איך העולם עובד - מה זה מחשב ואיך הוא עובד?

מחשב הוא לא דבר עם מקלדת, עם עכבר ועם מסך. זו לא ההגדרה. זה גם לא דבר שמשחקים בו במשחקי מחשב. גם זו לא ההגדרה. מחשב הוא מכונה שאפשר לתכנת. זו ההגדרה.

טוב, זו לא ההגדרה היחידה, אפשר למצוא עוד כמה הגדרות, אבל זו ההגדרה הכי חשובה: מכונה שאפשר לתכנת אותה. אז איך מחשב עובד?

---

תאריך עליית הפרק לאוויר: 12/07/2018.

ג'ינגל: "חינוכית".

[מוזיקת פתיחה]

קריין: "איך העולם עובד" עם ארנון זמיר.

כשאני מתכונן לכתוב פרק לתוכנית, אני אוהב לשאול את האחיינים שלי אם הנושא נשמע להם מעניין. גם לפעמים אם ההסבר שלי קליט, ובכלל, אם הם היו מקשיבים לי מדבר על הנושא הזה במשך כמה דקות. ככה אני יודע, למשל, ש"איך עושים קקאו" הולך להיות פרק מעניין. ולעומת זאת, החלטתי לוותר על הקלטת הפרק "איך פועל עט כדורי". מסתבר שהרבה פחות ילדים ממה שחשבתי מתעניינים ביחסי הכוחות בין הקפיץ לבין מידת הנוזליות של הדיו. אגב, על הפרק בנושא "עננים" בכלל לא היה על מה לדבר, [בלגלוג] אף על פי שיכולתם ללמוד בו איך מבדילים בין ענני צירוסטרטוס לענני צירוקומולוס. משונים הילדים של היום. [ילד קורא "what?"]

כשדיברתי עם האחיינים שלי על הפרק של היום, הם אמרו לי שהם כבר יודעים. כלומר, "מה ז'תומרת איך מחשב עובד? אנחנו יודעים את זה. מקליקים בעכבר על האייקון שאנחנו רוצים ואז נפתח הדפדפן, ואז מקלידים כתובת של אתר וזהו. מה צריך לדעת? בכלל, מחשבים זה לא מעניין. אולי תעשה פרק על אייפון או על פלייסטיישן, או על איך פועלת טלוויזיה?" [צפצוף ארוך ועדין]

פה השתכנעתי: הילדים האלה חייבים פרק על מחשבים. לא רק כי "איך מחשב פועל" זה נושא מעניין, אלא בייחוד כי אין להם בכלל מושג מה זה מחשב.

אז - מה זה מחשב, ואיפה אנחנו מוצאים כאלה?

[מעבר מוזיקלי]

קודם כל, מחשב הוא לא "הדבר הזה עם המקלדת, עכבר והמסך". זו לא ההגדרה. זה גם לא "הדבר הזה שמשחקים בו במשחקי מחשב". גם זו לא ההגדרה.

מחשב הוא "מכונה שאפשר לתכנת". זו ההגדרה.

טוב, זו לא ההגדרה היחידה. אפשר למצוא עוד כמה, אבל זו ההגדרה הכי חשובה לנו היום, מכונה שאפשר לתכנת אותה. אתם מכירים מכונות נוספות. יש לכם בבית מכונת כביסה ומכונת תפירה, ובחוץ יש מכונית שהיא מכונת נסיעה, ואולי אפילו יש לכם בחדר אמבטיה מייבש שיער שהוא מכונה לנשיפת אוויר חם על ראשים רטובים. [מייבש שיער מופעל וכבה]

כל המכונות האלה מיועדות ומסוגלות לבצע פעולה אחת שלשמה הם נוצרו. מכונת כביסה עושה כביסה [מכונת כביסה סוחטת]. אז לפעמים היא יכולה לחמם את המים יותר או פחות, היא יכולה לסחוט חזק או חלש, היא יכולה להוסיף מרכך [רחש המכונה מסתיים]. בשורה התחתונה, לשטוף ולסחוט כביסה, זה מה שהיא עושה.

ומכונת תפירה היא באמת מכשיר מרתק [רחשי מכונת תפירה]. איך יכול להיות שהמחט עולה ויורדת בקו ישר, אבל הלולאות נוצרות מעוגלות סביב הבד? זה מדהים, אבל גם זו מכונה שיודעת לעשות רק דבר אחד, לתפור. [רחש המכונה מסתיים]

ומייבש שיער יודע רק לייבש שערות, ומכונית יכולה רק לנסוע. אילו, למשל, היינו רוצים שהמכונית תכסח את הדשא, או שמייבש השיער יכין שייק בטעם אפרסק, היינו צריכים לפרק אותו ולהרכיב אותו מחדש. ממש לשנות את המכונה. או לקנות בלנדר. [בלנדר מופעל וכבה]

למכונות כאלה יש רכיבים מכניים בלבד, ובמונחים של מחשבים, יש להם רק חומרה. למחשב יש עוד משהו - יש לו תוכנה.

בבוקר, הוא יכול להריץ תוכנה להנהלת חשבונות, ובערב, אפשר לשחק בו במיינקראפט. על אותו מסך בדיוק, עם אותם מקשים, בלי שנצטרך לפרק בו אף לא רכיב אחד. זו אותה מכונה, אותה חומרה, וכל מה שהתחלף הוא רשימת ההוראות שמורות לה מה לעשות. תארו לכם שהיינו מחליפים תוכנה במכונת הכביסה, לוחצים על הכפתור, והיא הייתה אומרת: "המסלול מוכן, בוא נצא לדרך", ומסיעה אותנו לקניון. [גבר קורא Are you lost yet? Ha-Ha-Ha-Ha-Ha]

לא רק זה, למחשבים יש הרבה צורות. לפטופ או מחשב ביתי הם שתי צורות מוכרות ואנחנו רגילים לקרוא להם מחשב. אבל גם טלפון סלולרי הוא מחשב [שלושה צלצולים עדינים]. בתוך הטלפון יש רכיב שמריץ תוכנה, ועובדה שהוא יכול להיות פעם טלפון, פעם נגן מוזיקה, פעם מסך לסרט, ופעם דפדפן שמחובר לאינטרנט. בלי שהיינו צריכים לפרק ולהרכיב אותו אפילו פעם אחת. יש עוד די הרבה דברים סביבכם שהם מחשבים, אבל בתחפושת [צלילי הפעלה של משחקי מחשב]. למשל, קונסולות משחק, כמו פלייסטיישן או אקסבוקס או כל החבר'ה האלה, הם בוודאי ובוודאי מחשבים. הם מריצים תוכנות של משחקי מחשב. [הצליל נפסק] הטלוויזיה החכמה, המצלמה הדיגיטלית, אפילו השלט של המזגן שלכם בבית מכיל מחשב קטנטן.

לכל מחשב, כל אחד מאלה שהזכרתי, וכל מחשב אחר, צריכים להיות שלושה מרכיבים לפחות: מערכת קלט [צליל אחד], מערכת עיבוד [צליל יותר גבוה], ומערכת פלט. [צליל עוד יותר גבוה]

קלט ופלט הם הצינורות שדרכם המחשב מכניס ומוציא מידע.

קלט, כמו "קליטה", הוא כל הדרכים שבהם אפשר לומר למחשב מה רוצים ממנו. למשל, השלט של האקסבוקס, הכפתורים בשלט של המזגן, מקלדות, עכברים, מסכי מגע, ובשנים האחרונות מאז ש"אלכסה" ו-"OK Google" נכנסו לנו לחיים, אז גם המיקרופונים - כולם אמצעי קלט.

פלט הוא כמובן הצינור החוצה. מהצד הזה המחשב פולט עלינו את מה שיש לו להגיד. זה יכול להיות על גבי המסך, בתמונה, או בסרט, או במילים. זה יכול להיות גם דרך מדפסות או רמקולים, נורות, מנועים, חיבורים לאינטרנט או מדפסות תלת-מימד. כל אלה דרכים שבהן המחשב מוסר לנו את תוצאות העבודה שלו.

לרוב המחשבים יש גם זיכרון, כלומר, דרך כלשהי לאחסן את המידע שאנחנו רוצים להשתמש בו. זה יכול להיות זיכרון לטווח קצר, ממש בין החישובים, או לזמן ארוך, עד שמישהו יצטרך אותו.

אבל לב המחשב הוא מערכת העיבוד [שלושה צלילים]. זו היחידה שבה המחשב עושה משהו עם כל המידע שנשלח אליו. בדרך כלל יחידת העיבוד במחשב נמצאת בתוך שבב. זה ריבוע שחור שיש לו המון רגליים קטנטנות ממתכת והוא מחובר ללוח מגעים אלקטרוני. בעברית קוראים לזה ג'וק, כי זה קטן, שחור, שטוח ועם מלא-מלא רגליים. [צחוק]

היחידה הזאת מקבלת מידע בצורת אותות חשמליים ועושה עליהם פעולות של עיבוד וחישוב [צליל חשמלי]. כל רגל של המעבד יכולה להיות במצב שיש בה חשמל, ואז היא מייצגת את המספר אחת [צליל אחד], או שאין בה חשמל ואז היא מייצגת את המספר אפס [צליל אחד גבוה יותר]. ואם הייתי רוצה להסביר לכם שעם האפס והאחד האלה המחשב עושה חישובים על בסיס בינארי, ושהמעבד מאחסן כל פעם פעולה אחת ברגיסטר, ושיש בתוך המעבד טרנזיסטורים שמייצגים שערים לוגיים, אז כל הפרק הזה היה הופך הרבה-הרבה-הרבה יותר מדי ארוך. [שני צלילים מאד נמוכים]

אז בלי להכנס להסברים לעומק, אני רק רוצה שתדעו שכל פעולה במחשב מתפרקת, בסופו של דבר, לסדרת חישובים פשוטים מאד שמתרחשים מהר מאוד. [צליל אחד]

קודם כל, הופכים הכל למספרים. למשל: לכל אות באלף-בית יש מספר. אז אם רוצים שהמחשב יידע מילה, אז מפרקים לו אותה לכל המספרים של האותיות שלה. 141 הוא המספר של האות מ'. או בבינארית: "אחד אפס אפס אפס אחד אחד אפס אחד". קליט, לא? [גבר קורא "לאאאא"] אז למחשבים זה קליט. אותיות, תמונות, קולות, אפילו הלייקים שלכם בפייסבוק. הכל הופך על המחשב למידע דיגיטלי ומיוצג ב"יש חשמל", "אין חשמל" או בסדרות של אפס ואחד. ובהן המחשב מסוגל לעשות פעולות של עיבוד: חיבור, חיסור, כפל, חילוק ועוד כמה דברים.

למשל, כדי לצייר על המסך פריים אחד, תמונה אחת מסרט, המחשב מבצע [צלילים ממושכים של מחשב פועל] כמה מיליארדים של חישובים כדי לדעת איפה למקם כל נקודה, ועושה את המיליארדים האלה 30 פעמים כל שנייה.

כדי להגיד למחשב מה לעשות, צריך לכתוב תוכנה. זו עבודתם של מתכנתים. הם משתמשים בשפות תכנות ונותנים למחשב הוראות, שלב אחר שלב, מה לעשות.

צריך לפרק למחשב את ההוראות למרכיבים מאוד-מאוד קטנים. למשל, כדי שמחשב שנמצא בתוך הטלפון יציג כפתור על המסך, שורת ההוראות תהיה בערך כך: "תצייר ריבוע בנקודה זו וזו על המסך. עכשיו כתוב מילה בתוכו. והמתן ללחיצה. אם מישהו לחץ, תריץ את התוכנית שקשורה לכפתור".

למעשה, כל צעד כזה בעצמו מפורק לרשימת הוראות עוד יותר פשוטה. לצייר ריבוע על המסך יהפוך להוראה של: "תצייר קו, ועוד קו, ועוד קו, ועוד קו". גם כל קו יפורק לשורה של נקודות, וכן הלאה.

למזלם הרב של המתכנתים, הרבה מאוד מההוראות הנפוצות כמו "איך ליצור כפתורים" ו"מה לעשות אם מישהו נגע במסך" כבר נכתבו, ומעט מאוד מתכנתים צריכים לעסוק בפרטים האלה היום. הרוב יכולים להתרכז במה יעשו הכפתורים, ואילו שימושים עוד לא הומצאו למצלמה של טלפון.

מחשבים מסוגלים לעשות המון. הם מהירים מאוד, הם לא מתבלבלים והם לא משתעממים, ויש להם יתרון עצום: הם עושים בדיוק מה שאומרים להם.

מצד שני, יש להם חיסרון עצום: הם עושים בדיוק מה שאומרים להם. אז אם משהו שכתוב בתוכנה הוא במקרה לא מדויק, המחשב יעשה בדיוק מה שאמרו לו. גם אם זה לא הדבר הנכון. [צליל תקלה]

לשגיאות של מחשבים קוראים "באגים", והן עלולות לגרום לתוצאות ממש מוזרות, כמו דמות במשחק מחשב שעוברת דרך קירות [קיר זכוכית נשבר], או קפיצות על המסך [שלושה צלילים] באמצע סרט. אבל אם במקרה המחשב הזה בדיוק מטיס מטוס או נוהג במכונית אוטונומית, או אפילו רק מפעיל אפליקציה לניווט, באג בתוכנה עלול להוביל לתוצאות קשות. [צליל אלקטרוני]

זו הסיבה שהמתכנתים משקיעים שעות רבות בחיפוש של כמה שיותר שגיאות בתוכנה שלהם וניכוש שלהן. הפעולות האלה נעשות קשות ומסובכות ככל שהמערכות סביבנו הופכות להיות מורכבות וגדולות יותר.

ומה יהיה בעתיד? נראה שהחידוש הגדול הבא בעולם המחשבים הולך להיות מחשבים קוונטיים. אלה מחשבים שיש בהם עוד מצבים חוץ מ"יש חשמל" [צליל אחד] ו"אין חשמל" [צליל אחד] או "אפס ואחת".

כלומר, במחשבים קוונטים יש מצב של "יש חשמל" ו"אין חשמל", אבל יש להם גם מצב ביניים של "גם חשמל וגם אין חשמל" או של "אולי חשמל" באותו זמן. כלומר, "גם אפס וגם אחד", או לא זה ולא זה.

זה פותח פתח למחשבים הרבה-הרבה יותר מתוחכמים ובקנה מידה יותר מהירים ממה שאנחנו מכירים כיום.

תארו לכם, לפני 100 שנים בלבד, לא היו מחשבים בכלל. ולפני 50 שנה, בתקופה שסיכוי טוב שסבא וסבתא שלכם זוכרים טוב מאוד, המחשבים היו בגודל של חדר ונורא יקרים ומאוד נדירים.

אז איפה יהיה העולם כשבכיס של כולנו יהיה מחשב קוונטי? [קולות נשיים "אה, וואו, וואווו"] אני חושד שלבקש מאיתנו לדמיין את זה, זה כמו לבקש ממי שנולד לפני המצאת הדפוס שידמיין את האינטרנט. אי-אפשר לעשות את זה, פשוט אין לו את המילים. אז צריך לחכות [פאוזה] ולראות.

ג'ינגל: "חינוכית".

קריין: הופק על-ידי "פודקאסט ישראל מדיה בע"מ".