المعلوماتية > عام

كيف يتم تمثيل البيانات داخل الحاسوب؟- الجزء الثاني

لاحظنا في الأعوام المنصرمة القدرة المذهلة للحواسيب على القيام بأشياء رائعة بالمعطيات التي تتوفر لديها، المسموعة منها والمرئية والمكتوبة وغيرها. ربما يتبادر إلى ذهنك أن كل هذا ناتج عن تعقيد داخلي كبير داخل هذه الآلة، ولكن في الحقيقة، أنت مخطئ، فكل هذه الوسائط المتعددة التي نراها على أجهزة الحاسوب وغيرها مكونة من الملايين من المفاتيح التي تكون في حالة التشغيل/الإيقاف (on/off). الفكرة هي أن كل بيانات العالم الحقيقي من صور ومقاطع صوتية أو فيديوهات أو كتابات نصية وأرقام، والتي تتحول جميعها إلى بيانات يعبر عنها بمفاتيح (switches).

في مقالنا السابق، تحدثنا عن نظام العدّ الثنائي المُستخدم في أجهزة الحواسيب لمعالجة البيانات. بالإضافة إلى كيفية تمثيل الأعداد والكلمات والصور والبيانات التخطيطية. لنتابع رحلتنا في هذا المقال.

للاطلاع على المقال السابق، اقرأ من هنا هنا

تمثيل الصوت:

الصوت عبارة عن أمواج تناظرية مستمرة ذات سعة (تمثل درجة علو الصوت) وتردد (يمثل حدة الصوت)[07].

من المعلوم أن كل البيانات في الحاسوب تكون رقمية وتخزن في شكل بتات، لذلك وجب تحويل هذه الأمواج التناظرية إلى بيانات رقمية.[02] من أجل القيام بذلك، يتم التقاط قيم متفرقة من الأمواج التناظرية ضمن مجالات صغيرة في عملية تعرف بـ التحويل بـ (sampling) باستعمال محوّل من المعلومة التناظرية إلى الرقمية موجود في بطاقة الصوت (analog-to-digital)

[07]، ثم تُحوّل بعدها العينات إلى أرقام ثنائية، حيث يمثل كل رقم ارتفاع الموجة الصوتية وفق الترميز الثنائي.[02] ثم تخزن في الحاسوب، ومن أجل بث هذه المعلومات الصوتية من جديد عبر مكبر الصوت مثلًا فإنها تحول بالطريقة نفسها من إشارات رقمية إلى موجات تناظرية (digital-to-analog).

تمامًا مثل ترميز الآسكي بالنسبة للحروف وJPEG وGIF بالنسبة للصور، توجد العديد من الصيغ المتفق عليها لتمثيل العينات في شكل بايتات، منها الـWAV التي تخزن فيها كل العينات بالطريقة نفسها التي يخزن فيها الـbitmap كل بكسل من الصورة. هناك أيضًا صيغة mp3 المضغوطة، حيث لا تقوم بتخزين كل عينة، بل تقوم بتخزين العينات التي يمكن للأذن البشرية سماعها، ثم تكثف هذه العينات إلى أنماط. هذه الأنماط هي التي يتم تخزينها.[02]

تمثيل البرامج:

تعدُّ البرامجُ مجموعةً من التعليمات التي يكتبها المبرمج والتي تخبر الحاوسب كيف يقوم بعمل معين. تخزَّنُ كلُّ تعليمة في بايتأاو مجموعة من البايتات. إذا خصص الحاسوب 1 بايت لكل تعليمة فيمكنه الحصول على 256 تعليمة [02]. تسمى عملية كتابة هذه التعليمات بالبرمجة، سنتحدث في مقال منفصل عن طريقة تخزين البرامج وطريقة ترجمتها من قبل الحاسوب، ولكن في الوقت الراهن عليك أن تدرك أنه يمكن للبايت أن يخزن تعليمة في الحاسوب.[02]

مثل كل أنواع البيانات الموجودة، هناك صيغٌ متفق عليها لتعليمات الحاسوب أيضًا، لهذا السبب لا يمكن مثلًا تشغيل برنامج خاص بحاوسب ماكينتوش (خاص بشركة آبل) على الأجهزة الشخصية (PCs) وذلك لأن أجهزة الماكينتوش وأجهزة إنتل تستعملان صيغتين مختلفتين لتشفير التعليمات في شكل بايتات.[02]

الآن وقد عرفنا أن البيانات المختلفة تتحول داخل الحاسب إلى بيانات رقمية، ماذا بعد؟

عندما تكتب على لوحة المفاتيح أو تضغط على زر الفأرة، فإنك تقوم بإرسال رسالة إلى الحاسوب في شكل معلومة ثنائية (مجموعة من الإشارات الكهربائية المشفرة في شكل بيانات رقمية كما سبق الشرح). يتعامل نظام الإدخال والإخراج الأساسي ( BIOS) مع هذه المعلومة، فهو يقوم مقام حواس الحاسوب ويوفر طريقةً للحاسوب للتعامل مع المحيط ويمثل أيضًا ذاكرة مؤقتة تُغني المعالج عن التدخلات غير الضرورية.[08]

عندما يقرر الـBIOS أن رسالتك مهمة، يقوم بإرسال إشارة للمعالج، الذي يمثل العقل المسير للحاسوب، يتمثل دوره الرئيسي في إحضار التعليمات من الذاكرة الحية (RAM) وتنفيذها.[08]

تضم الذاكرة الحية مجموعة من العناوين، وفي كل عنوان من هذه العناوين توجد معلومة، تكون جميعها في صيغة ثنائية، كما يوضح الرسم التخطيطي في الأسفل:

فمثلًا، عند تشغيل برنامج ما في الحاسوب، يرسل المعالج عنوان البرنامج إلى الذاكرة (في شكل بيانات ثنائية) وتقوم الأخيرة بإرسال البيانات الموجودة في هذا العنوان إلى المعالج الذي يقوم بمعالجتها.

عندما تقوم بالكتابة يقوم المعالج بإحضار وتنفيذ الملايين من التعليمات كل ثانية، تعليمات لتحريك مؤشر الفأرة على الشاشة، تعليمات لتشغيل موسيقاك المفضلة، تعليمات لتشغيل تطبيق الساعة على سطح المكتب، وتعليمات لتنسيق الملفات التي تقوم بكتابتها على القرص الصلب والكثير! فالمعالج دارة فريدة من نوعها.

إذن فقط حركة بسيطة للفأرة تتطلب تدخل كل مكونات الحاسب بشكل متناسق؛ وحدات الإدخال والإخراج والـBIOS والمعالج والذاكرة.

المصادر:

[02] هنا

[03] هنا

[05] هنا

[06] هنا

[07] هنا

[08] هنا

ملحق:

American Standard Code for Information Interchange :ASCII1

Joint Photographic Experts Group:JPEG2

Graphics Interchange Format : GIF3