الامارات 7 - طرق تمثيل البيانات باستخدام الحاسوب
تعمل أجهزة الحاسوب على الطاقة الكهربائية، وبالتالي تُعامل كأي جهاز كهربائي آخر، حيث تستقبل الإشارات الكهربائية وتترجمها إلى لغة تفهمها لإدارة مكوناتها. تختلف اللغة التي يستخدمها الحاسوب تمامًا عن اللغة البشرية؛ إذ يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية، المُعبر عنها بفرق الجهد الكهربائي، إلى نظام يُعرف بالنظام الثنائي "Binary System".
النظام الثنائي
يُعرّف النظام الثنائي بأنه نظام رقمي يتكون من خانتين (0، 1)، حيث تُسمى كل خانة بـ "bit". يُستخدم هذا النظام في الحواسيب كطريقة لتخزين البيانات وترجمة الأوامر، ويعتمد على الأساس 2 ورفعه إلى قوة معينة لتحديد الأرقام بالنظام الثنائي.
على سبيل المثال، الرقم (1) يمكن تمثيله بالنظام الثنائي كالتالي:
0
2
=
1
0
2
=1. إذا مثلنا الرقم باستخدام 8 خانات، وهو ما يُعرف في علم الحاسوب بـ "byte"، يكون التمثيل كالتالي: (0001 0000). تحمل الخانة الأولى الوزن 0، والخانة الثانية الوزن 1، والثالثة الوزن 2، وهكذا حتى الخانة الأخيرة التي تحمل الوزن 7، مع كون الأساس هو الرقم 2.
وفيما يلي جدول يوضح الأرقام من 1 إلى 10 في النظام العشري وما يقابلها في النظام الثنائي:
النظام العشري النظام الثنائي
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
10 1010
تمثيل البيانات المختلفة
تتفاوت أشكال البيانات التي يتعامل معها الحاسوب، فالحاسوب لا يتعامل مع الملف الصوتي كما هو الحال مع الملف النصي، لذا تختلف طرق تمثيلها:
تمثيل الكلمات
تتكون الكلمات من أحرف، والأحرف هي أساس لغتنا البشرية. يستخدم الحاسوب نظامًا يُدعى ASCII (American Standard Code for Information Interchange) الذي يخصص لكل حرف رقمًا معينًا بالنظام السداسي عشر (Hexadecimal) مكونًا من 8 bits، ثم يُحوّل إلى نظام ثنائي. لذا، كل رمز موجود على لوحة المفاتيح يقابله رقم بنظام ASCII.
وفيما يلي جدول يوضح بعض الأحرف والرموز الممثلة بهذا النظام:
الرمز أو الحرف ASCII النظام العد السداسي النظام الثنائي
A 41 0001 0100 01000001
a 61 0001 0110 01100001
! 22 0010 0010 00100001
< 3C 0011 1100 00111100
@ 40 0000 0100 01000000
تمثيل الأعداد
تمثل الأرقام في الحاسوب بنفس طريقة الأحرف، ويُعبر عنها أيضًا بنظام ASCII كما هو موضح في الجدول التالي:
الرمز أو الرقم ASCII النظام العد السداسي النظام الثنائي
0 30 0000 0011 00110000
1 31 0001 0011 00110001
2 32 0010 0011 00110010
تمثيل الصوت
تُمثل الملفات الصوتية كإشارة تشابهية "Analog signal" ثم تُحوّل إلى بيانات رقمية باستخدام تقنية "audio coding format"، وقد يتم ضغطها لتقليل حجم الملف وعدد bits الممثلة له.
تمثيل الصورة
تُمثل الصور في الحاسوب بمربعات صغيرة (pixels)، حيث تحدد مصفوفة عدد السطور والأعمدة دقة الصورة. على سبيل المثال، صورة بحجم 256x256 تعني أن دقتها تصل إلى 65,536 بيكسل، ويحدد مقدار كل بيكسل شدة الإضاءة.
تمثيل الفيديو
يُعرف الفيديو بأنه مجموعة من الصور تتحرك بتردد معين، ويتم ضغطه لتقليل حجم الملف وعدد البيكسلات. وتُستخدم تقنيات خاصة تُعرف بـ "video compression" لتحقيق ذلك، بناءً على خوارزميات معينة.
تمثيل البرامج
البرنامج في الحاسوب هو مجموعة من الأوامر المرتبة في نسق معين لتنفيذ وظيفة محددة. تختلف لغات البرمجة في الأوامر التي تتعامل مع أنواع معينة من البيانات، مثل الأحرف أو الأرقام. ولكل لغة برمجة مترجم (compiler) يقوم بترجمة هذه الأوامر إلى النظام الثنائي الذي يفهمه الحاسوب، وهو ما يُسمّى "opcode".
النظام المستخدم في تمثيل البيانات
النظام المستخدم في الحاسوب هو النظام الثنائي، وكل نوع من البيانات، بغض النظر عن طبيعتها، يُترجم في النهاية إلى النظام الثنائي. تعتمد الإشارات الكهربائية على فرق الجهد الكهربائي، حيث يُعتبر فرق الجهد من 5 فولت أو أكثر يمثل 1، وأقل من 5 فولت يمثل 0 في النظام الثنائي.
تعمل أجهزة الحاسوب على الطاقة الكهربائية، وبالتالي تُعامل كأي جهاز كهربائي آخر، حيث تستقبل الإشارات الكهربائية وتترجمها إلى لغة تفهمها لإدارة مكوناتها. تختلف اللغة التي يستخدمها الحاسوب تمامًا عن اللغة البشرية؛ إذ يقوم بتحويل الإشارات الكهربائية، المُعبر عنها بفرق الجهد الكهربائي، إلى نظام يُعرف بالنظام الثنائي "Binary System".
النظام الثنائي
يُعرّف النظام الثنائي بأنه نظام رقمي يتكون من خانتين (0، 1)، حيث تُسمى كل خانة بـ "bit". يُستخدم هذا النظام في الحواسيب كطريقة لتخزين البيانات وترجمة الأوامر، ويعتمد على الأساس 2 ورفعه إلى قوة معينة لتحديد الأرقام بالنظام الثنائي.
على سبيل المثال، الرقم (1) يمكن تمثيله بالنظام الثنائي كالتالي:
0
2
=
1
0
2
=1. إذا مثلنا الرقم باستخدام 8 خانات، وهو ما يُعرف في علم الحاسوب بـ "byte"، يكون التمثيل كالتالي: (0001 0000). تحمل الخانة الأولى الوزن 0، والخانة الثانية الوزن 1، والثالثة الوزن 2، وهكذا حتى الخانة الأخيرة التي تحمل الوزن 7، مع كون الأساس هو الرقم 2.
وفيما يلي جدول يوضح الأرقام من 1 إلى 10 في النظام العشري وما يقابلها في النظام الثنائي:
النظام العشري النظام الثنائي
1 0001
2 0010
3 0011
4 0100
5 0101
6 0110
7 0111
8 1000
9 1001
10 1010
تمثيل البيانات المختلفة
تتفاوت أشكال البيانات التي يتعامل معها الحاسوب، فالحاسوب لا يتعامل مع الملف الصوتي كما هو الحال مع الملف النصي، لذا تختلف طرق تمثيلها:
تمثيل الكلمات
تتكون الكلمات من أحرف، والأحرف هي أساس لغتنا البشرية. يستخدم الحاسوب نظامًا يُدعى ASCII (American Standard Code for Information Interchange) الذي يخصص لكل حرف رقمًا معينًا بالنظام السداسي عشر (Hexadecimal) مكونًا من 8 bits، ثم يُحوّل إلى نظام ثنائي. لذا، كل رمز موجود على لوحة المفاتيح يقابله رقم بنظام ASCII.
وفيما يلي جدول يوضح بعض الأحرف والرموز الممثلة بهذا النظام:
الرمز أو الحرف ASCII النظام العد السداسي النظام الثنائي
A 41 0001 0100 01000001
a 61 0001 0110 01100001
! 22 0010 0010 00100001
< 3C 0011 1100 00111100
@ 40 0000 0100 01000000
تمثيل الأعداد
تمثل الأرقام في الحاسوب بنفس طريقة الأحرف، ويُعبر عنها أيضًا بنظام ASCII كما هو موضح في الجدول التالي:
الرمز أو الرقم ASCII النظام العد السداسي النظام الثنائي
0 30 0000 0011 00110000
1 31 0001 0011 00110001
2 32 0010 0011 00110010
تمثيل الصوت
تُمثل الملفات الصوتية كإشارة تشابهية "Analog signal" ثم تُحوّل إلى بيانات رقمية باستخدام تقنية "audio coding format"، وقد يتم ضغطها لتقليل حجم الملف وعدد bits الممثلة له.
تمثيل الصورة
تُمثل الصور في الحاسوب بمربعات صغيرة (pixels)، حيث تحدد مصفوفة عدد السطور والأعمدة دقة الصورة. على سبيل المثال، صورة بحجم 256x256 تعني أن دقتها تصل إلى 65,536 بيكسل، ويحدد مقدار كل بيكسل شدة الإضاءة.
تمثيل الفيديو
يُعرف الفيديو بأنه مجموعة من الصور تتحرك بتردد معين، ويتم ضغطه لتقليل حجم الملف وعدد البيكسلات. وتُستخدم تقنيات خاصة تُعرف بـ "video compression" لتحقيق ذلك، بناءً على خوارزميات معينة.
تمثيل البرامج
البرنامج في الحاسوب هو مجموعة من الأوامر المرتبة في نسق معين لتنفيذ وظيفة محددة. تختلف لغات البرمجة في الأوامر التي تتعامل مع أنواع معينة من البيانات، مثل الأحرف أو الأرقام. ولكل لغة برمجة مترجم (compiler) يقوم بترجمة هذه الأوامر إلى النظام الثنائي الذي يفهمه الحاسوب، وهو ما يُسمّى "opcode".
النظام المستخدم في تمثيل البيانات
النظام المستخدم في الحاسوب هو النظام الثنائي، وكل نوع من البيانات، بغض النظر عن طبيعتها، يُترجم في النهاية إلى النظام الثنائي. تعتمد الإشارات الكهربائية على فرق الجهد الكهربائي، حيث يُعتبر فرق الجهد من 5 فولت أو أكثر يمثل 1، وأقل من 5 فولت يمثل 0 في النظام الثنائي.