كيف تفهم الآلة ما نقوم به؟

الحواسيب عبارة عن أجهزة إلكترونية تعمل بالاعتماد على الدوائر الكهربائية التي تعبر عن المعلومات باستخدام نظام العد الثنائي 0 و1 هنا، تكون "0" تعني انقطاع التيار الكهربائي، و"1" تعني وجود التيار، و تستخدم المعالجات هذه الإشارات لتخزين ونقل ومعالجة المعلومات، و لفهم كيف تعرف الآلة أن هذا "مدخل" وذاك "مخرج"، نحتاج إلى التفكير في الطبقات المختلفة في النظام الحاسوبي، حيث يوجد طبقة الأجهزة و في هذه الطبقة توجد دوائر كهربائية وأجهزة تحكم تتعامل مع إشارات كهربائية، حيث يتم توجيه هذه الإشارات عبر مسارات محددة تعتمد على تصميم الأجهزة نفسها.

توجد أيضا طبقة النظام الأساسي حيث  تحتوي هذه الطبقة على تعليمات أولية مخزنة في ذاكرة ثابتة تدعى الفيرموير و تساعد في تشغيل الأجهزة بمجرد تشغيلها، وتحدد كيفية التواصل بين الجهاز والمكونات الأخرى.

أما الطبقتين الأخيرتين فهما طبقة نظام التشغيل و طبقة البرمجة، في الطبقة الأولى يوفر نظام التشغيل بيئة لبرامج التطبيقات للتفاعل مع الأجهزة، و يقوم بتنظيم المدخلات والمخرجات عبر تعريف واجهات معينة للأجهزة، مثل لوحة المفاتيح والشاشة. عندما يتم تعريف "حقل إدخال الاسم"، يتم تحديد نوع المدخل المطلوب وكيفية معالجته، وذلك بناء على تعليمات مبرمجة مسبقا في النظام، أما طبقة البرمجة هنا يقوم المبرمجون بكتابة الأكواد التي تعرف كيفية التعامل مع المدخلات والمخرجات، فمثلا عند برمجة حقل إدخال للاسم، يقوم المبرمج باستخدام لغة برمجة لتحديد هذا الحقل كمدخل ويتوقع منه الحصول على قيمة نصية.

بالنسبة لسرعة المعالجة المعالج الحديث يحتوي على عدة أنوية أو Cores تعمل بشكل متزامن لمعالجة المهام بشكل أسرع، كما يستخدم خطوط المعالجة لتجزئة المهام إلى أجزاء أصغر وتنفيذها بالتوازي.

بالإضافة للشرح الرائع في التعليق السابق ولكن سأحاول توضيح جزئية بسيطة وهي أن المعالج (CPU)، يحتوي على ملايين الترانزستورات التي تعمل كأبواب صغيرة تفتح وتغلق بناءً على التيار الكهربائي كما تعلمت مما تجعله يستطيع تنفيذ مليارات التعليمات في الثانية الواحدة وهذا هو الأساس لكل شيء في الحوسبة.

أما بالنسبة للسؤال الثاني والأساسي فيمكنك الإطلاع على الإجابات التالية حيث تشرح ذلك بالتفصيل