حوسبة

اجهزه الحاسوب

الحوسبة (بالإنجليزية: Computing)‏ هي تطوير واستخدام تقنية الحاسوب، وتشمل عتاد الحاسوب وهو الجزء الخاص بتقنية المعلومات. علوم الحاسوب هو علم دراسة الأسس النظرية في الحوسبة وتطبيق النظريات فيها.

مختبر حاسب آليoratory, Moody Hall, جامعة جیمز مدیسون, 2003
صندوق بخادم من سنة 2006

التعريفعدل

بالإنجليزية المصطلح «Computing» كان يستخدم في الأصل ليفيد العد والحساب، أي العلم الذي يتعلم مع إجراء الحسابات الرياضية. لكنها لاحقا أصبحت تشير إلى عملية الحساب واستخدام آلات حاسبة، والعمليات الالكترونية التي تجري ضمن عتاد الحاسب نفسه. إضافة إلى الأسس النظرية التي تؤسس لعلوم الحاسوب

قامت ACM بتعريف الحوسبة كتخصص ضمن المعلوماتية كما يلي :[1]

تخصص الحوسبة هو الدراسة المنهجية للخوارزميات التي تصف وتحول المعلومات : النظرية، التحليل، التصميم، الفعالية، التطبيق. ويبقى السؤال الأساسي في الحوسبة : ما هو الشيء الذي يمكن أتمته (بفعالية).

العلم والنظرياتعدل

العتاد الصلبعدل

تصنيف على مستوى التعليماتعدل

ذاكرة الوصول العشوائي :

برمجيات الحاسوبعدل

تاريخ الحوسبةعدل

يعد تاريخ الحوسبة أطول من تاريخ عتاد الحوسبة وتكنولوجيا الحوسبة الحديثة (الحاسوب)، ويتضمن تاريخ الطرق المخصصة للقلم والورق أو الطباشير واللوح الصخري، مع أو دون مساعدة الجداول.

ترتبط الحوسبة بشكل وثيق بتمثيل الأرقام. لكن قبل فترة طويلة من ظهور التجريدات  كالعدد، كانت هناك مفاهيم رياضية تخدم أغراض الحضارة. تشمل هذه المفاهيم التقابل (أساس العد)، والمقارنة بمعيار (يُستخدم للقياس)، والمثلث القائم على أساس 3-4-5 (جهاز لضمان زاوية قائمة).

كان المعداد أول أداة معروفة استُخدمت في الحساب، وكان يُعتقد أنه اختُرع في بابل نحو عام 2400 قبل الميلاد. تَمثل نمط استخدامه الأصلي في رسم خطوط على الرمال مع الحصى. يُستخدم المعداد ذو التصميم الأكثر حداثة، كأدوات حسابية اليوم. كان هذا أول أداة مساعدة حسابية معروفة، إذ سبقت الأساليب اليونانية بنحو ألفي عام.

كانت أول فكرة مسجلة لاستخدام الإلكترونيات الرقمية للحوسبة؛ أطروحة عام 1931 بعنوان «استخدام الثيراترون في العد التلقائي عالي السرعة للظواهر الفيزيائية» من قبل واين ويليامز. ثم قدمت أطروحة كلود شانون لعام 1938 بعنوان «تحليل رمزي لدارتي الترحيل والتحويل» فكرة استخدام الإلكترونيات للعمليات الجبرية المنطقية.

طرح جوليوس إدغر ليلينفيلد مفهوم ترانزستور تأثير المجال في عام 1925. صنع كل من جون باردين ووالتر براتين في عام 1947، خلال عملها تحت إشراف ويليام شوكلي في مختبرات بل، أول ترانزستور يعمل؛ ترانزستور التلامس النقطي (نقطة الاتصال). في عام 1953، صممت جامعة مانشستر أول حاسوب مزود بترانزستور، يسمى حاسوب الترانزستور. غير أن الترانزستورات ثنائية القطب كانت أجهزة ضخمة نسبيًا يصعب تصنيعها على أساس الإنتاج بالجملة، ما قيدها إلى عدد من التطبيقات المتخصصة. اختُرع ترانزستور الأثر الحقلي للأكاسيد المعدنية لأشباه الموصلات (موسفت) على يدي محمد عطا الله وداون كانغ في مختبرات بل عام 1959. كان أول ترانزستور صغير الحجم بالفعل يمكن تصغيره وإنتاجه بالجملة لمجموعة واسعة من الاستخدامات. مكن موسفت من بناء رقائق دارة متكاملة عالية الكثافة، ما أدى إلى ما يُعرف بالثورة الرقمية أو ثورة الحواسيب الشخصية.[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11]

البحوث والتكنولوجيات الناشئةعدل

يشكل كل من حوسبة الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين والحساب الكمومي مجالان من مجالات البحث النشط في كل من العتاد الصلب والبرامج (مثل تطوير خوارزميات الكم). تشمل البنية التحتية المحتملة للتكنولوجيات المستقبلية؛ أوريغامي الحمض النووي على الطباعة الضوئية والهوائيات الكمية لنقل المعلومات بين المصائد الأيونية. بحلول عام 2011، عمل الباحثون على تشابك 14 بت كمومي. أصبحت الإلكترونيات الرقمية السريعة (بما في ذلك تلك القائمة على تقاطع جوزيفسن وتقنية الفيض الكمي المفرد السريع) أكثر قابلية للتحقق مع اكتشاف الموصلات الفائقة النانوية.[12][13][14][15][16]

بدأت مراكز البيانات باستخدام أجهزة الألياف البصرية والضوئية، التي سبق استخدامها لنقل البيانات عبر مسافات طويلة، إلى جانب مكونات ذاكرة وحدة المعالجة المركزية وأشباه الموصلات. أتاح ذلك فصل ذاكرة الوصول العشوائي عن وحدة المعالجة المركزية عن طريق توصيلات بينية بصرية. أنشأت شركة آي بي إم دارة متكاملة مع معالجة المعلومات الإلكترونية والبصرية في شريحة إلكترونية واحدة. يُشار إلى ذلك بـ«بصريات النانو المتكاملة بتقنية سيموس». تتمثل أحد مزايا التوصيلات البينية البصرية في أن اللوحات الأم التي كانت تتطلب في السابق نوع منظومة معين على رقاقة ما؛ يمكنها الآن نقل الذاكرة المخصصة سابقًا ومتحكمات الشبكة خارج اللوحات الأم، ما يؤدي إلى نشر المتحكمات على الحامل. يسمح هذا بتوحيد التوصيلات البينية للسطح الخلفي واللوحات الأم لأنواع متعددة من وحدات المنظومة على الرقاقة، ما يسمح بتحديث وحدات المعالجة المركزية في الوقت المناسب.[17][18][19]

يوجد مجال آخر للبحث هو الإلكترونيات الدورانية. يمكن أن توفر الإلكترونيات الدروانية طاقة الحوسبة والتخزين، دون تراكم الحرارة. يجري عمل بعض البحوث حول الرقاقات الهجينة، التي تجمع بين الضوئيات والإلكترونيات الدورانية. هناك أيضًا أبحاث جارية حول الجمع بين البلازمونيات والضوئيات والإلكترونيات. [20][21][22][23]

الحوسبة السحابيةعدل

تعد الحوسبة السحابية نموذجًا يسمح باستخدام موارد الحوسبة، مثل الخوادم أو التطبيقات، دون الحاجة إلى تفاعل كبير بين مالك هذه الموارد والمستخدم الذي يستخدمها. عادةً، يقدَم هذا النموذج كخدمة ما يجعله مثالًا آخرًا على البرمجيات كخدمة، والمنصة الخدمية، والبنية التحتية كخدمة حسب الأداء الوظيفي المتوفر. تشمل الخصائص الرئيسية الوصول عند الطلب، والوصول الواسع إلى الشبكة، والقدرة على التحجيم السريع. يجري أيضًا الحديث عن الحوسبة السحابية فيما يتعلق بحفظ الطاقة. يمكن أن يكون السماح بآلاف مثيلات الحوسبة على جهاز واحد بدلًا من آلاف الأجهزة الفردية طريقة لتوفير الطاقة. تسهّل أيضًا العملية الانتقالية إلى مزيد من الطاقة المتجددة لأنك ستحتاج فقط إلى مصف خوادم واحد بمجموعة من اللوحات الضوئية الجهدية أو عنفات الرياح بدلًا من ملايين المنازل السكنية. مع ذلك، فإن الحوسبة التي تُجرى من موقع مركزي لها تحدياتها الخاصة. تتضمن أهم هذه التحديات؛ الأمن. مع الحوسبة السحابية، فإن الشركات غير ملزمة بإعلامك عن البيانات التي لديها عنك، أو أين يُحتفظ بها، أو كيف يستخدمونها. لم تُهيأ بعد القوانين في العصر الحديث  للتعامل مع هذه الحالات. في المستقبل، سيضطر المشرعون في العديد من البلدان إلى الضغط لتنظيم الحوسبة السحابية وحماية خصوصية المستخدمين. تعتبر الحوسبة السحابية أيضًا طريقة تتيح للمستخدمين الفرديين أو الشركات الصغيرة للاستفادة من وفورات الحجم. في حين أن البنية التحتية للحوسبة السحابية غير متطورة حاليًا إلى حد لا يمكنها إفادة المجتمع العلمي، لكنها في غضون سنوات قليلة من التطوير يمكن استخدامها أيضًا لمساعدة مجموعات البحث الأصغر على الحصول على قوة الحوسبة التي تحتاج إليها للإجابة عن الكثير من أسئلة العالم.[24][25][26][27]

الحساب الكموميعدل

يعد الحساب الكمومي (أو الحوسبة الكمية) مجالًا من مجالات البحث التي تجمع بين تخصصات علوم الحاسوب، ونظرية المعلومات، وفيزياء الكم. تعتبر فكرة كون المعلومات جزءًا أساسيًا من الفيزياء جديدة نسبيًا، ولكن يبدو أن هناك صلة قوية بين نظرية المعلومات وميكانيكا الكم. بينما تعمل الحوسبة التقليدية على نظام ثنائي من الواحدات والأصفار، فإن الحوسبة الكمية تستخدم البت الكمي. تمتلك البتات الكمية القدرة على أن تكون في وضع التراكب الكمي، ما يعني أنها تكون في كلتي الحالتين، الواحد والصفر، في آن واحد. يعني هذا أن البت الكمي لا يكون في موقع ما بين 1 و0، ولكن في الواقع سوف تتغير قيمة البت الكمي حسب وقت قياسه. تسمى هذه الخاصية للبت الكمي بالتشابك الكمي، وتعد الفكرة الأساسية للحوسبة الكمية، وما يسمح للحواسيب الكمية بالقيام بالمعادلات كبيرة الحجم التي لأجلها تُستخدم تلك الحواسيب. غالبًا ما تُستخدم الحوسبة الكمية للبحث العلمي حيث لا يملك الحاسوب العادي القدرة الحسابية الكافية للقيام بالعمليات الحسابية الضرورية. تتضمن الأمثلة الجيدة على ذلك النمذجة الجزيئية. تعتبر الجزيئات الكبيرة أكثر تعقيدًا من أن تحسب الحواسيب الحديثة ما يحدث لها خلال التفاعل، ولكن قدرة الحواسيب الكمية يمكن أن تفتح الأبواب لمزيد من فهم هذه الجزيئات.[28][29]

حوسبة الأعمالعدل

عوامل إنسانيةعدل

أمن الحاسوبعدل

بياناتعدل

بيانات عدديةعدل

بيانات حرفيةعدل

- كود التبادل الموسع للترميز العشري الثنائي (Widecharacter, Multicharacter) - Fieldata - Baudot

أنماط أخرى من البياناتعدل

ميكاترونيكس Mechatronicsعدل

أصناف الحواسبعدل

الشركات الحاليةعدل

منظماتعدل

==Standards organizations and consortia== (see also توحيد معياري)

مواضيع متنوعةعدل

مراجععدل

  1. ^ Computing as a discipline نسخة محفوظة 26 أبريل 2006 على موقع واي باك مشين.
  2. ^ Malmstadt, Howard V.; Enke, Christie G.; Crouch, Stanley R. (1994). Making the Right Connections: Microcomputers and Electronic Instrumentation. الجمعية الكيميائية الأمريكية. صفحة 389. ISBN 9780841228610. مؤرشف من الأصل في 30 ديسمبر 2019. The relative simplicity and low power requirements of MOSFETs have fostered today's microcomputer revolution. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  3. ^ Fossum, Jerry G.; Trivedi, Vishal P. (2013). Fundamentals of Ultra-Thin-Body MOSFETs and FinFETs. مطبعة جامعة كامبريدج. صفحة vii. ISBN 9781107434493. مؤرشف من الأصل في 03 مارس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  4. ^ Hittinger, William C. (1973). "Metal-Oxide-Semiconductor Technology". Scientific American. 229 (2): 48–59. Bibcode:1973SciAm.229b..48H. doi:10.1038/scientificamerican0873-48. ISSN 0036-8733. JSTOR 24923169. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  5. ^ "Who Invented the Transistor?". متحف تاريخ الحاسوب. 4 December 2013. مؤرشف من الأصل في 20 يوليو 2019. اطلع عليه بتاريخ 20 يوليو 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  6. ^ Moskowitz, Sanford L. (2016). Advanced Materials Innovation: Managing Global Technology in the 21st century. John Wiley & Sons. صفحات 165–167. ISBN 9780470508923. مؤرشف من الأصل في 03 مارس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  7. ^ "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. متحف تاريخ الحاسوب. مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  8. ^ Lojek, Bo (2007). History of Semiconductor Engineering. سبرنجر. صفحات 321–3. ISBN 9783540342588. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  9. ^ Lavington, Simon (1998), A History of Manchester Computers (الطبعة 2), Swindon: The British Computer Society, صفحات 34–35 الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة); الوسيط |separator= تم تجاهله (مساعدة)CS1 maint: ref=harv (link)
  10. ^ Lee, Thomas H. (2003). The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits (PDF). مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 9781139643771. مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 ديسمبر 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  11. ^ Puers, Robert; Baldi, Livio; Voorde, Marcel Van de; Nooten, Sebastiaan E. van (2017). Nanoelectronics: Materials, Devices, Applications, 2 Volumes. John Wiley & Sons. صفحة 14. ISBN 9783527340538. مؤرشف من الأصل في 03 مارس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  12. ^ Saw-Wai Hla et al., Nature Nanotechnology March 31, 2010 "World's smallest superconductor discovered" نسخة محفوظة 2010-05-28 على موقع واي باك مشين.. Four pairs of certain molecules have been shown to form a nanoscale superconductor, at a dimension of 0.87 نانومتر. Access date 2010-03-31
  13. ^ "World record: Calculations with 14 quantum bits". مؤرشف من الأصل في 19 ديسمبر 2019. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  14. ^ Thomas Monz, Philipp Schindler, Julio T. Barreiro, Michael Chwalla, Daniel Nigg, William A. Coish, Maximilian Harlander, Wolfgang Hänse, Markus Hennrich, and Rainer Blatt, (31 March 2011) "14-Qubit Entanglement: Creation and Coherence" Phys. Rev. Lett. 106 13 http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.106.130506 doi:10.1103/PhysRevLett.106.130506
  15. ^ M. Harlander, R. Lechner, M. Brownnutt, R. Blatt, W. Hänsel. Trapped-ion antennae for the transmission of quantum information. Nature, 2011; doi:10.1038/nature09800 نسخة محفوظة 19 ديسمبر 2019 على موقع واي باك مشين.
  16. ^ Ryan J. Kershner, Luisa D. Bozano, Christine M. Micheel, Albert M. Hung, Ann R. Fornof, Jennifer N. Cha, Charles T. Rettner, Marco Bersani, Jane Frommer, Paul W. K. Rothemund & Gregory M. Wallraff (16 August 2009) "Placement and orientation of individual DNA shapes on lithographically patterned surfaces" Nature Nanotechnology publication information, supplementary information: DNA origami on photolithography doi:10.1038/nnano.2009.220 "نسخة مؤرشفة". Archived from the original on 30 سبتمبر 2015. اطلع عليه بتاريخ 3 مارس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)صيانة CS1: BOT: original-url status unknown (link)
  17. ^ Open Compute: Does the data center have an open future? accessdate=2013-08-11 نسخة محفوظة 29 أكتوبر 2014 على موقع واي باك مشين.
  18. ^ Sebastian Anthony (Dec 10,2012), "IBM creates first commercially viable silicon nanophotonic chip", accessdate=2012-12-10 نسخة محفوظة 7 يناير 2020 على موقع واي باك مشين.
  19. ^ Tom Simonite, "Computing at the speed of light", Technology Review Wed., August 4, 2010 معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
  20. ^ Plasmonic nanogap enhanced phase-change devices with dual electrical-optical functionality نسخة محفوظة 19 يناير 2020 على موقع واي باك مشين.
  21. ^ Integrating all-optical switching with spintronics نسخة محفوظة 3 مارس 2020 على موقع واي باك مشين.
  22. ^ Merging spintronics with photonics نسخة محفوظة 6 سبتمبر 2019 على موقع واي باك مشين.[وصلة مكسورة]
  23. ^ Putting electronics in a spin نسخة محفوظة 30 يوليو 2019 على موقع واي باك مشين.
  24. ^ Iosup, A.; Ostermann, S.; Yigitbasi, M. N.; Prodan, R.; Fahringer, T.; Epema, D. (June 2011). "Performance Analysis of Cloud Computing Services for Many-Tasks Scientific Computing". IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 22 (6): 931–945. doi:10.1109/TPDS.2011.66. ISSN 2161-9883. مؤرشف من الأصل في 03 مارس 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  25. ^ Berl, A.; Gelenbe, E.; Girolamo, M. Di; Giuliani, G.; Meer, H. De; Dang, M. Q.; Pentikousis, K. (September 2010). "Energy-Efficient Cloud Computing". The Computer Journal. 53 (7): 1045–1051. doi:10.1093/comjnl/bxp080. ISSN 1460-2067. مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 2020. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  26. ^ Kaufman, L. M. (July 2009). "Data Security in the World of Cloud Computing". IEEE Security Privacy. 7 (4): 61–64. doi:10.1109/MSP.2009.87. ISSN 1558-4046. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  27. ^ "The NIST Definition of Cloud Computing" (PDF). U.S. Department of Commerce. September 2011. مؤرشف من الأصل (PDF) في 12 يوليو 2018. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  28. ^ Steane, Andrew (1998-02-01). "Quantum computing". Reports on Progress in Physics (باللغة الإنجليزية). 61 (2): 117–173. arXiv:quant-ph/9708022. Bibcode:1998RPPh...61..117S. doi:10.1088/0034-4885/61/2/002. ISSN 0034-4885. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)
  29. ^ Horodecki, Ryszard; Horodecki, Paweł; Horodecki, Michał; Horodecki, Karol (2009-06-17). "Quantum entanglement". Reviews of Modern Physics. 81 (2): 865–942. arXiv:quant-ph/0702225. Bibcode:2009RvMP...81..865H. doi:10.1103/RevModPhys.81.865. الوسيط |CitationClass= تم تجاهله (مساعدة)