נגישות
headline





מחשב




EDVAC – מכונת חישוב אלקטרונית רב-שימושית ונטענת תוכנה


ג'וֹן פוֹן נְיוּמָן (John von Neumann)
נולד ב- 28 לדצמבר 1903 בבודפשט, הונגריה. עוד בהיותו ילד קטן הוא הדהים את משפחתו ומכריה ביכולותיו לחבר מספרים גדולים בעל-פה. ניומן הצעיר ניחן ביכולת למידה גבוהה מאוד ובזיכרון צילומי. כבר בגיל 12 הוא סיים את לימודי המתמטיקה ברמה תיכונית.

אביו, שהיה בנקאי, לא היה מרוצה מהמשיכה שהפגין בנו למקצוע המתמטיקה ודרבן אותו ללכת לתחום בו יוכל להצליח גם מבחינה כלכלית. לכן, לצד המשך לימודי המתמטיקה שלו למד ניומן גם כימיה. אך ניומן זנח את תחום הכימיה והמשיך את דרכו האקדמאית בתחום המתמטיקה. הוא עזר בהטמעת מקצוע מתמטיקת האופרטורים במכאניקת הקוונטים ופיתח את תורת המשחקים. הישגים מכובדים בפני עצמם!

מלחמת העולם השנייה שינתה את כיוון דרכו המקצועית. ניומן התוודע למאמרו המפורסם של טיורינג "על מספרים הניתנים לחישוב". במקביל למכונות הבומבה שפעלו בבלצ'לי פארק אשר באנגליה, נבנתה באמריקה מכונת ה- ENIAC. ניומן, אשר הידע שלו במתמטיקה הביא אותו להשתתף בתכנון בניית פצצת האטום, גילה התעניינות במכונת החישוב ENIAC שנועדה לשמש ככלי-עזר בבניית פצצת המימן מייד לאחר המלחמה.

ניומן עמד מייד על החיסרון שבצורך לחיווט מחדש של המכונה בכל פעם שטוענים לה תוכנה חדשה. חיסרון זה היה ידוע לבוני מחשבים נוספים. הרעיון לשמור את התוכנה בזיכרון, כמו את הנתונים עצמם, ולאפשר לה לבצע התפצלויות בקוד כמו גם לבצע שינויים בקוד התוכנה עצמו היה אולי קיים כבר באוויר. אך ניומן היה הראשון להציע בפומבי רעיון מהפכני שכזה ולתכנן מכונה על בסיס רעיון זה.

מתוך ה- ENIAC, וכנראה שגם בהשראת מאמרו של טיורינג, תכנן ניומן ארכיטקטורה חדשה של מבנה המחשב. בארכיטקטורה החדשה גם הנתונים וגם קוד התוכנה נכתבו על-ידי מספרים בייצוג בינארי של '0' ו- '1' בלבד. גם הנתונים וגם קוד התוכנה אוחסנו בזיכרון הפנימי של המחשב וטופלו באופן דומה. למחשב ניתנה הגישה לקרוא ולשנות ערכים גם של הנתונים אותם הוא עיבד וגם של קוד התוכנה עצמו. ארכיטקטורה חדשה זו של מכונת החישוב זכתה בפי כל לשם "ארכיטקטורת פון ניומן".

ניומן מימש את הארכיטקטורה החדשה במחשב הנקרא EDVAC, קיצור של "מחשב אלקטרוני אוטומטי בר-שינוי פרטני" (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). כאמור ה- EDVAC צמח מתוך ה- ENIAC ובבנייתו השתתפו גם מתכנני ובוני ה- ENIAC, מאוצ'לי והאקרט.

"ארכיטקטורת פון ניומן" זכתה להצלחה גדולה מסיבות שמיד נדון בהן. דגמי המחשבים הבאים יאמצו ארכיטקטורה זו. בין מאמציה נציין במיוחד את מוֹרִיס ווִילְקֶס (Maurice Wilkes) מאנגליה. הלה תכנן ובנה בשנת 1949 את מכונת החישוב EDSAC, קיצור של "מחשב אלקטרוני אוטומטי מבוסס אחסון בהשהיות" (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). התוכנה במחשב זה אוכסנה בזיכרון פנימי המבוסס על טכנולוגיה של קווי השהייה מסוג כספית. זו טכנולוגיה שהייתה כבר ידועה ובשימוש במכונות חישוב שונות.

אחסון התוכנה באותו זיכרון פנימי של המחשב יחד עם הנתונים העניק למחשב גמישות חישוב גדולה. למשל, אם החישוב כולל סדרת פקודות המבוצעות יחד יותר מפעם אחת, אזי ניתן להגדירן כקטע קוד תוכנה מיוחד (הנקרא פונקציה או פרוצדורה) ולקרוא לקטע קוד מיוחד זה מתוך הזיכרון בכל פעם שהוא נדרש לביצוע. שיטה זו יעילה יותר ועדיפה על פני כתיבת אותו קטע קוד שוב ושוב בתוך קוד התוכנה.

שמירת התוכנה בתוך הזיכרון הפנימי של המחשב אפשרה גמישות חשובה ומהפכנית נוספת בכל הנוגע לתוכנה. כאשר הקוד פרוש ונגיש למחשב בכל רגע נתון, הרי שניתן לשלב בתוך הקוד נקודות צומת בהן התוכנה מתפצלת בהתאם לקיום ולאי-קיום של תנאי מסוים. כעת ניתן היה לשלב בתוכנה פקודות של קפיצה משורת קוד אחת לשורת קוד אחרת. כך ניתן היה לדלג על קטעי קוד שלמים ואו לחזור ולבצע את אותו קטע קוד בלולאה, זאת לפי הנדרש בהתאם לערכי הנתונים בכניסה ואו בהתאם לתוצאות ביניים המתקבלות במהלך החישוב.

העברת קוד התוכנה לתוך הזיכרון הפנימי של המחשב פתחה עולם שלם של אפשרויות. האפשרות של הגדרת פונקציות/פרוצדורות קוד, של הוספת קפיצה מותנית בתוך הקוד ושל כתיבת לולאות וכדומה נתנה את היכולת לכתוב תוכנות חישוב מסובכות ומורכבות יותר ויותר. התוכנות נכתבו בידי בני-אדם. התוכנות היו למעשה רצף של פקודות מתוך אוצר הפקודות של המחשב. נזכיר שפקודות אלו כתובות כמספרים בייצוג בינארי של '0' ו- '1'. לכן המשימה של כתיבת תוכנה ארוכה ומורכבת הפכה בפני עצמה למשימה מסובכת ומקור לטעויות.

אם כתיבת התוכנה למחשב הופכת לעבודה שחורה ומייגעת ומקור לטעויות אנוש של המתכנת, אז הרי שבמידה מסוימת חזרנו לבעיה של המאה ה-16 שבעטיה בכלל נולד הצורך במכונת חישוב.

לכן, נדרשה כעת התקדמות נוספת כדי שכתיבת התוכנה עבור המחשב תהיה משימה פחות מסובכת. בהתקדמות זו נדון מאוחר יותר.

"אם אנשים לא מאמינים שמקצוע המתמטיקה הוא פשוט,
זה רק בגלל שהם לא תופסים כמה מסובכים הם החיים" – ג'ון ניומן

ניומן נפטר ב- 8 לפברואר 1957, ממחלת הסרטן.

לפרק הקודם | לפרק הבא




[ מבוא | החשבונייה | המחבר המכאני הראשון | המחבר המכאני השני | המכונה הדיפרנציאלית | המנוע האנליטי | מכונת - Z3 | אבי המחשב המודרני | "הבומבה" | מכונת - ABC | מכונת - Colossus | מכונת - Mark I | מכונת - ACE | מכונת - ENIAC | מכונת - EDVAC | מכונת - UNIVAC | הטרנזיסטור והמעגל המשולב | התפתחות שפות התוכנה | ציוני-דרך | אחרית-דבר ]



לשנים: 1990-2000

■...■...■...■...■ | שלום | ■...■...■...■...■



[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]