جلسة مقدّمة في الحواسيب

▶ جلسة مقدّمة في استخدام نظام التشغيل گنو\لينكس ‖ جلسة في النظم العددية و تمثيل الأرقام و المحارف و الصوت في الحاسوب ◀

موجز الجلسة

هذه الجلسة مدخل المتدربين إلى عالم الحواسيب، حيث تقدم للمتدرب تصور مبدئي لما هو الحاسوب و ما هي مكوناته الأساسية و تأسس لما سيتلوها من مفاهيم و تطبيقات، كما تسعى لخلق الإحساس لدى المتدربين بمدى تغلغل الحواسيب في حياتنا المعاصرة. بالإضافة إلى ذلك، تقدم هذه الجلسة مفهوم التجريد و مفهوم المحاكاة، كما تستهدف إرساء التعاون و التشارك كأساليب أساسية للتعلم و تكوين الرأي.

مدة الجلسة الزمنية

أربع ساعات تتخللها فترة أو فترتي راحة

المرحلة العمرية المستهدفة

من 10 سنوات إلى 15 سنة

مهارات و معارف متوقعة من المتدربين

1. القراءة و الكتابة
2. اتباع التعليمات
3. الحساب (العد و الجمع و الطرح)
4. أستخدام الحاسوب و البرامج الحاسوبية

الأهداف المعرفية و المهارية المستهدفة

• نموذج عمل الحاسوب
• الحواسيب بأشكالها المختلفة
• دور التجريد في تصميم و عمل الحاسوب و استخدامه
• مقدمة إلى النمذجة و المحاكاة

الأهداف القيمية المستهدفة

• الفضول العلمي
• السعي إلى المعرفة
• الإبداع
• التعاون
• العمل الجماعي
• التنظيم

النتائج المتوقعة

1. شرح ما هو الحاسوب و ما هي خصائصه.
2. التعرف على بعض تصنيفات الحواسيب.
3. ضرب أمثلة لمجالات يستخدم فيها الحاسوب، أو من المفيد أن يستخدم فيها.
4. مناقشة مدى تغلغل الحواسيب في حياتنا اليومية.
5. شرح معمارية فُن نويمان و دور كل من مكوناتها.
6. ضرب أمثلة لمكونات و تقنيات تستخدم في القيام بأدوار كل مكون من مكونات معمارية فُن نويمان.
7. التعرف على أنواع مختلفة من الحواسيب و تحديد مكوناتها المختلفة بناء على معمارية فُن نويمان.
8. شرح كيف يعمل الحاسوب بناء على معمارية فُن نويمان و توضيح دور البرمجيات في كيفية العمل.
9. شرح مفهوم المحاكاة
10. استخدام برنامج محاكاة الدوائر المنطقية في إجراء تجارب باستخدام هذه الدوائر
11. شرح فكرة التجريد بشكل مبسط

وسائل تعليمية مطلوبة

• حواسيب بحيث يكون عدد الحواسيب هو نصف عدد المتدربين (حاسوب لكل متدربين اثنين) بالإضافة إلى حاسوب للميسّر. كل حاسوب يوجد عليه حسابات لكل طالب من الطلاب المشاركين في البرنامج.
• جهاز عرض بيانات
• اتصال بالإنترنت
• لوحة كتابة (Flip Chart)
• لوحة تحتوي على صور مرقمة لأشياء متعددة (حاسوب محمول، حاسوب شخصي منزلي، خادم، حاسوب فائق، حاسوب لوحي، ماكينة تسجيل المدفوعات النقدية، سيارة حديثة، غسالة ملابس حديثة، خلاط، جهاز تحكم عن بعد، تلفاز حديث، تلفاز قديم، دراجة هوائية، حذاء، آلة حاسبة، ساعة رقمية، ثلاجة حديثة، إلخ...)
• أوراق عمل مقسمة إلى قسمين رأسيين، أيمن و أيسر.
• لوحة تمثل معمارية فُن نويمان
• لوحة تمثل الدوائر المنطقية الأساسية (And, Or, Not)
• لوحة تمثل البايت وأخرى تمثل تنظيم الذاكرة الرئيسية
• لوحة تمثل نموذج لاستخدام الذاكرة الزائلة و الذاكرة الباقية (Volatile and Non-Volatile memory) كأجزاء من الذاكرة الرئيسية.

تتابع الجلسة

مقدمة

يهدف هذا القسم الفرعي إلى إثارة فضول الطلاب و جذب انتباههم لما يقدم لاحقا في الجلسة من معلومات، و حثهم على المشاركة بشكل إيجابي فاعل في فاعليات الجلسة. و يسعى هذا القسم لتحقيق ذلك من خلال عرض أسئلة و دعوة الطلاب للإجابة عنها، مع عدم تقديم الميسر لرأي في الإجابة على هذه الأسئلة، بل ترك المجال للطلاب أنفسهم للحكم على مدى صحة إجاباتهم من خلال ما يعرض عليهم في بقية الجلسة. كما يهدف القسم إلى غرس ثقافة التعاون و الاستفادة من آراء الآخرين عن طريق الحرص على ان تكون الآراء المعروضة هي نتاج عمل جماعي في مجموعات عمل صغيرة (طالبين أو ثلاث طلاب على الأكثر).

1. يوضح الميسر أن الهدف من الجلسة التعرف على ما هو حاسوب و ما ليس بحاسوب
2. يوزع الميسر على المتدربين أوراق عمل مقسمة إلى قسمين رأسيين، أيمن و أيسر.
3. يعرض الميسر على المتدربين لوحة (لوحة رقم 1) تحتوي على صور مرقمة لأشياء متعددة (حاسوب محمول، حاسوب شخصي منزلي، خادوم، حاسوب فائق، حاسوب لوحي، مكنة تسجيل المدفوعات النقدية، سيارة حديثة، غسالة ملابس حديثة، خلاط، جهاز تحكم عن بعد، تلفاز حديث، تلفاز قديم، دراجة هوائية، حذاء، آلة حاسبة، ساعة رقمية، ثلاجة حديثة، إلخ...)
4. يطلب الميسر من كل متدرب استخدام القسم الأيمن من الورقة التي وزعت عليهم في كتابة قائمة يسجل فيها أرقام و أسماء الأشياء المعروضة في الصور و التي يرى أنها حواسيب و استخدام القسم الأيسر من الورقة في كتابة قائمة أُخرى بأرقام و أسماء الأشياء الأخرى التي تحتوي (أو قد تحتوي) على حواسيب.
5. يطلب الميسر من كل متدرب مقارنة ما كتب في قائمته بما كتب زميله الذي يجاوره (أو زميلاه، في حال كون العدد فرديا) و مناقشة الاختلافات و الاتفاق على قائمة موحدة.
6. يطلب الميسر من عدد من المجموعات عرض القائمة التي تمثل تصورها.
7. يطلب الميسر من كل مجموعة تعليق الورقة الخاصة بها على لوحة خاصة أو على الحائط.
8. يوضح الميسر أننا لكي نستطيع أن نحكم على مدى صحة الإجابات و دقتها، نحتاج للتعرف على ماهيّة الحاسوب و ما هي خواصه و مكوناته.^{[ملاحظة:هذه النقطة أهميتها تكمن في تجاوز "الإجابة النموذجية"]}

ما الحاسوب؟

1. يعرض الميسّر تعريفا للحاسوب "جهاز يستطيع تخزين البيانات و معالجتها للوصول إلى نتائج محددة، و ذلك عن طريق القيام بعمليات حسابية و منطقية علي هذه البيانات بناء على سلسلة من التعليمات التي يختزنها و ينفذها بترتيب معين، و التي تسمى البرنامج الحاسوبي"
2. يوضح الميسر أننا سنستكشف تفاصيل التعريف السابق، و بناء عليه نعود لإجاباتنا المعلقة على الحائط لنحكم على مدى صحتها و دقتها.
3. يشير الميسر إلى أن مكونات الحاسوب تنقسم إلى قسمين رئيسيين و هما مكونات الحاسوب العتادية (Hardware) و البرمجيات الحاسوبية (Software)

مكونات الحاسوب العتادية و معماريته

يتعرض هذا القسم لمعمارية الحاسوب و مكوناته العتادية المختلفة و دور المعمارية في تحديد دور كل مكون عتادي. كما يتضمن مقدمة إلى الدوائر المنطقية و دورها في العتاد الحاسوبي. بالإضافة إلى ذلك، يقدم القسم مفهوم المحاكاة بشكل عملي من خلال تجربة استخدام برامج لمحاكاة الدوائر المنطقية.

1. ينوه الميسر إلى أننا سنلقي نظرة على القسم الأول من مكونات الحاسوب و هو مكونات الحاسوب العتادية (Computer Hardware)
2. يوضح الميسر إلى أن مكونات الحاسوب العتادية هي المكونات المادية الملموسة للحاسوب.
3. يسأل الميسر المجموعة عن المكونات العتادية التي يجب أن يشتمل عليها الحاسوب حتى يتفق مع التعريف السابق، و يدون مقترحات المتدربين على لوحة أمام المجموعة.
4. يعرض الميسر لوحة عليها نموذج فُن نويمان لمعمارية الحواسيب و يوضح للمتدربين أن هذه هي أحد المعماريات الأكثر شيوعا للحواسيب (مع شرح و تفصيل معنى لفظة "معمارية").

   

5. يشرح الميسر دور كل من النظم الفرعية للحاسوب: وحدة التحكم و وحدة الحساب و المنطق و الذاكرة و نظام الإدخال و الإخراج
6. يوضح الميسر إنه غالبا ما يتم الإشارة إلى وحدتي التحكم و الحساب و المنطق سويا بأسم وحدة المعالجة المركزية أو المعالج .
7. يسأل الميسر المتدربين عن آراءهم في انتماء كل مكون من المكونات التي اقترحوها سلفا للأنظمة الفرعية في معمارية فُن نويمان، و يناقشهم في هذه الآراء و يضيف ما يُتَفَق عليه بجوار كل مكون من هذه المكونات على اللوحة أمام الطلبة.
8. يضرب الميسر أمثلة إضافية لمكونات أخرى للحاسوب و يوضح موقعها من معمارية فُن نويمان، بحيث يتعرض لكل من النظم الفرعية لهذه المعمارية و يشرح تقنيات عمل هذه المكونات بشكل مبسط .
9. يسأل الميسر المتدربين إذا كانوا يستطيعون الآن أن يتصوروا بعض المكونات الأخرى التي قد يشتمل عليها الحاسوب و أن يحددوا موقعها من معمارية فُن نويمان، ثم يفتح النقاش فيما اقترحوه.
10. يشير الميسر إلى أن معمارية فُن نويمان عامة بما يكفي لتشمل كل المكونات التي تم التعرض لها في الجلسة.
11. يوضح الميسر أن النظم الفرعية للحاسوب (وحدة المعالجة المركزية و الذاكرة و نظام الإدخال و الإخراج) تتألف بشكل أساسي من ملايين الوحدات الصغيرة المسماة الدوائر المنطقية و أن هذه الدوائر المنطقية ما هي إلا دوائر الإلكترونية تقوم بوظائف محددة.
12. يشير الميسر إلى أن الدوائر المنطقية لا تتعامل إلى مع حالتين هما وجود إشارة كهربية أو عدم وجودها، يوضح أننا نستخدم الرمز "1" للدلالة على و جود إشارة كهربية و نستخدم الرمز "0" للدلالة على عدم و جود إشارة كهربية.
13. يقوم الميسر بتقديم الأنواع الرئيسية للدوائر المنطقية (AND, OR NOT) و شرح وظيفة كل منها
14. يقوم الميسر باستعراض عمل الدوائر المنطقية باستخدام احد برامج المحاكاة، على سبيل المثال:
    • http://logic.ly/demo/
    • http://www.neuroproductions.be/logic-lab/
    • http://www.cburch.com/logisim/ -http://sourceforge.net/projects/circuit/?source=typ_redirect
    • http://qucs.sourceforge.net/
    • http://fritzing.org/download/

    و هذان الأخيران قد يكونا أكثر ملاءمة لمن يرغب في التجربة و الاستكشاف بشكل أعمق في مجال الدوائر المنطقية و الإلكترونية

15. يتيح الميسر وقتا للمتدربين لتجربة الدوائر المنطقية بأنفسهم على البرنامج الذي استعرضه أمامهم
16. يشير الميسر أن هذا البرنامج هو برنامج محاكاة و يوضح أن برامج المحاكاة هي برامج تتيح لنا إجراء اختبارات و تجارب بحيث يقوم الحاسوب بمحاكاة كيفية عمل المكونات المختلفة المستخدمة في التجارب و حساب النتائج المتوقعة لهذه التجارب دون الحاجة إلى تنفيذها بشكل عملي، و ينوه إلى أننا سنتعرض لمفهوم المحاكة و برامج المحاكاة في مواضع مختلفة أثناء جلسات لاحقة.
17. ينوه الميسر لأننا ستبدأ في إلقاء نظرة أعمق على ذاكرة الحاسوب.
18. يشير الميسر إلى أن هناك أنواع عديدة لذاكرة الحاسوب و أن هذه الأنواع تصنف إلى صنفين أساسيين هما الذاكرة الرئيسية و الذاكرة الثانوية.
19. يوضح الميسر أن الذاكرة الرئيسية هي الذاكرة التي تستطيع وحدة المعالجة المركزية (المعالج) التعامل معها بشكل مباشر، أما الذاكرة الثانوية فلا يستطيع المعالج التعامل معها مباشرة. و حتى يستطيع المعالج التعامل مع محتوى هذه الذاكرة، يجب أن يتم نقل هذا المحتوى إلى الذاكرة الرئيسية و التعامل معه هناك، ثم إعادة تسجيله في الذاكرة الثانوية، إذا لزم الأمر.
20. يشير الميسر إلى أن بما أن كل مكونات النظم الفرعية للحاسوب، بما فيها الذاكرة، تتكون بشكل أساسي من دوائر منطقية لا تتعامل إلا على الحالتين "0" و "1" و بالتالي فإن ذاكرة الحاسوب (رئيسية كانت أم ثانوية) لا تستطيع التعامل مع أو تخزين أي بيانات إلا على هيئة هاتين الحالتين.
21. يقوم الميسر بتقديم الوحدة الأولية لتخزين البيانات و هي البت و التأكيد على أنها لا تستطيع الاحتفاظ إلا بحالة من اثنتين، إما "0" أو "1"، و أننا في الذاكرة الرئيسية للحاسوب نعبر عن الرقم "0" بعدم وجود إشارة و عن الرقم "1" بوجود إشارة كهربية.
22. يقدم الميسر الوحدة الأكبر للذاكرة و هي البايت و يشرح أنها تتكون من ثمانية بتات و اننا نمثلها على أنها ثمانية خانات متجاورة تمثل كل منها بت.

    

23. يشرح الميسر أن ذاكرة الحاسوب الرئيسية تتكون من مصفوفة ذات بُعد واحد من البايتات و أننا نستطيع أن نشير إلى أي بايت في ذاكرة الحاسوب عن طريق رقم يمثل ترتيبها في المصفوفة، و يوضح أن في عالم الحواسيب، يطلق على هذا الرقم اسم "عنوان".

    

24. يشير الميسر أن هناك أنواع عدة للذاكرة الرئيسية للحاسوب، و أن هذه الأنواع تنقسم إلى قسمين رئيسيين، هما الذاكرة الزائلة و الذاكرة الباقية و يشرح الخواص المميزة لكل قسم و يؤكد على الفرق بينهما، و يعرض بعض الأمثلة لكل منهما (ROM, EPROM,RAM, SRAM, SDRAM, DDR RAM, etc...)
25. يشير الميسر إلى أن الذاكرة الرئيسية لكل حاسوب غالبا ما تتكون من ذاكرة زائلة في بعض أجزاءها و ذاكرة باقية في أجزاء أُخرى، و يعرض الرسم التالي لتوضيح ذلك.

    

26. يوضح الميسر أن الذاكرة الثانوية للحاسوب هي ذاكرة مكملة للذاكرة الرئيسية للحاسوب و يشرح دورها في الاحتفاظ بالبيانات لفترات طويلة و بشير إلى خواصها الرئيسية و هي:
    • لا يمكن للمعالج التعامل معها بشكل مباشر
    • أبطأ في كتابة و استرجاع المعلومات من الذاكرة الرئيسية
    • لا تحتاج إلى تيار كهربائي للاحتفاظ بمحتوها
    • عادة ما تكون ذات سِعات أكبر كثيرا من الذاكرة الرئيسية
    • عادة ما يمكن لمستخدم الحاسوب تغيير محتواها من بيانات بسهولة
27. يعرض الميسر على الطلاب أحد أنواع الذاكرة الثانوية (قرص صلب على سبيل المثال) مع شرح مبسط لتقنية عملها، على أن يكون الشرح مدعوماً بالصور.
28. يسأل الميسر الطلاب إذا ما كان في إمكانهم أن يستنتجوا مما سبق بعض الأنواع الأخرى من الذاكرة الثانوية، و يناقش آراءهم مع زملاءهم و يكتب ما يتم الاتفاق عليه على اللوحة أمام الطلاب.
29. يضيف الميسر ما يلزم من أنواع الذاكرة الثانوية ليغطي التقنيات الثلاثة الأكثر شيوعا في الذاكرة الثانوية و هم الذاكرة الثانوية المغناطيسية (الأقراص المغناطيسية الصلبة و المرنة و الأشرطة) و الضوئبة (CD, DVD, BD) و الإلكترونية (Flash Memory).
30. يشرح الميسر بشكل مبسط تقنية عمل كل من أنواع الذاكرة الثانوية التي تم التعرض لها و كيفية عنونة البيانات المكتوبة عليها.
31. يسأل الميسر الطلاب إذا كانوا يرون أن هذه الأنواع المختلفة من الذاكرة الثانوية متشابهة، أم يمكن تصنيفها إلى أصناف مختلفة، ثم يطلب منهم ابتكار تصنيفات مختلفة لها. (ميكانيكية أم إلكترونية، قابلة للمسح و إعادة الكتابة أم ثابتة، إلخ...)
32. يناقش الميسر مقترحات الطلاب مع زملائهم و يدون ما يتم الاتفاق عليه على اللوحة أمام الطلاب.
33. إذا لم بتعرض الطلاب لتصنيف الذاكرة الثانوية حسب تقنية عملها، يوجههم الميسر لهذا التصنيف من خلال أسئلة (ما هو الفرق بين القرص الصلب و القرص الضوئي؟ ما الفرق بين طريقة القرص المغناطيسي في حفظ البيانات و تلك المستخدمة في Flash Memory، إلخ...)
34. يشير الميسر أننا بهذا نكون انتهينا من إلقاء نظرة سريعة على القسم الأول من مكونات الحواسيب و هو العتاد الحاسوبي (Computer Hardware) و تعرفنا في هذا السياق على معمارية الحواسيب و بعض أنواع مكوناتها العتادية المختلفة.

مقدمة عن التجريد

1. يوضح الميسر أن معمارية فُن نويمان تمكننا من التفكير في مكونات الحاسوب و التعامل معها كوحدات ذات وظائف و خصائص محددة دون الدخول في تفصيل كيفية عملها أو تكوينها. و أن أسلوب التفكير هذا، حيث ننظر إلى الخصائص الهامة و المؤثرة في أداء شئ ما لدوره في سياق محدد و نتجاهل بقية تفاصيله و خصائصه، يسمى أسلوب التجريد.
2. يشير الميسر إلى أننا تعرضنا لاستخدامات عدة للتجريد، بخلاف معمارية فُن نويمان، في ما سبق من هذه الجلسة، و يعطي مثال على ذلك (تقسيم مكونات الحاسوب إلى مكونات عتادية و مكونات برمجية، على سبيل المثال)
3. يطلب الميسر من الطلاب أن يحاولوا أن يتعرفوا على استخدامات أٌخرى للتجريد فيما سلف (تنظيم الذاكرة و عناوينها، الدوائر المنطقية، البت، إلخ...)، و إذا وجد أنهم لا يستطيعون ذلك وحدهم فعليه أن يوجههم للإجابات من خلال أسئلة (هل نعرف مما تتكون الدوائر المنطقية؟، إلخ)
4. يوضح الميسر أننا قمنا بممارسة التجريد بأنفسنا عندما قمنا بتصنيف أنواع الذاكرة الثانوية، حيث أن كل تصنيف يأخذ بعين الاعتبار بعض خصائص الأنواع المختلفة للذاكرة الثانوية و يتجاهل خصائص أُخرى غير ذات صلة بهذا التصنيف.
5. يسأل الميسر المتدربين عن رأيهم في الفائدة من استخدام التجريد.
6. يناقش الميسر أفكار الطلاب و يدون الأفكار الصحيحة و يسعى من خلال النقاش إلى الوصول إلى أن التجريد له على الأقل الفوائد التالية:
   • أنه يمكننا من التفكير في أشياء معقدة و إدراك دورها و التعامل معها و استخدامها بشكل مبسط بدون تشتيت الجهد في التفكير في تفاصيلها التي لا تؤثر في سياق الاستخدام الحالي.
   • أنه يُبَسّط لنا حل المشكلات المعقدة عن طريق تبسيط عناصر المشكلة و استبعاد كل الخصائص غير ذات الصلة بطبيعة المشكلة.
7. ينوه الميسر إلى أننا سنتعرض لاستخدامات مختلفة للتجريد أثناء الجلسات التالية و أننا سنبني فهم أعمق لأهمية التجريد و دوره عند تعرضنا له في هذه السياقات المختلفة.

البرمجيات الحاسوبية

1. ينوه الميسر إلى أننا سنلقي نظرة على القسم الأخر من مكونات الحاسوب و هو البرمجيات الحاسوبية (Computer Software)
2. يقوم الميسر بتوجيه الطلاب للعب لعبة "أنا الحاسوب"
3. يوضح الميسر أننا قد قمنا بمحاكاة كيفية تنفيذ الحاسوب لبرنامج حاسوبي في اللعبة السابقة
4. يسأل الميسر إن كان هناك من يعرف ما هو البرنامج الحاسوبي.
5. يستمع الميسر إلى ردود الطلاب و يناقشهم و يسألهم فيها و يوجههم إلى خصائص البرنامج الحاسوبي من خلال أسئلة.
6. يعرض الميسر التعريف الأتي للبرنامج الحاسوبي: "هو سلسلة من التعليمات المكتوبة بلغة محددة حتى يقوم الحاسوب بتنفيذها بترتيب معين بهدف تنفيذ مهمة ما"
7. يقارن الميسر بين ما توصل له الطلاب و بين التعريف السابق.
8. يشير الميسر إلى التناظر بين البرنامج الحاسوبي و التعليمات التي قام الطلاب بتنفيذها في اللعبة من حيث كون الاثنين أوامر أو تعليمات لتنفيذ خطوات بتتابع محدد لتحقيق هدف ما.
9. يطلب من بعض الطلاب عرض رأيهم في كيفية عمل الحاسوب بناء على ما تعلموه في اللعبة السابقة.
10. يناقشهم الميسر الطلاب في آراءهم و يبين من خلال هذا النقاش أن الفكرة الرئيسية لعمل الحاسوب هي الأتي:
    • يُقَدّم البرنامج الحاسوبي إلي الحاسوب
    • تقوم وحدة التحكم الخاصة بالحاسوب بقراءة أول أوامر البرنامج الحاسوبي من الذاكرة ثم تبدأ في تنفيذ هذا الأمر.
    • إذا احتاج تنفيذ الأمر إلى إجراء عمليات حسابية أو منطقية، تقوم وحدة التحكم باستخدام وحدة الحساب و المنطق في إجراء هذه العمليات.
    • تقرأ وحدة التحكم الأمر التالي و تنفذه بنفس الطريقة السابقة
    • تكرر هذه الخطوات حتى نهاية البرنامج.
11. يقارن الميسر بين آراء الطلاب في كيفية عمل الحاسوب و النموذج السابق
12. يسأل الميسر الطلاب عن رأيهم في الفروق الموجودة بين البرنامج الحاسوبي و التعليمات في اللعبة السابقة و يناقشهم في إجاباتهم و يسجل ما يتفقوا عليه على اللوحة. في حالة ما إذا لم يتعرض الطلبة للفروق الأساسية بين التعليمات في اللعبة و البرنامج الحاسوبي، يوجههم الميسر من خلال أسئلة للوصول على الأقل للفروق التالية:
    • أوامر البرنامج الحاسوبي تكون بلغة الماكينة و بالتالي تتكون من أصفار و أحاد بينما الأوامر في اللعبة كانت باللغة العربية
    • أوامر البرنامج الحاسوبي بلغة الماكينة ابسط كثيرا من الأوامر في اللعبة السابقة.
13. يعرض الميسر صورة لمنظومة فُن نويمان.
14. يسأل الميسر عن ما يناظر في اللعبة السابقة لوحدتي التحكم و الحساب و المنطق في منظومة فُن نويمان و يدير النقاش للوصول أن عقل كل طالب هو ما قام بدور وحدتي التحكم و الحساب و المنطق.
15. يشير الميسر بكلمة "العقل" إلى وحدتي التحكم و الحساب و المنطق على اللوحة المعروضة لمنظومة فٌن نويمان .
16. يسأل الميسر عن ما يناظر في اللعبة السابقة لوحدات الإخراج في معمارية فُن نويمان و يدير النقاش للوصول إلى أن يدا الطالب و المسطرة و القلم و ورقة العمل يمثلون وحدة الإخراج في المعمارية.
17. يشير الميسر بكلمات " الأيدي و المسطرة و القلم و ورقة العمل" إلى إلى وحدة الإخراج على اللوحة المعروضة لمنظومة فٌن نويمان.
18. يشير الميسر إلى أن تعليمات الرسم في اللعبة كانت مسجلة كتابةً على ورقة التعليمات، ثم يسأل الطلبة عن أين يتم تسجيل البرنامج في الحاسوب (أي ما هو المقابل للورقة في حالة الحاسوب؟).
19. يستمع الميسر إلى إجابات الطلبة و يناقشهم فيها و يوضح من خلال النقاش أن ذاكرة الحاسوب هي التي تحتفظ بالبرنامج الحاسوبي.
20. يشير الميسر إلى أن ورقة التعليمات في اللعبة تناظر جزء الذاكرة الذي يحتوي على البرنامج في حالة الحاسوب.
21. يشير الميسر إلى أن موقع القلم من ورقة الرسم و حاله من ملامسة الورقة كانا في منتهى الأهمية للنجاح في رسم الرسم الرسمة بشكل صحيح، ثم يسأل عن الطلاب عن كيفية احتفاظهم بهذه البيانات أثناء تنفيذ اللعبة.
22. يشير الميسر أن هذه البيانات تمثل حالة البرنامج، و أن هذه الحالة تتغير مع تنفيذ التعليمات (الأوامر) و أن الاحتفاظ بهذه البيانات هو جزء جوهري من نجاح أي برنامج في تحقيق أهدافه.
23. يسأل الميسر عن أين يقوم الحاسوب بتسجيل حالة البرنامج الحاسوبي.
24. يستمع الميسر إلى إجابات الطلبة، ثم يناقشهم و يوضح أن ذاكرة الحاسوب هي التي تحتفظ بحالة البرنامج، كما تحتفظ بالبرنامج نفسه.
25. يشير الميسر بكلمات "ورقة التعليمات" إلى الذاكرة في معمارية فُن نويمان
26. يشير الميسر إلى أن المكون الوحيد من معمارية فُن نويمان الذي لم نحدد ما يناظره في اللعبة هو وحدات الإدخال، ثم يسأل الطلبة عن رأيهم في ما يناظر هذه الوحدات في اللعبة.
27. يستمع الميسر إلى إجابات الطلبة و يبين لهم أن أعينهم التي قرئوا بها التعليمات هي أقرب شئ لوحدات الإدخال في الحاسوب.
28. يشير الميسر بكلمات "الأعين" إلى وحدات الإدخال في معمارية فُن نويمان.
29. يشير الميسر إلى أننا في اللعبة السابقة قد قمنا بمحاكاة الحاسوب بجميع مكوناته طبقا لمعمارية فُن نويمان، و يسأل إذا كان جميع الطلاب قادرون على تصور كيف يعمل الحاسوب و كيف يستخدم مكوناته بناء على ما قاموا به في اللعبة و يتأكد أن جميع الطلاب قادرون على ذلك.

مقدمة إلى الرسوم المتجهية

1. يوجه الميسر نظر الطلاب إلى أن الرسوم في اللعبة السابقة تتكون من عناصر بسيطة و هي الخطوط التي رسموها، و يوضح أن معرفة مواصفات هذه العناصر (بداية و نهاية كل خط على سبيل المثال) كاف لرسم الشكل بشكل سليم.
2. يوضح الميسر أن تلك الرسوم التي يمكن تمثيلها عن طريق تركيبات من عناصر ابسط (خطوط و منحنيات و مساحات إلخ...) تسمى الرسوم المتجهية، و أن هذه هي أحد الوسائل المشهورة في تمثيل الرسوم على الحاسوب و أننا سنتعرض لها أثناء جلسات لاحقة.

التعرف على خصائص الحاسوب

1. يطلب الميسر، بناء على ما سبق، من كل متدرب كتابة ما يراه من خصائص للحاسوب تميزه عن غيره من الأجهزة ألإلكترونية و بالذات تلك التي تقوم بعمليات حسابية، على سبيل المثال الآلة الحاسبة، ثم يطلب من كل متدرب مناقشة رأيه مع زميله (أو زميلاه) في المجموعة و الاتفاق على مجموعة موحدة من الخصائص.
2. يطلب الميسر من عدد من المجموعات عرض وجهة نظرها لباقي المتدربين.
3. يطلب من باقي المتدربين إبداء رأيهم بالقبول أو الرفض لوجهة نظر زملاءهم مع إبداء الأسباب و يدير هذا النقاش.
4. إذا لم يتطرق المتدربين لبعض الخصائص المميزة للحاسوب و التي تشكل فروقا جوهرية بين الحاسوب و الآلة الحاسبة، يستخدم الميسر أسئلة للفت نظر المتدربين إليها و من أهم هذه الفروق:
   • القدرة على تخزين و تنفيذ سلاسل من التعليمات (البرامج الحاسوبية)
   • القدرة على تغيير ما يقوم به الحاسوب من معالجة للبيانات عن طريق تعديل البرنامج
   • القدرة على تخزين البيانات و التعامل مع كميات كبيرة منها
   • السرعة
5. يسجل الميسر على لوحة أمام المتدربين ما يتفقوا عليه من خصائص مميزة للحاسوب.
6. بعد مناقشة كل مقترحات المتدربين و خصائص الحاسوب الرئيسية المذكورة سلفا و كتابتهم على اللوحة، يعلن الاكتفاء بما اتفقت عليه المجموعة ثم يراجع الخصائص المكتوبة على اللوحة معهم.

تدريبات لتطبيق ما اكتسبه المتدربين من معارف عن الحاسوب و التعرف على مدى تغلغل الحواسيب في حياتنا

1. يطلب الميسر من المتدربين العودة مرة أخرى إلى اللوحة رقم 1 التي عرضها عليهم في أول الجلسة، و يسأل عن كل صورة:هل هي صورة لحاسوب، أم صورة لشئ يحتوي على حاسوب أم لشئ لا يحتوي على حاسوب، و بالنسبة للحواسيب و الأشياء التي تحتوي على حواسيب، يناقش معهم النظم الفرعية المختلفة و قدرات كل حاسوب (وحدات الإدخال و الإخراج، الذاكرة، البرامج، سرعة الحاسوب، إلخ)
2. ينوه الميسر أن كل منا يستطيع الآن أن يحكم على مدي صحة إجاباته الأولية المعلقة على الحائط.
3. يوزع الميسر المتدربين على مجموعات من أربع إلى خمس أفزاد، و يطلب من كل مجموعة كتابة قائمة بخمسة أشياء أخرى غير تلك الموجودة على اللوحة تحتوي على حواسيب أو قد يكون من المفيد أن تحتوي على حواسيب.
4. يطلب الميسر من كل مجموعة أختيار احد أفرادها ليعرض رأي المجموعة.
5. يشير الميسر إلى أن تنوع الإجابات يوضح مدى انتشار الحواسيب و تغلغلها في كل جوانب الحياة بحيث أصبح أغلب ما نتعرض له في حياتنا اليومية يحتوي على مكون حاسوبي. (قد يحتاج الميسر إلى تسمية بعض الأشياء الأخرى التي تحتوي على حواسيب، لإظهار مدى التنوع في أشكال الحواسيب و مدى تغلغلها في حياتنا)

أنواع الحواسيب

1. يسأل المدرب هل يمكن تقسيم ما استعرضته و ناقشته المجموعة من حواسيب إلى أنواع مختلفة؟
2. يطلب الميسر من كل من المجموعات تقسيم الحواسيب الموجودة على اللوحة و تلك التي عرضتها المجموعات في الخطوة السابقة إلى أنواع مختلفة، ثم يطلب من كل مجموعة تقديم أحد أفرادها ليقوم باستعراض التقسيم الذي توصلت إليه المجموعة.
3. يقوم الميسر باستعراض احد التقسيمات لأنواع الحواسيب و هو تقسيم الحواسيب طبقا لاستخداماتها كما في القائمة التالية، مع توضيح أن هذه التقسيمات هي تقسيمات اختيارية بشكل كبير:
   1. الحواسيب أحادية الغرض
   2. الحواسيب المحمولة
   3. الحواسيب الشخصية
   4. الحواسيب التي تخدم العديد من المستخدمين
   5. الحواسيب الفائقة

استعراض آفاق عالم الحوسبة

1. يسأل الميسر المتدربين الأسئلة التالية:
   • هل كُلُّ الحواسيب رقمية؟
   • هل كُلُّ الحواسيب إلكترونية\كهربية؟
   • متي اخترع الإنسان الحاسوب، و هل كانت الحواسيب الأولي مشابهة لما نراه الآن؟ و ما هي الفروق؟
   • ماذا عن المستقبل، هل ستظل الحواسيب كما هي الآن؟ ما هي اتجاهات التطوير المتوقعة؟
2. يوزع الميسر المتدربين على مجموعتين و يطلب من المجموعة الأولى البحث في تاريخ الحوسبة و أوائل الحواسيب (على سبيل المثال لحواسيب الميكانيكية و الحواسيب التناظرية و الحواسيب الإلكترونية الأولى) و يطلب من المجموعة الثانية البحث في مستقبل الحواسيب و التعرف على الأبحاث الجارية في مجال الحوسبة (على سبيل المثال الحوسبة الكمومية و الحواسيب البصرية) على ان تستعرض كل مجموعة ما توصلت إليه في بداية الجلسة القادمة.

خاتمة

1. يطلب الميسر من كل طالب كتابة أهم ما تعلمه في هذه الجلسة على ورقة و يقوم بجمع هذه الأوراق منهم لتقييم مدى استفادتهم من الجلسة.
2. يبين الميسر إلى أننا تعرضنا في هذه الجلسة للموضوعات الأتية:
   • ما هو الحاسوب و مم يتكون و ما هي خصائصه
   • ما هي البرمجيات الحاسوبية
   • كيف يعمل الحاسوب
   • تعرفنا على تصنيفات مختلفة للحاسوب
   • تعرفنا على مدى تغلغل الحاسوب في حياتنا اليومية
   • تعرضنا لمفهوم التجريد
   • تعرضنا لفكرة الرسوم المتجهية
3. يختم الميسر الجلسة بالإجابة عن أي أسئلة في هذه الموضوعات

قراءات و تدريبات إضافية

1. مشروع: البحث عن كيفية بناء الوحدة الأولية للذاكرة (البت) باستخدام دوائر منطقية و تجربة التصميم باستخدام برنامج محاكاة الدوائر المنطقية.
2. مشروع: البحث عن كيفية بناء مذبذب (Oscillator) باستخدام دوائر منطقية و تجربة التصميم باستخدام برنامج محاكاة الدوائر المنطقية.
3. بحث: ما هي المعماريات الأخرى المستخدمة في الحواسيب الرقمية الحديثة؟ و فيم تختلف عن معمارية فُن نويمان؟