قـراءة في تطبيقات علوم الحاسوب
15 أبريل، 2022 التعليقات على قـراءة في تطبيقات علوم الحاسوب مغلقة حنان ناصر الرافد التكنولوجي
الكاتب : م. بيسان صالح
(ماجستير في علوم الحاسوب)
تشمل علوم الحاسوب كل العلوم المتعلقة بالآلات الحسابية والمنطقية، حيث تعمل بدارات إلكترونية، وقد تكون علومًا نظريةً مثل نظرية المعلومات Information Theory أو تطبيقية مثل البرمجيات Software أو العتاد Hardware. ،والبرمجيات software هي الأنظمة غير الملموسة التي تُشغّل عتاد الحواسيب hardware وتقوم بمهام المستخدمين المطلوبة، بينما العتاد هو القطع الفيزيائية الملموسة التي تُكوّن النظام الحاسوبي مثل المعالِج والذاكرة العشوائية RAM والقرص الصلب …إلخ.
وتتشعّب علوم الحاسوب وتترابط مع بعضها بعضًا، إذ لا يمكنك دراسة البرمجة دون دراسة الخوارزميات وهياكل البيانات، كما لا يمكنك دراسة علوم الذكاء الاصطناعي دون دراسة الجبر الخطّي والاحتمالات وعدد آخر من علوم الرياضيات.
فـوائد وتطبيقات علوم الحاسوب:
تتلخص فوائد وتطبيقات علم الحاسوب فيما يلي:
ــ تعد شبكة الإنترنت واحدة من أفضل الاختراعات في التاريخ الإنساني، فهي شبكة حاسوبية تصل مناطق العالم ببعضها البعض.
ــ حواسيب سطح المكتب والحواسيب المحمولة التي نعمل عليها أو نرفّه خلالها عن أنفسنا …إلخ، جميعها قائمة على علوم الحاسوب وتخصصات الحاسب.
ــ الهواتف المحمولة وتطبيقات الهواتف الذكية التي نستعملها للتسوق أو طلب سيارة أجرةٍ أو طلب الطعام والدواء وغير ذلك فكلها تطبيقات حاسوبية.
ــ أجهزة إدارة المصانع والعمليات التصنيعية التي تُستعمل لتخطيط تصنيع المنتجات الغذائية وغير الغذائية، فهي مبنيّة بالأساس على برامج وخوارزميات ورياضيات حاسوبية، فلولاها لما تطورت أنظمة التصنيع التي لدينا إلى مرحلة تكفي احتياجات الجنس البشري.
ــ الأجهزة الطبية التي تُنقَذ بها حياة الناس في المستشفيات، وأجهزة الاستشعار والإدارة العسكرية، والأجهزة التي تساعد على إدارة الأسواق الاقتصاد والمال وغيرها، فكلها موجودة بفضل علوم الحاسوب.
والسؤال الذي يطرح في هذا المجال هو:هل التخصص في علوم الحاسوب مفيد؟
لا شك ان الطالب يسأل نفسه،هل من المجدي التخصص في مجال علم الحاسوب، وتعلمها سواء بالدراسة والبحث الأكاديمي أو للعمل والوظيفة مستقبلًا؟ والجواب هو نعم، فالأمر مُجدٍ ، إذ يحصل متخصصو علوم الحاسوب على رواتب أعلى من العديد من نظرائهم المهندسين غير العاملين في المجال، كما تزداد الرواتب بازدياد الخبرة ونُدرة المجال الذي يتخصص فيه الطالب؛ فمثلًا لا يتساوى مُطوّر واجهات الاستخدام بمهندس يجيد الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة، وكذلك لا يتساوى مع مهندسي البرمجيات ومهندسي العتاد.
وبغض النظر عن عامل الوظيفة والراتب والمال، الذي يساعد على تعلم علوم الحاسوب ، وعلى بناء مشاريع حقيقيةٍ يمكن الاستفادة منها أو تغيّر بها العالم، والمثال هنا، يتمثل في جهود مارك زوكيبربيرغ في طريقة تواصل المليارات من الناس وكامل التاريخ الإنساني بفضل تطويره لموقع شبكة الانترنت ،بالإضافة كذالك، الى كيف تتحكم العملات الرقمية وتغير الاقتصاد العالمي اليوم.
إن تعلم علوم الحاسوب يؤهل الطالب لإنشاء خدمات ومواقع وبرمجيات وأنظمة حسب الحاجة، ومن ثَم الاستفادة منها سواءٌ للذات أو بيعها للآخرين إما على شكل وظيفةٍ، أو خبرةٍ كما في مجال العمل الحُرّ.
ولا يعني هذا بالطبع ان الشخص يمتلك شركة مايكروسوفت في المستقبل، ، إلا انه قد يمتلك نفس الخبرات والأدوات التي امتلكها الرواد الأوائل في هذا المجال عندما فعلوا ذلك، أما الباقي فيعتمد على الشخص نفسه وعلى اجتهاده ومثابرته.
مـواد التخصص في علوم الحاسوب:
ونقصد بذلك مواد تخصص علوم الحاسوب وتفريعاتها المختلفة،وكذلك أهم المواد التي تدرسها معظم جامعات العالم لطلابها.والتي معظمها مأخوذة عن المنهاج الأكاديمي لدامعة ستافورد لعلوم الحاسبات، بالإضافة لعدد من الجامعات الأخرى.
وتتمثل مواد علوم الحاسب التي تدرس في الجامعات ما يلي:
ــ المادة الأولى: مبادئ الهندسة وهندسة البرمجة:
تعد هذه المادة أولى المواد التي يدرسها الطلاب وهدفها الإجابة على العديد من التساؤلات مثل: ما هو تعريف الهندسة؟، وما هي عمليات الإدخال والإخراج ؟،وكيف تصمم منتجًا أو برنامجًا أو مشروعًا؟، وما هي الخطوات العملية لتصميم وهندسة نظام ما وغيرها؟.
إن الهدف الرئيس من هذه المادة ،هو نقل وتوصيل معنى الهندسة للطلاب أو الدراسين، وذلك بإدراكهم أن عملية إنشاء الأنظمة هي خليطٌ مُتقنٌ من التخطيط والترتيب، فهي ليست عمليةً عشوائيةً بسيطةً، وعادةً لا تحتوي هذه المادة على مشاريع برمجية حقيقية، وقد تشتمل على مشاريع بسيطة في بعض الجامعات.
ويبدأ الطالب يتعلم في هذه المادة عددًا من التقنيات والأدوات الشائعة لتوصيف الأنظمة وتصميماتها، مثل لغة النمذجة الموحدة Unified Modeling Language واختصارًا UML وآلات الحالة State Machines وغيرها من التقنيات.
ــ المادة الثانية:الرياضيات:
تعتبر مادة الرياضيات مادةٌ أساسيةٌ لدى جميع طلاب الهندسة بصفة عامة؛ ولذلك من الضروري أن يُدرك الطالب مبادئ وأساسيات الرياضيات مثل العمليات الحسابية والتفاضل والتكامل والجبر وحسابات الأشكال الهندسية وغير ذلك من العمليات الرياضية البسيطة.
ولا يتم تعليم هذه المادة في الجامعات بغرض الرياضيات ذاتها؛ حيث أنه بمجرد ان ينتهي الطالب من من دراسة هذه المادة ،فانه سوف ينسى غالباً تلك المعادلات الرياضية،ولكن الغرض الحقيقي منها هو لتعويد الطالب على استخدام العقل ما لم يقدر على حسابه من قبل،حيث ان مواجهة القليل من الصعوبة في التَعلّم تُفتّح الذهن وتُعوّده على تحمّل الأكثر صعوبةً من هذه الرياضيات البسيطة مستقبلًا.
ــ المادة الثالثة: الرياضيات الخطية :
وفي هذه المادة، سوف يتعلم الطالب(الرياضيات الخطية أو الجبر الخطي)، طريقة أو تقنية حلّ المعادلات الرياضية، مثل معادلات الدرجة الأولى والثانية والثالثة، وبعض الأساليب والقوانين الرياضية لحلها بسهولة. كما يتعلم الطالب بعض الأمور عن المصفوفات وطريقة التعامل معها وإجراء بعض الحسابات لها وطريقة الاستفادة منها مثل المصفوفات أولية وثنائية وثلاثية الأبعاد.
ــ المادة الرابعة: التفاضل والتكامل:
وفي دراسة هذه المادة، يتعمق الطالب في فهم التفاضل والتكامل بعد الاطلاع عليها بصورة مبسطة بالفعل في إحدى المواد الرياضية السابقة، وسيتعرف عليهما بالتفصيل، وكيف تستخدمها لحل بعض المشكلات الحقيقية في العالم، كما ستعرف بعض قواعد التفاضل والتكامل. وقد تكون هذه المادة متقدمة على بعض الطلاب مثل أغلب مواد الرياضيات، وذلك لأن الطالب يتعلم فيها المعادلات والقواعد والقوانين دون أن يُعلّم من أين جاءت ولا كيف ولماذا سيتعلمها ولا أين سيستخدمها في حياته المستقبلية.
ــ المادة الخامسة: تصميم المنطق الرقمي:
يتعلم الطالب في دراسة مادة تصميم المنطق الرقمي Digital Logic Design أهم أركان التفكير المنطقي، وكيفية تمثيل الحجج والنقاشات والمعضلات في العالم الحقيقي على شكل معادلات رياضية ومنطقية وكذلك قد يتعلّم بعض الأمور عن المجموعات Sets في الرياضيات وطريقة استخدامها لتمثيل معلومة أو بيانات معينة.
كما سوف يتعلم الطالب ،علم تصميم البوابات المنطقية Logic Gates مثل and و or و nor و xor و not وغيرها، وكذلك دراسة واستيعاب، الطريقة العامة لعمل المعالجات داخل الحواسيب والأجهزة الإلكترونية.
وتعـد هذه المادة واحدةٌ من بين أكثر المواد إفادةً ضمن علم الحاسوب لأن طريقة التفكير المنطقية التي تنقل الدارس او الطالب من إنسان عشوائي التفكير،قد لا يفكر بمنطقية في معظم أمور حياته،إلى إنسان يفهم الحياة بصورة منطقية كما تفهمها الآلات ويَسهُل عليه تحديد ما هو منطقي وما هو غير منطقيٍ من الحجج والمعلومات التي حوله، كما أنه سيفهم ويتقن كيفية تحويل الأفكار إلى أنظمة فيزيائية وبرمجية داخل الحواسيب بحيث تُستعمَل لإكمال تصميم الحواسيب وتُجري العمليات الحسابية المطلوبة.أي بمعنى ان الغرض من هذه المادة ،هو أن يرى الطالب كيف يعمل الحاسوب وكيف يفهم الأوامر وينفذها حتى يعرف كيف يتعامل معه ويبرمجه ويتخاطب معه بسهولة.
ومن هنا، فان من الأفضل للطالب،، التركيز علي هذه المادة والتعمق في فهمها ،كونها واحدةٌ من أهم المواد في المجال، وقد تُدرّس هذه المادة على عدة مواد منفصلة، لذلك قد تجد موادًا شبيهةً مثل التفكير المنطقي Critical Thinking والرياضيات المتقطعة Discrete Mathematics، فكلّ على حسب الجامعة والتخصص.
ــ المادة السادسة:الاحتمالات:
إن مادة الرياضيات الأخيرة التي بتعلمها الطالب، هي مادة الاحتمالات Probabilties أو نظرية الاحتمالات Probability Theory، وهي مادةٌ تهدف إلى تعليم الطالب أهم مبادئ هذا العلم بالإضافة لأنواع الاحتمالات المُمكنة حسب الأحداث Events وطريقة ارتباطها ببعضها البعض ليُستفاد منها في الحياة الواقعية إما في اتخاذ قرارات المؤسسات أو إجراءات أصغر من ذلك سواءٌ على مستوى الأفراد أو الأجهزة الرقمية.
والواقع تعـد مادة الاحتمالات،علم عميق تقوم عليه الكثير من الرياضيات الحديثة، كما يقوم عليه علم التعمية Cryptography المُستخدم في تأمين وتشفير الاتصالات والشبكات، وسيستفيد الدارس من هذه المادة كثيرًا في المستقبل متى أتقنها.
ــ المادة السابعة: البرمجيـأت :
من البديهي،أن توجد مادة مختصة بتعلم البرمجة في تخصص علوم الحاسب أو التخصصات المرتبطة به، وذلك لأن البرمجة هي لبّ علوم الحاسب في النهاية،فجميع الأجهزة والأنظمة التي حولنا ما هي إلا برمجيات وخوارزميات مختلفة صنعت لتعمل بطريقة معيّنة.
وقد كانت لغة جافا Java أبرز لغة برمجةٍ تُعلّم في الجامعات قبل عقد من الزمن، بينما تميل الكفة الآن إلى بايثون Python أو جافاسكربت في بعض الأحيان، ولكن بايثون هي الأكثر استعمالًا واعتمادًا في الجامعات لما لها من تطبيقات لاحقة في جميع المجالات الأكاديمية الأخرى.
ولكن في كل الأحوال يتعلم الطالب في هذه المادة المتغيرات والخوارزميات وحلقات التكرار والجمل الشرطية وغيرها من المبادئ البرمجية، وذلك بِغَض النظر عن لغة البرمجة التي يتعلمها الطالب.
كما قد يتعلّم الطالب القليل من استخدام بيئة ماتلاب Matlab وهي بيئة برمجية ولغة برمجة تُستخدَم لإنشاء الحسابات الرياضية وبرمجة برمجيات معينة، لذلك فهي منصة ولغة برمجة في آنٍ واحدٍ، ويستعمل ماتلاب طلاب أقسام الهندسة الأخرى لمحاكاة وحساب المعادلات والنماذج الرياضية.
ــ المادة الثامنة:الخوارزميات وهياكل البيانات:
تتمثل الخوارزميات Algorithmsفي الإجراءات المنطقية المتسلسلة لحلّ مشكلة ما، وسوف يتعلم الطلاب الخوارزميات وأفضل الطرق لتصميمها من أجل حل مختلف المشكلات التي قد تظهر في المستقبل، حيث سنحتاج إلى معرفة متى نستعمل خوارزمية بعينها من أجل حل مشكلة ما، ومتى سنلجأ لخوارزمية أخرى نعرف أنها ستعطينا أداءً أفضل، بمعنى التعمق في دراسة الموازنة بين مختلف الخوارزميات وأدائها مثل السرعة والوقت ومساحة التخزين، ومتى يجب استعمال كلّ واحدةٍ منها كما الاطلاع على مختلف تشعيبات الخوارزميات المتوفرة.
أما بالنسبة لهياكل البيانات Data Structures فهي طريقة تخزين البيانات واستعمالها بغرض تحقيق أهدافٍ مختلفةٍ حسبما يريد المُطوّر؛ فهناك هياكل بياناتٍ أسهل وأوضح للفهم العام، وهناك هياكل بيانات أسرع في الأداء، وهناك هياكل بيانات غير سريعة في الأداء لكنها تستهلك حجمًا أقل في تخزين البيانات وبالتالي قد تفضل على غيرها في بعض الأحيان.
ويتعلم الدارسون كل هذه الأمور في هذه المادة، وربما تقسم هذه المادة إلى مادتين على حسب الجامعة والاختصاص الذي تدرسه، كما يطلعون على أنماط التصميم Design Patterns إذا كان الطالب سيدرس هندسة البرمجيات؛ وهي الأنماط الشهيرة لتصميم البرمجيات بحيث لا تحتاج لإعادة اختراع العجلة مرة أخرى من أجل كل مشكلة تواجهها.
ــ المادة التاسعة: مبادئ أنظمة التشغيل:
إن أنظمة التشغيل هي البرمجيات الأساسية التي تُدير الأجهزة الحاسوبية والهواتف والأنظمة المدمجة وغيرها، حيث توزع الموارد على البرمجيات وتدير تشغيلها وعملها ومراقبتها للمستخدم، وأبرز أنظمة التشغيل على سطح المكتب هي ويندوز Windows وماك Mac ولينكس Linux، أم فيما يتعلق بأنظمة تشغيل الهواتف الذكية، فلدينا نظام أندرويد Android الذي يعمل على مختلف الأجهزة ونظام iOS الذي يعمل على أجهزة آبل Apple فقط.
ويتعلم الطالب في هذه المادة أساسيات عمل أنظمة التشغيل المختلفة، بالإضافة لأبرز المبادئ التي تعمل بها أنظمة التشغيل الحالية مثل العمليات وأجهزة الإدخال والإخراج Input/Output وإدارة الذاكرة والوصول للمعالِج ونظام الوصول والصلاحيات وإدارة المستخدمين وغير ذلك.
ــ المادة العاشرة: مبادئ الشبكات:
تعتبر الشبكات أبرز سمات هذا العصر الحديث، حيث ان شبكات الاتصال الخلوية وشبكة الإنترنت والشبكات المنزلية كلها غيّرت شكل العالم الحديث وساهمت في فوائد جمة لا تعد ولا تحصى.
ويتعلم الطالب في هذه المادة أساسيات الشبكات وطريقة عملها وسوف يطّلع على بروتوكولات التواصل أشهرها بروتوكول(تي. سي. بي) وبروتوكول( يو. دي. بي) ، كما سيطّلع على بعض المفاهيم والأجهزة الأخرى مثل الموجه Router والخوادم Servers وأجهزة العملاء Clients والنظير للنظير Peer to Peer وغير ذلك من مبادئ الشبكات البسيطة. وسيطلب من الطالب غالبًا برمجة برنامج محادثة بسيط بأي لغة برمجةٍ يريدها وذلك باستخدام أحد بروتوكولات التواصل، وهو ما سيوضح مدى فهم الدارس وتعلمه لهذا المساق.
ــ المادة الحادي عشر: بنية الحاسوب:
في هذه المرحلة من دراسة الطالب لعلوم الحاسوب فإنه سوف يكون قد استوعب وفهم فعلا معظم الأساسيات التي سيحتاج إليها، ولكن مادة معمارية الحاسوب أو بنية الحاسوب Computer Architecture سوف يتعمق الطالب في تفاصيل دقيقة حول مكونات الحاسوب الفيزيائيةوكيفية تواصلها مع بعضها بعضًا مثل طريقة تواصل الذاكرة العشوائية مع المعالِج وقرص التخزين وطريقة إرسال أو جلب المعلومات منهما.
كما سيتعرف الطالب على مفهوم المسجلات Registers،وهي وحدات الذاكرة الصغيرة للمعالجات الحديثة، وكيف يستعملها لتسريع عمليات المعالجة بدلًا من جلب البيانات من الذاكرة، وسيفهم كيف ستتحول الخوارزميات والبرمجيات التي يكتبها إلى عمليات مجزأة يمكن للمعالجات حسابها في أقل من لحظة من الزمن بفضل البوابات المنطقية التي تعرّف عليها مسبقًا.
أي بمعنى أن دراسة هذه المادة تتطلب التعمق أكثر في تفاصيل عمل أجهزة الحواسيب وبنيتها الداخلية وطريقة تواصل مكوناتها مع بعضها بعضًا.
وبالإضافة للمواد الأساسية التي سبق الحديث عنها، هناك مواد ومجالات وتخصصات اختيارية يختار الطالب غالبًا ما يحلو له منها ليمارس المجال الذي يفضله او يرغبه، ولا يتخرج مهندسو الحاسوب وهم يتقنون كل هذه التخصصات، فعادةً ما يختارون واحدًا أو اثنين منها على الأكثر، ثم يدرسونه بصورةٍ معمقة أكثر من السابق.
ومن هنا،سوف نتعرض في مقال آخر (لاحقاً)لشرح، تخصصات الحاسوب التي يمكن لمهندس الحاسوب أو دارس تخصص علم الحاسوب أن يعمل ويتخصص فيها.
الوسوم:الانترنت, شبكة, فوائد, هندسة
التعليقات مغلقة