המחשב האישי הוא המכשיר האלקטרוני המתוחכם ביותר. אני מאוד מתעניין במחשבים, ורוצה לדעת איך הם פועלים, לא רק תוכנות ומשחקים, אלא החלקים של המחשב. איך הקולות והמראות שאני רואה במשחקים ותכנות מגיעים אל המסך והרמקול. כשאני חושב על המחשב מתעוררות בי שאלות, כמו איך המחשב מבצע מיליוני חישובים בשנייה?
ולאו דווקא היום. הייתי גם רוצה לדעת מי המציא את המחשב הראשון, כיצד התפתח למחשב של היום, ואילו יכולות מתכננים לו בעתיד. על כל השאלות הללו אני עונה בעבודה הזאת.
פרק א’:
התפתחות המחשב
כבר לפני כ2000- שנה ברומא הייתה מכונת חישוב. מכונת החישוב הזאת, שהיא המחשב הראשון, היא החשבונייה. החשבונייה הייתה המחשב היחיד שהיה בשימוש לפני העת החדשה.
בשנת 1642, המציא בלֵיז פַסקאל את מכונת החשבון המכנית, שבאמצעות מערכת של גלגלי שיניים, הייתה יכולה לבצע פעולות חיבור וחיסור פשוטות.
במאה ה19-, המציא צ’ארלס בַבֶג’ את ‘המכונה האנליטית’. המכונה הזאת הייתה מסוגלת לקבל הוראות ולאגור נתונים. היה למכונה הזאת זיכרון, והיו יכולים אפילו לתכנת אותה. המכונה הזאת הייתה קפיצה אדירה קדימה בטכנולוגיה של המחשב. המכונה הזאת הייתה האב-טיפוס למחשבים של היום.
לאחר מכן, לא נותר אלא לשפר ולחדש את המצאתו של בבג’. כך עשה ואנֶוַר בוּש האמריקני בשנת 1930. המכונה שלו הייתה מכונת חישוב חשמלית, המחשב האנלוגי הגדול הראשון.
ב1941-, בנה קונרד זוּסֶה בגרמניה מכונת חשבון אלקטרו-מכנית, שפועלת על ממסרים אלקטרומגנטיים.
ב1942-, ג’ון אַטַנאסוֹף וקליפוֹרד בֶּרי בנו באוניברסיטת אַיוֹוה שבארצות הברית את מכונת החישוב הספרתית האלקטרונית הראשונה.
מחשבי הדור הראשון, מחשבי שפופרת הריק Colossus 1 וColussus 2-, נבנו בשנת 1943 כדי לפצח תשדורות מוצפנות במכונה הגרמנית אַניגמָה. שפופרות הריק היו מחזקות את האותות החשמליים שעברו במחשב.
ב1944- הווארד ה. איקן בנה לחברת י.ב.מ. מכונת חשבון אוטומטית.
ב1945- ג. פ. אֶקֶרט וג. ו. מוֹקלי בונים באוניברסיטת פנסילבניה את המחשב ‘אניאק'(ראשי תיבות באנגלית:’המכונה האלקטרונית לצירוף מספרים וחישוב) – המחשב האלקטרוני הספרתי הראשון.
הוא נועד לחשב מסלולי פצצות ופגזים והותאם לאחר המלחמה לתפקידים אחרים. למרות מהירות הפעולה שלו היה לו חיסרון בולט – הגודל שלו (85 מטר מעוקבים, שקל כשלושים טון).
ב1950- בנתה חברת אקרט ומוקלי אשר בפילדלפיה את המחשב ‘יוניווק 1′(ר”ת באנגלית – מחשב אוניברסלי אוטומאטי), המחשב הראשון שיוצר בייצור המוני.
חברת י.ב.מ. הציגה בשנת 1953 את המחשב המסחרי הראשון שלה –
דגם 701 – הפועל על שפופרות ריק.
מחשבי הדור השני: בשנת 1956 נבנה ה-‘לֶפרִיקוֹן’ – המחשב הטרנזיסטורי הראשון נבנה במעבדות חברת בל; הטרנזיסטור מחליף את שפופרות הריק כדי להגביר אותות חשמליים, וכן פועל בתור מפסק; יתרונו על השפופרות בהיותו קטן, זול, אמין וצריכת החשמל שלו נמוכה.
רק ארבע שנים לאחר מכן,ב1960-,ממציאים את מחשבי הדור השלישי – במחשבים אלה משתמשים בשבבי צורן(סיליקון) – מעגלים אלקטרוניים מודפסים (המהפכה המיקרו-אלקטרונית) המאפשרים מִזעוּר מחשבים, שכן דוחסים בשבבים מספרים עצומים של טרנזיסטורים זעירים(שיכולת ביצועם יותר טובה מן המקוריים) ורכיבים אחרים העוזרים לתהליך העיבוד. יחד עם התקדמות זו, באו שפות התִכנות העליות, שלהן יש אוצר של מילים הדומות למלים באנגלית.
ב1971-, המציאו את מחשבוני הכיס; באותה שנה הוציאה חברת אינטֶל פטנט* על המיקרוֹפּרוֹסֶסוֹר-המעבד הזעיר- הוא השבב המרכזי שבו נמצאת יחידת הפיקוח של המחשב; בעצם, זהו מחשב שלם הפועל על שבב צורן אחד(גודל השבבים-X11 ס”מ בערך). בעקבות הצלחת המעבד הזעיר חל קיצוץ משמעותי בעלויות החישוב, תוך בנייה מתמדת של מחשבים קטנים וזולים יותר שיש להם אותו כוח חישוב שהיה למחשבים הגדולים.
בקליפורניה, ב1975-, נבנה המחשב האישי הראשון – ‘אלטיאר’. בשנה זו החלה המהפכה של ‘מחשב בכל בית’ – המחשב הופך מכלי למומחים ומדענים בלבד, לכלי שיש לכל אזרח אמריקאי ממוצע בבית.
כעבור שנה, ב1976-, מוקמת חברת אפל(Apple), שהיא כיום חברה גדולה מאוד לייצור מחשבי-על.
מחשבי הדור הרביעי:
ב1980- החלה התפשטות רחבה מאוד של שני סוגי מחשבים:
א. מחשבים אישיים – מחשבים אישיים זולים וקטנים, לתפוצה ביתית המונית; הגדילה התמידית של עוצמתם, מהירותם, ואפשרויות התיקשורת שלהם הפכה אותם מכלַי משחק לפריטים חיוניים בכל תחום עיסוק. בשל הביקוש הרב, ובגלל שהרבה אנשים לא ידעו איך להשתמש במחשבים, החלו לתכנת תוכנות ‘ידידותיות’, כלומר, תוכנות קלות לשימוש, שלא נידרש מהמשתמש ידע רב במחשבים.
ב. מחשבים גדולים – מכונות רבות עוצמה המטפלות בכמויות מידע גדולות וחישובים מסובכים הנחוצות לפעילות של חברות גדולות. למחשבים הללו יש גם יכולת לעבוד עם עשרות מסופים בו-זמנית, המאפשרת למשתמשים רבים לעבוד בעת ועונה אחת.
בשנות התשעים: מחשבי הדור החמישי מתקרבים כיום לכ1,000,000,000- חישובים בשנייה אחת. בשנת 1995 הומצא מחשב-העל 6P, המחשב העוצמתי ביותר כיום.
פרק ב’:
פעולות חלקי המחשב
למחשבים כיום הרבה מאוד חלקים מתוחכמים, המותאמים למקום פעולתם ושימושיהם. אבל יש חלק אחד שנמצא בכל אחד מן המחשבים; המעבד. למרות שהמעגל הקטן על גב חלקיק הצורן הוא החלק שרוב משתמשי המחשב לא רואים, הוא בעצם מה שגורם לכל חלקי המחשב לפעול בהתאם להוראות המתכנת. למרות שיש עוד חלקים שבלעדיהם אי-אפשר לבצע פעולות מסוימות, המעבד הוא החלק החשוב ביותר במחשב. בפרק זה אני מציג חלק מהרשימה הארוכה של חלקי המחשב הנמצאים בשימוש כיום.
המקלדת – המקלדת היא כלי הקלט הנפוץ כיום. על פני המקלדת נמצא לוח המקשים, שמורכב מ101- כפתורים*(51 מקשי אותיות, מספרים וסימנים ו47- מקשי שליטה). כאשר לוחצים על אחד מהמקשים שנמצא על-גבי לוח המקשים, המקלדת שולחת אל המעבד מִמסָר אלקטרוני; מספר המורכב משמונה ספרות, שכל ספרה היא 0 או 1**. כמות המידע העוברת בממסר אלקטרוני אחד נקראת בייט(Byte).
העכבר – העכבר הוא כלי שליטה בסמן, שלעתים יותר נוח להשתמש בו מאשר בכלי השליטה במקלדת. ברגע שמזיזים את העכבר, הכדור שנמצא בתחתיתו מסתובב, והוא מסובב גלגלים בתוך העכבר. המעבד הזעיר בתוך העכבר הופך את סיבוב הגלגלים לממסרים אלקטרוניים, שהם ההוראות שהוא נותן למעבד הראשי.
המעבד הראשי שולח הוראות אל המסך, והסמן על המסך זז בכיוון הרצוי.
מסך צבעוני – המחשב מעביר תמונה אל המסך באלפי ממסרים אלקטרוניים, כפי שמועבר מידע מן המקלדת אל המעבד. לאחר שכל ממסר אלקטרוני מגיע אל המסך, מקור הקרן, לפי ההוראות בממסר, משגרת קרן אלקטרונים אל פני המסך, שם נמצאים כימיקלים, שברגע שפוגעת בהם הקרן, נראה לעין האנושית המראה. אך הכימיקלים מפוזרים על פני המסך, ואם רק הם היו מראים לנו את הציור הכל היה נראה מטושטש ומאוד לא ברור. לכן, לפני הכימיקלים, מוצבת רשת עם חורים מיקרוסקופיים, המסננת כל קרן אלקטרונים לחור אחר, וכך אנו מקבלים תמונה חדה על המסך* .
המדפסת – כמו אל המסך, אל המדפסת מגיעים הממסרים האלקטרוניים, הם ההוראות להדפסת המידע.
א.מדפסת דיו – בראש-ההדפסה בתוך המדפסת נמצאים מיכל הדיו, וסיכות ההדפסה. כאשר מגיעים הממסרים האלקטרוניים אל המדפסת, המעבד הזעיר מקבל את ההוראות, ומורה לסיכות באיזו צורה להדפיס עם הדיו. כשמתחילים להדפיס, הסיכות מתכסות דיו ולוחצות את הדיו על הדף. כך עובר ראש-ההדפסה שורה-שורה ומדפיס את הסימנים והאותיות. במדפסת צבע, מתרחש אותו תהליך, אבל בראש ההדפסה נמצאים שלושת צבעי היסוד, ולכל צבע סט של סיכות משלו, והמעבד הזעיר בתוך ראש-ההדפסה מורה גם איך לערבב את הצבעים כדי לקבל צבע מסוים.
ב.מדפסת לייזר – במדפסת לייזר מתרחש אותו תהליך, אבל במקום ראש-ההדפסה יש בתוך המדפסת מעבד זעיר המחובר למקור קרני-לייזר. כאשר ההוראות מגיעות למדפסת, המקור “יורה” קרן לייזר אל הדף, ומשאיר סימנים על הדף.
במדפסת לייזר צבעונית, יש שקפים שדרכם עוברת קרן הלייזר, והם משנים את צבע הקרן.
המעבד – המעבד הוא החלק המרכזי במחשב. הוא מקבל מידע מכלי הקלט, ומשנה את ההוראות שיתאימו לכלי הפלט. במחשבים המתקדמים ביותר מורכב המעבד ממיליונים של טרנזיסטורים זעירים. אבל כשקונים את המחשב, הוא לא תמיד מותאם לכל הכלים בהם אנו רוצים להשתמש. זאת הסיבה שהומצאו הכרטיסים.
הכרטיסים הם תוספות למעבד, שמאפשרים שימוש במגוון רחב מאוד של כלים, כגון רובוט, אורגן, מגבר(נותן קול באיכות גבוהה מאוד), וכו’. לפעמים מושתלים כבר בקניית המחשב כמה כרטיסים שמאפשרים שימוש בדברים בסיסיים כגון כונני דיסקטים, מקלדת ועכבר.
פרק ג’:
מחשבים בחיי היום-יום
בשל הדברים שהמחשבים מסוגלים לבצע כיום, הם מנוצלים בכל תחומי החיים.
המחשבים הפכו למכשירים חיוניים המשרתים את הממשל, את עולם העסקים, את התעשיה והחקלאות, וכמובן את המדע.
המחשב בעולם המסחר: אנשי-עסקים זקוקים למידע מעודכן על מחיריהם של חומרי-גלם ומינרלים. הם גם צריכים לדעת את שערי החליפין של המטבעות החשובים בעולם. שוק-כספים מרכזי כגון וולסטריט שבניו-יורק, קשור באמצעות מחשב לשוקי לונדון, טוקיו ושאר מרכזי הממון הגדולים בעולם. עסקות עם סכומי כסף עצומים מתבצעות דרך המחשב, בלי שהכסף יחליף בפועל ידיים.
המחשב בעולם התעשיה: כשם שהמחשבים מסייעים לחברות לנהל את עסקי הכספים שלהן, כך הם משמשים כלי-עזר חיוני בתהליך הייצור של המוצר המוגמר. למשל, בבתי-זיקוק לנפט המחשבים אחראים על הזרמת הכימיקלים.
מחשב לחיזוי מזג-האויר: כדי לספק תחזית מדויקת יותר של מזג-האויר מנתחים המטאורולוגים מידע המגיע אליהם מלווינים, ספינות ומטוסים בכל רחבי העולם.
המטאורולוגים משתמשים במחשבים רבי עוצמה לעיבוד כל המידע הזה.
המחשב ברפואה: ברפואה משתמשים במחשבים כדי לאחסן תרשומות רפואיות ולפקח על הציוד העדכני ביותר. בשעת הצורך, אפשר לשלוף במהירות את תיקו הרפואי של חולה ולעיין בו. המחשב גם יכול לסייע לרופא לאבחן מחלה. המידע על מחלות שונות הנאגר בזכרון עולה באיכותו ובכמותו על הזכרון של רופא מנוסה אחד.
מחשבים מפקחים על התחבורה: חברות נעזרות במחשבים כמעט בכל שלב משלבי פעולתן. הנפקת כרטיסי הטיסה והזמנתם מנוהלת ע”י מחשב, המעדכן ברציפות את הנתונים. בנמלי-תעופה הבין-לאומיים הגדולים מחוברות מערכות הבקרה של התנועה האווירית למחשב, דבר המאפשר למאה מטוסים בקירוב להמריא ולנחות בכל שעה. מחשבים המותקנים במטוס עצמו מאפשרים לטייס להטיס את המטוס ובו-זמנית לעקוב אחר פעולות המנוע ומערכות הבטיחות של כלי-הטייס.
גם אמצעי תחבורה אחרים נעזרים במחשבים. הם מותקנים באוניות ומסייעים בניווט ובניטור מטענים מסוכנים כגון נפט.
רוב הרכבות החדישות נעזרות במחשבים כדי לתכנן ולפקח על תכיפות השירות ולהפעיל את מערכות האיתות.
גם הרמזורים בערים הגדולות נשלטים ע”י מחשב כדי למנוע פקקי-תנועה בשעות שיא או להסדיר את התנועה במקרה של תקלה.
המחשב בשירות המשטרה: המשטרה מצוידת כיום בעזרים אלקטרוניים מתוחכמים. ביחידות-הזיכרון של המחשבים נאגר מידע על פושעים ועבריינים, הניתן לשליפה מהירה ע”י שוטרים. אפשר גם לקשר בין מחשב המשטרה הארצית ובין מחשבי המשטרה בארצות אחרות, כדי לעקוב אחרי פושעים בין לאומיים. מערכות אלה מוגנות היטב כדי לוודא ששום אדם בלתי-מוסמך לא יוכל להשתמש בהם.
המחשבים אמנם מסייעים מאוד לעבודת המשטרה, אך הם יצרו גם סוג חדש של פשע. אנשים בלתי-מוסמכים מנסים לא פעם לחדור למערכות-חישוב של בנקים, למשל, ולהעביר כסף לחשבונות מזויפים. בגלל עליית מספרם של עברייני המחשב הוכנסו לתכניות מחשב רבות אמצעי בטיחות מיוחדים, כדי למנוע את ניצולן לרעה.
המחשב בשירות הצבאי: צבאות העולם מצוידים בכלי-נשק אלקטרוניים יקרים ובמערכות הגנה משוכללות. מערכות מכ”ם המיועדות לתת התראה על מטוסי אויב נשלטים ע”י מחשבים. הרבה מערכות נשק חדישות נושאות בתוכם מחשבים משלהן. המחשב שבטיל מאפשר להנחותו באופן אוטומטי למטרתו בדיוק מירבי. בשל מהירות המחשב, יכולות מערכות-ההגנה של ספינות לגלות טיל אויב ולערוך עליו התקפת נגד תוך שניות ספורות.
פרק ד’:
יכולות המחשב בעתיד
המחשב מתחיל להשתלט על מגוון רחב מאוד של תחומים בחיי היום-יום. ככול שהדרישה למהירות ועוצמה גוברת, כך ישתכללו גם המחשבים. בספרי מדע בדיוני הסופרים משתמשים בדימיונם ליצירת מחשבים וטכנולוגיה מתקדמים. בדרך-כלל מסתכלים על ספרים אלה כאילו שהדברים בהם יקרו בעתיד הרחוק, או שלא יקרו כלל. אך אנו קרובים יותר לטכנולוגיות הללו הרבה יותר ממה שאנו חושבים. אולי לא יהיו לנו מחשבים מדברים ורובוטים שחושבים על דעת עצמם בשנים הבאות, אבל אנחנו מתקדמים מהר, ואולי זה יקרה אפילו בעוד עשרה שנים, ולא מאות כמו שחושבים הרבה אנשים שקוראים ספרי מדע בדיוני.
אי-אפשר לנבא את העתיד, אבל מה שחברות מחשבים מנסות לעשות כיום, זה לקרב את האינטראקציה בין האדם למחשב, כלומר, לעשות את המחשבים נגישים יותר לאנשים ללא ניסיון קודם, וגם שהתהליכים שצריכים לעבור בשביל לבצע פעולה מסוימת יהיו קצרים יותר, למשל, במקום לתקתק מילה על המקלדת, להגיד אותה והיא תופיעה על המסך. בשביל הדברים הללו, צריכים מחשבים מהירים וחזקים יותר מאלה שיש לנו היום.
