من هو العالم الذي وضع معمارية الحاسب؟

في عصرنا الحالي، أصبح الحاسوب من أهم الأجهزة الإلكترونية الأساسية التي نعتمد عليها في إنجاز الكثير من المهمات الصعبة بوقت قصير، ويعود الفضل في ذلك إلى المعمارية التي تقوم عليها أجهزة الكمبيوتر، والتي تطورت عبر الزمن، وكان لها تأثير هائل على تطور لغات البرمجة المستخدمة. ولكن من هو العالم الذي وضع معمارية الحاسب؟ وما هي الأسس التي بنيت عليها هذه المعمارية؟

فعلى الرغم من جهود علماء الرياضيات في تطوير الكثير من المعادلات الرياضية منذ العصور القديمة والتي استفادت منها البشرية في مجالات كثيرة، وبخاصة المجالات التكنولوجية، إلا أن العالم الذي طور معمارية الحاسب، كان له الفضل الأكبر في الثورة التكنولوجية التي نحياها.

العالم الذي وضع معمارية الحاسب

يعد عالم الرياضيات (جون فون نيومان)، الأمريكي المجري الأصل، هو أول من طور معمارية الحاسب، ويعد من أشهر علماء الرياضيات في زمانه الذين أسهموا في إنجاز أهم التطورات العلمية في مجال التكنولوجيا و الكمبيوتر، وقد جعلت منه هذه الابتكارات عالمًا عظيمًا، حيث عمل على ابتكار العديد من التطبيقات الأخرى في مجال الحاسب الآلي والتكنولوجيا. بالإضافة إلى أنه نجح في أن يكون، رياضياتيًا، وفيزيائيًا، وعالم حاسوب، ومهندسًا، وموسوعيًا، حيث دمج بين العلوم الصرفة والتطبيقية.

مفهوم معمارية الحاسب Princeton

معمارية الحاسب هي العلم الذي يدرس المفاهيم التي تربط بين المكونات المادية الملموسة للحاسب والتي تشمل وحدة الإدخال، وحدة الإخراج، وحدة التخزين، وحدة المنطق الحسابي، ووحدة التحكم وما إلى ذلك، مع المكونات البرمجية ممثله في نظام التشغيل، الذي يتضمن طريقة نقل البيانات المعروضة ومعالجتها، بهدف تبسط المهام المعقدة، ورفع الأداء إلى الحد الأقصى، مع تخفيض التكاليف واستهلاك الطاقة.

حيث تعد معمارية الحاسب التي وضعها نيومان ومعاونيه عام 1954م  الأكثر حداثة، حيث يحتفظ البرنامج المخزن للكمبيوتر الرقمي بتعليمات برامجه وبياناته في ذاكرة القراءة والكتابة والوصول العشوائي. كما ويسمح تصميم البرنامج المخزن أيضًا بتعديل التعليمات البرمجية ذاتيًا. ولمزيد من التفصيل، يمكن تلخيص النقاط التي تقوم عليها معمارية الحاسب لنيومان بالنقاط التالية:

  • هيكلة الحاسبات على أساس وحدات منفردة لكل منها مهمتها الخاصة.
  • تقسيم الذاكرة الداخلية إلى وحدات أولية تدعى بالخلايا ((cellules، وترفق كل خلية برقم خاص يدعى بالعنوان.
  • اعتماد نظام الترقيم الثنائي، وذلك لتشفير كل الأوامر والتعليمات والمعطيات.
  • تخزين الأوامر والمعطيات في نفس الذاكرة الداخلية (المركزية).
  • تتابُع ترقيم عناوين خلايا الذاكرة التي تحفظ الأوامر المتتالية التنفيذ.
  • تنفذ الأوامر (commandes) بشكل تتابعي حيث يبدأ الثاني بعد انتهاء الأول.
  • إمكانية إيقاف ترتيب تنفيذ التعليمات بواسطة تدخلات شرطية (conditionnelles) أو لا شرطية (Inconditionnelles).

كيف تعمل معمارية الحاسب التي وضعها جون فون نيومان؟

تقسم معمارية الحاسب التي وضعها نيومان والتي نستخدمها حاليًا في جميع دول العالم، إلى عدة وحدات تؤدي كل منها وظيفة محددة وبشكل مبرمج لمعالجة المعلومات وإظهار النتائج وتشمل على:

وحدة الإدخال

تعمل وحدة الإدخال التي تشتمل على لوحة المفاتيح، والماوس، على إدخال البيانات لنظام الكمبيوتر من قبل المستخدم. لذلك، فهي يربط بشكل أساسي المستخدم بالكمبيوتر الذي يأخذ البيانات من أجهزة الإدخال، ويحولها إلى لغة الآلة ثم يقوم بتحميلها في نظام الكمبيوتر.

 وحدة الإخراج

توفر وحدة الإخراج عرض نتائج عملية الكمبيوتر للمستخدمين، أي أنها تربط الكمبيوتر بالبيئة الخارجية. معظم بيانات الإخراج هي نصوص، صوت أو فيديو. وتشمل أجهزة الإخراج المختلفة هي الشاشات والطابعات ومكبرات الصوت وسماعات الرأس وما إلى ذلك.

ذاكرة أولية

تحتوي على كل من التعليمات والبيانات المدخلة.

ذاكرة أساسية

تتضمن آلية عنونة، بحيث يمكن لوحدة المعالجة المركزية الرجوع إلى عناوين التعليمات المراد تنفيذها من قبل المستخدم.

وحدة المعالجة المركزية

 وهي الوحدة التي تنفذ العمليات المطلوب تنفيذها من قبل المستخدم، وتضم الوحدة الحسابية والمنطقية (ALU)، التي تعمل على تنفيذ التعليمات التي يتم إحضارها من الذاكرة الأساسية إلى وحدة المعالجة المركزية. بالإضافة إلى معالجة البيانات التي يتم احضارها من الذاكرة الأولية إلى وحدة المعالجة المركزية ليتم التصرف بناءً عليها. كما تحتوي هذه الوحدة على بنك تسجيل، يشكل نوعًا من “لوحة التخزين” حيث يمكن تخزين النتائج الوسيطة، والرجوع إليها بسرعة أكبر من الذاكرة الأولية.

لمحة عن حياة جون فون نيومان

  • وُلد جون فون نيومان في 28 ديسمبر من العام 1903م، لعائلة يهودية ثرية ومثقفة، في مدينة بودابست التي كانت آنذاك جزءًا من الإمبراطورية النمساوية المجرية. وقد كان جون الابن الأكبر بين ثلاثة أشقاء في العائلة التي انتقلت من بيكس إلى بودابست في نهاية ثمانينيات القرن التاسع عشر، حيث كان والده المدعو ماكس فون نيومان (1873 -1928م) والمولود في مدينة أوند شمال المجر، قد انتقل إلى بودابست من بيكس، حيث عمل كمصرفي، بالإضافة إلى حصوله على درجة الدكتوراه في القانون.
  • اعتُبر جون فون نيومان طفلاً معجزة، فقد تمكن مذ كان عمره ست سنوات من تقسيم رقمين مكونين من ثمانية أرقام بشكل ذهني دون استخدام الورقة والقلم، بالإضافة إلى طلاقته في التحدث باللغة اليونانية القديمة. وفي سن الثامنة، كان فون نيومان على دراية بحساب التفاضل والتكامل، وعند بلوغه الثانية عشرة من عمره كان قد قرأ وفهم كتاب بوريل (نظریه التوابع) (Théorie des Fonctions).
  • درس فون نيومان الكيمياء والرياضيات في وقت واحد. وبما أن جون لم يكن على دراية كافية بالكيمياء لذا فقد تم الترتيب له لأخذ دورة في الكيمياء لمدة عامين بدون شهادة جامعية في جامعة برلين، وبعد ذلك تقدّم لامتحان القبول في(ETH Zurich) المعهد الفدرالي المرموق للتكنولوجيا في زيوريخ في سبتمبر 1923، في الوقت نفسه، التحق فون نيومان أيضًا بجامعة Pázmány Péter في بودابست، لنيل شهادة الدكتوراه في الرياضيات، وقد نجح جون بالإضافة إلى حصوله على هذه الشهادة في عام (1926)م من جامعة بودابست، في الحصول على إجازة في الهندسة الكيميائية في عام (1925)م من المعهد الفدرالي السويسري في زيورخ. توفي عن عمر يناهز 53 عامًا في 8 فبراير 1957، في مركز والتر ريد الطبي العسكري في واشنطن بسبب إصابته بالسرطان.

إنجازات جون فون نيومان

نجد أن هناك العديد من الإنجازات التي حققها العالم جون فون نيومان، بالإضافة إلى وضع معمارية الحاسب، وسنتعرف عليها بشيء من التفصيل في النقاط التالية:

  • عمل جون محاضرًا في إحدى جامعات برينستون في الولايات المتحدة، بالإضافة إلى مشاركته مشاركته في مشروع مانهاتن بهدف تطوير صناعة الأسلحة خلال الحرب العالمية الثانية وما بعدها، مع الفيزيائي النظري إدوارد تيلر، وعالم الرياضيات ستانيسلاف أولام وآخرين لحل المشكلات في الفيزياء النووية المتعلقة بالتفاعلات النووية الحرارية والقنبلة الهيدروجينية.
  • طور جون الكثير من النظريات المختلفة في مجال الرياضيات، بالإضافة إلى كونه مؤلفًا للعديد من الكتب المختلفة التي تساهم في تبسيطها.
  • خلال عام 1928 عمل محاضرًا في جامعة برلين، وقد نشر ورقة بحثية في ذلك الوقت عن ZurTheorie der Gesellschaftsspiele.
  • في عام 1932م، نشر كتابه الأول، الأسس الرياضية لـ ميكانيك الكم، بالتعاون مع البروفيسور هيلبرت.
  • في عام 1929، انتقل إلى العمل في جامعة هامبورغ، وبعد فترة قصيرة تلقى دعوة من جامعة برينستون في الولايات المتحدة الأمريكية لإلقاء محاضرة حول نظرية الكم. تميز بقدرته على شرح وتبسيط النظريات الرياضية لطلابه في الجامعة، على الرغم من أن الطلاب كانوا يعانون من سرعة استنتاجه للبيانات، إلا أنه كان يساهم في تسهيل المشكلات الجسدية أيضًا.
  • خلال عام 1933م، تأسس معهد الدراسات المتقدمة في برينستون، حيث كان جون أحد أشهر أساتذة الرياضيات فيه، وأصبح لاحقًا محررًا مساعدًا في حوليات الرياضيات.
  • شارك في تأليف نظرية الألعاب والسلوك الاقتصادي، وهي أحد أشهر أعماله على الإطلاق، وقد نُشرت في عام 1944.
  • في عام1937م حصل على الجنسية الأمريكية.
  • نشر Von Neumann أكثر من 150 ورقة بحثية في حياته: 60 منها في الرياضيات البحتة، و 60 في الرياضيات التطبيقية، و 20 في الفيزياء، والباقي في مواضيع رياضية خاصة أو غير رياضية.
  • لعب دورًا رئيسيًا في المساهمة في تصميم وتطوير برامج الولايات المتحدة الأولى للصواريخ البالستية العابرة للقارات، جنبًا إلى جنب مع برنارد شريفر وتريفور جاردنر. وقد عُدّ الخبير الأول في البلاد في مجال الأسلحة النووية ومستشارًا رئيسيًا لوزارة الدفاع الأمريكية في مجموعة متنوعة من القضايا ذات الأهمية.

أشهر أقوال جون فون نيومان عالم الرياضيات الذي وضع معمارية الحاسب

هناك العديد من الأقوال الشهيرة للعالم جون فون نيومان في الرياضيات، وهي كالتالي:

  • “إذا لم يكن الناس مقتنعين بأن الرياضيات بسيطة، فإنهم لا يدركون مدى تعقيد الحياة.”
  • “في الرياضيات، أنت لا تفهم الأشياء، لكنك تعتاد عليها.”
  • “الكمبيوتر، مثل الإنسان، يفعل كل شيء ما عدا التفكير.”
  • “لا فائدة من أن تكون دقيقًا إذا كنت لا تعرف حتى ما تتحدث عنه.”

الجوائز التي حصدها جون فون نيومان

بعد معرفة من هو العالم الذي وضع معمارية الحاسب، بقي أن نعرف ما هي أبرز الجوائز التي حصدها، حيث حصل نيومان على العديد من الجوائز القيمة أبرزها:

  • جائزة بوشر التذكارية (1938).
  • جائزة الخدمة المدنية المتميزة البحرية (1946).
  • ميدالية الاستحقاق (1946).
  • ميدالية الحرية (1956).
  • جائزة إنريكو فيرمي (1956).
  • تم تسميته عام 1999 م في الفاينانشيال تايمز كشخصية القرن، تكريما لإنجازاته وإسهاماته في العالم الحديث.

المصادر

شارك المعلومة؛ فالدال على الخير كفاعله

مقالات ذات صلة