النظام الثنائي Binary System

 ما هو النظام الثنائي Binary ؟ وكيف تستخدمه أجهزة الكمبيوتر ؟

عندما يسمع الناس لأول مرة عن النظام الثنائي قد يتخيلون سلاسل طويلة من الأصفار والواحدات لا يفهمها إلا المبرمجون. لكن في الحقيقة النظام الثنائي هو ببساطة “نظام عددي” تمامًا مثل النظام العشري الذي نستخدمه كل يوم. والفرق الأساسي هو أن النظام الثنائي يستخدم رقمين فقط: (0 و1).

يُعد النظام الثنائي (Binary System) مهمًا جدًا في عالم الحوسبة حيث إن الأجهزة الإلكترونية تستطيع تمثيل المعلومات باستخدام حالتين مختلفتين مثل وجود إشارة كهربائية أو عدم وجودها. ولذلك أصبح استخدام 0 و1 طريقة مناسبة لتمثيل المعلومات داخل الأنظمة الرقمية.

ما هو النظام الثنائي

 يحتوي النظام العشري (Decimal System) على عشرة أرقام من 0 إلى 9 ولذلك يُسمى “نظام الأساس 10” (base 10). أما النظام الثنائي (Binary System) فيحتوي على رقمين فقط هما 0 و1 ولذلك يُسمى “نظام الأساس 2” (base 2).

مثال : يمكن كتابة الرقم العشري 10 في النظام الثنائي بهذا الشكل: “1010”

وكل خانة في الرقم الثنائي تمثل أسًّا من أسس الرقم 2:

                       0          1          0          1

                       (0×2⁰) + (1×2¹) + (0×2²) + (1×2³)

و هذا يساوي:  0 + 2 + 0 + 8 = 10

وتُستخدم الفكرة نفسها مع الأرقام الثنائية الأكبر، رغم أن عدد الخانات قد يصبح كبيرًا جدًا.

لماذا تستخدم أجهزة الكمبيوتر 0 و1

تتكون أجهزة الكمبيوتر من مكونات إلكترونية يمكنها التعامل مع حالات كهربائية مختلفة و ببساطة يمكن تمثيل إحدى هذه الحالات بالرقم 0 وتمثيل الحالة الأخرى بالرقم 1.

وهذا لا يعني أن الكمبيوتر يحتوي حرفيًا على أرقام "0" و"1" مكتوبة بداخله، وإنما تستخدم الدوائر الرقمية حالات فيزيائية مختلفة لتمثيل هذه القيم.

ويُعد هذا النظام مفيدًا لأن الدوائر الإلكترونية (Electric Circuits) تستطيع التمييز بين مستويات مختلفة من الإشارات بشكل موثوق. وتحتوي أجهزة الكمبيوتر الحديثة على أعداد هائلة من المكونات الإلكترونية الصغيرة التي تعمل معًا لمعالجة هذه الحالات الثنائية.

ما هو الـ Bit؟

ال “Bit” هو أصغر وحدة أساسية للمعلومات الثنائية. ويمكن أن تكون قيمة ال Bit واحدة من قيمتين فقط:

 0 أو 1

وعندما يتم جمع عدة Bits معًا يمكنها تمثيل كمية أكبر بكثير من المعلومات. فعلى سبيل المثال يتكون الByte الواحد من 8 Bits.

وباستخدام 8 Bits يمكن الحصول على 256 تركيبة مختلفة مما يسمح بتمثيل القيم من 0 إلى 255 عند استخدام هذه الBits لتمثيل أرقام غير سالبة.

وتُستخدم الBits والBytes في جميع أنحاء عالم الحوسبة بما في ذلك الذاكرة والملفات والصور والبيانات التي يتم إرسالها عبر الشبكات.

 هل يستخدم النظام الثنائي (Binary System) للأرقام فقط؟

لا. يمكن استخدام النظام الثنائي (Binaty System) لتمثيل أشياء أكثر بكثير من مجرد الأرقام.

يمكن لأجهزة الكمبيوتر استخدام البيانات الثنائية لتمثيل النصوص والصور والأصوات والبرامج والعديد من أنواع المعلومات الأخرى فعلى سبيل المثال يمكن تحويل النصوص إلى أكواد رقمية ثم تمثيل هذه الأكواد باستخدام النظام الثنائي (Binary System).

وهذا أحد الأسباب التي تجعل أجهزة الكمبيوتر قادرة على تخزين ومعالجة أنواع مختلفة جدًا من المعلومات باستخدام نفس النظام الأساسي.

 النظام الثنائي والبرمجة

عادةً لا يكتب المبرمجون كل شيء باستخدام النظام الثنائي مباشرةً. فاللغات البرمجية الحديثة تسمح لهم بكتابة التعليمات بطريقة أسهل بكثير على الإنسان في قراءتها.

لغات مثل Python و C++ و JavaScript صُممت لتكون أسهل في القراءة والفهم بالنسبة للإنسان. ثم تقوم الأدوات البرمجية بترجمة هذه التعليمات أو تفسيرها حتى يتمكن الكمبيوتر في النهاية من تنفيذها من خلال مكوناته الإلكترونية.

وهذا يعني أنه على الرغم من أن معظم المبرمجين لا يتعاملون مباشرةً مع سلاسل طويلة من الأرقام الثنائية فإن النظام الثنائي يظل جزءًا أساسيًا من طريقة عمل أجهزة الكمبيوتر الرقمية.

 النظام الثنائي والعشري والسداسي عشري

النظام الثنائي ليس نظام الأعداد الوحيد المستخدم في عالم الحوسبة.

فالنظام  “العشري” (Decimal System) يستخدم عشرة أرقام من 0 إلى 9 بينما يستخدم النظام “الثنائي” (Binary System) رقمين فقط من 0 إلى 1. أما النظام “السداسي عشري” (Hexadecimal System) فيستخدم ستة عشر رمزًا وهي الأرقام من 0 إلى 9 بالإضافة إلى الحروف من A إلى F.

ويُعد النظام السداسي عشري (Hexadecimal System) مفيدًا بشكل خاص لأنه يستطيع تمثيل الأرقام الثنائية بطريقة أقصر بكثير فعلى سبيل المثال يمكن كتابة الرقم الثنائي “1010” على شكل “A” في النظام السداسي عشري.

وفهم هذه الأنظمة العددية يجعل من السهل معرفة كيفية تخزين أجهزة الكمبيوتر للمعلومات ومعالجتها وتمثيلها.

الخلاصة

قد يبدو النظام الثنائي (Binary System) معقدًا في البداية لكن فكرته الأساسية بسيطة بشكل مدهش فهو نظام عددي يعتمد على رقمين فقط وهما 0 و1 .

ويمكن استخدام هاتين القيمتين لتمثيل حالات فيزيائية داخل الدوائر الإلكترونية كما يمكن لمجموعات الBits أن تمثل الأرقام والنصوص والصور والبرامج وغير ذلك الكثير.

لذلك، وعلى الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر الحديثة شديدة التعقيد فإن واحدة من أهم الأنظمة الأساسية التي تعتمد عليها يمكن التعبير عنها باستخدام رمزين فقط:

“ 0 و1 ”