البرامج الثابتة والبرمجيات: ما الفرق ولماذا يُعَد مهمًا؟

تعتمد أكثر التقنيات ابتكارًا اليوم على ثلاثة عناصر أساسية تعمل معًا: الأجهزة والبرمجيات والبرامج الثابتة. تمثِّل عناصر الأجهزة أشياءً مادية (مثل أجهزة الكمبيوتر أو المعالجات أو البطاقات)، بينما يُشير مصطلحَا البرمجيات والبرامج الثابتة إلى مجموعات من التعليمات التي تحتاجها الأجهزة لتعمل. 

رغم أن البرامج الثابتة والبرمجيات متشابهتان إلى حد يجعل الناس غالبًا يستخدمون المصطلحين بالتبادل، فإن هناك بعض الاختلافات الأساسية التي يجدر فهمها عند تقييم كل منهما لتلبية احتياجات العمل.

تُعرَف البرامج الثابتة، والمعروفة أيضًا باسم "البرمجيات للأجهزة"، بأنها كود مدمج في جهاز مادي مثل نظام الكمبيوتر أو الجهاز المحمول لمساعدته على العمل.

توفِّر البرامج الثابتة التعليمات لكيفية بدء تشغيل الجهاز، والتفاعل مع الأجهزة الأخرى مثل أجهزة التوجيه أو أجهزة التحكم عن بُعد، وتنفيذ مهام الإدخال/الإخراج (I/O). ويمكن تحديثها بانتظام لإصلاح المشكلات أو إضافة ميزات جديدة أو تحسين التوافق. 

صاغ العالم الأمريكي Ascher Opler مصطلح "البرامج الثابتة" في عام 1967 لوصف برنامج على أنه "يقع بين الأجهزة والبرمجيات".¹ اليوم، تحتاج العديد من الأجهزة الشائعة، مثل أجهزة التلفزيون والهواتف الذكية والكاميرات، إلى البرنامج الثابت لتعمل بشكل صحيح.

البرمجيات هي مجموعة من التعليمات التي توجِّه العمليات الأساسية لجهاز الكمبيوتر. 

يمكن كتابة البرمجيات بعدة لغات مختلفة أو أكواد برمجية، بما في ذلك اللغات الشهيرة مثل Python وJava وStructured Query Language ‏(SQL). للبرمجيات أغراض متعددة، لكن يتم تصنيفها عادةً إلى فئتين رئيسيتين: برمجيات مخصصة لأنظمة التشغيل وبرمجيات مخصصة للتطبيقات.

ربما يكمن الفرق الأهم بين البرنامج الثابت والبرمجيات في أن البرنامج الثابت يساعد الأجهزة على بدء التشغيل والتواصل، بينما تركِّز البرمجيات بشكل أكبر على تفاعل المستخدم. 

تعمل الشركات المصنِّعة على تحديث البرنامج الثابت بشكل متكرر لإضافة ميزات جديدة وتعزيز الأمان وحماية الأجهزة من الثغرات الأمنية. كما يعلم أي مستخدم لهاتف Android أو iOS، يجب تنزيل وتثبيت تحديثات إصدار البرنامج الثابت بانتظام، وإلا فقد تؤثِّر في أداء الجهاز.

بالمقابل، يتم تثبيت البرمجيات على الأجهزة الإلكترونية لتحسين تجربة المستخدم في أنشطة مثل تصفح الإنترنت والتحقق من البريد الإلكتروني ومعالجة النصوص ومشاهدة الفيديوهات وتشغيل الموسيقى والعديد من الاستخدامات الأخرى. فيما يلي بعض أهم الفروقات التي يجب أخذها بعين الاعتبار عند تقييم هذه التقنيات. 

يميل البرنامج الثابت إلى التركيز على التعليمات منخفضة المستوى ذات وظيفة محددة، وغالبًا ما تكون مرتبطة مباشرةً بالتحكم في الجهاز الذي تمت برمجته له. تميل البرمجيات إلى التركيز أكثر على البرامج التي يتفاعل معها المستخدم وتعمل على الجهاز. 

يتمثّل الفرق الرئيسي الآخر من حيث الوظائف في أن البرمجيات يمكن أن تعمل على العديد من الأجهزة المختلفة، بينما عادةً ما يقتصر البرنامج الثابت على الجهاز الذي تمت برمجته له.

تختلف بيئات التطوير بشكل كبير حسب إذا ما كنت تعمل على تطوير برنامج ثابت أو برمجيات. يستخدم تطوير البرمجيات لغات برمجة عالية المستوى، بما في ذلك Python و++C، بينما يعتمد البرنامج الثابت على لغة C أو لغة التجميع البسيطة. 

عادةً ما يستخدم مطورو البرمجيات مجموعة أوسع من أطر العمل والأدوات مقارنةً بمبرمجي البرامج الثابتة، مثل بيئات التطوير المتكاملة (IDEs) ومكتبات الأكواد. يقتصر مطورو البرنامج الثابت على الأدوات المصممة لمنصة محددة، مثل قائمة التلفزيون الذكي، وغالبًا ما يُطلب منهم التركيز على الوظائف الأساسية مثل تمهيد التشغيل وتصحيح الأخطاء.

تُعَد مرحلة الاختبار من المراحل الحاسمة لبناء حلول فعَّالة للبرنامج الثابت والبرمجيات. في حالة البرنامج الثابت، تركِّز مرحلة الاختبار على كيفية تفاعل الحلول مع الأجهزة لضمان عملها بشكل صحيح وتجنُّب حدوث ما يُعرَف باسم "تعطُّل الجهاز". يحدث "تعطُّل الجهاز (Bricking)" عندما يؤدي تحديث البرنامج الثابت إلى جَعْل الجهاز غير قابل للتشغيل عن طريق الخطأ. غالبًا ما يختبر المطورون سيناريوهات مختلفة باستخدام أدوات تصحيح ومحاكاة الأخطاء لضمان أن تحديث البرنامج الثابت سيعمل بشكل صحيح. 

في اختبار البرمجيات، يستخدم المطورون أدوات وإجراءات مختلفة عن تلك المستخدمة في اختبار البرنامج الثابت لتحديد الأخطاء وتصحيحها، وللتأكد من أن البرمجيات تعمل بفاعلية. بينما يتم اختبار البرنامج الثابت على الأجهزة، وبشكل خاص على ذاكرة ROM الخاصة بالجهاز التي يتم فيها تخزين البرنامج الثابت، يتم إجراء اختبار البرمجيات على منصات محددة. 

يتم تحديث كلٍّ من البرنامج الثابت والبرمجيات بشكل متكرر عبر الإنترنت باستخدام اتصال Wi-Fi 5G أو الإيثرنت. تُعَد تحديثات البرمجيات على مستوى أعلى من تحديثات البرنامج الثابت، التي تركِّز على وظائف الجهاز بدلًا من تفاعل المستخدم. تهدف تحديثات البرمجيات إلى التطبيقات التي تعمل على الجهاز، مثل معالجات النصوص ومتصفحات الإنترنت، بينما تستهدف تحديثات البرنامج الثابت الوظائف الأساسية التي تُعَد حيوية لأداء الجهاز، مثل نظام التشغيل. 

من الاختلافات الأخرى أن تحديثات البرنامج الثابت أقل تواترًا من تحديثات البرمجيات، وتحمل مخاطر أعلى لتعطُّل الجهاز بسبب ارتباطها الوثيق بالأجهزة. نظرًا لتعقيد الأجهزة التي يتم تثبيت البرنامج الثابت والبرمجيات عليها، بدءًا من أجهزة الكمبيوتر المحمول وأجهزة الألعاب ووصولًا إلى الهواتف الذكية والسيارات ذاتية القيادة، تُعَد التحديثات ضرورية لضمان الأداء.

يعتمد العديد من المؤسسات الحديثة الناجحة على البرامج الثابتة والبرمجيات لتلبية احتياجات أعمالها المختلفة، وفيما يلي بعض أبرز الفوائد الشائعة:

• سهولة التسليم: اليوم، يتم تقديم معظم تطبيقات المؤسسات كخدمة برمجية (SaaS)، ما يجعل تثبيتها وتحديثها أسهل بكثير مقارنةً بالماضي. حلول SaaS هي برمجيات تطبيقات مستضافة على السحابة ويتم استخدامها عبر اتصال بالإنترنت من خلال متصفح ويب أو تطبيق أجهزة محمولة. يتم تثبيت حلول البرامج الثابتة أيضًا وتحديثها عن بُعد، عبر رابط تنزيل على الإنترنت أو كتحديث تلقائي يتطلب إعادة تشغيل بسيطة للجهاز للتثبيت.
• تحسين الأداء: يعمل كلٌّ من البرامج الثابتة والبرمجيات على تعزيز أداء العديد من الأجهزة التي تعتمد عليها المؤسسات للبقاء آمنة ومبتكرة، ولتقديم ميزات جديدة لعملائها. على سبيل المثال، تستخدم شركات الألعاب والترفيه البرامج الثابتة والبرمجيات لضمان عمل تطبيقاتها بسلاسة وتمكين العملاء من استخدامها بالطريقة المصممة لها.
• الحل الأسرع للمشكلات: يؤدي كلٌّ من البرامج الثابتة والبرمجيات دورًا محوريًا في المساعدة على حل مشكلات العملاء بسرعة وفعالية. على سبيل المثال، تخيّل أن عنصرًا جديدًا –مثل مكبّر الصوت أو الكاميرا في الهاتف الذكي– لا يعمل. بدلًا من استدعاء الجهاز إلى المصنع، يمكن للشركة المصنِّعة إصدار تحديث برنامج ثابت بسيط يمكن تنزيله وتثبيته بسهولة عبر الإنترنت.فيما يتعلق بالبرمجيات، غالبًا ما تتضمن التحديثات تحسينات أمنية إلى جانب ميزات ووظائف جديدة. على سبيل المثال، تضمَّن تحديث نظام التشغيل Sonoma من Apple طرقًا جديدة لحماية كلمات المرور، وقدرات مطوّرة لمؤتمرات الفيديو، ووظائف محسَّنة للأدوات على سطح المكتب، وغير ذلك. 
• انخفاض التكاليف: تساعد البرامج الثابتة والبرمجيات الشركات بمختلف أحجامها على تقليل نفقاتها بعدة طرق. أحد الأمثلة على ذلك هو الإعداد المسبق، حيث تكون تطبيقات البرامج المشتراة عبر نموذج SaaS مُهيّأة مسبقًا عند تنزيلها. كل ما يحتاجه المستخدم هو تجهيز خادم سحابي، وسيكون التطبيق جاهزًا للعمل خلال بضع ساعات. كما يساهم نموذج SaaS في خفض تكلفة الترخيص، لأن معظم التطبيقات فيه تعمل في بيئات مشتركة أو متعددة المستأجرين.

تتشابه البرامج الثابتة مع البرمجيات إلى الحد الذي يجعل الكثيرين يستخدمون المصطلحين بالتبادل. مع ذلك، هناك بعض الاختلافات في طريقة عملهما تستحق النظر عند تقييم ملاءمتهما لأغراض الأعمال.

يتم تثبيت البرنامج الثابت على الجهاز في أثناء تصنيعه. بشكل أساسي، يسهِّل البرنامج الثابت التواصل بين نظام التشغيل والجهاز نفسه. وحدة المعالجة المركزية (CPU) في جهاز الكمبيوتر، وهي المكان الذي تتحوَّل فيه بيانات الإدخال إلى مخرجات معلومات، تعمل على استدعاء البرنامج الثابت من ذاكرة الكمبيوتر وتنفيذه.

يقع البرنامج الثابت في ذاكرة الجهاز غير المتطايرة، حيث يمكن الاحتفاظ بالمحتوى عند إيقاف تشغيل الجهاز، ويمكن كتابته على عدة أنواع من الذاكرة، بما في ذلك ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) والذاكرة للقراءة فقط (ROM) والذاكرة القابلة للمسح والبرمجة (EPROM) والذاكرة الوميضية.مع زيادة تعقيد المهام الموكلة إلى البرنامج الثابت، اكتسِب بعض خصائص أجهزة الكمبيوتر، لا سيما استخدامه للذاكرة الوميضية ونظام الإدخال/الإخراج الأساسي (BIOS).

عادةً ما يخزِّن البرنامج الثابت البيانات في ذاكرة النظام غير المتطايرة، أو ما يُعرَف بالذاكرة للقراءة فقط (ROM)، والمعروفة أيضًا باسم الذاكرة الوميضية. تُستخدم هذه النوعية من الذاكرة في مجموعة واسعة من الأجهزة المحمولة مثل محركات الأقراص المحمولة والهواتف الذكية والكاميرات الرقمية وأجهزة الكمبيوتر المحمول وغيرها، وهي أساسية لوظائف البرنامج الثابت. مؤخرًا، اكتسبت الذاكرة الوميضية بعض القدرات التي ترتبط عادةً بأجهزة الكمبيوتر.

على سبيل المثال، عند تشغيل جهاز الكمبيوتر، يمرّ بسلسلة خطوات تُعرَف باسم نظام الإدخال/الإخراج الأساسي (BIOS). كان أول برنامج ثابت يشغِّل تسلسل BIOS يستخدم شريحة ROM، أما الآن فقد تحوَّلت الأنظمة لاستخدام الذاكرة الوميضية في BIOS، بحيث يمكن إعادة كتابة البيانات دون الحاجة إلى إزالة الشريحة من لوحة النظام وإعادة إدخالها بعد إعادة برمجتها.

تحتوي البرمجيات على تعليمات ومعلومات مهمة يحتاجها الكمبيوتر للعمل بشكل صحيح. يعمل نوعا البرمجيات، برمجيات التطبيقات وبرمجيات أنظمة التشغيل، بشكل مختلف ويخدم كلٌّ منهما غرضًا مختلفًا. 

• برمجيات التطبيقات: تُعرَف برامج برمجيات التطبيقات، أو التطبيقات، بأنها برامج تؤدي وظيفة محددة، مثل متصفح الويب أو محرر الصور أو معالج النصوص. ومع ذلك، لا يمكن لبرمجيات التطبيقات العمل بشكل مستقل؛ فهي تحتاج إلى نظام تشغيل الكمبيوتر (أو برمجيات النظام) لتعمل. مع انتشار الإنترنت، تتطلب العديد من التطبيقات على الويب اتصالًا بالإنترنت لتعمل، بينما يمكن تشغيل التطبيقات غير المعتمدة على الإنترنت بواسطة نظام تشغيل الكمبيوتر (مثل Windows أو Mac أو Linux).
• نظام التشغيل أو برمجيات الأنظمة: يمثِّل نظام التشغيل أو برمجيات الأنظمة طبقة برمجية تقع بين الأجهزة والبرمجيات التطبيقية، ما يمكِّنهما من العمل بشكل صحيح. نادرًا ما يتفاعل المستخدمون مع برمجيات الأنظمة، لكنها تعمل دائمًا في الخلفية أثناء استخدام التطبيقات المفضلة لديهم. تُدير برمجيات الأنظمة الجهاز وبرمجياته، ما يضمن تجربة مستخدم سلسة وغير منقطعة.

نظرًا لاعتماد العديد من الشركات والعملاء على البرامج الثابتة والبرمجيات، فإنهما يمثِّلان أهدافًا جذابة للمتسللين. تمتلك الأجهزة المادية التي تعتمد على البرامج الثابتة العديد من الثغرات الأمنية، نظرًا لأنها غالبًا ما تستخدم الكود نفسه. تُعرَف الهجمات على البرمجيات غالبًا باسم البرامج الضارة، وهي أكواد أو تطبيقات خبيثة يمكن أن تتلف أجهزة الكمبيوتر أو تساعد المتسللين على سرقة البيانات الحساسة.

يشمل اختراق كلٍّ من البرنامج الثابت والبرمجيات استخدام كود مكتوب عمدًا لإلحاق الضرر بنظام الكمبيوتر أو بالمستخدم. من الأنواع الشائعة للبرامج الضارة: برامج الفدية التي تحتجز بيانات المستخدم كرهينة، وأحصنة طروادة التي تتجنَّب الكشف من خلال التظاهر بأنها برنامج شرعي، وبرامج التجسس التي تسرق معلومات حساسة عن المستخدم. 

على سبيل المثال، في يونيو 2024، أصدرت Google تحذيرًا يفيد بأن هناك مشكلة في البرنامج الثابت لهواتف Pixel تجعلها عرضة للهجمات، ولم يكن هناك حل معروف لهذه المشكلة.²

هناك العديد من الأمثلة على الدور الحيوي للبرامج الثابتة والبرمجيات في العمليات الأساسية للشركات الناجحة. فيما يلي خمسة من أكثر حالات الاستخدام شيوعًا في المؤسسات. 

تعتمد أجهزة الكمبيوتر الشخصية على البرامج الثابتة والبرمجيات لتعمل. يساهم البرنامج الثابت المدمج على شريحة الذاكرة في لوحة النظام للكمبيوتر المحمول في الحفاظ على البيانات المهمة أثناء إيقاف تشغيل الجهاز. بالإضافة إلى ذلك، تدعم مواصفات BIOS وواجهة البرنامج الثابت الموسَّعة الموحَّدة (UEFI) واجهة البرمجيات بين نظام التشغيل والبرنامج الثابت. 

تشمل الأمثلة على تطبيقات البرمجيات الحيوية لأجهزة الكمبيوتر برامج معالجة البيانات، وتطبيقات تصفح الإنترنت، والتطبيقات المستخدمة في مؤتمرات الفيديو، وغيرها.

يتم دمج البرنامج الثابت في شرائح الذاكرة الوميضية التي تحتاجها العديد من أجهزة تخزين البيانات الحديثة مثل وحدات USB، والأقراص الصلبة الخارجية، ومحركات الأقراص المحمولة لتعمل بشكل صحيح. 

فيما يتعلق بمعالجة البيانات وتحليلات البيانات، تعتمد العديد من الحلول الشهيرة مثل Microsoft Excel وGoogle BigQuery وقاعدة بيانات Db2 من IBM على البرمجيات لتعمل بشكل صحيح. 

يضمن البرنامج الثابت أن يعمل الهاتف الذكي عند تشغيله بعد فترة من عدم الاستخدام، وأن تتفاعل العناصر الحيوية مع بعضها بالطريقة التي تم تصميمها بها. 

تدعم البرمجيات تشغيل العديد من التطبيقات التي يستخدمها الأفراد للتحقق من البريد الإلكتروني، وإجراء مكالمات الفيديو، وطلب الطعام، ومراجعة أرصدة الحسابات، والمزيد.

تعتمد السيارات المصممة خلال السنوات العشر الأخيرة بشكل كبير على البرامج الثابتة والبرمجيات. يتم استخدام أنواع مختلفة من البرامج الثابتة عبر أنظمة السيارات، بما في ذلك وحدات التحكم بالمحرك (ECUs) التي تعمل على تحسين أداء المحرك وكفاءة استهلاك الوقود. 

تعتمد عمليات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) على البرمجيات، بالإضافة إلى العديد من ميزات السلامة الحديثة مثل القيادة بمساعدة الكاميرا وتنبيهات تغيير المسار. 

يشير إنترنت الأشياء (IoT) إلى شبكة من الأجهزة المادية والمركبات والأجهزة المنزلية وغيرها من الأشياء المادية المدمجة بأجهزة استشعار، وأنواع مختلفة من البرمجيات، واتصال الشبكة، ما يمكِّنها من جمع البيانات ومشاركتها.يُعَد البرنامج الثابت أساسيًا للعديد من استخدامات إنترنت الأشياء، بما في ذلك الأجهزة المنزلية الذكية مثل الثلاجات وأنظمة التحكم الذكي في المناخ. 

تدعم البرمجيات العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء الأكثر تعقيدًا، بما في ذلك السيارات ذاتية القيادة، وتطبيقات المدن الذكية، وتطبيقات الطاقة الذكية، وغيرها.

رغم أن البرنامج الثابت والبرمجيات يشتركان في العديد من الخصائص، تحتاج الشركات التي تقيِّم هذه التقنيات للاستخدام المحتمل إلى أن تكون واضحة بشأن الفروقات بينهما أيضًا. يعتمد العديد من الأجهزة على البرنامج الثابت للوظائف الأساسية، مثل التشغيل والإيقاف والاحتفاظ بالبيانات أثناء إيقاف التشغيل، بينما تُعَد البرمجيات أساسية لتفاعل المستخدم وتشغيل تطبيقات الأعمال. من المهم فهم كيفية عمل هاتين التقنيتين معًا، وراء الكواليس، لتعزيز عجلة الابتكار واستثمار إمكاناتهما في الأعمال.