تمثيل البيانات داخل الحاسوبData Representation

في الحقيقة إن  الأجهزة الرقمية هي أجهزة تعتمد على الكهرباء في عملها ، وبالتالي فهي لا  تدرك اللغات البشرية ، ، بل تقوم بتحويل كافة البيانات من نصوص أو صور أو أصوات أو مقاطع مرئية إلى إشارات كهربائية ، وهذه الإشارات لا تخرج عن حالتين : إما تشغيل( 1 = ON  )إذا كانت الدائرة مغلقة وعندها سيمر التيار الكهربائي ، وهذا يعني أن هناك إشارة كهربائية إطفاء (0 = OFF)ذا كانت الدائرة مفتوحة وفى هذه الحالة لن يمر التيار الكهربائي بمعنى أنه لا توجد إشارة .
من هنا تصل إلى أن البيانات يتم تمثيلها داخل الجهاز الرقمي بأرقام مكونة من ( 0 ) و ( 1 ) ويطلق عليها أرقام ثنائية ، وي ويقاس كل رقم منها بوحدة قياس تسمى بيت ( bit ) .
ويتم تمثيل كل حرف أو رقم أو رمز بسلسلة من الأرقام الثنائية مكونة من 8 بت ( bit ) ، ويطلق عليها بايت ( Byte ).

الحواسيب أجهزة إلكترونية، وليست ميكانيكية، معنى ذلك أنها تستخدم التيار الكهربائي من أجل تخزين ومعالجة البيانات، صحيح أن بعض أجزائها ميكانيكية (كالقرص الصلب)، ولكن التخزين والمعالجة تكون إلكترونية. يسري التيار الكهربائي داخل الحاسوب من خلال مفاتيح؛ عندما يكون المفتاح مغلقا يمر التيار، وعندما يكون ً مفتوحا لا يمر أي تيار. من أجل معالجة البيانات داخل جهاز الحاسوب، احتجنا إلى طريقة للتعبير عن هذه البيانات من خلال المفاتيح لذلك تم اختراع نظام العد الثنائي (Binary coding  system) تنتقل البيانات داخل الحاسوب في شكل إشارات كهربائية (إما يوجد إشارة أو لا يوجد) لذلك وجب تحويل جميع البيانات من نص أو صورة أو مقطع صوتي إلى الشكل الثنائي (مجموعة من 0 و1) ،وإلا فلن يستطيع الحاسوب فهمها ومعالجتها.

تمثيل الأعداد:

يتم تمثيل الأعداد الصحيحة بالعد وفق النظام الثنائي، تماما مثلما نعد وفق النظام العشري، نبدأ من 0 ثم ننتقل للعدد الموالي، وعندما نستكمل كافة الأعداد العشرية 9، نستعمل ً عددين بحيث نضع واحدا في مرتبة العشرات ونعيد العد من الصفر إلى اليمين فنحصل على العدد 10؛ صفر في مرتبة الآحاد وواحد في مرتبة العشرات ويليه 11؛ واحد في مرتبة الآحاد وواحد في مرتبة العشرات، وهكذا. إذا أردنا ثلاثة أرقام نضع ً 0 في مرتبة المئات. رقما ثالث تُستعمل الطريقةُ نفسها في العد الثنائي. في حالتنا لدينا رقمان فقط هما 0 و 1، نبدأ العد من الصفر ثم يليه الواحد، وهنا تنتهي مجموعة الأرقام المتوفرة لدينا.

تمثيل الحروف و الكلمات :  

في الحاسوب، يمثل كل بايت حرفا  واحدا، وتمثل الحروف بنظام ترميز يسمى آسكي (ASCII1) الذي يستعمل  7بتات لكل حرف، حيث يقابل كل حرف قيمته الثنائية من جدول آسكي.

مثلا :

 الحرف 'a ' تقابله القيمة الثنائية: (0110 0001) التي تساوي 97 بالنظام العشري في جدول آسكي.

 الحرف: 'b 'تقابله القيمة الثنائية) 0110 0010) التي تساوي 98 بالنظام العشري في جدول آسكي.

هناك أيضا نسخةٌ مطورة عن آسكي تدعى -ASCII 7التي تستعمل 8 بتات بدلا ً من 7 وتستطيع تمثيل 256 ً حرفا يستطيع ترميزُ آسكي استيعاب 128 حرفا فقط (أو 256 في نسخته الممتدة)، وهذا رقم غير كاف ِ بالنسبة للغات التي ابتكر ترميز آخر ً تستعمل حروف غير لاتينية كالعربية واليابانية. لهذا ا يسمى "Unicode "لتمثيل كل الحروف والرموز الموجودة لحد الان.

تمثيل الصور والبيانات التخطيطية:

الصور أيضا بحاجة إلى أن تتحول إلى بيانات رقمية حتى تتم معالجتها داخل الحاسوب تتشكل رسومات الحاسوب من مجموعة من النقط تُ عرف بالبكسلاتَ حيث يمكن لبايت.  واحد أن يمثُل بكسلا ً من الصورة.

تمثل الصورة ببايت واحد من أجل الصور البيضاء والسوداء وأكثر في حال الصورة الملونة.

 في تمثيل تخطيطي يعرف بـ «التدرج الرمادي»، كل بكسل يمثل

درجةً من الظل تتدرج من اللون الأبيض إلى الأسود.

 بما أن 8 َ بتات تستطيع استيعاب 256 قيمة (من 0-255) يستطيع بيكسل مخزن في بايت واحد أن يأخذ 256 ً تدرجا لونيا (مع 0 يمثل اللون الأبيض و255 يمثل الأسود).

 في ألعاب الفيديو الحديثة والصور عالية الدقة، تستعمل العديد من البايتات لتخزين قيمة بيكسل واحد.

بالنسبة للصور الملونة، يتم ُ تمثيل كل بكسل ضمن النظام اللوني RGB الذي يعني أحمر وأخضر وأزرق (، Green، Red Blue. وبسبب خصائص امتصاص الضوء للعين البشرية ُ الألوان نتيجةَ الترا كبات المختلفة للألوان الأولية التي هي الأحمر والأخضر والأزرق. إذ يتشكل اللون الأرجواني من تراكب الأحمر والأزرق، واللون الأزرق السماوي من الأزرق والأخضر، ّ واللون الأصفر من الأحمر والأخضر. فيما يتشكل اللون الأبيض من تراكب الألوان الأولية الثلاثة أو بمزج أحد الألوان الثانوية مع اللون الأولي المضاد يتشكل البكسل الواحد من عدد من البتات، ويختلف العدد بحسب طريقة التمثيل المتبعة، وفيما يلي استعراض لأنواع طرق تمثيل البكسلات الموجودة: -  

التمثيل ذو 24 بت: يتم ُ تمثيل كل بكسل من الصورة بثلاثة بايتات، بايت للون الأحمر، وبايت للون الأزرق، وبايت للون َ الأخضر. بما أن البايت الواحد يستطيع استيعاب 256 قيمة، فبالمجمل يمكن تمثيل ما مجموعه 16 مليون (x256x256 (256قيمة لونية.

التمثيل ذو 32 بت: مشابه ً تماما للتمثيل السابق باستثناء ُ وجود بايت إضافي يعرف ّ بالمكون آلفا ((component alpha الذي يمثل درجةَ شفافية الصورة.

التمثيل ذو 16 بت: يمثل كل بكسل بـ 16 بت (أو 02 بايت) حيث تسند 05 بتات للون الأحمر، و06 بتات للون الأخضر، و05 بتات للون الأزرق. وبهذا يصبح العدد الكلي للألوان الممكن تمثيلها 65،000 لون. (256x256)

التمثيل ذو 8 بتات: في هذا التمثيل يتم اختيار 256 صيغة لونية ذات التمثيل 24 بت (يمكن استعمال تمثيل 32 بت أو تمثيل 16 بت) من مجموع 16 مليون قيمة لونية. يسمى الـ 256 لون بـ ُ لوحة الألوان، حيث يكون كل بكسل من الصورة ممثلا ً ببايت واحد يعبر عن موضع اللون في لوحة الألوان عند تخزين الصورة، تخزن مواضع كل بكسل من الصورة ذات الثماني بتات مع لوحة الألوان مما ينجم عنه زيادة حجم الصورة.

إذن فالصور ما هي إلا مصفوفات لونية ثنائية الأبعاد، حيث يمثل كل لون لأحد الطرق المذكورة أعلاه، (8 ،16 ،24 أو 32 َ بت). تشغُل ُ الصور ُ الممثلةُ بهذه الطريقة مساحةً كبيرة وتسمى ًصورا خاما.

تمثيل الصوت:

الصوت عبارة عن أمواج تناظرية مستمرة ذات سعة (تمثل درجة علو الصوت) وتردد (يمثل حدة الصوت) من المعلوم أن كل البيانات في الحاسوب تكون رقمية وتخزن في شكل بتات، لذلك وجب تحويل هذه الأمواج التناظرية إلى بيانات رقمية من أجل القيام بذلك، يتم التقاط قيم متفرقة من الأمواج التناظرية ضمن مجالات صغيرة في عملية تعرف بـ التحويل بـ (sampling ) باستعمال محول من المعلومة التناظرية إلى الرقمية موجود في بطاقة الصوت (analog -to digital) ثم تحول بعدها العينات إلى أرقام ثنائية، حيث يمثل كل رقم ارتفاع الموجة الصوتية وفق الترميز الثنائي ثم تخزن في الحاسوب، ومن أجل بث هذه المعلومات الصوتية من جديد عبر مكبر الصوت مثلا ً فإنها تحول بالطريقة نفسها من إشارات رقمية إلى موجات تناظرية( .(analog-to-digital

تماما مثل ترميز الآسكي بالنسبة للحروف وJPEG وGIF بالنسبة للصور، توجد العديد من الصيغ المتفق عليها لتمثيل العينات في شكل بايتات، منها الـ WAV التي تخزن فيها كل العينات بالطريقة نفسها التي يخزن فيها الـ bitmap كل بكسل ً من الصورة. هناك أيضا صيغة mp3 المضغوطة، حيث لا تقوم بتخزين كل عينة، بل تقوم بتخزين العينات التي يمكن للأذن البشرية سماعها، ثم تكثف هذه العينات إلى أنماط. هذه الأنماط هي التي يتم تخزينها.

الآن وقد عرفنا أن البيانات المختلفة تتحول داخل الحاسب إلى بيانات رقمية، ماذا بعد؟

 عندما تكتب على لوحة المفاتيح أو تضغط على زر الفأرة، فإنك تقوم بإرسال رسالة إلى الحاسوب في شكل معلومة ثنائية) مجموعة من الإشارات الكهربائية المشفرة في شكل بيانات رقمية كما سبق الشرح). يتعامل نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) مع هذه المعلومة، فهو يقوم مقام حواس الحاسوب ويوفر طريقةً للحاسوب للتعامل مع المحيط ويمثل ً أيضا ذاكرة مؤقتة تُغني المعالج عن التدخلات غير الضرورية عندما يقرر الـ BIOS أن رسالتك مهمة، يقوم بإرسال إشارة للمعالج، الذي يمثل العقل المسير للحاسوب، يتمثل دوره الرئيسي في إحضار التعليمات من الذاكرة الحية (RAM) وتنفيذها تضم الذاكرة الحية مجموعة من العناوين، وفي كل عنوان من هذه العناوين توجد معلومة، تكون جميعها في صيغة ثنائية.