علم الحاسوب

علم الحاسوب (بالإنجليزية: Computer Science)علوم الكمبيوتر أو الحاسب أو الحوسبة هي منهج علمي وعملي للحوسبة وتطبيقاتها وهي دراسة منهجية لدراسة الجدوى « Feasibility » والبنية « Structure » والمصطلحات والعبارات « Expression » والمكننة « Mechanization » والإجراءات الرياضية ( أو الخوارزميات ) « Methodical Procedures »، كل السابق يظهر في التخزين « Storage » والمعالجة « Processing » والإتصالات « Communication » والتقديمات « Representation » والوصول إلى المعلومات ومعالجة البيانات والنظريات والتطبيقات التي تشكل الأساس أتمتة لنقل المعلومات وتشغيلها وتحويلها، وذلك بدراسة برمجيات الحاسوب وعتاد الحاسوب بشكل علمي مجرد، يتخصص عالم الكمبيوتر في نظرية الحوسبة وتصميم النظم الحاسوبية.

لعلوم الحاسب مجالات متنوعة كلها تصنف تحت العنوان العريض "علوم الحاسوب". يؤكد البعض على الحوسبة وبعض تطبيقاتها مثل رسوميات الحاسوب في حين أن فروعًا أخرى تدرس خواص المشاكل الحسابية ومجال مثل نظرية التعقيد الحسابي. وتبقى فروع أخرى تركز على التحديات التي تطرحها تطبيقات الحوسبة. ومجال مثل نظرية لغة البرمجة تدرس الطرق والوسائل لوصف عملية حوسبة، في حين تقوم برمجة الحاسوب بتطبيق لغات برمجة معينة لاستخراج جواب أو حل لمشكلة حوسبة معينة ومجالات أخرى مثل الأنظمة المعقدة ومثل التفاعل الإنساني الحاسوبي.

ويتم تعريف علم الحاسوب بشكل دقيق على أنه علم يختص بالقدرة على تطبيق المعرفة الناتجة من الحاسوب والرياضيات على جميع فروع المعرفة، والقدرة على تحليل أي مشكلة وتحديد المتطلبات لها باستخدام الحاسوب لوضع الحل المناسب، والقدرة على تصميم وتنفيذ وتقييم النظام القائم على الحاسوب و العمليات و البرنامج لتلبية الاحتياجات المطلوبة، ويسهل القدرة على العمل بفعالية في فرق ومجموعات لتحقيق هدف مشترك.

في بعض أجزاء من الدول العربية يطلق على مصطلح علم الحاسب الآلي علم المعلومات اختصارًا وليس بقصد خلطه مع العلوم الأخرى وخاصة التخصصات المتعلقة بتكنولوجيا المعلومات المهتمة بالتطبيق غير المبني على أسس علمية، كما يُطلق عليه في الجزائر اسم "الإعلام الآلي".

يبحث علم الحاسوب في استخدام الحوسبة بجميع أشكالها لحل المشكلات من منظور علمي رياضي. وغالبًا ما يشمل ذلك تصميم وبرمجة البرمجيات لكي تستعمل كأداة لحل هذه المشاكل.

علم الحاسوب ليس معنيًا بتعلم طريقة استخدام البرمجيات بشكل عام وبحد ذاتها. من الصحيح القول أن هناك بعض الوظائف التي تعتمد بشكل أساسي على بعض البرمجيات كبرمجيات التصميم لمصممين الجرافيك أو محررات النصوص والجداول لمدخلي البيانات، لكن علم الحاسوب ليس معنيًا بدراسة طريقة التعامل مع هذه البرمجيات وغيرها بشكل عام وليس معنيًا كذلك بتصميم صفحات الويب أو تجهيزها.

عند الحديث عن البرمجيات فإن علم الحاسوب يُعنى “بطريقة” بناء البرمجيات بناء على أسس علمية ورياضة وبدراسة الخوارزميات الأنسب استخدامًا في تلك البرمجيات.

أما تكنولوجيا المعلومات فهو مجال آخر يُعنى بمسائل أخرى مثل طُرُق استخدام البرمجيات والتعامل معها وطرق استعمال المعلومات أو حتى طريقة استخدام ما هو جاهز في أغلب الأحيان لإنجاز عمل ما، وغالبًا ما يُستخدم مصطلح تكنولوجيا المعلومات « Information Technology أو IT » بشكل واسع بين العامة وفي سوق العمل.

نبذة تاريخية

قبل العشرينات من القرن العشرين، كان مصطلح حاسوب 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 حاسوب يمكنها إتمام الأعمال الروتينية المُعرّضة للخطأ البشري عند إجراء حسابات بشرية.

خلال الأربعينات ومع تطوير آلات حاسبة أكثر قوة وقدرة حسابية تتطور مصطلح حاسوب ليُشير إلى الآلات بدلا من الأشخاص الذين يقومون بالحسابات. وأصبح من الواضح أن الحواسيب يمكنها أن تقوم بأكثر من مجرد عمليات حسابية وبالتالي تم الانتقال إلى دراسة الحوسبة بشكل عام. بدأت المعلوماتية وعلوم الحاسب تأخذ استقلالها كفرع أكاديمي مستقل في الستينييات، مع إيجاد أوائل أقسام علوم الحاسب في الجامعات وبدأت الجامعات تمنح إجازات في هذه العلوم.

يعود تاريخ أقرب تعريف لعلوم الحاسوب إلى ما قبل أول آلة حاسوب رقمي، لحساب المهام العددية الثابتة مثل المعداد الذي كان موجود منذ العصور القديمة للمساعدة في العمليات الحسابية مثل الضرب والقسمة وبعد ذلك وجدت الخوارزميات لأداء العمليات الحسابية في العصور القديمة وحتى قبل تطوير المعدات الحاسوبية المعقدة، في اللغة السنسكريتية القديمة مخطوطة تسمى "Shulba Sutras" أو قواعد الوتر "Rules of the Chord" وهو كتاب في الخوارزميات مكتوب في سنة 800 قبل الميلاد لبناء الأجسام الهندسية مثل المذابح باستخدام الأوتاد والأوتار وتعتبر بدايات (أسلاف) مجال هندسة الرياضية الحسابية الحديثة.

بليز باسكال صمم وشيد أول آلة حاسبة ميكانيكية العمل، والتي يطلق عليها آلة باسكال الحاسبة سنة (1642).

ثم كشف غوتفريد لايبنتس آلة حاسبة ميكانيكية الرقمية تسمى حاسوب متدرج (الحاسوب التدريجي) في سنة (1673)، ويمكن أن يقال أنه يعتبر أول عالم حاسوب، واضع النظريات للمعلومات، ومن بين أسباب أخرى لهذا الترشيح، توثيقه لنظم الأرقام الثنائية.

في عام 1820، أطلق تشارلز توماس "Charles Xavier Thomas أو Thomas de Colmar" صناعة آلة حاسبة ميكانيكية، عندما صدر له جهاز مبسط يسمى أريثموميتر وكان أول آلة حاسبة قوية بما فيه الكفاية وموثوق بها بما يكفي للاستخدام اليومي في بيئة مكتبية.

تشارلز بابيج بدأ تصميم أول آلة حاسبة ميكانيكية أوتوماتيكية تسمى محرك الفرق في عام 1822، والذي أعطى في نهاية المطاف له فكرة عمل أول آلة حاسبة ميكانيكية للبرمجة وتسمى المحرك التحليلي. بدأ تطوير هذا الجهاز في عام 1834 وفي أقل من عامين كان قد رسم العديد من السمات البارزة للحاسوب الحديث. كان اعتماد نظام البطاقة المثقبة المشتقة من منسج جاكارد هي خطوة حاسمة، مما يجعلها ذات برمجة بلا حدود. 

في عام 1843، أثناء ترجمة مقال فرنسية عن المحرك التحليلي، كتبت آدا لوفلايس في واحدة من العديد من الملاحظات أنها شملت، خوارزمية لحساب أعداد برنولي، والذي يعتبر أول برنامج حاسوب.

في حوالي سنة 1885، اخترع هيرمان هولليريث آلة التبويب للاستخدام في تلخيص المعلومات وكانت تستخدم بطاقة مثقبة لمعالجة المعلومات الإحصائية في نهاية المطاف أصبحت هذه الشركة جزء من آي بي إم اليوم.

في عام 1937، وبعد مئة سنة من حلم باباج المستحيل أقنع هوارد أيكن شركة آي بي إم بتطوير آلته الحاسبة العملاقة للبرمجة، في ذلك الوقت كانت آي بي إم تصنع كل أنواع معدات البطاقات المثقبة وكانت أيضا تقوم بأعمال الآلات الحاسبة. وتم إطلاق اسم هارفارد مارك واحد عليها وكانت بناء على المحرك التحليلي الخاص بتشارلز بابيج، وكانت تستخدم الكروت المثقوبة ووحدة الحوسبة المركزية، وعندما تمت الآلة النهائية أشاد البعض بأن " حلم باباج تحقق".

خلال الأربعينيات من القرن الماضي ومع تطور آلات حاسوب أقوى، وبدى واضحا أن الحاسوب يمكن أن يستخدم في أكثر من الحسابات الرياضية فقط، مجال علوم الحاسب توسع ليشمل الحوسبة بشكل عام، تم وضع إنشاء علوم الحاسب كعلم أكاديمي مستقل في الخمسينيات وأوائل الستينيات من القرن الماضي.