أجهزة الكمبيوتر

لوحة المعالج PDP-11

تشمل مكونات الحاسوب المادية ، والتي تُختصر عادةً إلى "المكونات المادية" ، الأجزاء الفيزيائية للحاسوب ، مثل وحدة المعالجة المركزية (CPU)، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، واللوحة الأم ، ووحدة تخزين البيانات ، وبطاقة الرسومات ، وبطاقة الصوت ، وهيكل الحاسوب . كما تشمل الأجهزة الخارجية مثل الشاشة ، والفأرة ، ولوحة المفاتيح ، ومكبرات الصوت . [ 1 ] [ 2 ]

على النقيض من ذلك، فإن البرمجيات عبارة عن مجموعة من التعليمات المكتوبة التي يمكن تخزينها وتشغيلها بواسطة الأجهزة. وقد استمدت الأجهزة اسمها من كونها صلبة أو جامدة فيما يتعلق بالتغييرات، بينما البرمجيات مرنة لأنها سهلة التغيير.

عادةً ما يتم توجيه الأجهزة بواسطة البرامج لتنفيذ أي أمر أو تعليمات . يشكل مزيج من الأجهزة والبرامج نظام حوسبة قابل للاستخدام ، على الرغم من وجود أنظمة أخرى تعتمد على الأجهزة فقط.

تاريخ

يعود تاريخ بعض أقدم أجهزة الحوسبة إلى القرن السابع عشر. ففي عام 1642، صمّم عالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال جهازًا يعتمد على التروس يُسمى "باسكالين" ، وكان قادرًا على الجمع والطرح. ثم في عام 1676، اخترع غوتفريد لايبنتز " الحاسبة المتدرجة" ، التي كانت قادرة أيضًا على القسمة والضرب. ونظرًا لمحدودية التصنيع في ذلك الوقت وعيوب التصميم، لم تكن حاسبة لايبنتز عمليةً للغاية، لكن أجهزةً مشابهة (مثل " عجلة لايبنتز" ) ظلت قيد الاستخدام حتى سبعينيات القرن العشرين. [ 3 ] وفي القرن التاسع عشر، اخترع الإنجليزي تشارلز باباج "محرك الفروق" ، وهو جهاز ميكانيكي لحساب كثيرات الحدود لأغراض فلكية. [ 4 ] كما صمّم باباج حاسوبًا متعدد الأغراض لم يُبنَ قط. تم دمج جزء كبير من التصميم في أجهزة الكمبيوتر الأولى: البطاقات المثقبة للإدخال والإخراج، والذاكرة ، ووحدة حسابية مماثلة لوحدات المعالجة المركزية ، وحتى لغة برمجة بدائية تشبه لغة التجميع . [ 5 ]

في عام 1936، طوّر آلان تورينج مفهوم آلة تورينج العالمية لمحاكاة أي نوع من الحواسيب، مُثبتًا أنه لا توجد آلة قادرة على حلّ مشكلة اتخاذ القرار . [ 6 ] كانت آلة تورينج العالمية نوعًا من الحواسيب ذات البرامج المخزنة، قادرة على محاكاة عمليات أي آلة تورينج (نموذج حاسوبي) بناءً على تعليمات البرمجيات المُمرّرة إليها. يُعدّ تخزين برامج الحاسوب أساسيًا لتشغيل الحواسيب الحديثة، وهو الرابط بين مكونات الحاسوب المادية والبرمجية. [ 7 ] حتى قبل ذلك، في منتصف القرن التاسع عشر، اخترع عالم الرياضيات جورج بول الجبر البولياني - وهو نظام منطقي تكون فيه كل عبارة إما صحيحة أو خاطئة. يُشكّل الجبر البولياني الآن أساس الدوائر التي تُحاكي الترانزستورات والمكونات الأخرى للدوائر المتكاملة التي تُشكّل مكونات الحاسوب المادية الحديثة. [ 8 ] في عام 1945، أنهى تورينج تصميم حاسوب ( محرك الحوسبة الآلي ) لم يُبنَ قط. [ 9 ]

مخطط فون نيومان المعماري

في ذلك الوقت تقريبًا، مكّن التقدم التكنولوجي في المرحلات والصمامات المفرغة من بناء أولى الحواسيب. [ 10 ] وبناءً على تصميم باباج، بنى جورج ستيبتز في مختبرات بيل وهوارد أيكن من جامعة هارفارد حواسيب المرحلات ، حيث صمم جهاز MARK I. [ 5 ] وفي عام 1945 أيضًا، ابتكر عالم الرياضيات جون فون نيومان - الذي كان يعمل على مشروع ENIAC في جامعة بنسلفانيا - بنية فون نيومان الأساسية التي شكلت نموذجًا لمعظم الحواسيب الحديثة. [ 11 ] تميز تصميم فون نيومان بذاكرة مركزية تخزن البيانات والبرامج، ووحدة معالجة مركزية (CPU) ذات أولوية الوصول إلى الذاكرة، ووحدات إدخال وإخراج . استخدم فون نيومان ناقلًا واحدًا لنقل البيانات، مما يعني أن حله لمشكلة التخزين من خلال وضع البرامج والبيانات بجوار بعضها البعض أدى إلى ما يُعرف بـ" عنق زجاجة فون نيومان" عندما يحاول النظام جلب كليهما في الوقت نفسه، مما يؤدي غالبًا إلى إبطاء أداء النظام. [ 12 ]

هندسة الحاسوب

نمو أداء المعالج (كما تم قياسه بواسطة المعايير)، [ 13 ] 1978–2010

تتضمن هندسة الحاسوب تحقيق التوازن بين أهداف متعددة، كالتكلفة والسرعة والتوافر وكفاءة استهلاك الطاقة. يجب أن يمتلك المصممون فهمًا دقيقًا لمتطلبات الأجهزة وجوانب الحوسبة المختلفة، بدءًا من المترجمات البرمجية وصولًا إلى تصميم الدوائر المتكاملة . [ 14 ] كما أصبحت التكلفة عائقًا كبيرًا أمام المصنّعين الذين يسعون لبيع منتجاتهم بأسعار أقل من المنافسين الذين يقدمون مكونات أجهزة مماثلة. وقد انخفضت هوامش الربح أيضًا. [ 15 ] حتى مع عدم تحسن الأداء، انخفضت تكلفة المكونات بمرور الوقت بفضل تحسين تقنيات التصنيع التي تقلل من عدد المكونات المرفوضة في مرحلة ضمان الجودة . [ 16 ]

بنية مجموعة التعليمات

تعتمد بنية مجموعة التعليمات (ISA) الأكثر شيوعًا - وهي الواجهة بين مكونات الحاسوب المادية والبرمجية - على تلك التي ابتكرها فون نيومان عام 1945. [ 17 ] على الرغم من فصل وحدة المعالجة عن نظام الإدخال/الإخراج في العديد من المخططات، إلا أن المكونات المادية عادةً ما تكون مشتركة، حيث يشير بت في وحدة المعالجة إلى ما إذا كانت في وضع المعالجة أو وضع الإدخال/الإخراج. [ 18 ] تشمل الأنواع الشائعة لبنى مجموعة التعليمات: CISC ( حاسوب ذو مجموعة تعليمات معقدة )، وRISC ( حاسوب ذو مجموعة تعليمات مختصرةوعمليات المتجهات ، والأنماط الهجينة. [ 19 ] تعتمد CISC على استخدام مجموعة تعبيرات أكبر لتقليل عدد التعليمات التي تحتاجها الأجهزة. [ 20 ] وانطلاقًا من إدراك أن عددًا قليلًا فقط من التعليمات يُستخدم بشكل شائع، تُقلّص RISC مجموعة التعليمات لزيادة التبسيط، مما يُتيح أيضًا تضمين المزيد من المسجلات . [ 21 ] بعد اختراع معمارية RISC في ثمانينيات القرن العشرين، حلت معمارية RISC، التي تستخدم تقنيات التجزئة والتخزين المؤقت لزيادة الأداء، محل معمارية CISC، لا سيما في التطبيقات ذات القيود المفروضة على استهلاك الطاقة أو المساحة (مثل الهواتف المحمولة ). في الفترة من 1986 إلى 2003، تجاوز معدل التحسن السنوي في أداء الأجهزة 50%، مما أتاح تطوير أجهزة حاسوب جديدة مثل الأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة. [ 22 ] إلى جانب زيادة كثافة الترانزستورات، أصبحت ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، بالإضافة إلى ذاكرة الفلاش والأقراص المغناطيسية، أكثر صغرًا وأقل تكلفة بشكل كبير. وقد تباطأ معدل التحسن في القرن الحادي والعشرين. [ 23 ]

في القرن الحادي والعشرين، كان التحسين في الأداء مدفوعًا بالاستغلال المتزايد للتوازي . [ 24 ] غالبًا ما تكون التطبيقات قابلة للتوازي بطريقتين: إما بتشغيل نفس الوظيفة عبر مناطق بيانات متعددة ( توازي البيانات )، أو بتنفيذ مهام مختلفة في وقت واحد بتفاعل محدود ( توازي المهام ). [ 25 ] تُدعم هذه الأشكال من التوازي بواسطة استراتيجيات أجهزة متنوعة، بما في ذلك التوازي على مستوى التعليمات (مثل تسلسل التعليمات )، وبنى المتجهات، ووحدات معالجة الرسومات (GPUs) القادرة على تنفيذ توازي البيانات، وتوازي الخيوط، وتوازي الطلبات (وكلاهما يُنفذ توازي المهام). [ 25 ]

البنية الدقيقة

يشير مصطلح "البنية الدقيقة" ، أو تنظيم الحاسوب، إلى مسائل الأجهزة عالية المستوى، مثل تصميم وحدة المعالجة المركزية والذاكرة ووصلات الذاكرة . [ 26 ] يضمن التسلسل الهرمي للذاكرة أن تكون الذاكرة الأسرع وصولاً (والأكثر تكلفة) أقرب إلى وحدة المعالجة المركزية، بينما تكون الذاكرة الأبطأ والأرخص لتخزين البيانات ذات الأحجام الكبيرة أبعد. [ 27 ] عادةً ما تُفصل الذاكرة لفصل البرامج عن البيانات والحد من قدرة المهاجم على تعديل البرامج. [ 28 ] تستخدم معظم الحواسيب الذاكرة الافتراضية لتبسيط عنونة البرامج، حيث يستخدم نظام التشغيل لربط الذاكرة الافتراضية بمناطق مختلفة من الذاكرة الفعلية المحدودة. [ 29 ]

تبريد

تُنتج معالجات الكمبيوتر حرارة، وتؤثر الحرارة الزائدة سلبًا على أدائها وقد تُلحق الضرر بمكوناتها. تقوم العديد من رقائق الكمبيوتر بخفض أدائها تلقائيًا لتجنب ارتفاع درجة الحرارة. كما تحتوي أجهزة الكمبيوتر عادةً على آليات لتبديد الحرارة الزائدة، مثل المبردات الهوائية أو السائلة لوحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات، ومشتتات حرارية للمكونات الأخرى، مثل ذاكرة الوصول العشوائي . غالبًا ما تكون صناديق الكمبيوتر مزودة بفتحات تهوية للمساعدة في تبديد الحرارة. [ 30 ] تستخدم مراكز البيانات عادةً حلول تبريد أكثر تطورًا للحفاظ على درجة حرارة تشغيل المركز بأكمله ضمن الحدود الآمنة. تُعد أنظمة التبريد الهوائي أكثر شيوعًا في مراكز البيانات الصغيرة أو القديمة، بينما قد تكون أنظمة التبريد بالغمر السائل (حيث يُحاط كل جهاز كمبيوتر بسائل تبريد) وأنظمة التبريد المباشر للرقاقة (حيث يُوجّه سائل التبريد إلى كل رقاقة كمبيوتر) أكثر تكلفة، ولكنها أيضًا أكثر كفاءة. [ 31 ] صُممت معظم أجهزة الكمبيوتر لتكون أقوى من نظام التبريد الخاص بها، ولكن لا يمكن أن تتجاوز عملياتها المستمرة قدرة نظام التبريد. [ 32 ] على الرغم من إمكانية زيادة الأداء مؤقتًا عندما لا يكون الحاسوب ساخنًا ( كسر السرعة[ 33 ] إلا أنه لحماية المكونات من الحرارة الزائدة، سيقوم النظام تلقائيًا بتقليل الأداء أو إيقاف تشغيل المعالج عند الضرورة. [ 32 ] كما ستتوقف المعالجات عن العمل أو تدخل في وضع الطاقة المنخفضة عند عدم استخدامها لتقليل الحرارة. [ 34 ] يُعدّ كلٌ من توصيل الطاقة وتبديد الحرارة من أكثر جوانب تصميم الأجهزة تحديًا، [ 35 ] وقد شكّلا العامل المحدد لتطوير رقائق أصغر وأسرع منذ أوائل القرن الحادي والعشرين. [ 34 ] تتطلب الزيادة في الأداء زيادة مماثلة في استهلاك الطاقة ومتطلبات التبريد. [ 36 ]

أنواع أنظمة أجهزة الكمبيوتر

كمبيوتر شخصي

المكونات المادية الأساسية للحاسوب الشخصي، بما في ذلك الشاشة ، واللوحة الأم ، ووحدة المعالجة المركزية ، وذاكرة الوصول العشوائي ، وبطاقتي توسعة ، ووحدة تزويد الطاقة ، ومحرك الأقراص الضوئية ، ومحرك الأقراص الصلبة ، ولوحة المفاتيح ، والفأرة .
داخل جهاز كمبيوتر مصمم خصيصًا: وحدة تزويد الطاقة في الأسفل مزودة بمروحة تبريد خاصة بها

يُعد الحاسوب الشخصي أحد أكثر أنواع الحواسيب شيوعاً نظراً لتعدد استخداماته وسعره المنخفض نسبياً.

أجهزة كمبيوتر واسعة النطاق

حاسوب مركزي من نوع IBM System z9

الأجهزة الافتراضية

الأجهزة الافتراضية هي برامج تحاكي وظائف الأجهزة؛ وهي شائعة الاستخدام في البنية التحتية كخدمة (IaaS) والمنصة كخدمة (PaaS). [ 45 ]

النظام المدمج

تتفاوت الأنظمة المدمجة بشكل كبير في قدرتها على المعالجة وتكلفتها: بدءًا من معالج 8 بت قد يكلف أقل من 0.10 دولار أمريكي ، وصولًا إلى معالجات متطورة قادرة على إجراء مليارات العمليات في الثانية وتتجاوز تكلفتها 100 دولار أمريكي. وتُعدّ التكلفة عاملًا بالغ الأهمية في هذه الأنظمة، حيث يختار المصممون غالبًا الخيار الأرخص الذي يلبي متطلبات الأداء. [ 46 ]

عناصر

قضية

يُحيط هيكل الحاسوب بمعظم مكونات نظام الحاسوب المكتبي. فهو يوفر الدعم الميكانيكي والحماية للعناصر الداخلية مثل اللوحة الأم، ومحركات الأقراص، ووحدة التزويد بالطاقة، كما يتحكم في تدفق هواء التبريد ويوجهه فوق المكونات الداخلية. يُعد الهيكل أيضًا جزءًا من النظام للتحكم في التداخل الكهرومغناطيسي المنبعث من الحاسوب، ويحمي الأجزاء الداخلية من التفريغ الكهروستاتيكي. توفر الهياكل البرجية الكبيرة مساحة لمحركات أقراص متعددة أو ملحقات أخرى، وعادةً ما توضع على الأرض، بينما توفر هياكل الحواسيب المكتبية مساحة توسعة أقل. تتضمن التصاميم المتكاملة شاشة عرض مدمجة في نفس الهيكل. تتطلب الحواسيب المحمولة وحواسيب اللابتوب هياكل توفر حماية من الصدمات. قد يقوم الهواة بتزيين الهياكل بأضواء ملونة أو طلاء أو غيرها من العناصر، في نشاط يُعرف باسم تعديل الهياكل .

مزود الطاقة

تتوافق معظم وحدات تزويد الطاقة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية مع معيار ATX وتقوم بتحويل التيار المتردد (AC) الذي يتراوح بين 120 و 277 فولتًا والمُزوَّد من مأخذ الطاقة إلى تيار مستمر (DC) بجهد أقل بكثير: عادةً 12 أو 5 أو 3.3 فولت. [ 47 ]

اللوحة الأم

لوحة أم الكمبيوتر

اللوحة الأم هي المكون الرئيسي للحاسوب. وهي عبارة عن لوحة مزودة بدوائر متكاملة تربط أجزاء الحاسوب الأخرى، بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية (CPU )، وذاكرة الوصول العشوائي (RAM )، ومحركات الأقراص ( CD ، DVD ، القرص الصلب ، أو غيرها)، بالإضافة إلى أي أجهزة طرفية متصلة عبر المنافذ أو فتحات التوسعة . تحتوي رقائق الدوائر المتكاملة (IC) في الحاسوب عادةً على مليارات من ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOSFETs) الصغيرة. [ 48 ]

تشمل المكونات المتصلة مباشرة باللوحة الأم أو بجزء منها ما يلي:

  • وحدة معالجة مركزية واحدة على الأقل ( CPU )، تُنفّذ معظم المهام الحسابية اللازمة لتشغيل الحاسوب. [ 49 ] تُوصف وحدة المعالجة المركزية، بشكل غير رسمي، بأنها عقل الحاسوب، [ 50 ] حيث تستجلب تعليمات البرنامج من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM)، وتفك تشفيرها، وتنفذها، ثم تُعيد النتائج لمزيد من المعالجة بواسطة مكونات أخرى. تُعرف هذه العملية بدورة التعليمات . وحدات المعالجة المركزية الحديثة هي معالجات دقيقة مُصنّعة على دارة متكاملة من أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة ( MOS) باستخدام تقنيات تصنيع أجهزة أشباه الموصلات المتقدمة ، وغالبًا ما تستخدم الطباعة الضوئية . عادةً ما يتم تبريدها باستخدام مشتت حراري ومروحة أو نظام تبريد سائل . تدمج العديد من وحدات المعالجة المركزية الحديثة وحدة معالجة رسومات مدمجة ( GPU )، مما يُلغي الحاجة إلى وحدة معالجة رسومات منفصلة في الأنظمة الأساسية. يتأثر أداء وحدة المعالجة المركزية بسرعة الساعة - التي تُقاس بالجيجاهرتز (GHz) - حيث تتراوح سرعة معالجات المستهلكين الشائعة من 1 جيجاهرتز إلى 5 جيجاهرتز. بالإضافة إلى ذلك، هناك اتجاه متزايد نحو تصميمات متعددة النوى ، حيث يتم تضمين نوى معالجة متعددة على شريحة واحدة، مما يتيح توازيًا أكبر وأداءً محسّنًا في تعدد المهام. [ 50 ]  
  • يربط ناقل البيانات الداخلي وحدة المعالجة المركزية بالذاكرة الرئيسية عبر خطوط اتصال متعددة - عادةً ما بين 50 و100 خط - مقسمة إلى نواقل عناوين وبيانات وتحكم، ويتولى كل منها معالجة أنواع محددة من الإشارات. [ 51 ] تاريخيًا، كانت النواقل المتوازية هي السائدة، ولكن في القرن الحادي والعشرين، حلت محلها إلى حد كبير النواقل التسلسلية عالية السرعة (التي غالبًا ما تستخدم تقنية التسلسل/فك التسلسل (SerDes))، مما يتيح معدل نقل بيانات أعلى عبر عدد أقل من الوصلات المادية. ومن الأمثلة على ذلك PCI Express و USB . [ 52 ] في الأنظمة متعددة المعالجات، يُستخدم ناقل ربط داخلي، يتم تنسيقه تقليديًا بواسطة شريحة الجسر الشمالي ، التي تربط وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والأجهزة الطرفية عالية السرعة مثل PCI . ويتولى الجسر الجنوبي الاتصال بأجهزة الإدخال/الإخراج الأبطأ مثل وحدات التخزين ومنافذ USB. [ 53 ] ومع ذلك، في البنى الحديثة مثل Intel QuickPath Interconnect أو الأنظمة القائمة على AMD Ryzen ، يتم دمج هذه الوظائف بشكل متزايد في وحدة المعالجة المركزية نفسها، مما يشكل تصميمًا يشبه النظام على شريحة (SoC).
  • تُخزّن ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) التعليمات والبيانات التي يستخدمها المعالج المركزي (CPU) بشكل فعّال، وهي مُنظّمة في تسلسل هرمي مُحسّن لسرعة الوصول وإعادة الاستخدام المُتوقّعة. في أعلى هذا التسلسل الهرمي توجد المُسجّلات ، الموجودة داخل نواة المعالج المركزي، والتي تُوفّر أسرع وصول ولكن بسعة محدودة للغاية. [ 54 ] أسفل المُسجّلات توجد مستويات مُتعدّدة من ذاكرة التخزين المؤقت (Cache) - L1 وL2، وأحيانًا L3 - والتي تُنفّذ عادةً باستخدام ذاكرة الوصول العشوائي الثابتة (SRAM). تتمتّع ذاكرة التخزين المؤقت بسعة أكبر من المُسجّلات ولكن أقل من الذاكرة الرئيسية، وعلى الرغم من أنها أبطأ من المُسجّلات، إلا أنها أسرع بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية (DRAM)، المُستخدمة كذاكرة وصول عشوائي رئيسية. [ 55 ] يُحسّن التخزين المؤقت الأداء من خلال جلب البيانات المُستخدمة بشكل مُتكرّر مُسبقًا، مما يُقلّل من زمن استجابة الذاكرة . [ 55 ] [ 56 ] عندما لا يتم العثور على البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت ( خطأ في ذاكرة التخزين المؤقت )، يتم استرجاعها من الذاكرة الرئيسية. ذاكرة الوصول العشوائي مُتطايرة، مما يعني أن مُحتوياتها تُفقد عند انقطاع التيار الكهربائي عن النظام. [ 57 ] في الأنظمة الحديثة، غالبًا ما تكون ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية من نوع DDR SDRAM ، مثل DDR4 أو DDR5.
  • Permanent storage or non-volatile memory is typically higher capacity and cheaper than memory, but takes much longer to access. Historically, such storage was typically provided in the form of a hard drive, but solid-state drives (SSD) are becoming cheaper and are much faster, thus leading to their increasing adoption. USB drives and network or cloud storage are also options.[58]
  • Read-only memory (ROM) contains firmware such as the BIOS (Basic Input/Output System), which initializes hardware during the boot process—known as booting or bootstrapping—when the computer is powered on. This firmware is stored in a non-volatile memory chip, traditionally ROM or flash memory, allowing updates in modern systems via firmware update.[59]
    • The BIOS manages essential functions, including boot sequence and power management through the ACPI standard. However, most modern motherboards have transitioned to the Unified Extensible Firmware Interface (UEFI), which offers enhanced capabilities, faster startup times, support for GUID Partition Table (GPT), and secure boot features.
  • The CMOS (complementary MOS) battery, which powers the CMOS memory for date and time in the BIOS chip. This battery is generally a watch battery.
  • Power MOSFETs make up the voltage regulator module (VRM), which controls how much voltage other hardware components receive.[60]

Expansion cards

An expansion card in computing is a printed circuit board that can be inserted into an expansion slot of a computer motherboard or backplane to add functionality to a computer system via the expansion bus. Expansion cards can be used to obtain or expand on features not offered by the motherboard.[61] Using expansion cards for a video processor used to be common, but modern computers are more likely to instead have a GPU integrated into the motherboard.[62]

Input/output

تحتوي معظم أجهزة الكمبيوتر أيضًا على ناقل بيانات خارجي لتوصيل الأجهزة الطرفية باللوحة الأم. ويُستخدم عادةً ناقل التسلسل العالمي (USB). [ 63 ] على عكس الناقل الداخلي، يتم توصيل الناقل الخارجي باستخدام وحدة تحكم ناقل تسمح للنظام الطرفي بالعمل بسرعة مختلفة عن سرعة وحدة المعالجة المركزية. [ 63 ] تُستخدم أجهزة الإدخال والإخراج لاستقبال البيانات من العالم الخارجي أو لكتابة البيانات، على التوالي. ومن الأمثلة الشائعة لوحات المفاتيح والفأرات ( إدخال) والشاشات والطابعات (إخراج). تُستخدم وحدات تحكم واجهة الشبكة للوصول إلى الإنترنت . [ 64 ] كما توفر منافذ USB الطاقة للأجهزة المتصلة - حيث يوفر منفذ USB القياسي طاقة بجهد 5 فولت وبحد أقصى 500 مللي أمبير (2.5 واط )، بينما قد تسمح منافذ USB المزودة بدبابيس إضافية بتوفير طاقة أكبر - تصل إلى 6 أمبير عند 24 فولت. [ 65 ]

مبيعات

بلغت الإيرادات العالمية من أجهزة الكمبيوتر في عام 2023 مبلغ 705.17 مليار دولار. [ 66 ]

من المتوقع أن تصل الإيرادات العالمية من أجهزة الكمبيوتر في عام 2026 إلى 779.34 مليار دولار، [ 67 ] بزيادة عن 705.17 مليار دولار في عام 2023.

إعادة التدوير

نظراً لاحتواء قطع الحاسوب على مواد خطرة ، تتزايد الجهود لإعادة تدوير الأجهزة القديمة والمتقادمة. [ 68 ] تحتوي مكونات الحاسوب على مواد خطرة مثل الرصاص والزئبق والنيكل والكادميوم. ووفقاً لوكالة حماية البيئة الأمريكية ، تُلحق هذه النفايات الإلكترونية أضراراً بالغة بالبيئة إذا لم يتم التخلص منها بشكل سليم. كما تتطلب صناعة هذه المكونات طاقة كبيرة، بينما تُسهم إعادة تدويرها في الحد من تلوث الهواء والماء وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. [ 69 ] في العديد من المناطق، يُعد التخلص غير السليم من معدات الحاسوب مخالفاً للقانون، وتُلزم التشريعات بإعادة التدوير من خلال مرافق معتمدة من الحكومة . ويمكن تسهيل عملية إعادة التدوير بإزالة الأجزاء القابلة لإعادة الاستخدام مثل ذاكرة الوصول العشوائي (RAM ) ومحركات أقراص DVD وبطاقات الرسومات ومحركات الأقراص الصلبة ومحركات أقراص الحالة الصلبة (SSD) وغيرها من المكونات المماثلة.

يمكن استعادة العديد من المواد المستخدمة في مكونات الحاسوب من خلال إعادة التدوير لاستخدامها في الإنتاج المستقبلي. وتساهم إعادة استخدام القصدير والسيليكون والحديد والألومنيوم وأنواع البلاستيك المختلفة الشائعة في الحواسيب والأجهزة الإلكترونية الأخرى في خفض تكاليف تصنيع الأنظمة الجديدة. كما تحتوي مكونات الأجهزة غالبًا على النحاس والذهب والتنتالوم [ 70 ] [ 71 ] والفضة والبلاتين والبلاديوم والرصاص ، بالإضافة إلى مواد قيّمة أخرى قابلة للاستصلاح. [ 72 ] [ 73 ]

مكونات حاسوب سامة

تحتوي وحدة المعالجة المركزية على العديد من المواد السامة، بما في ذلك الرصاص والكروم في الصفائح المعدنية. وقد تحتوي المقاومات وأشباه الموصلات وأجهزة الكشف بالأشعة تحت الحمراء والمثبتات والكابلات والأسلاك على الكادميوم، بينما قد تحتوي لوحات الدوائر الإلكترونية للحاسوب أيضًا على الزئبق والكروم. [ 74 ] ويمكن أن يشكل التخلص غير السليم من هذه المواد الكيميائية مخاطر جسيمة على البيئة.

التأثيرات البيئية

عندما تتسرب مخلفات النفايات الإلكترونية إلى المياه الجوفية، أو تُحرق، أو يُساء التعامل معها أثناء إعادة التدوير، فإنها تُسبب أضرارًا. تشمل المشاكل الصحية المرتبطة بهذه السموم ضعف النمو العقلي، والسرطان، وتلف الرئتين والكبد والكليتين. [ 75 ] تحتوي مكونات الحاسوب على العديد من المواد السامة، مثل الديوكسينات ، وثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs)، والكادميوم ، والكروم ، والنظائر المشعة ، والزئبق . تحتوي لوحات الدوائر على كميات كبيرة من لحام الرصاص والقصدير، وهي أكثر عرضة للتسرب إلى المياه الجوفية أو التسبب في تلوث الهواء نتيجة حرقها. [ 76 ]

تُعتبر إعادة تدوير أجهزة الحاسوب عملية صديقة للبيئة لأنها تمنع تسرب النفايات الخطرة ، بما في ذلك المعادن الثقيلة والمواد المسرطنة، إلى الغلاف الجوي أو مكبات النفايات أو المجاري المائية. ورغم أن الإلكترونيات لا تشكل سوى نسبة ضئيلة من إجمالي النفايات المتولدة، إلا أنها أكثر خطورة بكثير. وتوجد تشريعات صارمة تهدف إلى فرض وتشجيع التخلص المستدام من الأجهزة، وأبرزها توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن نفايات المعدات الكهربائية والإلكترونية وقانون إعادة تدوير الحواسيب الوطني في الولايات المتحدة. [ 77 ]

جهود للحد من نفايات أجهزة الكمبيوتر

إعادة تدوير الأجهزة الإلكترونية، أو إعادة استخدام مكونات الحاسوب، تشير إلى التبرع بالأجهزة الإلكترونية المستعملة، وإعادة استخدامها، وإتلافها، وجمعها بشكل عام. وبشكل عام، يشير المصطلح إلى عملية جمع المكونات أو المعادن الموجودة في الأجهزة الإلكترونية المستعملة أو المهملة، والتي تُعرف أيضًا بالنفايات الإلكترونية ، والوساطة في بيعها، وتفكيكها، وإصلاحها، وإعادة تدويرها . وتشمل العناصر القابلة لإعادة التدوير، على سبيل المثال لا الحصر: أجهزة التلفاز، وأجهزة الحاسوب، وأفران الميكروويف، والمكانس الكهربائية، والهواتف، والهواتف المحمولة، وأجهزة الاستريو، وأجهزة الفيديو، وأقراص DVD، وأي جهاز تقريبًا مزود بسلك أو مصباح أو يعمل ببطارية. [ 78 ]

تقوم بعض الشركات، مثل ديل وآبل ، بإعادة تدوير أجهزة الكمبيوتر الخاصة بها أو أي علامة تجارية أخرى. كما يمكن التبرع بجهاز الكمبيوتر لمنظمة "Computer Aid International" التي تُعنى بإعادة تدوير وتجديد أجهزة الكمبيوتر القديمة لصالح المستشفيات والمدارس والجامعات وغيرها. [ 79 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. "أجزاء الحاسوب" . مايكروسوفت. مؤرشف من الأصل في 27 نوفمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 5 ديسمبر 2013 .
  2. جيلستر، رون (2001). مكونات الحاسوب الشخصي : دليل للمبتدئين . أرشيف الإنترنت. نيويورك؛ لندن : ماكجرو هيل. ISBN   978-0-07-212990-8.
  3. بلوم 2011 ، ص 13-14.
  4. بلوم 2011 ، ص 14.
  5. 1 2 بلوم 2011 ، ص. 15.
  6. بلوم 2011 ، ص 21، 23.
  7. بلوم 2011 ، ص 25.
  8. بلوم 2011 ، ص 34-35.
  9. بلوم 2011 ، ص 71-72.
  10. بلوم 2011 ، ص 72.
  11. بلوم 2011 ، ص 72، 74.
  12. بلوم 2011 ، ص 74.
  13. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 41-42.
  14. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 11.
  15. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 27-28، 32.
  16. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 27.
  17. مندلسون 2022 ، ص. 2.
  18. مندلسون 2022 ، ص 2-3.
  19. مندلسون 2022 ، ص 3.
  20. مندلسون 2022 ، ص 8.
  21. مندلسون 2022 ، ص 15.
  22. هينيسي وباترسون 2011 ، ص. 2.
  23. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 17-18.
  24. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 9، 44.
  25. 1 2 هينيسي وباترسون 2011 ، ص. 9.
  26. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 15.
  27. وانغ 2021 ، ص. 3.
  28. وانغ 2021 ، ص 4.
  29. وانغ 2021 ، ص 51-52.
  30. "تبريد الحاسوب: أهمية الحفاظ على برودة جهاز الحاسوب" . إنتل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يوليو 2024 .
  31. "تبريد مراكز البيانات: ما هي أهم المفاهيم التي تحتاج إلى معرفتها؟" . gatewaymechanical.ca . 11 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يوليو 2024 .
  32. 1 2 هينيسي وباترسون 2011 ، ص. 22.
  33. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 26.
  34. 1 2 هينيسي وباترسون 2011 ، ص. 25.
  35. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 21.
  36. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 56.
  37. مكونات الحاسوب الشخصي : دليل للمبتدئين . أوزبورن / ماكجرو هيل. 26 أبريل 2001. ص 21. ISBN   9780072129908.
  38. "الكمبيوتر المكتبي مقابل الكمبيوتر المحمول" . Computer Hope . 30 ديسمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يناير 2020 .
  39. سيبرياني، جيسون (29 مايو 2020). "أفضل أجهزة الكمبيوتر المحمولة القابلة للفصل 2 في 1 لعام 2020: أفضل الأجهزة الهجينة بين الكمبيوتر اللوحي والكمبيوتر المحمول" . IGN . تم الاطلاع عليه في 20 يوليو 2020 .
  40. أحمد، رضوان؛ داراسكار، راجيف ف. (2009). الأدلة الجنائية الرقمية للأجهزة المحمولة: مقدمة من منظور إنفاذ القانون الهندي . سبرينغر. ص 177. ISBN  978-3-642-00405-6.
  41. هندرسون، ريبيكا م.؛ نيويل، ريتشارد ج.، محرران. (2011). تسريع ابتكار الطاقة : رؤى من قطاعات متعددة . شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو. ص 180. ISBN   978-0226326832.
  42. هوانغ، هان-واي (2014). متحكم Atmel AVR الدقيق : MEGA وXMEGA بلغة التجميع ولغة C. أستراليا؛ المملكة المتحدة: Delmar Cengage Learning. ص 4. ISBN   978-1133607298.
  43. إيستابروكس، موريس (1995). التكنولوجيا الإلكترونية، استراتيجية الشركات، والتحول العالمي . ويستبورت ، كونيتيكت: دار نشر كوروم. ص 53. ISBN  0899309690.
  44. 1 2 هينيسي وباترسون 2011 ، ص. 8.
  45. وانغ 2021 ، ص. 1، 3.
  46. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 8-9.
  47. ويلسون، كيفن (2022). استكشاف أجهزة الحاسوب: الدليل المصور لفهم أجهزة الحاسوب ومكوناتها وملحقاتها وشبكاتها . دار نشر إليومينيت. رقم ISBN 978-1-913151-73-7.
  48. "13 سيكستليون وما زال العد مستمراً: الطريق الطويل والمتعرج إلى أكثر القطع الأثرية البشرية تصنيعاً في التاريخ" . متحف تاريخ الحاسوب . 2 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يوليو 2019 .
  49. وانغ 2021 ، ص 8.
  50. 1 2 وانغ 2021 ، ص. 9.
  51. وانغ 2021 ، ص 75.
  52. وانغ 2021 ، ص 78.
  53. وانغ 2021 ، ص 90.
  54. وانغ 2021 ، ص 47.
  55. 1 2 وانغ 2021 ، ص 49-50.
  56. هينيسي وباترسون 2011 ، ص 45.
  57. وانغ 2021 ، ص 54.
  58. وانغ 2021 ، ص 55-56.
  59. وانغ 2021 ، ص 55.
  60. هاردينغ، شارون (17 سبتمبر 2019). "ما هو MOSFET؟ تعريف أساسي" . موقع Tom's Hardware . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 نوفمبر 2019 .
  61. "ما هي بطاقة التوسعة؟" . لينوفو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 فبراير 2025 .
  62. وانغ 2021 ، ص 121.
  63. 1 2 وانغ 2021 ، ص. 74.
  64. وانغ 2021 ، ص 7.
  65. وانغ 2021 ، ص 116.
  66. "حجم سوق أجهزة الكمبيوتر، والاتجاهات، والتوقعات العالمية حتى عام 2032" . شركة أبحاث الأعمال . تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2023 .
  67. "مصادر أجهزة OEM: كيف تُخفّض شركات شراء أجهزة تكنولوجيا المعلومات التكاليف الإجمالية" . أورانج هاردويرز . 28 أبريل 2026. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أبريل 2026 .
  68. "كيفية إعادة تدوير جهاز الكمبيوتر القديم" . ديجيتال تريندز . ١٨ ديسمبر ٢٠١٦. مؤرشف من الأصل في ١٧ أبريل ٢٠١٧. تم الاطلاع عليه في ١٨ أبريل ٢٠١٧ .
  69. «تتخصص شركة نيوتك لإعادة التدوير في التخلص من أجهزة الكمبيوتر، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وأجهزة الكمبيوتر المكتبية، وأجهزة الكمبيوتر المركزية، والخوادم» . شركة نيوتك لإعادة التدوير . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29 مارس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2017 .
  70. روبرت-تيسو، سارة (2011). "التنتالوم" . المعهد الملكي الأسترالي للكيمياء . مؤرشف من الأصل في 26 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2019 .
  71. باديلا، أبراهام (فبراير 2019). "التنتالوم" (ملف PDF) . هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 3 مارس 2019 .
  72. بليواس، د. (يوليو 2001). "أجهزة الكمبيوتر القديمة، منجم ذهب، أم نفايات تقنية عالية؟ استعادة الموارد من إعادة التدوير" (ملف PDF) . هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 4 مارس 2019 .
  73. ليبلانك، ريك. "الأجهزة الإلكترونية مصدر غني بالمعادن الثمينة لشركات إعادة التدوير" . ذا بالانس سمول بيزنس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مارس 2019 .
  74. "المكونات السامة لأجهزة الكمبيوتر والشاشات" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أبريل 2017 .
  75. "ما الذي يحدث مع النفايات الإلكترونية؟ - ائتلاف استعادة الإلكترونيات" . مؤرشف من الأصل في 27 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 26 أبريل 2017 .
  76. توثمان، جيسيكا (2 يونيو 2008). "ماذا يحدث لجهاز الكمبيوتر القديم الذي تم التخلص منه؟" . HowStuffWorks .
  77. قانون إعادة تدوير أجهزة الكمبيوتر الوطني لعام 2005، HR 425، الكونغرس 109 (2005-2006)
  78. تي. غالو، دانيال (15 يوليو 2013). "نظرة عامة شاملة على سياسات إدارة النفايات الإلكترونية في الولايات المتحدة" (ملف PDF) . www.epa.gov . تاريخ الاطلاع: 17 يناير 2020 .
  79. سكوفيلد، جاك (19 فبراير 2015). "كيف يمكنني إعادة تدوير أجهزة الكمبيوتر القديمة الخاصة بي بأمان؟" . صحيفة الغارديان . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0261-3077 . مؤرشف من الأصل في 27 أبريل 2017. تم الاطلاع عليه في 26 أبريل 2017 . 

مصادر

  • بلوم، إدوارد ك. (2011). علوم الحاسوب: المكونات المادية والبرمجية وجوهرها . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 978-1-4614-1168-0.
  • هينيسي، جون ل.؛ باترسون، ديفيد أ. (2011). هندسة الحاسوب: منهج كمي . إلسيفير. ISBN 978-0-12-383872-8.
  • مندلسون، آفي (2022). "الهندسة المعمارية" . في أنوبام تشاتوبادياي (محرر). دليل هندسة الحاسوب . سبرينغر نيتشر. ص 1-42 . doi : 10.1007/978-981-15-6401-7_1-1 . ISBN  978-981-15-6401-7.
  • وانغ، شوانغباو بول (2021). هندسة الحاسوب وتنظيمه: الأساسيات وأمن البنية . سبرينغر نيتشر. ISBN 978-981-16-5662-0.
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بأجهزة الكمبيوتر على ويكيميديا ​​كومنز
  • شعار ويكي بوكسأجهزة الكمبيوتر في ويكي بوكس
  • شعار ويكيفيرسيتيمواد تعليمية متعلقة بأجهزة الحاسوب على موقع ويكيفيرسيتي