كيف يتمكن الحاسوب من فهم لغات البرمجة ؟

كتبتها في مكان آخر. تكاسلت عن إعادة كتابتها بالفصحى:

• الترانسيستور هو مكون الكتروني نعتبره يشبه حرف ال Y

عند امرار تيار كهربي بسيط في العصا السفلية (base) يتم امرار التيار من العصا اليسرى لليمني. (مثل المفتاح الكهربي. عندما تضعط على الزر يتم توصيل التيار)

عند عدم وجود تيار تكون الدائرة مفتوحة.

وجود تيار على base (العصا السفلية) = 1

عدم وجوده = 0

أي ان الترانسيستور يمكنك اعتباره مساوي لهذا السطر

if (base == 1) connect else disconnect

• الآن اصبح لدينا تعليمة if بسيطة في شكل عنصر كهربي

• يمكنك استخدام اكثر من ترانسيستور عن طريق توصيلهم مع بعض لكي تحصل على العمليات المنطقية and, or, xor, not ... الخ

• يمكنك استخدام أكثر من عملية منطقية للحصول على عمليات حسابية (+, -, *, /) .. الخ

• كل عملية من دولت بتعمل على 1 بت فقط. أما تجيب 8 دوائر جمع ونوصلها توازي مع بعض كده نقدر نجمع عددين 8 بت (أي النوع char في معظم أنظمة السي).

• يمكنك الآن ادخال واخراج وجمع وطرح الأعداد الكبيرة (متعددة البت) وكذلك فحصها.

• تقوم بتصميم دائرة كهربية تقرأ عدد:

لو العدد 1 -> اجمع ( 1 تعني 1 بالنظام الثنائي)

لو العدد 2 -> اطرح (2 تعني 10 بالنظام الثنائي)

لو العدد 3 -> اضرب (3 تعني 11 بالنظام الثنائي)

لو العدد 4 -> اقفز لهذا العنوان في البرنامج (goto) (هذه تعني 100 بالنظام الثنائي)

وهكذا

• يمكنك الآن كتابة كود يعمل على الكومبيوتر بإستخدام هذه الاعداد. طبعا الكومبيوتر الرقمي المبني على الترانسيستور لا يفهم إلا الاعداد بصورتها الرقمية الثنائية (0,1).

أي بتبرمجها بالصفر والواحد (ماكتبته بالأعلى بداخل الأقواس).

ده في أسوأ الحالات. أي مهندس كهربي عارف مدى تفاهة دائرة تحول من نظام عشري أو ستعشري لنظام ثنائي. لذلك تجد الكثير من الناس يسمي هذا الكود hex code لأنهم يفضلون أن يستخدموا أعداد اكبر من صفر وواحد فقط.

• يمكن الآن حساب الأعداد لكنا نحتاج إلى طريقة لتخزينها. يمكن استخدام دائرتي NOR (مكونة من ترانسيستورات كما قلنا) لعمل ذاكرة 1 بت. يمكن استخدام 8192 دائرة منها لعمل ذاكرة 1 كيلوبايت وهكذا.

• لكن الكود مازال عبارة عن ارقام (سواء ارقام ثنائية أو عشرية فما زالت صعبة للحفظ) ماذا نفعل؟ عملنا لغة اسمها assembly. سمينا ال 1 add وسمينا ال 2 sub وال 3 mul وهكذا عشان تكون سهلة الإستخدام قليلا

• لكن الكود مازال بدائي كتبنا كومبيلر بيحول لغة اقرب من الإنسان (سي مثلا) إلى assembly

• مازالت السي معقدة. عملنا لغة high level مثل python أو php مثلا وطبقناها في السي.

هذه القصة باختصار

أشياء لم أتكلم عنها:

• كيف تعمل ترانسيستور؟ اقرا كتاب في الهندسة الكهربية - فصل "تطبيقات على تطعيم أشباه الموصلات".

• هل يجب وجود transistor؟

لا اطلاقا. نحتاج فقط إلى هذه ال if البسيطة التي تعمل مثل حرف ال Y. يمكنك تطبيق ذلك بالترانسيستور أو باستخدام ال vacuum tubes أو حتى باستخدام التروس (mechanical computer) وبعد عدة عقود من الزمن ربما عن طريق تأثيرات ميكانيكا الكم (quantum computers).

• هذه الجزئية مكانها بالأعلى لكني نقلتها هنا لمنع التشتيت. من فروع الرياضيات المهمة في تصميم هذه الدوائر الجبر البولياني boolean algebra. هذا فرع من الجبر يختص فقط بكيفية تحويل المعادلات المنطقية إلى صور أبسط (صور بسيطة يعني مكونات اقل يعني توفير فلوس).

الكمبيوتر عند المستوى الأكثر انخفاظاََ لا يعرف الا 0 (لا يوجد كهرباء) و 1 (يوجد كهرباء), أي لغة برمجة لديها مترجم أو محلل (compiler) يترجم الأكواد التي لا يفهمها الا البشر الى لغة يفهمها الكمبيوتر. هذا تفسير عام و سطحي, يمكنك التعمق أكثر في هذا المجال و هو علم كامل يدرس في مدارس الهندسة لمدة سنتين.

باختصار هذه وظيفة المترجم Compiler، فهو يحول الأسطر البرمجية إلى لغة الآلة. ما تراه في الشاشة هو نتيجة عمليات كثيرة يؤديها المعالج الرسومي. حتى أشرح التفاصيل أحتاج لأكتب الكثير من المعلومات، و التفاصيل هنا تتعلق بعمل المعالج و طريقة تنفيذه للتعليمات البرمجية.