أساسيات علم الحاسوب

 

 أساسيات علم الحاسوب 

يُعتبر علم الحاسوب من العلوم الهامة جدًّا وله العديد من الأسماء مثل علم الحاسبات أو علم الكمبيوتر. تكمن أهميته في أنه يجسد جوهر العصر الحديث ومجال التكنولوجيا، وأصبح متداخلاً في جميع جوانب حياتنا بطريقة تجعل من الصعب الاستغناء عنه في تنفيذ أي عملية.

سواء في وسائل التواصل الاجتماعي أو حركة المصانع والآلات المستخدمة في مختلف مجالات الحياة تقريبًا، من المهم الحصول على فكرة عامة وشاملة حول هذا العلم. ونتعرف في الأساس على مبادئه كما يلي:

1- أساسيات الهندسة وتطوير البرمجيات

واحدة من الأساسيات التي يتعلمها المهتمون بعلم الحاسوب، والتي توفر لهم العديد من الإجابات حول الهندسة التي يعتمد عليها الحاسوب، بالإضافة إلى ما يتعلق بعمليات الإدخال والإخراج. كما يتعرفون أيضًا من خلالها على الخطوات العملية لتصميم نظام معين وهندسته.

تُعتبر هذه المادة أساسية لتمكين الطالب من فهم معنى الهندسة وبالتالي استيعاب كيفية إنشاء الأنظمة. كما أنها تزوّده بعدد من التقنيات والأدوات التي يستخدمها عادةً في التعامل مع تلك الأنظمة.

اقرأ ايضًا: مشروع متجر لبيع منتجات الكمبيوتر واللابتوب بعائد مرتفع.

 2- الرياضيات الخطية 

علم الجبر الخطي يتناول حل المعادلات الرياضية، مثل معادلات الدرجة الأولى، الثانية، والثالثة، ويهدف إلى تطوير الأساليب والقوانين التي تمكن من حل هذه المسائل. كما يشمل دراسة المصفوفات وإجراء الحسابات المختلفة، بالإضافة إلى كيفية تطبيق هذه المهارات في مجالات العلوم التطبيقية وعلوم الحاسوب.

 3- الرياضيات الأساسية 

من الأساسيات في مجال علم الحاسوب هو تعلم علوم الرياضيات الأساسية، وذلك لأن من المهم أن يفهم الطالب كيفية تنفيذ العمليات الحسابية. هذه العمليات تشمل التفاضل، والتكامل، والجبر وما إلى ذلك من فروع الرياضيات، وتتضمن في جوهرها العمليات الحسابية البسيطة.

 4- التفاضل والتكامل 

في هذا الفصل، يتم تناول العلوم الرياضية بشكل أعمق وأكثر تخصصًا، حيث يهدف إلى تطبيق المعرفة النظرية في الواقع العملي. الهدف هو فهم العلم بطريقة عملية، مما يسمح بتطبيقاته في مجالات مختلفة بهدف إيجاد حلول للمشكلات في الحياة الواقعية.

 5- تصميم المنطق الرقمي 

يهدف هذا العلم إلى دراسة جوانب التفكير المنطقي، ويعتبر من أساسيات علم الحاسوب الهامة، حيث يتناول الحجج والنقاشات والمعضلات الموجودة في الحياة من خلال استخدام المعادلات الرياضية والمنطقية.

كما تهدف إلى تعليم الطالب تصميم البوابات المنطقية “و – أو – نفي أو – حصر أو – لا”، والتي من خلالها يتعرف على الآلية العامة لعمل المعالجات داخل الحواسيب والأجهزة الإلكترونية بشكل عام.

تعتبر من أبرز مواد الحاسوب نظرًا لتأثيرها العملي الواضح على سلوك الطالب وتفكيره، حيث تساعده على التخلص من العشوائية ليصبح أكثر تنظيمًا ومنطقية في التفكير. فهي تقوم بتنظيم العقل، مما يؤثر بدوره على جميع التصرفات في الحياة.

كذلك يسعى إلى تزويد الطالب بالمهارات التي تمكنه من إنجاز تصاميم الكمبيوتر، وإجراء العمليات المطلوبة بشكل كامل، واتباع الأسلوب والنظام المناسبين لذلك.

 6- علم البرمجة 

بالطبع يجب دراسة مادة متعلقة بالبرمجة ضمن أساسيات علم الحاسوب، وذلك لأهميتها الكبيرة حيث تُعتبر قلب علم الحاسوب. فجميع الأجهزة والتكنولوجيات المحيطة بنا تعمل فقط بفضل البرمجة والخوارزميات.

فقبل فترة كانت لغة جافا هي اللغة الأهم في مجال البرمجيات، وكانت تُدرَّس في جميع الجامعات. أما الآن، فقد ظهرت لغات أخرى أصبحت أكثر أهمية، ويسعى العديد من الطلاب لتعلمها لمواكبة العصر، وهذه اللغات تشمل بايثون وجافاسكربت.

تعتبر بايثون اللغة الأكثر انتشارًا واستخدامًا، وتعتمد عليها الجامعات بشكل خاص فيما يتعلق بتطبيقاتها المختلفة. بشكل عام، يتعلم الطالب من خلالها الخوارزميات التي تقوم عليها التقنيات الحديثة. بالإضافة إلى ذلك، يتم التطرّق بعض الشيء إلى استخدام بيئة ماتلاب، التي تعتبر بيئة برمجية ولغة برمجة في نفس الوقت.

 7- علم الاحتمالات 

تعتبر نظرية الاحتمالات من آخر المواد الرياضية التي يتم تعلمها، وتهدف إلى تعليم الفرد المبادئ الأساسية المتعلقة بعلم الحاسوب، بالإضافة إلى تقديم التوقعات والاحتمالات الممكنة استنادًا إلى سلسلة من الأحداث وكيفية ارتباطها ببعضها البعض، بغية الاستفادة منها في التطبيقات العملية والواقعية.

سواء كان الأمر يتعلق باتخاذ القرارات في المؤسسات أو على مستوى الأفراد أو الأجهزة الرقمية، فإن هذا الجانب يُعَدُّ من الأساسيات العميقة في علم الحاسوب نظراً للاعتماد الكلي عليه في الرياضيات الحديثة بالإضافة إلى علم التشفير المستخدم في تشفير وتأمين الاتصالات والشبكات.

8- اللوغاريتمات وهياكل البيانات

تعد هذه المادة أساسية في علم الحاسوب، حيث تتكون من سلسلة من الخطوات المنطقية التي تعمل على حل مشكلة معينة. من خلال هذه المادة، يتعلم الطالب كيفية تحقيق ذلك بالإضافة إلى كيفية تصميم الحلول التي تلبي الأهداف المرجوة.

فيما يتعلق بهياكل البيانات، والتي تشكل الجزء الثاني من المادة، فهي العلم الذي يهدف إلى تعلم كيفية تخزين واستخدام البيانات لتحقيق أهداف متنوعة بناءً على رغبات المطور. وتختلف هذه الهياكل في أنواعها من حيث: “هياكل أسرع في الأداء – هياكل تستهلك مساحة أقل ولكنها أبطأ – هياكل أسهل وأوضح في الفهم – إلخ…”.

 9- مبادئ أنظمة التشغيل 

تُعتبر البرمجيات الرئيسية المسؤولة عن تشغيل أجهزة الحاسوب والهواتف وغيرها، والتي تقوم بتوزيع الموارد وتنظيمها وإدارة تشغيلها وآلية عملها، ومن أشهرها “ويندوز Windows – ماك Mac – لينكس Linux”. أما بالنسبة لأنظمة تشغيل الهواتف، فهي تشمل: “أندرويد Android – وiOS الخاصة بهواتف Apple”.

كما تهدف أيضًا إلى تعلم المبادئ الأساسية لأجهزة التشغيل الحالية، بما في ذلك عمليات الإدخال والإخراج، وكيفية إدارة الذاكرة، والوصول إلى المعالج، والتحكم في الصلاحيات.

 10- مبادئ الشبكات 

يشكل ذلك جزءًا من الركائز الأساسية لعلم الحاسوب في العصر الحديث، حيث يعتبر من أبرز معالم هذا الزمان، وقد أسهم بشكل كبير في تحقيق فوائد عديدة لا تُعدّ ولا تُحصى.

يجري التعرف على البروتوكولات الخاصة بالاتصال، بالإضافة إلى بعض المفاهيم الأساسية مثل “الموجه Router – الخوادم Servers – أجهزة العملاء Clients – النظير للنظير Peer to Peer”.

 11- معمارية الحاسوب 

تُعرف هذه المادة بهندسة الحاسوب، وتهتم بدراسة التفاصيل الدقيقة المتعلقة بالمكونات المادية للحاسوب وكيفية تواصلها وترابطها. تُركز هذه المادة على فهم البنية الداخلية للحاسوب.

 تخصصات علم الحاسوب 

في سياق التعرف على أساسيات علم الحاسوب، يتم تناول التخصصات التي يمكن الحصول عليها من خلال دراسة هذه الأساسيات المذكورة سابقاً، والتي تشمل:

 1- البرمجة وهندسة البرمجيات 

يُعتبر هذا التخصص مهتمًا بشكل أكبر بتطوير تطبيقات سطح المكتب والهواتف المحمولة، وهي الاستخدامات الأكثر شيوعًا. ومع ذلك، هناك أيضًا عدد من العمليات الأخرى التي يُعنى بها، ومنها:

• برمجة النظم المالية والاقتصادية التي تعتمد عليها دول العالم والبنوك في الاقتصاد.
• تهتم برعاية الشركات الكبرى التي تعتمد على أنظمة برمجية قديمة، والتي لم تحدّث تقنياتها لأسباب متعددة.
• تقوم بإدارة الخوادم والأدوات المتعلقة بإدارة العمليات وأمور أخرى مشابهة.

2- الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي.

يركز هذا العصر على تقنيات الذكاء الاصطناعي التي تتطلب معرفة متخصصة نظرًا لزيادة الحاجة إليها، ويمكن التمييز بين الذكاء الاصطناعي الذي يهتم بكل ما يتعلق بالذكاء، وتعلم الآلة الذي يعتبر فرعًا منه؛ حيث يعنى بالأجهزة وهياكلها والبيانات المعنية بها، وإتخاذ القرارات المطلوبة منها.

 3- هندسة الشبكات 

قد يعتقد البعض أن هذا التخصص يقتصر على الشبكات الاعتيادية، إلا أنه أيضاً معني بالشبكات الأكثر تعقيداً، بالإضافة إلى البنية التحتية وأساليب ربط الدول. ويتضمن هذا التخصص دراسة أنماط الشبكات البديلة مثل الشبكات النظير للنظير.

تهدف إلى فهم كيفية عمل التطبيقات العملية التي تركز على الحياة الواقعية، وتشمل الشبكات المركبة وتربط بين السيارات والمركبات المختلفة.

 4- الرسوميات 

مجال متخصص في التطوير الشامل، والذي يتضمن العديد من المجالات الفرعية على النحو التالي:

• محركات الرسومات
• أنظمة التشغيل
• البرامج التي تتعلق بالتصميم والرسم بالأبعاد الثنائية والثلاثية
• برامج التحرير والمونتاج وهي مجال فرعي.

اقرأ ايضًا: كيفية إنشاء قناة على اليوتيوب من الكمبيوتر

 5- أنظمة التشغيل وأنظمة الأجهزة المدمجة 

بشكل عام، تتطلب جميع الآلات التي تنتمي إلى هذا المجال ما يُعرف بنظام التشغيل، والذي يتولى تشغيل هذه الأجهزة، وإدارة حركة البيانات بداخلها، وتحديد كيفية الوصول إلى المعلومات.

أما الأنظمة المدمجة فهي الشريك الأساسي لموارد الأجهزة الصلبة لتنفيذ المهام المحدودة والصغيرة، مثل “الاستشعار، القفل، والإشارات”. هذا المجال قد أدى إلى ظهور علم مهم يعرف بـ IOT  .

تحليل البيانات وإدارة قواعد البيانات

من بين التخصصات الأكثر طلبًا في الوقت الراهن هو الذي يستفيد من البيانات والمعطيات التي يجمعها الحاسوب، ويقوم بتحليلها لاتخاذ القرارات الضرورية التي لا غنى عنها لجميع المصانع والشركات.

 7- الحوسبة البيولوجية الطبية 

يختص هذا المجال بتعلم المتطلبات البرمجية الأساسية في الطب وعلم الأحياء، ويهدف إلى تطوير البرامج التي تلبي تلك الاحتياجات، وذلك من أجل حل أكبر عدد من المشاكل والاستفادة منها لتوفير مواد فعالة ومفيدة في هذه المجالات.

 8- الأمان الرقمي 

هو مجال يشمل العديد من الأمور المتعلقة بأنظمة التشغيل والبرمجيات والتشفير، والتي ترتبط بأمان العمليات الرقمية، ويشمل أيضًا عدة مجالات خاصة بإدارة الخوادم.

 9- الحوسبة العلمية 

تُعتبر أساساً للعديد من الصناعات الحديثة، من خلال استخدام خوارزميات ضخمة تحتوي على العديد من العمليات الحسابية والمعادلات الرياضية.

 10- الحوسبة السحابية 

التخصص الذي يركز على معرفة الطرق التي تلغي الحاجة لاستخدام نظام التشغيل على أجهزة سطح المكتب، واستبدالها بخدمات أخرى متاحة على حواسيب مركزية ضخمة.

 11 – تخصصات أخرى 

هناك بعض التخصصات الأخرى في علم الحاسوب التي تركز على الدراسة النظرية بدلاً من التطبيق العملي، وتتمحور حول البحث في المبادئ النظرية التي تساهم في مختلف مجالات الحياة.

•  نظرية الإشارات 
   Signal Theory 
   : تهتم بدراسة الإشارات التي تنتجها الكائنات الحية والعلاقات المتبادلة بينها، وتسعى لنمذجتها في الأنظمة الرقمية لأغراض الدراسة والتحليل.
•  نظرية المعلومات 
   Information Theory 
   : تتعلق المبادئ النظرية بعملية نقل وضغط المعلومات الرقمية بأي سرعة.
•  علم التعمية 
   Cryptography 
   : من أكثر العلوم أهمية ذلك الذي يعتمد عليه في تنفيذ عمليات التشفير، ويعتبر علم شديد الدقة والتعقيد.
•  نظرية الفوضى 
   Chaos Theory 
   : لا تتعلق مباشرة بعلم الحاسوب، إلا أنها تستخدم في العديد من التطبيقات المتعلقة بالطقس والمناخ وما شابه ذلك.

اقرأ ايضًا: تشغيل يوتيوب على التلفزيون باستخدام الهاتف والكمبيوتر ومتصفح جوجل.

كيف تبدأ في دراسة علوم الحاسوب؟

سنستعرض فيما يلي عددًا من النصائح التي يمكنها مساعدتك في الانطلاق في دراسة علوم الحاسوب، وهي كالتالي:

• إذا كنت مبتدئًا في هذا المجال، من الأفضل أن تبدأ بالبحث عن الدورات التعليمية للمبتدئين، والتي تتيح لك التعرف على الخلفية الشاملة والأساسيات الخاصة بهذا العلم، ومن ثم التقدم في المراحل الدراسية حتى الوصول إلى التخصص الذي ترغب فيه.
• ابحث عن أكاديمية موثوقة توفر تفاصيل المعرفة بشكل كامل، وتضمن لك الانتقال التدريجي عبر المراحل حتى تصل إلى الإتقان التام للمادة.
• تجنب تلقي الدروس المتفرقة أو العشوائية؛ لأنها لن تساعدك في بناء معرفة دقيقة وشاملة، وبالتالي لن تتمكن من تحقيق الهدف المطلوب منها.
• تجنب قراءة الكتب في هذا المجال دون أن تكون لديك خلفية واسعة تمكنك من فهم مصطلحات العلم وبنيته الأساسية، فقد يكون من الصعب بل والمستحيل الاستفادة منها. لذلك، يتعين عليك أولاً فهم واستيعاب أساسيات علم الحاسوب ثم الانطلاق بالطريقة التي تفضلها، بعقلية منهجية ومنظمة.

أساسيات علم الحاسوب هي اللبنة الأساسية التي يقوم عليها كافة التكنولوجيا والتقنيات المعاصرة من حولنا، وهو الباب الذي من خلاله يمكن تطوير واختراع المزيد من الآليات والهياكل الحديثة التي تنهض بالعصر نهوضَا سريعًا.