שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.
»
«
מהי השיטה הבינארית?
בסיס בינארי במתמטיקה הוא מערכת ספירה על בסיס 2. כלומר, במערכת זו כל מספר מיוצג בשני סמלים בלבד - או 0 או 1. השיטה הבינארית משמשת במתמטיקה ומדעי המחשב והמספרים המיוצגים בשיטה זו נקראים מספרים בינאריים.
במערכות דיגיטליות מרבים להשתמש בבסיס בינארי. למעשה, כל המערכות הדיגיטליות המוכרות, כולל מחשבים, טלפונים סלולריים ומערכות משובצות מחשב - כולן עושות שימוש בבסיס בינארי.
הסיבה לשימוש בשיטה הבינארית במערכות אלקטרוניות היא שקל להשתמש בו באלקטרוניקה. הרי בבסיסה של מערכת אלקטרונית כזו קיימות מראש שתי רמות מתח - או אם נגדיר זאת בפשטות: ישנם שני מצבים לכל ביט - או שהוא דולק או שהוא כבוי. לכן כבוי ייחשב ל-0 ודולק ייחשב ל-1.
ואכן, במערכות אלקטרוניות ומערכות מחשוב מודרניות יש מיליארדי טרנזיסטורים שממתגים במצבים של כבוי או דולק, 0 או 1. הדרך לתקשר איתם ולהביא את המכשירים לבצע משימות מטורפות בתחכומן היא שיטת הספירה הבינארית.
הנה השיטה הבינארית (מתורגם):
https://youtu.be/wgbV6DLVezo
סרטון על הדרך להמרה של מספר עשרוני לבסיס הבינארי (עברית):
http://youtu.be/2pr8mkRZIfg
היום כבר מנסים להתקדם ממנה לשיטת החישוב הבאה (עברית):
https://youtu.be/tWBEaaTuz3A
ותכנית לימודית על הבסיס הבינארי (עברית):
https://youtu.be/aKZYHUmYG_M?long=yes
מה מייצג סמל האון-אוף ואיך הוא נולד?
סמל האון-אוף (ON/OFF), סמל ההדלקה של המכשירים, כולל סימן משונה וחסר פשר, עם מעין עיגול שלם שבתוכו קו. מה מקורו בעצם?
אז הסיפור הרבה פחות משונה משנדמה. בעבר כללו מכשירים חשמליים מתג בעל שני מצבים, מתג שאפשר להדליק ולכבות אותם. באותה תקופה נהגו לסמן את המצבים במילים ON/Off, אבל בכל שפה אומרים וכותבים זאת אחרת.
כדי שיבינו את המצבים בכל מקום ושפה החלו בשנות ה-40 של המאה ה-20 לסמן אותם במספרים, 0 למצב כבוי ו-1 למצב דלוק. ההנחה הייתה שיותר ויותר אנשים מתחילים להכיר את השיטה הבינארית, זו שמיוצגת באחד ובאפס, ויבינו את הקשר למצבי ההפעלה והכיבוי.
וכך התפתחה מוסכמה בינלאומית שהמספר אחד מייצג מצב דולק, בו המכשיר מקבל זרם, בעוד אפס מייצג מצב כבוי, שאין בו זרם.
אלא שעם הזמן החלו מכשירים רבים לעבוד על עיקרון ההמתנה. מרבית מתגי הכיבוי וההדלקה הומרו בכפתורים שהפסיקו לנתק לגמרי את החשמל מהמכשיר. הם הוחלפו בכפתורים שמכניסים את המכשיר למצב המתנה (Standby). אור זעיר המחיש עתה את העובדה שהמכשיר עדיין מחובר לחשמל והוא מוכן לפעולה מיידית.
זה היה בשנות ה-70, או ליתר דיוק בשנת 1973, כשהנציבות הבינלאומית לאלקטרוטכניקה טבעה את סמל ההפעלה שמוכר לנו היום. בסמל הזה אוחדו סימני האחד והאפס לסימן אחד, בו האפס נחתך בראשו וה-1 הוצב בו, בכדי לסמן שהמכשיר במצב 0 אבל מוכן מיידית ל-1.
ובכל זאת, עם הזמן הפך מה שסימן את מצב ההמתנה לסימן המייצג את כפתור ההפעלה והכיבוי באופן כללי ולא רק במצבי המתנה.
וכך קיבלנו את הסמל הטכני חסר המובן שהיה לסמל אוניברסלי. זה סימן בינלאומי שנמצא היום על כפתורי ההפעלה והכיבוי של כמעט כל מכשיר אפשרי - עיגול שלם שבתוכו קו.
הנה תולדותיו של סמל ה-On/Off סמל ההדלקה והכיבוי של מכשירים:
https://youtu.be/VKCFDBPvJ74
הנה הוא כאן בין סמלים רבים נוספים, עם המקור המרתק שלהם:
https://youtu.be/3qPZq2OsnmU
למה שימש כרטיס הניקוב?
כרטיס הניקוב (Punched card) היה אמצעי האיחסון הראשון למידע דיגיטלי. הוא היה הדיסק-און-קי של שנות ה-60, כשעליו נשמר הקוד הבינארי שהיה צריך לשמור לשם הרצת קוד מחשב.
כרטיסי ניקוב אפשרו ניקובים על גבי הכרטיס, לפי הבסיס הבינארי או הקוד הבינארי. כל ניקוב על הכרטיס סימן את הסיפרה 1. לעומתו סימן מקום לא מנוקב את הסיפרה 0.
השמירה של מידע על הכרטיסים, באמצעות ניקובים המבוססים על השיטה הבינארית של אפסים ואחדים, הייתה שיטה שימושית מאד לשמירת המידע. יתרונו של כרטיס הניקוב עשוי הנייר היה בכך שהוא לא צרך חשמל. הגדולה העיקרית בשמירת המידע על גבי הכרטיס המנוקב, הייתה בכך שגם כשכיבו את המחשב, המידע שנוקב על הכרטיס נשמר גם להרצת תכניות המחשב בכל זמן בעתיד.
אחת הבעיות בכרטיסי הניקוב היו השימוש החד-פעמי בהם. הסיבה ברורה - לא ניתן היה לשנות ניקובים על כרטיס שכבר נוקב במקומות שונים. בעיה נוספת הייתה בכך שאם הכרטיסים נפלו והתפזרו בטעות, לקח זמן רב לסדר אותם שוב, על פי הסדר הנכון.
הנה כרטיס הניקוב:
https://youtu.be/oPKmegMkJrI
הקלדה של כרטיסי ניקוב במכונת ניקוב:
https://youtu.be/UmVsmbI7cmM
הנה מכשירי הניקוב של התקופה:
https://youtu.be/oaVwzYN6BP4
ילדי ההווה מדפיסים את כרטיסי הניקוב של העבר:
https://youtu.be/oBgjBHa3ezs
מה הקשר בין הפילוסופיה היוונית והמחשב של זמננו?
הלוגיקה היא תורת ההיגיון. היא נולדה ביוון העתיקה, כחלק מהמחשבה היוונית והפילוסופיה. בלוגיקה משמש ניתוח של טענות, כדי להסיק מסקנות על התוקף שלהן, או מידת האמת והשקר שבהן. בלוגיקה מבחינים בין טיעון תקף - כזה שהמעבר מהנחות שונות למסקנה כלשהי הוא מוצדק והגיוני ובין טיעונים שאינם תקפים - שבהם המסקנה אינה נובעת מההנחות ולפיכך אינה תקפה או בשפה רגילה - אינה הגיונית.
בעידן המודרני סיפקה הלוגיקה, באמצעים שונים, את היסודות למדעי המחשב. הקשר שבין התחומים ניכר כבר ביכולת לבטא ולבצע פעולות לוגיות באמצעות שפה בינארית המבוססת על 0 ו-1 (המקביל לטיעונים תקפים או לא תקפים, טיעוני אמת ושקר בלוגיקה). השימושיות של הלוגיקה הקומפקטית נתנה את האפשרות לפיתוחם של המחשבים המודרניים, המבוססים על פעולות לוגיות בינאריות.
מקור המילה "לוגיקה" מהמילה היוונית "לוגוס", ביוונית סיבה, טיעון, או מחשבה.
הנה סרטון שמדגים בצורה מחוייכת את העיסוק המקורי בטיעונים לוגיים:
http://youtu.be/Qq-fPLUycgE?t=26s
איך פועל המחשבון?
המחשבון המדעי הוא מאד מורכב, אבל נסביר כאן את הפעולות הבסיסיות וכיצד הן פועלות. או במילים אחרות - הבה נבין כיצד יכול מכשיר אלקטרוני לחשב בשבילנו חישובים.
זה לא יהיה יוצא דופן אם נקדים ונאמר שכל מחשב ומכשיר דיגיטלי ממירים את המידע שמוכנס אליהם לספרות 1 ו-0. כמובן שמכשירים כאלו לא יודעים מהם 0 או 1, אבל הם מורכבים מטריליוני תאים חשמליים, שנקראים "בתים" (Byte) שכל אחד מהם יכול להיות דלוק או כבוי. תא כבוי מייצג 0 ותא דלוק הוא 1.
המחשבון, כמו המחשב, משתמש בשפה בינארית, המייצגת כל מספר בעולם באמצעות אפסים ואחדים.
כשאנו לוחצים בו על הספרה 1, המחשבון ממיר אותה לאות חשמלי לאחד הבתים. כך מיוצגת הספרה 1 בקוד הבינארי 0001. את הקוד הזה המחשבון יודע להכיר, לאחסן בזיכרון הפעיל שלו (RAM) ולהציג בתצוגה, על מסך המספרים שלו, בתור הספרה 1.
לחיצה על מקש הפעולה החישובית, למשל חיבור, תשמור גם אותה בזיכרון של המחשבון (יש מחשבונים שגם יציגו אותה בתצוגה).
עכשיו נלחץ על הספרה 2. גם היא, כמו הספרה 1, תומר לקוד בינארי.
כשנלחץ על מקש = המחשבון יחבר את שני הקודים הבינאריים שמייצגים את 1 ו-2 ויציג את התשובה 3 בתצוגה. הוא גם ישמור את התשובה בזכרון, כדי שנוכל להמשיך ולבצע עליה עוד פעולות חשבוניות. רק לחיצה על C שמייצגת ניקוי (Clear) תשכיח מהמחשבון את התשובה הזו, תנקה את הזיכרון ותאפשר לו להיות מוכן לפעולה חדשה.
בדרך זו, אגב, פועלים כל המחשבונים והמחשבים - החל מהפעולות החשבוניות הפשוטות ביותר, פעולות שנקראות אריתמטיקה, ועד למחשבונים מדעיים ומחשבי-על, המבצעים פעולות חשבון מורכבות ביותר. הכל בינארי, מהיר ביותר ובעיקר פשוט להבנה.
כך פועל המחשבון:
https://youtu.be/rqTqWNakKKs
והסבר מורחב לדרך שבה פועל המחשבון:
https://youtu.be/8FAahyFEDbA
מי המציאו את התקליטור הקומפקטי?
התקליטור, או בשמו המקורי הדיסק הדיגיטלי (Compact Disk), פותח בתחילת שנות השמונים, על ידי שתי חברות ענק לאלקטרוניקה בידורית - סוני ופיליפס.
היצרנים רצו להציע התקן מוסיקלי שיחליף את תקליטי הוויניל, המרשרשים אחרי זמן מה, בשל הבלאי של התקליט. כל שריטה קטנה, כל גרגר אבק וכל הזזה לא נכונה של זרוע הפטיפון, יצרו רעשים, רשרושים וחריקות.
אז במקום התקליטים, עם האבק שמרעיש בנגינה, חריקות ורשקושי השחיקה, המהנדסים של סוני ופיליפס פיתחו את הדיסק הדיגיטלי והקומפקטי שלהם.
הדיסק היה העתיד. הוא תפס פחות מקום, היה איכותי הרבה יותר מבחינת שמע ועם הזמן והמצאת הדיסקמן, הוא גם אפשר לתקליט הדיגיטלי להיות נייד. הקלטת, אותה קסטה שכבר התנגנה על הווקמנים זמן רב, הייתה הרי נחותה ממנו מאוד באיכות הצליל.
אז הדיסק הושק ב-1982. זו הייתה המצאה מבריקה, תרתי משמע. הברק של הדיסק, הצבעונית שהשתקפה מהדיסק דמוי המראה, הרשרושים והרחשים שלפתע לא שמעת יותר והגודל הקומפקטי שלו - אלה היו רק התכונות הנלוות לאיכות הצליל המדהימה של התקליטור החדש.
הדיסק הציע לא פחות מ-74 דקות של הקלטה. האגדה מספרת שהמשך הזה נבחר אחרי שאשתו של סגן הנשיא של חברת "Sony" ביקשה שיהיה מה שיהיה, אבל שהדיסק יוכל להכיל את הסימפוניה התשיעית של בטהובן כולה. וכמה זמן הסימפוניה הזו נמשכת? - אתם בטח יודעים את התשובה. 74 דקות. בדיוק.
בתחילה נפוצה גם שמועה שבניגוד לתקליט הוויניל העדין, את הדיסק הדיגיטלי לא ניתן להרוס. אנשים ניסו לדרוך, לזרוק אותו ולמרוח עליו חומרים שונים - תוך זמן קצר זה הסתבר כקשקוש מארץ הקשקושים.
כך או כך, כשיצאו הדיסקים הראשונים - ההמונים התאהבו. אמנם המוסיקאים קצת התלוננו על הסטריליות של המוסיקה בדיסק החדש והתגעגעו לרחשים ולרעשי הרקע הקטנים שליוו את המוסיקה בתקליטים, אבל הדיסק היה כאן כדי להצליח.
הדיסק הדיגיטלי הראשון שיצא לאור היה "אחים לנשק" של להקת דייר סטרייט. פיליפס דחפה את האלבום הזה בטירוף ובגאווה אדירה על החידוש שפיתחה לתחום האודיו. בזכות הקמפיין המטורף שלה האלבום הזה הפך לאלבום הראשון שגרסת הדיסק שלו נמכרה יותר מתקליטי הוויניל ולדיסק הכי מצליח העולם, במשך זמן רב.
הנה יואב קוטנר מציג את ההמצאה החדשה - הדיסק (עברית):
https://youtu.be/g8riwShE9cY
על לידת הקומפקט דיסק:
https://youtu.be/qplLCynEc2g
ההתלהבות באייטיז מהדיסקים:
https://youtu.be/vwrU8s-M-gc
הדיסק החליף במהירות אדירה את התקליטים:
https://youtu.be/-aaIA_tZEe0
"אחים לנשק" של דייר סטרייט - הדיסק הדיגיטלי הראשון שיצא:
https://youtu.be/Wu4oy1IRTh8
כך מדברים ב-1985 על התקליטור:
https://youtu.be/OtEIWAc1QXc
והאם הקאמבק של הדיסקים קרוב? (עברית)
https://youtu.be/UdVkbqQsYOU
איך פועל התקליטור?
התקליטור (Compact Disk) הוא דיסק פלסטי המאחסן נתונים באמצעים אופטיים, כלומר בעזרת אור. מכאן גם השם העברי "תקליטור".
הנתונים מאוחסנים על הדיסק בצופן דיגיטלי. הצופן הזה שמור בשכבת חומר שיש בה מישורים ושקעים. מישור מייצג את הספרה הדיגיטלית 0 ושקע מייצג 1.
באמצעות 6 מיליארד שקעים זעירים, שמוטבעים על פס זעיר של חומר בגובה של אחד חלקי 200 מעובי השערה. הקו הזה נמתח בספירלה, ממרכז התקליטור עד לשוליים.
על הפס הזה משמרים את הצופן של המוסיקה המוקלטת על הדיסק. כל המידע הדיגיטלי נרשם על גבי הדיסק בשפה בינארית, בסימון של המוני סימני 1 ו-0 מיקרוסקופיים. הסימן 1 מיוצג בשינוי המישור לשקע, מעין בור זעיר בעוד הסימן 0 מיוצג על ידי חוסר שינוי, מישור שנשאר מישור.
ההשמעה פשוטה מאוד. קרן הלייזר סורקת את הפס הספירלי הזעיר של הדיסק ונגן הדיסקים ממיר את המידע הבינרי שהיא מעבירה לצלילים. השאר כיף - קוראים לו מוסיקה באיכות ובצליל מעולה.
בייצור המוני של דיסקים מסחריים, למשל מוסיקליים, הנתונים מוטבעים עליו במפעל. בדיסקים צרובים, לעומת זאת, נצרבים הנתונים באמצעות צורב ביתי במחשב.
בדיסקים שצורבים ומוחקים ניתן גם למחוק ולצרוב מידע חדש שוב ושוב, כלומר הצורב יכול לשנות את הקידוד הדיגיטלי - את הצופן שמייצג על הדיסק את המוסיקה או את הנתונים ששמורים עליו.
השם "תקליטור" בא מחיבור של המילים תקליט ואור. התקליט הוא הצורה העגולה שלו, שהחליפה את תקליט הוויניל והאור בא מהעובדה שהקריאה והכתיבה בתקליטור מתבצעות בקרן לייזר, קרן אור.
כך פועל התקליטור:
http://youtu.be/qrToK_YXDIQ
שיעור באנימציה שמראה זאת היטב:
https://youtu.be/c_G3WH65rrk
וכך קורא אותו המחשב:
http://youtu.be/uwYcnLDApsQ
מהו המחשב הקוונטי?
מחשב קוונטי הוא מחשב עתידי שאמור לפתור בעיות שונות במחשוב הנוכחי ולהתמודד טוב יותר עם סיבוכיות. מדעני מחשב ואנשי טכנולוגיה מנסים לייצר מחשבים קוונטיים, אבל נראה שהדרך אליהם עדיין ארוכה. אמנם קיימים כבר מחשבים קוונטיים, אך הם חלשים ומוגבלים מאד בביצועים.
כיום משתמשים במדעי המחשב במודל התיאורטי של "מכונת טיורינג" (ראו בתגית "מכונת טיורינג"). מודל זה מתבסס על העיקרון הבינארי, כשהביטים נמצאים במצבי 0 או 1.
ב-1982 הגה הפיזיקאי ריצ'ארד פיינמן את רעיון המחשוב הקוונטי ובשנים האחרונות הוא יצא מתחום העניין האקדמי אל העולם הטכנולוגי ואל ענקיות הטכנולוגיה, המשקיעות משאבים בפרוייקטים בתחום ולא חוסכות מאמצים בדרך לפיתוח מחשבי-על קוונטיים.
אם לפשט את ההסבר המורכב, אז במקום בביטים דו-מצביים, המחשוב הקוונטי משתמש ברעיון שנקרא הסופר פוזיציה הקוונטית, או ביחידות שנקראות קיוביט (Cubit). הקיוביט מייצג בו-זמנית גם ערך 0 וגם 1 וכך מייצג ערכים גדולים באמת. שזירת הקיוביטים, כך שיפעלו ביחד ובצורה מתואמת, מאפשרת ייצוג של מספר ערכים עצום בבת אחת.
התוצאה של הסופר פוזיציה הקוונטית היא פריצה של מגבלות כוח המחשוב הבינארי. הדבר מאפשר למחשב קוונטי קטן לבצע פעולות חישוב רבות מאד במקביל, לעשות זאת בצורה מהירה להפליא וחסכונית באנרגיה - לעומת טכנולוגיית החישוב הבינארי, שעד כמה שהיא נראית לנו מהירה - היא איטית.
ואגב, אם חשבתם על אפשרויות המזעור המטורפות של מחשבים כאלו, אז בהחלט צדקתם. אבל זה רק חלק קטן מהפלא האפשרי של המחשוב הקוונטי.
יתכן ואפילו סביר שהמחשוב הקוונטי הוא העתיד של עולם המחשבים. יכולותיו הבלתי נתפסות בהקלת הסיבוכיות החישובית ומהירות העיבוד והחישוב שלו יכולות להיות בדיוק מה שצריכים תחומים כמו הבינה המלאכותית והביג דאטה, כמו גם לוחמת סייבר ותחומים שיתגלו בעתיד ואינם ידועים לנו כרגע, אך דורשים יכולות עיבוד כה גבוהות שבלעדיהן יישארו המון תחומי מחקר מוגבלים ביותר.
הנה המחשב הקוונטי (עברית):
http://youtu.be/_T1ArF3sVVA
הסבר פשוט של המושג מחשב קוונטי (עברית):
http://youtu.be/UhNbnYsIGso
סרטון אנימציה שמסביר את הקוונטום מחשוב:
https://youtu.be/T2DXrs0OpHU
הסבר מקיף למחשב קוונטי:
http://youtu.be/g_IaVepNDT4
וסקירה מקיפה של עולם המחשבים הקוונטיים ויכולותיהם (מתורגם):
https://youtu.be/JhHMJCUmq28?long=yes
איך פועל הטרנזיסטור?
הטְרַנזיסְטוֹר (Transistor), הרכיב האלקטרוני שמשמש כמתג אלקטרוני, הוא מהמרכיבים המרכזיים בטכנולוגיה העולמית של ימינו. בתמונה שלמעלה רואים את הטרנזיסטור המוקדם של שנות ה-60. כיום הטרנזיסטורים הם זעירים ביותר ומיליארדים מהם נכנסים לגודל של הטרנזיסטור הזה.
תפקידיו האלקטרוניים של הטרנזיסטור השתנו במהלך התפתחות הטכנולוגיה. בתקופה בה שימש במעגלים אנלוגיים הוא שימש להגברה, ליצירת תנודות, לייצוב מתח, לאיפנון ולעירבול.
במעגלים הדיגיטליים, לעומת זאת, הוא משמש כמתג חשמלי מהיר, מרכיב יסודי בבנייה של שערים לוגיים, זיכרון גישה אקראית (RAM) והתקנים אלקטרוניים אחרים. למעשה, על הטרנזיסטור מושתתים המעבדים המשוכללים של מערכות ממוחשבות בימינו. בכל שבב זעיר או מעבד מרכזי כזה יש מעל מיליארד טרנזיסטורים, זעירים במיוחד, שניתן לראותם רק בעזרת מיקרוסקופ משוכלל מאוד.
כל טרנזיסטור כזה יכול להיות באחד משני המצבים - או טעון בחשמל או ללא חשמל. מכאן בעצם התפתחה כל הטכנולוגיה הדיגיטלית, המבוססת על השיטה הבינארית, המבוססת על ערכים של 0 ו-1.
שינויי המתח ושני המצבים של הטרנזיסטורים הם שיוצרים את הביטים, או באנגלית bits. איתם מדברות שפות התכנות השונות, כשהן עוברות "הידור" (המרה) לשפת מכונה, מתחביר שפת התכנות העילית לערכים של 0 ו-1 בשפת מכונה.
כך פועל הטרנזיסטור (מתורגם):
https://youtu.be/WhNyURBiJcU
הסבר מדעי של פעולת הטרנזיסטור:
http://youtu.be/9CrcRabTQ0s
וכך הוא פועל (מתורגם):
https://youtu.be/IcrBqCFLHIY
בסיס בינארי במתמטיקה הוא מערכת ספירה על בסיס 2. כלומר, במערכת זו כל מספר מיוצג בשני סמלים בלבד - או 0 או 1. השיטה הבינארית משמשת במתמטיקה ומדעי המחשב והמספרים המיוצגים בשיטה זו נקראים מספרים בינאריים.
במערכות דיגיטליות מרבים להשתמש בבסיס בינארי. למעשה, כל המערכות הדיגיטליות המוכרות, כולל מחשבים, טלפונים סלולריים ומערכות משובצות מחשב - כולן עושות שימוש בבסיס בינארי.
הסיבה לשימוש בשיטה הבינארית במערכות אלקטרוניות היא שקל להשתמש בו באלקטרוניקה. הרי בבסיסה של מערכת אלקטרונית כזו קיימות מראש שתי רמות מתח - או אם נגדיר זאת בפשטות: ישנם שני מצבים לכל ביט - או שהוא דולק או שהוא כבוי. לכן כבוי ייחשב ל-0 ודולק ייחשב ל-1.
ואכן, במערכות אלקטרוניות ומערכות מחשוב מודרניות יש מיליארדי טרנזיסטורים שממתגים במצבים של כבוי או דולק, 0 או 1. הדרך לתקשר איתם ולהביא את המכשירים לבצע משימות מטורפות בתחכומן היא שיטת הספירה הבינארית.
הנה השיטה הבינארית (מתורגם):
https://youtu.be/wgbV6DLVezo
סרטון על הדרך להמרה של מספר עשרוני לבסיס הבינארי (עברית):
http://youtu.be/2pr8mkRZIfg
היום כבר מנסים להתקדם ממנה לשיטת החישוב הבאה (עברית):
https://youtu.be/tWBEaaTuz3A
ותכנית לימודית על הבסיס הבינארי (עברית):
https://youtu.be/aKZYHUmYG_M?long=yes
סמל האון-אוף (ON/OFF), סמל ההדלקה של המכשירים, כולל סימן משונה וחסר פשר, עם מעין עיגול שלם שבתוכו קו. מה מקורו בעצם?
אז הסיפור הרבה פחות משונה משנדמה. בעבר כללו מכשירים חשמליים מתג בעל שני מצבים, מתג שאפשר להדליק ולכבות אותם. באותה תקופה נהגו לסמן את המצבים במילים ON/Off, אבל בכל שפה אומרים וכותבים זאת אחרת.
כדי שיבינו את המצבים בכל מקום ושפה החלו בשנות ה-40 של המאה ה-20 לסמן אותם במספרים, 0 למצב כבוי ו-1 למצב דלוק. ההנחה הייתה שיותר ויותר אנשים מתחילים להכיר את השיטה הבינארית, זו שמיוצגת באחד ובאפס, ויבינו את הקשר למצבי ההפעלה והכיבוי.
וכך התפתחה מוסכמה בינלאומית שהמספר אחד מייצג מצב דולק, בו המכשיר מקבל זרם, בעוד אפס מייצג מצב כבוי, שאין בו זרם.
אלא שעם הזמן החלו מכשירים רבים לעבוד על עיקרון ההמתנה. מרבית מתגי הכיבוי וההדלקה הומרו בכפתורים שהפסיקו לנתק לגמרי את החשמל מהמכשיר. הם הוחלפו בכפתורים שמכניסים את המכשיר למצב המתנה (Standby). אור זעיר המחיש עתה את העובדה שהמכשיר עדיין מחובר לחשמל והוא מוכן לפעולה מיידית.
זה היה בשנות ה-70, או ליתר דיוק בשנת 1973, כשהנציבות הבינלאומית לאלקטרוטכניקה טבעה את סמל ההפעלה שמוכר לנו היום. בסמל הזה אוחדו סימני האחד והאפס לסימן אחד, בו האפס נחתך בראשו וה-1 הוצב בו, בכדי לסמן שהמכשיר במצב 0 אבל מוכן מיידית ל-1.
ובכל זאת, עם הזמן הפך מה שסימן את מצב ההמתנה לסימן המייצג את כפתור ההפעלה והכיבוי באופן כללי ולא רק במצבי המתנה.
וכך קיבלנו את הסמל הטכני חסר המובן שהיה לסמל אוניברסלי. זה סימן בינלאומי שנמצא היום על כפתורי ההפעלה והכיבוי של כמעט כל מכשיר אפשרי - עיגול שלם שבתוכו קו.
הנה תולדותיו של סמל ה-On/Off סמל ההדלקה והכיבוי של מכשירים:
https://youtu.be/VKCFDBPvJ74
הנה הוא כאן בין סמלים רבים נוספים, עם המקור המרתק שלהם:
https://youtu.be/3qPZq2OsnmU
כרטיס הניקוב (Punched card) היה אמצעי האיחסון הראשון למידע דיגיטלי. הוא היה הדיסק-און-קי של שנות ה-60, כשעליו נשמר הקוד הבינארי שהיה צריך לשמור לשם הרצת קוד מחשב.
כרטיסי ניקוב אפשרו ניקובים על גבי הכרטיס, לפי הבסיס הבינארי או הקוד הבינארי. כל ניקוב על הכרטיס סימן את הסיפרה 1. לעומתו סימן מקום לא מנוקב את הסיפרה 0.
השמירה של מידע על הכרטיסים, באמצעות ניקובים המבוססים על השיטה הבינארית של אפסים ואחדים, הייתה שיטה שימושית מאד לשמירת המידע. יתרונו של כרטיס הניקוב עשוי הנייר היה בכך שהוא לא צרך חשמל. הגדולה העיקרית בשמירת המידע על גבי הכרטיס המנוקב, הייתה בכך שגם כשכיבו את המחשב, המידע שנוקב על הכרטיס נשמר גם להרצת תכניות המחשב בכל זמן בעתיד.
אחת הבעיות בכרטיסי הניקוב היו השימוש החד-פעמי בהם. הסיבה ברורה - לא ניתן היה לשנות ניקובים על כרטיס שכבר נוקב במקומות שונים. בעיה נוספת הייתה בכך שאם הכרטיסים נפלו והתפזרו בטעות, לקח זמן רב לסדר אותם שוב, על פי הסדר הנכון.
הנה כרטיס הניקוב:
https://youtu.be/oPKmegMkJrI
הקלדה של כרטיסי ניקוב במכונת ניקוב:
https://youtu.be/UmVsmbI7cmM
הנה מכשירי הניקוב של התקופה:
https://youtu.be/oaVwzYN6BP4
ילדי ההווה מדפיסים את כרטיסי הניקוב של העבר:
https://youtu.be/oBgjBHa3ezs
הלוגיקה היא תורת ההיגיון. היא נולדה ביוון העתיקה, כחלק מהמחשבה היוונית והפילוסופיה. בלוגיקה משמש ניתוח של טענות, כדי להסיק מסקנות על התוקף שלהן, או מידת האמת והשקר שבהן. בלוגיקה מבחינים בין טיעון תקף - כזה שהמעבר מהנחות שונות למסקנה כלשהי הוא מוצדק והגיוני ובין טיעונים שאינם תקפים - שבהם המסקנה אינה נובעת מההנחות ולפיכך אינה תקפה או בשפה רגילה - אינה הגיונית.
בעידן המודרני סיפקה הלוגיקה, באמצעים שונים, את היסודות למדעי המחשב. הקשר שבין התחומים ניכר כבר ביכולת לבטא ולבצע פעולות לוגיות באמצעות שפה בינארית המבוססת על 0 ו-1 (המקביל לטיעונים תקפים או לא תקפים, טיעוני אמת ושקר בלוגיקה). השימושיות של הלוגיקה הקומפקטית נתנה את האפשרות לפיתוחם של המחשבים המודרניים, המבוססים על פעולות לוגיות בינאריות.
מקור המילה "לוגיקה" מהמילה היוונית "לוגוס", ביוונית סיבה, טיעון, או מחשבה.
הנה סרטון שמדגים בצורה מחוייכת את העיסוק המקורי בטיעונים לוגיים:
http://youtu.be/Qq-fPLUycgE?t=26s
בינארי
המחשבון המדעי הוא מאד מורכב, אבל נסביר כאן את הפעולות הבסיסיות וכיצד הן פועלות. או במילים אחרות - הבה נבין כיצד יכול מכשיר אלקטרוני לחשב בשבילנו חישובים.
זה לא יהיה יוצא דופן אם נקדים ונאמר שכל מחשב ומכשיר דיגיטלי ממירים את המידע שמוכנס אליהם לספרות 1 ו-0. כמובן שמכשירים כאלו לא יודעים מהם 0 או 1, אבל הם מורכבים מטריליוני תאים חשמליים, שנקראים "בתים" (Byte) שכל אחד מהם יכול להיות דלוק או כבוי. תא כבוי מייצג 0 ותא דלוק הוא 1.
המחשבון, כמו המחשב, משתמש בשפה בינארית, המייצגת כל מספר בעולם באמצעות אפסים ואחדים.
כשאנו לוחצים בו על הספרה 1, המחשבון ממיר אותה לאות חשמלי לאחד הבתים. כך מיוצגת הספרה 1 בקוד הבינארי 0001. את הקוד הזה המחשבון יודע להכיר, לאחסן בזיכרון הפעיל שלו (RAM) ולהציג בתצוגה, על מסך המספרים שלו, בתור הספרה 1.
לחיצה על מקש הפעולה החישובית, למשל חיבור, תשמור גם אותה בזיכרון של המחשבון (יש מחשבונים שגם יציגו אותה בתצוגה).
עכשיו נלחץ על הספרה 2. גם היא, כמו הספרה 1, תומר לקוד בינארי.
כשנלחץ על מקש = המחשבון יחבר את שני הקודים הבינאריים שמייצגים את 1 ו-2 ויציג את התשובה 3 בתצוגה. הוא גם ישמור את התשובה בזכרון, כדי שנוכל להמשיך ולבצע עליה עוד פעולות חשבוניות. רק לחיצה על C שמייצגת ניקוי (Clear) תשכיח מהמחשבון את התשובה הזו, תנקה את הזיכרון ותאפשר לו להיות מוכן לפעולה חדשה.
בדרך זו, אגב, פועלים כל המחשבונים והמחשבים - החל מהפעולות החשבוניות הפשוטות ביותר, פעולות שנקראות אריתמטיקה, ועד למחשבונים מדעיים ומחשבי-על, המבצעים פעולות חשבון מורכבות ביותר. הכל בינארי, מהיר ביותר ובעיקר פשוט להבנה.
כך פועל המחשבון:
https://youtu.be/rqTqWNakKKs
והסבר מורחב לדרך שבה פועל המחשבון:
https://youtu.be/8FAahyFEDbA
התקליטור, או בשמו המקורי הדיסק הדיגיטלי (Compact Disk), פותח בתחילת שנות השמונים, על ידי שתי חברות ענק לאלקטרוניקה בידורית - סוני ופיליפס.
היצרנים רצו להציע התקן מוסיקלי שיחליף את תקליטי הוויניל, המרשרשים אחרי זמן מה, בשל הבלאי של התקליט. כל שריטה קטנה, כל גרגר אבק וכל הזזה לא נכונה של זרוע הפטיפון, יצרו רעשים, רשרושים וחריקות.
אז במקום התקליטים, עם האבק שמרעיש בנגינה, חריקות ורשקושי השחיקה, המהנדסים של סוני ופיליפס פיתחו את הדיסק הדיגיטלי והקומפקטי שלהם.
הדיסק היה העתיד. הוא תפס פחות מקום, היה איכותי הרבה יותר מבחינת שמע ועם הזמן והמצאת הדיסקמן, הוא גם אפשר לתקליט הדיגיטלי להיות נייד. הקלטת, אותה קסטה שכבר התנגנה על הווקמנים זמן רב, הייתה הרי נחותה ממנו מאוד באיכות הצליל.
אז הדיסק הושק ב-1982. זו הייתה המצאה מבריקה, תרתי משמע. הברק של הדיסק, הצבעונית שהשתקפה מהדיסק דמוי המראה, הרשרושים והרחשים שלפתע לא שמעת יותר והגודל הקומפקטי שלו - אלה היו רק התכונות הנלוות לאיכות הצליל המדהימה של התקליטור החדש.
הדיסק הציע לא פחות מ-74 דקות של הקלטה. האגדה מספרת שהמשך הזה נבחר אחרי שאשתו של סגן הנשיא של חברת "Sony" ביקשה שיהיה מה שיהיה, אבל שהדיסק יוכל להכיל את הסימפוניה התשיעית של בטהובן כולה. וכמה זמן הסימפוניה הזו נמשכת? - אתם בטח יודעים את התשובה. 74 דקות. בדיוק.
בתחילה נפוצה גם שמועה שבניגוד לתקליט הוויניל העדין, את הדיסק הדיגיטלי לא ניתן להרוס. אנשים ניסו לדרוך, לזרוק אותו ולמרוח עליו חומרים שונים - תוך זמן קצר זה הסתבר כקשקוש מארץ הקשקושים.
כך או כך, כשיצאו הדיסקים הראשונים - ההמונים התאהבו. אמנם המוסיקאים קצת התלוננו על הסטריליות של המוסיקה בדיסק החדש והתגעגעו לרחשים ולרעשי הרקע הקטנים שליוו את המוסיקה בתקליטים, אבל הדיסק היה כאן כדי להצליח.
הדיסק הדיגיטלי הראשון שיצא לאור היה "אחים לנשק" של להקת דייר סטרייט. פיליפס דחפה את האלבום הזה בטירוף ובגאווה אדירה על החידוש שפיתחה לתחום האודיו. בזכות הקמפיין המטורף שלה האלבום הזה הפך לאלבום הראשון שגרסת הדיסק שלו נמכרה יותר מתקליטי הוויניל ולדיסק הכי מצליח העולם, במשך זמן רב.
הנה יואב קוטנר מציג את ההמצאה החדשה - הדיסק (עברית):
https://youtu.be/g8riwShE9cY
על לידת הקומפקט דיסק:
https://youtu.be/qplLCynEc2g
ההתלהבות באייטיז מהדיסקים:
https://youtu.be/vwrU8s-M-gc
הדיסק החליף במהירות אדירה את התקליטים:
https://youtu.be/-aaIA_tZEe0
"אחים לנשק" של דייר סטרייט - הדיסק הדיגיטלי הראשון שיצא:
https://youtu.be/Wu4oy1IRTh8
כך מדברים ב-1985 על התקליטור:
https://youtu.be/OtEIWAc1QXc
והאם הקאמבק של הדיסקים קרוב? (עברית)
https://youtu.be/UdVkbqQsYOU
התקליטור (Compact Disk) הוא דיסק פלסטי המאחסן נתונים באמצעים אופטיים, כלומר בעזרת אור. מכאן גם השם העברי "תקליטור".
הנתונים מאוחסנים על הדיסק בצופן דיגיטלי. הצופן הזה שמור בשכבת חומר שיש בה מישורים ושקעים. מישור מייצג את הספרה הדיגיטלית 0 ושקע מייצג 1.
באמצעות 6 מיליארד שקעים זעירים, שמוטבעים על פס זעיר של חומר בגובה של אחד חלקי 200 מעובי השערה. הקו הזה נמתח בספירלה, ממרכז התקליטור עד לשוליים.
על הפס הזה משמרים את הצופן של המוסיקה המוקלטת על הדיסק. כל המידע הדיגיטלי נרשם על גבי הדיסק בשפה בינארית, בסימון של המוני סימני 1 ו-0 מיקרוסקופיים. הסימן 1 מיוצג בשינוי המישור לשקע, מעין בור זעיר בעוד הסימן 0 מיוצג על ידי חוסר שינוי, מישור שנשאר מישור.
ההשמעה פשוטה מאוד. קרן הלייזר סורקת את הפס הספירלי הזעיר של הדיסק ונגן הדיסקים ממיר את המידע הבינרי שהיא מעבירה לצלילים. השאר כיף - קוראים לו מוסיקה באיכות ובצליל מעולה.
בייצור המוני של דיסקים מסחריים, למשל מוסיקליים, הנתונים מוטבעים עליו במפעל. בדיסקים צרובים, לעומת זאת, נצרבים הנתונים באמצעות צורב ביתי במחשב.
בדיסקים שצורבים ומוחקים ניתן גם למחוק ולצרוב מידע חדש שוב ושוב, כלומר הצורב יכול לשנות את הקידוד הדיגיטלי - את הצופן שמייצג על הדיסק את המוסיקה או את הנתונים ששמורים עליו.
השם "תקליטור" בא מחיבור של המילים תקליט ואור. התקליט הוא הצורה העגולה שלו, שהחליפה את תקליט הוויניל והאור בא מהעובדה שהקריאה והכתיבה בתקליטור מתבצעות בקרן לייזר, קרן אור.
כך פועל התקליטור:
http://youtu.be/qrToK_YXDIQ
שיעור באנימציה שמראה זאת היטב:
https://youtu.be/c_G3WH65rrk
וכך קורא אותו המחשב:
http://youtu.be/uwYcnLDApsQ
מחשב קוונטי הוא מחשב עתידי שאמור לפתור בעיות שונות במחשוב הנוכחי ולהתמודד טוב יותר עם סיבוכיות. מדעני מחשב ואנשי טכנולוגיה מנסים לייצר מחשבים קוונטיים, אבל נראה שהדרך אליהם עדיין ארוכה. אמנם קיימים כבר מחשבים קוונטיים, אך הם חלשים ומוגבלים מאד בביצועים.
כיום משתמשים במדעי המחשב במודל התיאורטי של "מכונת טיורינג" (ראו בתגית "מכונת טיורינג"). מודל זה מתבסס על העיקרון הבינארי, כשהביטים נמצאים במצבי 0 או 1.
ב-1982 הגה הפיזיקאי ריצ'ארד פיינמן את רעיון המחשוב הקוונטי ובשנים האחרונות הוא יצא מתחום העניין האקדמי אל העולם הטכנולוגי ואל ענקיות הטכנולוגיה, המשקיעות משאבים בפרוייקטים בתחום ולא חוסכות מאמצים בדרך לפיתוח מחשבי-על קוונטיים.
אם לפשט את ההסבר המורכב, אז במקום בביטים דו-מצביים, המחשוב הקוונטי משתמש ברעיון שנקרא הסופר פוזיציה הקוונטית, או ביחידות שנקראות קיוביט (Cubit). הקיוביט מייצג בו-זמנית גם ערך 0 וגם 1 וכך מייצג ערכים גדולים באמת. שזירת הקיוביטים, כך שיפעלו ביחד ובצורה מתואמת, מאפשרת ייצוג של מספר ערכים עצום בבת אחת.
התוצאה של הסופר פוזיציה הקוונטית היא פריצה של מגבלות כוח המחשוב הבינארי. הדבר מאפשר למחשב קוונטי קטן לבצע פעולות חישוב רבות מאד במקביל, לעשות זאת בצורה מהירה להפליא וחסכונית באנרגיה - לעומת טכנולוגיית החישוב הבינארי, שעד כמה שהיא נראית לנו מהירה - היא איטית.
ואגב, אם חשבתם על אפשרויות המזעור המטורפות של מחשבים כאלו, אז בהחלט צדקתם. אבל זה רק חלק קטן מהפלא האפשרי של המחשוב הקוונטי.
יתכן ואפילו סביר שהמחשוב הקוונטי הוא העתיד של עולם המחשבים. יכולותיו הבלתי נתפסות בהקלת הסיבוכיות החישובית ומהירות העיבוד והחישוב שלו יכולות להיות בדיוק מה שצריכים תחומים כמו הבינה המלאכותית והביג דאטה, כמו גם לוחמת סייבר ותחומים שיתגלו בעתיד ואינם ידועים לנו כרגע, אך דורשים יכולות עיבוד כה גבוהות שבלעדיהן יישארו המון תחומי מחקר מוגבלים ביותר.
הנה המחשב הקוונטי (עברית):
http://youtu.be/_T1ArF3sVVA
הסבר פשוט של המושג מחשב קוונטי (עברית):
http://youtu.be/UhNbnYsIGso
סרטון אנימציה שמסביר את הקוונטום מחשוב:
https://youtu.be/T2DXrs0OpHU
הסבר מקיף למחשב קוונטי:
http://youtu.be/g_IaVepNDT4
וסקירה מקיפה של עולם המחשבים הקוונטיים ויכולותיהם (מתורגם):
https://youtu.be/JhHMJCUmq28?long=yes
הטְרַנזיסְטוֹר (Transistor), הרכיב האלקטרוני שמשמש כמתג אלקטרוני, הוא מהמרכיבים המרכזיים בטכנולוגיה העולמית של ימינו. בתמונה שלמעלה רואים את הטרנזיסטור המוקדם של שנות ה-60. כיום הטרנזיסטורים הם זעירים ביותר ומיליארדים מהם נכנסים לגודל של הטרנזיסטור הזה.
תפקידיו האלקטרוניים של הטרנזיסטור השתנו במהלך התפתחות הטכנולוגיה. בתקופה בה שימש במעגלים אנלוגיים הוא שימש להגברה, ליצירת תנודות, לייצוב מתח, לאיפנון ולעירבול.
במעגלים הדיגיטליים, לעומת זאת, הוא משמש כמתג חשמלי מהיר, מרכיב יסודי בבנייה של שערים לוגיים, זיכרון גישה אקראית (RAM) והתקנים אלקטרוניים אחרים. למעשה, על הטרנזיסטור מושתתים המעבדים המשוכללים של מערכות ממוחשבות בימינו. בכל שבב זעיר או מעבד מרכזי כזה יש מעל מיליארד טרנזיסטורים, זעירים במיוחד, שניתן לראותם רק בעזרת מיקרוסקופ משוכלל מאוד.
כל טרנזיסטור כזה יכול להיות באחד משני המצבים - או טעון בחשמל או ללא חשמל. מכאן בעצם התפתחה כל הטכנולוגיה הדיגיטלית, המבוססת על השיטה הבינארית, המבוססת על ערכים של 0 ו-1.
שינויי המתח ושני המצבים של הטרנזיסטורים הם שיוצרים את הביטים, או באנגלית bits. איתם מדברות שפות התכנות השונות, כשהן עוברות "הידור" (המרה) לשפת מכונה, מתחביר שפת התכנות העילית לערכים של 0 ו-1 בשפת מכונה.
כך פועל הטרנזיסטור (מתורגם):
https://youtu.be/WhNyURBiJcU
הסבר מדעי של פעולת הטרנזיסטור:
http://youtu.be/9CrcRabTQ0s
וכך הוא פועל (מתורגם):
https://youtu.be/IcrBqCFLHIY
מהי שפת מכונה, השפה הבינארית שהמחשב מבין?
שפת מכונה (Machine language) איננה שפה שמישהו מתכנת בה. שפת מכונה היא שפת המחשבים, כלומר שפה שבה "מדבר", או יותר נכון רואה המחשב.
זו שפה שפועלת על פי רצפים של ספרות אפס או אחד. אלה מייצגים שני מצבים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1.
מחשבים יודעים לחשב דברים במונחים של אפס ואחד. זה לא שהם יודעים אריתמטיקה או מתמטיקה. אבל הם כן פועלים על מצבים בהם יש מתח חשמלי ומצבים בהם אין. כי כל רכיב אלקטרוני יכול או לפעול או לא לפעול. כלומר להיות במצב פעולה, כלומר דולק, או במצב כבוי. זה On או Off.
כי שבבי המחשב הם בעצם מכונות זעירות מאוד, שבהן יש מיליארדים רבים של רכיבים זעירים, שיכולים להיות בכל רגע נתון במצב כבוי או דולק.
הקידוד הזה לפיו פועל המחשב הוא קידוד בינארי. לפיכך, שפת מכונה היא הקידוד הבינארי שבאמצעותו ניתן לתת הוראות פעולה למעבד המרכזי של המחשב, אותו מוח שלו, שמבצע את הפעולות שאנו רוצים.
אבל הקוד הבינארי הוא מורכב מאוד. בקידוד בינארי בלתי אפשרי לכתוב תוכנות מורכבות, כמו אלה שעושות בימינו דברים מטורפים כמו שעולם התוכנה יודע לייצר. לכן פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר אנושי, שמובן יותר לבני אדם וקל יחסית לזכירה.
אז כדי לתקשר עם המחשב, לתת לו פקודות ולהגיש לו דאטה, כלומר מידע לצורך חישובים או פעולות, הכול צריך להיות מתורגם לאפסים ואחדים. אבל את הפקודות כותבים בשפות תוכנה עיליות ותוכנה מיוחדת ממירה את הפקודות מהשפות הללו לקוד בינארי, של אפסים ואחדים.
את ההמרה משפת התוכנה המסוימת לשפת המכונה עושה תוכנת הקומפיילר (compiler), בעברית מהדר, הנכללת בשפות התוכנה השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה.
המרה כזו של קוד מחשב תהיה לרוב משפה עילית שהמתכנת כתב, לשפת מכונה שהמחשב מבין. המרה למה שנקרא Machine language, או לשפת ביניים, שפה שהיא באמצע, בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד לתכנות ושממנה בהמשך תתבצע הקומפליציה הסופית לשפת מכונה.
הנה שפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
על האישה שפיתחה את שפת התכנות הראשונה, שפת Cobol:
https://youtu.be/Wchru8alhaE
וסוגי שפות המחשב השונים, משפת המכונה והשפות הבסיסיות שהמחשב מבין (Assembly language), אל השפות העיליות, המאפשרות למתכנתים בדרך לכתוב קוד:
https://youtu.be/aYjGXzktatA
שפת מכונה (Machine language) איננה שפה שמישהו מתכנת בה. שפת מכונה היא שפת המחשבים, כלומר שפה שבה "מדבר", או יותר נכון רואה המחשב.
זו שפה שפועלת על פי רצפים של ספרות אפס או אחד. אלה מייצגים שני מצבים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1.
מחשבים יודעים לחשב דברים במונחים של אפס ואחד. זה לא שהם יודעים אריתמטיקה או מתמטיקה. אבל הם כן פועלים על מצבים בהם יש מתח חשמלי ומצבים בהם אין. כי כל רכיב אלקטרוני יכול או לפעול או לא לפעול. כלומר להיות במצב פעולה, כלומר דולק, או במצב כבוי. זה On או Off.
כי שבבי המחשב הם בעצם מכונות זעירות מאוד, שבהן יש מיליארדים רבים של רכיבים זעירים, שיכולים להיות בכל רגע נתון במצב כבוי או דולק.
הקידוד הזה לפיו פועל המחשב הוא קידוד בינארי. לפיכך, שפת מכונה היא הקידוד הבינארי שבאמצעותו ניתן לתת הוראות פעולה למעבד המרכזי של המחשב, אותו מוח שלו, שמבצע את הפעולות שאנו רוצים.
אבל הקוד הבינארי הוא מורכב מאוד. בקידוד בינארי בלתי אפשרי לכתוב תוכנות מורכבות, כמו אלה שעושות בימינו דברים מטורפים כמו שעולם התוכנה יודע לייצר. לכן פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר אנושי, שמובן יותר לבני אדם וקל יחסית לזכירה.
אז כדי לתקשר עם המחשב, לתת לו פקודות ולהגיש לו דאטה, כלומר מידע לצורך חישובים או פעולות, הכול צריך להיות מתורגם לאפסים ואחדים. אבל את הפקודות כותבים בשפות תוכנה עיליות ותוכנה מיוחדת ממירה את הפקודות מהשפות הללו לקוד בינארי, של אפסים ואחדים.
את ההמרה משפת התוכנה המסוימת לשפת המכונה עושה תוכנת הקומפיילר (compiler), בעברית מהדר, הנכללת בשפות התוכנה השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה.
המרה כזו של קוד מחשב תהיה לרוב משפה עילית שהמתכנת כתב, לשפת מכונה שהמחשב מבין. המרה למה שנקרא Machine language, או לשפת ביניים, שפה שהיא באמצע, בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד לתכנות ושממנה בהמשך תתבצע הקומפליציה הסופית לשפת מכונה.
הנה שפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
על האישה שפיתחה את שפת התכנות הראשונה, שפת Cobol:
https://youtu.be/Wchru8alhaE
וסוגי שפות המחשב השונים, משפת המכונה והשפות הבסיסיות שהמחשב מבין (Assembly language), אל השפות העיליות, המאפשרות למתכנתים בדרך לכתוב קוד:
https://youtu.be/aYjGXzktatA
מהו הקומפיילר שממיר שפה טבעית לקוד בינארי במחשב?
קומפיילר (compiler), בעברית מהדר, היא תוכנה שתפקידה להמיר קוד מחשב שכתוב בשפת תכנות רגילה, אל שפת מכונה (Machine language), כזו שהמחשב מבין.
תוכנת הקומפיילר נכללת כחלק משפות התכנות השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה. היא מבצעת את ההמרה משפת התוכנה המסוימת בה מתכנתים כותבים לשפת המכונה, שהיא קשה לכתיבה ומופשטת ומסובכת לזכירה.
המרה כזו תהיה לרוב של קוד מחשב בשפה עילית שהמתכנת כתב בה, כמו שפת התכנות פייתון או ג'אווה סקריפט - לשפת מכונה שהמחשב מבין.
שפת מכונה, משהו כמו שפת המחשבים, כלומר שפה שבה כאילו "מדבר" המחשב. זו שפה שפועלת על פי רצפים של אפס או אחד, שמייצגים שני מצבים חשמליים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1. הכירו בתגית "שפת מכונה".
מכל מקום, הקומפיילר חשוב מאוד בפיתוח תוכנה, כי כמעט בלתי אפשרי לכתוב קוד בינארי שיעשה את הפעולות המורכבות במיוחד שעושות תוכנות מודרניות.
לכן גם פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר שהוא ככל האפשר קרוב לזה של שפות אנושיות, תחביר מובן יותר לבני אדם ושקל יחסית לזכור.
ואגב, יש גם מקרים שהמהדר ממיר שפה עילית לשפת ביניים, שפה שאינה שפת מכונה ולמעשה היא באמצע, משהו בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד.
כך פועל הקומפיילר (מתורגם):
https://youtu.be/QXjU9qTsYCc
ושפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
קומפיילר (compiler), בעברית מהדר, היא תוכנה שתפקידה להמיר קוד מחשב שכתוב בשפת תכנות רגילה, אל שפת מכונה (Machine language), כזו שהמחשב מבין.
תוכנת הקומפיילר נכללת כחלק משפות התכנות השונות. תפקידו הכללי של הקומפיילר הוא להמיר קוד תוכנה משפה לשפה. היא מבצעת את ההמרה משפת התוכנה המסוימת בה מתכנתים כותבים לשפת המכונה, שהיא קשה לכתיבה ומופשטת ומסובכת לזכירה.
המרה כזו תהיה לרוב של קוד מחשב בשפה עילית שהמתכנת כתב בה, כמו שפת התכנות פייתון או ג'אווה סקריפט - לשפת מכונה שהמחשב מבין.
שפת מכונה, משהו כמו שפת המחשבים, כלומר שפה שבה כאילו "מדבר" המחשב. זו שפה שפועלת על פי רצפים של אפס או אחד, שמייצגים שני מצבים חשמליים שנמצאים בבסיסו של כל רכיב חשמלי ואלקטרוני - מצבי כבוי, שזה 0, או דולק, 1. הכירו בתגית "שפת מכונה".
מכל מקום, הקומפיילר חשוב מאוד בפיתוח תוכנה, כי כמעט בלתי אפשרי לכתוב קוד בינארי שיעשה את הפעולות המורכבות במיוחד שעושות תוכנות מודרניות.
לכן גם פיתחו את שפות התכנות העיליות, שפות High level המאפשרות כתיבה במילים ובתחביר שהוא ככל האפשר קרוב לזה של שפות אנושיות, תחביר מובן יותר לבני אדם ושקל יחסית לזכור.
ואגב, יש גם מקרים שהמהדר ממיר שפה עילית לשפת ביניים, שפה שאינה שפת מכונה ולמעשה היא באמצע, משהו בין שפות עיליות וקלות יחסית לתכנות, לשפת המכונה המורכבת במיוחד.
כך פועל הקומפיילר (מתורגם):
https://youtu.be/QXjU9qTsYCc
ושפת המכונה וכיצד אנו מתקשרים איתה דרך שפות תכנות עיליות:
https://youtu.be/GbBI7LSijnM
מהו הטרנזיסטור ולמה הוא כה חשוב בעידן המודרני?
הטְרַנזיסְטוֹר (Transistor) הוא רכיב אלקטרוני המשמש כמתג אלקטרוני. הטרנזיסטור בנוי מחומר מוליך למחצה. הוא אחד מהמרכיבים החשובים בתעשיית האלקטרוניקה המודרנית ובטכנולוגיה העולמית בכלל.
הטרנזיסטור החליף את שפופרת הריק, ששימשה את תעשיית האלקטרוניקה עד שנות ה-60 של המאה הקודמת, אבל עם השנים הוא היה לרכיב מפתח בכל תעשיית האלקטרוניקה המודרנית.
בעצם הטרנזיסטור הומצא בזמנו בתור היחידה הקטנה ביותר באלקטרוניקה שממירה מתח חשמלי למצבים של דולק וכבה, אם תרצו 0 או 1.
שם הרכיב "טרנזיסטור" מורכב משילוב של המלים מוליך, או מעביר (טרנס) ומתנגד (רזיסט). הוא הפך בשנות השישים גם לכינוי של "רדיו הטרנזיסטור", אותו מקלט רדיו נייד וזעיר, שהיה מהפכני ביחס למכשירי הרדיו הגדולים שלפניו (אלו שהיום נהוג לכנות "רדיו סבתא").
יתרונותיהם העיקריים של הטרנזיסטורים היו גודלם הזעיר, ההספק החשמלי הנמוך שהם צרכו והאמינות הרבה שלהם, בעיקר בהשוואה ל"מנורות" (שמן העממי של שפופרות הריק), שנשרפו והיו זקוקות להחלפה מעת לעת.
גם פשטות הייצור הנמוך של הרכיבים הטרנזיסטוריים, שאיפשרה ייצור של כמויות גדלות והולכות, עד כמויות אדירות במחיר נמוך מאד, שאפשרו לתעשיית האלקטרוניקה לייצר מכשירים קטנים ואיכותיים יותר ובכמויות ענק, זולות יותר ויותר.
חדירת הטרנזיסטורים לתעשייה הובילה לתפוצה עצומה של מכשירים אלקטרוניים, לפריחה בתעשיות שקשורות באלקטרוניקה בהמשך גם למהפכת המחשב האישי וכל מה שבא בעקבותיה, כמו האינטרנט והטלפונים הניידים.
תפקידיו האלקטרוניים של הטרנזיסטור השתנו במהלך התפתחות הטכנולוגיה. אם במעגלים אנלוגיים הוא שימש להגברה, ליצירת תנודות, לייצוב מתח, לאיפנון ולעירבול - במעגלים הדיגיטליים הוא משמש כמתג חשמלי מהיר (כאמור בין מצבים בי אריים של 0 או 1), מרכיב יסודי בבנייה של שערים לוגיים, זיכרון גישה אקראית (RAM) והתקנים אלקטרוניים אחרים.
גם מהפכת המזעור של מכשירים אלקטרוניים הלכה והתגברה. למעשה, היא התאפשרה בזכות הטרנזיסטורים ששימשו במכשירים הללו כרכיבים האלקטרוניים הפעילים, במקום שפופרות הריק.
המזעור של הטרנזיסטורים הגיע לממדים שלא יאומנו. נתון שיסבר את העין - במעבד של מחשב מודרני יש כיום מעל מיליארד טרנזיסטורים ובטלפון החכם של ימינו - מעל 2 מיליארד!
וכך, בהתאמה המופלאה שלו לצורך ברכיב מיתוג למערכות אלקטרוניות ולמערכות המחשוב השונות, הפך הטרנזיסטור עם השנים לרכיב האלקטרוני החשוב ביותר במהפכת המחשבים ובעידן המידע שבו אנו חיים.
הנה הטרנזיסטור, ששינה את העולם:
https://youtu.be/OwS9aTE2Go4
כך תורם הטרנזיסטור למחשוב האישי (מתורגם):
https://youtu.be/WhNyURBiJcU
סיפורו של הטרנזיסטור:
https://youtu.be/u4bJab9Brm4
כך חזו כבר ב-1953 את המהפכה שיעשו הטרנזיסטורים:
http://youtu.be/V9xUQWo4vN0
ועל כל אחד מהשבבים שהחליפו את הטרנזיסטור יש יותר ממיליארד טרנזיסטורים (מתורגם):
https://youtu.be/AlGchpqSbJA
הטְרַנזיסְטוֹר (Transistor) הוא רכיב אלקטרוני המשמש כמתג אלקטרוני. הטרנזיסטור בנוי מחומר מוליך למחצה. הוא אחד מהמרכיבים החשובים בתעשיית האלקטרוניקה המודרנית ובטכנולוגיה העולמית בכלל.
הטרנזיסטור החליף את שפופרת הריק, ששימשה את תעשיית האלקטרוניקה עד שנות ה-60 של המאה הקודמת, אבל עם השנים הוא היה לרכיב מפתח בכל תעשיית האלקטרוניקה המודרנית.
בעצם הטרנזיסטור הומצא בזמנו בתור היחידה הקטנה ביותר באלקטרוניקה שממירה מתח חשמלי למצבים של דולק וכבה, אם תרצו 0 או 1.
שם הרכיב "טרנזיסטור" מורכב משילוב של המלים מוליך, או מעביר (טרנס) ומתנגד (רזיסט). הוא הפך בשנות השישים גם לכינוי של "רדיו הטרנזיסטור", אותו מקלט רדיו נייד וזעיר, שהיה מהפכני ביחס למכשירי הרדיו הגדולים שלפניו (אלו שהיום נהוג לכנות "רדיו סבתא").
יתרונותיהם העיקריים של הטרנזיסטורים היו גודלם הזעיר, ההספק החשמלי הנמוך שהם צרכו והאמינות הרבה שלהם, בעיקר בהשוואה ל"מנורות" (שמן העממי של שפופרות הריק), שנשרפו והיו זקוקות להחלפה מעת לעת.
גם פשטות הייצור הנמוך של הרכיבים הטרנזיסטוריים, שאיפשרה ייצור של כמויות גדלות והולכות, עד כמויות אדירות במחיר נמוך מאד, שאפשרו לתעשיית האלקטרוניקה לייצר מכשירים קטנים ואיכותיים יותר ובכמויות ענק, זולות יותר ויותר.
חדירת הטרנזיסטורים לתעשייה הובילה לתפוצה עצומה של מכשירים אלקטרוניים, לפריחה בתעשיות שקשורות באלקטרוניקה בהמשך גם למהפכת המחשב האישי וכל מה שבא בעקבותיה, כמו האינטרנט והטלפונים הניידים.
תפקידיו האלקטרוניים של הטרנזיסטור השתנו במהלך התפתחות הטכנולוגיה. אם במעגלים אנלוגיים הוא שימש להגברה, ליצירת תנודות, לייצוב מתח, לאיפנון ולעירבול - במעגלים הדיגיטליים הוא משמש כמתג חשמלי מהיר (כאמור בין מצבים בי אריים של 0 או 1), מרכיב יסודי בבנייה של שערים לוגיים, זיכרון גישה אקראית (RAM) והתקנים אלקטרוניים אחרים.
גם מהפכת המזעור של מכשירים אלקטרוניים הלכה והתגברה. למעשה, היא התאפשרה בזכות הטרנזיסטורים ששימשו במכשירים הללו כרכיבים האלקטרוניים הפעילים, במקום שפופרות הריק.
המזעור של הטרנזיסטורים הגיע לממדים שלא יאומנו. נתון שיסבר את העין - במעבד של מחשב מודרני יש כיום מעל מיליארד טרנזיסטורים ובטלפון החכם של ימינו - מעל 2 מיליארד!
וכך, בהתאמה המופלאה שלו לצורך ברכיב מיתוג למערכות אלקטרוניות ולמערכות המחשוב השונות, הפך הטרנזיסטור עם השנים לרכיב האלקטרוני החשוב ביותר במהפכת המחשבים ובעידן המידע שבו אנו חיים.
הנה הטרנזיסטור, ששינה את העולם:
https://youtu.be/OwS9aTE2Go4
כך תורם הטרנזיסטור למחשוב האישי (מתורגם):
https://youtu.be/WhNyURBiJcU
סיפורו של הטרנזיסטור:
https://youtu.be/u4bJab9Brm4
כך חזו כבר ב-1953 את המהפכה שיעשו הטרנזיסטורים:
http://youtu.be/V9xUQWo4vN0
ועל כל אחד מהשבבים שהחליפו את הטרנזיסטור יש יותר ממיליארד טרנזיסטורים (מתורגם):
https://youtu.be/AlGchpqSbJA
