أساسيات علم الحاسوب

أساسيات المعلوماتية

علم الحاسوب هو في المقام الأول علم مهم جداً وله العديد من الأسماء، حيث يطلق عليه المعلوماتية أو علوم الحاسوب. وتكمن أهميتها في أنها تمثل روح العصر الحديث ومجال التكنولوجيا التي أصبحت تدخل في كل تفاصيل حياتنا في كل جانب بشكل لا غنى عنه في أي إجراء.

سواء كان ذلك التواصل الاجتماعي أو حركة المصانع والآلات المستخدمة في جميع مجالات الحياة تقريبًا، فمن الضروري الحصول على فهم عام وشامل لهذا العلم، وسنتعرف أولاً على أساسياته بهذه الطريقة:

1- أساسيات الهندسة وهندسة البرمجيات

وهي من الأسس الأولى التي يحصل عليها المهتم بعلوم الكمبيوتر، ومن خلالها يحصل على العديد من الإجابات حول البنية التي يقوم عليها الكمبيوتر، وكذلك حول عمليات الإدخال والإخراج، ومن خلالها يتعرف على الخطوات العملية من تصميم وتصميم النظام.

يلعب هذا الموضوع حجر الزاوية في فهم الطالب لمعنى الهندسة وبالتالي في فهم عملية إنشاء الأنظمة، كما يكسبه إمكانية الوصول إلى عدد من الأساليب والأدوات المتعارف عليها للعمل في هذه الأنظمة.

2- الرياضيات الخطية

يعمل الجبر الخطي على حل المعادلات الرياضية، مثل معادلات الدرجة الأولى والثانية والثالثة، واشتقاق الطرق والقوانين التي تسمح بحل مسائلها. كما تقوم أيضًا بدراسة المسائل المتعلقة بالمصفوفات وإجراء عدد من العمليات الحسابية المختلفة. وكيفية الاستفادة منها في العلوم التطبيقية للحاسوب.

3- أساسيات الرياضيات

من أسس علم الحاسوب هي دراسة أسس الرياضيات، نظرا لأهمية فهم الطالب لكيفية إجراء العمليات الحسابية، بما في ذلك التفاضل والتكامل والجبر وغيرها من العلوم الرياضية، والتي بدورها تنطوي على عمليات حسابية بسيطة.

4- التمايز والتكامل

يتناول هذا الفصل العلوم الرياضية بمزيد من التفصيل بشكل أكثر تخصصًا، والغرض من هذه المادة هو التعرف على العلوم بطريقة تطبيقية أكثر منها نظرية، أي بطريقة يتم فيها إسقاط العلم على الواقع في مختلف المجالات. المجالات التي يسعى لحلها العمل في الحياة الحقيقية.

5- تصميم المنطق الرقمي

يهدف هذا العلم إلى أركان التفكير المنطقي الذي يعد من أهم أسس علم الحاسوب والذي يتمثل بالحجج والمناقشات والمعضلات التي تنشأ في الحياة من خلال المعادلات الرياضية والمنطقية.

كما يهدف إلى تعليم الطالب تصميم العناصر المنطقية “و-أو-لا-إكسور-لا” التي يفهم من خلالها الطريقة العامة لتشغيل المعالجات في أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية بشكل عام.

ويعتبر من أهم مواضيع الحاسوب لما له من تأثير حقيقي وكبير على سلوك الطالب وتفكيره، مما يزيل عنه العشوائية، ويجعله إنساناً أكثر تنظيماً ومنطقية في التفكير. وهذا ينظم العقل، والذي بدوره ينعكس على جميع تصرفات الحياة.

كما يهدف إلى إكساب الطالب المهارات التي تمكنه من إنجاز مشاريع الحاسوب وإجراء العمليات المطلوبة كاملة واعتماد الطريقة والنظام الصحيحين لذلك.

6- علم البرمجة

بطبيعة الحال، لا بد من النظر إلى الموضوع المتعلق بالبرمجة فيما يتعلق بأساسيات علوم الكمبيوتر، مع الأخذ في الاعتبار دورها المهم، حيث أنها جوهر علوم الكمبيوتر، حيث أن جميع الأجهزة والتقنيات من حولنا تعمل فقط بمساعدة البرمجة والخوارزميات.

منذ فترة كانت لغة Java هي الشكل الأبرز لعلوم البرمجيات التي يمكن تدريسها في جميع الجامعات، لكن الآن هناك لغات أخرى أصبحت أكثر أهمية، والتي يتوق الكثير من الطلاب الآن إلى اكتسابها من أجل مواكبة ذلك العصر، وهما بايثون وجافا سكريبت.

لغة بايثون هي الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا وتعتمدها الجامعات، خاصة في البرامج الإضافية. وبشكل عام، من خلاله يتعلم الطالب الخوارزميات التي تعتمد عليها التقنيات الحديثة. هناك بعض الإشارة إلى استخدام ما يعرف ببيئة MATLAB، وهي بيئة برمجة ولغة برمجة في… في نفس الوقت.

7- علم الاحتمالات

آخر موضوع رياضي سيتم دراسته هو ما يسمى “نظرية الاحتمالية”. والغرض منه هو تعليم الإنسان أهم المبادئ المتعلقة بعلوم الكمبيوتر بالإضافة إلى فرض التوقعات والاحتمالات الممكنة وفق سلسلة من الأحداث وكيفية ارتباطها ببعضها البعض بحيث يمكن استخدامها في مواقف الحياة التطبيقية والواقعية.

وفيما يتعلق باتخاذ القرارات المؤسسية أو بدرجة أقل الأفراد أو الأجهزة الرقمية، فإن هذا الجانب من أساسيات علوم الكمبيوتر عميق جدًا بسبب اعتماده الكامل على الرياضيات الحديثة، وكذلك علم التشفير الذي يستخدم للتشفير وتأمين الاتصالات والشبكات.

8- الخوارزميات وهياكل البيانات

يعتبر هذا الموضوع حجر الزاوية في أساسيات علوم الحاسوب، نظرا لكونه عبارة عن سلسلة من الإجراءات المنطقية التي تعمل على حل مشكلة ما، ومن خلال هذا الموضوع يمكنك التعرف على كيفية القيام بذلك بالإضافة إلى إنشاء تصميم يخدم ما هو عليه ينوي القيام به.

أما هياكل البيانات التي تمثل الجزء الثاني من الموضوع، فهي علم يهدف إلى تعلم كيفية تخزين البيانات واستخدامها لعدد من الأغراض المختلفة، حسب ما يريده المطور والتي تكون مختلفة. الأنواع من حيث “الهياكل الأسرع في الأداء – الهياكل التي تستهلك مساحة أقل”، بينما الأقل سرعة – الهياكل الأخف وزنًا والأسهل في الفهم – إلخ.”

9- مبادئ أنظمة التشغيل

إنه البرنامج الأساسي الذي يقوم بتشغيل أجهزة الكمبيوتر والهواتف وما إلى ذلك، وهو الذي يخصص الموارد وينظمها ويدير ما يفعلونه وكيفية عملهم. وأشهرها “ويندوز – ماك – لينكس”، وكذلك أنظمة تشغيل الهاتف: “أندرويد – iOS”. لهواتف أبل.

كما يهدف إلى استكشاف أهم مبادئ أجهزة التشغيل الحالية، بما في ذلك عمليات الإدخال والإخراج، وكيفية إدارة الذاكرة، والوصول إلى المعالج، والتحكم في الأذونات.

10- مبادئ تشغيل الشبكة

شكل أساسيات علوم الحاسوب في العصر الحديث، حيث أنها من أبرز سمات العصر الحالي كما ساهمت في تحقيق العديد من الفوائد التي لا تعد ولا تحصى.

يتم النظر في بروتوكولات الاتصال بالإضافة إلى بعض المفاهيم الهامة: جهاز التوجيه – الخوادم – العملاء – الاتصال من نظير إلى نظير.

11- هندسة الحاسوب

يُعرف هذا الموضوع بهندسة الكمبيوتر، والذي يركز على دراسة التفاصيل الدقيقة جداً المتعلقة بالمكونات المادية لجهاز الكمبيوتر وطريقة تفاعلها مع بعضها البعض، ويهتم هذا الموضوع بتحديد البنية الداخلية.

تخصصات المعلوماتية

وللتعرف على أساسيات علوم الحاسوب سنتطرق إلى التخصصات التي يمكن الحصول عليها من خلال دراسة الأساسيات المذكورة، وهي:

1- البرمجة وتطوير البرمجيات

يرتبط هذا التخصص أكثر بتطوير تطبيقات سطح المكتب والهاتف المحمول، وهي الاستخدامات الأكثر شيوعًا، ولكن هناك أيضًا عدد من العمليات الأخرى التي يهتم بها، بما في ذلك:

• برمجة الأنظمة المالية والاقتصادية التي يقوم عليها العالم مع مراعاة اقتصاد الدول والبنوك.
• يتعلق الأمر برعاية الشركات العملاقة التي تعتمد على الأنظمة البرمجية القديمة والتي لم تطور تقنيتها لعدة عوامل.
• يدير الخوادم وأدوات إدارة العمليات الأخرى.

2- الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي

يركز هذا العصر على تقنيات الذكاء الاصطناعي التي تتطلب اهتمام العلم نظراً لنمو وشدة الحاجة إليها. ويمكن تمييز أن الذكاء الاصطناعي يشير إلى كل ما يتعلق بالذكاء، بينما التعلم الآلي هو مجال فرعي يتعلق بالآلات وبنيتها والبيانات المرتبطة بها واتخاذ القرارات اللازمة لها.

3- تطوير الشبكة

قد يظن البعض أن هذا التخصص مرتبط بالشبكات التقليدية، ولكنه مسؤول أيضًا عن شبكات أكثر تعقيدًا، كما أنه يتناول البنية التحتية وطريقة اتصال الدول من خلالها، بالإضافة إلى تعريف نماذج الشبكات البديلة بما في ذلك شبكات النظير. شبكات إلى نظير.

ويهدف إلى معرفة كيفية عمل التطبيقات المفيدة التي تركز على الحياة الواقعية، وكذلك الشبكات الخلوية والمتعلقة بالسيارات والمركبات المختلفة.

4- الرسومات

مجال متخصص في الهندسة الواسعة والذي يضم العديد من المجالات الفرعية وهي:

• محركات الرسومات
• أنظمة التشغيل
• البرامج المتعلقة بالرسومات ثنائية وثلاثية الأبعاد
• تحرير وتحرير البرامج، وهي صناعة فرعية.

5- أنظمة التشغيل والأنظمة المدمجة

وبشكل عام فإن جميع الأجهزة التي تندرج تحت هذا العلم تحتاج إلى ما يسمى بنظام التشغيل، وهو المسؤول عن تشغيل هذه الأجهزة وحركة البيانات فيها وطرق الحصول على المعلومات.

أما الأنظمة المدمجة فهي محفز بموارد الأجهزة للعمل على تنفيذ المهام المحدودة والصغيرة، ومن أمثلة ذلك “الإحساس – القفل – الإشارات”. وهذا مجال يتفرع منه علم مهم وهو ما يعرف ب إنترنت الأشياء.

6- تحليل البيانات وإدارة قواعد البيانات

يعد هذا من أكثر التخصصات المطلوبة في الوقت الحالي والذي يعمل على استخدام البيانات والبيانات التي يحصل عليها الكمبيوتر وتحليلها من أجل اتخاذ القرارات المهمة التي لا غنى عنها لجميع المصانع والشركات.

7- الحسابات الطبية الحيوية

يدور هذا التخصص حول دراسة أهم المتطلبات البرمجية سواء في المجالات الطبية أو البيولوجية والعمل على تطوير البرمجيات المتعلقة بها من أجل حلها قدر الإمكان والاستفادة منها والحصول على مواد حقيقية يمكنها تحقيق فوائد في هذه المناطق.

8- الأمن الرقمي

وهو مجال يشمل الكثير مما يتعلق بأنظمة التشغيل والبرمجيات والتشفير التي تتعلق بالأمن نتيجة العمليات الرقمية، كما يتضمن أيضًا عددًا من المجالات المتعلقة بإدارة الخادم.

9- الحسابات العلمية

وتعتمد عليه العديد من الصناعات الحديثة، وذلك بفضل الخوارزميات الضخمة التي تتضمن العديد من الحسابات والمعادلات الرياضية.

10- الحوسبة السحابية

تخصص يحدد كيفية الاستغناء عن عمل نظام تشغيل سطح المكتب واستبداله بخدمات أخرى عن بعد متاحة على الحواسيب الكبيرة العملاقة.

11- التخصصات الأخرى

هناك تخصصات أخرى في علوم الحاسوب، ولكنها تهتم بدراسة الجانب النظري أكثر من الجانب التطبيقي، وهو دراسة المبادئ النظرية التي تخدم مختلف مجالات الحياة:

• نظرية الإشارة نظرية الإشارات : يقوم بدراسة الإشارات الصادرة عن الكائنات الحية والعلاقات بينها، كما يعمل على نمذجتها في الأنظمة الرقمية للدراسة والتحليل.
• نظرية المعلومات نظرية المعلومات : ويغطي المبادئ النظرية للعمل على نقل وضغط المعلومات الرقمية بأي سرعة.
• علم التشفير التشفير : وهو من أهم العلوم لأن التشفير يعتمد عليه، وهو علم دقيق ومعقد للغاية.
• نظرية الفوضى نظرية الفوضى : ولا يرتبط بشكل مباشر بعلوم الكمبيوتر، ولكن على الرغم من ذلك فإن له العديد من التطبيقات المتعلقة بالطقس والمناخ وغيرها.

كيف تبدأ دراسة علوم الكمبيوتر

نناقش أدناه بعض النصائح لمساعدتك على البدء في علوم الكمبيوتر:

• إذا كنت جديدًا في هذا المجال، فمن الأفضل أن تبدأ بالبحث عن دورات تعليمية للمبتدئين والتي ستمنحك فهمًا شاملاً للعلم وأساسياته، بما في ذلك المرور بالمراحل الأكاديمية حتى تتخصص في المجال الذي تريده. .
• ابحث عن إحدى الأكاديميات الموثوقة التي توفر معلومات شاملة عن العلوم وتضمن اتباع خطوات تدريجية لتحقيق الإتقان الكامل للعلم.
• تجنب الدروس المتفرقة أو العشوائية؛ لأنها لن تساعدك على بناء علم دقيق وكامل، وبالتالي لن تتمكن من تحقيق هدفه.
• تجنب قراءة الكتب في هذا المجال دون خبرة واسعة تسمح لك بفهم المصطلحات العلمية وبنيتها الأساسية، إذ يكاد يكون من المستحيل، إن لم يكن من المستحيل، الاستفادة منها حتى تفهم وتفهم أساسيات علوم الكمبيوتر ومن ثم المضي قدما كما تريد، بعقلية منظمة ومنظمة.

إن أساسيات علوم الكمبيوتر هي لبنة البناء الأساسية التي تقوم عليها جميع التقنيات والأساليب الحديثة التي تحيط بنا، وهي الباب الذي يمكن من خلاله تصميم واختراع آليات وهياكل أكثر حداثة تدفع العصر إلى الأمام بسرعة.