كيف يفهم الكمبيوتر اوامر البشر ؟ لغة الآلة (0-1) !

يوميا نستخدم اجهزة الكترونية كالكمبيوتر والتلفيون المحمول والتلفزيون والكاميرات الرقمية , ولكن لم نسأل انفسنا كيف تفهم الاله اوامرنا نحن البشر؟ , اذا كانت تلك الاجهزة يسرى بداخلها كهرباء فقط لاشئ اخر , كيف تتنتج لنا تلك الاشياء والمعلومات التى نفهمها كالعمليات الحسابية او الموسيقى او ملفات النصوص او الفيديو .. الخ , والاجدر بالاهتمام هو جهاز الكمبيوتر ذلك العملاق الصغير الذى يستطيع تنفيذ ملايين العمليات الحسابية فى ثوانى معدودة والاحتفاظ بمعلومات مختلفة فى شتى المجالات دون اخطاء تذكر , ودائما ما نعرف ان لغة الكمبيوتر هى رقمى الصفر (0) والواحد (1) فقط ولكن لا نعرف ماذا تعنى هذه الارقام !!! .


لمعرفة كيف يفهم الكمبيوتر البشر , يجب ان نعرف ماذا تعنى الكهرباء لنا اولا , الكهرباء هى عبارة عن طاقة محررة متكونة من  سيل من الالكترونيات يسمى الشحنة يمر عبر موصلات كالنحاس والحديد وغيرها من المعادن , ونستخدم هذا السيل من الالكترونيات فى تحويل طاقتة الى اشياء يحتاجها البشر كتشغل مصباح لتحول الطاقة لضوء او مروحة لتحول الطاقة لحركة الهواء او تحويل الطاقة لتحريك موتور مياة .. الخ , تتحرك الكهرباء فى اتجاة واحد فقط للاستفادة منها وهو الاتجاه المعروف من السالب (-) الى الموجب(+) واذا وضعنا اى جهاز تحول طاقة كما ذكرنا سابقا كالمصباح سينتج عنة استهلاك للطاقة وتحويلها الى ضوء كما فى الصورة التالية وهذا ما يسمى بالدائرة الكهربية

 اذا اردنا اطفاء هذه اللمبة سنتحتاج لفصل البطارية ولكننا نستخدم عوض عن هذا مفتاح (Switch) لتسهيل الاستخدام لاغلاق اللمبة او تشغيلها كما فى الصورة التالية 

وهذا يعنى انه عندما يكون المفتاح فى وضعية التشغيل (on) ستضئ اللمبة واذا كان المفتاح فى وضعية الاغلاق (off) ستطفئ اللمبة .. وهذه العملية تسمى Switching وهى ايضا لغة الاله , بمعنى ان عندما تضئ اللمبة يكون المفتاح (on) ويرمز له بالرقم (1) وعندما تطفئ اللمبة (off) يرمز لها بالرقم (0) , وهذا هو معنى هذه الارقام , والذى يطلق عليهم الارقام الثنائية او Binary  وهى نفس المهنى للغة الاله.
ولتوضيح الية استخدام المفاتيح لانتائج لغة الاله Binary فى شئ مفيد , على سبيل المثال الاله الحاسبة , عندما تكتب رقم معين يظهر امامك على الشاشة تكون الشاشة مجهزة ب 7 خانات تستطيع ان تكتب عليها اى رقم من 1 الى 9 ولمعرفة ماذا يحدث بلغة الاله لكتابة الرقم تابع الصورة التالية (اسف جودة الصورة ضعيفة لانها مرسومة يدويا)

 كما فى الصور تم اعطاء امر On تشغيل لاجزاء معينة وامر Off لاجزاء اخرى لرسم رقم 7 على شاشة الاله الحاسبة . وقمنا بكتابة الارقام 0 و 1 بدلا من on و off , وهذا يعنى اذا وضعا المئات من الفاتيح تعمل فى ان واحد باشكال مختلفة سنحصل على معلومات الكترونية تسمى رقمية او Digital Data .. طبعا توجد تفاصيل معقدة داخل الاله الحاسبة لكن هذا مجرد مثال لتوضيح ما هى لغة الاله .
الان عرفنا ما هى لغة الاله لكن فى مثال اللمبة والمفتاح يقوم انسان بالضغط على المفتاح لكتابة الصفر (off) لاغلاق اللمبة او يضغط علية لكتابة 1 لتشغيلها (On) ولكن من يضغط على كل هذه المفاتيح داخ الاله الحاسبة فى حين ان الانسان ضغط على زر واحد فقط. ؟؟؟!
***ملحوظة الاله الحاسبة هى جهاز الكترونى مصغر من جهاز الكمبيوتر ولكنها تعمل على العلميات الحسابية فقط 

يوجد قطعة تسطيع ان تعمل كمقتاح الكترونى وهى الترانزستور transistor .. لكن الترانزستور ليست وظيفتة الاساسية ان يعمل كمفتاح , فهو له وظائف عدة وانواع كثيرة جدا ولكن فى الكمبيوتر يستخدم نوعية تسمى MOSFET  وهى اختصال للجملة 
Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor
ترانزستور ال Mosfet له 3 اطراف كهربية تسمى ب Gate البوابة ويرمز له ب G و Source المنبع ويرمز له ب S و Drain  المصرف ويرمز له ب D , وبكل بساطة هو يعمل على تمرير الكهرباء ما بين ال S الى ال D عن طريق فتح بوابة مرور من ال G . قد يكون كلام غير مفهوم للمبتدئين . لنشاهد مثال مصور 

هذا هو الترانزيستور من الداخل فى اللون الاخضر هما طرفان ال S و ال D  . وهما الطرفان الواصلان بالدائرة المطلوب تشغيها والجزء الازرق هو البوابة G والتى تعمل عمل المفتاح .. اللون الزهرى بالاسفل هو  مادة شبه موصلة والجزء المللون بالبنى هو مادة عازلة .. وفكرة عملة كالتالى
هناك شحنة كهربائية تريد المرور ما بين ال S وال D (اللون الاخضر) ولكن شبه الموصل الموجود بينهما لا يسمح بمرور الشحنة ولكن فى حين اضافة تيار كهربائى على الطرف G ستحاول الشحنة المطلوب مرورها ان تتجه الى الطرف G (اللون الازرق) ولكن سيمنعها العازل (اللون البنى) وسيتم بهذه الطريقة شحن شبه الموصل بالشحنة (اللون الزهرى) ويتحول الى مادة موصلة بسبب تأثير البوابة G وهنا نطلق على الترانزستور ON او الرقم 1 وعندما ينقطع التيار الكهربائى عن البوابة G (اللون الازرق ) يعود الترنزستور لطبيعته الاولى OFF او الرقم 0  ... لا اريد الدخول فى تفاصيل فنية فى مجال الالكترونيات . فقط اريد توضيح كيف يعمل .

الان عرفنا كيف يعمل هذا المفتاح الالكترونى , داخل عقل الكمبيوتر (المعالج/بروسيسور) يوجد الملايين من الترانزستورات الصغيرة التى تعمل وظيفة المفاتيح (switching) والتى تشكل الارقام 0 و 1 باستمرار , وداخل المعالج يقسم الى وحدات كل منها ينفذ خطوات معينة باستخدام هذه العملية , وهذه الخطوات معروفة باسم الحساب والمنطق , فالحساب معروف كالجمع مثلا اما المنطق فهو مثلا كمن كان فى مكتبة فى الطابق العاشر ويرد ان يذهب الى منزلة فمن منطق العقل البشرى انة لا يستطيع النزول قفزا من النافذه ويجب ان ينزل من خلال السلالم او المصعد , ولكن فى الكمبيوتر لا يستطيع التفكير كالعقل البشرى فلذلك يتبدل المنطق بالحساب ايضا لكن بشكل الكترونى متقدم عن طريق ما يسمى ب Gates  او البوابات وسنشرحها لاحقا .

لكى يستطيع الكمبيوتر الحساب يجب ان يكون لدية نظام عد كالموجود لدى البشر , فنحن نستخدم 10 ارقام وهى
 0/1/2/3/4/5/6/7/8/9 ونستخلص من هذه الارقام كل الارقام الاخرى المستخدمة فى حياتنا اليومية وهذا نسمية العد العشرى او decimal .
ولكى بتم استخدام الكمبيوتر لفهم ما نطلبه منه يجب ان يعتمد على نظام عد ايضا وهو نظام اعداد لغة الاله , نظام Binary ل 0 و 1 فقط .

لنفهم هذه النقطة فالنقارن كيف يعد الانسان الارقام وكيف يتم ذلك فى الكمبيوتر , اذا بدأنا العد من رقم 0 الى 9 ماذا سيكون بعدها ؟ ... سيكون رقم 10 بمعنى ان بعد وصول العد الى الرقم الاخير فى النظام العشرى وهو الرقم 9 يتم الرجوع الى اول رقم وهو 0 ولكن لاكمال العد بعد رقم ال9  يتم وضع الرقم 1 كرمز يشيرالى ان نظام العد العشرى قد قام بعد ال 10 ارقام كاملة (0 ~ 9) وتسمى هنا باسم خانة العشرات كما كنا ندرسها فى المراحل الابتدائية وايضا اذا وصل بنا العد الى رقم 100 فان الخانة الثالثة فى الرقم تعنى انه قد تم تكرار عد الارقام من (1 ~ 9) مائة مرة واذا اصبح الرقم فى هذا الخانة 2 تعنى 200 مرة وهكذا الى ان نصل للرقم 9 ونفتح خانة جديدة وهذا هو نظام العد.. 
ولتوضيح الفكرة بشكل اسهل .. عندما نقرأ هذا الرقم 321 ننطق كل خانة برقم غير المكتوب بمعنى ان رقم ال 3 يعنى 300 ورقم ال 2 يعنى 20 ورقم ال 1 يعنى 1 لكننا فى حياتنا اليومية تعودنا على نطق الرقم دون التدقيق فى ما نقول
***ملحوظة رياضية لفهم الشرح التالى : كل خانة فى العد العشرى يتم ضربها فى رقم 10 لان هذا رقم هو اجمالى عدد ارقام النظام العشرى , بمعنى اذا قولنا رقم 321 فنضرب رقم الخانة الاولى فى 1 والخانة 2 فى نظام العد 10 تصبح 100 والخانة 3 فى نظام العد 10 تصبح 1000 والخانة 4 فى 10 تصبح 10000 وهكذا

فى لغة الاله Binary او بالعربية العد الثنائى يتم الحساب بنفس الطريقة فلدينا فى العد الثنائى رقمين فقط هما ال 0 و 1
فعندما نعد ونقول 0 قم 1 سنكون انتهينا من عد الارقام فى هذا النظام كاملة وسيكون الرقم التالى بافتتاح خانة جديدة وتصبح  10 لتكون الخانة الثانية رمز لان نظام العد قد تم ثم نكمل العد 11 قم يتم فتح خانة جديدة 100 ولكن هذه الارقام لا تعنى نفسها بالنسبة لنا , اقصد بذلك عندما نقول رقم 100 فهو يعنى للبشر الرقم 4 , ولفهم هذه النقط سنضع نظام العد العشرى والثنائى جنبا الى جنب فى صورة لنفهم كيب بتم فهم الارقام فى الكمبيوتر بلغتة , تابع الصورة التالية 

كما تشاهد فان فى كلا الحالتان يتم استخدام نفس اسلوب العد لكن الكمبيوتر لا يمتلك ارقام فقط مفاتيح On/ OFF ونحن نرمزلها ب 0/1 يمعنى انة على سبيل المثال عندما نرى رقم 4 فهو يعنى 100 وفى هذه الحالة تعمل4 ترانزستورات بالشكل التالى
ON - OFF - OFF .. الى هنا وقد وضحت الروئية حول ماهى لغة الاله , والان ننتقل الى بعض المصطلحات مرتبطة بهذا بمجال الكمبيوتر ويجب معرفتها
كلمة Bit وهى ترمز الى binary digit وتعنى الارقام الثنائة والتى عرفنها سابقا. وكل واحد bit يساوى احدى الرقمين 0 و 1 فى لغة الالة
كلمة Byte وهى استخراج لفظى من كلمة bit وتعنى 8bit ايا كان محتواهم , كمثال 10100111 هذه الرقم مكون من 8bit اذن فهو 1 byte وهى تستخدم لقياس حجم المعلومات المخزنة على وحدات التخزين المختلفة فى وقتنا الحالى على كافة الاجهزة الالكترونية والكمبيوتر .

بعد ان عرفنا ما هى لغة الالة وكيف يتعامل مع الارقام التى نستخدمها , فكيف لة ان يجمع الارقام او يقول بعملية حسابية , فى هذه النقطة لن ندخل فى تفاصيل معقدة ولكن سنتكلم عن سطحيات فقط , كما ذكرنا سابقا ان الترانزستور هو سر عمل الكمبيوتر كمفاتيح الكترونية , فهذا يعنى اننا نستطيع عمل دوائر الكترونية اخرى باستخدام هذه الترانزستورات للتحكم فى تجزئة المعالج ليقوم بوظائف تعدادية اخرى وهنا يأتى دور ما يسمى بالبوابات الالكترونية Gates وهى عبارة دوائر الكترونية تتحكم فى عملية ادخال الارقام الثنائية او تنظيمها فى الحالات الحسابية او امنطقية وسنأخذ اهم البوابات وهى بوابة AND بوابة OR وبوابة XOR وبوابة NAND .. قد يكون الامر صعبا بعض الشئ فى هذه النقطة لكن سيكون فى نهاية المقال فيديو يشرح هذه النقطة بالرسم بشكل اوضح .

فلنفترض ان هناك مفتاحين , والتى  تسمى ايضا 2bits اى خانتان للارقام الثنائية وفى الاتجاه المقابل عدد 2 لمبة .
اذا كنا نريد تشغيل اللمبة الاولى بالمفتاحين مع بعض هنا سيتم استخدام بوابة AND وهى بوابة لا تنفذ الامر الا اذا كان المفتاحين فى حالة ON تشغيل 
ونفس الخانتان نريد ان تشغل كل مفتاح منهم على اللمبة رقم 2 هنا نستخدم بوابة تسمى XOR  وهى تعنى ان المفتاح الاول فقط او المفتاح التانى فقط يقوم بتشغيل اللمبة رقم 2 فقط
هذا يعنى ان فى حالة المفتاحين ON معا ستعمل اللمبة رقم 1 واذا كان كل واحد منهم يعمل على حدى ستعمل اللمبة رقم 2
من هذه الفقرة اردت فقط ان اوضح ان من خلال استخدام الدوائر الالكترونية او ما يسمى البوابات Gates ممكن ان يتم التحكم فى كيفية تصرف عمليات العد فى الالة ..
 ولصعوبة فهم هذه الجزئية كتابيا ,وضعت فيديو من اليوتيوب يشرح العملية بشكل رسومى .

اذا فان لغة الالة هى نظام العد الثنائى Binary والذى يعتمد على عملية ال Switching فقط , والان قد فهمت كيف يفهم الكمبيوتر البشر , ولكن قد تتسائل الان وتقول انا لا اتعامل مع الكمبيوتر بهذه الارقام الثنائية , فالاجابة نعم لا احد يتعامل مع الكمبيوتر بهذه اللغة , لان هناك ترجمة جاهزة بكل الخدمات التى يحتاجها المستخدم العادى قد تم بانشائها بواسطة شركات متخصصة فى هذا المجال , وهذه الترجمة عبارة عن نظام التشغيل الذى تعمل علية كـ Windows او Mac  او Linux او اى نظام تشغيل اخر فهو يترجم ما تريد من اللغة العادية الى الارقام الثنائية والعكس صحيح , ونظام التشغيل له وظيفة اخرى وهى انشاء بيئة بسيطة للمستخدم العادى لانشاء واستخدام التطبيقات وتحوليها ايضا الى لغة الاله .

هذه صورة توضيحية لمراحل الترجمة دخل الكمبيوتر خارج المقال للفائدة 

معنى الصورة من القاعدة Hardware هى مكونات الكمبيوتر او المعالج وما تبعة
Machine Language  تعنى اللغة الثنائية Binary
Assembly Langage تعنى لغة التجميع
High Level Language وهى مستوى مبسط بدرجة عالية للسهولة التعامل معها من البشر
الاسماء الاخيرة بالاعلى هى اشهر اللغات المستخدمة فى العالم فى وقت قريب نوعاً ما وكان يتشهر كل منها فى جانب من الحياة العملية كلغة برمجة تستخدم للمجالات التجارية او المحاسبية وحاليا الاشهر هى  لغة C والتى تم بناء عدة  لغات عليها ك C+ C++ C# python  وغيرها من  اللغات التى اتخذت من لغة C اساساً لبنائها


***ملحوظة : ليس الامر بسيطا لهذه الدرجة , فالامر فى هذا المجال معقد جدا ولكن فى هذا المقال احاول توضيح الفكرة بشكل عام.

هذا المقال مستند الى المعلومات العامة والمعلومات الفنية البسيطة مما يعنى ان كنت تبحث عن التفصيل فلا تقف عند هذا المقال واكمل البحث فالانترنت مليئ بالمعلومات فى هذا المجال 

اتمنى ان اكون قد استطعت ايضاح ولو جزء من المعلومة , واذا كان هناك اى خطأ فى اى من المعلومات السابقة برجاء المراسلة او التعديل فى التعليق