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.
»
«
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
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
מהם סוגי הזיכרון במחשב?
הזיכרון הממוחשב (Computer memory) מאפשר לקודד, לאחסן ולשלוף מידע ממחשב או ממאגר זיכרון ממוחשב. מדובר באחד המרכיבים החשובים במיחשוב המודרני ובין הזיכרונות הממוחשבים, יש מגוון של יחידות לאיחסון של מידע.
בין זיכרונות המחשב (Computer memory) יש כמה סוגים שונים של זיכרונות:
ה-ROM (קיצור של Read Only Memory) הוא זיכרון לקריאה בלבד. המידע שנשמר בו נצרב בדרך כלל על ידי היצרן מראש, מה שאומר שניתן לגשת למידע זה, אך רק לקרוא אותו, מבלי לשמור אליו מידע חדש, שונה או מעודכן יותר.
ה-RAM, קיצור של Random Access Memory (זיכרון לגישה אקראית), הוא זיכרון שתלוי באספקת חשמל, מה שאומר שכשמכבים את המחשב וזרם החשמל מתנתק ממנו, יימחק מה-RAM כל המידע שאוחסן עליו.
כמובן שיש במחשבים גם כוננים קשיחים, (ראו באאוריקה בתגית "כונן קשיח"), המיועדים לאיחסון לטווח ארוך ובכמויות מידע גדולות, גם עם כיבוי החשמל או ניתוק מהמחשב.
כך משתלבים הזיכרונות השונים בפעולת המחשב (מתורגם):
https://youtu.be/AkFi90lZmXA
כך עובד זכרון המחשב (מתורגם):
https://youtu.be/p3q5zWCw8J4
ותפקיד ה-RAM במחשב:
http://youtu.be/c8a_4OpWIWQ
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
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
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
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
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
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
הזיכרון הממוחשב (Computer memory) מאפשר לקודד, לאחסן ולשלוף מידע ממחשב או ממאגר זיכרון ממוחשב. מדובר באחד המרכיבים החשובים במיחשוב המודרני ובין הזיכרונות הממוחשבים, יש מגוון של יחידות לאיחסון של מידע.
בין זיכרונות המחשב (Computer memory) יש כמה סוגים שונים של זיכרונות:
ה-ROM (קיצור של Read Only Memory) הוא זיכרון לקריאה בלבד. המידע שנשמר בו נצרב בדרך כלל על ידי היצרן מראש, מה שאומר שניתן לגשת למידע זה, אך רק לקרוא אותו, מבלי לשמור אליו מידע חדש, שונה או מעודכן יותר.
ה-RAM, קיצור של Random Access Memory (זיכרון לגישה אקראית), הוא זיכרון שתלוי באספקת חשמל, מה שאומר שכשמכבים את המחשב וזרם החשמל מתנתק ממנו, יימחק מה-RAM כל המידע שאוחסן עליו.
כמובן שיש במחשבים גם כוננים קשיחים, (ראו באאוריקה בתגית "כונן קשיח"), המיועדים לאיחסון לטווח ארוך ובכמויות מידע גדולות, גם עם כיבוי החשמל או ניתוק מהמחשב.
כך משתלבים הזיכרונות השונים בפעולת המחשב (מתורגם):
https://youtu.be/AkFi90lZmXA
כך עובד זכרון המחשב (מתורגם):
https://youtu.be/p3q5zWCw8J4
ותפקיד ה-RAM במחשב:
http://youtu.be/c8a_4OpWIWQ
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
קוד בינארי
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
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
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
