|
מדעי המחשב
מדְעי המחשב הם ענף מדעי העוסק בלימוד הבסיס התאורטי והמעשי של השימוש במערכות מחשב[1], ובמידה מסוימת, גם בשאלה של תכנון ובנייה של מערכות מחשב. ענפי המִשנה שלו רבים; חלקם מדגישים שימוש במחשב בתחום מסוים (כגון גרפיקה ממוחשבת או בניית מהדרים), אחרים עוסקים בחקר התכונות של בעיות חישוביות כלליות (לדוגמה, סיבוכיות), וענפי משנה אחרים מתמקדים בפתרון הבעיות הכרוכות ביישום מעשי של חישובים ואלגוריתמים. ענף בולט במדְעי המחשב הוא חקר ויישום כלים לפתרון בעיות חישוביות (לדוגמה, שפות תכנות). מדעי מחשב כוללים מספר בעיות פתוחות (כגון שאלת P=NP) שמתנהל מחקר רב לפותרן, והן בעלות השלכות משמעותיות להתפתחות המדע בכלל ומדעי מחשב בפרט. חוג מדעי המחשב הראשון הוקם ב-1962 באוניברסיטת פרדו שבארצות הברית. הנושאים העיקרייםאלה הנושאים העיקריים הנחקרים ונלמדים במסגרת מדְעי המחשב:
אבני הדרך והתפתחות המדעמדעי המחשב התהוו לענף מדע עצמאי רק באמצע המאה ה-20, אם כי התחילו להתפתח זמן רב קודם לכן. מכונות החישוב הראשונות הופיעו כבר בעת העתיקה. בתקופות קרובות יותר לזמננו, תחום מדעי המחשב התחיל לתפוס תאוצה כשמדענים כמו קפלר, לייבניץ, פסקל (על שמו שפת התכנות פסקל) ואחרים היו צריכים לחשב חישובים מורכבים, והמציאו לשם כך מכונות חישוב מכניות מבוססות גלגלי שיניים. באמצע המאה ה-19 תכנן צ'ארלס בבג' מחשב מכָני ראשון מסוגו (אולם הוא מעולם לא קרם עור וגידים). המכונה של בבג' היא למעשה המכונה הראשונה שנבנתה מבלי שתכנונה יקבע מראש את יכולותיה, והיה אפשר לתכנתה למלא פקודות שונות. זוהי המכונה הראשונה מסוגה, ובשל כך, נחשב בבג' לממציא רעיון המחשב. עדה לאבלייס, בתו של המשורר לורד ביירון, הייתה שותפה לבבג', וכתבה תוכנה למכונתו. בעקבות זאת היא נחשבת למתכנתת הראשונה. על שמה נקראת שפת התכנות Ada. מאז אותם ימים התפתח תחום המחשבים בצעדי ענק. התרומה העיקרית נזקפת לזכותם של צִבאות העולם. הגרמנים והאמריקאים השתמשו במלחמת העולם הראשונה במכונות חישוב לירי ארטילרי ולהצפנה. לקראת מלחמת העולם השנייה פיתחו הגרמנים מכונת הצפנה משוכללת, אניגמה, ובעזרתה הִצפינו את התשדורת הצבאית שלהם. פיצוח המכונה על ידי בעלות הברית ארך כעשור ואילץ את שירותי הביון של פולין, צרפת והממלכה המאוחדת לפתח כלים מתמטיים (למשל תורת החבורות). פיצוח צופן האניגמה על ידי הצוות הבריטי (אלן טיורינג היה דמות מרכזית בו), נחשב לאחד הגורמים הבולטים לשימוש מעשי בנושאים שעד אז נחשבו לתאורטיים, והיה זרז לפיתוח תחום מדעי המחשב. טיורינג נחשב לאבי מדעי המחשב המודרניים, ועל שמו נקרא פרס טיורינג המחולק על ידי ארגון ACM, האגודה הבינלאומית הגדולה בעולם למדעי המחשב, ונחשב לפרס היוּקרתי בענף. התפתחות התאוריה של מדְעי המחשבבשנות השלושים של המאה העשרים התפתח תחום התאוריה של מדעי המחשב, ניתוח האלגוריתמים והחישוביות. פריצת הדרך הייתה יצירת מודל מתמטי של רעיון ה"מחשב". מודל זה נקרא מכונת טיורינג. מודלים רבים אחרים לביצוע חישובים הועלו, והוכחו כשקולים זה לזה מבחינת יכולת החישוב. מכאן הגיעה תזת צ'רץ'-טיורינג שהציעו אלן טיורינג ואלונזו צ'רץ', הטוענת כי כל מודל חישובי "סביר" וחזק מספיק שקול למכונת טיורינג. התזה הזאת מקובלת כיום, על פי רוב, כהנחת עבודה במחקר. המחשב הראשוןב-1942 פותח המחשב הראשון, Z3, על ידי קונראד צוזה. מחשב זה היה מחשב אוניברסלי: מכונה מכנית המסוגלת להריץ תוכנה כלשהי ולא תוכנה קבועה[2]. הוא קרא תוכנה מתוך סרטים מנוקבים. באמצע שנות ה-40 של המאה ה-20 נבנה המחשב ENIAC, המחשב האלקטרוני הראשון בר-התכנות. עם המצאת הטרנזיסטור ב-1947 נפוצו מחשבים אלקטרוניים. בשנות ה-50 נפרסה בארצות הברית רשת מחשבים צבאיים שקישרה אמצעי שיגור גרעיניים ומהותה הייתה ביזור על ידי מניעת נקודת כשל יחידה. בשנות ה-60 החלו מכוני מחקר אוניברסיטאיים לשתף מידע מדעי ביניהם באמצעות מחשבים מחוברים לרשת אינטרנט. התפתחות השפות הפורמליות והאוטומט הסופיבמהלך 1950 עד 1960 החל להתפתח תחום האוטומטים הסופיים, מודל מעט מוגבל יותר מאשר מכונת הטיורינג הכללית, אך מדמה בצורה טובה תוכנות מחשב פשוטות ותוכנות שמנתחות קלט בפורמט קבוע כגון מהדרים למיניהם. בד בבד זינק תחום השפות הפורמליות בשנים אלו, בעיקר לאור עבודתו של נעם חומסקי אשר הגדיר מושגים רבים במבנה השפות. מבנים אלו תורגמו לשפות שאפשר לזהותן במודל האוטומט הסופי, והם עזרו להבחנה בין יכולות מודלים אלו[2]. חישוביות, סיבוכיות ואלגוריתמיםבשנות ה-60 החל להיבחן נושא הסיבוכיות: עד כמה מהר אפשר לחשב חישובים. בשנים אלו הוגדרו מחלקות סיבוכיות שונות ונבנתה היררכיה של קושי החישוב של הבעיות השונות (כלומר, אילו בעיות "קלות" יותר, ואילו "קשות" יותר). בשנים אלו נתגלו בעיות NP קשות על ידי סטפן קוק ובד בבד על ידי לאוניד לוין. לאחר מכן נתגלו מספר רב של בעיות NP שלמות, בעיקר על ידי ריצ'רד קארפ, שחקר בעיה זו לעומקה. בתקופה זו הוגדרה השאלה P=NP, וזו נותרה בעיה פתוחה מרכזית עד היום. בשנת 1968 דונלד קנות' החל לפרסם את סדרת הספרים[3] "The Art of Computer Programming", וזו הייתה אוסף כתוב ומסודר של הידע על אלגוריתמים בתחומים שונים. במהלך שנות ה-70 ניסו לפתור את בעיית P=NP מזוויות שונות, כגון ניתוח גודלם של מעגלי מחשוב לוגיים אשר פותרים בעיות שונות. בשנים אלו נוסח הקשר בין זמן הריצה של תוכנית לבין גודל המעגל הלוגי המממש אותה[2]. מעגלי המחשוב הלוגיים הם, למעשה, עוד מודל השקול למכונת טיורינג, ומאפשר לנתח את בעיית החישוביות מזוויות נוספות. בשנים אלו חלה פריחה בתחום מבני הנתונים והאלגוריתמים. בנוסף פותחו ושוכללו אלגוריתמים עבור מיון, אחסון ואיחזור נתונים, אלגוריתמים בתורת הגרפים, פתרון מערכת משוואות ליניארית וכן בעיות בחישוב מקבילי[2]. רשימת הבעיות הפתוחות מתעדכנת באופן דינמי, ומדעי המחשב ממשיכים לצבור ידע ואסטרטגיות חישוב באופנים יעילים יותר. עבור סוגי נתונים מסוימים (כגון big data, ועיבוד ביואינפורמטי) יש לכך השלכות מרחיקות לכת, שהופכות יכולת תאורטית לחשב לאפשרות מעשית שבעזרת ייעול חישוב לוקחות זמן ריצה סביר (שעות/שנות אדם) ולא כזה שמצריך אלפי או מיליוני שנים כדי להסתיים. 1980 ואילךבשנים אלה חל גידול ניכר בכמות המחשבים ובשימושיהם השונים. המחשב הפך מכלי חישוב אוניברסיטאי ונדיר, לכלי יום-יומי ורחב־תפוצה. משנים אלו התפתחו תתי תחומים, כגון חישוב מקבילי ומבוזר, קריפטוגרפיה וחישוב קוונטי. תחומים חדשים כמו מחשוב ענן, מחשוב נייד ומחשבי לוח, וטלפונים חכמים נתנו דחיפה נוספת לשכיחות שימוש, הן בהיבט כמות משתמשים, והן מבחינת מספר אפליקציות שפותחו לתת מענה לצורך חברתי ותעשייתי-כלכלי במגוון רב של תחומים. לצורך ייעול תהליך פיתוח נוצרו שפות תכנות נוחות יותר לכתיבה וקריאה. מדעי המחשב בישראלמדעי המחשב נלמדים ונחקרים בכל האוניברסיטאות בישראל. הפעילות בתחום זה החלה באמצע שנות השישים, תחילה במסגרת החוגים למתמטיקה או הנדסת חשמל, ולאחר מכן כחוגים עצמאיים, הזוכים לביקוש רב בקרב הסטודנטים. מסלול הלימודים הראשון לתואר במדעי המחשב בישראל נוסד במכון ויצמן למדע ב-1969, ביוזמתו של פרופ' שמעון אבן. החל מהעשור השני של המאה ה-21, עם פריחת ענף ההיי-טק, מקצוע מדעי המחשב הוא אחד המקצועות המבוקשים בקרב סטודנטים באקדמיה הישראלית[4][5][6]. שישה מדעני מחשב ישראליים קיבלו את פרס טיורינג:
ישראל היא על כן המדינה השלישית במספר פרסי הטיורינג שהוענקו למדענים ממנה. ישראלים רבים קיבלו פרסים אחרים בתחום, כגון פרס גדל (מ-44 הזוכים בפרס עד ל-2011, תריסר ישראלים) ופרס דייקסטרה. מתוך כ-20,000 מחלקות למדעי מחשב אקדמיות בעולם, מוסדות ישראליים מדורגים סביב מקומות 50–150 בדירוג שנחאי שמתעדכן מדי שנה וכולל קריטריונים כגון עומק מחקרי, תרומה למדע, לתעשייה ולחברה, שכיחות ציטוטי פרסומים, מספר פטנטים חדשים, איכות הוראה ועוד. לקריאה נוספת
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
|
