علوم الحاسب الالي وتاريخه

بسم الله الرحمن الرحيم



علوم الحاسب

مقدمة :-

علوم الحاسب : هى العلوم الذي تدرس الحوسبة ومعالجة البيانات والنظريات والتطبيقات التي تشكل الأساس لأتمتة نقل المعلومات وتشغيلها وتحويلها، وذلك بدراسة برمجيات الحاسوب وعتاد الحاسوب. في بعض الدول العربية يطلق على مصطلح علم الحاسب الآلي المعلوماتية اختصاراً.
تهتم علوم الحاسوب بداية بدراسة الأسس النظرية للحوسبة والمعلومات وتطبيقاتها في الأنظمة الحاسوبية.
ينضوي تحت اسم المعلوماتية وعلوم الحاسب حقول متنوعة كلها تصنف تحت العنوان العريض "علوم الحاسوب". البعض يؤكد على الحوسبة وبعض تطبيقاتها مثل رسوميات الحاسوب في حين أن فروعا أخرى تدرس خواص مشكلة تحسيبية computational problem (مثل نظرية التعقيد الحسابي)، في حين تبقى فروعا أخرى تركز على التحديات التي تطرحها تطبيقات الحوسبة. فمثلا نظرية لغة البرمجة(programming language theory) تدرس الطرق والوسائل لوصف عملية التحسيب، في حين تقوم برمجة الحاسوب بتطبيق لغات برمجة معينة لاستخراج جواب أو حل لمشكلة تحسيبية معينة.

تاريخ علوم الحاسب :-

يعود تاريخ علوم الحاسوب إلى اختراع أول حاسوب رقمي حديث. فقبل العشرينات من القرن العشرين، كان مصطلح حاسوب computer يشير إلى أي أداة بشرية تقوم بعملية الحسابات. ما هي القضايا أو الأشياء التي يمكن لآلة أن تحسبها باتباع قائمة من التعليمات مع ورقة وقلم، دون تحديد للزمن اللازم ودون أي مهارات أو بصيرة (ذكاء)؟ وكان أحد دوافع هذه الدراسات هو تطوير آلات حاسبة computing machines يمكنها إتمام الأعمال الروتينية والعرضة للخطأ البشري عند إجراء حسابات بشرية.
خلال الأربعينات، مع تطوير آلات حاسبة أكثر قوة وقدرة حسابية، تتطور مصطلح حاسوب ليشير إلى الآلات بدلا من الأشخاص الذين يقومون بالحسابات. وأصبح من الواضح أن الحواسيب يمكنها أن تقوم بأكثر من مجرد عمليات حسابية وبالتالي انتقلوا لدراسة تحسيب أو التحسيب بشكل عام. بدأت المعلوماتية وعلوم الحاسب تأخذ استقلالها كفرع أكاديمي مستقل في الستينات، مع إيجاد أوائل أقسام علوم الحاسب في الجامعات وبدأت الجامعات تعطي إجازات في هذه العلوم .

أهم الفروع :-

يمكن تقسيم المعلوماتية ( علوم الحاسب) إلى ثلاثة أقسام:

1) معلوماتية نظرية: يدرس اللغات الصورية، نظريات الحوسبة أو الخوارزميات وحساب التكاليف.
2) معلوماتية عملية: يدرس مهارات ترجمة اللغات الصورية ونظريات والخوارزميات إلى تطبيقات يسهل تداولها، والتطوير المستمر لها مع ما يماشي العلوم ومجالات الحياة الأخرى.
3) المعلوماتية التطبيقية: وتهتم بالتطبيقات المختلفة للحاسوب في مجالات الحياة : كالتصميم والتصنيع باستخدام الحاسب، والأنظمة الإدارية والصناعية.
4) هندسة الحاسوب: هذا الفرع يهتم بكيفية صناعة معدات الحاسوب (عتاد الحاسوب). صناعة الحواسيب تعتمد على العديد من المجالات مثل المعلوماتية النظرية، الفيزياء، الكمياء، الإلكترونيات.

يمكن تقسيم المعلوماتية أيضا بالشكل التالي :

علم الخوارزميات والمعلوماتية النظرية: وهي تدرس الجانب النظري في المعلوماتية.
علم التقنيات الحاسوبية: هي التحليل، التصميم وبناء المكونات الصلبة للحواسيب.

1) معلوماتية نظرية

1)1)علم التعمية Cryptography
خوارزميات لحماية البينات الخصوصية بما فيها التعمية
علم التعمية أو علم التشفير (cryptography) هو العلم وممارسة إخفاء البيانات؛ أي بوسائل تحويل البيانات (مثل الكتابة) من شكلها الطبيعي المفهوم لأي شخص إلى شكل غير مفهوم بحيث يتعذّر على من لا يملك معرفة سرية محددة معرفة فحواها. يحظى هذا العلم اليوم بمكانة مرموقة بين العلوم، إذ تنوعت تطبيقاته العملية لتشمل مجالات متعددة نذكر منها: المجالات الدبلوماسية والعسكرية، والأمنية، والتجارية، والاقتصادية، والإعلامية، والمصرفية والمعلوماتية. في شكلها المعاصر فإن التعمية علم من أفرع الرياضيات وعلوم الحوسبة.
تاريخ علم التعمية ( التشفير) :-استخدم التشفير منذ أقدم العصور في المراسلات الحربية بين وكذلك في الدبلوماسية والتجسس في شكليهما المبكرين. يعتبر العلماء المسلمون والعرب أول من اكتشف طرق استخراج المعمَّى وكتبها وتدوينها[1][2]. تقدمهم في علم الرياضيات أعطاهم الأدوات المساعدة الأزمة لتقدم علم التعمية، من اشهرهم يعقوب بن إسحاق الكندي صاحب كتاب علم استخراج المعمَّى وابن وَحشِيَّة النبطي صاحب كتاب شوق المستهام في معرفة رموز الأقلام، المؤلف الذي كشف اللثام عن رموز الهيروغليفية قبل عشرة قرون من كشف شامبليون لها.[3] وكثلك اشتهر ابن دريهم الذي كان لا يشق له غبار في فك التشفير فكان تعطى له الرساله معماة فما هي إلا أن يراها حتى يحولها في الحين إلى العربية ويقرئها وله قصيدة طويله يشرح فيها مختلف الطرق في تعمية النصوص وكان يحسن قراءة الهيرغليفية[4] من أمثلة استخدام التعمية قديما هو ما ينسب إلى يوليوس قيصر من استعمال ما صار يعرف الآن بخوارزمية ROT13 لتعمية الرسائل المكتوبة باللاتينية التي يتبادلها مع قواده العسكريين، وهو أسلوب تعمية يُستبدل فيه كل حرف بالحرف الذي يليه بثلاثة عشر موقعا في ترتيب الأبجدية اللاتينية، مع افتراض أن آخر حرف في الأبجدية يسبق الأول في حلقة متصلة.
مصطلح التعمية:-أستعمل العرب هذا المصطلح كناية عن عملية تحويل نص واضح إلى نص غير مفهوم باستعمال طريقة محددة، يستطيع من يفهمها ان يعود ويفهم النص. غير ان في الوقت الحالي كثر استعمال مصطلح التشفير.
استعمالات حديثة:-في العصر الحديث فإن آلة إنجما التي استخدمها الجيش الألماني في الحرب العالمية الثانية يعد أبرز مثال على استخدام التعمية لتحقيق تفوق على العدو في مجال الاتصالات، وكانت الأبجاث التي جرت بشكل منفصل في كل من المؤسستين العسكريتين الأمريكية والبريطانية في سبعينيات القرن العشرين فتحا جديدا فيما صار يعرف الآن بتقنيات التعمية القوية المعتمدة على الحوسبة، وارتبطت التعمية بعلوم الجبر ونظرية الأعداد ونظرية التعقيد ونظرية المعلوميات.
توسع نطاق تطبيقات التعمية كثيرا في العصر الحديث بعد تطور الاتصالات وحدوث ثورة الاتصالات بما تتطلبه أحيانا من استيثاق وحاجة إلى ضمان عدم التنصت ومنع التجسس والقرصنة الإلكترونيين وتأمين سبل التجارة الإلكترونية.
تعد تقنيات التوقيع الرقمي والتصويت الالكتروني والنقد الرقمي تطبيقات عملية معتمدة على التعمية.


2) نظرية المخططات
في الرياضيات وعلوم الحاسب، تقوم نظرية المخططات بدراسة خواص المخططات. يمكن اعتبار المخطط مجموعة كائنات objects تدعى رؤوس vertices مفردها رأس vertex، ترتبط ببعضها بأضلاع edge أو تدعى أحيانا أقواس arcs يمكن أن تكون موجهة أي مزودة باتجاه أو بدون اتجاه. التمثيل لهذا المخطط يكون على الورق بمجموعة نقاط تمثل الرؤوس متصلة بخطوط هي حروف المخطط.

يمكن بالاستعانة بالمخططات حل الكثير من المشاكل العملية، فمثلا بنية موسوعة ويكيبيديا يمكن تمثيلها بمخطط رؤوسه هي أسماء المقالات ونقوم برسم خط موجه بين مقالتين من أ إلى ب إذا كانت المقالة أ تحوي رابط إلى المقالة ب. تطبيقات هذه النظرية واسعة جدا ولحل مشاكلها يستخدم الحاسوب بشكل واسع لذلك تهتم علوم الحاسوب بتصميم خوارزميات لنظرية المخططات.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

تاريخ:-كان البحث الذي قام ليونهارد أويلر بكتابته ونشره في عام 1736 بموضوع جسور كونيغسبرغ السبعة يعتبر أول بحث في التاريخ في نظرية المخططات[1]. هذا البحث بالإضافة إلى المقالة التي كتبها فانديرموند عن مسألة الفارس، بالإضافة إلى العمل الذي قام به غوتفريد لايبنتز في وضع علاقات لعدد الرؤوس بالأضلاع وأوجه متعددات السطوح المحدبة كانت تعتبر بدايات لعلم الطوبولوجيا.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

تعاريف:-
هناك نوعان من المخططات: مخطط موجه ومخطط غير موجه، وفي الحالين معا المخطط هو زوج لمجموعتين (S,A)حيث S مجموعة غير فارغة تمثل قمم المخطط :
إذا كان المخطط موجه فإن A جزء من الجداء الديكارتي:
المجموعة A تسمى مجموعة أقواس المخطط
إذا كان المخطط غير موجه فإن A هي مجموعة جزء من مجموعة زوج S.
A تسمى مجموعة حروف المخطط.

تعاريف إضافية:-
الارتباط والجوارإذا كانت قمتين من مخطط مرتبطتان بحرف, نقول أنهما متجاورتان أو مرتبطتان.
مربع مخطط
مربع مخطط هو مخطط له نفس قمم المخطط الأول وله نفس الحروف أو الأقواس بالإضافة إلى وجود حروف أو أقواس تربط بين القمم التي لها جوارات مشتركة.
سلاسل وسبل
السلسلة أو السبيل هو جزء من مخطط يربط بين قمتين بواسطة أزواج قمم مرتبط مثنى مثنى على التوالي.
الدرجة
في المخطط العادي درجة قمة هو عدد الحروف المرتبطة بالقمة.
في المخطط الموجه هناك نوعان درجة الدخول وهي عدد الأقواس المتجهة من قمم أخرى إلى القمة, في حين درجة الخروج هي عدد الأقواس المنطلقة من القمة.
البئر
البئر هو قمة في مخطط موجه درجة خروجه منعدم.
المنبع
المنبع هو قمة في مخطط موجه درجة دخوله منعدم.
مخطط عكسي
المخطط العكسي لمخطط هو مخطط له نفس القمم مرتبطة إذا لم تكن مرتبطة في المخطط الأصلي.
مسار ومسار مغلق
المسار هو سلسلة رؤوس مرتبطة, لها بداية ونهاية (نقطة انطلاق ونقطة وصول).
إذا كانت نقطتي الانطلاق والوصول منطبقتين, المسار يكون مغلقا.
مسار أولير
مسار أولير لمخطط G غير موجه هو مسار يمر بكل الحروف مرة واحدة فقط.
نقول أن المخطط متصل إذا كان يحتوي على مسار أولير, وكل رؤوسه من درجة مزدوجة
مسار هاميلتون
مسار هاميلتون لمخطط G هو مسار يمر بكل القمم مرة واحدة فقط.
مخطط كامل
المخطط الكامل هو مخطط بسيط يكون كل زوج من رؤوسه متصلان بضلع. بحيث أن المخطط الكامل ذو n رأس يكون له n(n-1)/2 ضلع.
مخطط مستقر
المخطط المستقر هو مخطط ليس له حروف.
مخطط مستو
المخطط المستوي هو مخطط يمكن تمثيله بكيفية لا تتقاطع الحروف فيه.
مخطط قوي التوصيل
مخطط يمكن الوصول فيه من أي عقدة إلى أي عقدة أخرى.



تم بحمد الله ......