Computer Science Launchpad Sequence

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Problem Analysis - Example 1 | تحليل المشكلة - المثال الأول

تطبيق عملي على صياغة المدخلات والمخرجات والمعادلات الحسابية لجمع عددين

Slide 05 / 28

PROBLEM

اكتب برنامجاً لحساب وطباعة مجموع عددين يدخلهما المستخدم.

📥 INPUT (المدخلات)

• • First number (x1) ➔ Value entered by user
• • Second number (x2) ➔ Value entered by user

📤 OUTPUT (المخرجات والنتائج)

• Summation variable (sum)

⚙️ PROCESSING (المعالجة والمعادلة)

Summation = first + second ➔ sum = x1 + x2

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Problem Analysis - Example 2 | تحليل المشكلة - المثال الثاني

تحليل معطيات ومعادلات حساب المتوسط الحسابي لثلاثة أرقام مدخلة

Slide 06 / 28

PROBLEM

اكتب برنامجاً يقوم بحساب وطباعة المتوسط الحسابي لثلاثة أعداد مدخلة من المستخدم.

📥 INPUT (المدخلات والمستقبلات)

• • 1st number (x1) ➔ Value entered by user
• • 2nd number (x2) ➔ Value entered by user
• • 3rd number (x3) ➔ Value entered by user

📤 OUTPUT (النتائج المتوقعة)

• Average variable (avg)

⚙️ PROCESSING (المعادلة الحسابية)

Average = (first + second + third) / 3 ➔ avg = (x1 + x2 + x3) / 3

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Problem Analysis - Example 3 | تحليل المشكلة - المثال الثالث

تفكيك مسألة حساب حجم المكعب ومجموع مساحات أوجهه الرياضية

Slide 07 / 28

PROBLEM

اكتب برنامجاً يقوم بحساب وطباعة حجم المكعب ومجموع مساحات أوجهه الجانبية بناءً على طول الضلع.

📥 INPUT (المدخلات)

• Side length (L)

📤 OUTPUT (المخرجات المتعددة)

• • Volume (V)
• • Surface Area (A)

⚙️ PROCESSING (المعالجة والعمليات)

• • Volume = side * side * side ➔ V = L * L * L
• • Surface Area = (side * side) * 6 ➔ A = (L * L) * 6

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4. Solution Design | هيكلية تصميم وتأطير الحل البرمجي

العلاقة المتبادلة بين التحليل والخوارزمية وكيفية تجسيدها في شبه الكود والمخططات

Slide 08 / 28

1. Problem Definition تعريف وتأطير المسألة

2. Problem Analysis تحليل العلاقات والمدخلات

3. Solution Design تصميم الحل وصياغة الخوارزمية

DEVELOP

ALGORITHM The Two Main Ways: الطريقتان الأساسيتان لتجسيد الخوارزميات

Pseudo Code شبه الكود البرمجي المكتوب

Flowchart خرائط ومخططات التدفق البصرية

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.1 Solution Design - Basic Steps | المكونات التشغيلية الثلاثة لأي حل

المسار المنطقي للمعلومة داخل خوارزميات المعالجة الرقمية

Slide 09 / 28

1

Read All Inputs

قراءة وتخزين جميع المدخلات

استقبال البيانات الأولية وحجز متغيرات مخصصة لها في الذاكرة.

2

Calculate Operations

تنفيذ وحساب العمليات والمعادلات

إجراء المعالجة المطلوبة وحقن النتائج الرياضية في متغيرات وسيطة.

3

Print the Output

عرض وطباعة المخرج النهائي

تقديم النتائج البرمجية للمستخدم وعرضها بوضوح تام على الشاشة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.1 Solution Design - Algorithm | ما هي الخوارزمية البرمجية؟

التعريف التقني والمنطقي للخوارزمية البرمجية ودورها الفعال في الأنظمة

Slide 10 / 28

DEFINITION

An Algorithm is a Plan

الخوارزمية هي خطة عمل مبدئية، ومجموعة متسلسلة ومنظمة من التعليمات التفصيلية خطوة بخطوة، تصمم خصيصاً لحل مسألة معينة بكفاءة.

CORE ATTRIBUTES

المواصفات المطلوبة في الخوارزمية

• • متسلسلة منطقياً وزمنياً ولا لبس فيها.
• • محدودة ومنتهية ولها بداية ونهاية محددة.
• • مستقلة تماماً عن لغة البرمجة التي ستكتب بها لاحقاً.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.1 Solution Design - Pseudo Code | ما هو شبه الكود البرمجي؟

شرح أبعاد واستخدامات شبه الكود البرمجي لتجسيد وتأطير المنطق

Slide 11 / 28

شبه كود غير رسمي (Informal Language)

لغة وصفية غير رسمية تشبه كثيراً لغة البشر اليومية لتسهيل القراءة والمراجعة.

لا يعتبر لغة برمجة فعلية

لا يخضع لقواعد الترجمة النحوية الصارمة ولا يمكن تشغيله وتنفيذه مباشرة على معالجات الحواسب.

يساعد المبرمجين على التفكير والتخطيط

يقدم دليلاً تخطيطياً ممتازاً قبل البدء بكتابة الكود الفعلي بلغات الجافا أو السي بلس بلس.

لا يعمل على الحاسب مباشرة

هو مجرد صياغة ورقية لتنظيم تفكير المبرمج قبل تحويله للغات التشغيل الحقيقية.

يتضمن المدخلات والمعادلات والنتائج

يجب صياغته ليشمل جميع مراحل القراءة والمعالجة الحسابية والطباعة للمخرجات.

سهل التحويل لجميع لغات البرمجة

تتم ترجمته وصياغته بسهولة فائقة للغات برمجية متنوعة كـ Pascal, Java, C++.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.2 Solution Design - Pseudo Code | شبه الكود - المثال الأول لجمع عددين

استعراض الخطوات التفصيلية لشبه الكود البرمجي لحساب مجموع متغيرين

Slide 12 / 28

Step 1. Start the program | بدء البرنامج

Step 2. Read first number and save it in variable N1 | قراءة العدد الأول وحفظه

Step 3. Read second number and save it in variable N2 | قراءة العدد الثاني وحفظه

Step 4. Add both numbers and save the result in Sum ➔ Sum = N1 + N2

Step 5. Print the result (Sum) | طباعة المتغير الإجمالي

Step 6. End the program | إنهاء تشغيل البرنامج

Step 2, 3 INPUT مدخلات

Step 4 PROCESSING المعالجة

Step 5 OUTPUT مخرجات

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.2 Solution Design - Pseudo Code | شبه الكود - المثال الثاني لحساب المتوسط

صياغة خطوات شبه الكود البرمجي لحساب المتوسط الحسابي لثلاثة أرقام

Slide 13 / 28

1. Start the program

2. Read first number and save in variable (num1)

3. Read second number and save in variable (num2)

4. Read third number and save in variable (num3)

5. Add numbers and save in (sum) ➔ sum = num1 + num2 + num3

6. Divide sum by 3 and save in (avg) ➔ avg = sum / 3

7. Print the result (avg)

8. End the program

Step 2, 3, 4 INPUT

Step 5, 6 PROCESSING

Step 7 OUTPUT

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.2 Solution Design - Pseudo Code | شبه الكود - المثال الثالث للمكعب

هيكلية شبه الكود البرمجي لحساب حجم المكعب ومجموع مساحات أوجهه المتعددة

Slide 14 / 28

1. Start the program

2. Read length of side and save in variable (L)

3. Calculate volume and store in (V) ➔ V = L * L * L

4. Calculate surfaces' areas and store in (S) ➔ S = 6 * L * L

5. Print output1: variable (Volume)

6. Print output2: variable (Surface)

7. End the program

Step 2 INPUT

Step 3, 4 PROCESSING

Step 5, 6 OUTPUT

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Solution Design - Flowchart | ما هي مخططات سير العمليات؟

تعريف وأهمية ومزايا التجسيد البصري والرسومي للخوارزميات والرموز

Slide 15 / 28

Graphical Representation of Algorithm

تمثيل رسومي بصري للخوارزمية

مخطط التدفق هو التجسيد البصري والرسومي المباشر الذي يحول الأكواد والخطوات الجافة لرموز بصرية واضحة ومعالجة.

Illustrates in More Detail

توضيح دقيق وتفصيلي للمسار

يساهم المخطط في رسم وتوضيح أدق مسارات الكود وحالاته الشرطية، مما يجعله قريباً جداً من صياغة الكود الفعلي لاحقاً.

Language Independent

مستقل عن لغة البرمجة

تتميز كل من الخوارزميات والخرائط التدفقية بالاستقلالية المطلقة عن لغة البرمجة المستعملة في بناء النظام.

Standard Graphic Symbols

رموز قياسية ومعايير رسومية موحدة

يستخدم مخطط التدفق رموزاً ومعايير عالمية موحدة للتفاهم بين المهندسين والمبرمجين للتعبير عن الإدخال والتشغيل.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Symbols | الرموز القياسية لخرائط التدفق البرمجي - الجزء الأول

الدليل والقاموس المعياري للأشكال والرموز البرمجية المعتمدة عالمياً

Slide 16 / 28

Start / End

البداية والنهاية

يستخدم لتحديد نقطة انطلاق البرنامج ونهاية مساره التشغيلي.

Read / Print

الإدخال والإخراج (I/O)

متوازي الأضلاع يعبر عن قراءة المدخلات وطباعة النتائج.

x = 5

عمليات الإسناد والتخصيص

المستطيل يعبر عن إعطاء قيم أولية للمتغيرات (Assignment).

N2 = n1 + 3

العمليات الحسابية والمعالجة

المستطيل يعبر أيضاً عن المعالجة الرياضية وحل المعادلات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Symbols (Cont.) | الرموز القياسية لخرائط التدفق البرمجي - الجزء الثاني

أشكال القرارات، أسهم التوجيه، التعليقات البرمجية والربط الفني

Slide 17 / 28

n1 > 3

اتخاذ القرار والشرط

المعين يمثل اتخاذ القرارات وحالات الشروط (True / False).

أسهم التوجيه والاتصال

الأسهم تربط وترسم مسار تدفق الأوامر البرمجية خطوة بخطوة.

1

نقاط التوصيل الفرعية

تُستخدم لربط المسارات المتباعدة في الصفحات المتعددة.

// my name

التعليقات والملاحظات

أجزاء مهملة من المترجم لكتابة شروحات إضافية للكود.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Example 1 | مخطط سير العمليات لجمع عددين

بناء رسومي لمخطط تدفق عملية حساب مجموع المتغيرات

Slide 18 / 28

Start

Read n1, n2

Sum = n1 + n2

Print Sum

End

FLOWCHART LOGIC

يقوم المخطط بتمثيل البرنامج بشكل متسلسل: البداية ثم استقبال المتغير n1 ثم n2 من لوحة المفاتيح، وبعدها معالجة وجمع العددين وتخزينهما في Sum، وأخيراً عرض المجموع للمستخدم.

💡 ملاحظة برمجية: يجب أن تمتلك المتغيرات والمدخلات في كود المصدر أسماء مختلفة تماماً لتفادي التداخل في الذاكرة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Example 2 | مخطط سير العمليات للمتوسط الحسابي

التمثيل الرسومي المتسلسل لحساب المتوسط الحسابي لثلاثة مدخلات متباينة

Slide 19 / 28

Start

Read x1, x2, x3

R = x1 + x2 + x3

Avr = R / 3

1

AVERAGE COMPUTATION

نقوم بجمع المتغيرات الثلاثة أولاً وتخزينها في متغير وسيط يسمى R، ثم نقسم المتغير R على 3 ونحفظ النتيجة في المتغير النهائي Avr، وأخيراً نربط مع نقطة التوصيل 1 لنعرض النتيجة في الشريحة التالية.

⚠️ قاعدة برمجية صارمة: يجب أن تحتوي المتغيرات الموجودة في الجانب الأيمن من أي معادلة حسابية على قيم محددة مسبقاً في الذاكرة لتجنب أخطاء التشغيل.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Example 2 (Cont.) | تابع المثال الثاني لحساب المتوسط

تكملة المخطط التوصيلي واستعراض النتائج والطباعة للمستخدم

Slide 20 / 28

1

Print Avr

End

CONTINUATION PATHWAY

يرتبط هذا الجزء بالشريحة السابقة مباشرة عن طريق نقطة التوصيل الدائرية 1، حيث يكمل مسار التدفق لطباعة المتغير Avr الحاضر مسبقاً في الذاكرة ثم إنهاء تشغيل البرنامج بنجاح.

📌 قاعدة ذهبية: كل المتغيرات والنتائج المراد طباعتها للمستخدم يجب أن تمتلك قيماً فعلية تم حسابها وإسنادها مسبقاً في الذاكرة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Example 2 Simplified | مخطط سير العمليات المبسط للمتوسط

كيف نختصر ونبسط خطوات المخطط البرمجي لتقليل المساحة والجهد؟

Slide 21 / 28

Start

Read x1, x2, x3

Avr = (x1 + x2 + x3) / 3

Print Avr

End

SIMPLIFIED ADVANTAGES

طريقة رائعة ومختصرة لخرائط التدفق، حيث قمنا بدمج مرحلتي الجمع والقسمة في خطوة مستطيل واحد مباشر: Avr = (x1+x2+x3)/3، مما اختصر مساحة الرسم وسهل القراءة السريعة.

💡 ميزة للمهندس: يقلل هذا التبسيط البصري فرصة الوقوع في تعقيدات الأسهم ونقاط التوصيل الفرعية المزعجة بالملفات الكبيرة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Flowchart Example 3 | مخطط سير العمليات لحساب المكعب الأنيق

الربط الرسومي المتكامل لحساب حجم ومساحة المكعب من مدخل واحد

Slide 22 / 28

Start

Read L

V = L * L * L

S = 6 * L * L

Print V, S

End

MULTIPLE OUTPUT PROCESSING

يعبر المخطط عن استقبال طول الضلع L، ثم حساب حجم المكعب وتخزينه بـ V، ومجموع مساحات أوجهه الجانبية بـ S، ثم يقوم بطباعة النتيجتين معاً للمستخدم قبل إنهاء تشغيل البرنامج بنجاح.

💡 ملحوظة رياضية: المكعب يمتلك 6 أوجه متطابقة المساحة، وصيغة مساحة الوجه الواحد هي الضلع في نفسه، لذلك ضربنا الناتج بـ 6 لحساب مجموع أوجه المكعب كاملة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. More Examples - Example 4 | خوارزمية حساب الضريبة الشرطية

تحليل مسألة حساب الضريبة على الرواتب بناءً على شرط مالي محدد

Slide 23 / 28

CONDITION PROBLEM

اكتب برنامجاً لحساب الضريبة على رواتب الموظفين: إذا كان الراتب أقل من 5,000 ريال تكون الضريبة 10%؛ وإلا تكون الضريبة 8%.

📥 INPUT (المدخلات والمستقبلات)

• Employer's salary (salary)

📤 OUTPUT (النتائج المتوقعة)

• Required tax (tax)

⚙️ PROCESSING (المعالجة الشرطية)

• • إذا كان salary < 5000 تكون الضريبة tax = salary * 0.1
• • إذا كان salary >= 5000 تكون الضريبة tax = salary * 0.08

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. More Examples - Example 4 | مخطط سير العمليات لحساب الضريبة الشرطية

التمثيل الرسومي والشرطي بالمعين والأسهم لعمليات اتخاذ القرار في الرواتب

Slide 24 / 28

Start

Read salary

tax = salary * 0.1

True (Yes)

Salary < 5000?

False (No)

tax = salary * 0.08

Print tax

End

DECISION TREE RULES

يوضح المعين البرمجي اتخاذ القرار: إذا تحقق الشرط وتجاوز الراتب الحدود المحددة، ينتقل مسار التحكم لحساب الضريبة عبر مسار True (اليسار)، وإذا كان الراتب مساوياً أو أكبر من 5,000 ريال، يتجه لمسار False (اليمين).

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. More Examples - Example 5 | خوارزمية حساب القيمة المطلقة

صياغة خوارزمية تحديد القيمة المطلقة للمتغيرات وإهمال الإشارات السالبة

Slide 25 / 28

ABSOLUTE PROBLEM

اكتب برنامجاً يقوم بقراءة عدد x وطباعة القيمة المطلقة له (|x|).

📥 INPUT (المدخلات والمستقبلات)

• A number (x)

📤 OUTPUT (النتائج المتوقعة)

• Absolute value of x (|x|)

⚙️ PROCESSING (المعالجة والتحقق)

• • إذا كان x >= 0 لا تفعل شيئاً (القيمة موجبة أصلاً).
• • إذا كان x < 0 قم بضرب x في -1 ➔ x = x * -1.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. More Examples - Example 5 | مخطط سير العمليات للقيمة المطلقة

تخطيط رسومي متكامل للتحقق من قيم الإشارات والتحويل لنتائج موجبة

Slide 26 / 28

Start

Read x

x = x * -1

True (Yes)

x < 0?

False (No)

Do Nothing

Print x

End

ABSOLUTE VALUE LOGIC

يوضح المخطط كيفية فحص المتغير: إذا كان x سالباً (x < 0) يتجه لضرب القيمة بـ -1 لتحويلها لموجبة، وإلا يمرر القيمة مباشرة للطباعة دون تعديل.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Self-Check Exercises (1) | تمارين التقييم الذاتي - الجزء الأول

تحديات تطبيقية لاختبار قدرتك على صياغة الخوارزميات وخرائط التدفق

Slide 27 / 28

Challenge 1

تحويل درجة الحرارة من مئوية (°C) إلى فهرنهايت (°F).

تحديد المدخلات والمخرجات والمعالجة المناسبة بدقة.

Challenge 2

حساب عدد الثواني في عدد معين من الدقائق والساعات.

كيف نربط الدقائق بالثواني برمجياً؟ صغ المعادلة.

Challenge 3

تحديد حالة نجاح أو رسوب الطالب بناءً على درجته.

استعن بالمعين الشرطي لصياغة القرار المناسب.

Challenge 4

إضافة نفس الرقم إلى نفسه لعدد n من المرات.

التخطيط لاستخدام الحلقات التكرارية والربط الخوارزمي.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Self-Check Exercises (2) | تمارين التقييم الذاتي - الجزء الثاني (اكتشاف الأخطاء)

تحدي اكتشاف الأخطاء في خرائط التدفق لتفادي مشاكل الذاكرة والتسلسل

Slide 28 / 28

FC 1 (Flawed)

Start

Product = x1 * x2

Read x1, x2

الخطأ: الحساب قبل قراءة المدخلات!

FC 2 (Flawed)

Start

Read n1, n2

Sum = n1 + n2

Print n1

الخطأ: طباعة n1 بدلاً من Sum!

FC 3 (Flawed)

Start

Read n1, n2

Diff = n1 - n2

Print Sum

الخطأ: طباعة متغير غير موجود (Sum)!

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Examples of Goals / Targets: أمثلة على الأهداف والمستهدفات البرمجية

طباعة مجموع عددين Target: sum

حساب وطباعة متوسط ثلاثة أعداد Target: average (avg)

حساب حجم المكعب ومجموع مساحات أسطحه Target: volume & surface area

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Problem Analysis | تحليل المشكلة - مثال 1

حساب وطباعة مجموع عددين برمجياً بالتفصيل

Slide 05 / 28

Write a program that prints the sum of two numbers

اكتب برنامجاً لطباعة مجموع عددين.

INPUT (المدخلات) العدد الأول والعدد الثاني

1st number (x1) ➔ Entered by user

2nd number (x2) ➔ Entered by user

OUTPUT (المخرجات) مجموع العددين

The summation (sum)

PROCESSING (المعالجة) معادلة الجمع الحسابية

sum = x1 + x2

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Problem Analysis | تحليل المشكلة - مثال 2

حساب وطباعة متوسط ثلاثة أعداد مدخلة من قبل المستخدم

Slide 06 / 28

Write a program that prints the average of three numbers

اكتب برنامجاً لحساب وطباعة المتوسط الحسابي لثلاثة أعداد.

INPUT (المدخلات) الثلاثة أعداد التي يدخلها المستخدم

1st (x1), 2nd (x2), 3rd (x3) ➔ Entered by user

OUTPUT (المخرجات) متوسط الأعداد

The average (avg)

PROCESSING (المعالجة) معادلة المتوسط الحسابي

avg = (x1 + x2 + x3) / 3

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Problem Analysis | تحليل المشكلة - مثال 3

حساب وطباعة حجم ومساحة سطح المكعب برمجياً

Slide 07 / 28

Write a program that prints the volume of a cube and the sum of its surfaces' areas

اكتب برنامجاً لطباعة حجم المكعب ومجموع مساحات أسطحه الستة.

INPUT (المدخلات) طول ضلع المكعب

Side length (L)

OUTPUT (المخرجات) الحجم ومساحة الأسطح

Volume (V) & Surface Area (A)

PROCESSING (المعالجة) المعادلات الهندسية للمكعب

V = L * L * L

A = (L * L) * 6

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4. Solution Design | بنية تصميم وهيكلة الحل

الترابط الفعلي بين التحديد، التحليل، وتصميم الخوارزمية

Slide 08 / 28

تصميم الحل لأي مشكلة يتم عن طريق صياغة وكتابة الخوارزمية (Algorithm).

وهناك طريقتان رئيسيتان وموحدتان لتمثيل وتوضيح الخوارزميات عالمياً: • شبه الرمز / كود شبه برمي (Pseudo code) • المخطط الانسيابي (Flowchart)

Solution Representation Hierarchy

Problem Definition

Problem Analysis

Solution Design

Pseudo Code (شبه الرمز اللغوي)

Flowchart (المخطط الانسيابي البصري)

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.1 Solution Design - Basic Steps | الخطوات الأساسية الثلاث لتنفيذ الكود

المسار اللانهائي لكل عملية حوسبة من البداية للنهاية

Slide 09 / 28

Read all inputs

قراءة وتلقي جميع المدخلات

استقبال البيانات الضرورية وحفظها في الذاكرة باسم متغيرات واضحة.

Calculate operations

إجراء ومعالجة العمليات

تنفيذ المعادلات الرياضية والمنطقية اللازمة للحل تدريجياً.

Print the output

طباعة وعرض النتائج

إخراج وعرض النتيجة المستهدفة النهائية للمستخدم عبر الشاشة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.1 Solution Design - Algorithm | ماهية وتعريف الخوارزميات

المفهوم الأساسي والتاريخي للخوارزميات كخطوات مرتبة لحل أي مشكلة

Slide 10 / 28

Algorithm Definition

"An algorithm is a plan, a set of step-by-step instructions to resolve a problem."

الخوارزمية هي عبارة عن خطة مرتبة، تصف بدقة متسلسلة مجموعة من التعليمات والخطوات المتعاقبة لحل مشكلة معينة بنجاح.

💡 أصل الكلمة التاريخي:

يعود مصطلح خوارزمية (Algorithm) إلى العالم المسلم الشهير أبو جعفر محمد بن موسى الخوارزمي، مؤسس علم الجبر والمساهم الرئيسي في استخدام النظام العشري البرمجي الحديث.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.1 Solution Design - Pseudo Code | كود شبه برمي / شبه الرمز

اللغة التفاهمية الوسيطة بين صرامة الآلة ولغة الإنسان اليومية

Slide 11 / 28

لغة غير رسمية شبيهة بلغة البشر

تعتمد على كلمات إنجليزية مبسطة لصياغة الحل دون التقيد بصرامة النحو البرمجي.

لا تعتبر لغة برمجة فعلية ولا تعمل على الكمبيوتر

هي مجرد خطة تصميم لغوية ورقية، وتعتبر خطوة استباقية قبل فتح محرر الأكواد.

تساعد المبرمج وتضم خطوات واضحة للحل

تحتوي على معلومات كافية تحدد كافة المدخلات والمخرجات والمعادلات الحسابية اللازمة.

سهلة التحويل لأي لغة برمجة حقيقية

يمكن تحويلها في دقائق إلى لغات برمجية شهيرة مثل Java, C++, Pascal, Python.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.2 Solution Design - Pseudo Code | مثال 1: حساب مجموع عددين

تطبيق شبه الرمز لجمع وحساب متغيرين وتعيين قيمتهما

Slide 12 / 28

pseudo_code_example1.txt LINE-BY-LINE DESIGN

// Step-by-step logic

1. Start the program

2. Read the first number and save it in the variable N1 ➔ INPUT

3. Read the second number and save it in the variable N2 ➔ INPUT

4. Add both numbers and save the result in Sum ➔ PROCESSING

Sum = N1 + N2

5. Print the result (Sum) ➔ OUTPUT

6. End the program

Concept

تم تفكيك المسألة لجمع عددين برسم ست خطوات لغوية بديهية يسهل على المبرمج برمجتها لاحقاً بأي لغة برمجة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.2 Solution Design - Pseudo Code | مثال 2: متوسط ثلاثة أعداد

تصميم كود شبه برمي لحساب المتوسط الرياضي لثلاث قيم ومشاركتها في المتغيرات

Slide 13 / 28

average_calculation.txt

1. Start the program

2. Read first number and save in variable (num1) ➔ INPUT

3. Read second number and save in variable (num2) ➔ INPUT

4. Read third number and save in variable (num3) ➔ INPUT

5. Add three numbers and save in (sum) ➔ PROCESSING

sum = num1 + num2 + num3

6. Divide (sum) by 3 and save in (avg) ➔ PROCESSING

avg = sum / 3

7. Print result (avg) ➔ OUTPUT

8. End program

تلاحظ هنا أن عملية المعالجة انقسمت لخطوتين منفصلتين لتبسيط وحل المشكلة (جمع الأعداد ثم قسمتها على عددها 3).

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.2 Solution Design - Pseudo Code | مثال 3: حجم ومساحة المكعب

تصميم وتفكيك الكود شبه البرمي لحساب معايير المكعب الهندسية

Slide 14 / 28

cube_logic.txt

1. Start the program

2. Read length of side and save in variable (L) ➔ INPUT

3. Calculate volume and save in variable (V) ➔ PROCESSING

V = L * L * L

4. Calculate sum of surfaces' areas and store in (S) ➔ PROCESSING

S = 6 * L * L

5. Print output1: the variable ( Volume ) ➔ OUTPUT

6. Print output2: the variable ( Surface ) ➔ OUTPUT

7. End the program

تتميز هذه المسألة بوجود مخرجين نهائيين منفصلين (V) و (S) تمت طباعتهما وعرضهما بشكل تتابعي في نهاية الكود.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Solution Design - Flowchart | المخططات الانسيابية وأهميتها

التمثيل البصري للحل والخطوات البرمجية باستخدام الأشكال الهندسية القياسية

Slide 15 / 28

Graphical Representation

المخطط الانسيابي هو عبارة عن تمثيل رسومي وبصري شامل للخوارزمية، يهدف لتسهيل مراجعتها وفهمها بلمحة بصر.

Detailed Illustration

يقوم بتوضيح الخوارزمية البرمجية التي تم تطويرها مسبقاً بمزيد من التفاصيل الدقيقة والمخططات الفرعية.

Code Closeness

هذه التفاصيل الرسومية تقرب الخوارزمية لتصبح ملاصقة وقريبة جداً لشكل الكود الفعلي المطبق بأي لغة برمجة.

Platform & Language Independent

المخططات الانسيابية مستقلة تماماً وموحدة لجميع لغات البرمجة، وتستخدم رموزاً هندسية متعارف عليها عالمياً.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4.3 Solution Design - Flowchart Symbols | الرموز الهندسية القياسية للمخططات

لكل شكل هندسي دلالة ومعنى قياسي يلتزم به المبرمجون كافة

Slide 16 / 28

Symbol / الشكل الرسومي

Name / اسم الرمز

Description & Usage / الوظيفة والاستخدام بالتفصيل

Start / End

Start / End terminal

يمثل البداية الفعلية أو النهاية الحتمية للبرنامج الإجمالي.

Read / Print

Input / Output

يستخدم لقراءة المدخلات (Read) أو طباعة وعرض المخرجات (Print).

x = 5

Process / Action

يمثل إجراء العمليات الحسابية أو تخصيص وتعيين القيم للمتغيرات.

n1 > 3

Decision / Branching

اتخاذ القرار واختبار الشروط (مثال: نعم/لا) لتفريع مسار البرنامج.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 1 | مخطط انسيابي لجمع عددين

رسم وتمثيل خوارزمية الإضافة الحسابية لمتغيرين منفصلين بالرموز

Slide 17 / 28

Start

Read n1

Read n2

Sum = n1 + n2

Print Sum

End

Important Notice

يجب أن تحمل المتغيرات (Variables) في الخوارزمية أسماءً مختلفة تماماً لتفادي تداخل البيانات في الذاكرة (مثال: نستخدم n1 و n2).

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 2 - Part 1 | مخطط متوسط ثلاثة أعداد - الجزء الأول

التمثيل المفصل خطوة بخطوة لمسألة حساب المتوسط باستخدام نقاط الوصل

Slide 18 / 28

Start

Read x1

Read x2

Read x3

R = x1 + x2 + x3

Avr = R / 3

1

Connector Points

عندما لا تسع صفحة المخطط الانسيابي كتابته كاملاً، نستخدم نقاط الوصل (Connector Points) الدائرية المرقمة للربط والتدفق اللانهائي للصفحة التالية.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 2 - Part 2 | مخطط متوسط ثلاثة أعداد - الجزء الثاني

تكملة تدفق المخطط الانسيابي من النقطة المرجعية الأولى

Slide 19 / 28

1

Print Avr

End

Important Rules

• يجب أن تكون كافة المتغيرات المكتوبة في الجانب الأيمن من أي معادلة حسابية تحمل قيماً مخزنة مسبقاً (تمت قراءتها أو حسابها مسبقاً). • كذلك، المتغيرات المراد طباعتها وعرضها (مثل Avr) يجب أن تكون قد حسبت وحملت قيمة حقيقية في مسار المخطط المتقدم.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 2 (Cont.) | المخطط الانسيابي المبسط لحساب المتوسط

كيف نختصر الخطوات في مخطط واحد بدون الحاجة لنقاط الوصل المتعددة؟

Slide 20 / 28

Start

Read x1, x2, x3

Avr = (x1 + x2 + x3) / 3

Print Avr

End

Optimization

يمكن اختصار المخطط بشكل ممتاز عن طريق قراءة المتغيرات الثلاثة في شكل هندسي واحد (Read x1, x2, x3)، وحساب المعادلة الإجمالية مباشرة لتقليص مساحة التدفق.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 3 | مخطط حساب حجم ومساحة المكعب

بناء التدفق البرمجي المتعدد المخرجات هندسياً للمكعب

Slide 21 / 28

Start

Read L

V = L * L * L

S = 6 * L * L

Print V

Print S

End

يوضح هذا المخطط المتسلسل كيف تتدفق البيانات لإنتاج مساحتين منفصلتين للمخرجات (V) و (S) وطباعتهما تباعاً قبل إنهاء تشغيل البرنامج البرمجي.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. More Examples - Example 4 | حساب الضريبة بناءً على الراتب

صياغة خوارزمية ذكية لاختبار شروط المرتب وتخصيص الضرائب المناسبة

Slide 22 / 28

Example 4 Logic

قم بحساب الضريبة المطلوبة بناءً على راتب الموظف. إذا كان الراتب أقل من 5,000 ريال، تكون الضريبة 10% من قيمة الراتب؛ بخلاف ذلك تكون الضريبة 8%.

INPUT (المدخلات) Employer's salary (salary)

OUTPUT (المخرجات) The required tax (tax)

PROCESSING (المعالجة الشرطية)

• If salary < 5000 then tax = salary * 0.10

• If salary >= 5000 then tax = salary * 0.08

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 4 | مخطط حساب الضريبة بناءً على الراتب

تمثيل رسومي وتفريع الشرط الهيكلي بالمعين المخصص للقرارات

Slide 23 / 28

Decision Making Flowchart

Start

Read salary

True

tax = 0.10

salary < 5000?

False

tax = 0.08

Print tax

End

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. More Examples - Example 5 | خوارزمية حساب القيمة المطلقة

تطبيق الشروط الرياضية لضمان إنتاج مخرجات موجبة دوماً

Slide 24 / 28

Absolute Value Logic

اكتب خوارزمية تقوم بطباعة القيمة المطلقة لعدد معين x.

INPUT (المدخلات) A number (x)

OUTPUT (المخرجات) The absolute value of x (|x|)

PROCESSING (المعالجة الشرطية)

• If x >= 0 then do nothing

• If x < 0 then x = x * -1

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 5 | مخطط القيمة المطلقة لعدد x

تمثيل رسومي لعملية ضرب الأعداد السالبة بالثابت -1 لقلب الإشارة

Slide 25 / 28

Start

Read x

True

x = x * -1

x < 0?

False لا تفعل شيئاً

Print x

End

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example 6 | التحقق من الأخطاء البرمجية (القسمة على صفر)

تطبيق حلقة شرطية تمنع الانهيار الحتمي للبرنامج نتيجة المعطيات المعطوبة

Slide 26 / 28

Mathematical Target

Y = (X - 2) / X

ملاحظة حيوية جداً: إذا كانت قيمة المتغير X تساوي صفراً، فيجب مطالبة المستخدم بإعادة إدخال قيمته مجدداً، وذلك لاستحالة القسمة رياضياً وبرمجياً على صفر.

Pseudo Code:

Input: X

Process: If X == 0, Re-enter new value of X

Y = (X - 2) / X

Output: Y

start

Input X

If X = 0?

yes ➔ حلقة التكرار للوراء

No

Y = (X - 2) / X

Print Y

End

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Self-Check Exercises (1) | تمارين التقييم الذاتي 1

تحديات صفية تفاعلية لقياس مستوى الفهم وتطبيق المخططات الانسيابية

Slide 27 / 28

1

تحويل درجة الحرارة من مئوية إلى فهرنهايت

Convert: °C ➔ °F

2

حساب عدد الثواني في عدد من الدقائق والساعات

تحديد المدخلات والمخرجات لحساب الزمن الكلي.

3

تحديد ما إذا كان الطالب ناجحاً أم راسباً في المادة

شريطة أن تكون درجة النجاح القياسية المحددة هي 60%.

4

إضافة وتكرار جمع نفس الرقم لنفسه n من المرات

استخدام الحلقات التكرارية والمخططات الشرطية المتتابعة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Self-Check Exercises (2) | تمارين التقييم الذاتي 2 - كشف الأخطاء

تحدي استكشاف العيوب والأخطاء المنطقية في ثلاثة مخططات انسيابية شهيرة

Slide 28 / 28

FC 1 (عيب في المخطط الأول)

Start

➔ Product = x1 * x2

➔ Read x1

➔ Read x2

➔ Print Product

End

Fault: المعالجة والضرب تمت قبل قراءة المتغيرات n1 و n2.

FC 2 (عيب في المخطط الثاني)

Start

➔ Read n1

➔ Read n2

➔ Sum = n1 + n2

➔ Print n1

End

Fault: يقوم المخطط بطباعة المتغير n1 بدلاً من المجموع الفعلي Sum.

FC 3 (عيب في المخطط الثالث)

Start

➔ Read n1

➔ Read n2

➔ Diff = n1 - n2

➔ Print Sum

End

Fault: يقوم بطباعة متغير غير معروف يسمى Sum بدلاً من الفرق الحقيقي Diff.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Slide 04 / 38

FORM 1

Enumerated Form (طريقة السرد / القائمة)

كتابة وحصر جميع عناصر المجموعة مباشرة داخل قوسين مجعدين تفصلهما فواصل.

• A = {2, 4, 6, 8}

• B = {Sun, Mon, Tue, Wed, Thur}

FORM 2

Predicate Form (الصفة المميزة للمجموعة)

التعبير عن المجموعة عن طريق صياغة صفة أو قاعدة منطقية تحدد وتلزم عناصر المجموعة بالانتماء إليها.

• A = {x | x is an even positive integer < 10}

• A = {x | x ∈ ℕ, x is even, x < 10}

• B = {d | d is a working weekday}

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Standard Numerical Sets | المجموعات العددية القياسية

مرجع الرموز الرياضية والمجموعات الأساسية في لغة الرياضيات المتقطعة

Slide 05 / 38

ℕ (Natural Numbers) مجموعة الأعداد الطبيعية

أرقام العد العادية غير السالبة، وتبدأ عادة من الصفر فصاعداً: ℕ = {0, 1, 2, 3, ...}

ℤ (All Integers) مجموعة الأعداد الصحيحة

تشمل كافة الأرقام الصحيحة الموجبة والسالبة والصفر: ℤ = {..., -2, -1, 0, 1, 2, ...}

ℤ⁺ / ℤ⁻ (Positive/Negative) الأعداد الصحيحة الموجبة والسالبة

ℤ⁺ تمثل الأعداد الصحيحة الموجبة بدءاً من 1، و ℤ⁻ تمثل الأعداد الصحيحة السالبة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Standard Numerical Sets (Cont.) | المجموعات القياسية (الأعداد النسبية، الحقيقية، والمركبة)

تكملة هرم الأعداد والمجموعات اللانهائية في الرياضيات المتقطعة

Slide 06 / 38

ℚ (Rational Numbers) مجموعة الأعداد النسبية (الكسور)

كافة الأعداد التي يمكن صياغتها على شكل بسط ومقام صحيحين: ℚ = {p/q | p ∈ ℤ, q ∈ ℤ, q ≠ 0}

ℝ / ℝ⁺ (Real Numbers) مجموعة الأعداد الحقيقية والموجبة منها

تشمل كافة الأعداد على خط الأعداد (الحقيقية، العشرية، والكسور): ℝ represents all decimals.

ℂ (Complex Numbers) مجموعة الأعداد المركبة والتخيلية

تتكون من أجزاء حقيقية وتخيلية: ℂ = {a + ib | a, b ∈ ℝ, i² = -1}

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Empty Set | المجموعة الخالية (الخاوية)

المجموعة الفريدة الخالية من العناصر ودلالاتها في مجموعات القوى

Slide 07 / 38

The Special Empty Set خصائص المجموعة الخالية

هي عبارة عن مجموعة مميزة فريدة لا تحتوي مطلقاً على أي عناصر، ويُرمز لها بالرمز الإغريقي Ø أو بقوسين مجعدين فارغين {}.

💡 قاعدة هامة جداً: المجموعة الخالية Ø هي مجموعة جزئية (Subset) من أي مجموعة برمجية أو رياضية أخرى دون استثناء.

EXAMPLE

Let X be a set defined as:

X = {x | x ∈ ℕ and x < 0}

بما أنه لا يوجد أي عدد طبيعي (Natural Number) سالب القيمة (أقل من الصفر)، فإن الشرط والصفة المميزة هنا خاطئة تماماً وعناصر المجموعة تساوي صفراً، لذلك: ➔ X = Ø = {}

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Equal Sets | المجموعات المتساوية وتكرار العناصر

متى تتساوى مجموعتان رياضيتان وما هو تأثير تكرار كتابة العناصر؟

Slide 08 / 38

Condition for Equality شرط تساوي المجموعتين

يُقال للمجموعتين A و B أنهما متساويتان (A = B) إذا وفقط إذا كانتا تحتويان على نفس العناصر تماماً دون زيادة أو نقصان.

A = B ➔ for every x ∈ A, x ∈ B and for every x ∈ B, x ∈ A

⚠️ قاعدة التكرار والترتيب: التكرار والترتيب داخل المجموعة ليس له أي قيمة رياضية؛ فتكرار كتابة العنصر يعتبر كأنه كُتب مرة واحدة فقط.

EQUALITY DEMONSTRATION

• Let A = {a, b, c, d}

• Let B = {c, a, b, d}

• Let C = {b, c, b, a, a, c, d, b, a, d}

➔ A = B = C

كل المجموعات الثلاث متساوية بالرغم من اختلاف ترتيب وتكرار العناصر.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

The Universal Set | المجموعة الشاملة (الكلية)

تحديد فضاء العينة والمجال العام لجميع العناصر المطروحة للنقاش

Slide 09 / 38

Definition of U مفهوم المجموعة الشاملة

المجموعة الشاملة، ويُرمز لها بالرمز اللاتيني الكبير U، هي المجموعة التي تحتوي على كافة العناصر التي يمكن مناقشتها وتداولها في مسألة أو سياق برمجي معين.

💡 ميزة ديناميكية لـ U: تتغير وتختلف المجموعة الشاملة U بشكل كلي وبناءً على طبيعة وسياق المسألة المطروحة.

DYNAMIC U EXAMPLES

Example 1: Calendar Context

إذا كنا نناقش شهور السنة الميلادية، فإن:

➔ U = {January, February, March, ..., December}

Example 2: Pure Numbers Context

إذا كنا نجري حسابات عددية صرفة، فقد تكون المجموعة الشاملة هي:

➔ U = ℝ (The set of all real numbers)

مسودة Student / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Cardinality | رتبة (كاردينالية) المجموعة

حساب عدد عناصر المجموعة الفردية ودلالة المجموعات اللانهائية

Slide 10 / 38

Set Cardinality كاردينالية المجموعة

رتبة أو كاردينالية المجموعة A، ويُرمز لها بالرمز |A|، هي عبارة عن عدد العناصر الفريدة والمستقلة الموجودة داخل هذه المجموعة.

• Let A = {a, b, c, d, e, f} ➔ |A| = 6

• Let B = {a, b, c, ..., z} ➔ |B| = 26

• Let C = {1, 2, 3, ..., 10} ➔ |C| = 10

• Let D = {x | x is registered student in DM} ➔ |D| = ?

QUIZ CHALLENGE

Find the cardinality of the following standard sets:

|ℕ| = ? (Infinite)

|ℝ| = ? (Infinite)

|ℤ| = ? (Infinite)

|Ø| = 0

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Venn Diagrams | مخططات فين لتمثيل العلاقات

التمثيل الرسومي الأقوى للعلاقات الرياضية والتقاطعات والمجموعات الشاملة

Slide 11 / 38

Graphical Representation التمثيل الرسومي البصري

مخططات فين (Venn Diagrams) تُستخدم لتمثيل وعرض العلاقات الرياضية بين المجموعات المختلفة بصرياً ورسومياً لتسهيل فهم وتحديد العمليات المعقدة.

📐 الهيكل الرسومي القياسي: يتم تمثيل المجموعة الشاملة U بمستطيل خارجي كبير، بينما يتم تمثيل المجموعات الأخرى الواقعة ضمن U بدوائر أو أشكال بيضاوية داخل المستطيل.

Limit of Circles أقصى عدد دوائر مألوف

عادةً ما تُستخدم مخططات فين للتعبير عن وتمثيل العلاقات المعقدة والتقاطعات المتعددة لما يصل إلى 3 مجموعات مختلفة في فضاء العينة بوضوح.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Venn Diagrams (Cont.) | محاكاة بصرية لمخطط فين الفعلي

تطبيق عملي: تمثيل مجموعة حروف العلة الإنجليزية V داخل الفضاء الكلي U

Slide 12 / 38

U = مجموعة الحروف الإنجليزية الـ 26 كاملة.

V = مجموعة حروف العلة الخمسة {a, e, i, o, u}.

Universal Set U

V (Vowels)

a e i o u

b, c, d, f, g, h, j, k, ...

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Subsets | المجموعات الجزئية (المحتواة)

متى تكون مجموعة ما واقعة بالكامل ومحتواة في فضاء مجموعة أخرى؟

Slide 13 / 38

Subset Definition تعريف المجموعة الجزئية

تُعتبر المجموعة A مجموعة جزئية (Subset) من المجموعة B، ويُكتب ذلك رمزياً A ⊆ B، إذا وفقط إذا كان كل عنصر موجود في A هو أيضاً عنصر موجود في B.

B is a superset of A, denoted B ⊇ A

SUBSET EVALUATION

• Let A = {a, b, c, d, e, f}

• Let B = {a, b, c, ..., z}

• Let C = {1, 2, 3, ..., 10}

Result check:

➔ A ⊆ B is True

➔ A ⊆ C is False

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Subsets Exercise | تمرين تفاعلي على احتواء المجموعات العددية

كيف ترتبط المجموعات العددية القياسية ببعضها البعض بعلاقة الاحتواء؟

Slide 14 / 38

EXERCISE TASK

صف العلاقات والارتباطات بين المجموعات العددية التالية باستخدام رمز الاحتواء الجزئي ⊆:

ℝ, ℂ, ℤ, ℤ⁺, ℤ⁻, ℕ

SOLUTION

العلاقة المنطقية المتتابعة للاحتواء:

• ℤ⁺ ⊆ ℕ ⊆ ℤ ⊆ ℝ ⊆ ℂ

• الأعداد الصحيحة السالبة محتواة بالكامل أيضاً:

• ℤ⁻ ⊆ ℤ

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Subsets Venn Diagram | المخطط الرسومي الشامل لاحتواء المجموعات

تمثيل رسومي بصري دقيق لهرم الأعداد واحتواء المجموعات الجزئية المتداخلة

Slide 15 / 38

ℂ

ℝ

ℤ

ℕ

ℤ⁺

ℤ⁻

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Proper Subsets | المجموعات الجزئية الفعلية (الحقيقية)

الفرق الجوهري بين الاحتواء العادي والاحتواء الفعلي الصارم

Slide 16 / 38

Universal Subset Rules القواعد الشاملة للاحتواء

لأي مجموعة عشوائية X، نلتزم بالقاعدتين التاليتين دوماً:

• Ø ⊆ X (المجموعة الخالية محتواة في كل مجموعة)

• X ⊆ X (كل مجموعة محتواة في نفسها)

Equality condition شرط التساوي بالاحتواء المزدوج

تتساوى مجموعتان (A = B) إذا وفقط إذا كان الاحتواء جزئياً ومتبادلاً بينهما:

A = B ⟺ A ⊆ B and B ⊆ A

PROPER SUBSETS

Proper Subset Definition المجموعة الجزئية الفعلية

تُعتبر المجموعة A مجموعة جزئية فعلية (Proper Subset) من المجموعة B، ويُكتب ذلك رمزياً A ⊂ B، إذا وفقط إذا كان: A ⊆ B and A ≠ B ويعني ذلك بالضرورة وجود عنصر واحد على الأقل في المجموعة B لا ينتمي للمجموعة الجزئية A.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Power Set | مجموعة القوى (مجموعة المجموعات الجزئية)

كيف ننتج ونحسب المجموعة التي تضم كافة التشكيلات والخيارات الممكنة للمجموعات؟

Slide 17 / 38

Power Set Concept مفهوم مجموعة القوى

مجموعة القوى للمجموعة X، ويُرمز لها بالرمز P(X)، هي عبارة عن المجموعة التي تضم كافة المجموعات الجزئية الممكنة للمجموعة X على الإطلاق بما فيها المجموعة الخالية والمجموعة نفسها.

🔢 قانون حساب عدد العناصر: |P(X)| = 2^|X| (كاردينالية مجموعة القوى)

P(X) CALCULATION EXAMPLE

Let A = {a, b, c} ➔ |A| = 3

• P(A) = { { }, {a}, {b}, {c}, {a, b}, {a, c}, {b, c}, {a, b, c} }

• Total elements count in P(A):

• |P(A)| = 2^|A| = 2³ = 8 elements

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Power Set of Empty Set | مجموعة القوى للمجموعة الخالية

تطبيق متقدم ومحير على حساب فضاء مجموعة القوى للأكواد الرياضية الصفرية

Slide 18 / 38

وفقاً لقواعد جبر المجموعات المتقطعة، فإن المجموعة الخالية ونفسها هما دائماً أعضاء أساسيان في أي مجموعة قوى دون نقاش.

🔢 كاردينالية مجموعة الخلية: بما أن |Ø| = 0، فإن كاردينالية مجموعة قواها تساوي: 2⁰ = 1

EVALUATION METRICS

1. Power set of empty set (Ø):

P(Ø) = { Ø }

عدد العناصر داخلها عنصر واحد فقط وهو المجموعة الخالية نفسها.

2. Power set of {Ø}:

P({Ø}) = { Ø, {Ø} } = { {}, {{}} }

عدد العناصر داخلها عنصرين.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Cartesian Product | حاصل الضرب الديكارتي للمجموعات

بناء وإنتاج الأزواج المرتبة لربط بيانات المجموعات المتنوعة

Slide 19 / 38

The Ordered Pair حاصل الضرب الديكارتي

حاصل الضرب الديكارتي لمجموعتين A و B، ويُرمز له بالرمز A × B، هو مجموعة تضم كافة الأزواج المرتبة (a, b) بحيث ينتمي المسقط الأول a للمجموعة الأولى A، وينتمي المسقط الثاني b للمجموعة الثانية B.

A × B = {(a, b) | a ∈ A and b ∈ B}

IMPORTANT LAWS

الترتيب داخل الزوج هام للغاية: (a, b) ≠ (b, a) ما لم يكن العنصران متساويين تماماً a = b.

حاصل الضرب الديكارتي ليس عملية إبدالية: A × B ≠ B × A ما لم تكن إحدى المجموعات خالية أو متطابقة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Cartesian Product Examples | أمثلة تطبيقية لحاصل الضرب الديكارتي

كيف ننتج ونحسب عدد عناصر حاصل الضرب الديكارتي رياضياً وسردياً؟

Slide 20 / 38

PRACTICAL CALCULATION

Let X = {a, b} and Y = {1, 2, 3}

• X × Y = { (a, 1), (a, 2), (a, 3), (b, 1), (b, 2), (b, 3) }

• Y × X = { (1, a), (2, a), (3, a), (1, b), (2, b), (3, b) }

🔢 كاردينالية حاصل الضرب:

• |A × B| = |A| × |B|

• في المثال السابق:

• |X × Y| = 2 × 3 = 6 elements

🚨 المجموعة الخالية في الضرب: إذا كانت إحدى المجموعتين المضروبتين خالية (Ø)، فإن نتيجة حاصل الضرب الديكارتي تساوي خالية أيضاً: A × Ø = Ø

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Multidimensional Cartesian Product | حاصل الضرب متعدد الأبعاد والأزواج المرتبة النونية

مفهوم حاصل الضرب لثلاث مجموعات أو أكثر وصيغة الصفة النونية (n-tuples)

Slide 21 / 38

The n-tuple Concept حاصل الضرب ثلاثي الأبعاد وأكثر

يمكن تعميم حاصل الضرب الديكارتي ليشمل ضرب ثلاث مجموعات A, B, C أو أكثر لإنتاج ما يسمى الأزواج المرتبة النونية (n-tuples).

A × B × C = {(a, b, c) | a ∈ A, b ∈ B and c ∈ C}

NOTATIONS & STACKS

• تسمى المجموعة الثلاثية (a, b, c) زوجاً مرتباً ثلاثياً (ordered tuple).

• عملية التجميع والضرب غير إبدالية من ناحية الهيكل:

(A × B) × C ≠ A × B × C

• التعبير عن ضرب مجموعة في نفسها n من المرات:

Aⁿ = {(a₁, a₂, ..., a_n) | a_i ∈ A, i = 1, 2, ..., n}

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Operations - Intersection | العمليات على المجموعات - التقاطع

تحديد واستخلاص العناصر المشتركة في المجموعات وتعريف المجموعات المنفصلة

Slide 22 / 38

Set Intersection تقاطع المجموعات

تقاطع مجموعتين A و B، ويُرمز له بالرمز A ∩ B، هو مجموعة جديدة تضم كافة العناصر المشتركة التي تنتمي للمجموعة A واللجموعة B في نفس الوقت.

A ∩ B = {x | x ∈ A and x ∈ B}

DISJOINT SETS

Disjoint Sets Concept المجموعات المنفصلة (المتباعدة)

تُعتبر المجموعتان A و B مجموعتين منفصلتين (Disjoint) تماماً إذا كانت لا توجد بينهما أي عناصر مشتركة على الإطلاق، أي أن نتيجة تقاطعهما تساوي المجموعة الخالية: A ∩ B = Ø

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Intersection | المخطط الانسيابي لتقاطع مجموعتين

محاكاة بصرية لمخطط فين لتقاطع مجموعتين وتحديد منطقة الاشتراك الحمراء

Slide 23 / 38

Universal Set U

A

B

A ∩ B

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Intersection | المخطط الانسيابي لتقاطع ثلاث مجموعات

أقصى تمثيل رسومي لمخططات فين وتعيين منطقة التقاطع الثلاثية المتطابقة

Slide 24 / 38

Universal Set U

A

B

C

A ∩ B ∩ C

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Operations - Union & Complement | عمليات المجموعات - الاتحاد والمتممة

دمج كافة عناصر المجموعات معاً، وحساب العناصر الخارجة عن نطاق المجموعة

Slide 25 / 38

UNION (الاتحاد)

Set Union (A ∪ B)

اتحاد مجموعتين A و B هو مجموعة جديدة تضم كافة العناصر الموجودة في A أو B بالكامل دون استبعاد أو حصر مسبق.

A ∪ B = {x | x ∈ A or x ∈ B}

COMPLEMENT (المتممة)

Set Complement (Ā or Aᶜ)

متممة المجموعة A هي مجموعة جديدة تضم كافة عناصر المجموعة الشاملة U التي لا تنتمي مطلقاً للمجموعة A.

Ā = {x | x ∈ U and x ∉ A}

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Union | المخطط الرسومي لاتحاد مجموعتين

تمثيل كامل لعناصر المجموعتين وتظليل كافة المساحات المشتركة وغير المشتركة

Slide 26 / 38

Universal Set U

A

B

A ∪ B

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Complement | المخطط الرسومي لمتممة المجموعة

تمثيل رسومي بصري يبين تظليل كافة المساحة الخارجية المستقلة عن المجموعة A

Slide 27 / 38

Universal Set U

A

Ā shaded region

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Operations - Difference | عمليات المجموعات - الفرق الفردي (النسبي)

طرح المجموعات برمجياً وتحديد العناصر المتبقية حصراً للمجموعة المطروحة

Slide 28 / 38

Set Difference طرح ومكمل المجموعات النسبي

الفرق بين المجموعتين A و B، ويُرمز له بالرمز A - B، هو عبارة عن مجموعة جديدة تحتوي على كافة عناصر المجموعة A التي لا تنتمي مطلقاً للمجموعة B.

A - B = {x | x ∈ A and x ∉ B}

DIFFERENCE EVALUATION

• ℤ - ℤ⁺ = ℤ⁻ ∪ {0}

• طرد الأرقام من فضاء الطبيعية:

• ℕ - {10, 11, 12, ...} = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

• المكمل الشامل للمجموعة:

• U - A = Ā

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Difference | المخطط الرسومي لفرق مجموعتين

تمثيل رسومي يوضح بقاء هلال المجموعة المطروحة مظللاً بالكامل عدا منطقة الاشتراك

Slide 29 / 38

Universal Set U

A

B

A ∩ B

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Symmetric Difference | عمليات المجموعات - الفرق المتماثل

العناصر الحصرية في المجموعات مع استبعاد وتصفية منطقة التقاطع تماماً

Slide 30 / 38

Symmetric Difference الفرق المتماثل للمجموعتين

الفرق المتماثل لمجموعتين A و B، ويُرمز له بالرمز A ⊕ B أو A Δ B، هو مجموعة جديدة تحتوي على العناصر التي تنتمي للمجموعة A أو المجموعة B ولكن لا تنتمي مطلقاً لتقاطعهما المشترك.

🔢 الصياغة الجبرية للفرق المتماثل: A ⊕ B = (A - B) ∪ (B - A) = (A ∪ B) - (A ∩ B)

A

B

Unshaded Intersection

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Set Operations - Practical Exercise | تمرين رقمي شامل على العمليات

تطبيق عملي لحساب التقاطع، الاتحاد، والفرق الفردي والمتماثل بالأرقام الفعلية

Slide 31 / 38

TASK & CALCULATION

Let A = {2, 3, 4, 5, 6, 7} and B = {1, 2, 4, 7, 8}

• A ∩ B = {2, 4, 7}

• A ∪ B = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}

• A - B = {3, 5, 6}

• B - A = {1, 8}

• A ⊕ B = {1, 3, 5, 6, 8}

A

3, 5

6

B

1

8

2, 4 7

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Practical Alphabet Exercise | تمرين حصر الحروف اللاتينية الشامل

تطبيق معقد لحساب متممة ومقاصد المجموعات من فضاء الحروف {a..j}

Slide 32 / 38

PROBLEM PARAMETERS

بفرض أن فضاء المجموعة الشاملة U والمجموعات الفرعية A, B, C معرفة كالتالي:

• U = {a, b, c, d, e, f, g, h, i, j}

• A = {a, b, c, d, e, f, g}

• B = {b, d, f, i, j}

• C = {a, c, f, j}

SOLUTIONS

• A ∪ C = {a, b, c, d, e, f, g, j}

• A ∩ B = {b, d, f}

• A ∩ C = {a, c, f}

• Ā = {h, i, j}

• A - B = {a, c, e, g}

• Ā - B = {h}

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Advanced Subsets Question | تحدي المجموعات الفرعية المتقدمة والذكية

مقارنة واختبار التساوي بين عناصر المجموعات ومجموعات القوى الجزئية

Slide 33 / 38

💡 CHALLENGE PROBLEM:

• Let A = { Ø, {a}, {b}, {a, b} }

• Let B = { X | X ⊆ {a, b} }

Question: Is A = B?

هل المجموعة A المتعددة العناصر مطابقة وتساوي المجموعة B من ناحية القيمة الرياضية؟

PROOF SOLUTION

إثبات الحل والتحقق:

1. Let's find elements of B by writing the subsets of {a, b}:

➔ B = { Ø, {a}, {b}, {a, b} }

2. Comparing elements of A and B:

➔ Yes, A = B is True!

بما أن عناصر B المستخرجة تطابق تماماً عناصر A، فإن المجموعتين متساويتان.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Cardinality of Union | رتبة كاردينالية اتحاد المجموعتين

مبدأ الشمول والاستبعاد (Inclusion-Exclusion Principle) لمنع تكرار العناصر

Slide 34 / 38

Inclusion-Exclusion Principle مبدأ الشمول والاستبعاد

عند حساب عدد عناصر اتحاد مجموعتين، لا يمكننا ببساطة جمع عدد عناصرهما بشكل مباشر، بل يجب طرح عناصر التقاطع المشتركة مرة واحدة لمنع ازدواج تكرار العناصر المشتركة في الذاكرة.

|A ∪ B| = |A| + |B| - |A ∩ B|

A

B

Overlap Subtracted

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Laws of Sets - Part 1 | قوانين وجبر المجموعات - الجزء الأول

القوانين الأساسية لتبسيط المعادلات والتعابير المنطقية للمجموعات

Slide 35 / 38

Mathematical Law / القانون الرياضي

Law Name & Logic / اسم ومقصد القانون

A ∪ Ø = A   |   A ∩ U = A

قوانين الهوية (Identity Laws): متممة الاتحاد مع الخالية أو تقاطع الشاملة تحافظ على نفس قيمة المجموعة الأصلية.

A ∪ U = U   |   A ∩ Ø = Ø

قوانين السيطرة والعدم (Domination Laws): المجموعة الشاملة تسيطر بالاتحاد، بينما الخالية Ø تلتهم وتسيطر بالتقاطع تماماً.

A ∪ A = A   |   A ∩ A = A

قوانين التكرار الذاتي (Idempotent Laws): اتحاد أو تقاطع المجموعة مع نفسها ينتج نفس المجموعة مجدداً.

Ā̄ = A

متممة المتممة (Double Complement): نفي النفي إثبات، متممة متممة المجموعة تعيد المجموعة لأصلها.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Laws of Sets - Part 2 | قوانين وجبر المجموعات - الجزء الثاني

قوانين التوزيع، التجميع، وقواعد دي مورغان (De Morgan's Laws) لحل الشيفرات البرمجية

Slide 36 / 38

Mathematical Law / القانون الرياضي

Law Name & Logic / اسم ومقصد القانون

A ∪ B = B ∪ A   |   A ∩ B = B ∩ A

قوانين الإبدال (Commutative Laws): إبدال المجموعات في الاتحاد أو التقاطع لا يغير النتائج.

(A ∪ B) ∪ C = A ∪ (B ∪ C)
(A ∩ B) ∩ C = A ∩ (B ∩ C)

قوانين التجميع (Associative Laws): دمج وترتيب الأقواس للعمليات المتشابهة لا يغير قيمة النتيجة الكلية.

A ∩ (B ∪ C) = (A ∩ B) ∪ (A ∩ C)
A ∪ (B ∩ C) = (A ∪ B) ∩ (A ∪ C)

قوانين التوزيع (Distributive Laws): توزيع التقاطعات على الاتحادات وبالعكس تماماً كضرب الأعداد الجبرية.

overline(A ∪ B) = Ā ∩ B̄
overline(A ∩ B) = Ā ∪ B̄

قوانين دي مورغان (DeMorgan's Laws): نفي المجموعات المركبة يقلب الاتحادات لتقاطعات ونفي عناصرها.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Laws of Sets - Part 3 | قوانين وجبر المجموعات - الجزء الثالث والأخير

استكمال قوانين الامتصاص وقواعد المتممات مع تمرين تبسيط تطبيقي

Slide 37 / 38

Mathematical Law / القانون

Law Name & Logic / مقصد القانون

A ∪ (A ∩ B) = A
A ∩ (A ∪ B) = A

قوانين الامتصاص (Absorption Laws): يمتص المتغير الفردي التكرارات الداخلية لإنتاج قيمة المجموعة الفردية.

A ∪ Ā = U
A ∩ Ā = Ø

قوانين المتممة والاحتواء (Complement Laws): الاتحاد مع المكمل يملأ الفضاء الكلي U، بينما تقاطع المجموعة مع متممتها مستحيل ويساوي Ø.

SIMPLIFICATION EXERCISE

Simplify: A ∪ (A ∪ B)

// Step-by-step simplification:

1. = (A ∪ A) ∪ B ➔ Associative Law

2. = A ∪ B ➔ Idempotent Law (A ∪ A = A)

➔ Final Simplified: A ∪ B

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Finite & Infinite Sets | المجموعات المنتهية والمجموعات غير المنتهية

تصنيف المجموعات الرياضية بناءً على إمكانية حصر قيمها وعد عناصرها الفعلي

Slide 38 / 38

FINITE SETS (المجموعات المنتهية)

يُقال للمجموعة S أنها مجموعة منتهية (Finite) إذا كانت تحتوي على عدد محدد ومعلوم n من العناصر المستقلة التي يسهل عدها وحصرها بالكامل.

• A = {x | x ∈ ℕ and x < 10} ➔ |A| = 10
• B = {a, b, c, ..., z} ➔ |B| = 26

INFINITE SETS (المجموعات غير المنتهية)

يُقال للمجموعة S أنها مجموعة غير منتهية (Infinite) إذا كانت لا يمكن حصر عناصرها برقم n محدد، وتستمر المجموعات بالامتداد اللانهائي.

• O = {1, 3, 5, ...} (All odd numbers)
• E = {2, 4, 6, ...} (All even numbers)

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

1. Recent Developments | التطورات الحديثة: شبكات التواصل ومحركات البحث

كيف غير الإنترنت والشبكات حجم البيانات المتداولة بالثانية؟

Slide 04 / 35

Social Networks Data Explosion

بدأت شبكات التواصل الاجتماعي (مثل Facebook, Twitter, LinkedIn) في التقاط وتسجيل تلال هائلة من البيانات الشخصية والتفاعلية للناس مثل: منشورات الحساب، التغريدات، الصور الشخصية، والملفات المرئية.

➔ All of the above constitutes data

Search Engines Repositories

تعتمد محركات البحث العالمية الكبرى (مثل Google, Bing, Yahoo) على بناء وتجميع مخازن ومستودعات ضخمة وفائقة من صفحات الويب المؤرشفة لتسهيل وتحسين عمليات البحث الفوري السريعة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

1. Recent Developments (Cont.) | التطورات الحديثة: البيانات الضخمة وأنظمة NoSQL

ظهور التقنيات غير العادية لتخزين البيانات غير الهيكلية السحابية

Slide 05 / 35

Big Data storage systems

تعتمد التقنيات الحديثة لمعالجة البيانات الضخمة على استخدام مجموعات وعناقيد ضخمة من الحواسب الموزعة لتخزين ومعالجة البيانات المتنامية بسرعة خيالية عبر الويب.

NOSQL (Not Only SQL)

ظهرت فئة أنظمة NoSQL لتقديم بدائل مرنة وسريعة لنظم إدارة قواعد البيانات العلائقية التقليدية، لتخزين ومعالجة الوثائق والجداول المرنة وغير الهيكلية بذكاء.

Cloud Storage & Datacenters

تتواجد وتخزن كميات خيالية من البيانات المعاصرة اليوم داخل ما يسمى "السحابة" (The Cloud)، والتي تعني في حقيقتها مراكز بيانات عملاقة ومؤمنة تضم آلاف الأجهزة المترابطة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

2. Basic Definitions | مفاهيم وتعاريف أساسية

المصطلحات العلمية الدقيقة لبناء فهم نظري راسخ لقواعد البيانات

Slide 06 / 35

Database

قاعدة البيانات

هي عبارة عن تجمع أو حصيلة مرتبطة منطقياً من البيانات ذات الصلة (Related Data) والمترابطة بشكل وثيق.

Data

البيانات والمعطيات

هي الحقائق والوقائع والرموز المعلومة التي يمكن رصدها وتسجيلها وحفظها بأمان، وتحمل معنىً برمجياً ضمنياً (Implicit Meaning).

Mini-world (UoD)

العالم المصغر المعني

يمثل جزءاً محدداً من الواقع الحقيقي الذي تدور حوله البيانات المحفوظة، وتسمى علمياً بكون البحث (Universe of Discourse) مثل درجات وسجلات الطلاب في جامعة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

2. Basic Definitions (Cont.) | محرك قاعدة البيانات ونظام قاعدة البيانات

الفرق الجوهري بين محرك البرمجيات والمنظومة التقنية المتكاملة للتطبيق

Slide 07 / 35

DBMS Software

Database Management System

هو عبارة عن حزمة أو محرك برمجيات مدمج ومتطور للغاية، يهدف لتسهيل وتسريع عمليات إنشاء وتخزين وتعديل وصيانة قاعدة بيانات محوسبة متكاملة.

Database System (المنظومة الكاملة)

The Holistic Enterprise System

هو المصطلح الأعم والأشمل، ويعبر عن دمج برمجيات الـ DBMS مع البيانات المخزنة نفسها، وفي بعض الأحيان يتضمن التطبيقات والواجهات البرمجية المستخدمة للوصول للبيانات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

2. Impact of Database Technology | أثر تقنيات قواعد البيانات على الحياة اليومية

كيف تقود محركات البيانات كبرى قطاعات المال والأعمال والتعليم والصحة؟

Slide 08 / 35

1. Businesses (الأعمال والمصارف)

الحسابات البنكية، عقود التأمين، سلاسل التجزئة، النقل، التصنيع والرعاية الطبية.

2. Service Industries (الخدمات)

القطاعات المالية، البورصة، العقارات، القضاء، التجارة الإلكترونية، والمشاريع الصغيرة.

3. Education & Medicine (التعليم والطب)

سجلات الطلاب الأكاديمية، إدارة المحتوى، تداول الأبحاث الطبية والخرائط الجينية المعقدة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

2. Simplified Database System Environment | بيئة نظام قواعد البيانات المبسطة

مخطط رسومي يوضح مسار وسريان طلبات الاستعلام بين المستخدم النهائي والذاكرة الصلبة

Slide 09 / 35

Simplified Environment Pipeline (Figure 1.1)

Users / Programmers المستخدمون

Queries / App Programs الاستعلامات والبرمجيات

DBMS Software مترجم استعلام ومعالج بيانات

Meta-Data (Catalog) كتالوج التعاريف

Stored Database البيانات الحقيقية

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Typical DBMS Functionality | الوظائف الأربع الأساسية لمحرك الـ DBMS

ما هي الأدوار والمراحل التقنية المتكاملة التي يقوم بها محرك قاعدة البيانات؟

Slide 10 / 35

01. Define

Definition & Types

تحديد وبناء هيكلية قاعدة البيانات وتعيين أنواع حقول البيانات، وتحديد هياكل الجداول والقيود المفروضة عليها (Constraints).

02. Construct

Load Initial Contents

بناء وتعبئة وتخزين البيانات الأولية الحقيقية بشكل آمن وتجهيزها داخل وحدات التخزين الثانوية الصلبة.

03. Manipulate

Querying & Modification

تعديل وتحديث وصيانة البيانات المخرجة، وتسهيل استرجاعها بكتابة استعلامات فاعلة (Querying) وتعديلها.

04. Process & Share

Concurrent Processing

تمكين مشاركة ومعالجة الاستعلامات لعدد هائل من المستخدمين المتزامنون بكفاءة تامة دون المساس بسلامتها.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Application Activities | الأنشطة والعمليات البرمجية على قواعد البيانات

كيف تتواصل برمجيات المستخدم النهائية مع محرك قاعدة البيانات؟

Slide 11 / 35

Basic Operations

Queries & Transactions

• Queries (الاستعلامات): عمليات قراءة واسترجاع أجزاء محددة من البيانات وصياغتها كطلب فوري.
• Transactions (المعاملات البرمجية): إجراء عمليات قراءة وكتابة وتعديل قيم معينة بشكل متكامل كعملية موحدة تضمن حفظها أو التراجع عنها كاملاً.

Constraints & Evolution

Security & Requirement Changes

• منع محاولات الوصول غير المصرح بها للبيانات الحساسة كلياً لضمان الخصوصية.
• مواكبة وتعديل وتطوير البيانات لتلبية المتطلبات المتغيرة والمستمرة لقاعدة البيانات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

3. Additional DBMS Functionality | المزايا والوظائف الإضافية للـ DBMS

ما هي التدابير الإضافية والمساندة التي يقدمها محرك البيانات لتأمين وصيانة الكود؟

Slide 12 / 35

1. Security & Protection Measures

تأمين وحماية البيانات بفرض مستويات حماية صارمة لمنع الاختراق والولوج غير المصرح به كلياً.

2. "Active" Processing on Data

القدرة على اتخاذ إجراءات وقرارات داخلية ومباشرة كالمشغلات (Triggers) بناءً على التغير في محتوى السجلات.

3. Presentation & Visualization of Data

تسهيل سبل عرض وتمثيل وتصوير البيانات المحفوظة بطرق مرئية ورسومية واضحة ومبسطة.

4. System & Software Maintenance

صيانة وترميم قواعد البيانات وكافة البرمجيات والأنظمة المصاحبة لها طوال فترة تشغيل دورة حياة التطبيق المالي.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4. University Database Example | مثال عملي شامل: قاعدة بيانات الجامعة

دراسة وتفكيك البيئة الجامعية كنموذج تطبيقي لبناء الكيانات

Slide 13 / 35

Mini-world Context

في هذا المثال التطبيقي البارز، نقوم برصد وتغطية جزء محدد من الواقع وهو البيئة التعليمية والأكاديمية لجامعة (UNIVERSITY environment).

Core Entities الكيانات والوحدات الرئيسية المراد تخزين بياناتها

1. STUDENTs كيان يحتوي بيانات الطلاب

2. COURSEs بيانات المقررات الأكاديمية

3. SECTIONs بيانات الشعب والفصول التدريسية

4. DEPARTMENTs & INSTRUCTORs بيانات الأقسام وأعضاء هيئة التدريس

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4. University Database Example (Cont.) | العلاقات والروابط المنطقية للكيانات

تمثيل الروابط التي تربط الكيانات ببعضها البعض في بيئة الجامعة

Slide 14 / 35

1. SECTIONs are of specific COURSEs

كل شعبة دراسية يجب أن ترتبط بمقرر دراسي أكاديمي معين.

2. STUDENTs take SECTIONs

يسجل الطلاب في شعب معينة لحضور المحاضرات واستلام الدرجات.

3. COURSEs have prerequisite COURSEs

توجد مقررات جامعية تتطلب متطلبات سابقة واجتياز مواد أخرى أولاً.

4. INSTRUCTORs teach SECTIONs

يتولى المحاضرون تدريس وإدارة شعب أكاديمية مخصصة.

5. COURSEs are offered by DEPARTMENTs

تطرح المقررات الجامعية تحت إشراف الأقسام الأكاديمية المختلفة.

6. STUDENTs major in DEPARTMENTs

يتخصص الطلاب في أقسام معينة للدراسة والحصول على الدرجة العلمية.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

4. Simplified Database Tables | هيكل الجداول لقاعدة بيانات الجامعة المبسطة

استعراض الجداول وتناسق الأعمدة والصفوف المخزنة فعلياً في الذاكرة

Slide 15 / 35

COURSE TABLE (جدول المقررات)

SECTION TABLE (جدول الشعب)

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. Main Characteristics of DB Approach | الخصائص المميزة لنهج وقواعد البيانات

ما الذي يجعل قواعد البيانات متفوقة تماماً مقارنة بالنظم الملفية التقليدية؟

Slide 16 / 35

Characteristic 1

Self-describing nature of a database system الطبيعة الذاتية الوصف لنظم قواعد البيانات

تحتفظ قاعدة البيانات بتعريفها وصياغتها وتراكيب جودتها ومكونات حقولها داخلياً في ملفات مميزة خاصة تسمى كتالوج الـ DBMS (DBMS catalog).
• تسمى هذه البيانات والتعريفات التقنية لملفات الجداول بالبيانات الوصفية Meta-Data.
• تتيح هذه الطبيعة الذاتية لمحرك الـ DBMS إمكانية العمل مع مختلف التطبيقات البرمجية دون الحاجة لإعادة التعديل والتكويد.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. Main Characteristics (Cont.) | عزل البرامج عن هيكلية البيانات

مفهوم استقلالية البيانات وكيف يحمي كود المصدر من تبعات تعديل مساحات التخزين

Slide 17 / 35

Characteristic 2

Insulation between programs and data العزل والاستقلالية بين البرامج والبيانات

يعرف هذا المفهوم علمياً باسم استقلالية البرنامج والبيانات (Program-data independence).
• يمنح هذا المبدأ الفريد إمكانية تعديل وتحديث تراكيب وهياكل البيانات وتغيير تنظيم حفظها الفيزيائي دون إجبار المبرمج على إجراء أي تعديلات مقابلة في كود برمجيات الوصول للبيانات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. Simplified Database Catalog | مثال عملي مبسط لكتالوج قواعد البيانات

استعراض جداول الكتالوج التي تحتفظ ببيانات الكيانات والصفوف والحقول (Figure 1.3)

Slide 18 / 35

RELATIONS CATALOG TABLE

COLUMNS CATALOG TABLE

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. Main Characteristics (Cont.) | تجريد البيانات وتعدد واجهات المستخدم

مفهوم إخفاء التفاصيل التخزينية المعقدة ودعم النظرات المختلفة للبيانات

Slide 19 / 35

Data Abstraction (تجريد البيانات)

Hiding Storage Complexity

تعتمد قواعد البيانات على استخدام نموذج البيانات (Data Model) كأداة قوية لإخفاء تفاصيل التخزين والترتيب الفيزيائية المعقدة عن واجهات المطورين والمستخدمين، وعرض رؤية تخيلية مبسطة (Conceptual View).

Multiple Views (تعدد واجهات العرض)

Interest-focused Views

تمنح قواعد البيانات القدرة على تقديم واجهات ونظرات برمجية متعددة ومختلفة لكل مستخدم، بحيث لا تظهر للمستخدم سوى البيانات والصفوف التي تقع في دائرة اهتمامه وعمله الفعلي.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

5. Main Characteristics (Cont.) | المعالجة المتزامنة والمعاملات السريعة

كيف يضمن نظام قاعدة البيانات سلامة المعاملات لآلاف المستخدمين في نفس الثانية؟

Slide 20 / 35

Concurrency & Recovery

Concurrency Control & Recovery

• التحكم في التزامن (Concurrency Control): يضمن محرك الـ DBMS تنفيذ المعاملات بشكل سليم وخلوها من الأخطاء والتعارض حتى مع تداخل آلاف الطلبات المتزامنة.
• نظام الاسترجاع (Recovery Subsystem): يضمن تدوين وحفظ نتائج المعاملات المكتملة بأمان تام على الأقراص الصلبة دون ضياعها نتيجة انقطاع الكهرباء فجأة.

High Performance Transactions

Online Transaction Processing (OLTP)

يمثل الجزء والأداء الأكثر حيوية في معالجة تطبيقات قواعد البيانات، حيث يسمح النظام بتشغيل ومعالجة مئات المعاملات البرمجية المعقدة في الثانية الواحدة بكفاءة فائقة (مثل عمليات حجز تذاكر الطيران والدفع الإلكتروني المباشر).

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

6. Database Users | تصنيف مستخدمي قواعد البيانات

الفرق بين اللاعبين على مسرح البيانات والجنود العاملين خلف الكواليس

Slide 21 / 35

Actors on the Scene (المتفاعلون المباشرون)

Direct Interaction

يمثلون الفئات التي تتفاعل مباشرة مع محتوى ومحرك قاعدة البيانات بشكل يومي، ويقومون بتصميم وتطوير وصيانة وبناء هيكلية الجداول والتطبيقات المستهدفة.

Workers Behind the Scene (العاملون بالخلف)

System Builders

يمثلون الجنود المجهولين الذين يصبون تركيزهم على تصميم وبناء وتحديث محرك الـ DBMS نفسه وتطوير الأدوات البرمجية المساندة، بالإضافة إلى مشغلي الأجهزة والخوادم الضخمة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

6. Actors on the Scene | مدراء ومصممو قواعد البيانات

الأدوار والمسؤوليات الفنية لمدير النظام ومصممي الهياكل والجداول

Slide 22 / 35

Database Administrators (DBA) مدير قاعدة البيانات

• مسؤول بالكامل عن منح التراخيص وصلاحيات الدخول والمراقبة الأمنية للنظام.
• يتولى مسؤولية اقتناء وتجهيز الموارد المادية (Hardware) والبرمجيات المساندة.
• مراقبة مستوى أداء واستقرار النظام وحماية البيانات من الانهيار والضياع.

Database Designers مصمم قاعدة البيانات

• مسؤول عن تحديد وتصميم محتوى قاعدة البيانات وهياكل الجداول والقيود المفروضة عليها.
• يتواصل مباشرة مع المستخدم النهائي لفهم متطلبات واحتياجات العمل البرمجية بدقة وصياغتها برمجياً.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

6. Database End Users | المستخدمون النهائيون: العارض والروتيني

تصنيف فئات الناس والأنظمة التي تستهلك وتسترجع البيانات بشكل متكرر

Slide 23 / 35

Casual Users (المستخدم العارض)

Occasional Database Access

يمثل الفئة التي تلج لقاعدة البيانات بشكل متقطع وعارض عند الحاجة فقط، ويديرون استعلامات متغيرة ومختلفة في كل مرة حسب طبيعة مهامهم المؤقتة.

Naïve / Parametric Users (المستخدم الروتيني)

Standard Fixed Transactions

الفئة الكبرى والمهيمنة على مستخدمي النظام، ينفذون معاملات برمجية ثابتة ومجهزة مسبقاً (Canned Transactions).
• أمثلة: موظفو البنوك، مكاتب الحجوزات، ومستخدمو تطبيقات شبكات التواصل الاجتماعي ومواقع الويب المتنوعة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

6. Database End Users (Cont.) | المستخدمون النهائيون: المحللون والمستقلون

تصنيف الخبراء الفنيين والذين يديرون قواعد بيانات شخصية ومستقلة كلياً

Slide 24 / 35

Sophisticated Users (المستخدمون المتمرسون)

Analytical Database Interaction

يضم فئات ذوي مهارات فنية عميقة وخبرة عالية في فهم قدرات وسعة قاعدة البيانات مثل: المحللين، العلماء، والمهندسين.
• يستخدمون حزم وأدوات برمجية متطورة للغاية لإنجاز مهام بحثية وتحليلية دقيقة تتصل مباشرة بالنظام.

Stand-alone Users (المستخدم المستقل)

Personal Databases

الفئة التي تنشئ وتدير قواعد بيانات شخصية ومستقلة بالكامل للوفاء بمهامهم الشخصية الخاصة ومحاسبتهم الفردية.
• مثال: استخدام برمجيات مخصصة لإدارة وحفظ ألبومات الصور والملفات الصوتية والملفات التفاعلية العائلية.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

6. Actors on the Scene (Cont.) | محللو النظم ومطورو تطبيقات قواعد البيانات

الفئات الفنية المسؤولة عن نقل متطلبات العميل وترجمتها إلى كود برمجي فاعل

Slide 25 / 35

System Analysts

محللو نظم البيانات

يتولون مسؤولية فهم ودراسة متطلبات واحتياجات المستخدمين والعملاء (سواء الروتينية أو المتمرسة) وصياغة المواصفات وهيكلة شكل التطبيقات المقترحة بدقة تامة للبدء في بنائها.

Application Programmers

مطورو مبرمجيات التطبيقات

يتولون مهام تنفيذ وكتابة وتطوير المواصفات التي صاغها محللو النظم، وتجربة وفحص كود التطبيق الفعلي واكتشاف وتصحيح الأخطاء (Debug) قبل التثبيت النهائي والنشر التجاري.

Business Analysts

محللو الأعمال والمشاريع

تتزايد الحاجة إليهم اليوم لفحص وتحليل كميات البيانات الضخمة (Big Data) بهدف التوجيه وصناعة قرارات تخطيطية تسويقية وتجارية ناجحة للمؤسسات والشركات التجارية الكبرى.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

6. Database Users | الجنود المجهولون: خلف كواليس البيانات

من هم صناع ومصممو محركات قواعد البيانات وأدوات النمذجة المتقدمة؟

Slide 26 / 35

System Designers

مصممو ومنفذو المحركات

يتولون تصميم وهندسة محركات الـ DBMS المدمجة وتجربة وفحص المكونات الداخلية البرمجية مثل الكومبايلر، واجهات التخزين، المفسرات، ووحدات الاتصال التفاعلية مع نظام التشغيل الفعلي.

Tool Developers

مطورو الأدوات المساندة

يصممون برمجيات مساندة وثانوية هامة تسهل عملية نمذجة وتصميم وبناء ومراقبة أداء واستقرار قاعدة البيانات، كأدوات فحص سلامة البيانات وتوليد السجلات والبيانات التخيلية للتجربة.

Operators

مشغلو وعاملو الصيانة والعتاد

يتولون مهام المراقبة والتشغيل اليومي الفعلي لخوادم وأجهزة وشبكات بيئة قواعد البيانات، وإجراء عمليات الصيانة اللازمة للأجهزة والتأكد من عدم تعطل الخدمات نهائياً.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

7. Advantages of Database Approach | مزايا استخدام نهج قواعد البيانات

كيف نقضي على تكرار البيانات ونمنع الوصول غير المصرح به بكفاءة؟

Slide 27 / 35

Redundancy Control (التحكم في التكرار)

Controlling Redundancy

يقضي نهج قواعد البيانات على مشكلة تشتت وتكرار تخزين البيانات الفردية غير الضروري في ملفات مختلفة، مما يساهم بشكل فوري في توفير مساحات تخزين ضخمة وتقليص نفقات وجهود الصيانة.

Access Control & Sharing (مشاركة وحماية البيانات)

Restricting Unauthorized Access

• تتيح قواعد البيانات مشاركة البيانات الحقيقية والملفات بمرونة فائقة بين كافة المستخدمين المسموح لهم بالوصول.
• منع وتقييد كافة محاولات الوصول غير المصرح بها بذكاء فني، والسماح للمسؤولين فقط (DBA) بالدخول الشامل للنظام.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

7. Advantages of Database Approach (Cont.) | الكائنات المستديمة وتسريع الاستعلامات بالفهارس

كيف تحافظ جافا وقواعد البيانات على الكائنات البرمجية وما دور الفهارس في الأداء؟

Slide 28 / 35

Object Persistence (استدامة الكائنات)

Providing Persistent Storage

توفر قواعد البيانات كائنية التوجه (OODBMS) ميزة حفظ الكائنات البرمجية والبيانات المعقدة بشكل مستديم (Persistent) على الأقراص، بحيث تعود للوجود والتشغيل الفوري وتظل محفوظة حتى بعد إغلاق وإنهاء تشغيل البرنامج البرمجي.

Efficient Querying (الفهارس لتسريع القراءة)

Storage Structures and Indexes

تعتمد قواعد البيانات على إنشاء تراكيب وهياكل تخزين فائقة الفاعلية تسمى الفهارس (Indexes)، وتلعب دوراً مشابهاً لفهرس الكتاب لتسريع استرجاع وقراءة السجلات وتسهيل معالجة الاستعلامات الكبيرة دون إهدار موارد الخادم.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

7. Advantages (Cont.) | النسخ الاحتياطي وربط العلاقات والقيود الصارمة

منظومة الحماية والاسترجاع وفرض قيود التناسق وربط جداول البيانات ببعضها البعض

Slide 29 / 35

Backup & Recovery

النسخ الاحتياطي والاسترجاع

توفير بروتوكول حماية مؤتمت بالكامل يقوم بإنشاء نسخ احتياطية دورية واسترجاع البيانات بسلامة فائقة في حال حدوث أي خلل تقني أو تلف للأجهزة.

Complex Relationships

تمثيل العلاقات المعقدة

القدرة على تمثيل وربط وتخزين العلاقات المتداخلة المعقدة والشعب والمسارات والروابط المتعددة التي تربط جداول وكيانات البيانات ببعضها البعض بسهولة.

Integrity Constraints

فرض قيود سلامة وتناسق البيانات

فرض شروط وقواعد صارمة (مثل ألا يكون الحقل فارغاً، أو فريداً بالكامل كالمعرّف)، والتحقق المؤتمت من سلامتها وصحتها عند أي عملية إدخال أو تعديل.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

7. Additional DB Approach Implications | الآثار الإضافية لاستخدام قواعد البيانات

كيف تساهم قواعد البيانات في فرض المعايير وتسريع وقت تطوير الأنظمة؟

Slide 30 / 35

Enforcing Standards (فرض المعايير الموحدة)

Crucial Success Factor

تعتبر خطوة فرض المعايير (Standards) حاسمة لنجاح التطبيقات في المؤسسات الضخمة. وتشمل توحيد:
• تسميات حقول الجداول وتنسيق وطريقة عرض البيانات على الشاشات.
• هياكل التقارير المخرجة وتنسيقات صفحات الويب.

Speed & Efficiency (تقليص زمن التطوير البرمجي)

Reduced Application Development Time

بفضل وجود الهيكل والكتالوج الموحد وتوفر واجهات الربط وقراءة الاستعلامات الفاعلة، يتناقص وينخفض بشكل لافت الوقت المطلوب لتطوير وبناء تطبيقات جديدة إضافية فوق النظام.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

7. Additional Implications (Cont.) | مرونة التغيير وميزات الحجم الاقتصادي الكبير

أثر قواعد البيانات في توفير التكاليف وتحديث المعطيات باستمرار

Slide 31 / 35

Flexibility to Change

مرونة وقابلية تطوير الجداول

تمنح قواعد البيانات مرونة استثنائية لترقية وتعديل وتطوير هياكل البيانات بمرور الوقت دون التأثير على استقرار التطبيقات الجارية.

Current Information

توفر وتوافر المعلومات اللحظية

ميزة استثنائية وجوهرية للأنظمة الحية كالتجارة الإلكترونية وحجز غرف الفنادق وحجز مقاعد الطائرات وتتبع المبيعات.

Economies of Scale

ميزات وفورات الحجم الاقتصادي

تقليص وتجنب هدر وتداخل الموارد والأجهزة عن طريق توحيد البيانات والأنظمة والمشاريع البرمجية الموزعة للأقسام في خادم مركزي واحد.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

8. Historical Development of Database Technology | التطور التاريخي لتقنيات قواعد البيانات

تتبع مسار الأجيال البرمجية من النظم الشجرية الكلاسيكية لثورة النظام العلائقي

Slide 32 / 35

Early Applications (الأنظمة الهرمية والشبكية)

Hierarchical & Network Models

• تم تقديم النماذج الهرمية (Hierarchical) والشبكية (Network Models) في منتصف الستينات وسيطرت بالكامل طوال فترة السبعينات.
• ما يزال جزء كبير من عمليات معالجة البيانات الضخمة للمؤسسات التقليدية مستمراً حتى اليوم باستخدام هذه النماذج (كأنظمة IBM IMS الهرمية).

The Relational Revolution (ثورة النموذج العلائقي)

Relational Model Systems

• تم ابتكار وتصميم النموذج العلائقي (Relational Model) لأول مرة في عام 1970 بواسطة العالم Edgar F. Codd في معامل أبحاث IBM والجامعات الكبرى.
• ظهرت وبدأت منتجات قواعد البيانات العلائقية (Relational DBMS) في الهيمنة التجارية في مطلع الثمانينات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

8. Historical Development (Cont.) | قواعد البيانات الكائنية وقواعد بيانات الويب والـ XML

الجيل الثالث للبيانات وتداول المعطيات عبر الشبكة العنكبوتية والتجارة الإلكترونية

Slide 33 / 35

Object-Oriented Database Systems (OODBMS)

Object-Oriented & Object-Relational

• تم تقديم محركات OODBMS في أواخر الثمانينات وبداية التسعينات لتلبية متطلبات معالجة البيانات المعقدة ثلاثية الأبعاد وعلوم الفلك (CAD).
• تطورت لاحقاً لدمج المفاهيم الكائنية مع الجداول لإنتاج فئة قواعد البيانات الكائنية-العلائقية (ORDBMS).

Web & E-Commerce (الويب والتجارة الإلكترونية)

Data on the Web

• اعتماد الويب على معايير تشعبية مرنة مثل HTML ونماذج تبادل البيانات المهيكلة مثل XML.
• دمج لغات البرمجة النصية كـ PHP و JavaScript لبناء وعرض صفحات ويب تفاعلية وديناميكية بالاتصال المباشر بقواعد البيانات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

9. Extending Database Capabilities | آفاق المستقبل: متى يفضل تجنب استخدام الـ DBMS؟

استعراض محاذير وتكاليف النظم ومتى نكتفي بالحلول البرمجية الخفيفة؟

Slide 34 / 35

Main Costs & Barriers (الاستثمار التقني والتكاليف)

When DBMS Is Expensive

• يتطلب استخدام محرك الـ DBMS استثماراً مالياً أولياً باهظاً في التراخيص البرمجية واقتناء الأجهزة والعتاد المساند المرتفع التكلفة.
• تحمل عبء تكاليف عمليات الحماية والسرية، وإعداد مشغلي التحكم في التزامن والاسترجاع المستمر.

When DBMS Is Unnecessary (الحالات غير الضرورية)

When We Can Skip DBMS

• إذا كانت البيانات والتطبيقات المطلوبة بسيطة للغاية وثابتة الهيكلية، ولا يتوقع تغييرها بمرور الوقت.
• إذا لم تكن هناك حاجة مطلقاً لمشاركة وتداول البيانات بين مستخدمين متعددين متزامنين.
• في الأنظمة المضمنة الصغيرة (Embedded Systems) لضيق مساحات التخزين المتوفرة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Chapter Summary | ملخص الباب الأول والتقييم الختامي

مراجعة سريعة لأهم المفاهيم والأدوار التي قمنا بمناقشتها في هذه الوحدة

Slide 35 / 35

مفاهيم البيانات والـ DBMS

تعرفنا على البيانات والمجموعة الشاملة والفرق بين محرك الـ DBMS والـ Database System بالبيئة المصغرة (Mini-world).

مميزات نهج قواعد البيانات

فهمنا ميزة عزل البرامج واستقلالية البيانات والكتالوج والـ Meta-data وتعدد واجهات المستخدم والتجريد (Data Abstraction).

أدوار وتصنيف مستخدمي الأنظمة

صنفنا المستخدمين إلى متفاعلين مباشرين (DBA ومصممين ومبرمجين) وعاملين بالخلف لتطوير وبناء الخوادم والمحرك.

آفاق التطور والمحاذير الحالية

تطرقنا إلى مبررات تجنب استخدام محركات قواعد البيانات تلافياً للأعباء والتكاليف الباهظة في الأجهزة البسيطة والمضمنة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Recent Developments - Part 1 | التطورات الحديثة وقواعد بيانات الويب

كيف غيرت منصات التواصل الاجتماعي ومحركات البحث مفهوم تخزين البيانات الضخمة؟

Slide 04 / 36

1. Social Networks Data بيانات شبكات التواصل الاجتماعي

بدأت الشبكات الاجتماعية (مثل Facebook, Twitter, LinkedIn) في التقاط وحصر كميات هائلة من المعلومات حول تواصل البشر كالتغريدات، البوستات، الصور ومقاطع الفيديو المتنوعة.

Every post, photo, and click constitutes database storage.

2. Search Engines repositories بيانات محركات البحث العالمية

تقوم محركات البحث الشهيرة (مثل Google, Bing, Yahoo) ببناء وجمع مستودعات وكتالوجات عملاقة ومعقدة جداً من صفحات الويب المتوفرة عالمياً لأغراض البحث الفوري المتقدم.

Repositories index billions of pages in milliseconds.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Recent Developments - Part 2 | البيانات الضخمة ونظم NoSQL والسحاب

نشوء التقنيات الحديثة خارج نطاق الأنظمة الإدارية المألوفة لقواعد البيانات

Slide 05 / 36

Big Data Clusters

بنية تجمعات البيانات الضخمة

أنظمة حوسبة وتخزين متقدمة تتضمن حواسب موزعة في شبكات مجمعة لإدارة تلال مهولة من الأكواد والبيانات.

NOSQL Systems

أنظمة قواعد البيانات NoSQL

تعني (Not Only SQL)، وهي تقنيات مرنة تم تطويرها لتخزين البيانات غير الهيكلية والمرنة دون قيود الجداول المعتادة.

Cloud Repositories

التخزين السحابي الشامل

تخزين كميات لامتناهية من البيانات الموزعة على آلاف السيرفرات والأجهزة في مراكز البيانات (Data Centers).

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Basic Definitions | المصطلحات والتعاريف الأساسية

اللبنات والتعاريف الأساسية لقواعد البيانات وعالم البيانات المصغر

Slide 06 / 36

Database قاعدة البيانات

هي عبارة عن تجمع أو حقيبة من البيانات المترابطة والمنظمة منطقياً.

Data البيانات الأساسية

الحقائق المكتشفة والمعلومة التي يمكن حصرها وتخزينها، ولها معانٍ ضمنية مألوفة.

Mini-World العالم المصغر (مجال التخزين)

جزء من العالم الواقعي الحقيقي الذي يتم حفظ وتخزين البيانات لتوصيفه (مثل درجات الطلاب بالجامعة).

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Impact of Database Technology | الأثر التكنولوجي لنظم قواعد البيانات

كيف تتدخل قواعد البيانات لتسيير عصب الحياة الاقتصادية والاجتماعية في وقتنا الحالي؟

Slide 07 / 36

Classic Businesses

المصارف والأنشطة المالية، أنظمة التأمين الصحي، سلاسل المتاجر، النقل والتصنيع.

Service Industries

القطاعات الخدمية، العقارات، القوانين والمحاماة، التجارة الإلكترونية، والمتاجر الصغيرة.

Education Sector

إدارة المواد التعليمية والدروس، منصات المذاكرة والدراسة عن بعد، وسجلات التسجيل.

Personal Apps

التطبيقات الشخصية المعتمدة على الهواتف والأجهزة الذكية لحفظ الصور والمواقع والخرائط.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Simplified Database Environment | المخطط الشامل لبيئة قواعد البيانات

تمثيل رسومي بصري دقيق يوضح مسار مرور الاستعلامات والمحركات بالعتاد

Slide 08 / 36

Users / Programmers المستخدمون والمبرمجون

Queries / Programs الاستعلامات والبرمجيات

DBMS SOFTWARE

معالجة الاستعلامات والولوج للبيانات المخزنة

Metadata Catalog بيانات التعريف الوصفية

Stored Database البيانات الفعليه المخزنة

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Typical DBMS Functionality | الوظائف الأساسية لنظام الـ DBMS

المحركات والقدرات التشغيلية التي تقدمها محركات تشغيل وتصميم قواعد البيانات

Slide 09 / 36

1. Definition & Construction تعريف وبناء الهياكل

• التعريف (Defining): تحديد أنواع البيانات (Data Types)، الهياكل التنظيمية والقيود (Constraints) المفروضة على المدخلات.

• البناء (Constructing): تخزين وحقن محتويات وبذور البيانات الأولية على أقراص التخزين الثانوية والمستديمة.

2. Manipulation & Sharing المعالجة والمشاركة الفورية

• المعالجة (Manipulating): تفعيل عمليات استرجاع البيانات (Retrieval)، تصفية الاستعلامات والتقارير، والتحديث والتعديل.

• المشاركة (Sharing): إدارة تشغيل وتنفيذ البرنامج لعدة مستخدمين متزامنين في نفس الوقت دون تعطل أو تضارب.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Application Activities | أنشطة تشغيل تطبيقات قواعد البيانات

كيف تتواصل برامج الهواتف والحواسب مع قاعدة البيانات لتنفيذ الأوامر الفورية؟

Slide 10 / 36

1. Queries الاستعلامات وعرض البيانات

عمليات مستمرة لقراءة واسترجاع معلومات منتقاة من عدة جداول برمجية لصياغة رد أو نتيجة للطلب (مثل عرض قائمة الأصدقاء المتصلين).

2. Transactions المعاملات والتعديل الفوري

سلسلة خطوات برمجية لحقن أو تعديل أو تحديث قيم معينة في جداول الخادم، مع ضمان تنفيذ كافة الخطوات معاً أو إلغائها تماماً لعدم تلف البيانات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Additional DBMS Functionality | ميزات ووظائف إضافية لمحركات قواعد البيانات

الأمان المتطور، معالجة البيانات الفعالة، والصيانة طويلة الأمد للتطبيقات

Slide 11 / 36

Protection & Security

تأمين حماية وصلاحيات الولوج

توفير إجراءات وتدابير أمنية صارمة لمنع استغلال أو ولوج المستخدمين غير المخولين لبيانات حساسة بالخادم.

Active Processing

المعالجة النشطة (Triggers)

القدرة على اتخاذ إجراءات وقرارات داخلية برمجية تلقائية بالخادم بمجرد حدوث تعديلات معينة في الجداول.

Maintenance Services

صيانة واستمرارية الأنظمة

صيانة محتويات قواعد البيانات، والبرامج الإدارية المرافقة لها، وضمان النسخ الاحتياطي المستمر للأكواد.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Example Database (UNIVERSITY) | مثال عملي شامل: قاعدة بيانات الجامعة

تصميم وتفكيك الكيانات الملموسة لتوصيف العالم المصغر لبيئة الجامعة

Slide 12 / 36

MINI-WORLD DETAILS

تم استخدام بيئة الجامعة لتوضيح آلية عمل وبناء النظم. وتتضمن الكيانات الملموسة وغير الملموسة (Entities) التالية:

STUDENTs الطلاب

COURSEs المناهج

SECTIONs الشعب والفصول الدراسية

DEPARTMENTs الأقسام الأكاديمية

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

UNIVERSITY Relationships | العلاقات والارتباطات في بيئة الجامعة

كيف تترابط كيانات الطلاب والمناهج والشعب معاً لتشكيل قاعدة بيانات موحدة؟

Slide 13 / 36

• الشعب والمناهج: كل شعبة (SECTION) تنتمي وتعود لمنهج ومسار دراسي (COURSE) محدد.

• تسجيل الطلاب: الطلاب (STUDENTs) يقومون بالتسجيل والالتحاق في تلك الشعب (SECTIONs).

• المتطلبات المسبقة: لبعض المناهج متطلبات مسبقة (Prerequisites) يجب اجتيازها أولاً.

• أعضاء هيئة التدريس: يقوم المحاضرون (INSTRUCTORs) بتدريس تلك الفصول والشعب الدراسية.

• علاقة الأقسام: المناهج الدراسية يتم طرحها وعرضها بواسطة الأقسام الأكاديمية بالجامعة.

• التخصص الأكاديمي: يتخصص الطلاب (STUDENTs) ويسجلون تحت إشراف تلك الأقسام.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Simplified Database Catalog | مثال مبسط لكتالوج قواعد البيانات

التمثيل الجدولي المألوف للعلاقات والأعمدة وربط البيانات بالـ Schema

Slide 14 / 36

RELATIONS (جداول الكيانات)

COLUMNS (الأعمدة وتصنيف أنواع البيانات)

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Main Characteristics of DB Approach | الخصائص الأساسية لقواعد البيانات - جزء 1

الوصف الذاتي للبيانات وميزة الفصل التام بين البرامج وهياكل التخزين

Slide 15 / 36

1. Self-describing Nature الوصف الذاتي لأنظمة البيانات

تضم قواعد البيانات ميزة فريدة حيث يحفظ كتالوج الـ DBMS التوصيف الهيكلي الكامل والبيانات الوصفية للبرنامج، وتسمى هذه التوصيفات بالـ Meta-Data.

2. Insulation between programs & data الفصل والاستقلالية التامة للبيانات

وتسمى علمياً بالاستقلالية بين البرمجيات والبيانات (Program-data independence)، وتتيح إمكانية تعديل وتحديث هياكل التخزين والجداول دون الاضطرار إطلاقاً لتعديل الكود البرمجي للتطبيقات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Main Characteristics of DB Approach | الخصائص الأساسية لقواعد البيانات - جزء 2

تجريد وحجب التفاصيل المعقدة للتخزين وتوفير واجهات عرض متعددة ومخصصة

Slide 16 / 36

3. Data Abstraction تجريد وعزل البيانات

تعتمد محركات الأنظمة على موديل وبنية لتجريد البيانات (Data Model)، لحجب وإخفاء تفاصيل التخزين الفيزيائية المعقدة عن واجهة المطور، وتقديم رؤية واجهة منطقية مبسطة للحل.

4. Support of Multiple Views تأمين واجهات عرض متعددة ومخصصة

تضمن الأنظمة إمكانية عرض واجهات وتفاصيل مختلفة مخصصة لكل مستخدم (Views)، حيث يرى كل موظف أو عميل البيانات التي تقع ضمن دائرة اهتمامه وعمله وصلاحياته فقط وحجب البقية.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Main Characteristics of DB Approach | الخصائص الأساسية لقواعد البيانات - جزء 3

التزامن الآمن، التحكم في التداخل، وضمان تشغيل ومعالجة مئات المعاملات بالثانية

Slide 17 / 36

5. Sharing & Multi-user Concurrency المشاركة والتحكم بالتزامن المتعدد

تتيح الأنظمة لآلاف المستخدمين قراءة وتحديث الجداول في نفس اللحظة بأمان، بفضل وجود برمجيات التحكم في التزامن المتعدد (Concurrency Control) لمنع الأخطاء وحماية الصفقات.

6. OLTP & Recovery Services الـ OLTP وأنظمة الاسترجاع الفعالة

تعتبر معالجة المعاملات الفورية (Online Transaction Processing) جزءاً جوهرياً يسير مئات المعاملات المالية بالثانية، مع وجود نظام استرجاع كلي (Recovery Subsystem) لتسجيل الحسابات عند الطوارئ.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Database Users Classification | تصنيفات مستخدمي قواعد البيانات

تقسيم المستخدمين إلى ممثلين في ساحة العمل الفعلي أو جنود خلف الكواليس

Slide 18 / 36

Actors on the Scene الممثلون والنشطون في الساحة

وهم فئات الموظفين والمطورين والمستخدمين الذين يتفاعلون بشكل فوري ومستمر مع محتوى وتفاصيل وتصميم قاعدة البيانات للتنفيذ.

Workers Behind the Scene الجنود والمطورون خلف الكواليس

وهم مهندسو البرمجيات والعتاد الذين يقومون بابتكار وتصميم وبناء وصيانة محرك الـ DBMS والأدوات المرافقة له لخدمة الساحة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Actors on the Scene - Part 1 | الممثلون في ساحة العمل - الجزء الأول

مسؤوليات مدراء قواعد البيانات ومصممي الهياكل والبيانات الوصفية

Slide 19 / 36

Database Administrators (DBA) مدير قواعد البيانات

مسؤول بالكامل عن السماح وتخويل المستخدمين بالولوج للبيانات، تنسيق الاستخدام والرقابة الأمنية عليه، إدارة موارد السيرفرات والعتاد بكفاءة عالية.

Database Designers مصمم قواعد البيانات

مسؤول بالكامل عن صياغة وبناء وتصميم وتحديد الهياكل والمحتويات والقيود والعلاقات بالتواصل الوثيق مع المستخدمين لفهم متطلباتهم.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Actors on the Scene - End Users | الممثلون في ساحة العمل - المستخدمون النهائيون

تصنيفات المستخدمين الأربعة لقواعد البيانات في بيئة الإنتاج

Slide 20 / 36

1. Casual Users المستخدم العارض

يلج لقواعد البيانات بشكل متباعد وعشوائي حسب الحاجة الطارئة.

2. Naïve / Parametric المستخدم المبرمج المسبق

يستخدمون وظائف سريعة ومعلبة وثابتة كصرافي البنوك ومستخدمي التطبيقات.

3. Sophisticated المستخدم المحترف (الخبير)

المحللون، العلماء، والمهندسون العارفون بقدرات وإمكانات المحرك بالكامل.

4. Stand-alone المستخدم المستقل

من يبنون ويديرون قواعد بيانات مخصصة وشخصية لملفاتهم أو حساباتهم الخاصة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Actors on the Scene - Tech Personnel | الممثلون في ساحة العمل - الطواقم الفنية للبرمجة

محللو النظم، مبرمجو التطبيقات ومحللو أنشطة قطاع الأعمال التجارية

Slide 21 / 36

System Analysts محلل النظم البرمجية

يقومون بفهم وصياغة احتياجات المستخدمين وبناء الموديل المناسب للحل.

Application Programmers مبرمج التطبيقات الفنية

ينفذون التصميم بكود برمجي متين، ويجرون اختبارات الفحص وإزالة العيوب.

Business Analysts محللو الأعمال التجارية

يحللون جبال البيانات الضخمة (Big Data) لمساعدة المدراء في اتخاذ القرارات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Actors Behind the Scene | الممثلون خلف الكواليس للأنظمة

الجنود والمطورون لبرمجيات قواعد البيانات ومصممو الأدوات المرافقة

Slide 22 / 36

DBMS Designers & Implementors مصممو ومنفذو حزمة الـ DBMS

يقومون ببناء محرك التخزين الأساسي، مفسر الاستعلامات والمنافذ الأمنية المرافقة.

Tool Developers مطورو الأدوات والبرمجيات المساعدة

يبنون البرمجيات المرافقة لتصميم الجداول، مراقبة وحساب الأداء ومحاكاة الجداول.

Operators & Maintenance مشغلو وطواقم صيانة السيرفرات

يديرون التشغيل الفعلي والمراقبة المستمرة لأجهزة السيرفرات ومراكز البيانات الكبرى.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Advantages of DB Approach | مزايا وفوائد استخدام قواعد البيانات - جزء 1

محاربة تكرار البيانات وتأمين المشاركة الموثوقة وحفظ الهياكل والبيانات

Slide 23 / 36

1. Controlling Redundancy التحكم في تكرار تخزين البيانات

تضمن المنهجية حصر تخزين كل معلومة في مكان واحد موحد لمنع تشتت وهدر مساحات التخزين، والمحافظة على اتساق السجلات بشكل دائم وموثوق.

2. Unauthorized Access Restriction تقييد صلاحيات الولوج غير المصرح

توفير درجات أمان وحماية متطورة جداً، بحيث تسمح بمرور وتنفيذ الاستعلامات للمستخدمين بناءً على أدوارهم وحجب الاستعلامات السرية عن عامة الموظفين.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Advantages of DB Approach | مزايا وفوائد استخدام قواعد البيانات - جزء 2

تحسين وتسريع تصفية الاستعلامات بالاعتماد على الفهارس الذكية

Slide 24 / 36

3. Efficient Query Processing Structures توفير هياكل بحث سريعة (الفهارس)

توفر الأنظمة ميزة بناء هياكل فهارس متقدمة (Indexes) لتسريع وتسهيل عمليات تصفية والبحث في الجداول العملاقة في أجزاء من الثانية.

4. Persistent Storage for Objects حفظ هياكل البرمجة الكائنية واستمراريتها

توفير مستودعات استمرار دائمة للمبرمجين لحفظ وهيكلة الكائنات البرمجية (Objects) الخاصة بالتطبيقات بشكل دائم وتلقائي دون فقدانها عند إغلاق الأجهزة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Additional Implications | دلالات وآثار إضافية هامة للمنهجية

إلزام وتوحيد المقاييس وتوفير فترات وأوقات تطوير برمجيات التطبيقات بشكل كبير

Slide 25 / 36

1. Enforcing Standards تطبيق المقاييس والمعايير القياسية

تعتبر غاية في الأهمية للمؤسسات والشركات الكبرى، وتتمثل في توحيد صياغة أسماء الجداول والأعمدة، مقاييس الشاشات وتصاميم واجهات المستخدم والبيانات الوصفية.

2. Reduced Development Time اختصار أوقات تطوير التطبيقات

بفضل وجود محرك مسبق متكامل للـ DBMS، يقتصر دور المطور على صياغة المنطق دون القلق بشأن تخزين وحماية الملفات، وهو ما يختصر مئات ساعات التطوير.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Additional Implications (Cont.) | دلالات وآثار إضافية هامة - تابع

مرونة التعديل الهيكلي، وتوفير أحدث النسخ والبيانات فورياً للأنظمة الموزعة

Slide 26 / 36

Flexibility to Change مرونة تطور هياكل البيانات

القدرة التامة للـ Schema والكتالوج على التطور ومجاراة المتطلبات البرمجية الجديدة بمرونة متناهية.

Availability of Current Info توفير البيانات والنسخ الفورية

حيوية جداً لتطبيقات الحجز الفوري المتزامن للرحلات، الغرف والمشتريات لضمان تحديث الأرصدة بالملي ثانية.

Economies of Scale اقتصاديات الحجم وسعة العمل

تفادي الهدر والتعطيل لموارد الموظفين وأجهزة السيرفرات بدمج وحصر وتجميع وتوحيد قواعد البيانات في الخادم.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Historical Development | التطور التاريخي لتكنولوجيا البيانات - جزء 1

من الموديلات الهرمية القديمة في الستينيات إلى بزوغ فجر الثورة الجدلية للـ Relational Model

Slide 27 / 36

1. Hierarchical & Network Models الأنظمة الهرمية القديمة

تم ابتكارها وتأسيسها في منتصف الستينيات وسيطرت بالكامل في السبعينيات (مثل نظام IMS التابع لشركة IBM الشهيرة)، ولا زال بعضها يسيطر على البورصات وتسيير المعاملات التاريخية.

2. Relational Model Systems النموذج العلائقي الحديث (الجداول)

تم اقتراح النموذج في عام 1970، وأقيمت عليه مئات الأبحاث البرمجية الأكاديمية بالجامعات، حتى ظهرت أولى محركات وجداول قواعد البيانات التجارية في مطلع الثمانينيات.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Historical Development | التطور التاريخي لتكنولوجيا البيانات - جزء 2

بزوغ الموديلات الكائنية والعلائقية الهجينة في التسعينيات

Slide 28 / 36

3. Object-Oriented DBMS (OODBMS) نظم الكائنات الموجهة للبيانات

ظهرت في أواخر الثمانينيات لتلبية معالجة البيانات الهندسية الكثيفة والمعقدة (مثل تطبيقات الرسم والتصميم CAD)، ورغم تفوقها المنطقي إلا أن استخدامها لم يشهد إقبالاً وتطوراً تجارياً ضخماً.

4. Object-Relational DBMS (ORDBMS) النموذج العلائقي الكائني الهجين

قامت الشركات بدمج وتطعيم ميزات الكائنات البرمجية داخل هياكل الجداول التقليدية لإنشاء فئة مدمجة هجينة تدعم الملفات المعقدة والـ XML ومقاطع الفيديو بأمان.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Historical Development | التطور التاريخي لتكنولوجيا البيانات - جزء 3

ثورة التجارة الإلكترونية، لغة الـ XML ولغات البرمجة النصية للويب (Scripting)

Slide 29 / 36

5. Web & E-Commerce Applications تطبيقات الويب والتجارة الإلكترونية

ارتبطت صفحات الويب بلغة HTML بروابط حيوية، مما تطلب معايير تبادل بيانات مرنة ومحايدة للأنظمة، فبرزت لغة XML (eXtended Markup Language) كحل قياسي للتصدير والتبادل.

6. Scripting Languages (PHP, JavaScript) لغات السكريبت النصية للويب التفاعلي

أتاحت لغات مثل PHP و JavaScript إمكانية الاتصال المباشر بقواعد البيانات، لبناء وتوليد صفحات ويب تفاعلية وديناميكية فورية وتعديل بيانات الخادم مباشرة عبر المتصفح.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Extending Database Capabilities | توسيع إمكانات وقدرات قواعد البيانات

المجالات والقطاعات الأكاديمية والعلمية الجديدة الداعمة لهياكل تخزين معقدة

Slide 30 / 36

Scientific Applications العلوم التجريبية وعلم الفلك

دعم الأبحاث الطبية والفيزيائية الحيوية المعقدة كخريطة الجينات البشرية والملاحظات الفلكية اللانهائية.

Spatial & Location Services إدارة بيانات المواقع الحيوية (Spatial)

إدارة وتوجيه وفهرسة تصفية الخرائط الجغرافية ثلاثية الأبعاد وخدمات تتبع المواقع الفورية للأجهزة الجوالة.

Audio & Video Storage صيانة وإدارة مقاطع الفيديو والأصوات

توفير هياكل بحث سريعة قادرة على تصنيف وحفظ والبحث السريع داخل ملفات الميديا الضخمة ومستودعات التعدين.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Background of the 21st Century | الخلفية التقنية للقرن الحادي والعشرين

النمو الهائل للبيانات الناتجة عن محركات البحث والمنصات السحابية اللامتناهية

Slide 31 / 36

1. Tremendous User-Generated Data النمو المهول للبيانات المنتجة من العميل

شهد العقد الأول نمواً استثنائياً لبيانات المستخدمين الناتجة تلقائياً عن الهواتف وتطبيقات التواصل ومحركات البحث، وصارت مخرجات السوشيال ميديا تولد ملايين الحركات التفاعلية والصفقات بالثانية.

2. Cloud Storage & Backup الخدمات السحابية كخيار بديل

أتاح التخزين السحابي للشركات خفض التكاليف المادية للعتاد، ووفر مساحات لامتناهية مستديمة للنسخ الاحتياطي السريع الآمن للبيانات، مما مهد الطريق لظهور تقنيات تحليل الأنشطة الضخمة.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Emergence of Big Data & NoSQL | نهضة البيانات الضخمة ونظم NoSQL

الحلول الجديدة لمواجهة طوفان البايتابايتات (Petabytes) اليومية عبر الشبكات

Slide 32 / 36

1. Hadoop & Distributed Processing تكنولوجيا هادوب والحوسبة الموزعة

أبرز التقنيات التي نشأت للتعامل مع طوفان بيتابايتات البيانات اليومي بالاستعانة بمشروع Hadoop (المبتكر من Yahoo) ومنهجية البرمجة الموزعة Mapreduce (المبتكرة من Google).

2. Document & Graph NoSQL أنظمة الوثائق والرسومات المرنة

تم تصميم نظم NoSQL خصيصاً لتسريع عمليات البحث المستمرة للوثائق المعقدة، معالجة العلاقات المتشابكة والرسومات الضخمة للسوشيال ميديا بمرونة فائقة وتفادي جمود الجداول العلائقية التقليدية.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

When NOT to Use a DBMS | متى يفضل عدم استخدام قواعد البيانات - جزء 1

الأعباء والمثبطات المالية والفنية الناتجة عن تعقيد محركات قواعد البيانات

Slide 33 / 36

1. High Initial Investment الاستثمار والتكاليف الأولية الباهظة

تتطلب محركات قواعد البيانات شراء تراخيص باهظة للـ DBMS، مع الحاجة لشراء عتاد سيرفرات وسعة تخزين وأقراص معالجة ذات كفاءة مادية مرتفعة جداً.

2. Operating Overhead أعباء وتكاليف التشغيل الفنية

مستويات الأمان المتقدمة، برمجيات التحكم في التزامن المتزامن، عمليات الاسترجاع عند الطوارئ (Recovery) تفرض عبئاً زمنياً ومعالجة إضافية مستمرة تبطئ المعالج.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

When NOT to Use a DBMS | متى يفضل عدم استخدام قواعد البيانات - جزء 2

الحالات البرمجية التي يصبح فيها استخدام الـ DBMS تزيد التعقيد دون مبرر

Slide 34 / 36

Simple Applications التطبيقات البسيطة جداً

عندما تكون طبيعة البيانات بسيطة، واضحة الهياكل تماماً، ولا يُتوقع تعديلها أو تطورها مطلقاً مستقبلاً.

Single User Access منفذ المستخدم المنفرد

إذا كان البرنامج مصمماً لولوج مستخدم واحد فقط دون الحاجة نهائياً لمشاركة متزامنة للبيانات مع آخرين.

Embedded Systems الأنظمة المضمنة الصغرى

في الأجهزة الإلكترونية الصغرى ذات السعة التخزينية المحدودة والضيقة جداً والتي لا تسع لمحرك الـ DBMS.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

When NOT to Use a DBMS | متى يفضل عدم استخدام قواعد البيانات - جزء 3

متطلبات الزمن الحقيقي الصارمة، وحدود النمذجة المتقدمة للبيانات

Slide 35 / 36

3. Stringent Real-time Requirements متطلبات زمن حقيقي صارمة وحرجة

في الأنظمة الحرجة كأنظمة مقاسم الاتصالات ومفاتيح الهاتف المباشرة التي لا تحتمل أي عبء أو تأخير (Overhead) يسببه الـ DBMS وتتطلب استجابة فورية بالنانوثانية.

4. Modeling Complexity Limitations التعقيد البالغ الخارج عن حدود النمذجة

عندما تكون طبيعة البيانات بالغة التعقيد والتشابك (مثل قواعد بيانات الجينات المعقدة وسلاسل البروتين الدقيقة جداً) بحيث تفوق القدرة والحدود المعيارية لموديلات الـ DBMS المتاحة تجارياً.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit

Chapter 1 Summary | الخلاصة والتلخيص الختامي للمحاضرة الأولى

مراجعة سريعة لأهم المفاهيم والأفكار التي تم تغطيتها وتفصيلها بالدرس

Slide 36 / 36

• المبادئ والتعاريف:

تم حصر الفروق الأساسية بين البيانات (Data) وقاعدة البيانات (Database) والعالم المصغر (Mini-world) والـ DBMS.

• المزايا والخصائص:

ناقشنا الوصف الذاتي (Meta-data)، وعزل البرامج عن هياكل التخزين، ومرونة التطور والتعديل الهيكلي الآمن.

• مستخدمو الأنظمة:

تم تصنيف المستخدمين لفاعل في الساحة (Actors on the scene) أو مجهول خلف الكواليس (Behind the scene).

• حدود الاستخدام والجدوى المادية:

حددنا متى يثبط ويفشل أو ينجح استخدام الـ DBMS بناءً على حجم وتكلفة التشغيل وحدود الزمن الحقيقي الصارم.

مسودة الطالب / Interactive Notes Canvas Write notes here or draw thoughts • Click to edit