تختلف أساليب تمثيل البيانات على الحاسوب تبعًا لأنواعها المتنوعة، ولكل نوع منها تقنيات محددة بدقة تحولها إلى لغة الحاسوب، والتي هي النظام الثنائي. يهدف هذا المقال إلى توضيح الطرق المختلفة لتمثيل الصور، الكلمات، الأرقام، البرامج، الصوت، والفيديو، بالإضافة إلى تقديم لمحة عن الأنظمة المستخدمة في تمثيل هذه البيانات داخل الحاسوب.

طرق تمثيل البيانات في الحاسوب

تعمل أجهزة الحاسوب بالطاقة الكهربائية، وبذلك يتم التعامل معها كأي جهاز كهربائي آخر. فالتعامل مع الإشارات الكهربائية يتطلب ترجمتها إلى لغة مناسبة لإدارة جميع المكونات. والترميز بلغة الحاسوب يختلف عن اللغة البشرية.

يتمثل عمل الحاسوب في تحويل الإشارات الكهربائية الممثلة بفروقات الجهد الكهربائي إلى نظام يقوم بتحويل هذه الفروقات إلى رموز بواسطة النظام الثنائي، الذي يُعرف بأنه نظام رقمي مكون من خانتين هما (0، 1)، وتسمى كل خانة فيه bit.

يستند هذا النظام إلى الأساس 2، حيث يُرفع إلى قوى معينة ليعطي الوزن المطلوب لتحديد الأعداد في النظام الثنائي. على سبيل المثال، يمكن تمثيل الرقم (1) بالنظام الثنائي كالتالي: 0^2 = 1. وإذا قمنا بتمثيل الرقم باستخدام 8 خانات، والمعروف في علم الكمبيوتر باسم byte، فسيكون الرقم بالشكل (0001 0000)، حيث تحمل الخانة الأولى الوزن 0، والخانة الثانية الوزن 1، وهكذا حتى الخانة الأخيرة التي تحمل الوزن 7.

تتشابه هذه الخانات في النظام الثنائي مع النظام العشري المستخدم في التعبير عن الأرقام. وفيما يلي جدول يبين الأرقام من 1 إلى 10 في النظام العشري وما يقابلها في النظام الثنائي:

تختلف أشكال البيانات التي يتعامل معها الحاسوب؛ فعلى سبيل المثال، يتعامل مع الملفات النصية بطريقة مختلفة تمامًا عن الملفات الصوتية، حيث تختلف آليات تمثيل كل منها.

طريقة تمثيل الصور في الحاسوب

لتمثيل الصور، يعتمد الحاسوب على نظام RGB، حيث يتم تمثيل كل لون كمزيج من ثلاثة ألوان أساسية: الأحمر (R)، الأخضر (G)، والأزرق (B). وتُقسم الصور إلى عدد من النقاط الصغيرة المعروفة بالبيكسلات (pixels) والتي تشكل مصفوفة، يتم تحديد دقة الصورة وجودتها عبر عدد السطور والأعمدة. يتم تخزين ثلاثة قيم لكل بيكسل، تتراوح قيمتها من 0 إلى 256.

على سبيل المثال، إذا كانت الصورة بحجم 256×256، فإن دقتها تعادل 65,536 بيكسل، ويتضمن كل بيكسل مقدار شدة الإضاءة.

طريقة تمثيل الفيديو

يمكن تعريف الفيديو على أنه تسلسل من الصور المتحركة بتردد محدد. يتم ضغط هذه الصور بهدف تقليل حجم الملف وعدد البيكسلات الممثلة لكل صورة، وعملية الضغط تُعرف بـ video compression، وتعتمد على خوارزميات معينة تحتوي على استراتيجيات وضعت وفقًا لنوع الضغط.

طريقة تمثيل الصوت

يمثل الصوت كإشارة تشابهية، ثم تحويله إلى بيانات رقمية باستخدام تنسيق ترميز الصوت (audio coding format). في بعض الحالات، يتم ضغط الملفات الصوتية بهدف تقليل حجمها وعدد البيتات الممثلة.

طريقة تمثيل البرامج

تتكون البرامج على الحاسوب من مجموعة من التعليمات المرتبة لأداء وظيفة معينة. يوجد العديد من لغات البرمجة، حيث تحتوي كل لغة على أوامر تعمل على تنفيذ وظائف محددة، وتعتمد كل واحدة منها على نوع معين من البيانات، منها من يتعامل مع النصوص بينما يتعامل الأخرى مع الأرقام الحقيقية أو الصحيحة.

كل لغة برمجة تتطلب وجود مترجم يقوم بتحويل الأوامر إلى النظام الثنائي، الذي هو اللغة الأساسية التي يفهمها الحاسوب، والمعروفة باسم opcode.

طريقة تمثيل الكلمات والأعداد

تتكون الكلمات من حروف تشكل أساس اللغة البشرية. بينما يفهم الحاسوب الرموز والأحرف بطريقة مشابهة لفهم البشر، يعتمد الحاسوب على نظام ASCII (American Standard Code for Information Interchange)؛ وهو نظام يقدِّم رقمًا معينًا لكل حرف في النظام السداسي عشر (Hexadecimal) المكون من 8 bits.

ثم يتم تحويل هذا الرقم إلى النظام الثنائي، بحيث يتعامل كل حرف كرقم ضمن هذا النظام. كل رمز موجود على لوحة المفاتيح له نظير في نظام ASCII لتسهيل التعامل معه داخل الحاسوب.

أما الأرقام، فتُعامل بطريقة مشابهة للكلمات، حيث يتم التعبير عنها أيضًا بواسطة نظام ASCII.

النظام المستخدم في تمثيل البيانات في الحاسوب

إن النظام الأساسي المستخدم في تمثيل البيانات على الحاسوب هو النظام الثنائي، حيث يتم تحويل جميع أنواع البيانات إلى نظام ثنائي. تتضمن الإشارات الكهربائية الممثلة بفروقات الجهد تحوليها، حيث يتم تمثيل الفولت 5 أو أعلى كـ 1، بينما يمثل أقل من ذلك كـ 0 في النظام الثنائي.

في الختام، يتم التعامل مع أنواع البيانات المختلفة – من كلمات وأرقام وفيديو وصوت ونصوص مكتوبة – بالنظام الثنائي، مما يسهل الأمر على المحترفين في هذا المجال فهمها والتعبير عنها والاستنتاج منها.