מחשב

מחשב הוא מכונה אלקטרונית המסוגלת לעבד נתונים על פי תוכנה, כלומר על פי רצף פקודות נתון מראש. במובן לוגי-פורמלי מחשב הוא מכונה המקיימת את ההגדרה של מכונת טיורינג[1].

מחשבים הם חלק בלתי נפרד מחיי היומיום של המין האנושי במאה העשרים ואחת, והשימוש בהם נעשה כמעט בכל תחום ובכל מקצוע.[2] חברות, גדולות כקטנות, בתי עסק, משרדים ממשלתיים, בנקים, גופים ציבוריים ותעשיות שונות (מתעשיית הטקסטיל ועד לתעשיית הקולנוע) מסתמכים במידה רבה על מחשבים למטרות שונות, החל משמירת מידע וטיפול בו וכלה בשליטה על רובוטים העובדים בפסי ייצור. רוב הגופים כלל לא יוכלו לתפקד בלעדי המחשבים. גם עבור האדם הפרטי הפך השימוש במחשב לחלק בלתי נפרד משגרת החיים. כמעט כל מכונה או מכשיר חשמלי הנמצאים בשימוש מסוף המאה ה־20 מכילים מחשב המשובץ בהם ואחראי על תפקודיהם השונים.

עיינו גם בפורטל

פורטל המחשבים הוא שער לערכים הקשורים למחשבים. הפורטל סוקר את ההיסטוריה של המחשב, שימושים במחשב, טכנולוגיות מחשוב, אישים מתחום המחשוב, וכמובן - תוכנה.

הגדרה

כדי שמכונה תחשב כמחשב עליה לקיים שני תנאים:

  • היא מגיבה באופן מוגדר־היטב למערכת פקודות מסוימת.
  • ביכולתה לבצע באופן עצמאי תוכנית, שהיא סדרת פקודות שנכתבה מראש.

חלקה הראשון של ההגדרה דורש תגובה באופן מוגדר־היטב. הכוונה היא שבהינתן פקודה או רצף של פקודות, נוכל לדעת בדיוק מה תהיה פעולת המכונה על ידי בדיקת ההגדרות של הפקודות הללו. לכל מחשב קיים מדריך המספק הגדרה מדויקת של כל אחת מהפקודות שהוא מבצע.

חלקה השני של ההגדרה דורש את היכולת לבצע באופן עצמאי אוסף פקודות שהוכתב מראש. בכך נבדל המחשב ממכונת חישוב, שהיא אמצעי מכני או אלקטרוני, המעבד נתונים ללא תוכנית מוכתבת מראש, אלא על ידי משתמש המנחה אותו ללא הרף, צעד אחר צעד, בפעולות שעליו לבצע.

המונח "מחשב" הוא מונח כוללני מאוד שמתאים למכונות רבות. קונסולת משחקים, דוגמת הקונסולה playstation, מסוגלת להריץ משחק וידאו העונה בהחלט להגדרה של תוכנית, ואכן, אף על פי שלא נהוג לכנותה כך, מדובר במחשב. מכונות רבות יכולות לבצע רצף פקודות שניתן להן מראש בצורה מוגדרת־היטב, החל מטלפון חכם המסוגל להריץ משחק, וכלה במטוס קרב המסוגל להטיל פצצה תוך חישוב מהירות ומרחק מהיעד. הללו אינם מחשבים, אך הם מכילים מחשבים המשובצים בהם.

הגדרתו של המחשב מכסה, אם כך, מכשירים רבים שיכולותיהם רחוקות זו מזו. מחשב אחד מצוי במשחק ילדים ותכליתו לנגן מספר צלילים ולהציג מספר תמונות, ואילו מחשב אחר מסוגל לשלוט על חללית בלתי־מאוישת. חרף ההבדלים במטרתם של מחשבים אלה, הם דומים במידה רבה בעקרונות פעולתם, וההבדל העיקרי ביניהם הוא בעוצמתם: מהירות פעולתם וגודל הזיכרון העומד לרשותם.

היסטוריה

לפני המחשב

מכשירים עתיקים לעריכת חישובים, אבות אבותיו של המחשב המודרני, הם החשבונייה ומנגנון אנטיקיטרה, מכונה יוונית עתיקה המחשבת את תזוזת הכוכבים (מתוארכת ל־150–100 לפני הספירה).[3] בסוף ימי הביניים חלה התקדמות במתמטיקה ובהנדסה האירופיות וב־1623 בנו וילהלם שיקארד ומספר מהנדסים נוספים מחשבון מכני. מכונות אלו לא דמו למחשבים של ימינו, שכן לא היה בכוחן לבצע תוכניות שנתן להן המשתמש, אלא רק חישובים שעבורם נבנו מלכתחילה.

ב־1801 הציג הצרפתי ז'וזף מארי ז'אקאר את המצאתו, נול הפועל באמצעות כרטיסים מנוקבים ובכך טווה תבניות מסובכות מאוד. הנול של ז'אקארד לא היה מחשב אמיתי, אך היווה שלב משמעותי בהתפתחות המחשב המודרני. צ'ארלס בבג' היה הראשון שהגה ותכנן מחשב הניתן לתכנות עוד ב־1837, אך המכשיר לא נבנה מעולם, בשל קשיים כלכליים שאיתם נאלץ להתמודד, ומשום שהתקציבים שהוקצו יועדו למכונה קודמת (שגם היא לא הושלמה), שהייתה למעשה מכונת חישוב מכנית, לא מחשב, בשם מנוע ההפרשים של בבג'[4]

עד סוף המאה ה־19 הופיעו מספר חידושים, כמו הכרטיס המנוקב ושפופרת הריק שלימים יתגלו כשימושיים בתחום המחשוב. הכרטיסים המנוקבים שימשו כבר אז לצורך עיבוד נתונים רחב־היקף בארצות הברית, שבוצע במכונות טבולציה (tabulating machines) שתכנן הרמן הולרית.

במחצית הראשונה של המאה ה-20, פתרו מדענים רבים בעיות חישוביות באמצעות מחשבים אנלוגיים שהשתמשו במודל מכני או אלקטרוני של הבעיה כבסיס לחישוב. אף על פי שמכונות אלה נעשו מתוחכמות יותר ויותר עם השנים, הן הפכו לנדירות עם פיתוחו של המחשב הדיגיטלי הניתן לתכנות.

בשנות ה־30 וה־40 של המאה ה־20 נבנו בהדרגה מכשירי חישוב חזקים יותר וגמישים יותר. עם השנים החלו להופיע במכשירים תכונות דומות למחשב המודרני, כגון הסתמכות על אלקטרוניקה דיגיטלית במקום אנלוגית (פותחה בעיקר על ידי קלוד שנון ב־1937[5]) ואפשרויות תכנות נרחבות יותר של המכונות. הצבעה על מכונה אחת מסוימת מבין אותן מכונות כ"מחשב הדיגיטלי הראשון" היא מטלה קשה ואולי אף בלתי אפשרית.

מחשבים ראשונים

Zuse Z1-2
רפליקה של ה-Z1 של קונראד צוזה, המחשב הספרתי הניתן לתכנות הראשון, מ-1938. הרפליקה נבנתה על ידי צוזה עצמו, ב-1989
Eniac
המחשב אניאק (ENIAC) היה אבן דרך בהיסטוריה של המחשוב
Weizac (1954-1964) Front2
ויצק - המחשב הישראלי הראשון

המחשבים הספרתיים הראשונים שפותחו בשנות ה־30 וה־40 של המאה ה־20:

  • Z1 - מחשב דיגיטלי, בינארי, ניתן לתכנות, שנבנה על ידי קונראד צוזה בברלין, בין 1936 ל-1938. מחשב זה היה מכני לחלוטין, הונע על ידי מנוע חשמלי, בקצב של בערך 1Hz (כלומר מחזור פעולה אחד בשנייה). המחשב הושמד בהפצצות בנות הברית ב-1943, ושיחזור שלו נמצא כיום במוזיאון הגרמני לטכנולוגיה בברלין. לא ברור עד כמה המחשב פעל בצורה אמינה - רבים מהחלקים המכניים נבנו על ידי צוזה ידנית, בדירת הוריו בברלין.
  • מחשב אתנסוף ברי - מכונת חישוב ספרתית שבנו ג'ון אטנסוף וקליפורד ברי ב־1938 והשתמשה בחישוב בשפופרת ריק, במספרים בינאריים ובזיכרון מתחדש.
  • "קולוסוס" (Colossus computer) מחשב בריטי סודי שנבנה ב־1944. המחשב נבנה מאלפי שפופרות ריק ואף שהיה בעל יכולת תכנותית מעטה בלבד, הוכיח שניתן לבנות מחשב יציב וניתן לתכנות, ממספר רב של שפופרות.
  • "הרווארד סימן 1", מחשב אלקטרו־מכני גדול עם יכולות תכנות מועטות, שנבנה ב־1944.
  • ב־1941 בנה צוזה את ה-Z3, מחשב זה התבסס על ה-Z1, אך החליף רבים מהמכלולים המכניים במכלולים אלקטרו-מכניים, בעיקר ממסרים. כמו ה-Z1, גם מחשב זה נהרס בהפצצת בנות הברית על ברלין, ב-1943.[6]
  • ב־1946 נבנה אניאק, מחשב אמריקאי המבוסס על הבסיס העשרוני. מחשב זה היה המחשב האלקטרוני הרב־תכליתי הראשון. במקור לא היה מחשב זה גמיש במיוחד, וכדי לתכנתו היה צורך לחווטו בכל פעם מחדש.

הצוות שפיתח את אניאק זיהה את הקושי בתכנות מחדש של המחשב, ולכן הציע ב־1948 תכנון נוח ואלגנטי בהרבה מזה שהיה קיים עד אז; תכנון זה יכונה בהמשך "ארכיטקטורת פון נוימן". מודל זה הפך לבסיסם של מרבית המחשבים המודרניים עד ימינו. מאמצע עד סוף שנות ה־40 החלו מספר מיזמים לפיתוח מחשבים, המבוססים על המודל של פון ניומן. הראשון שבהם הושלם בבריטניה. הראשון שהושלם ופעל היה מחשב שנקרא Small-Scale Experimental Machine, אך הדגם הראשון שפותח ובאמת היה בו שימוש היה מחשב ה־EDSAC.

ב־1955 החל לפעול בישראל מחשב שנבנה במכון ויצמן: ויצק (WEIZAC - Weizmann Automatic Calculator), שהיה אחד מהמחשבים האלקטרוניים הראשונים בעולם והראשון שפעל מחוץ לאירופה וארצות הברית. המחשב פעל עד 1963.[7] במשך שש שנים היה ויצק המחשב היחיד שפעל בישראל, ורק ב־1961 הצטרף אליו מחשב שני, שנרכש עבור ממר"ם.

השימוש במחשבים מבוססי שפופרות ריק נמשך לאורך שנות ה־50 של המאה ה־20.

מחשבים מודרניים

No original caption. (African-American woman computer operator) - NARA - 558656
שימוש משרדי במחשב
MacBook Pro
מחשב אישי נייד מודרני מדגם MacBook Pro של אפל

המחשבים המבוססים על שפופרות ריק הוחלפו במחשבים מבוססי טרנזיסטורים. מחשבים אלה היו קטנים יותר, מהירים יותר, זולים יותר, ויציבים הרבה יותר. הללו תרמו לכך שאת המחשבים מבוססי הטרנזיסטורים ניתן היה לייצר באופן מסחרי החל מסוף שנות החמישים. בשנות השישים של המאה ה־20 אומצה טכנולוגיית המעגלים המשולבים, שסייעה להמשך המגמה של הקטנת והוזלת המחשבים, כשבמקביל פותחו לצרכים מיוחדים מחשבי על, בעלי מהירות חישוב גדולה במיוחד. בעשור זה הופיעו גם מחשבים ייעודיים רבים, כמו מחשבי משימה של מטוסי קרב וחלליות, ומיני מחשבים שהתאימו לשימושים שונים ומגוונים. החל מראשית שנות השבעים של המאה העשרים הופיעו מיקרו מעבדים, שאיפשרו לבנות מחשבים קטנים וזולים יותר ויותר, ובאמצע העשור איפשרו את הופעת המחשב האישי.

מגמת הוזלת מחירי המחשבים והקיטון בגודלם נמשכת עד היום. ניתן עדיין למצוא לא מעט מחשבים שגודלם כגודלו של ארון גדול. מחשבים אלה מצויים בעיקר במעבדות מחקר הזקוקות להם לשם חישובים מסובכים מאוד ומכונים מחשבי־על, או בחברות גדולות הזקוקות להם לשם עיבוד טרנזקציות רבות מאוד, אלו נקראים מחשבים מרכזיים (mainframe). למרות זאת, המחשבים השכיחים ביותר, באופן גורף, הם המיקרו־מחשבים שגודלם קטן בהרבה. בקבוצה זו ניתן למצוא את המחשבים האישיים והמחשבים הניידים ששכיחותם כה גדולה עד כי הפכו בשפת היום יום למונח נרדף למונח "מחשב" עצמו, ואת הטלפונים הסלולריים שכמעט בלי יוצא מהכלל מכילים מעבד.

צורת המחשב הנפוצה ביותר איננה המחשב האישי, וגם לא הטלפון הנייד, אף על פי שמחשבים אלו נפוצים ביותר. המחשבים הנפוצים ביותר הם מיקרו־בקרים, שנמצאים במערכת משובצת מחשב. אלו הם מחשבים זעירים המשובצים במכונה אחרת ומשתלבים בפעולתה. מחשבים משובצים ניתן למצוא בטלפונים סלולריים, מצלמות דיגיטליות, מקלטי טלוויזיה, מערכות שמע, ממירי כבלים, תנורי מיקרוגל, וכן הלאה. מערכות מורכבות יותר כמו מכוניות, מטוסים, ומערכות נשק שונות מכילות לעיתים עשרות ואף מאות מיקרו בקרים. למעשה, גם המחשב האישי המודרני מכיל, בנוסף למעבד המרכזי שלו, עוד מספר מיקרו בקרים ייעודיים שאחראים על תת־מערכות ספציפיות כמו המקלדת, בקר התצוגה, בקר הרשת, ועוד.

הפיכתם של המחשבים לקטנים יותר וזולים יותר לא הביאה לירידה בביצועיהם וביכולותיהם. למחשבים בתחילת המאה ה־21 יכולות גדולות מעריכית מאלה של קודמיהם, ויכולות אלו ממשיכות לגדול באותו הקצב. תופעה זו מתוארת בחלקה על ידי חוק מור ולפיו היא תימשך גם בעתיד.[8]

מבנה המחשב

לחצו כדי להקטין חזרה
צגמעבדRAM (זיכרון גישה אקראית)כרטיסי הרחבהלוח אםספק כוחכונן תקליטוריםכונן קשיחמקלדתעכברPersonal computer, exploded 5, unlabeled.svg

חלקי מחשב אישי. לקבלת מידע נוסף על חלק, לחצו עליו

באופן מפתיע, על אף התקדמותה המסחררת של הטכנולוגיה בכל הקשור למחשבים, מרבית המחשבים בתחילת המאה ה־21 בנויים על פי אותו מודל שלפיו נבנו ראשוני המחשבים, מכונת פון נוימן.

לפי המודל, בנוי המחשב מארבע קבוצות רכיבים עיקריות. הרכיבים מחוברים ביניהם על ידי חבילות חוטים הנקראים "אפיקים" (באנגלית: buses). כלל הרכיבים מונָעים, לרוב, על ידי שעון פנימי או "טיימר" (אם כי גם אירועים אחרים יכולים להשפיע על בקרת הפעולה).

ארבע קבוצות הרכיבים הם:

התקני קלט־פלט

התקני הקלט־פלט הם האמצעים שבעזרתם מתקשר המחשב עם העולם החיצון. בעזרת התקני הקלט מקבל המחשב מידע שלו הוא זקוק מהחוץ, ובאמצעות התקני הפלט הוא שולח החוצה מידע חיוני (תוצאות חישובים או הודעות אחרות שעליו להעביר). מכורח המציאות חייב כל מחשב לפחות מספר התקני קלט־פלט בסיסיים, אחרת לא נוכל להורות לו מה לעשות ולא נוכל לדעת את תוצאות הפעולות שהוא מבצע.

התקני קלט דרושים לשם העברת פקודות ונתונים למחשב. בלעדיהם לא נוכל להעביר למחשב את רצוננו ואז לא יהיה בו שום שימוש עבורנו. בעבר צוידו המחשבים בקורא כרטיסים מנוקבים, המידע הנחוץ הועבר למחשב בצורה בינארית כחורים על גבי הכרטיסים, והקורא תרגם זאת למספרים בזיכרון. כיום, התקני הקלט הבסיסיים, המצויים כמעט בכל מחשב, הם מקלדת ועכבר. במחשבים מסוימים יש התקני קלט נוספים, כמו הסורק ומצלמת האינטרנט, שמטרתם העברת מידע ייחודי יותר למחשב: במקרה של סורק ומצלמת אינטרנט מדובר בתמונות או בסרטים.

Clavier multimédia du Logitech
מקלדת, התקן קלט שכיח המצוי כמעט בכל מחשב

התקני פלט דרושים לשם העברת מידע מהמחשב לעולם החיצון, לרוב למשתמש. מידע זה כולל את תוצאות הפעולה שהתבקש המחשב לבצע, הודעה על שגיאות או על אזהרות, בקשות לקלט ובמקרה של מערכת משובצת מחשב, השפעה של ממש, לדוגמה הזזת רובוט. בעבר היה התקן הפלט העיקרי סוג כלשהו של מדפסת, שפלטה את תוצאות המחשב. כיום, התקן הפלט העיקרי הוא הצג, אך גם המדפסת והרמקולים שכיחים למדי. במקרה של מערכת משובצת מחשב, המכונה שעליה שולט המחשב היא התקן הפלט. אם למשל שולט המחשב על רובוט, אזי הרובוט עצמו הוא התקן הפלט העיקרי של המחשב. ללא התקני הפלט לא יוכל המחשב לדווח על תוצאות הפעולה שביצע עבורנו והן יאבדו כאילו לא בוצעה הפעולה מעולם.

למרות החלוקה בין התקני קלט להתקני פלט, לעיתים משמש מכשיר אחד לשתי המטרות. לדוגמה, מכשור המשמש להעברת נתונים ממחשב אחד לשני הוא התקן פלט עבור המחשב האחד והתקן קלט עבור השני. כונן התקליטור, למשל, יכול לשמש הן כהתקן פלט (צריבה עבור מחשב אחר), הן כהתקן קלט (קבלת נתונים ממחשב אחר) והן כהתקן אחסון נתונים (שמירת נתונים צרובים עבור אותו מחשב).

קיימות קבוצות רבות של התקני קלט־פלט שונים. קבוצה אחת (נרחבת מאוד) של התקני קלט־פלט היא אמצעי אחסון המידע המשניים. עם קבוצה זו נמנים הדיסק הקשיח, כונן התקליטורים, הדיסק און קי ורבים אחרים שהמשותף ביניהם הוא, שכולם אמצעי אחסון מידע איטיים יחסית אך בעלי קיבולת מידע גבוהה ואמינות גבוהה (בניגוד לזיכרון המחשב המהיר עשרות מונים אך קטן יחסית ומתרוקן בכל הפעלה מחדש של המחשב). קבוצה נוספת היא זו של התקנים המאפשרים תקשורת בין מחשבים בכלל, וגישה לרשתות בפרט, בין אם לרשת מחשבים או לרשת האינטרנט. היכולת להעביר מידע בין קבוצות מחשבים פתחה חלון אפשרויות רחב במיוחד, בייחוד כאשר מדובר על מיליוני מחשבים המחוברים יחדיו ברשת האינטרנט. קיימים התקני קלט־פלט נוספים המיועדים למטרות ממוקדות יותר, החל ממצלמה, עבור הכנסת תמונה למחשב, וכלה במכשירים מתוחכמים יותר לשימושים מקצועיים, כמו התקנים המעבירים למחשב רישומי דופק או נוכחות זיעה ומשמשים, למשל, בעת ביצוע בדיקת פוליגרף.

הזיכרון

זיכרון המחשב משמש לאחסון הפקודות והנתונים השונים.

ניתן להמשיל את זיכרון המחשב לרשימת תאים, לדוגמה תאי דואר. לכל תא יש כתובת ויכולת להכיל בתוכו כמות קבועה של מידע. הכתובת היא מספר ייחודי המייצג את התא, ובאמצעותו ניתן לגשת אל התא לשם אחסון מידע או אחזורו. התאים מצויים זה אחר זה בזיכרון, וכתובותיהם עוקבות. המידע יכול להיות פקודה המורה למחשב מה לעשות, או לחלופין נתון. הנתונים יכולים להיות הקלט שעל המחשב לעבד, תוצאות ביניים של חישובים שעשה המחשב ואולי ישתמש בהם בהמשך (מסיבה זו הזיכרון הוא חלק בלתי נפרד מתהליך העיבוד של המעבד), או התוצאות של פעולת המחשב. לפי ארכיטקטורת פון נוימן, לכל תא היכולת להכיל פקודה או נתון ואין צורך בתא מיוחד לכל אחד מסוגי המידע.

היחידה האריתמטית־לוגית

KL National INS4004
מיקרומעבד אינטל 4004, ששוחרר ב־1971, היה הראשון ש־CPU שלם הורכב בו על שבב אחד, וגם היה המיקרומעבד המסחרי הראשון. מעבד זה בטכנולוגית 4 ביט, היה יכול לבצע 92,000 פקודות בשנייה.

היחידה האריתמטית־לוגית מסוגלת לבצע שלושה סוגים של פעולות בסיסיות:

  • פעולות אריתמטיות
למשל, חיבור או חיסור שני מספרים. אוסף הפעולות האריתמטיות שיכולה היחידה לבצע עלול להיות דל ביותר עד כדי מצב שבו בחלק מן הדגמים לא מומשה ישירות האפשרות של כפל וחילוק (במקום מימוש ישיר בחומרה, יש להשתמש בתוכנות המבצעות כפל וחילוק באמצעות אלגוריתם).
פעולות השוואה בעיקר. למשל, בהינתן שני מספרים, קבע האם הם שווים, ואם לא, מי מהם גדול יותר.

יחידת השליטה

יחידת השליטה היא הגורם הקושר יחדיו את כל הרכיבים. היחידה קוראת פקודות ומידע מהזיכרון או מהתקני הקלט־פלט. היא מפענחת את הפקודות ומתחילה לפעול לפיהן. היא מספקת ליחידה האריתמטית־לוגית את הנתונים הדרושים, לפי הפקודה, ומכוונת אותה לבצע את סוג הפעולה הנדרשת. לאחר מכן שולחת יחידת השליטה את התוצאה בחזרה אל הזיכרון או אל התקני הקלט־פלט המתאימים. בתוך יחידת השליטה ישנו מונה השומר את כתובת הזיכרון שבה שמורה הפקודה הנוכחית עליה עובד המחשב, שמו "מונה הפקודות". קיימות פקודות לבקרת זרימה, שמטרתן שינוי המונה או שינויו תחת תנאים מסוימים (אם מתקיים תנאי מסוים). בכך מתאפשרות חזרות מרובות על מספר פקודות (לולאות) או "קפיצות" לקטעי קוד אחרים (למשל, פונקציות). לעומת זאת, רוב הפקודות אינן משפיעות על המונה ולאחר ביצוען מקודם המונה במספר השקול לגודלה של פקודה (הגודל תלוי במחשב המדובר), דבר המוביל למעבר לפקודה הבאה ברצף הפקודות בזיכרון.

יחידת השליטה והיחידה האריתמטית־לוגית מזוהות לרוב כרכיב אחד הנקרא מעבד (CPU - Central Processing Unit). במרבית המחשבים, החל משנות ה־80 ועד ימינו, נמצאות יחידת השליטה והיחידה האריתמטית־לוגית על גבי רכיב אחד הנקרא מיקרומעבד. במעבד מתרחשות הבאת הפקודות, תרגומן, הבאת הנתונים, עיבודם ולבסוף, שמירת התוצאות בזיכרון.

מבין כל מרכיבי המחשב, המעבד הוא הקובע יותר מכל את אופיו של מחשב זה, ואת התוכניות שניתן לבצע עליו. לפיכך המעבד נחשב ל"מוחו" של המחשב.

אופן פעולת המחשב

4004 arch
סכימה של ארכיטקטורה של מעבד אינטל 4004, שמדגימה את האופן הבסיסי שבו פועלים מעבדי מחשב
ZXSpectrum48k
ספקטרום סינקלייר - מחשב זעיר שהיה נפוץ בין השנים 1982–1985

עקרון הפעולה של המחשב פשוט למדי, אולי פשוט עד כדי פליאה יחסית ליכולות המרשימות של מחשבים כיום.

אופן פעולת המחשב הוא פועל יוצא של מבנהו. המעבד קורא פקודה מהזיכרון, מבצע אותה (כאשר הוא נעזר ביחידה האריתמטית־לוגית שבמעבד לשם הביצוע), שומר את התוצאות בזיכרון, במידת הצורך, ואז קורא את הפקודה הבאה. תהליך זה נמשך עד שהמעבד מגיע לפקודת עצירה.

בשל פשטות אופי פעולתו של המעבד ניתן היה לצפות שכוחו הרב של המחשב נובע מאוסף פקודות רחב, אך למעשה מדובר במספר מצומצם של פקודות מוגדרות היטב ופשוטות למדי. כל פקודה ניתנת לסיווג לאחד או יותר מארבעת התחומים הבאים:

  • העברת מידע ממקום למקום - למשל, פקודה המורה למעבד להעתיק את תוכנו של תא זיכרון מספר 5 אל תא זיכרון מספר 10.
  • ביצוע הליך אריתמטי או לוגי על נתונים - למשל: בצע פעולת חיבור על תוכנם של תאי זיכרון מספר 7 ו־13 ושים את התוצאה בתא זיכרון מספר 20.
  • בדיקת הנתונים ופעולה בהתאם - לדוגמה: אם תוכנו של תא זיכרון מספר 999 הוא 0, אזי בצע את הפקודות שנמצאות החל מתא זיכרון מספר 30.
  • שינוי רצף הפקודות - לדוגמה, בצע את הפקודות שנמצאות החל מתא זיכרון מספר 100. כזכור, משום שהמעבד מוציא את פקודותיו אחת־אחת לפי סדר הימצאן בזיכרון, אמירה למעבד שהפקודה הבאה תילקח מתא 100 ולא מהתא הנוכחי, אין משמעותה שינוי בפקודה אחת אלא שינוי בכל מהלך התוכנית החל מרגע זה שכן הפקודה הבאה תהיה זו שנמצאת מיד אחרי הפקודה בתא 100, ולא הפקודה שנמצאת מיד אחרי הפקודה בתא הנוכחי.

נראה שיש מכנה משותף בין סוגי הפקודות. העברת מידע ממקום למקום דומה למדי לביצוע הליך אריתמטי או לוגי על נתונים (למשל, חבר 0 לתוכנו של תא זיכרון 57 ושים את התוצאה בתא זיכרון 80, זהה להעתקת תוכנו של תא זיכרון 57 לתא זיכרון 80). שינוי רצף הפקודות נראה כאילו הוא מוכל בתחום של בדיקת נתונים (תמיד ניתן לשאול האם תא זהה לעצמו, ואם כן - לקפוץ לפקודה אחרת בזיכרון). הסיבה לכך נעוצה במבנה הפקודות. כמו הנתונים, מיוצגות גם הפקודות בקוד בינארי, רצף של 0 ו־1. לדוגמה, אחת מפקודות ההעתקה במעבדי אינטל x86 מיוצגת כך: 10110000. כל פקודה היא מספר מסוים שאותו מבין המעבד ולפיו הוא פועל. בנוסף, כל פקודה היא אטומית. כלומר, הפקודה "בדוק האם תוכנו של תא זיכרון מספר 73 קטן מתוכנו של תא זיכרון מספר 15 והכנס את התשובה לתא זיכרון מספר 14" היא פקודה אחת בודדת מבחינתו של המחשב. אין מדובר ברצף של פקודות ולא ניתן לבקש מהמחשב לבצע רק בדיקה או רק הכנסה. הפקודה "הכנס לתא זיכרון" היא פקודה נפרדת בעלת ייצוג בינארי שונה. אטומיות הפקודה משמעה שהמעבד יודע לבצע את הפקודה ברמת החומרה, כלומר, הרכיב עצמו מקבל את הפקודה ומאותו רגע מבצע אותה לבדו. הדבר שונה מהמקרה שבו צריך לקבל פקודה אחת להשוואה ופקודה אחרת להכנסה, משום שבמקרה שכזה היה צריך לגשת לזיכרון פעמים רבות יותר, וגישה לזיכרון היא תהליך איטי בהרבה מאשר ביצוע ברמת החומרה.

לכל מעבד אוסף פקודות שאותן הוא מבין. אוסף זה נקרא "שפת המכונה" של אותו מעבד. כפי שנאמר קודם, גישה לזיכרון לשם קבלת פקודה היא תהליך איטי יחסית ולכן פקודה אחת שמכילה בתוכה שתי פעולות תתבצע מהר יותר מאשר קבלת כל אחת מהפעולות בתור פקודה נפרדת. מצד שני, יקר יותר ומסורבל יותר לבנות מעבד המבין סוגים רבים של פקודות שונות. פרט לכך, הוספת פקודת ענק מקטינה את יעילותן של פקודות קטנות יותר. כל יצרן מעבדים בוחר לעצמו היכן עובר הגבול ועד כמה מורכבות תהיינה פקודותיו. למרות זאת, ישנן פקודות רבות שניתן למוצאן בנוסחים שונים בכל מעבד כמעט, הן בשל הצורך בהן והן בשל נסיבות היסטוריות: התרגלות ציבור המתכנתים לפקודות אלה.

מחשבים גדולים יותר כמו מחשבי־העל, שרתי חברות וכדומה, נבדלים מהדגם לעיל בעיקר במספר מעבדיהם: במקום מעבד אחד הם מכילים מספר מעבדים. מחשבי־על מסוימים מחזיקים אף אלפי מעבדים.

מעבר למעבד ולזיכרון מכילים מחשבים רבים חומרה נוספת לשם פעולות ייחודיות הנדרשות על ידי מערכות ההפעלה. רכיבים אלה תורמים בעיקר לביצועים מהירים יותר ולאו דווקא מוסיפים למחשב יכולות נוספות. המחשב מבצע בצורה רציפה את הפקודות שניתנות לו, יכולות החישוב שלו גדולות מאלה של האדם פי כמה אך לא כאן מסתכם כוחו הרב. הרבה מהיכולות המיוחסות למחשב נובעות לאו דווקא מיכולותיו המכניות אלא מהאלגוריתמים שנכתבו במיוחד כדי לנצל יכולות אלה. כתיבת תוכניות מורכבות על סמך הפקודות הבסיסיות שהוצגו כאן, מהווה חלק אינטגרלי בפעולת המחשב.

סיווג מחשבים

Chipset schematic
סכימת ארכיטקטורה של צ'יפסט של לוח אם בתואמי י. ב.מ: בקרי הגשר הצפוני והגשר הדרומי - האחראים על תקשורת בין המעבד לרכיבי המחשב השונים

בעבר מקובל היה לחלק מחשבים לפי גודלם ולפי עוצמת העיבוד שלהם: מיקרו מחשבים, מיני־מחשבים, מחשבים מרכזיים ומחשבי־על. טשטוש הגבולות בין הקטגוריות, החלפת מיני מחשבים ברשתות של מחשבים אישיים, והיעלמותו של המסוף הביאו לירידה בחשיבות שיטת המיון הזו, עד להפיכתה ללא־רלוונטית באמצע שנות ה־90 של המאה ה־20.

כיום מקובל למיין מחשבים למחשבים אישיים – מחשבים המשמשים אדם בודד ולשרתים – מחשבים המשמשים יותר מאדם אחד; בין שתי הקטגוריות מצויות תחנות עבודה, אשר לרוב משמשות אדם אחד, אך לעיתים משמשות מספר אנשים.

מחשבים אישיים

מחשבים אישיים משמשים לרוב משתמש יחיד. מחשבים אישיים קטנים הם טלפונים חכמים. עוצמת העיבוד והזיכרון איננה שונה בהרבה מאלה של מחשבים ניידים. מחשבים אלה נקראים "טלפונים" מסיבות היסטוריות, ומכיוון שחלק מהותי מהשימוש בהם הוא לצורכי תקשורת (שיחות טלפון, שליחת SMS, גלישה ברשת האינטרנט, שיחות צ'אט ושליטה אלחוטית ברכיבים אחרים).

מחשבים אישיים מעט גדולים יותר הם הטאבלטים, המשמשים בעיקר לצורכי גלישה באינטרנט ובידור.

המחשבים האישיים - לפטופים ומחשבים נייחים - הנפוצים בימינו הם בעיקר משני סוגים:

  • PC – מחשב המריץ את אוסף הפקודות X86 של חברת "אינטל" (בדרך כלל על מעבד מתוצרת אינטל או AMD) ואת מערכת ההפעלה "חלונות" של "מיקרוסופט" ב"אופן טבעי" (Native Mode). מחשבי PC, ששורשיהם במחשב IBM PC, הם סוג המחשב הנפוץ בעולם, והם נהנים ממאגר אדיר של תוכנה.
  • מקינטוש – מחשב המוגדר לפי מפרט של חברת "אפל".

הן מחשבי PC והן מחשבי מקינטוש מיוצרים בשני גדלים: מחשבים ניידים (Notebook, Laptop), שבהם המחשב, המקלדת והצג ארוזים במארז קומפטי אחד, הנוח לניוד, ומחשבים נייחים (Desktop), המיועדים להצבה על שולחן העבודה (או לצדו).

לפטופים ומחשבים נייחים משמשים לעיתים קרובות יותר ממשתמש בודד, דבר המתבטא במערכות ההפעלה הנפוצות בהם, שכולן תומכות (כברירת מחדל) בריבוי משתמשים. זאת בניגוד למערכות ההפעלה הנפוצות בטלפונים חכמים.

תחנות עבודה

תחנות העבודה ניצבות בין עולם המחשבים האישיים לבין עולם השרתים. לרוב הן משרתות משתמש יחיד, אך לעיתים הן משרתות מספר משתמשים בעת ובעונה אחת. הן חזקות ויקרות מן המחשבים האישיים, ומשמשות לרוב ביישומים מקצועיים שבהם יש צורך בעוצמת עיבוד רבה, כגון עיבודים גרפיים או תכנון וייצור בעזרת מחשב (CAD).

שרתים

Columbia Supercomputer - NASA Advanced Supercomputing Facility
מחשב־העל קולומביה - מתקן מחשב העל המתקדם של נאס"א

שרתים הם מחשבים המשמשים יותר ממשתמש אחד. הם עולים על המחשב האישי לפחות בהיבט אחד. כך, למשל, שרתי קבצים מכילים מערכת דיסקים אמינה, מהירה וגדולת־נפח במיוחד, ואילו שרתי יישומים מכילים מספר רב של מעבדים, התורמים ליכולת עיבוד גבוהה. נהוג למיין שרתים לשרתים קטנים, בינוניים (Mid-range) – אשר החליפו, למעשה, את המיני־מחשבים מן העבר, וגדולים.

המחשבים המרכזיים (Mainframe) הם תת־קבוצה של השרתים הגדולים. הם נבדלים מיתר השרתים הגדולים בהיבטים הבאים:

  1. הם מריצים לרוב מערכת הפעלה קניינית (כגון z/OS של IBM).
  2. תכנונם מאפשר התקני קלט־פלט מהירים במיוחד.
  3. הם מציעים רמה גבוהה מאוד של אמינות, זמינות ואפשרויות שירות (RAS – Reliability, Availability, Serviceability).

מחשבי העל הם תת־קבוצה של שרתים בינוניים ושרתים גדולים. הללו הם שרתים הבנויים במיוחד למשימה אחת – עוצמת חישוב גבוהה. כיום ישנה נטייה לבססם על רכיבי מדף, ולהחליף מעבדים ייעודיים ויקרים באוסף של מעבדים מסחריים זולים רבים (Intel Itanium 2, AMD Opteron) הפועלים במקביל.

התוכנה

מטרת קיומו של המחשב היא הרצת תוכניות המחשב. התוכניות הן המורות למחשב אילו פעולות לבצע - כדי לגרום למחשב לבצע פעולה כלשהי יש לכתוב תוכנית מתאימה שתורה למחשב לבצע פעולה זו. ללא תוכניות, המחשב הוא קליפה ריקה.

תוכנה היא השם הכללי לכל תוכניות המחשב, בניגוד לחומרה שהיא מכלול רכיביו הפיזיים של המחשב. תוכנית מחשב היא רשימת פקודות שעל המחשב לבצע. גודל התוכנית יכול לנוע בין תוכנית המורכבת ממספר קטן של פקודות פשוטות לתוכנית המורכבת ממספר רב של פקודות מסובכות ואולי אף טבלאות של מידע. בתוכניות מחשב מורכבות יש מיליוני פקודות, רבות מהן מבוצעות מספר רב מאוד של פעמים במהלך ריצת התוכנית. לשם המחשה, מחשב אישי ממוצע שיוצר ב־2005 יכול להריץ כ־3 מיליארד פקודות בשנייה, וזמן ריצתה של תוכנית עלול לקחת בין מספר שניות למספר דקות ולעיתים אף יותר מכך. כלומר, הרצתה של תוכנית מסוימת כרוכה בביצוען של מיליארדי פקודות על ידי המחשב. זהו מקור כוחו הרב של המחשב: הוא אינו נובע מיכולתו של המחשב לבצע פקודות מסובכות, אלא דווקא מיכולתו לבצע ברצף מיליוני, ולעיתים אף מיליארדי, פקודות פשוטות. סידורן של פקודות פשוטות אלה לכדי תוכנית הוא אחריותם של אנשי מקצוע - המתכנתים.

FortranCardPROJ039.agr
כרטיס מנוקב משנות ה־70 ובו פקודה בשפת FORTRAN

מבנה התוכנה ושפות תכנות

פקודות התוכנית, ההנחיות הניתנות למחשב, כתובות בשפת מכונה, שפה שאותה מבין המחשב, או ליתר דיוק, מעבד המחשב, ישירות וללא צורך בשום תרגום או שלב ביניים. שפת המכונה היא הרכיב המקשר בין עולם החומרה לעולם התוכנה. המעבד קורא את הפקודה ומבצע את הדרוש. בשל היות שפת המכונה לא ברורה ומסורבלת לקריאה מצדו של אדם, דורשת הכתיבה בה זמן רב והיא מועדת לשגיאות. לכן, בפועל, מתכנתים אינם כותבים בשפת מכונה פרט למקרים חריגים ביותר. כתחליף, נעשה שימוש בשפות תכנות, הללו מאפשרות למתכנת לתאר את הפעולות שברצונו להורות למחשב לבצע, בשפה קרובה יותר לשפה טבעית, שפת בני־אדם, ולאחר־מכן מתרגמות את שכתב לשפת מכונה, תוך שימוש במהדר או מפרש.

מידת קרבתן של שפות התכנות לשפת המכונה או לשפה טבעית, משתנה. ישנן שפות סף (Assembly) הקרובות מאוד לשפת מכונה, ומרבית פקודותיהן הן ייצוג באנגלית של הפקודות התואמות בשפת מכונה. מאידך, ישנן שפות עיליות, שהן שפות המבוססות על עקרונות מופשטים שאינם בהכרח חופפים לפעולות הבסיסיות שהמחשב מסוגל לבצע, שפת פרולוג היא דוגמה לשפה מסוג זה. מרבית שפות התכנות הן שפות עיליות, המסתמכות על פעולות המחשב הנפוצות הנכונות למרבית המחשבים, אך מקיימות הפשטה שלהן למושגים רחבים. לדוגמה, המונח המופשט "לולאה" המסתמך על היכולת המובנית ברוב מוחלט של המחשבים לקפוץ לקטעי קוד שונים בהתקיים תנאי מסוים. שפת C אינה שפת סף, אך רבים, כולל יוצריה, רואים בה "שפה נמוכה" ולא שפה עילית, היא נמצאת בתחום שבין שפת הסף לשפות העיליות.

מערכות הפעלה

עם המעבר משימוש בלעדי במחשב למטרות קטנות ומוגדרות של מומחים בתחום, לשימוש בתעשייה ולאחר־מכן במגזר הפרטי, לשם מטרות שונות ומגוונות, עלו מספר צרכים חדשים. משהופקדו המחשבים על ביצוען של מטלות רבות ושונות, היה צורך בתוכנה שתתזמן ותריץ באופן ממוכן את התוכניות השונות. בנוסף, בעת שהמחשב הוצא מידי המומחים לידי ההמון, לא ניתן היה עוד לסמוך על מקצועיותו של מפעיל המחשב והתעורר צורך בתוכנה שתגן על המחשב ורכיביו מפני טעויות שעלול המשתמש לעשות. התשובה לבעיות אלה ואחרות הייתה מערכת ההפעלה.

ניתן לראות במערכת ההפעלה כתוכנה הראשית של המחשב. זוהי התוכנה שאותה רואים המשתמשים כאשר המחשב מופעל ורבים טועים לחשוב שהיא חלק מן המחשב עצמו. מערכת ההפעלה אחראית על תיאום בין המשתמש, התוכניות והחומרה.

תחילה היה השימוש במערכות ההפעלה בעיקר לצורך תזמון והרצה של מטלות ללא צורך בהתערבות אדם, אך עם עלייתו של רעיון המקביליות, שלפיו יכולות מספר תוכניות לרוץ בו־זמנית על גבי אותו המחשב, ואף מספר משתמשים יכולים להשתמש במקביל באותו המחשב, הפכה מערכת ההפעלה לגורם הכרחי ומשמעותי. תפקיד מערכת ההפעלה הוא לתאם בין התוכניות השונות והמשתמשים השונים, שאינם מודעים לעובדה שאינם היחידים הפועלים במחשב. מטרתה לדאוג שכל התוכניות יתבצעו באופן תקין ולא יפגמו האחת בשנייה. מערכת ההפעלה מאפשרת לכל תוכנית לפעול כאילו היא היחידה הרצה בזמן נתון, ודואגת שלא תיווצר התנגשות בין התוכניות השונות. תפקיד זה הוא משמעותי ביותר משום שהוא מאפשר למספר תוכנות לרוץ במקביל וחוסך זמן רב.

מערכת ההפעלה אחראית גם על התיאום בין תוכנה לחומרה. הדבר נותן לה להגן, מחד, על החומרה מפני שימוש לא נכון ומאפשר, מצד שני, יצירתו של ממשק תכנות יישומים אחיד שאינו דורש מכל תוכנית לדעת מהם פרטי המערכת. מספיק שמערכת ההפעלה תדע מהם ההתקנים המצויים במחשב וכל שאר התוכניות יכולות לבקש ממנה לבצע את הפעולות הנחוצות. משום שמערכת ההפעלה יועדה בדיוק למשימה זו, סביר להניח שהדרך שבה תבצע את אותן פעולות תהיה יעילה יותר. דוגמה להתקן שהגישה אליו עוברת דרך מערכת ההפעלה הוא הכונן הקשיח. מסיבה זו, יכולה מערכת ההפעלה לשמש גם כמנגנון הגנה שאינו מאפשר למשתמשים לבדוק קבצים שאינם מורשים לבדוק. כך מתאפשר שימוש באותו המחשב על ידי מספר משתמשים כשכל משתמש אינו מעוניין ששאר המשתמשים יוכלו לראות או לשנות את המידע שברשותו.

שימושים במחשב

ECamp eWorkshops
נערים משתמשים במחשב
Wiki Women Editors Project - Women in technology 2.4 (2)
שימוש במחשב לכתיבה של ערכים בוויקיפדיה

מחשבים הם חלק בלתי נפרד מהחיים המודרניים. עם הירידה במחירי המחשבים והקטנת גודלם, התפשט השימוש במחשבים לתחומים רבים, עד כי בחלקם כבר לא ניתן להסתדר בלעדיהם.

תחילה היה השימוש המרכזי במחשבים בחישובים מדעיים, לרוב לשם מטרות צבאיות. המחשב אניאק תוכנן במקור לחישוב טבלאות ירי־בליסטי עבור ארטילריה, אך השתמשו בו גם לחישוב צפיפויות לאורך חתך של נייטרונים כעזר בתכנון פצצת המימן, דבר שהאיץ בצורה משמעותית את פיתוחה (כיום גם נעשה שימוש רב במחשבי על למטרות הדמיה של נשק גרעיני). מחשבים רבים שימשו לפריצת צפנים, למשל המחשב האלקטרוני הניתן־לתכנות הראשון, קולוסוס, נבנה ב־1943, במהלך מלחמת העולם השנייה, בדיוק למטרה זו. תוך זמן קצר פרץ המחשב את תחום החישובים המדעיים והשימושים הצבאיים וחדר לתחומים אחרים.

השימוש במחשבים מתקדמים יותר, שתוכננו על פי מכונת פון נוימן, התמקד במערכות מידע לצרכים עסקיים. המחשב ליאו (LEO), שתוכנן בצורה זו ונבנה על ידי ג' ליונס ושות', בבריטניה, שימש לניהול מלאי ולמטרות נוספות, שלוש שנים לפני שבנתה יבמ את המחשב המסחרי הראשון הבנוי לפי מודל פון נוימן. עם הירידה במחירי המחשב והפיכתם של המחשבים לקטנים יותר התפשט השימוש בהם לארגונים קטנים יותר ויותר. עם המצאתו של המיקרו־מעבד בשנות השבעים, התאפשר ייצורם של מחשבים זולים יחסית, ובשנות השמונים הפך המחשב האישי לנפוץ מאוד והשתמשו בו לשם מטרות שונות כמו ניהול מלאי, כתיבת מסמכים והדפסתם, חיזוי מזג האוויר ומטלות הכרוכות בשימוש בגיליונות אלקטרוניים.

הירידה במחירי המחשבים הובילה לשימוש נרחב בהם בתחומים רבים, וברוב התחומים האלה תפס המחשב חלק כה נכבד עד כדי כך שקשה כיום לתאר כיצד יראה התחום ללא שימוש במחשבים. דוגמה לאחד מתחומים אלה הוא תחום האמנויות. מוזיקה, תמונות וסרטי וידאו נוצרים, נצפים ונערכים כעת באופן כמעט גורף על ידי מחשבים. תחום נוסף שהמחשבים פרצו אליו הוא תחום הבידור: תעשיית משחקי המחשב היא תעשייה נרחבת ופורחת המגלגלת סכומי כסף גדולים מדי שנה. כמו כן עם התפתחות ה־E-learning נעשה שימוש הולך וגובר בלמידה משולבת מחשב לצורכי הוראה במסגרת החינוך הפורמלי.

הקטנת המחשבים, יחד עם הירידה במחירם, אפשרה להשתמש בהם לשליטה על מכשירים מכניים. התקדמות משמעותית בתחום נעשתה בעת הניסיון לבנות מחשב קטן מספיק כדי להדריך את החללית אפולו. המפורסמים ביותר מבין המכשירים נשלטי המחשב הם כנראה הרובוטים, מכונות, לעיתים בעלות חזות אנושית פחות או יותר, ובעלי יכולות אנושיות מסוימות. רובוטים נפוצים מאוד בתחום הייצור ההמוני, שם הם מחליפים בני אדם בתפקידים מסוימים. רובוטים רב־תכליתיים דמויי אדם נותרו בגדר מדע בדיוני והשימוש בהם הוא לרוב כצעצועים או בתחום המחקר, בייחוד בתחום הבינה המלאכותית, תחום שעוסק בניסיון להעניק למחשבים יכולות שכרגע נחשבות ליכולותיו הבלעדיות של האדם. בתחום זה חלה התפתחות רבה לאורך השנים ומחשבים יכולים כבר לבצע, ברמה מסוימת, מטלות שבעבר נחשבו אנושיות בלבד כמו "לקרוא" כתב יד, לשחק שחמט, או לחשב אינטגרל בצורה סמלית (בניגוד לצורה חישובית). עם זאת, פיתוחו של מחשב המראה אינטליגנציה הדומה לזו של אדם נראה מטרה רחוקה.

למרות פרסומם של הרובוטים, הם מהווים אחוז קטן מאוד מבין המכשירים נשלטי המחשב. דוגמאות למכשירים ולכלים שונים שמשובצים בהם מחשבים הם טלוויזיות, מקררים, מכוניות ומטוסים. מערכת שבה משובץ מחשב נקראת מערכת משובצת מחשב וישנם מתכנתים המתמחים בתכנות למערכות אלו.

רשת האינטרנט

Internet map 1024
דגם חזותי של נתבים ברשת האינטרנט

אחד משימושיו המרכזיים של המחשב בתחילת המאה ה־21 הוא בתחום התקשורת. הופעתם של המחשב ושל רשת האינטרנט חוללה מהפכה של ממש בתחום זה ובתחומים רבים אחרים ושינתה את התפישות שהיו נהוגות בתחומים אלו עד אז מן הקצה אל הקצה.

כבר בשנות החמישים השתמש צבא ארצות הברית במחשבים לשם תיאום מידע בין מקומות שונים. בשנות השבעים החלו מהנדסי מחשבים במכוני מחקר בארצות הברית לקשר בין מחשביהם באמצעות טכנולוגיות תקשורת. ניסיון זה לקשר בין מחשבים מומן על ידי סוכנות במשרד ההגנה האמריקאי בשם ARPA. רשת המחשבים שנוצרה נקראה לכן ARPANet. עם השנים התפתחו הטכנולוגיות שבהן השתמשו ב־ARPANet השימוש בהן גבר, ולבסוף פרצה הרשת את גבולות השימוש האקדמי והצבאי וכונתה אינטרנט. הופעתה של הרשת גרמה להגדרה מחדש של טבעו וגבולותיו של המחשב. ג'ון גייג' וביל ג'וי מחברת סאן מיקרוסיסטמס הגדילו ואמרו כי "הרשת היא המחשב".

מאז פריצתו של האינטרנט הותאמו מערכות ההפעלה ותוכנות שונות כדי לאפשר גישה ממחשב אחד למחשב אחר ברשת, כולל להתקני הקלט־פלט שלו, להתקנים אחרים ולמידע המאוחסן עליו, כאילו היה המחשב השני חלק מהמחשב הראשון. תחילה היו אמצעים אלה נחלתם הבלעדית של מי שעבדו בסביבות ההיי־טק, אך בשנות התשעים, עם התפשטות הדואר האלקטרוני, ה־World Wide Web והפיתוח של טכנולוגיות רשת מהירות אך זולות כמו Ethernet ו־ADSL, הפך השימוש באינטרנט לנפוץ. מספרם של המחשבים המחוברים לאינטרנט גדל בהתמדה. גם טלפונים ניידים וקונסולות משחקי וידאו מסוימות מסוגלים להתחבר לאינטרנט תוך שימוש ברשתות אלחוטיות.

האינטרנט שינה לחלוטין תפישות שהיו נהוגות עד הופעתו, משום שהוא מאפשר תקשורת שאינה תלויה במקום המשתמש וכן מאפשר העברת מידע ואחסונו לשם גישה בכל זמן, מכל מקום. יצירתה של ויקיפדיה, אנציקלופדיה חינמית וחופשית לכל, שמגבלות של גודל בשל צורכי אחסון או הדפסה אינם חלים עליה, היא דוגמה מצוינת לכך.

בתחום החינוך האינטרנט מאפשר למידה מקוונת, אשר יכולה להתבצע במסגרת הכיתה או כלמידה מרחוק.

דגמי חישוב חליפיים

המחשב התקדם רבות מאז המצאתו מבחינות רבות ובהן מהירות העיבוד שלו ונפח הזיכרון שלו, אך עדיין אינו מסוגל לבצע מטלות רבות. לרוב נובעת אי־יכולתו של המחשב מכך שזמן פתרון הבעיה, בדרכים המוכרות לנו, גדל מהר מאוד, באופן מעריכי, יחסית לגודל הבעיה. לשם פתרון בעיות מסוג זה, הוצעו מספר דגמים חליפיים לדגם המחשב המוכר לנו כיום.

סוג אחד של דגמים שהוצג שואב את רעיונותיו מעולם הביולוגיה והביולוגיה המולקולרית. חישוב באמצעות DNA, למשל, מציע לנצל את העובדה כי תאים מתחלקים בצורה מעריכית לשם פתרון בעיות על ידי חישוב מקבילי מסיבי. נכון להיום קיימת כמות מרבית מסוימת של DNA בה ניתן לטפל, דבר המגביל את המערכת.

דגם נוסף אף הוא נלקח מעולם הביולוגיה הוא רשת עצבית מלאכותית שבדומה לפעילות העצבית של המוח, מורכב מהרבה יחידות עיבוד בסיסיות שמתקשרות באופן מקבילי עם אלפי יחידות אחרות. דגם זה קשור לתחום בינה מלאכותית.

סוג אחר של דגמים שהוצג מגיע מעולם הפיזיקה ובייחוד ממכניקת הקוונטים. הרעיון הוא לבנות מחשב שהמידע בו מיוצג על ידי שימוש במאפיינים הקוונטיים של חלקיקים והפעולות על מידע זה מבוצעות בהסתמך על תופעות ממכניקת הקוונטים, כמו סופרפוזיציה קוונטית או שזירה קוונטית. מחשב שכזה, אם ייבנה, אמור להיות מהיר יותר בצורה משמעותית ממחשב רגיל בפתרון בעיות מסוימות. בעיות אלו באות בייחוד מתחום ההצפנה ומתחום ההדמיות הקשורות למכניקת קוונטים, וקיים עניין רב לפתור אותן.

קיימים דגמים נוספים שמקור תכנונם בתחומים המוזכרים לעיל ולעיתים גם מתחומים אחרים. מרבית הדגמים החליפיים מצויים עדיין בשלב המחקר הראשוני ונראה שהשימוש בהם יתבצע רק למטרת פתרון אותן בעיות שבהן נכשלים המחשבים של ימינו.

מקצועות ותחומים הקשורים למחשב

במקצועות רבים משתמשים כיום במחשבים ונתחו של המחשב במקצועות שונים עולה בהתמדה. היכולת לתפעל מחשב היא דרישת קדם בסיסית למקומות עבודה רבים. קיימים מספר מקצועות ותחומי לימוד אקדמיים המתמקדים במחשב עצמו, הן מבחינת חומרה, הן מבחינת תוכנה והן מבחינת השימוש במחשב. המינוח הקשור למקצועות ותחומים אלה נוטה להשתנות ומדי פעם אף מתווספים מקצועות ותחומים חדשים. כמה תחומים הם גדולים ומוכרים הקיימים מזה זמן מה ונראה שלא יעלמו בעתיד הקרוב:

שלוש אגודות מקצועיות מרכזיות המוקדשות למחשבים:

בישראל פועלים הלשכה לטכנולוגיות המידע בישראל[12] ואיגוד האינטרנט הישראלי.[13]

ראו גם

עיינו גם בפורטל:
פורטל תוכנה

לקריאה נוספת

  • Stan Augarten, Bit by Bit: An Illustrated History of Computers, Houghton Mifflin, 1984
  • Paul E. Ceruzzi, A History of Modern Computing, The MIT Press, 2003
  • Martin Campbell-Kelly, William Aspray, Nathan Ensmenger, Jeffrey R. Yost, Computer: A History of the Information Machine, Westview Press, 2013

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ^ ההגדרה הפורמלית של מכונת טיורינג דורשת זיכרון לא מוגבל, דרישה ששום מכונה פיזית לא מקיימת, אך בדרך כלל מקובל להתייחס גם למכונות פיזיות עם זיכרון סופי כ"מכונות טיורינג", תוך הבנה שהמימוש של מכונת טיורינג אינו מושלם, בגלל מגבלות העולם הפיזי. אין ציפיה שמכונת טיורינג אמיתית, עם זיכרון אינסופי, תתקיים אי פעם
  2. ^ Cheeseman-Day, J., Janus, A., & Davis, J.: Computer and internet use in the United States: 2003. Washington, DC: U.S. Department of Commerce, Economics and Statistics Administration, U.S. Census Bureau, 2005
  3. ^ The Antikythera Mechanism Research Project - Project Overview, The Antikythera Mechanism Research Project
    Phillips, Tony (2000). "The Antikythera Mechanism I". American Mathematical Society.
  4. ^ Let's build Babbage's ultimate mechanical computer, New Scientist, 23 December 2010
    Fuegi, J.; Francis, J. (2003). "Lovelace & Babbage and the creation of the 1843 'notes'". IEEE Annals of the History of Computing 25 (4). doi:10.1109/MAHC.2003.1253887.
    Collier, Bruce (1970). The little engine that could've: The calculating machines of Charles Babbage. Garland Publishing Inc. ISBN 0-8240-0043-9.
  5. ^ Shannon, Claude Elwood (1940). "A symbolic analysis of relay and switching circuits". Massachusetts Institute of Technology.
  6. ^ Konrad Zuse’s Legacy: The Architecture of the Z1 and Z3
  7. ^ The WEIZAC, באתר של מכון ויצמן למדע
  8. ^ עודד ירון, 50 שנה לחוק ששינה את עולם המחשוב ואת החיים הפרטיים, באתר הארץ, 19 באפריל 2015
    ג'ון מרקוף, ניו יורק טיימסחוק מור בן 50, ובתעשייה מבינים שצריך לחשב מסלול מחדש, באתר הארץ, 5 במאי 2016
  9. ^ * Green globe.svg אתר האינטרנט הרשמי של British Computer Society
  10. ^ * Green globe.svg אתר האינטרנט הרשמי של ACM
  11. ^ * Green globe.svg אתר האינטרנט הרשמי של IEEE Computer Society
  12. ^ * Green globe.svg אתר האינטרנט הרשמי של הלשכה לטכנולוגיות המידע בישראל
  13. ^ * Green globe.svg אתר האינטרנט הרשמי של איגוד האינטרנט הישראלי
Online Computer Library Center

OCLC (ראשי תיבות של "Online Computer Library Center"‏; בתרגום חופשי, "מרכז ספריית המחשב המקוונת") הוא, כפי שהגדירו אותו מפעיליו, "שירות ספריית מחשב וארגון מחקר ללא מטרות רווח, המוקדש לעידוד הגישה לידע ולצמצום עלויות המידע".

העמותה נוסדה בשנת 1967 בשם "Ohio College Library Center".

ה-OCLC מפעיל את בסיס הנתונים "WorldCat", המשמש הן ספרנים והן את הציבור לצורכי קיטלוג וחיפוש. בסיס הנתונים מכיל, נכון ליוני 2011, 233,411,157 מיליון פריטים מקוטלגים, והוא בסיס הנתונים הביבליוגרפי הגדול בעולם, בו משתמשים למעלה מ-50,000 ספרנים מכ-100 מדינות שונות.

אלגוריתם

אלגוריתם הוא דרך שיטתית וחד-משמעית לביצוע של משימה מסוימת, במספר סופי של צעדים. מקור המילה בהגייה לטינית משובשת של שם המתמטיקאי הפרסי בן המאה התשיעית, מוחמד אבן מוסא אל-ח'ואריזמי.

מתכון להכנת עוגה הוא דוגמה לאלגוריתם. בדרך-כלל משמש מונח זה לכינוי שיטת פתרון בעיות במתמטיקה או במדעי המחשב ובעיקר ביחס לנתונים תוויים כלשהם. כל תוכנית מחשב היא אלגוריתם, או אוסף של אלגוריתמים. בתיאור זה של האלגוריתמים יש עמימות מסוימת. כדי לפזר עמימות זו הגה טיורינג את "מכונת טיורינג", שהיא "מכונה" תאורטית המסוגלת, עקרונית, לבצע כל אלגוריתם. במקביל לטיורינג, הגו עוד מתמטיקאים ולוגיקנים הגדרות למושג האלגוריתם והתברר שכל ההגדרות שלהם היו שקולות זו לזו. לכן, היום אלגוריתם הוא מה שכל אחת מההגדרות האלה מתאר, ובפרט, מה שמכונת טיורינג מסוגלת לבצע.

קיימות משימות מוגדרות שלא קיים פתרון אלגוריתמי עבורן, וכבר טיורינג הוכיח זאת (ענף מדעי המחשב העוסק בסוגיה זו קרוי חישוביות). מצד שני, לביצועה של משימה מסוימת ייתכנו אלגוריתמים אחדים, מצב שמצדיק בחינה של יעילות האלגוריתמים, בהתאם למדדי יעילות נאותים. במסגרת מדעי המחשב נבחנת יעילותם של אלגוריתמים (בענף הקרוי סיבוכיות חישובית) על-פי הזמן והזיכרון הנדרשים לביצוע האלגוריתם כפונקציה של גודל הקלט לאלגוריתם. דהיינו, ככל שזמן הריצה של האלגוריתם ביחס לגודל הקלט קטן יותר, האלגוריתם ייחשב טוב יותר. מקובל להגדיר אלגוריתמים כ"יעילים" אם זמן הריצה שלהם פולינומי בגודל הקלט שלהם.

תיאור ויזואלי של אלגוריתם ניתן באמצעות תרשים זרימה.

בידור

בידור הוא תחום תרבותי המספק לאנשים הנאה או התרגעות. הקהל יכול ליהנות מבידור באופן פאסיבי, לדוגמה בצפייה בטלוויזיה, או באופן אקטיבי, כמו במשחק. בידור, כולל את ענפי אמנות הבמה והרחוב. גם טלוויזיה, קולנוע, רדיו, עיתונות, טלוויזיה ומשחקי מחשב עשויים לשמש לבידור. פעילות ספורטיבית, וקריאה יכולים להחשב כבידור, אך נתפסים בדרך כלל כבילוי.

על אף שמו המרמז על הומור, ענף הבידור איננו כולל רק תכנים בעלי תוכן הומוריסטי או מצחיק, אלא אף סוגות העוסקות בדרמה, מתח, אימה וכדומה.

התעשייה המספקת תכנים בידוריים, נקראת תעשיית הבידור.

דיני מחשבים

דיני מחשבים כוללים חוקים אחדים שנחקקו במיוחד לשם הסדרת השימוש במחשבים, ובעיקר יישומה של החקיקה הכללית לבעיות המיוחדות שמציגה הטכנולוגיה החדשה של המחשבים.

הנפשה

הַנְפָּשָׁה (או אנימציה, מלטינית: animatio, בתרגום לעברית: "החיָיאה") היא תחום העוסק בהקניית אשליה של תנועה על גבי מסך. שימוש נרחב בהנפשות נעשה בקולנוע, בטלוויזיה ובאתרי אינטרנט.

פירוש המילה "Anima" בלטינית הוא נפש, או ה"אני" הפנימי. המונח העברי "הנפשה", מלשון נפש, לא הוטמע לחלוטין בקרב העוסקים במקצוע, ולכן אדם היוצר הנפשה נקרא בדרך כלל אנימטור.

זיכרון גישה אקראית

זיכרון גישה אקראית (RAM, ראשי תיבות של Random Access Memory) הוא שם כללי למספר רב של סוגי זיכרון מחשב, המתאפיינים כולם ביכולת המעבד לגשת ישירות לכל תא בזיכרון לפי כתובתו, לכתוב בו ולקרוא ממנו. ההתייחסות הנפוצה לזיכרון מחשב היא למעשה התייחסות לזיכרון הגישה האקראית הראשי שלו.

סוג הזיכרון הנמצא בשימוש נפוץ ביותר בימינו הוא DRAM. זיכרון מסוג זה הוא זיכרון נדיף (volatile), כלומר מאבד את תוכנו עם ניתוק הזיכרון ממקור האנרגיה שלו. בנוסף, DRAM דורש רענון (refresh) מספר פעמים בשנייה כדי לשמור את תוכנו.

טילדה

טילדה (~) (על פי האקדמיה ללשון העברית: גַּל, באנגלית: Tilde) היא סימן כתב המשמש כסימן דיאקריטי בספרדית ובפורטוגזית. במקור שימש לציון ראשי תיבות וכיום יש לה שימושים מגוונים בהקשרים שונים.

המילה טילדה (tilde בספרדית) מקורה מהמילה הלטינית titulus שפירושה כותרת או כתב עילי.

יישום מחשב

יישום מחשב (אַפְּלִיקַצְיָה, מאנגלית: Application software), הוא סוג של תוכנת מחשב אשר מנצל את יכולות המחשב ישירות לביצוע משימות אותן המשתמש מבקש לבצע.

ישומי מחשב שונים במהותם מ"תוכנות מערכת", המשמשות להפעלה ולניהול של מערכות מחשב ורשתות, ומכלי תכנות כמו מהדרים ומקשרים, בהם משתמשים כדי לתרגם ולשלב קוד מקור וספריות של תוכנת מחשב לתוך קובצי הרצה. יישומי המחשב יכולים להיות בעלי מטרה כללית (עיבוד תמלילים, דפדפני רשת, גיליון אלקטרוני, נגן מדיה וכדומה) או בעלי מטרה ספציפית (ניהול חשבונות, ניהול לוח זמנים, וכדומה).

מספר יישומי מחשב אשר נמכרים ביחד בחבילת אחת, מכונים "חבילת יישומים". Microsoft Office, ליברה אופיס, ו-IWork, אשר כל אחת מכילה מעבד תמלילים, גיליון אלקטרוני, ועוד מספר יישומים אחרים, הן דוגמאות טיפוסית לחבילות יישומים. ליישומים השונים בחבילת היישומים יש בדרך כלל ממשק משתמש אשר יהיה בעל מראה אחיד בכל התוכנות כדי להקל על המשתמש ללמוד כיצד להשתמש בכל אחד מן היישומים. לעיתים קרובות היישומים עשויים להיות בעלי יכולת לקיים אינטראקציה ביניהם בדרכים אשר יכולות להועיל למשתמש. לדוגמה, גיליון אלקטרוני יוכל להיות מוטמע בתוך מסמך של מעבד תמלילים, אף על פי שהוא נוצר ביישום גיליון אלקטרוני נפרד.

בסוגים שונים של מערכות משובצות מחשב (embedded systems), יישומי המחשב ומערכות ההפעלה בנויות בצורה כזאת שהמשתמשים לא יוכלו להבחין ביניהם - כגון תוכנות אשר משמשות להפעלת מכשירי וידאו טייפ ונגני DVD.

מדעי המחשב

מדְעי המחשב הוא ענף מדעי העוסק בלימוד הבסיס התאורטי והמעשי של השימוש במערכות מחשב, ובמידה מסוימת, גם בשאלה של תכנון ובנייה של מערכות מחשב. ענפי המִשנה שלו רבים; חלקם מדגישים שימוש במחשב בתחום מסוים (כגון גרפיקה ממוחשבת או בניית מהדרים), אחרים עוסקים בחקר התכונות של בעיות חישוביות כלליות (לדוגמה, סיבוכיות), וענפי משנה אחרים מתמקדים בפתרון הבעיות הכרוכות ביישום מעשי של חישובים ואלגוריתמים. ענף בולט במדְעי המחשב הוא חקר ויישום שפות פורמליות לפתרון בעיות חישוביות מסוימות (לדוגמה, באמצעות שפת תכנות).

להדגשת ההיבט התאורטי של תחום זה, אמר אחד מהעוסקים הבולטים בו:

מדעי מחשב כוללים מספר בעיות פתוחות (כגון שאלת P=NP) שמתנהל מחקר רב לפותרן, והן בעלות השלכות משמעותיות להתפתחות המדע בכלל ומדעי מחשב בפרט.

מדען מחשב

מדען מחשב הוא אדם העוסק במחקר במדעי המחשב.

הכשרה של מדעני מחשב נעשית באוניברסיטאות, במסגרת החוג למדעי המחשב (חוג למדעי המחשב הוקם לראשונה בשנת 1962 באוניברסיטת פרדו שבארצות הברית. מסלול לימודים ראשון לתואר במדעי המחשב בישראל נוסד במכון ויצמן למדע בשנת 1969). כיוון שמדובר בענף מדעי צעיר, הרי העוסקים הוותיקים בו קיבלו את הכשרתם המדעית בתחומים אחרים, בפרט מתמטיקה. עקב צעירותו של התחום נחשבים למדעני מחשב גם כאלה שנפטרו קודם להיווסדו של תחום זה, אך נושאי פעולתם נמצאים בתחום זה (שנוצר במידה רבה בזכות מחקריהם). דוגמה מובהקת לכך הוא אלן טיורינג.

מחשב אישי

מחשב אישי (באנגלית: Personal Computer) הוא מחשב שמחירו זול מספיק לשימוש ביתי וממדיו מאפשרים למקמו בבית רגיל, והוא נועד לשימוש על ידי משתמש יחיד (או משתמשים אחדים, כשכל אחד משתמש בתורו במחשב, באופן אישי). המחשבים האישיים הראשונים שהתבססו על מיקרו-מחשבים, יוצרו לראשונה בשנות ה-70.

מערכת הפעלה

מערכת הפעלה היא תוכנה המנהלת את משאבי החומרה והתוכנה במחשב. בנוסף, מערכת ההפעלה מספקת את התשתית הנחוצה להרצה של יישומי ההפעלה, המתבצע עם הדלקת המחשב, קרוי אתחול.

מערכת ההפעלה מספקת שלושה ממשקים: ממשק משתמש (User Interface), ממשק עבור החומרה על ידי מנהלי התקנים וממשק תכנות היישומים (API). מערכת ההפעלה היא רכיב חיוני בכל מחשב.

ניתן למנות שלושה תפקידים עיקריים של מערכת ההפעלה:

הקצאת משאבי החומרה

תזמון פעולות רכיבי החומרה ומרכיבי התוכנה

העמדת תשתית משותפת ומסגרת מאורגנת של ממשק ושירותים למשתמש ולחבילות התוכנה

משחק וידאו

משחק וידאו הוא משחק המיושם על-גבי מכשיר אלקטרוני בעל צג. המכשירים הנפוצים ביותר לצורך זה הם הטלפונים החכמים, המחשב האישי או קונסולות המשחקים. משחק הווידאו משלים בכך את הפלטפורמות המסורתיות של משחקים, כגון לוח עץ, קוביות, קלפים, וכדומה.

משחק מחשב

משחק מחשב הוא תוכנה המהווה משחק, ומקיימת אינטראקציה מתמדת עם השחקן. משחק מחשב הוא סוג של משחק וידאו, המופעל על-גבי מחשב אישי, ולא על קונסולת משחקים. משחק זה נשלט באמצעות ממשק קלט כגון מקלדת ועכבר. עם התפתחותו של מסך מגע הפכו גם טלפונים חכמים ומחשבי לוח לפלטפורמות למשחקי מחשב.

פיזיקאי

פיזיקאי הוא מדען העוסק בחקר הפיזיקה.

הכשרה למקצוע פיזיקאי ניתנת באוניברסיטאות, במסגרת מחלקות לפיזיקה, בהתמחויות שונות, שהעיקריות שבהן הן פיזיקה תאורטית ופיזיקה ניסויית. שתי ההתמחויות כוללות הכרות עם תאוריית הפיזיקה, אך בעוד שהפיזיקאי הניסויי בוחן את השערותיו באמצעות ניסוי, הפיזיקאי העיוני מנסה להסביר את תוצאות הניסויים באמצעות מודל מתמטי ולספק תחזיות לתוצאות של ניסויים עתידיים. הפיזיקאי העיוני עשוי לפתח תוכנות מחשב לשם עריכת סימולציות או חישובים נומריים כבדים (בדרך כלל עבור פתרון בעיות מתמטיות אשר בלתי ניתנות לפתרון אנליטי), בעוד שהפיזיקאי הניסויי עשוי לפתח מכשירי מדידה ושיטות חדשות לביצוע ניסויים. גם הפיזיקאי הניסויי משתמש במחשב לשם עריכת סימולציות של ניסויים, עיבוד התוצאות מניסויים, כיול מכשירי המדידה ואינטראקציה עם מכשירי מדידה מתוחכמים נעשים על פי רוב באמצעות מחשבים.

מכיוון שהפיזיקאי העיוני זקוק בדרך כלל רק לכוח חישוב, אשר מסופק לעיתים על ידי מחשב ביתי, קל למצוא מימון לפעילות בפיזיקה עיונית. הפיזיקאי העיוני יכול לעבוד גם בביתו. הפעילות בפיזיקה ניסויית לעומת זאת כרוכה בצרכים כספיים גבוהים בדרך כלל, ולכן היא מוגבלת למוסדות מחקריים, ולעיתים מחייבת שימוש במתקני ניסוי יחידים מסוגם בעולם, כגון CERN.

בישראל מתקיימים לימודי פיזיקה בכל האוניברסיטאות מלבד אוניברסיטת חיפה.

פיזיקאים פעילים באוניברסיטאות, בהוראה ובמחקר בענפי הפיזיקה הרבים. בנוסף להוראה במסגרת המחלקות לפיזיקה, ניתנים קורסי יסוד בפיזיקה גם לתלמידי הנדסה, מדעים מדויקים ורפואה. פיזיקאים מועסקים גם בתעשייה, ובפרט בתעשיית ההיי טק.

אות ההוקרה החשוב ביותר על הישגים בתחום הפיזיקה הוא פרס נובל לפיזיקה, המוענק לפיזיקאים ולעוסקים בתחומים קרובים.

שטח

שטח הוא גודל של תחום מישורי בהשוואה ליחידת מידה קבועה. באופן כללי יותר, אפשר לחשב שטח לכל יריעה; בפרט, שטח הפנים של גוף תלת-ממדי הוא שטח השפה, או הקליפה החיצונית, של הגוף.

שטח נמדד ביחידות מידה של אורך בריבוע.

השטח של צורות בסיסיות כמו משולש ועיגול ידוע באמצעות נוסחאות. צורות מורכבות יותר ניתן לפעמים לחלק לצורות בסיסיות בעלות שטח ידוע. שטח כללי ניתן לחשב באמצעות אינטגרל, או באמצעות קירובים (גם בעזרת מחשב) בשיטות שונות. ניתן למדוד שטח באמצעות פלנימטר.

מבחינה מתמטית פורמלית, שטח של צורה במישור מוגדר כמידת לבג שלה.

תוכנה

תוכנה היא הוראת מחשב. התכנה מורכבת מאוסף מאורגן של תוכניות מחשב המשרתות כולן יישום מסוים. באמצעות התוכנה המחשב מספק את שירותיו למשתמשים בו. תוכנה היא בדרך כלל תוצר של פרויקט תוכנה שמתוכנן על פי מתודולוגיות שונות בהנדסת תוכנה.

תכנות מחשבים

תִּכְנוּת מחשבים (לרוב מכונה בקצרה תִּכְנוּת, או לעיתים קִידּוּד) הוא תהליך הכתיבה, הבדיקה והתחזוקה של קוד המקור של תוכנית מחשב. מלאכת התכנות נעשית בשפת תכנות מתאימה, הנבחרת בהתאם לאופי התוכנית הנכתבת ובהתאם למקובל במסגרת מקום העבודה או הפרויקט שבמסגרתו נכתבת התוכנית. כתיבת קוד המקור מתבססת לרוב על הרחבתו של קוד מקור קיים, אם כי במקרים רבים קוד המקור הנכתב הוא חדש לחלוטין. מטרתו של המתכנת בכתיבה היא יצירת תוכנית מחשב המתנהגת באופן המבוקש. לתהליך התכנות נדרשים ידע ומומחיות בנושאים רבים, לרבות ידע בתחום היישום, אלגוריתמיקה ולוגיקה.

ישנה מחלוקת ארוכת שנים בשאלה האם כתיבת תוכניות מחשב היא אמנות, אומנות או הנדסה. באופן כללי ניתן לומר שתוכנית מחשב טובה היא תוצאה של מומחיות בכל שלוש הדיסציפלינות. תוכנית מחשב איכותית היא אלגנטית, יעילה ותחזוקתית, אם כי הגדרת תכונות אלה שונה במידה רבה בין העוסקים בתחום. בשונה מתחומים טכניים אחרים, העוסקים בתחום אינם נדרשים להסמכה רשמית כלשהי כדי לכנות עצמם "מתכנתים".

עם זאת, במהלך השנים נעשו מאמצים רבים להפוך את מלאכת התכנות לפעילות המתבצעת בהתאם לסט עקרונות וכללים מוגדרים, ואלה סייעו להתפתחות תחום הנדסת התוכנה.

תקליטור

תַּקְלִיטוֹר הוא אמצעי לאחסון נתונים שאינו נדיף הפועל בטכנולוגיה אופטית. תקליטור הוא דיסק פלסטי עגול בקוטר של עד 12 ס"מ עם חור במרכזו, שמצופה בשכבה דקיקה של אלומיניום כדי שיוכל להחזיר את האותות לקרן הלייזר שקוראת אותו. הנתונים מאוחסנים בצורת בורות (pits) ומישורים (lands) לאורך פס דקיק בצורת ספירלה הנמשך מן המרכז ועד לשולי התקליטור. הנתונים מוטבעים (בייצור המוני), או נצרבים (באמצעות צורב ביתי), על גבי התקליטור בשפה בינארית, כלומר 1 ו-0, כאשר הסימון 1 מיוצג על ידי שינוי בין בור ומישור והסימון 0 מיוצג על ידי חוסר שינוי (קידוד NRZI).

מקור השם הוא הלחם בסיסים של המילים תקליט ואור, מכיוון שהקריאה והכתיבה בו נעשות באמצעות קרן לייזר.

התקליטור נכנס לראשונה לשימוש באוקטובר 1982, וכיום הוא פורמט המשמש בעיקר להפצה ומשלוח של סרטים, מוזיקה וקובצי מחשב שונים. השימוש בתקליטור הצטמצם בעשור השני של המאה ה-21, בעקבות המעבר להעברת מידע (מוזיקה, וידאו ונתונים) באמצעות האינטרנט.

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.