المعارف المعلوماتية — الثانوي التأهيلي

ما المعلوميات؟

المعلوميات ليست مرادفًا لاستعمال الحاسوب، ولا لمجرد امتلاك مهارات مكتبية. موضوعها المركزي هو المعالجة الآلية للمعلومة؛ أي تمثيل المعلومات تمثيلًا صوريًا، بناء إجراءات لمعالجتها، ثم تنفيذ هذه الإجراءات بواسطة نظام حاسوبي. من هذا التعريف تتفرع ثلاثة مستويات مترابطة:

• مستوى التمثيل: كيف نمثل الأعداد، النصوص، الصور، السجلات، العلاقات، والكيانات؟
• مستوى المعالجة: كيف نصوغ خوارزمية صحيحة، محددة، قابلة للتنفيذ، وذات كلفة معقولة؟
• مستوى التنفيذ: كيف تتحول الخوارزمية إلى برنامج يعمل فوق بنية مادية ونظام تشغيل وشبكة؟

البعد العلمي والتقني والمجتمعي

في البعد العلمي ندرس الخوارزميات، التمثيلات، البنى، حدود الحل، والكفاءة. في البعد التقني ننتقل إلى أدوات التنفيذ: لغات البرمجة، نظم التشغيل، قواعد البيانات، الشبكات، والبرمجيات. أما البعد المجتمعي فيتصل بالأمن والخصوصية والملكية الفكرية، وأثر الأتمتة، وتنظيم العمل، وإتاحة المعرفة. هذا التثليث مهم لأنه يمنع اختزال المادة في "مهارات زرّية" مرتبطة بنسخة برنامج بعينها.

المفاهيم المؤسسة التي تربط فصول الوحدة

1. المعلومة / البيانات: الشيء الذي نمثله ونخزنه وننقله.
2. الخوارزمية: وصف منتهٍ ودقيق للمعالجة.
3. البنية: تنظيم البيانات بطريقة تخدم العمليات المطلوبة.
4. النظام: بيئة تنفيذ تتفاعل فيها المكونات المادية والبرمجية والشبكية.

الخوارزمية: خصائصها وبنيتها

الخوارزمية (Algorithme) سلسلة محددة من التعليمات تحول مدخلات إلى مخرجات. الخوارزمية الجيدة ينبغي أن تكون واضحة، منتهية، قابلة للتنفيذ، صحيحة بالنسبة إلى مواصفات المسألة، وأن تكون كلفتها الزمنية والذاكرية مناسبة.

الإسناد والتسلسل

التسلسل (enchaînement séquentiel) يعني أن التعليمات تنفذ بترتيبها. الإسناد (affectation) يغير قيمة متغير. يجب التمييز بين "المساواة الرياضية" وبين الإسناد البرمجي: x = x + 1 ليس مساواة منطقية، بل تحديث لقيمة x.

Lire a, b
s ← a + b
Ecrire s

البنية الشرطية

البنية الشرطية تختار مسارًا وفق قيمة منطقية. الصيغ الأساسية: شرط بسيط، شرط ثنائي if/else، وشروط متداخلة أو متعددة الفروع.

Si note >= 10 Alors
    Ecrire "Admis"
Sinon
    Ecrire "Non admis"
FinSi

من الأخطاء المفاهيمية الشائعة: الخلط بين الشرط المركب والتداخل. الشرط المركب يوظف معاملات منطقية مثل AND/OR/NOT، أما التداخل فيضع بنية شرطية داخل فرع بنية أخرى.

التكرار: for / while / do…while

الحلقة ذات العداد مناسبة عندما يكون عدد التكرارات معروفًا أو محكومًا بمجال عددي. الحلقة الشرطية while تفحص الشرط قبل التنفيذ، بينما do…while تضمن تنفيذ الجسم مرة واحدة على الأقل.

Pour i de 1 à n Faire
    somme ← somme + i
FinPour

المفهوم المركزي في تحليل الحلقات هو عدد المرات التي ينفذ فيها الجسم. حلقة واحدة حتى n تقود غالبًا إلى كلفة خطية؛ حلقتان متداخلتان كل منهما حتى n تقودان غالبًا إلى كلفة تربيعية.

الدوال ذات المعاملات

الدالة (fonction paramétrée) وحدة مستقلة تستقبل معاملات وتعيد قيمة أو تحقق أثرًا محددًا. الفائدة ليست فقط تقليل التكرار، بل أيضًا التجريد، التقسيم إلى وحدات، سهولة الاختبار، وإعادة الاستخدام.

Fonction max2(a, b)
    Si a > b Alors
        Retourner a
    Sinon
        Retourner b
    FinSi
FinFonction

يجب فهم الفرق بين المعامل الصوري (paramètre formel) داخل تعريف الدالة والوسيط الفعلي (argument) عند النداء.

العودية

العودية (récursivité) هي أن تستدعي الدالة نفسها لحل نسخة أصغر من المشكلة. لكل عودية سليمة عنصران: حالة توقف تمنع الاستدعاء غير المنتهي، وخطوة عودية تقلص المشكلة وتقترب حتمًا من حالة التوقف.

Fonction factorielle(n)
    Si n <= 1 Alors
        Retourner 1
    Sinon
        Retourner n * factorielle(n - 1)
    FinSi
FinFonction

تنفذ الاستدعاءات العودية عادة فوق مكدس الاستدعاءات call stack. كل استدعاء يحتفظ بسياقه المحلي إلى أن يعود الاستدعاء الأعمق. لذلك قد تؤدي عودية عميقة جدًا إلى تجاوز المكدس.

الاستدلال على صحة الخوارزمية

في المسائل البسيطة يكفي تتبع القيم، لكن الفهم المتين يعتمد ثلاثة أسئلة: هل تتوقف الخوارزمية؟ هل تعطي نتيجة مطابقة للمواصفات؟ هل تعمل لجميع الحالات المقبولة؟ في الحلقات يمكن استعمال فكرة الثابت الحلقي invariant de boucle: خاصية صحيحة قبل وبعد كل دورة، وتساعد في تبرير صحة النتيجة النهائية.

المصفوفات

المصفوفة (tableau) تخزن عناصر من النوع نفسه في مواقع متجاورة منطقيًا، ويتيح الفهرس وصولًا مباشرًا إلى عنصر. الوصول بالرتبة عملية ثابتة تقريبًا O(1)، بينما البحث عن قيمة دون ترتيب مسبق يحتاج في أسوأ الأحوال إلى فحص جميع العناصر O(n).

في المصفوفات ثنائية البعد، يجب ضبط معنى الصف والعمود وترتيب المرور. الحلقتان المتداخلتان على مصفوفة n × m تكلفتهما العامة O(nm).

السلاسل النصية

السلسلة (chaîne de caractères) متتالية محارف. في C هي عادة مصفوفة محارف منتهية بالمحرف الصفري '\0'. عمليات مثل حساب الطول، المقارنة، النسخ والبحث تستند إلى المرور على المحارف ما لم تتوفر بنية أو معلومة مسبقة تختصر ذلك.

السجلات

السجل (enregistrement / record) يجمع حقولًا قد تكون من أنواع مختلفة تحت كيان واحد: مثل طالب له رقم واسم ومعدل. في C يمثل عادة بـ struct.

struct Etudiant {
    int id;
    char nom[50];
    float moyenne;
};

الملفات

الملف (fichier) تخزين دائم للبيانات خارج الذاكرة الرئيسية. يجب التمييز بين ملف نصي يفسر البيانات كمحارف، وملف ثنائي يحفظ تمثيلًا خامًا أو منظمًا للبايتات. المسار العام: فتح ← قراءة/كتابة ← فحص الأخطاء ← إغلاق.

التعقيد الزمني: خطي وتربيعي

التعقيد لا يقيس الزمن بالثواني، بل نمو عدد العمليات مع حجم المدخل. في التوصيف ورد صراحة التعقيد الخطي والتربيعي.

عند المقارنة بين خوارزميتين نهتم خصوصًا بسلوكهما عندما تكبر المدخلات، ونهمل الثوابت والحدود الأقل رتبة في ترميز Big-O.

البحث الخطي والبحث الثنائي

البحث الخطي يفحص العناصر تباعًا؛ يعمل في بيانات غير مرتبة وكلفته في أسوأ حالة O(n). البحث الثنائي يحتاج إلى ترتيب مسبق، ويقسم مجال البحث إلى نصفين في كل خطوة، ولذلك كلفته O(log n). رغم أن توصيف الاختبار يذكر الخطية والتربيعية صراحة، فإن فهم البحث الثنائي ضروري للتمييز بين خوارزميات البحث.

خوارزميات الفرز الأساسية

الفرز بالاختيار (Selection Sort)

في كل دورة نبحث عن أصغر عنصر في الجزء غير المرتب ونضعه في موضعه. الكلفة الزمنية المعتادة O(n²).

الفرز بالإدراج (Insertion Sort)

نبني جزءًا مرتبًا تدريجيًا، وندرج كل عنصر في مكانه. أسوأ حالة O(n²)، لكنه قد يكون جيدًا في بيانات صغيرة أو شبه مرتبة.

الفرز بالتبادل/الفقاعات (Bubble Sort)

تُقارن العناصر المتجاورة وتبدل إذا كان ترتيبها خاطئًا. بسيط تعليميًا لكنه غالبًا غير كفء: O(n²).

لماذا البنى الدينامية؟

البنية الساكنة تحدد حجمها غالبًا مسبقًا أو تتطلب إعادة تخصيص مكلفة. البنى الدينامية تُبنى أثناء التنفيذ بواسطة تخصيص الذاكرة ومؤشرات الربط، وتسمح بالإضافة والحذف دون تحريك جميع العناصر. الثمن هو تعقيد إدارة المؤشرات والذاكرة.

المكدس Stack

المكدس يعمل بمبدأ LIFO: آخر داخل أول خارج. العمليات القياسية: push للإضافة، pop للحذف والإرجاع، peek/top لقراءة القمة. إذا نفذت البنية جيدًا تكون هذه العمليات O(1). من تطبيقاته: مكدس الاستدعاءات، التراجع، تقييم التعابير.

الطابور Queue

الطابور يعمل بمبدأ FIFO: أول داخل أول خارج. العمليات الأساسية: enqueue في الخلف وdequeue من الأمام. يستعمل في جدولة الطلبات، الطباعة، شبكات الاتصال، وخوارزمية BFS.

القائمة المرتبطة

القائمة الأحادية تتكون من عقد، كل عقدة تحمل قيمة ومؤشرًا إلى التالية. الإدراج في البداية O(1)، أما الوصول إلى العنصر ذي الرتبة k فيتطلب المرور من الرأس O(k). الحذف يحتاج الانتباه إلى وصل العقدة السابقة بالتالية وتحرير الذاكرة إن كانت مخصصة ديناميًا.

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
} Node;

في القائمة المزدوجة توجد وصلتان: السابقة والتالية، ما يسهل الحركة والحذف في الاتجاهين على حساب ذاكرة إضافية.

الأشجار الثنائية

الشجرة بنية هرمية من عقد وروابط. في الشجرة الثنائية لكل عقدة ابنان على الأكثر: يسار ويمين. مصطلحات أساسية: الجذر، الورقة، الأب، الابن، العمق، الارتفاع، الشجرة الفرعية.

في شجرة البحث الثنائية BST تكون قيم الفرع الأيسر أصغر عادة من قيمة العقدة، واليمنى أكبر. البحث والإدراج والحذف قد تكون O(log n) إذا كانت الشجرة متوازنة، لكنها قد تنحدر إلى O(n) إذا أصبحت سلسلة.

طرق المرور

• Preorder: الجذر ← اليسار ← اليمين.
• Inorder: اليسار ← الجذر ← اليمين؛ يعطي ترتيبًا تصاعديًا في BST.
• Postorder: اليسار ← اليمين ← الجذر.

الرسوم البيانية Graphs

الرسم البياني يتكون من رؤوس vertices وحواف edges. قد يكون موجهًا أو غير موجه، موزونًا أو غير موزون. من المفاهيم: الدرجة، المسار، الدورة، الاتصال.

مصفوفة المجاورة

نستعمل جدولًا n×n؛ الخانة A[i][j] تشير إلى وجود الحافة أو وزنها. ميزة: اختبار وجود حافة سريع O(1). عيب: ذاكرة O(n²) حتى لو كان الرسم قليل الحواف.

قوائم المجاورة والمؤشرات

لكل رأس قائمة بجيرانه، عادة بعقد ومؤشرات. الذاكرة تصبح أقرب إلى O(V+E)، وهي أنسب للرسوم المتناثرة. هذا هو المقصود عمليًا في التوصيف بتمثيل الرسوم بواسطة الجداول والمؤشرات.

BFS وDFS

البحث بالعرض BFS يستعمل طابورًا ويزور المستويات تدريجيًا. البحث بالعمق DFS يستعمل مكدسًا صريحًا أو العودية. فهم العلاقة بين الخوارزمية وبنية البيانات المستخدمة نقطة أساسية: BFS ↔ Queue، DFS ↔ Stack/Recursion.

نموذج C

C لغة مترجمة، إجرائية، قريبة نسبيًا من الذاكرة، وتمنح تحكمًا مباشرًا في المؤشرات والملفات. البرنامج يبدأ عادة من main، ويُبنى من تعليمات ودوال وأنواع بيانات.

الأنواع والمتغيرات والمعاملات

الأنواع الأساسية: char، int، float، double. المعاملات الحسابية والمنطقية والمقارنة لها أسبقية؛ لذلك الأقواس ضرورية عندما قد يلتبس ترتيب التقييم.

الدوال وتمرير المعاملات

في C تمرر القيم افتراضيًا بالقيمة. لتعديل متغير لدى المستدعي نمرر عنوانه بمؤشر.

void incrementer(int *x) {
    (*x)++;
}

int main(void) {
    int a = 5;
    incrementer(&a);
    return 0;
}

المصفوفات والمؤشرات

اسم المصفوفة يتحول في أغلب التعبيرات إلى مؤشر إلى أول عنصر. التعبير t[i] يكافئ مفاهيميًا *(t + i). لكن المصفوفة ليست "مؤشرًا قابلًا لإعادة الإسناد"؛ يجب التمييز بين الهوية التخزينية للمصفوفة وبين متغير المؤشر.

السلاسل في C

السلسلة هي مصفوفة char منتهية بـ \0. دوال شائعة في string.h: strlen، strcpy، strcmp، strcat. من الأخطاء الخطيرة: تجاوز حدود المصفوفة، نسيان مساحة المحرف الصفري، أو النسخ إلى مساحة غير كافية.

الذاكرة الدينامية

الدوال الأساسية: malloc، calloc، realloc، free. كل تخصيص ناجح يجب أن تكون له استراتيجية تحرير واضحة لتجنب تسرب الذاكرة. كما يجب فحص قيمة المؤشر بعد malloc.

الملفات في C

يُمثل الملف بمؤشر FILE*. فتح الملف عبر fopen بأوضاع مثل "r"، "w"، "a"، ويمكن إضافة b للثنائي. القراءة/الكتابة النصية: fprintf، fscanf، fgets. الثنائية: fread وfwrite.

أخطاء دلالية يجب تمييزها

• Compilation error: مخالفة تركيبية أو نوعية تمنع بناء البرنامج.
• Runtime error: مشكلة تحدث أثناء التنفيذ مثل وصول غير صالح للذاكرة.
• Logical error: البرنامج يعمل لكنه يعطي نتيجة خاطئة.

الفكرة المركزية

البرمجة الكائنية Object-Oriented Programming تنظم البرنامج حول كائنات تجمع حالة state وسلوكًا behavior. الصنف class مخطط، والكائن object نسخة منه.

التغليف Encapsulation

التغليف يفصل التمثيل الداخلي عن الواجهة العامة. نحمي الحقول ونمرر الوصول إليها عبر طرائق تتحقق من الشروط. في Java/C++ تتحكم محددات الوصول مثل private وpublic وprotected في الرؤية.

الباني Constructor

الباني يُستعمل لتهيئة الكائن عند إنشائه، ويساعد على ضمان أن الكائن يبدأ في حالة صحيحة. في C++ يوجد أيضًا مفهوم الهادم destructor لتحرير الموارد المرتبطة بعمر الكائن.

الوراثة Inheritance

الوراثة تمثل علاقة is-a: صنف متخصص يشتق من صنف عام. لا ينبغي استعمالها لمجرد إعادة الاستخدام إذا لم توجد علاقة مفهومية سليمة؛ أحيانًا يكون التركيب composition أنسب.

تعدد الأشكال Polymorphism

يسمح بالتعامل مع كائنات من أصناف مختلفة عبر واجهة مشتركة، مع تنفيذ السلوك المناسب وقت التشغيل. في Java يرتبط ذلك بالـ method overriding والمراجع من النوع الأب/الواجهة. في C++ يرتبط عادة بالدوال الافتراضية virtual.

Overloading مقابل Overriding

Java وC++: فروق مفاهيمية نافعة

• Java تدير الذاكرة تلقائيًا عبر Garbage Collector؛ C++ يسمح بإدارة يدوية/RAII.
• Java لا تدعم الوراثة المتعددة للأصناف لكنها تدعم تعدد الواجهات؛ C++ يسمح بوراثة متعددة.
• المؤشرات الخام مركزية في C++ أكثر من Java.
• كلاهما يدعم التجريد، التغليف، الوراثة، وتعدد الأشكال.

كيف يعمل الويب؟

الويب منظومة موارد تُعرّف بعناوين URL، وتُنقل أساسًا عبر HTTP/HTTPS. عند إدخال عنوان، يترجم DNS اسم النطاق إلى عنوان IP؛ ينشئ العميل اتصالًا بالخادم، ويرسل طلب HTTP، ثم يستقبل استجابة تحمل رمز حالة ورؤوسًا ومحتوى.

HTTP: الطلب والاستجابة

طرق شائعة: GET لجلب مورد، POST لإرسال بيانات/إنشاء معالجة، PUT للتحديث الكامل في سياقات API، وDELETE للحذف. رموز الحالة تقسم إلى فئات: 2xx نجاح، 3xx إعادة توجيه، 4xx خطأ من جهة العميل، 5xx خطأ من جهة الخادم.

HTTPS هو HTTP فوق قناة مؤمنة بـ TLS، ويوفر تشفيرًا وسلامة للبيانات ومصادقة للخادم عبر الشهادات الرقمية.

HTML: بنية الوثيقة

HTML يصف البنية الدلالية للمحتوى: عناوين، فقرات، روابط، صور، جداول، نماذج. الأفضل استعمال عناصر دلالية مثل header، nav، main، section، article بدل جعل كل شيء div.

<form method="post" action="/login.php">
  <label>Email</label>
  <input type="email" name="email" required>
  <button type="submit">Connexion</button>
</form>

CSS: العرض ونموذج الصندوق

CSS تفصل العرض عن المحتوى. كل عنصر ينظر إليه ضمن نموذج الصندوق: content → padding → border → margin. مفاهيم أساسية: المحددات، الوراثة، التتالي، النوعية specificity، Flexbox، Grid، والاستجابة لأحجام الشاشات.

JavaScript: السلوك في المتصفح

JavaScript تتعامل مع DOM، الأحداث، التحقق من المدخلات، والطلبات غير المتزامنة. الـ DOM تمثيل شجري للصفحة؛ تعديل عقده يغير ما يراه المستخدم دون إعادة تحميل كاملة.

const btn = document.querySelector("#btn");
btn.addEventListener("click", () => {
  document.querySelector("#msg").textContent = "Bonjour";
});

PHP: التنفيذ على الخادم

PHP تنفذ على الخادم؛ لا يصل الكود نفسه إلى المتصفح، بل نتيجة التنفيذ. تعالج بيانات النماذج عبر $_GET و$_POST، وتتعامل مع الجلسات وقواعد البيانات. ينبغي دائمًا التحقق من المدخلات ومعالجتها بأمان.

PHP وMySQL والأمن الأساسي

عند إرسال قيم المستخدم إلى SQL يجب تفادي بناء الاستعلام بالوصل النصي المباشر، لأن ذلك يفتح باب SQL Injection. القاعدة الصحيحة هي استعمال prepared statements. كما يجب ترميز المخرجات عند إدراج بيانات المستخدم في HTML للحد من XSS.

Cookies وSessions

HTTP عديم الحالة في الأصل. ملفات الارتباط cookies تخزن معلومات صغيرة لدى العميل، أما الجلسة session فتحفظ الحالة غالبًا على الخادم ويربطها العميل بمعرف جلسة. من المهم تمييز موقع التخزين ومستوى الحساسية.

من الكيان إلى الجدول

قاعدة البيانات مجموعة منظمة من البيانات تديرها منظومة SGBD/DBMS. في النمذجة المفاهيمية: الكيان شيء نريد تخزين معلومات عنه، السمة خاصية، العلاقة/الارتباط صلة بين كيانات.

المفاتيح والقيود

• Primary Key: يعرّف كل صف تعريفًا فريدًا ولا يقبل التكرار.
• Foreign Key: يربط جدولًا بجدول آخر ويحافظ على التكامل المرجعي.
• UNIQUE: يمنع التكرار في عمود/مجموعة أعمدة.
• NOT NULL: يفرض وجود قيمة.
• CHECK: يفرض شرطًا منطقيًا على القيم إذا كان النظام يدعمه.

إنشاء الجداول

CREATE TABLE Etudiant (
    id INT PRIMARY KEY,
    nom VARCHAR(80) NOT NULL,
    classe_id INT,
    moyenne DECIMAL(4,2),
    FOREIGN KEY (classe_id) REFERENCES Classe(id)
);

CRUD وSELECT

العمليات الأساسية: INSERT للإضافة، SELECT للقراءة، UPDATE للتعديل، DELETE للحذف.

SELECT nom, moyenne
FROM Etudiant
WHERE moyenne >= 10
ORDER BY moyenne DESC;

الترشيح يتم بـ WHERE، الترتيب بـ ORDER BY، التجميع بـ GROUP BY، وترشيح المجموعات بـ HAVING.

الدوال التجميعية

الدوال COUNT، SUM، AVG، MIN، MAX تعمل على مجموعات صفوف. قاعدة مهمة: WHERE يرشح الصفوف قبل التجميع، بينما HAVING يرشح المجموعات بعده.

الربط Joins

INNER JOIN يعيد الصفوف التي تحقق شرط الربط في الطرفين. LEFT JOIN يحتفظ بكل صفوف الجدول الأيسر حتى لو لم يوجد مطابق في الأيمن، مع قيم NULL عند غياب المطابقة.

SELECT e.nom, c.libelle
FROM Etudiant e
JOIN Classe c ON e.classe_id = c.id;

التكامل والمعاملات

المعاملة transaction مجموعة عمليات يجب أن تعامل كوحدة. المبادئ الشهيرة ACID: الذرية، الاتساق، العزل، الاستمرارية. رغم أنها ليست منصوصًا عليها حرفيًا في التوصيف، فهي توضح لماذا لا تُفهم قواعد البيانات كمجرد جداول وSQL بل كنظام يحمي الاتساق.

نظام المعلومات

نظام المعلومات ليس البرنامج وحده. إنه تنظيم يضم أشخاصًا، إجراءات، بيانات، موارد مادية وبرمجية، وقواعد تشغيل؛ هدفه جمع المعلومات ومعالجتها وتخزينها وتوزيعها لدعم نشاط المؤسسة وقراراتها.

حالات الاستخدام Use Case

مخطط حالات الاستخدام يجيب: من يتفاعل مع النظام؟ وما الخدمة التي يطلبها؟ العناصر: الممثل Actor، حالة الاستخدام، وحدود النظام، وعلاقات مثل include وextend والتعميم. لا يصف المخطط تفاصيل الخوارزمية الداخلية.

مخطط الأصناف Class Diagram

يمثل البنية الساكنة: أصناف، خصائص، عمليات، وعلاقات.

• Association: ارتباط عام بين كائنات.
• Aggregation: علاقة جزء/كل ضعيفة؛ الجزء يمكن أن يعيش مستقلًا.
• Composition: علاقة جزء/كل قوية؛ عمر الجزء مرتبط بالكل.
• Inheritance/Generalization: تخصص صنف من صنف أكثر عمومية.

التعددية multiplicity مثل 1، 0..1، *، 1..* تحدد عدد الكائنات المرتبطة.

مخطط التسلسل Sequence Diagram

يصف التفاعل الزمني بين كائنات/فاعلين عبر رسائل مرتبة من الأعلى إلى الأسفل. يفيد في تفصيل سيناريو حالة استخدام: من يبدأ الطلب، من يستدعي من، ومتى يرجع الجواب. هو مخطط ديناميكي، بخلاف مخطط الأصناف ذي الطبيعة البنيوية.

تدبير المشروع المعلوماتي

أي مشروع معلوماتي يمر عادة عبر: تحديد الحاجة → التحليل → التصميم → الإنجاز → الاختبار → النشر → الصيانة. في المقاربة الشلالية تكون المراحل أكثر تسلسلاً؛ في المقاربات الرشيقة تُقسم القيمة إلى دورات قصيرة مع تغذية راجعة مستمرة.

عناصر التدبير

• النطاق scope: ما الذي سيدخل في المشروع وما الذي لن يدخل؟
• الزمن: تقدير المهام والتبعيات والآجال.
• الموارد والتكلفة.
• المخاطر: احتمال × أثر، مع خطط استجابة.
• الجودة: معايير القبول والاختبار.
• إدارة الإصدارات والتغيير والتوثيق.

في مشروع برمجي، التوثيق، التحكم في النسخ، الاختبارات، وقابلية الصيانة ليست ملحقات؛ بل عناصر في جودة المنتج وسلامة التطوير.

دور نظام التشغيل

نظام التشغيل طبقة وسيطة تدير الموارد وتوفر خدمات للبرامج. وظائفه المحورية في التوصيف: إدارة العمليات، الذاكرة، الملفات، والإدخال/الإخراج.

العمليات Processes

البرنامج ملف ساكن، أما العملية فهي برنامج قيد التنفيذ مع حالة وذاكرة وسياق. حالات مبسطة: جديد، جاهز، قيد التنفيذ، انتظار/محجوب، منتهٍ. يقرر المجدول أي عملية تستعمل المعالج.

خوارزميات جدولة شائعة

• FCFS: أول داخل أول مخدوم؛ بسيط وقد يسبب انتظارًا طويلًا.
• SJF: الأقصر أولًا؛ جيد لمتوسط الانتظار لكنه يحتاج تقدير زمن التنفيذ.
• Round Robin: شرائح زمنية؛ مناسب للأنظمة التفاعلية.

التزامن ومشكلة السباق

عندما تشترك عمليات/خيوط في مورد يمكن أن تحدث race condition. تستعمل آليات مثل mutex وsemaphore لتنظيم الدخول إلى المقاطع الحرجة.

إدارة الذاكرة

نظام التشغيل يعطي كل عملية فضاءً منطقيًا ويحميها من العمليات الأخرى. في paging تقسم الذاكرة إلى صفحات/إطارات ثابتة الحجم، وتترجم العناوين الافتراضية إلى فيزيائية عبر جداول الصفحات. الذاكرة الافتراضية تسمح باستعمال القرص كامتداد أبطأ للذاكرة الرئيسية.

Page fault يحدث عندما تحتاج العملية إلى صفحة غير موجودة حاليًا في RAM؛ عندها يجب جلبها من التخزين.

نظام الملفات

يوفر أسماء وملفات ومجلدات وأذونات وبيانات وصفية. المسار قد يكون مطلقًا أو نسبيًا. الأذونات في Unix/Linux تقرأ غالبًا كثلاثيات: قراءة r، كتابة w، تنفيذ x للمستخدم والمجموعة والآخرين.

الإدخال/الإخراج

الأجهزة الطرفية أبطأ بكثير من CPU؛ لذلك يستعمل النظام المقاطعات، التخزين المؤقت، وبرامج القيادة drivers. المقاطعة تسمح للجهاز بإشعار المعالج بحدث بدل أن يبقى المعالج يفحصه باستمرار.

أوامر Linux الشائعة

أوامر Windows CMD الشائعة

LAN / MAN / WAN

• LAN: شبكة محلية ضمن مساحة محدودة كمدرسة أو مؤسسة.
• MAN: نطاق حضري/مدينة، بين LAN وWAN.
• WAN: نطاق جغرافي واسع؛ الإنترنت أكبر مثال عملي.

التصنيف يتعلق أساسًا بالامتداد ونموذج الربط والإدارة، لا بنوع بروتوكول واحد بعينه.

نموذج OSI

نموذج TCP/IP

يُبسط عادة إلى أربع طبقات: Application، Transport، Internet، Network Access. OSI نموذج مرجعي سباعي، بينما TCP/IP عائلة بروتوكولات عملية بني عليها الإنترنت. المهم ليس حفظ المطابقة حرفيًا، بل معرفة وظيفة كل مستوى ومكان البروتوكولات.

TCP مقابل UDP

TCP اتصالي، موثوق، مرتب، ويستعمل آليات تأكيد وإعادة إرسال وتحكم في التدفق. UDP غير اتصالي وأخف، ولا يضمن التسليم أو الترتيب، ويفيد في حالات تفضل السرعة أو تتحمل الفقد.

IPv4 والعنوان والقناع

IPv4 عنوان 32 بت يكتب أربع مجموعات عشرية. القناع subnet mask يحدد أي البتات للشبكة وأيها للمضيف. الترميز /24 يعني أن 24 بت للشبكة و8 بت للمضيف.

الشبكات الفرعية Subnetting

إن أخذ بتات من جزء المضيف يزيد عدد الشبكات الفرعية ويقلل عدد المضيفين في كل شبكة. القدرة على تحويل القناع بين الصيغة CIDR والثنائية والعشرية مهمة لفهم مسائل العنونة والتوجيه.

ARP وDHCP وDNS وNAT

• ARP: ربط عنوان IPv4 المحلي بعنوان MAC.
• DHCP: توزيع إعدادات الشبكة آليًا كـ IP والقناع والبوابة وDNS.
• DNS: تحويل أسماء النطاقات إلى عناوين IP وبيانات أخرى.
• NAT: ترجمة العناوين، ويستعمل كثيرًا لربط شبكة خاصة بالإنترنت عبر عنوان/عناوين عامة.

التوجيه Routing

الموجه يختار القفزة التالية وفق جدول التوجيه. القاعدة الأساسية: البحث عن أفضل مسار مطابق، وعند تساوي الأنماط يفضل أطول بادئة مطابقة longest prefix match. يمكن أن تكون المسارات ثابتة أو تتعلم عبر بروتوكولات توجيه ديناميكية.

البوابة الافتراضية تستخدم عندما لا يملك المضيف مسارًا محليًا أدق للوجهة.

النموذج الوظيفي

يتكون النظام ذي المعالج الدقيق من: المعالج، الذاكرة المركزية، وحدات الإدخال/الإخراج، والحافلات. تتبادل هذه الوحدات البيانات والعناوين وإشارات التحكم.

المعالج CPU

المعالج يضم عادة:

• ALU: العمليات الحسابية والمنطقية.
• Control Unit: فك التعليمات وتنسيق التنفيذ.
• Registers: ذاكرة صغيرة وسريعة جدًا داخل المعالج.

دورة التعليمة المبسطة: Fetch → Decode → Execute. يُجلب الأمر من الذاكرة، يفك ترميزه، ثم تنفذ العملية وتُحدّث الحالة.

السجلات المهمة

سجل عداد البرنامج PC يشير إلى التعليمة التالية؛ سجل التعليمة IR يحمل التعليمة الجاري فكها؛ وتوجد سجلات عامة ومؤشرات ومكدس بحسب المعمارية.

الذاكرة المركزية والتدرج الهرمي

كلما اقتربت الذاكرة من المعالج زادت سرعتها عادة وقل حجمها: Registers → Cache → RAM → Storage. الذاكرة المخبئية تستغل مبدأي المحلية الزمنية والمكانية لتقليل زمن الوصول المتوسط.

الحافلات Buses

• Data bus: يحمل البيانات.
• Address bus: يحدد الموقع/الجهاز المقصود.
• Control bus: يحمل إشارات مثل قراءة/كتابة ومقاطعات وتزامن.

اتساع حافلة العنوان يرتبط بعدد المواقع الممكن عنونتها؛ اتساع حافلة البيانات يؤثر في كمية البيانات المنقولة في عملية واحدة.

الإدخال/الإخراج والمقاطعات

قد يتعامل المعالج مع جهاز عبر منافذ أو عناوين ذاكرية مخصصة. المقاطعة تجعل الجهاز يطلب خدمة من المعالج عند حدث. أما DMA فيسمح لبعض الأجهزة بنقل كتل بيانات مع تدخل أقل من CPU.

معالجة النصوص المتقدمة

المستوى المتقدم لا يعني تغيير الخط والحجم فقط، بل بناء وثيقة منظمة قابلة للصيانة. مفاهيم رئيسية: الأنماط styles، العناوين الهرمية، المقاطع sections، الرؤوس والتذييلات، ترقيم الصفحات، الجداول، الصور، الإحالات، الفهرس الآلي، والتعليقات/تعقب التغييرات.

ميزة الأنماط أنها تفصل المعنى البنيوي عن التنسيق اليدوي؛ فإذا غُيّر نمط عنوان تتغير جميع العناوين المرتبطة به.

الدمج البريدي Mail Merge

يربط قالب وثيقة بمصدر بيانات لتوليد نسخ شخصية عديدة: شهادات، استدعاءات، مراسلات. المكونات: المستند الرئيسي، مصدر البيانات، حقول الدمج، ثم المعاينة/التوليد.

الجداول الحسابية

الخلية قد تحمل قيمة أو صيغة. المراجع: نسبية A1، مطلقة $A$1، أو مختلطة. عند نسخ الصيغة تتغير المراجع النسبية وتثبت المطلقة.

وظائف محورية

SUM، AVERAGE، MIN، MAX، COUNT، IF، وعمليات البحث مثل VLOOKUP/XLOOKUP بحسب البرنامج. كما تعد الجداول المحورية Pivot Tables أداة تلخيص وتحليل دينامي للبيانات.

التحقق من صحة البيانات، التنسيق الشرطي، الفرز والترشيح، الرسوم، وحماية الخلايا تدخل في الاستعمال المتقدم.

العروض التقديمية

المستوى المتقدم يشمل: القالب والنسق، الشريحة الرئيسية Slide Master، التخطيط المتسق، إدراج الرسوم والوسائط، ضبط الانتقالات والحركات دون إفراط، والتمييز بين محتوى الشريحة وملاحظات المقدم.

SGBD ضمن البرمجيات المكتبية

عند استعمال برنامج مكتبي لقواعد البيانات، تبقى المفاهيم نفسها: جداول، حقول، أنواع، مفاتيح، علاقات، استعلامات، نماذج وتقارير. النموذج واجهة إدخال/عرض؛ التقرير مخرج منسق؛ والاستعلام أداة لاستخراج/تحويل البيانات.

خدمات الإنترنت

الخدمات تشمل الويب، البريد الإلكتروني، نقل الملفات، التخزين السحابي، المؤتمرات، البحث، والتعاون. ينبغي تمييز الإنترنت كبنية شبكية عالمية عن الويب كخدمة تعمل فوقها.

البريد الإلكتروني: بنية الخدمة

SMTP يستعمل لإرسال البريد بين العملاء/الخوادم أو بين الخوادم. IMAP يتيح مزامنة الصندوق مع الخادم، بينما POP3 يميل إلى نموذج تنزيل الرسائل. الويب ميل ليس بروتوكولًا بريديًا مستقلًا؛ هو واجهة ويب للوصول إلى خدمة البريد.

سلسلة إنتاج المحتوى

التوصيف يحدد خمس أفكار مترابطة: الاكتساب → المونتاج → التحرير الرقمي → الترميز → النشر. يجب فهم كل مرحلة لا حفظ أسماء برامج.

اكتساب الصورة

الصورة النقطية شبكة بكسلات. جودتها تتأثر بالأبعاد البكسلية، عمق اللون، جودة المستشعر/المسح، والضغط. الدقة الطباعية PPI/DPI تختلف عن مجرد عدد البكسلات، ويجب عدم الخلط بينها.

نماذج اللون

RGB نموذج ضوئي إضافي للشاشات؛ CMYK نموذج طرحي للطباعة. تغيير فضاء اللون قد يغير المجال اللوني الممكن تمثيله، لذلك يجب اختيار النموذج وفق وسيط النشر.

صيغ الصور والضغط

• JPEG: ضغط فقدي، مناسب غالبًا للصور الفوتوغرافية.
• PNG: ضغط غير فقدي ودعم للشفافية.
• GIF: لوحة ألوان محدودة ودعم للحركة البسيطة.
• SVG: متجهي، مناسب للرسوم والأيقونات وقابل للتكبير دون بكسلة.

الصوت الرقمي

تحويل الصوت إلى رقمي يعتمد على معدل أخذ العينات وعمق البت وعدد القنوات. معدل عينات أعلى يسمح بتمثيل ترددات أعلى ضمن حدود نظرية أخذ العينات، وعمق بت أكبر يزيد دقة مستويات السعة.

WAV قد يخزن صوتًا غير مضغوط أو PCM؛ MP3/AAC أمثلة على ترميز ضياعي لتقليل الحجم.

الفيديو: إطار، معدل، دقة

الفيديو سلسلة إطارات مع صوت غالبًا. خصائصه: دقة الإطار، معدل الإطارات FPS، معدل البت bitrate، الترميز، والحاوية. معدل بت أعلى لا يعني جودة أعلى دائمًا إذا كانت الخوارزمية أو المصدر مختلفين، لكنه عادة يرتبط بحجم أكبر ضمن نفس شروط الترميز.

Codec مقابل Container

Codec يحدد كيف تضغط/تفك بيانات الفيديو أو الصوت مثل H.264/H.265. Container يجمع المسارات والبيانات الوصفية مثل MP4/MKV. ملف MP4 ليس "خوارزمية ضغط" في حد ذاته؛ يمكن أن يحمل مسارات مرمزة بترميزات مختلفة.

المونتاج والتحرير

التحرير غير الخطي يعتمد خطًا زمنيًا، مسارات، قصًا، انتقالات، مؤثرات، مزج صوت، ومعالجة لون. المبدأ الجيد: احتفظ بنسخة أصلية، اعمل على مشروع قابل للتعديل، ثم صدّر نسخة نهائية وفق وسيط النشر.

الترميز والنشر

عند التصدير نختار: الدقة، معدل الإطارات، codec، معدل البت، إعدادات الصوت والحاوية. النشر للويب يوازن بين الجودة والحجم وسرعة التحميل والتوافق. كما يجب مراعاة حقوق الاستخدام والخصوصية وإمكانية الوصول.

أقوى طريقة لتثبيت هذه المادة ليست دراسة الفصول كجزر. لنأخذ مثال تطبيق ويب لإدارة نتائج المتعلمين:

1. الخوارزميات: حساب المعدلات، الفرز، البحث، التحقق من القيم.
2. بنى المعطيات: مصفوفات/قوائم أثناء المعالجة، وأشجار/رسوم إذا كانت العلاقات معقدة.
3. البرمجة: C يوضح المنطق المهيكل والذاكرة، بينما Java/C++ يوضحان التصميم الكائني.
4. الويب: HTML/CSS/JS للواجهة، PHP للمعالجة الخادمية، HTTP للاتصال.
5. قواعد البيانات: جداول الطلبة والمواد والنقط، مفاتيح وعلاقات واستعلامات.
6. UML: توصيف الفاعلين والسيناريوهات والأصناف والتفاعلات قبل التنفيذ.
7. نظام التشغيل: يدير العمليات والذاكرة والملفات التي يعتمد عليها الخادم.
8. الشبكة: IP، DNS، TCP، التوجيه تنقل الطلب من العميل إلى الخادم.
9. المعمارية: CPU والذاكرة والحافلات تنفذ في النهاية كل تعليمات البرنامج.
10. المكتبيات والوسائط: تستعمل في تقارير الإدارة، عرض النتائج، وإنتاج المحتوى المصاحب.

أولًا: المرجع الرسمي المؤسس

Ministère de l'Éducation Nationale — Direction des Curricula. Programme et Instructions Officielles pour l'Enseignement de l'Informatique aux Troncs Communs, septembre 2005, 34 p.

• Scribd — IO Tronc Commun

ثانيًا: توصيف الاختبار المعتمد في المطابقة

المركز الوطني للامتحانات المدرسية وتقييم التعلمات. توصيف المجالات المضمونة للاختبارات الكتابية لمباريات ولوج سلك تأهيل أطر التدريس بالمراكز الجهوية لمهن التربية والتكوين — تخصص المعلوميات — دورة نونبر 2025.

ثالثًا: الدراسات المغربية التحليلية

• Ouahbi, I.; Darhmaoui, H.; Kaddari, F.; Bemmouna, A. (2019). "Computer Science Program in Moroccan Secondary Schools: Curricula Analysis." International Journal of Modern Education and Computer Science, 11(3), 10–15. DOI: 10.5815/ijmecs.2019.03.02. صفحة المقال
• Oumad, M.; El Youssefi, A.; Haddi, A. (2023). Attitudes des enseignantes et des enseignants de l'informatique envers le curriculum actuel et futur pour l'enseignement de la discipline au cycle secondaire marocain. Rapport d'étude, janvier 2023. نسخة القراءة
• Ouahbi, I.; Darhmaoui, H.; Kaddari, F.; Bemmouna, A.; Elachqar, A.; Lahmine, S. (2015). "Un aperçu sur l'enseignement de l'informatique au Maroc : Nécessité d'une réforme des curricula." Frantice.net, n°11, 51–66. نسخة فهرسة AUF/APPRENDRE

ملاحظات حول استعمال المراجع

• تستعمل وثيقة 2005 لتحديد المنطلقات الرسمية وهوية المادة ومفاهيمها الأساسية.
• تستعمل دراسة 2019 لإثبات استمرار اعتماد تعليمات 2005 كمرجع للتأهيلي، وتشخيص الحاجة إلى إصلاح المحتوى والمنهجية.
• تستعمل دراسة 2023 باعتبارها أحدث مادة ميدانية حول المنهاج المغربي، وبخاصة لكونها شملت 619 مدرسًا/مدرسة من مختلف الجهات، منهم 383 بالتأهيلي.
• توصيف 2025 هو المرجع الوحيد في هذه الوحدة لتحديد الأوزان والمجالات الامتحانية الحديثة.