أجهزة الكمبيوتر (تسمى عادةً الأجهزة ببساطة عندما يتعلق الأمر بسياق الحوسبة) هي مجموعة العناصر المادية التي تشكل نظام الكمبيوتر. أجهزة الكمبيوتر هي الأجزاء أو المكونات المادية للكمبيوتر ، مثل الشاشة والماوس ولوحة المفاتيح وتخزين بيانات الكمبيوتر ومحرك الأقراص الثابتة (HDD) وبطاقات الرسوم وبطاقات الصوت والذاكرة واللوحة الأم وما إلى ذلك، وكلها الأشياء المادية الملموسة. في المقابل، البرنامج عبارة عن تعليمات يمكن تخزينها وتشغيلها عن طريق الأجهزة.
البرنامج عبارة عن مجموعة من الإرشادات التي يمكن للآلة قراءتها، والتي توجه معالج الكمبيوتر لإجراء عمليات محددة. تشكل مجموعة من الأجهزة والبرامج نظام حوسبة قابل للاستخدام.
الأساس الذي يتم البناء عليه لجميع أجهزة الحاسوب الحديثة هو هندسة فون نيومان، مفصلة في ورقة عام 1945 من قبل عالم الرياضيات المجري جون فون نيومان. يصف هذا بنية تصميم لجهاز كمبيوتر رقمي إلكتروني مع تقسيمات فرعية لوحدة معالجة تتكون من وحدة منطقية حسابية وسجلات معالج، ووحدة تحكم تحتوي على سجل تعليمات وعداد برامج، وذاكرة لتخزين كل من البيانات والتعليمات، وتخزين خارجي كبير السعة، وآليات الإدخال والإخراج. تطور معنى المصطلح ليعني كمبيوتر برنامج مخزن لا يمكن أن يحدث فيه جلب التعليمات وعملية البيانات في الوقت نفسه لأنهما يشتركان في ناقل مشترك. يشار إلى هذا باسم عنق الزجاجة Von Neumann، وغالبًا ما يحد من أداء النظام.
أنظمة الكمبيوتر المختلفة
هناك عدد من الأنواع المختلفة لأنظمة الكمبيوتر المستخدمة اليوم:
الكمبيوتر الشخصي
يعد الكمبيوتر الشخصي، المعروف أيضًا باسم PC، أحد أكثر أنواع أجهزة الكمبيوتر شيوعًا؛ نظرًا لتعدد استخداماته وسعره المنخفض نسبيًا. أجهزة الكمبيوتر المحمولة متشابهة جدًا بشكل عام، على الرغم من أنها قد تستخدم مكونات منخفضة الطاقة أو ذات حجم أصغر.
الكمبيوتر المكتبي
علبة الكمبيوتر عبارة عن حاوية بلاستيكية أو معدنية تحتوي على معظم المكونات. عادةً ما تكون تلك الموجودة على أجهزة حاسوب سطح المكتب صغيرة بما يكفي لتلائم مكتبًا، ولكن في السنوات الأخيرة أصبحت التصميمات الأكثر إحكاما أكثر شيوعًا، مثل تصميمات نمط الكل في واحد من Apple، وبالتحديد iMac. على الرغم من أن العلبة يمكن أن تكون كبيرة أو صغيرة بشكل رئيسي، إلا أن ما يهم أكثر هو عامل شكل اللوحة الأم المصممة من أجله. أجهزة الكمبيوتر المحمولة هي أجهزة كمبيوتر تأتي عادةً في شكل صدفي، ولكن مجددا في السنوات الأخيرة بدأت تظهر الانحرافات عن عامل الشكل هذا مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي تحتوي على شاشة قابلة للفصل، والتي أصبحت أجهزة كمبيوتر لوحية في حد ذاتها.
مزود الطاقة
تقوم وحدة إمداد الطاقة (PSU) بتحويل التيار الكهربائي المتردد (AC) إلى طاقة DC ذات الجهد المنخفض للمكونات الداخلية للحاسوب. أجهزة الكمبيوتر المحمولة قادرة على العمل من بطارية مدمجة، عادة لمدة ساعات.
اللوحة الرئيسية
اللوحة الأم هي المكون الرئيسي للكمبيوتر. إنها لوحة كبيرة مستطيلة الشكل بها دوائر متكاملة تربط الأجزاء الأخرى من الكمبيوتر بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية أو ذاكرة الوصول العشوائي أو محركات الأقراص (CD أو DVD أو القرص الصلب أو أي أجهزة أخرى)، بالإضافة إلى أي أجهزة طرفية متصلة عبر المنافذ أو فتحات التوسعة. تشمل المكونات المتصلة مباشرة باللوحة الأم أو جزء منها:
- تقوم وحدة المعالجة المركزية (CPU) بإجراء معظم العمليات الحسابية التي تمكن الكمبيوتر من العمل، ويشار إليها أحيانًا باسم "عقل" الكمبيوتر. عادة ما يتم تبريده عن طريق مروحة الحرارة. تشتمل معظم وحدات المعالجة المركزية الحديثة على وحدة معالجة الرسومات (GPU).
- تتوسط مجموعة الشرائح، التي تتضمن الجسر الشمالي، الاتصال بين وحدة المعالجة المركزية والمكونات الأخرى للنظام، بما في ذلك الذاكرة الرئيسية.
- تقوم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بتخزين الكود والبيانات التي يتم الوصول إليها بشكل نشط عن طريق وحدة المعالجة المركزية.
- تقوم ذاكرة القراءة فقط (ROM) بتخزين BIOS الذي يتم تشغيله عند تشغيل الكمبيوتر أو بدء التنفيذ بطريقة أخرى، وهي عملية تعرف باسم Bootstrapping، أو "التمهيد". يتضمن BIOS (نظام إخراج الإدخال الأساسي) البرامج الثابتة للتمهيد والبرامج الثابتة لإدارة الطاقة. تستخدم اللوحات الأم الأحدث واجهة البرامج الثابتة الموسعة الموحدة (UEFI) بدلاً من BIOS.
- تقوم Buses بتوصيل وحدة المعالجة المركزية بالعديد من المكونات الداخلية ولتوسيع بطاقات الرسومات والصوت.
- يتم توصيل بطارية CMOS أيضًا باللوحة الأم. هذه البطارية هي نفس بطارية الساعة أو بطارية جهاز التحكم عن بعد لنظام القفل المركزي للسيارة. معظم البطاريات هي CR2032، والتي تشغل الذاكرة للتاريخ والوقت في شريحة BIOS.
بطاقات التوسيع
بطاقة التوسيع في الحوسبة هي لوحة دوائر مطبوعة يمكن إدخالها في فتحة التوسعة للوحة الأم للحاسوب أو لوحة إلكترونية معززة لإضافة وظائف إلى نظام الكمبيوتر عبر ناقل التوسعة. يمكن استخدام بطاقات التوسعة للحصول على ميزات لا توفرها اللوحة الأم أو توسيعها.
أجهزة التخزين
يشير تخزين بيانات الكمبيوتر، الذي يُسمى غالبًا التخزين أو الذاكرة، إلى مكونات الكمبيوتر ووسائط التسجيل التي تحتفظ بالبيانات الرقمية. تخزين البيانات هو وظيفة أساسية ومكون أساسي لأجهزة الكمبيوتر. انخفض سعر محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة (SSD)، التي تخزن البيانات على ذاكرة فلاش، كثيرًا في السنوات الأخيرة، مما يجعلها خيارًا أفضل من أي وقت مضى لإضافتها إلى جهاز كمبيوتر لإجراء التمهيد والوصول إلى الملفات بشكل أسرع.
- الوسائط الثابتة
يتم تخزين البيانات من قبل جهاز حاسوب باستخدام مجموعة متنوعة من الوسائط. توجد محركات الأقراص الثابتة في جميع أجهزة الكمبيوتر القديمة تقريبًا، نظرًا لسعتها العالية وتكلفتها المنخفضة، إلا أن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، على الرغم من أنها حاليًا أكثر تكلفة من محركات الأقراص الثابتة، لذلك غالبًا ما توجد في أجهزة الكمبيوتر الأكثر تكلفة. قد تستخدم بعض الأنظمة وحدة تحكم في مجموعة الأقراص للحصول على أداء أو موثوقية أكبر.
- الوسائط القابلة للإزالة
لنقل البيانات بين أجهزة الكمبيوتر، يمكن استخدام محرك أقراص USB محمول أو قرص ضوئي. تعتمد فائدتها على أن تكون قابلة للقراءة بواسطة أنظمة أخرى؛ تحتوي غالبية الأجهزة على محرك أقراص ضوئية، وتحتوي جميعها تقريبًا على منفذ USB.
ملحقات الإدخال والإخراج
عادةً ما يتم وضع أجهزة الإدخال والإخراج خارجيًا في هيكل الكمبيوتر الرئيسي. ما يلي إما قياسي أو شائع جدًا للعديد من أنظمة الكمبيوتر.
- الإدخال
تسمح أجهزة الإدخال للمستخدم بإدخال المعلومات في النظام أو التحكم في تشغيله. تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر الشخصية على ماوس ولوحة مفاتيح، ولكن عادةً ما تستخدم أنظمة الكمبيوتر المحمول لوحة اللمس عوضا عن الماوس. تشمل أجهزة الإدخال الأخرى كاميرات الويب والميكروفونات وعصا التحكم وأجهزة فحص الصور.
- الإخراج
تعرض أجهزة الإخراج المعلومات في شكل يمكن للبشر قراءته. يمكن أن تشتمل هذه الأجهزة على طابعات، ومكبرات صوت، وشاشات، أو أداة زخرفة برايل.
الكمبيوتر المركزي
الكمبيوتر المركزي أو الرئيسي هو جهاز كمبيوتر أكبر بكثير، وعادة ما يملأ غرفة، وقد يكلف عدة مئات أو آلاف أضعاف تكلفة الكمبيوتر الشخصي. وهي مصممة لأداء عدد كبير من العمليات الحسابية للحكومات والمؤسسات الكبيرة.
أنظمة الحوسبة الإدارية
في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، بدأ المزيد والمزيد من الأقسام في استخدام أنظمة أرخص ومخصصة لأغراض محددة مثل التحكم في العمليات وأتمتة المختبرات.
الكمبيوتر العملاق
الكمبيوتر العملاق يشبه بشكل سطحي الحاسوب المركزي، ولكنه عوضا عن ذلك مخصص للمهام الحسابية الصعبة للغاية. اعتبارًا من نوفمبر 2013، أسرع حاسوب عملاق في العالم هو Tianhe-2، في قوانغتشو، الصين.
لا يشير مصطلح الكمبيوتر العملاق إلى تقنية معينة. بل إنه يشير إلى أسرع أجهزة الكمبيوتر المتاحة في أي وقت. في منتصف عام 2011، تفاخرت أسرع الحواسيب الفائقة بسرعات تجاوزت بيتافلوب واحد، أو 1000 تريليون عملية فاصلة عائمة في الثانية. أجهزة الكمبيوتر الفائقة سريعة، ولكنها مكلفة للغاية، لذا يتم استخدامها بشكل عام من قبل المؤسسات الكبيرة لتنفيذ المهام التي تتطلب متطلبات حسابية، والتي تتضمن مجموعات كبيرة من البيانات. تعمل أجهزة الكمبيوتر الفائقة عادةً على تشغيل تطبيقات عسكرية وعلمية. على الرغم من أنها تكلف ملايين الدولارات، إلا أنها تُستخدم أيضًا في التطبيقات التجارية حيث يجب تحليل كميات هائلة من البيانات. على سبيل المثال، تستخدم البنوك الكبيرة أجهزة كمبيوتر عملاقة لحساب مخاطر وعوائد استراتيجيات الاستثمار المختلفة، وتستخدمها مؤسسات الرعاية الصحية لتحليل قواعد البيانات العملاقة لبيانات المرضى لتحديد العلاجات المثلى لمختلف الأمراض والمشاكل التي تتعرض لها الدولة.
ترقية الأجهزة
عند استخدام أجهزة الكمبيوتر، تعني الترقية إضافة أجهزة جديدة إلى جهاز كمبيوتر يعمل على تحسين أدائه أو إضافة سعة أو ميزات جديدة. على سبيل المثال، يمكن للمستخدم إجراء ترقية للأجهزة لاستبدال محرك الأقراص الثابتة بقرص SSD لزيادة الأداء أو زيادة كمية الملفات التي قد يتم تخزينها. أيضًا، يمكن للمستخدم زيادة ذاكرة الوصول العشوائي، حتى يعمل الكمبيوتر بشكل أكثر سلاسة. يمكن للمستخدم إضافة بطاقة توسيع USB 3.0 من أجل الاستخدام الكامل لأجهزة USB 3.0. قد يكون إجراء ترقيات الأجهزة هذه ضروريًا لأجهزة الكمبيوتر القديمة لتلبية متطلبات نظام البرامج.