קיצור תולדות המחשב

ממכונות החישוב של פסקאל ועד "כחול-עמוק" של ימינו אנו, מהלוגיקה היוונית העתיקה ועד הרובוטים בני זמננו - סיכום 2000 (פלוס) שנות חישוב

לא קשה לתרץ מדוע במשאלי דעת הקהל זכתה דווקא הטלוויזיה לתואר המוצר של המאה, למרות שהמחשב הוא זה המככב בכל כותרות העיתונים ובאולמי המכירות (לפחות בעולם העשיר). ההסבר לכך פשוט: המחשב הוא המוצר של המאה הבאה, הטלוויזיה היא המוצר של המאה הקודמת. גם ההוכחה לכך פשוטה: מה מטריד את האנשים במעבר המילניום? באג 2000. מדוע? מפני שכיום אנחנו חברה ממוחשבת כמעט מכף רגל ועד ראש, והכמעט הזה הוא זמני בלבד.

חברת יבמ מנסחת עכשיו רעיון בשם "המחשב המחלחל", המנסה להגדיר את הדרכים בהם המחשב ייהפך לחלק בלתי נפרד מחיינו, ולא ייכלא אך ורק "בקופסאות" ייעודיות כמו מחשבים שולחניים או ניידים. מי יודע, אולי בעוד 10 שנים אנשים ייכנסו לחנות ויבקשו מכנסי ג'ינס עם 10 מ"ב זכרון או שיעדיפו חולצות טריקו מבוססות חלונות.

אולם, כמו שקשה לחזות את העתיד, כך קשה גם לעקוב אחר העבר של המחשב. ייתכן שהדבר נובע מכך שהתרבות האנושית, בבסיסה, היא תרבות ממוחשבת; תרבות המחפשת את הנוסחה, ההסבר הלוגי. התבנית הכללית. האם צריך להתחיל בפילוסופיה היוונית וב"לוגיקה", אותה היוונים פיתחו? האם בשאלה על "משפטי אמת" ו"משפטי שקר", אשר הובילו להתפתחות המתמטיקה הבוליאנית, זו המחשבת חישובים על פי מצבי "יש-אין"? כל מהנדס אלקטרוניקה מתחיל יודע שמעגל דיגיטלי מתחיל ב"טבלת אמת" בוליאנית, ממנה נגזרים כל המעגלים המתוחכמים והשבבים המיוצרים במפעיל ענק.

* * * ואולי המחשב מתחיל עם המצאת תחנת המים, שהביאה להמצאת גלגל השיניים, אחד מאבותיו הקדומים ביותר של כרטיס הניקוב? כדי לפשט את קיצור תולדות המחשב נתחיל בעידן מאוחר יותר, עם הנסיונות הראשונים לפתח מכונות חישוב.

בשנת 1642 המציא הפילוסוף והמתמטיקאי הצרפתי בלייז פסקאל, מכונות חישוב אשר יכלה לבצע פעולות חיסור וחיבור וידעה להעביר ספרות מושאלות מעמודה לעמודה. כלומר, להעביר את השארית לעשירייה אחרת. פאסקאל בנה 50 עותקים של מכונת החישוב, אולם היא לא שימשה לחישובים מעשיים, משום שבני תקופתו התייחסו אליה כאל אטרקציה משעשעת. במהלך המאה ה-17 שיכלל המתימטיקאי הגרמני גוטפריד לייבניץ את מכונת פאסקאל, והוסיף לה את היכולת להכפיל מספרים.

אך מחשבים לא נבנו רק כדי לבצע חישובים במספרים מסובכים. כדי לארוג שטיח בעל דוגמא מסובכת היה צורך לתכנן מראש את סדר הצבעים של החוטים השונים כך שיהוו בסופו של דבר ציור ברור. פעולה זו דרשה מיומנות גבוהה והיתה קשה במיוחד.

בתחילת המאה ה-19 המציא המהנדס הצרפתי גו'זף-מארי ז'אקארד "מחשב" מסוג מיוחד: נול אריגה. נול האריגה של ז'אקארד היה מצוייד בכרטיסים מיוחדים הקרויים כרטיסי ניקוב. היו בהם נקבים התואמים לתבנית האריגה הרצויה. באמצעות פינים מיוחדים שהוכנסו לנקבים, ידע הנול לשחזר באופן אוטומטי את התבנית הרצויה, ול"חשב" את הציור שעל הבד.

למרות שהממציא זכה להערכתו של קיסר צרפת, נפוליאון הראשון, הוא נאלץ להימלט מעיר הולדתו, ליאון, בגלל זעמם של האורגים המקומיים. האורגים המקומיים פחדו שהמצאתו תגרום להם לאבד את מקומות עבודתם. אלא שהנול האוטומטי ניצח. לפני מותו של ז'אקארד, כבר היו בליאון לבדה יותר מ-30 אלף נולים אוטומטיים. ההמצאה שלו נמצאת בשימוש עד היום, בעיקר לייצור בדי אריגה לציפוי רהיטים.

בשנת 1820 תיכנן המדען הבריטי צ'רלס באבאג' מכונת חישוב שנקראה "מנוע ההבדל". מכונת החישוב הזו התבססה על שילוב של מנופים וגלגלי שיניים והיתה אמורה לפתור בעיות חישוב מסובכות. אולם היא מעולם לא נבנתה. באבאג' החל לתכנן מכונה מסובכת יותר, בשם "מנוע אנליטי", שהיתה אמורה לדעת להתמודד עם כל סוגי בעיות החישוב המוכרות, כמו מחשב מודרני. אולם באבאג' לא ידע כיצד להשיג מימון לבניית המכונה - ולא הצליח לבנותה.

הרוזנת הבריטית אוגוסטה אדה ביירון, בתו של המשורר הבריטי המפורסם לורד ביירון, היתה תלמידתו של באבאג' וידידתו האישית. היא אספה את כל הטיוטות שלו, כדי לתעד את התכנון של מכונת החישוב. למרות שהמנוע האנליטי לא נבנה, הרעיונות העיקריים סביבם הוא תוכנן מתקיימים גם במחשבים מודרניים. למשל: היכולת לשמור פקודות בזיכרון, השימוש בכרטיסי ניקוב כסוג של זיכרון פשוט או היכולת להדפיס את התוצאה.

* * * המחשב המוכר לנו כיום הוא שילוב של רעיונות שונים שהתפתחו בזמנים שונים, אולם קפיצת הדרך הגדולה נעשתה בסוף המאה ה-19. המהנדס האמריקני הרמן הולריט המציא מכשיר המסוגל לייצר באופן חשמלי כרטיסי ניקוב מסוג אלה שז'אקארד הצרפתי המציא, ובאופן חשמלי לקרוא אותם ולפענח את הקוד המצוי בנקבים. כלומר, להפוך אותם למספרים. המכונה שימשה ככלי מרכזי במפקד האוכלוסין הראשון בארה"ב, בשנת 1890. היא קיצרה פי ארבע את זמן ספירת התוצאות. מאוחר יותר התאחדה החברה שהולריט הקים ביחד עם מספר חברות אחרות. אלה הקימו בשנת 1924 חברה קטנה בשם יבמ.

המחשב הדיגיטלי מבצע חישובים רק באמצעות הספרות "0" ו-"1". בחשבון הדיגיטלי סדרה של ספרות מסוג "0" או "1" יכולות לייצג כל מספר שהוא משום שאלה ספרות על בסיס 2 ולא על בסיס 10 (שיטה עשרונית). החשיבות של כרטיסי הניקוב היא שהם מאפשרים לייצר מספרים דיגיטליים. נקודה בה נוקב חור בכרטיס מייצגת את הספרה "1" ונקודה בה לא נוקב חור, שווה "0".

המחשב החל לקבל בהדרגה את צורתו המוכרת. בשנת 1936 הציע המדען הבריטי אלן טיורינג לפתח מכונה המסוגלת לפתור משוואות (בעיות חשבוניות מסובכות במיוחד) בלא התערבות יד אדם. המכונה שנבנתה מזכירה בצורתה מכונת כתיבה, שבמקום אותיות מופיעים בה על הקלידים קיצורים של הוראות חשבוניות. טיורינג תכנן מכונה אשר אמורה להיות כללית - וניתן לבצע בה כל פעולת חישוב שהיא. אלן טיורינג נחשב היום לממציא המחשבים מפני שהמכונה שלו היא הדגם על פיו נבנו כל המחשבים הבאים.

* * * באותה תקופה תכנן המתמטיקאי האמריקני הווארד אייקן מכונת חישוב חשמלית שנקראה מארק 1 (Mark I) ונבנתה על ידי חברת יבמ. הפעם המכונה לא נבנתה ממנופים וגלגלי שיניים. במקומם נעשה שימוש במפסקים חשמליים הנפתחים ונסגרים אוטומטית, כאשר זרם חשמלי עובר דרכם. מכונות אלו כבר היו דיגיטליות. כלומר, ידעו לחשב מספרים שונים רק באמצעות הצירוף של הספרות "0" ו-"1". ממש כמו במחשבים המודרניים של ימינו. בהמשך, אייקן החליף את המתגים החשמליים הגדולים והכבדים במעגלים אלקטרוניים המבוססים על טרנזיסטורים, או על הטכנולוגיה שקדמה לטרנזיסטור, ונקראה "שפופרות ריק". אייקן הקים את המחלקה הראשונה בעולם למדעי המחשב באוניסרסיטת הרווארד בארצות הברית. אולם אייקן לא האמין שצריך להשתמש בזכרון כדי לאחסן את התוכנה. אצלו המחשב היה צריך לקרוא את ההוראות (התוכנה) מתוך כרטיסי ניקוב.

התפתחות המחשב צברה תאוצה. בשנת 1945 בנה המדען האמריקאי-הונגרי, ג'ון פון-ניומן, מחשב שהיה מסוגל לתור בעיות במתימטיקה, בפיסיקה ובמטאורולוגיה, ושידע לאחסן בתוכו את התוכנה כולה. באותה שנה נבנתה באוניברסיטת פנסילבניה בעיר פילדלפיה בארה"ב מכונת החישוב הכללית הראשונה, ENIAC, הנחשבת למחשב המודרני הראשון.

המחשב הזה שקל יותר מ-27 טונות והכיל יותר מ-18 אלף שפופרות ריק. השפופרות נשרפו בתדירות גבוהה, ובכל חודש היו צריכים שישה טכנאים להחליף 2,000 שפופרות. מחשב ENIAC שימש לפיתוחים צבאיים בעיקר. ניצלו אותו כדי לתכנן מסלולי טיסה של טילים ולתכנון כלי נשק אטומיים. מכיוון שלא היה לו זכרון, היה צורך לתכנת אותו מחדש לפני כל משימת חישוב.

שני הממציאים של ENIAC, ג'ון מאושלי ופרספר אקרט המשיכו לפתח מחשבים ובנו את המחשב "ההמוני" הראשון, UNIVAC. בשנת 1957 כבר היו בשימוש 46 מחשבי UNIVAC.

בשנת 1948 המציאה קבוצת מדענים, ובראשה וויליאם שוקלי, את הטרנזיסטור. זו ההתחלה האמתית של מהפיכת המחשב. הטרנזיסטור הוא תחליף אלטרוני למתג החשמלי או המכני מהעבר הרחוק יותר, ולשפופרת הריק הגדולה והרגישה מהעבר הקרוב יותר. עד לשנת 1960 הצליחו למזער את גדלו של הטרנזיסטור במידה כזו שכבר לא דיברו על טרנזיסטורים אלא על "מעגלים משולבים" המכילים אלפי טרנזיסטורים בתוך רכיב בגודל של כמה סנטימטרים. מעבדי המחשבים היום מכילים 10 מיליון טרנזיסטורים.

בזכות המעגלים המשולבים ניתן לבנות מחשבים זולים וקטנים מאוד. כך החלו להופיע המחשבים האישיים בתחילת שנות השמונים. במקביל, נמשכים המאמצים לבנות מחשבים גדולים וחזקים יותר, הנקראים מחשבים מרכזיים ומחשבי-על. בשנת 1995 ביצעה חברת יבמ את משימת החישוב הגדולה בתבל. כדי להוכיח תיאוריה בפיסיקה, היא העסיקה 448 מחשבים גדולים בלא הפסקה במשך שנתיים, כדי לחשב בעיה אחת בלבד.

שנה מאוחר יותר העמידה יבמ את המחשב החדיש שלה, "כחול-עמוק", במבחן עליון: תחרות שחמט מול אלוף העולם גארי קספארוב. המחשב הזה מסוגל לחשב 100 מיליון מצבי שחמט בשנייה. למרות זאת הוא לא הביס את קספארוב: ההתמודדות הסתיימה בתוצאה 3:1. שלושה נצחונות של קספארוב - נצחון אחד של המחשב. זו היתה הפעם הראשונה בהיסטוריה (ובינתים גם האחרונה) בה מחשב ניצח אלוף שחמט אנושי במשחק שחמט.

אנחנו משתמשים היום במחשבים לצרכי יום יום בהרבה מכשירים ביתיים, כמו מכונת כביסה ומכונת שטיפת כלים, שלהן תוכנית עבודה קבועה והן פועלות אוטומטית. כמו כן משתמשים במחשב ביתי לכתיבה ומשחקים, ובמחשבים גדולים יותר לצרכי מחקר. השאלה האם המחשב יודע לחשוב כמו אדם העסיקה את המדענים ואנשי הרוח עוד מימיו של טיורינג. אם המחשב יודע "לעשות " פעולות חישוב כמו אדם, אולי גם אנחנו רק מכונות חושבות ואין בנו יותר מאשר רק מעגלים של עצבים במקום מעגלים של טרנסיסטורים.

טיורינג היה הראשון שהמציא את מבחן טיורינג כדי להבדיל מחשב מאדם. הוא טען כי אם נציב בחדר אחד אדם עם מסוף מחשב ובחדר אחר מחשב, ונשאל את שניהם את אותן שאלות, אפשר למצוא סוג של שאלות עליהם מחשבים לעולם לא יוכלו לענות. השאלות שנשאלו בזמנו של טיורינג היו שאלות כמו "האם אתה יכול לראות מה הצבע של חפץ כלשהוא"?

כיום, השאלות במבחן טיורינג צריכות להיות מורכבות וקשות יותר. מה יקרה באלף הבא, כאשר המחשבים יצויידו במערכות בינה מלאכותית רגישות ומתוחכמות? מדענים, כיום, מעלים שאלות אחרות: אם לרובוטים מהדור הבא תהיה מנת משכל של חרק, וליורשיהם מנת משכל של עכבר - מה נעשה בעוד 50 שנה, כאשר למחשבים תהיה מנת משכל אנושית, והם יותקנו בתוך מבנה דמוי גוף אדם (רובוט)?« רוני ליפשיץ « קיצור תולדות המחשב « ממכונות החישוב של פסקאל ועד "כחול-עמוק" של ימינו אנו, מהלוגיקה היוונית העתיקה ועד הרובוטים בני זמננו - סיכום 2000 (פלוס) שנות חישוב

רוצה להשאר מעודכן/ת בנושא הסיפורים הגדולים של השבוע?
✓ הרישום בוצע בהצלחה!
צרו איתנו קשר *5988