برمجة

يتكون البرمجيات (SW) من برامج حاسوبية توجه تنفيذ الحاسوب . [ 1 ] ^{تشمل البرمجيات أيضًا} وثائق التصميم والمواصفات.

يرتبط تاريخ البرمجيات ارتباطًا وثيقًا بتطور الحواسيب الرقمية في منتصف القرن العشرين. كُتبت البرامج الأولى بلغة الآلة الخاصة بالأجهزة. ومع ظهور لغات البرمجة عالية المستوى عام ١٩٥٨، أصبحت التعليمات أكثر وضوحًا للبشر، مما سهّل تطوير البرمجيات وجعلها قابلة للنقل بين مختلف بنى الحواسيب . تُشغّل البرمجيات المكتوبة بلغة برمجة معينة عبر مُترجم أو مُفسّر لتنفيذها على أجهزة البنية . ومع مرور الوقت، أصبحت البرمجيات أكثر تعقيدًا، نتيجةً للتطورات في الشبكات وأنظمة التشغيل وقواعد البيانات .

يمكن تصنيف البرامج بشكل عام إلى نوعين رئيسيين:

1. أنظمة التشغيل ، التي تدير موارد الأجهزة وتوفر الخدمات للتطبيقات
2. برامج التطبيقات ، التي تؤدي مهام محددة للمستخدمين

أدى ظهور الحوسبة السحابية إلى ظهور نموذج جديد لتقديم البرمجيات يُعرف باسم البرمجيات كخدمة (SaaS). في هذا النموذج، يتم استضافة التطبيقات من قِبل مزود الخدمة ويتم الوصول إليها عبر الإنترنت .

تتضمن عملية تطوير البرمجيات عدة مراحل، تشمل تصميم البرمجيات ، والبرمجة ، والاختبار ، والإصدار ، والصيانة . يُعد ضمان جودة البرمجيات وأمنها من الجوانب الحاسمة في تطوير البرمجيات، إذ يمكن أن تؤدي الأخطاء والثغرات الأمنية إلى أعطال في النظام واختراقات أمنية. بالإضافة إلى ذلك، تلعب المسائل القانونية ، مثل تراخيص البرمجيات وحقوق الملكية الفكرية، دورًا هامًا في توزيع منتجات البرمجيات.

يُنسب أول استخدام لكلمة " برمجيات" لوصف برامج الحاسوب إلى عالم الرياضيات جون وايلدر توكي عام 1958. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} ظهرت أولى الحواسيب القابلة للبرمجة في أواخر أربعينيات القرن العشرين، ^{[ 5 ]} وكانت تُبرمج بلغة الآلة . يصعب تصحيح أخطاء لغة الآلة، كما أنها غير قابلة للنقل بين الحواسيب المختلفة. ^{[ 6 ]} في البداية، كانت تكلفة موارد الأجهزة أعلى من تكلفة الموارد البشرية . ^{[ 7 ]} ومع ازدياد تعقيد البرامج، أصبحت إنتاجية المبرمجين هي العامل المحدد. أدى ظهور لغات البرمجة عالية المستوى عام 1958 إلى إخفاء تفاصيل الأجهزة والتعبير عن الخوارزميات الأساسية في الشيفرة البرمجية. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ومن اللغات المبكرة: فورتران ، وليسب ، وكوبول . ^{[ 9 ]}

يوجد نوعان رئيسيان من البرامج:

• أنظمة التشغيل هي " طبقة البرمجيات التي تدير موارد الحاسوب لمستخدميه وتطبيقاتهم " . ^{[ 10 ]} هناك ثلاثة أغراض رئيسية يؤديها نظام التشغيل: ^{[ 11 ]}
  • تخصيص الموارد بين التطبيقات المختلفة، وتحديد متى ستحصل على وقت وحدة المعالجة المركزية (CPU) أو مساحة في الذاكرة . ^{[ 11 ]}
  • توفير واجهة تُجرّد تفاصيل الوصول إلى معلومات الأجهزة (مثل الذاكرة الفعلية) لتسهيل الأمور على المبرمجين. ^{[ 11 ] [ 12 ]}
  • توفير خدمات مشتركة، مثل واجهة للوصول إلى أجهزة الشبكة والأقراص. وهذا يُمكّن من تشغيل التطبيق على أجهزة مختلفة دون الحاجة إلى إعادة كتابته. ^{[ 13 ]}
• تعمل برامج التطبيقات فوق نظام التشغيل وتستخدم موارد الحاسوب لأداء مهمة محددة. ^{[ 14 ]} وتتنوع أنواع برامج التطبيقات بشكل كبير نظرًا لاتساع نطاق المهام التي يمكن إنجازها باستخدام الحواسيب الحديثة. ^{[ 15 ]} وتشكل التطبيقات غالبية البرامج ^{[ 16 ]} ، وتتطلب بيئة نظام التشغيل، وغالبًا تطبيقات أخرى، لكي تعمل. ^{[ 17 ]}

يمكن تصنيف البرامج أيضًا حسب طريقة نشرها . تُشترى التطبيقات التقليدية بترخيص دائم لإصدار محدد من البرنامج، ثم تُنزّل وتُشغّل على أجهزة مملوكة للمشتري. ^{[ 18 ]} وقد أتاح ظهور الإنترنت والحوسبة السحابية نموذجًا جديدًا، هو البرمجيات كخدمة (SaaS)، ^{[ 19 ]} حيث يستضيف المزوّد البرنامج (الذي يُبنى عادةً على بنية تحتية أو منصات مستأجرة ) ^{[ 20 ]} ويُتيح استخدامه للعملاء، غالبًا مقابل رسوم اشتراك . ^{[ 18 ]} وبحلول عام 2023، أصبحت منتجات SaaS - التي تُقدّم عادةً عبر تطبيق ويب - الطريقة الأساسية التي تُقدّم بها الشركات تطبيقاتها. ^{[ 21 ]}

تهدف شركات البرمجيات إلى تقديم منتج عالي الجودة في الوقت المحدد وضمن الميزانية المخصصة. ومن التحديات التي تواجهها هذه الشركات عدم دقة تقديرات جهد تطوير البرمجيات في كثير من الأحيان. ^{[ 22 ]} يبدأ تطوير البرمجيات بتصور المشروع، وتقييم جدواه، وتحليل متطلبات العمل، ووضع تصميم برمجي . ^{[ 23 ] [ 24 ]} تُسرّع معظم مشاريع البرمجيات عملية التطوير من خلال إعادة استخدام أو دمج برامج موجودة، سواء كانت برامج تجارية جاهزة (COTS) أو برامج مفتوحة المصدر . ^{[ 25 ] [ 26 ]} عادةً ما يكون ضمان جودة البرمجيات مزيجًا من مراجعة الكود يدويًا من قِبل مهندسين آخرين ^{[ 27 ]} واختبار البرمجيات الآلي . ونظرًا لضيق الوقت، لا يمكن للاختبار تغطية جميع جوانب الوظائف المقصودة للبرنامج، لذا غالبًا ما يركز المطورون على الوظائف الأكثر أهمية. ^{[ 28 ]} تُستخدم الأساليب الرسمية في بعض الأنظمة الحساسة للسلامة لإثبات صحة الكود، ^{[ 29 ]} بينما يساعد اختبار قبول المستخدم على ضمان تلبية المنتج لتوقعات العملاء. ^{[ 30 ]} توجد منهجيات متنوعة لتطوير البرمجيات ، تتراوح بين إتمام جميع الخطوات بالتسلسل إلى النماذج المتزامنة والتكرارية. ^{[ 31 ]} يعتمد تطوير البرمجيات على المتطلبات المستمدة من المستخدمين المحتملين، على عكس الصيانة التي تعتمد على أحداث مثل طلب التغيير. ^{[ 32 ]}

كثيرًا ما تُطرح البرامج في حالة غير مكتملة عندما ينفد الوقت أو التمويل لدى فريق التطوير. ^{[ 33 ]} ورغم الاختبارات وضمان الجودة ، فإن جميع البرامج تقريبًا تحتوي على أخطاء برمجية تجعل النظام لا يعمل كما هو مُخطط له. لذا، تُعد صيانة البرامج بعد طرحها ضرورية لإصلاح هذه الأخطاء عند اكتشافها، ولضمان استمرار عمل البرنامج مع تغير بيئة التطوير بمرور الوقت. ^{[ 34 ]} غالبًا ما تُضاف ميزات جديدة بعد الطرح. ومع مرور الوقت، يتقلص مستوى الصيانة تدريجيًا حتى يتوقف تمامًا عند سحب المنتج من السوق. ^{[ 35 ]} ومع تقادم البرامج ، تُعرف بالبرامج القديمة ، وقد تبقى قيد الاستخدام لعقود، حتى لو لم يبقَ أحدٌ يعرف كيفية إصلاحها. ^{[ 36 ]} وعلى مدار دورة حياة المنتج، تُقدر تكلفة صيانة البرامج بنسبة 75% أو أكثر من إجمالي تكلفة التطوير. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

يتطلب إنجاز مشروع برمجي أنواعًا مختلفة من الخبرات، ليس فقط في مجال برمجة البرمجيات ، بل أيضًا في مجالات الاختبار، وكتابة الوثائق، وإدارة المشاريع ، والتصميم الجرافيكي ، وتجربة المستخدم ، ودعم المستخدم، والتسويق ، وجمع التمويل. ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 24 ]}

تُعرَّف جودة البرمجيات بأنها تلبية المتطلبات المحددة وتوقعات العملاء. ^{[ 41 ]} الجودة مصطلح شامل يشير إلى سلوك الكود الصحيح والفعال، وإمكانية إعادة استخدامه ونقله ، أو سهولة تعديله. ^{[ 42 ]} عادةً ما يكون بناء الجودة في المنتج منذ البداية أكثر فعالية من حيث التكلفة من محاولة إضافتها لاحقًا في عملية التطوير. ^{[ 43 ]} يقلل الكود عالي الجودة من تكلفة دورة حياة المنتج لكل من الموردين والعملاء، لأنه أكثر موثوقية وأسهل في الصيانة . [44] ^{[ 45 ]} قد تؤدي أعطال البرمجيات في الأنظمة الحساسة للسلامة إلى أضرار جسيمة، بما في ذلك الإصابة أو الوفاة. ^{[ 44 ]} تشير بعض التقديرات إلى أن تكلفة البرمجيات ذات الجودة الرديئة قد تصل إلى 20 إلى 40 بالمائة من المبيعات. ^{[ 46 ]} على الرغم من هدف المطورين المتمثل في تقديم منتج يعمل تمامًا كما هو مُخطط له، إلا أن جميع البرامج تقريبًا تحتوي على ^{أخطاء برمجية . [ 47 ]}

أدى ظهور الإنترنت إلى زيادة الحاجة إلى أمن الحاسوب بشكل كبير ، إذ مكّن الجهات الخبيثة من شنّ هجمات إلكترونية عن بُعد. ^{[ 48 ] [ 49 ]} يُطلق على أي خلل يُشكّل خطرًا أمنيًا اسم ثغرة أمنية . ^{[ 50 ] [ 51 ]} غالبًا ما تُصدر تحديثات برمجية لإصلاح الثغرات الأمنية المُكتشفة، لكن الثغرات التي لا تزال مجهولة ( ثغرات اليوم الصفر ) وتلك التي لم تُعالج بعد، تظل عرضة للاستغلال. ^{[ 52 ]} تختلف الثغرات الأمنية في مدى سهولة استغلالها من قِبل الجهات الخبيثة، ^{[ 50 ]} ويعتمد الخطر الفعلي على طبيعة الثغرة الأمنية وقيمة النظام المُحيط. ^{[ 53 ]} على الرغم من أن بعض الثغرات الأمنية لا تُستخدم إلا في هجمات حجب الخدمة التي تُعرّض توافر النظام للخطر، إلا أن ثغرات أخرى تسمح للمهاجم بحقن وتشغيل برمجيات خبيثة دون علم المستخدم. ^{[ ٥٠ ]} للتصدي للهجمات الإلكترونية، يجب تصميم جميع البرامج في النظام بحيث تتحمل الهجمات الخارجية وتتعافى منها. ^{[ ٤٩ ]} على الرغم من الجهود المبذولة لضمان الأمن، فإن نسبة كبيرة من أجهزة الكمبيوتر مصابة ببرامج ضارة. ^{[ ٥٤ ]}

يكتب المهندس كابرز جونز أن "الحواسيب والبرمجيات تُحدث تغييرات جذرية في جميع جوانب الحياة البشرية: التعليم، والعمل، والحرب، والترفيه، والطب، والقانون، وكل شيء آخر". ^{[ 74 ]} وقد أصبحت البرمجيات منتشرة في كل مكان في الحياة اليومية في الدول المتقدمة . ^{[ 75 ]} وفي كثير من الحالات، تُعزز البرمجيات وظائف التقنيات الموجودة، مثل الأجهزة المنزلية والمصاعد . [ 76 ^{] كما أدت} البرمجيات إلى ظهور تقنيات جديدة كليًا، مثل الإنترنت ، وألعاب الفيديو ، والهواتف المحمولة ، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . ^{[ 76 ] [ 77 ]} وقد أتاح الإنترنت وسائل اتصال جديدة، بما في ذلك البريد الإلكتروني ، والمنتديات ، والمدونات ، والتدوين المصغر ، ومواقع ويكي ، ووسائل التواصل الاجتماعي . ^{[ 78 ]} وتتوفر الآن كميات هائلة من المعرفة، تفوق أي مكتبة ورقية، من خلال بحث سريع على الإنترنت . ^{[ 77 ]} وقد تحول معظم المحترفين المبدعين إلى استخدام أدوات برمجية، مثل التصميم بمساعدة الحاسوب ، والنمذجة ثلاثية الأبعاد ، وتحرير الصور الرقمية ، والرسوم المتحركة الحاسوبية . ^{[ 73 ]} يتم التحكم في جميع الأجهزة المعقدة تقريبًا بواسطة برامج حاسوبية. ^{[ 77 ]}

• قائمة أدوات تطوير البرمجيات المدعومة بالذكاء الاصطناعي