تختلف طرق تمثيل البيانات الرقمية باستخدام الحواسيب وفقًا لنوع البيانات. تعتمد هذه الأنواع على تقنيات محددة بدقة تحولها إلى لغة الحاسوب، وهي النظام الثنائي. لذا يقدم هذا المقال عرضًا للطرق المتنوعة لتمثيل الصور، والنصوص، والأرقام، والبرامج، والصوت، والفيديو، بالإضافة إلى توضيح طبيعة النظام المستخدم في تمثيل هذه البيانات داخل الحاسوب.
أساليب تمثيل البيانات في الحاسوب
تعمل أجهزة الكمبيوتر على الطاقة الكهربائية، مما يجعلها تتعامل معها كأي جهاز كهربائي، حيث تستقبل الإشارات الكهربائية وتقوم بترجمتها إلى لغة تتيح إدارة كافة المكونات. يتواصل الحاسوب بلغة تختلف عن اللغة البشرية.
يتم تحويل الإشارات الكهربائية التي تعبر عنها فروقات الجهد إلى نظام يقوم بترجمة هذه الفروقات إلى رموز تُعرف بالنظام الثنائي، وهو نظام رقمي يتكون من خانتين هما (0، 1)، وتسمى كل خانة بـ”بت” (bit).
يُستخدم هذا النظام في الحواسيب كطريقة لتخزين البيانات وترجمة الأوامر، ويعتمد على الأساس 2 مرفوعًا إلى قوة معينة، وتُعطى الوزن المطلوب لتحديد الرقم من خلال النظام الثنائي.
على سبيل المثال، يُمثل الرقم (1) في النظام الثنائي كالتالي: 02 = 1. عند تمثيل الرقم باستخدام 8 خانات، المعروف في علم الحاسوب باسم “بايت” (byte)، يكون الشكل: (0001 0000)، حيث تحمل الخانة الأولى الوزن 0، والثانية الوزن 1، وهكذا حتى الخانة الأخيرة التي تحمل الوزن 7.
تُعتبر هذه الخانات مرتكزة على الأساس 2، وتُشبه هذا النظام بالنظام العشري الذي نستخدمه للأعداد. فيما يلي جدول يوضح الأرقام من 1 إلى 10 في النظام العشري وما يقابلها في النظام الثنائي:
| النظام الثنائي | النظام العشري |
| 0001 0000 | 1 |
| 0010 0000 | 2 |
| 0011 0000 | 3 |
| 0100 0000 | 4 |
| 0101 0000 | 5 |
| 0110 0000 | 6 |
| 0111 0000 | 7 |
| 1000 0000 | 8 |
| 1001 0000 | 9 |
| 1010 0000 | 10 |
تتنوع أشكال البيانات التي يتعامل معها الحاسب الآلي. فلا يتم التعامل مع الملفات النصية بنفس الطريقة التي يتم بها التعامل مع الملفات الصوتية، إذ تختلف أساليب تمثيل كل منهما.
أسلوب تمثيل الصور في الحاسوب
تمثل الصور في الحاسوب باستخدام نظام RGB، حيث يتم التعبير عن كل لون من خلال مزيج من ثلاثة ألوان أساسية: الأحمر (R)، الأخضر (G)، والأزرق (B). تتكون الصور من عدد من المربعات الصغيرة (بيكسل)، وعادةً ما تحدد مصفوفة الصفوف والأعمدة دقة الصورة وجودتها. يُخزن لكل بيكسل ثلاث قيم تتراوح من 0 إلى 256.
على سبيل المثال، تعني الصورة بحجم 256X256 أن دقتها تساوي 65,536 بيكسل. ويحدد كل بيكسل شدة الإضاءة.
أسلوب تمثيل الفيديو
يُعرف الفيديو بأنه مجموعة من الصور المتحركة التي تُعرض بتردد معين. يتم ضغط هذه الصور لتقليل حجم الملف وعدد البيكسلات الممثلة لكل صورة، وتعرف هذه العملية باسم “ضغط الفيديو” (video compression). تعتمد هذه العملية على وجود خوارزميات معينة ذات استراتيجيات محددة بناءً على نوع الضغط.
أسلوب تمثيل الصوت
تمثل الملفات الصوتية كإشارة تماثلية، ثم تتحول إلى بيانات رقمية باستخدام تقنية “تنسيق صوتي” (audio coding format). وتتم عادة ضغطها بهدف تقليل حجم الملف وعدد البتات الممثلة له.
أسلوب تمثيل البرامج
تعد البرامج في الحاسوب مجموعة من التعليمات المنظمة التي تُنفذ وظائف معينة. هناك لغات برمجة مختلفة، حيث تحتوي كل لغة على أوامر تعمل على تنفيذ وظائف معينة، تتعامل مع أنواع محددة من البيانات. فبعضها يتعامل مع النصوص والجمل، والبعض الآخر يتعامل مع الأرقام الحقيقية والصحيحة.
لكل لغة برمجة مترجم يقوم بتحويل الأوامر إلى النظام الثنائي، وهو اللغة التي يستطيع الحاسوب فهمها والمعروفة باسم “كود العمليات” (opcode).
أسلوب تمثيل الكلمات والأرقام
تتكون الكلمات من الأحرف، التي تُعد أساس اللغة البشرية. الحاسوب لا يفهم الرموز والأحرف كما يفهمها البشر، لذا يعتمد على نظام “أكواد الـ ASCII” (American Standard Code for Information Interchange)، وهو نظام يخصص لكل حرف رقمًا معينًا يعتمد على العد السداسي عشر (Hexadecimal) المكون من 8 بتات.
يتم تحويل الرموز إلى النظام الثنائي، بحيث يُعالج كل حرف كرقم داخل النظام الثنائي في الحاسوب. يُقابل كل رمز على لوحة المفاتيح رقمًا معينًا وفقًا لنظام ASCII، ما يسهل التعامل معه داخل النظام.
أما بخصوص تمثيل الأعداد، فهو مشابه لتمثيل الكلمات، حيث تُعامل الأرقام بنفس الطريقة التي تُعامل بها الأحرف في الكلمات، ويتم التعبير عنها أيضًا بنظام ASCII.
النظام المستخدم في تمثيل البيانات في الحاسوب
النظام المعتمد في تمثيل البيانات داخل الحاسوب هو النظام الثنائي. يُترجم كل نوع من البيانات في النهاية إلى نظام ثنائي، حيث تتكون الإشارات الكهربائية المعبرة عن فروق الجهد من قيم تتراوح بين 5 فولت أو أكثر لتتحول إلى 1، وأقل من 5 فولت لتحويلها إلى 0 في النظام الثنائي.
في الختام، نجد أن البيانات بمختلف أنواعها – كلمات، أعداد، فيديو، صوت، ونصوص مكتوبة – تُعالج داخل الحاسوب بالنظام الثنائي، ما يسهل على الخبراء في هذا المجال فهمها والتعبير عنها واستخلاص النتائج منها.
