائية. وبذلك يتم تحويل الأرقام الثنائية التي تمثل البيانات إلى أرقام ثنائية أخرى تمثل المعلومات المطلوبة. ثم تتم عملية فك الترميز (إعادة الترجمة) للنتائج من أرقام ثنائية إلى أرقام عشرية، وإلى كلمات، وصور وأشكال أخرى.
ويمكننــا تجزئة عمل الحاسوب إلى ثلاث خطوات، وهي: 1- إدخال وترميز البيانات والتعليمات 2- معالجة البيانات 3- حل ترميز النتائج وإصدار المخرج. وتتم عملية تخزين المعلومات خلال المراحل الثلاث لعمل الحاسوب
إدخال وترميز البيانات والتعليمات:
تستخدم أجهزة الإدخال في هذه الخطوة. ويشرح هذا الفصل كيف يُرمِّز الحاسوب البيانات المدخلة خلال نهاية طرفية، كذلك يشرح الفصل عدداً من معدات الإدخال.
النهــايات الطرفية. تتيــح لمستخدمي الحاسوب طباعة الرموز (الحروف والأرقام) مباشرة على الحاسوب. وتتكون النهاية الطرفية من لوحة مفاتيح و مرقاب. ويتكون المرقاب عادة من أنبوب أشعة الكاثود (سـي. آر. تـي). والمرقاب أنبوب صمام مُفرَّغ من الهواء وشاشة مثل شاشة التلفاز. ★ تَصَفح: الصمام المفرغ. يتيح عرضُ البيانات على المرقاب للمستخدم إمكانية مراجعة البيانات المدخلة وتصحيحها إذا دعت الحاجة.
عند طباعة الرمز، تقوم الدوائر الإلكترونية داخل النهاية الطرفية بتخزينه مؤقتاً في موقع تخزين يسمى المخزن الوسيط. وحالما يظهر الرمز على المخزن الوسيط، ينفِّذ المعالج إحدى التعليمات التي تقوم بتحويله من المخزن الوسيط إلى ذاكرة الحاسوب. وللمرقاب كذلك مخزن وسيط. وكلما أرسل المعالج رمزاً ثنائياً لهذا المخزن الوسيط ظهر الرمز المقابل على الشاشة.
تُستخدم كذلك معدات إدخال أخرى مع المراقيب. فعلى سبيل المثال، تتيح بعض النهايات الطرفية لمستخدميها إمكانية التخاطب مع الحاسوب عن طريق رسم الصور أو الرسم التخطيطي على الشاشة باستخدام قلم ضوئي. وتقوم مثل هذه الوحدات بترميز الرسومات مباشرة من المرقاب. وهناك جهاز يسمى الفأرة يمكن استخدامه لإعطاء أوامر مباشرة للحاسوب. فعند تحريك هذا الجهاز الممسوك باليد على سطح مسطح، فإنه يجعل مؤشراً يؤشر بأمر معين، أو بجزء من بيانات معروضة على المرقاب. يتسبب الضغط على زر بالفأرة، في تنفيذ الأمر، أو تحريك، أو تبديل جزء من البيانات.
المودمات (محولات الرموز). أجهزة تتيح للحواسيب الاتصال بالحواسيب الأخرى باستخدام خطوط الهاتف. يترجم المودم الرموز الثنائية إلى نغمات. ويقوم مودم في النهاية الأخرى من الخط، بترجمة هذه النغمات إلى رموز ثنائية وبيانات رقمية.
وحدة القرص ووحدة الشريط.لها عدة وظائف في عمل الحاسوب. إحدى هذه الوظائف توفير المدخل في شكل ثنائي. ووحدة القرص جهاز يقوم، بجانب أشياء أخرى، بقراءة الأصفار والآحاد التي تم ترميزها مغنطيسيا على الأقراص. وعندئذ تذهب هذه المعلومات للمخزن الوسيط والذاكرة. ويتيح نظام القرص الوصول السريع والمباشر لمعلومة معينة موضوعة بأي مكان على القرص. والأقراص الممغنطة التي تسمى الأقراص المرنة شائعة الاستخدام لتوفير المدخل للحواسيب الشخصية، في حين تُستخدم الأقراص الصلبة مع الحواسيب الكبيرة وبعض الحواسيب الشخصية.
تعمل وحدات الأقراص والأشرطة الممغنطة بالطريقة نفسها تقريبا. ولكن هنا لابد من إعادة الشريط للموقع الذي يحتوي على المعلومة المطلوبة. لهذا السبب تأخذ قراءة معلومة من الشريط وقتاً أطول من قراءتها من القرص.
الماسحات الضوئية.وهي تقرأ البيانات والأوامر أيضًا. وتستشعر بعض الماسحات ضوئيًا شفرات القضبان والعلامات الأخرى المطبوعة على بطاقات التعريف وبطاقات المكتبات، والبضائع في المحال التجارية، والوثائق. ومن ثَم تقوم بتحويلها إلى إشارات كهربائية. وتقرأ بعض الماسحات المعلومات من الأقراص المضغوطة (الأسطوانة المدمجة) أو الأقراص الضوئية. وتحتوي هذه الأقراص على معلومـات مــرمَّزة رقميا ً، يمكــن قراءتها بوساطة شعاع من الليزر.
أجهزة الإدخال الأخرى.وتشتمل على عمود الإدارة لتحريك الأشكال على الشاشة، ولوحة الرسومات التي تتكون من وسادة رقيقة، وقلم خاص لعمل التوضيحات. وتستخدم بعض هذه الأجهزة مع الحواسيب الشخصية. ويُمكِّن جهاز الصوت الحواسيب من فهم الكلمات المنطوقة. كما تحصل بعض الحواسيب الكبيرة على المدخل بوساطة قارئات البطاقات التي تقرأ المعلومات من البطاقات المثقَّبة. ويمثل نمط الثقوب الأحرف، والأرقام، والرموز الأخرى. وكانت قارئات البطاقات مستخدمة على نطاق واسع في وقت من الأوقات، ولكنها أصبحت اليوم أقل استخداماً.
معالجة البيانات:
يمثل المعالج الذي يُسمَّى كذلك وحدة المعالجة المركزية أو (سي بي يو)، قلب الحاسوب النابض. فهو يقوم بمعالجة الأرقام الثنائية التي تمثل المدخل على هدي من البـرنامج، ثم يقـوم بتحويلها إلى أرقام ثنائية تمثل النتيجة المطلوبة.
ومنذ تطوير الدائرة المتكاملة في الستينيات من القرن العشرين، أصبح المعالج في كثير من الحواسيب محتويًا ـ في معالج دقيق واحد ـ شريحة سليكونية ليست أكبر حجماً من الظفر. ★ تَصَفح: الدوائر المتكاملة. وكل المعدات والأسلاك المكونة للمعالج موجودة على سطح الشريحة. والسليكون هو أحد مجموعة من المواد يطلق عليها اسم أشباه الموصلات. ★ تَصَفح: شبه الموصل. وتحتوي الدوائر الإلكترونية بالشريحة، على عدد كبير من الأجهزة الصغيرة، تسمى ترانزستورات. والترانزستور إما أن يوقف تدفق التيار الكهربائي أو يدعه يتدفق. ★ تَصَفح: الترانزستور. ويتكون معالج الحاسوب من جزءين: 1- وحدة التحكم. 2- وحدة المنطق الرقمية.
وحدة التحكم. وهي توجه وتنسق العمليات في كل الحاسوب بموجب الأوامر المخزنة في الذاكرة. وعلى وحدة التحكم أن تخــتار الأوامر بالتسلسل الصحيح حيث إن هذا التسلسل يحــدد كل خطوة في العمليات. ويكون التعبير عن مجموعة من الأوامر بوساطة رمز عملية ثنائي يصنِّف مايجب عمله للقيــام بوظيفــة معينة. كما يعطــي رمز العملية معلومات توضــح أيــن توجد بيانات عملية المعالجة من الذاكرة. وتقوم وحــدة التحكــم بترجمة الأوامــر وإرسالها إلى وحدة المنطق. كذلك تقوم بتنظيم انسياب البيانات بين الذاكرة ووحدة المنطق، وتوجيه المعلومات المعالجة للمُخْرَج، أو أجهزة تخزين الملفات.
وحدة المنطق الرقمية. وتعرف أحيانًا باسم وحدة الحساب/المنطق أو (إيه، إل، يو) ؛ وهي تعالج البيانات الواردة من الذاكرة، وتقوم بكل الوظائف والعمليات المنطقية المطلوبة لحل المشكلة. وتستخدم الحواسيب المنطق في تنفيذ العمليات الحسابية: الجمع، والطرح، والضرب، والقسمة.
تخزن المسجِّلات، وهي مخازن مؤقتة بوحدة المنطق الرقمية، البيانات الآتية من الذاكرة. وتتكون هذه البيانات من إشارات كهربائية تمثل الأرقام الثنائية، فتمثل الإشارة ذات الضغط الكهربائي المنخفض الرقم الثنائي (0)، بينما تمثل الإشارة ذات الضغط الكهربائي المرتفع الرقم الثنائي (1).
ولتنفيذ عملية حسابية، تنتقل الإشارة الكهربائية على سلك لدائرة أخرى، وذلك لكل مدخل. وتأتي الإجابة على سلك من الناحية الأخرى من الدائرة الإلكترونية. وهناك عدد من الدوائر الأساسية: ثلاث منها هي: البوابة ¸و· والبوابة ¸أو· والبوابة ¸لا· أو العاكس.
وتُفصل هذه الدوائر الأساسية، وتُدْمج مع بعضها، بمختلف الطرق لتنفيذ شتى العمليات الحسابية والمنطقية على الإشارات الكهربائية التي تمثل الأرقام الثنائية. فعلى سبيل المثال، تقوم مجموعة من الدوائر المنطقية بعملية الجمع. وتقوم مجموعة أخرى بمقارنة عددين، ثم تقوم بعمل محدد بناء على نتيجة المقارنة.
وبعد إتمام العملية، يمكن إرسال النتيجة إلى الذاكرة لحين الحاجة إليها. وفي أحيان كثيرة ترسل النتيجة لجهاز إخراج أو جهاز تخزين ملفات.
حل ترميز النتائج وإصدار المُخْرَج:
يستعمل الناس أجهزة الإخراج للحصول على معلومة من الحاسوب. وتترجم أجهزة الإخراج الإشارات الكهربائية التي تمثل أرقاماً ثنائية إلى شكل يستطيع المستخدم أن يفهمه. كما أنها في أحيان كثيرة، تعمل كأجهزة إدخال. وهناك أنواع عديدة من أجهزة الإخراج، مثل النهايات الطرفية، والطابعات، والمودمات، ووحدات الأقراص والأشرطة.
النهايات الطرفية. بجانب عملها كجهاز إدخال، تقوم النهايات الطرفية بعرض المخرج على الشاشة. وعندما تنتقل المعلومات من المعالج إلى النهاية الطرفية، تمر من خلال المخزن الوسيط الذي استخدم في وظيفة الإدخال. ويمكن للمستخدم أن يتلقى البيانات على النهاية الطرفية في شكل كلمات، أو أرقام، أو رسوم بيانية، أو صور.
الطابعات. وهي تنتج المخرج على الورق ولها مخازن وسيطة مثل النهايات الطرفية. ولطباعة حرف ما، يضع المعالج الرمز الثنائي لذلك الحرف في المخزن الوسيط بالطابعة. وعندها تقوم الطابعة بطباعة الحرف المقابل للرمز. وبعض الطابعات تعمل بطريقة مماثلة للآلة الطابعة. ويستعمل بعضها الآخر الحرارة، أو كيميائيات خاصة، أو الليزر أو مجموعة من هذه الوسائل لوضع الحروف على الورق.
المودمــات. وتقـــوم بترجـمة الأصوات إلى أرقام ثنائية خلال وظيفة الإدخال، كما يمكنها أن تزود المخرج بترجمة الأرقام الثنائية إلى أصوات. ونتيجة لذلك، توفر للمستخدم إمكانية الحصول على المعلومات عن بُعْد من الحواسيب.
وحدات الأقراص ووحدات الأشرطة. وهي تعمل كأجهزة إدخـــال وإخراج. تتلقــى الأقـــراص والأشــرطة الممغنطة المخرج في شكل ثنائي. وتقوم الوحدات بترجمة المعلومات الثنائية من الأقراص والأشرطة وعرضها على المستخدم، في الغالب، على المرقاب. يمكن استرجاع البيانات المخرجة والمحفوظة على الأقراص والأشرطة بسهولة إلى الحاسوب وقت اللزوم.
أجهزة إخراج أخرى. يشمل ذلك الراسمات، وآلات مفاتيح التثقيب، والأجهزة الصوتية. وتستخدم الراسمات الأقلام لعمل المخططات، والرسومات التخطيطية، والرسومات البيانية على الورق، أو البلاستيك الشفاف. وتسجل آلات التثقيب البيانات بتثقيب البطاقات (الكروت)، أو الأشرطة الورقية وعمل ثقوب بها. وتخرج الأجهزة الصوتية كلمات صوتية من خلال جهاز هاتف خاص أو مكبر صوت. وتزداد أهمية مثل هذه الأجهزة باستمرار.
تخزين المعلومات:
في استطاعة الحواسيب أن تخزن المعلومات في نوعين من المواقع أثناء معالجتها ـ في الذاكرة وأجهزة تخزين الملفات. والذاكرة جزء لايتجزأ من الحاسوب، وهي تحتفظ بالأوامر والبيانات خلال المعالجة. في حين توفر أجهزة تخزين الملفات مستودعاً طويل الأمد لكميات كبيرة من المعلومات.
الذاكرة. وتسمى كذلك الذاكرة الداخلية، أو الذاكرة الرئيسية، وتقوم بتخزين المعلومات والبرامج داخل الحاسوب. وتستقبل الذاكرة البيانات والأوامر، من جهاز إدخال أو جهاز تخزين ملفات، كما تستقبل المعلومات من المعالج. وبعد أن ينتهي المعالج من العمل على البيانات، تُحوَّل هذه البيانات إلى أجهزة تخزين الملفات للتخزين الدائم، أو تُرسَل مباشرة لجهاز إخراج لاستخدامها في الحال.
ويمكن بناء المعدات والأسلاك التي تكوِّن الذاكرة، من دوائر متكاملة في شريحة واحدة أو أكثر. وتؤلف الدوائر، والأسلاك، والترانزستورات خلايا ذاكرة كثيرة، في استطاعتها تخزين الأرقام الثنائية. وهذه الخلايا منظمة في مجموعات كل مجموعة لها عنوان ؛ رقم يمكن بوساطته تحديد موقع أجزاء معينة من المعلومات بسرعة أجهزة تخزين الملفات. وتسمى كذلك وحدات التخزين المساعدة، وتستطيع تخزين كميات هائلة من المعلومات لفترات طويلة من الزمن. هذه الوحدات أبطأ من الذاكرة المبنية داخل جهاز الحاسوب ـ الذاكرة الرئيسية. لكنها تمتاز بمقدرتها على تخزين معلومات أكثر كما أنها أقل تكلفة. ولهذا السبب، تُستخدم أجهزة تخزين الملفات لتخزين كميات كبيرة من البيانات، والبرامج، والمعلومات المعالجة.
وأهم أجهزة تخزين الملفات هي الأسطوانات المغنطيسية والأشرطة المغنطيسية. وتشغَّل الأسطوانات والأجهزة بوساطة محرك أسطوانات ومحرك أشرطة. وتُستخدم هذه أيضًا كمعدات لإدخال المعلومات وإخراجها. تحول هذه الوحدات المعلومات إلى رموز على سطح الأسطوانات والأشرطة بتحويل الإشارات الكهربائية التي تمثل الأصفار والرقم واحد (1) من رمز مزدوج إلى مغنطيس. وكل صفر يمثَّل في الأسطوانة أو الشريط بوساطة مغنطيس صغير موجه إلى جهة معينة، وكل الأرقام (1) بوساطة مغنطيس موجه إلى الجهة الأخرى المضادة. ولقراءة المعلومات من الأسطوانة أو الشريط يترجم جهاز المحرك الإشارات المغنطيسية إلى إشارات كهربائية، ويرسلها إلى الذاكرة. ويقال إن الأسطوانات المغنطيسية هي أجهزة توصيل عفوية لأن أي جزء من المعلومات فيها يمكن أن يُعايَن أو، يُستبدل بسهولة.
تحتوي أنواع أخرى من أجهزة تخزين الملفات على ذاكرة القراءة فقط ـ أي معلومات لايستطيع الحاسوب تغييرها، وتحتوي وحدات ذاكرة القراءة فقط على قرص مضغوط، أو خرطوشة، أو شريحة سليكون، وتُستخدم لتخزين قواعد المعلومات الضخمة، وبرامج ألعاب الحاسوب.
تؤدي الحواسيب نشاطات عديدة ومتنوعة لأنها تستطيع تخزين قوائم ضخمة من الأرقام، والقيام بالعمليات الحسابية بسرعة خارقة، وتعمل كلها أساسًا بطرق مماثلة. ويُرمِّز الحاسوب ـ يترجم ـ الأعداد والكلمات والصور والأصوات وأشكال أخرى من البيانات إلى أصفار وآحاد (0، 1) عن طريق استخدام نظام الترقيم الثنائي. ويقوم معالج الحاسوب بمعالجة الأرقام الثنائية بموجب تعليمات معينة. ويتم الحصول على كل التغييرات المطلوبة على البيانات، بإجراء العمليات الحسابية على هذه الأرقام الثنائية. وبذلك يتم تحويل الأرقام الثنائية التي تمثل البيانات إلى أرقام ثنائية أخرى تمثل المعلومات المطلوبة. ثم تتم عملية فك الترميز (إعادة الترجمة) للنتائج من أرقام ثنائية إلى أرقام عشرية، وإلى كلمات، وصور وأشكال أخرى.
ويمكننــا تجزئة عمل الحاسوب إلى ثلاث خطوات، وهي: 1- إدخال وترميز البيانات والتعليمات 2- معالجة البيانات 3- حل ترميز النتائج وإصدار المخرج. وتتم عملية تخزين المعلومات خلال المراحل الثلاث لعمل الحاسوب
إدخال وترميز البيانات والتعليمات:
تستخدم أجهزة الإدخال في هذه الخطوة. ويشرح هذا الفصل كيف يُرمِّز الحاسوب البيانات المدخلة خلال نهاية طرفية، كذلك يشرح الفصل عدداً من معدات الإدخال.
النهــايات الطرفية. تتيــح لمستخدمي الحاسوب طباعة الرموز (الحروف والأرقام) مباشرة على الحاسوب. وتتكون النهاية الطرفية من لوحة مفاتيح و مرقاب. ويتكون المرقاب عادة من أنبوب أشعة الكاثود (سـي. آر. تـي). والمرقاب أنبوب صمام مُفرَّغ من الهواء وشاشة مثل شاشة التلفاز. ★ تَصَفح: الصمام المفرغ. يتيح عرضُ البيانات على المرقاب للمستخدم إمكانية مراجعة البيانات المدخلة وتصحيحها إذا دعت الحاجة.
عند طباعة الرمز، تقوم الدوائر الإلكترونية داخل النهاية الطرفية بتخزينه مؤقتاً في موقع تخزين يسمى المخزن الوسيط. وحالما يظهر الرمز على المخزن الوسيط، ينفِّذ المعالج إحدى التعليمات التي تقوم بتحويله من المخزن الوسيط إلى ذاكرة الحاسوب. وللمرقاب كذلك مخزن وسيط. وكلما أرسل المعالج رمزاً ثنائياً لهذا المخزن الوسيط ظهر الرمز المقابل على الشاشة.
تُستخدم كذلك معدات إدخال أخرى مع المراقيب. فعلى سبيل المثال، تتيح بعض النهايات الطرفية لمستخدميها إمكانية التخاطب مع الحاسوب عن طريق رسم الصور أو الرسم التخطيطي على الشاشة باستخدام قلم ضوئي. وتقوم مثل هذه الوحدات بترميز الرسومات مباشرة من المرقاب. وهناك جهاز يسمى الفأرة يمكن استخدامه لإعطاء أوامر مباشرة للحاسوب. فعند تحريك هذا الجهاز الممسوك باليد على سطح مسطح، فإنه يجعل مؤشراً يؤشر بأمر معين، أو بجزء من بيانات معروضة على المرقاب. يتسبب الضغط على زر بالفأرة، في تنفيذ الأمر، أو تحريك، أو تبديل جزء من البيانات.
المودمات (محولات الرموز). أجهزة تتيح للحواسيب الاتصال بالحواسيب الأخرى باستخدام خطوط الهاتف. يترجم المودم الرموز الثنائية إلى نغمات. ويقوم مودم في النهاية الأخرى من الخط، بترجمة هذه النغمات إلى رموز ثنائية وبيانات رقمية.
وحدة القرص ووحدة الشريط.لها عدة وظائف في عمل الحاسوب. إحدى هذه الوظائف توفير المدخل في شكل ثنائي. ووحدة القرص جهاز يقوم، بجانب أشياء أخرى، بقراءة الأصفار والآحاد التي تم ترميزها مغنطيسيا على الأقراص. وعندئذ تذهب هذه المعلومات للمخزن الوسيط والذاكرة. ويتيح نظام القرص الوصول السريع والمباشر لمعلومة معينة موضوعة بأي مكان على القرص. والأقراص الممغنطة التي تسمى الأقراص المرنة شائعة الاستخدام لتوفير المدخل للحواسيب الشخصية، في حين تُستخدم الأقراص الصلبة مع الحواسيب الكبيرة وبعض الحواسيب الشخصية.
تعمل وحدات الأقراص والأشرطة الممغنطة بالطريقة نفسها تقريبا. ولكن هنا لابد من إعادة الشريط للموقع الذي يحتوي على المعلومة المطلوبة. لهذا السبب تأخذ قراءة معلومة من الشريط وقتاً أطول من قراءتها من القرص.
الماسحات الضوئية.وهي تقرأ البيانات والأوامر أيضًا. وتستشعر بعض الماسحات ضوئيًا شفرات القضبان والعلامات الأخرى المطبوعة على بطاقات التعريف وبطاقات المكتبات، والبضائع في المحال التجارية، والوثائق. ومن ثَم تقوم بتحويلها إلى إشارات كهربائية. وتقرأ بعض الماسحات المعلومات من الأقراص المضغوطة (الأسطوانة المدمجة) أو الأقراص الضوئية. وتحتوي هذه الأقراص على معلومـات مــرمَّزة رقميا ً، يمكــن قراءتها بوساطة شعاع من الليزر.
أجهزة الإدخال الأخرى.وتشتمل على عمود الإدارة لتحريك الأشكال على الشاشة، ولوحة الرسومات التي تتكون من وسادة رقيقة، وقلم خاص لعمل التوضيحات. وتستخدم بعض هذه الأجهزة مع الحواسيب الشخصية. ويُمكِّن جهاز الصوت الحواسيب من فهم الكلمات المنطوقة. كما تحصل بعض الحواسيب الكبيرة على المدخل بوساطة قارئات البطاقات التي تقرأ المعلومات من البطاقات المثقَّبة. ويمثل نمط الثقوب الأحرف، والأرقام، والرموز الأخرى. وكانت قارئات البطاقات مستخدمة على نطاق واسع في وقت من الأوقات، ولكنها أصبحت اليوم أقل استخداماً.
 |
| دائرة متكاملة تحتوي على كل الأجهزة الدقيقة المكوِّنة للمعالج على شريحة صغيرة واحدة. هذه الصورة مأخوذة من خلال مجهر، وتوضح جزءاً من هذه الشريحة. |
يمثل المعالج الذي يُسمَّى كذلك وحدة المعالجة المركزية أو (سي بي يو)، قلب الحاسوب النابض. فهو يقوم بمعالجة الأرقام الثنائية التي تمثل المدخل على هدي من البـرنامج، ثم يقـوم بتحويلها إلى أرقام ثنائية تمثل النتيجة المطلوبة.
ومنذ تطوير الدائرة المتكاملة في الستينيات من القرن العشرين، أصبح المعالج في كثير من الحواسيب محتويًا ـ في معالج دقيق واحد ـ شريحة سليكونية ليست أكبر حجماً من الظفر. ★ تَصَفح: الدوائر المتكاملة. وكل المعدات والأسلاك المكونة للمعالج موجودة على سطح الشريحة. والسليكون هو أحد مجموعة من المواد يطلق عليها اسم أشباه الموصلات. ★ تَصَفح: شبه الموصل. وتحتوي الدوائر الإلكترونية بالشريحة، على عدد كبير من الأجهزة الصغيرة، تسمى ترانزستورات. والترانزستور إما أن يوقف تدفق التيار الكهربائي أو يدعه يتدفق. ★ تَصَفح: الترانزستور. ويتكون معالج الحاسوب من جزءين: 1- وحدة التحكم. 2- وحدة المنطق الرقمية.
وحدة التحكم. وهي توجه وتنسق العمليات في كل الحاسوب بموجب الأوامر المخزنة في الذاكرة. وعلى وحدة التحكم أن تخــتار الأوامر بالتسلسل الصحيح حيث إن هذا التسلسل يحــدد كل خطوة في العمليات. ويكون التعبير عن مجموعة من الأوامر بوساطة رمز عملية ثنائي يصنِّف مايجب عمله للقيــام بوظيفــة معينة. كما يعطــي رمز العملية معلومات توضــح أيــن توجد بيانات عملية المعالجة من الذاكرة. وتقوم وحــدة التحكــم بترجمة الأوامــر وإرسالها إلى وحدة المنطق. كذلك تقوم بتنظيم انسياب البيانات بين الذاكرة ووحدة المنطق، وتوجيه المعلومات المعالجة للمُخْرَج، أو أجهزة تخزين الملفات.
وحدة المنطق الرقمية. وتعرف أحيانًا باسم وحدة الحساب/المنطق أو (إيه، إل، يو) ؛ وهي تعالج البيانات الواردة من الذاكرة، وتقوم بكل الوظائف والعمليات المنطقية المطلوبة لحل المشكلة. وتستخدم الحواسيب المنطق في تنفيذ العمليات الحسابية: الجمع، والطرح، والضرب، والقسمة.
تخزن المسجِّلات، وهي مخازن مؤقتة بوحدة المنطق الرقمية، البيانات الآتية من الذاكرة. وتتكون هذه البيانات من إشارات كهربائية تمثل الأرقام الثنائية، فتمثل الإشارة ذات الضغط الكهربائي المنخفض الرقم الثنائي (0)، بينما تمثل الإشارة ذات الضغط الكهربائي المرتفع الرقم الثنائي (1).
ولتنفيذ عملية حسابية، تنتقل الإشارة الكهربائية على سلك لدائرة أخرى، وذلك لكل مدخل. وتأتي الإجابة على سلك من الناحية الأخرى من الدائرة الإلكترونية. وهناك عدد من الدوائر الأساسية: ثلاث منها هي: البوابة ¸و· والبوابة ¸أو· والبوابة ¸لا· أو العاكس.
وتُفصل هذه الدوائر الأساسية، وتُدْمج مع بعضها، بمختلف الطرق لتنفيذ شتى العمليات الحسابية والمنطقية على الإشارات الكهربائية التي تمثل الأرقام الثنائية. فعلى سبيل المثال، تقوم مجموعة من الدوائر المنطقية بعملية الجمع. وتقوم مجموعة أخرى بمقارنة عددين، ثم تقوم بعمل محدد بناء على نتيجة المقارنة.
وبعد إتمام العملية، يمكن إرسال النتيجة إلى الذاكرة لحين الحاجة إليها. وفي أحيان كثيرة ترسل النتيجة لجهاز إخراج أو جهاز تخزين ملفات.
حل ترميز النتائج وإصدار المُخْرَج:
يستعمل الناس أجهزة الإخراج للحصول على معلومة من الحاسوب. وتترجم أجهزة الإخراج الإشارات الكهربائية التي تمثل أرقاماً ثنائية إلى شكل يستطيع المستخدم أن يفهمه. كما أنها في أحيان كثيرة، تعمل كأجهزة إدخال. وهناك أنواع عديدة من أجهزة الإخراج، مثل النهايات الطرفية، والطابعات، والمودمات، ووحدات الأقراص والأشرطة.
النهايات الطرفية. بجانب عملها كجهاز إدخال، تقوم النهايات الطرفية بعرض المخرج على الشاشة. وعندما تنتقل المعلومات من المعالج إلى النهاية الطرفية، تمر من خلال المخزن الوسيط الذي استخدم في وظيفة الإدخال. ويمكن للمستخدم أن يتلقى البيانات على النهاية الطرفية في شكل كلمات، أو أرقام، أو رسوم بيانية، أو صور.
الطابعات. وهي تنتج المخرج على الورق ولها مخازن وسيطة مثل النهايات الطرفية. ولطباعة حرف ما، يضع المعالج الرمز الثنائي لذلك الحرف في المخزن الوسيط بالطابعة. وعندها تقوم الطابعة بطباعة الحرف المقابل للرمز. وبعض الطابعات تعمل بطريقة مماثلة للآلة الطابعة. ويستعمل بعضها الآخر الحرارة، أو كيميائيات خاصة، أو الليزر أو مجموعة من هذه الوسائل لوضع الحروف على الورق.
المودمــات. وتقـــوم بترجـمة الأصوات إلى أرقام ثنائية خلال وظيفة الإدخال، كما يمكنها أن تزود المخرج بترجمة الأرقام الثنائية إلى أصوات. ونتيجة لذلك، توفر للمستخدم إمكانية الحصول على المعلومات عن بُعْد من الحواسيب.
وحدات الأقراص ووحدات الأشرطة. وهي تعمل كأجهزة إدخـــال وإخراج. تتلقــى الأقـــراص والأشــرطة الممغنطة المخرج في شكل ثنائي. وتقوم الوحدات بترجمة المعلومات الثنائية من الأقراص والأشرطة وعرضها على المستخدم، في الغالب، على المرقاب. يمكن استرجاع البيانات المخرجة والمحفوظة على الأقراص والأشرطة بسهولة إلى الحاسوب وقت اللزوم.
أجهزة إخراج أخرى. يشمل ذلك الراسمات، وآلات مفاتيح التثقيب، والأجهزة الصوتية. وتستخدم الراسمات الأقلام لعمل المخططات، والرسومات التخطيطية، والرسومات البيانية على الورق، أو البلاستيك الشفاف. وتسجل آلات التثقيب البيانات بتثقيب البطاقات (الكروت)، أو الأشرطة الورقية وعمل ثقوب بها. وتخرج الأجهزة الصوتية كلمات صوتية من خلال جهاز هاتف خاص أو مكبر صوت. وتزداد أهمية مثل هذه الأجهزة باستمرار.
تخزين المعلومات:
في استطاعة الحواسيب أن تخزن المعلومات في نوعين من المواقع أثناء معالجتها ـ في الذاكرة وأجهزة تخزين الملفات. والذاكرة جزء لايتجزأ من الحاسوب، وهي تحتفظ بالأوامر والبيانات خلال المعالجة. في حين توفر أجهزة تخزين الملفات مستودعاً طويل الأمد لكميات كبيرة من المعلومات.
الذاكرة. وتسمى كذلك الذاكرة الداخلية، أو الذاكرة الرئيسية، وتقوم بتخزين المعلومات والبرامج داخل الحاسوب. وتستقبل الذاكرة البيانات والأوامر، من جهاز إدخال أو جهاز تخزين ملفات، كما تستقبل المعلومات من المعالج. وبعد أن ينتهي المعالج من العمل على البيانات، تُحوَّل هذه البيانات إلى أجهزة تخزين الملفات للتخزين الدائم، أو تُرسَل مباشرة لجهاز إخراج لاستخدامها في الحال.
ويمكن بناء المعدات والأسلاك التي تكوِّن الذاكرة، من دوائر متكاملة في شريحة واحدة أو أكثر. وتؤلف الدوائر، والأسلاك، والترانزستورات خلايا ذاكرة كثيرة، في استطاعتها تخزين الأرقام الثنائية. وهذه الخلايا منظمة في مجموعات كل مجموعة لها عنوان ؛ رقم يمكن بوساطته تحديد موقع أجزاء معينة من المعلومات بسرعة أجهزة تخزين الملفات. وتسمى كذلك وحدات التخزين المساعدة، وتستطيع تخزين كميات هائلة من المعلومات لفترات طويلة من الزمن. هذه الوحدات أبطأ من الذاكرة المبنية داخل جهاز الحاسوب ـ الذاكرة الرئيسية. لكنها تمتاز بمقدرتها على تخزين معلومات أكثر كما أنها أقل تكلفة. ولهذا السبب، تُستخدم أجهزة تخزين الملفات لتخزين كميات كبيرة من البيانات، والبرامج، والمعلومات المعالجة.
وأهم أجهزة تخزين الملفات هي الأسطوانات المغنطيسية والأشرطة المغنطيسية. وتشغَّل الأسطوانات والأجهزة بوساطة محرك أسطوانات ومحرك أشرطة. وتُستخدم هذه أيضًا كمعدات لإدخال المعلومات وإخراجها. تحول هذه الوحدات المعلومات إلى رموز على سطح الأسطوانات والأشرطة بتحويل الإشارات الكهربائية التي تمثل الأصفار والرقم واحد (1) من رمز مزدوج إلى مغنطيس. وكل صفر يمثَّل في الأسطوانة أو الشريط بوساطة مغنطيس صغير موجه إلى جهة معينة، وكل الأرقام (1) بوساطة مغنطيس موجه إلى الجهة الأخرى المضادة. ولقراءة المعلومات من الأسطوانة أو الشريط يترجم جهاز المحرك الإشارات المغنطيسية إلى إشارات كهربائية، ويرسلها إلى الذاكرة. ويقال إن الأسطوانات المغنطيسية هي أجهزة توصيل عفوية لأن أي جزء من المعلومات فيها يمكن أن يُعايَن أو، يُستبدل بسهولة.
تحتوي أنواع أخرى من أجهزة تخزين الملفات على ذاكرة القراءة فقط ـ أي معلومات لايستطيع الحاسوب تغييرها، وتحتوي وحدات ذاكرة القراءة فقط على قرص مضغوط، أو خرطوشة، أو شريحة سليكون، وتُستخدم لتخزين قواعد المعلومات الضخمة، وبرامج ألعاب الحاسوب.