Directory

מדעי המחשב – ויקיפדיה לדלג לתוכן

מדעי המחשב

עריכת הקישורים
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

עיינו גם בפורטל

פורטל מדעי המחשב הוא שער לכל הנושאים הקשורים במדעי המחשב. ניתן למצוא בו קישורים אל תחומי המשנה של הענף, מושגי יסוד בתחום, מדענים חשובים ועוד.

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 העיקריים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

אלה הנושאים העיקריים הנחקרים ונלמדים במסגרת מדְעי המחשב:

אבני הדרך והתפתחות המדע

[עריכת קוד מקור | עריכה]

מדעי 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 המחשב

[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנות 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 הראשון

[עריכת קוד מקור | עריכה]

ב-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 הסופי

[עריכת קוד מקור | עריכה]

במהלך 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 ואלגוריתמים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנות 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 ואילך

[עריכת קוד מקור | עריכה]

בשנים 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 בישראל

[עריכת קוד מקור | עריכה]

מדעי 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

[עריכת קוד מקור | עריכה]
Overview
  • Tucker, Allen B. (2004). Computer Science Handbook (2nd ed.). Chapman and Hall/CRC. ISBN 1-58488-360-X.
    • "Within more than 70 chapters, every one new or significantly revised, one can find any kind of information and references about computer science one can imagine. […] all in all, there is absolute nothing about Computer Science that can not be found in the 2.5 kilogram-encyclopaedia with its 110 survey articles […]." (Christoph Meinel, Zentralblatt MATH)
  • van Leeuwen, Jan (1994). Handbook of Theoretical Computer Science. The MIT Press. ISBN 0-262-72020-5.
    • "[…] this set is the most unique and possibly the most useful to the [theoretical computer science] community, in support both of teaching and research […]. The books can be used by anyone wanting simply to gain an understanding of one of these areas, or by someone desiring to be in research in a topic, or by instructors wishing to find timely information on a subject they are teaching outside their major areas of expertise." (Rocky Ross, SIGACT News)
  • Ralston, Anthony; Reilly, Edwin D.; Hemmendinger, David (2000). Encyclopedia of Computer Science (4th ed.). Grove's Dictionaries. ISBN 1-56159-248-X.
    • "Since 1976, this has been the definitive reference work on computer, computing, and computer science. […] Alphabetically arranged and classified into broad subject areas, the entries cover hardware, computer systems, information and data, software, the mathematics of computing, theory of computation, methodologies, applications, and computing milieu. The editors have done a commendable job of blending historical perspective and practical reference information. The encyclopedia remains essential for most public and academic library reference collections." (Joe Accardin, Northeastern Illinois Univ., Chicago)
  • Edwin D. Reilly (2003). Milestones in Computer Science and Information Technology. Greenwood Publishing Group. ISBN 978-1-57356-521-9.
Selected literature
Articles
  • Peter J. Denning. Is computer science science?, Communications of the ACM, April 2005.
  • Peter J. Denning, Great principles in computing curricula, Technical Symposium on Computer Science Education, 2004.
  • Research evaluation for computer science, Informatics Europe report. Shorter journal version: Bertrand Meyer, Christine Choppy, Jan van Leeuwen and Jorgen Staunstrup, Research evaluation for computer science, in Communications of the ACM, vol. 52, no. 4, pp. 31–34, April 2009.
Curriculum and classification

קישורים חיצוניים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
מיזמי קרן ויקימדיה
ויקימילון ערך מילוני בוויקימילון: מדעי המחשב
ויקישיתוף תמונות ומדיה בוויקישיתוף: מדעי המחשב
Bibliography and academic search engines
Professional organizations
Misc

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. ^ "Computer science is the study of information" Department of Computer and Information Science, Guttenberg Information Technologies
    "Computer science is the study of computation." Computer Science Department, College of Saint Benedict, Saint John's University
    "Computer Science is the study of all aspects of computer systems, from the theoretical foundations to the very practical aspects of managing large software projects." Massey University
  2. ^ 1 2 3 4 John E.Savage, Models Of Computation, Brown University, 1998 (pdf)
  3. ^ הסדרה החלה לאחר שקנות' הבין שספר אחד לא יספיק לכסות את כלל המידע הקיים. כתיבת סדרת הספרים (3 הכרכים הראשונים) נמשכה מעל לעשור, דבר שגרם לקנות' לפתח את שפת הסימון לעריכת מסמכים TeX, עקב העבודה הרבה שנדרשה ממנו לאור שינויי הטכנולוגיה בתחום עימוד וסידור ספרים
  4. ^ דנה ירקצי‏, לקראת פתיחת השנה האקדמית: אחד מכל ארבעה סטודנטים לומד הנדסה, באתר וואלה, 2 באוקטובר 2019
  5. ^ מיכל מרנץ, ‏מדעי המחשב בראש, ספרות ופילוסופיה בתחתית: התארים שחיילים משוחררים הכי רוצים ללמוד, באתר דבר העובדים בארץ ישראל, 12 באוקטובר 2022
  6. ^ פתיחת שנת הלימודים האקדמית תשפ"ג – 2022/2023, באתר המועצה להשכלה גבוהה, ‏2022
  7. ^ אתר למנויים בלבד שפי גולדווסר ממכון ויצמן זכתה בפרס טיורינג היוקרתי, באתר TheMarker‏, 13 במרץ 2013


תחומים במדעי המחשב
יסודות מתמטים לוגיקה מתמטית • תורת הקבוצות • תורת המספרים • תורת הגרפים • תורת הטיפוסים • תורת הקטגוריות • אנליזה נומרית • תורת האינפורמציה
תורת החישוביות תורת האוטומטים • תורת הרקורסיה • תורת הסיבוכיות • מחשוב קוונטי
אלגוריתמים ומבנה נתונים אנליזה של אלגוריתמים • גאומטריה חישובית
שפות תכנות ומהדרים מפרש • פרדיגמת תכנות (תכנות פרוצדורלי • תכנות מונחה עצמים • תכנות פונקציונלי • תכנות לוגי)
חישוב מבוזר ועיבוד מקבילי עיבוד מקבילי • מחשוב סריגי • בקרת מקביליות
הנדסת תוכנה ניתוח מערכות מידע • עיצוב תוכנה • תכנות מחשבים • שיטות פורמליות • בדיקות תוכנה • מתודולוגיית פיתוח תוכנה
תקשורת ניתוב • טופולוגיית רשת • קריפטוגרפיה
מסד נתונים מסד נתונים יחסי • SQL • תנועה • אינדקסים • כריית מידע • CAP theorem
בינה מלאכותית חשיבה אוטומטית • בלשנות חישובית • ראייה ממוחשבת • עיבוד שפה טבעית • בינה חישובית • מערכת מומחה • למידה חישובית • רובוטיקה
גרפיקה הדמיה ממוחשבת • הנפשה ממוחשבת • עיבוד תמונה
שפות פורמליות שפה רגולרית • שפה חסרת הקשר • שפה תלוית הקשר • ההיררכיה של חומסקי
שימושים במדע ביואינפורמטיקה • מדעים קוגניטיביים • כימיה חישובית • פיזיקה חישובית • אנליזה נומרית
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=מדעי_המחשב&oldid=39373650"