פורטל:מדעי המחשב

מדעי המחשב הוא ענף מדעי העוסק בלימוד הבסיס התאורטי למידע ולחישוביות, והחלתם של אלה על מערכות מחשב.
למדעי המחשב מספר רב של ענפי-משנה; חלקם מדגישים את היבטי החישוביות של תוצאות פרטניות (לדוגמה, גרפיקה ממוחשבת), אחרים עוסקים בחקר התכונות של בעיות חישוביות כלליות (לדוגמה, סיבוכיות), וענפי-משנה אחרים מתמקדים בפתרון הבעיות הכרוכות ביישום מעשי של חישובים ואלגוריתמים. ענף משמעותי במדעי המחשב הוא חקר ויישום שפות פורמליות לפתרון בעיות חישוביות מסוימות (לדוגמה, באמצעות שפת תכנות).

לערך המלא

עריכהמאמר נבחר

ביואינפורמטיקה עוסקת בחקר המידע הביולוגי באמצעות מחשב. הביואינפורמטיקה מיישמת כלים מתחום מדעי המחשב, המתמטיקה, הסטטיסטיקה ותורת המידע לשם עיבוד מידע ביולוגי רחב היקף. כלים אלה כוללים מודלים מתמטיים, אלגוריתמים ותוכניות מחשב, שמתאפיינים בהתמודדות עם מאגרי מידע גדולים, בעיות בסיבוכיות גבוהה, וחיפוש אחר תבניות.

תחום מדעי זה החל פורח בשנים האחרונות, הן בזכות זמינותם של מאגרי מידע ביולוגיים הולכים וגדלים, והן בזכות פיתוחים טכנולוגיים בתחום חומרת המחשב, בתחום האלגוריתמים ובתחום מסדי הנתונים המאפשרים התמודדות ראויה עם אתגרים אלו.

הביואינפורמטיקה עוסקת בנושאים מגוונים, כמו: ניתוח רצפי דנ"א, ניתוח ומידול תלת־ממדי של מולקולות ביולוגיות מורכבות, עצים פילוגנטיים המצביעים על דמיון בין אורגניזמים וניתוח מידע לגבי ביטוי גנים המופק על ידי שבבי דנ"א. בנוסף למחקר התאורטי הנרחב ולהעמקת בסיס הידע הביולוגי, טמון בביואינפורמטיקה פוטנציאל טיפולי-קליני: בגילוי ואבחון מחלות גנטיות מולדות ובאבחון מוקדם של מחלות נרכשות עם בסיס גנטי מובהק.

לערך המלא

לרשימה המלאה

עריכהאישים במדעי המחשב

מדען נבחר

עדי שמיר (נולד ב־1952) הוא מדען מחשב ישראלי העוסק בעיקר בקריפטוגרפיה (תורת ההצפנה) ובסיבוכיות חישובית.

עבודותיו בקריפטוגרפיה נוגעות בכל היבט של התחום. אחת הראשונות בהן הייתה אלגוריתם ההצפנה RSA, המהווה בסיס למרבית תוכנות ההצפנה הנהוגות היום. האלגוריתם פותח בשנת 1977, בעת ששמיר שהה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, והוא קרוי על־שם ראשי התיבות ממציאיו: ריבסט, שמיר ואדלמן. תרומות אחרות של שמיר כוללות את מושג חלוקת הסוד, קריפטאנליזה דיפרנציאלית ורעיון השימוש בפונקציות אקראיות ליצירת שיטות חתימה יעילות.

מתרומותיו הידועות לסיבוכיות היא ההוכחה כי מחלקת הסיבוכיות IP, שמציינת את השפות שיש להן מערכת הוכחה אינטראקטיבית יעילה מבחינת המוודא, זהה למחלקה PSPACE שכוללת את השפות שניתנות להכרעה באמצעות שימוש בזיכרון שגודלו פולינומי.

עדי שמיר זכה, יחד עם אדלמן וריבסט בפרס טיורינג לשנת 2002. פרסים נוספים בהם זכה: פרס ארדש לשנת 1983, בפרס ויצמן לשנת 1987 ובפרס ישראל לחקר מדעי המחשב לשנת תשס"ח.

לערך המלא

לרשימת הביוגרפיות המלאה

עריכהערכים מומלצים

AES‏ • #C‏ • DES‏ • NP‏ • RSA‏ • אלן טיורינג • ביואינפורמטיקה • בינה מלאכותית • בלשנות חישובית • הוכחה באפס ידע • חלוקת סוד • חתימה דיגיטלית • מגדלי האנוי • מערכת הוכחה אינטראקטיבית • קוד המינג • קוד ריד-סולומון • קריפטוגרפיה • רקורסיה • שער קוונטי • שפת תכנות • תרגום מכונה

עריכההידעת?

שפת מכונה היא אוסף של הוראות המובן בצורה ישירה (ללא כל תרגום) על ידי המעבד של המחשב, ומבוצע על-ידו בעת פעולת המחשב.

הוראות שפת המכונה מוצגות כרצף של סיביות שנקרא קוד בינארי, (כלומר רצף של הספרות אפס ואחת), שבני אדם מתקשים להבינו. למשל, הרצף 10001001110110000000000111010000 מורה למעבד מסדרת x86 של אינטל לחבר את המספרים המאוחסנים בשניים מהאוגרים הפנימיים של המעבד הנקראים BX ו-DX ולהציב את הסיכום באוגר AX.

לקטעי "הידעת?" נוספים

עריכהציטוט נבחר

אני אמור להיות מסוגל ללחוש דבר מה באוזנך, גם אם אוזנך נמצאת 1000 מיל מכאן, ואפילו אם הממשלה מתנגדת לאותם דברים שברצוני לומר.

— פיל צימרמן, מפתח חבילת ההצפנה PGP‏

לאוסף הציטוטים המלא

עריכהתמונה נבחרת

    with Ada.Integer_Text_IO;

    procedure Factorial is
         Counter   : Integer := 5;
         Factorial : Integer := 1;
    begin
         while Counter > 0 loop
           Factorial := Factorial * Counter;
           Counter   := Counter - 1;
         end loop;

         Ada.Integer_Text_IO.Put (Factorial);
    end Main;

שימוש בלולאת While בתוכנית מחשב בשפת Ada המחשבת !5

לגלריית התמונות המלאה

עריכהנושאי ליבה במדעי המחשב

עריכהיסודות מתמטיים

מדעי המחשב, בהיותם מדע, מתבססים על יסודות מתמטיים רבים מתחום האלגברה, הקומבינטוריקה והלוגיקה. מדעי המחשב מציעים מגוון של מבני נתונים מופשטים המהווים מודל מתמטי נוח עבור בעיות יום-יומיות. שימוש במודלים אלו מאפשר גיבוש, ניתוח ומיטוב אלגוריתמים עבור בעיות אלו.

עריכהחישוביות

חישוביות הינה תחום תאוריה בסיסי במדעי המחשב אשר עוסק ביכולת החישוב של מחשב: מה ניתן ומה לא ניתן לחשב על ידי מחשב. הניתוח המדעי מבוסס על מודל מתמטי עבור מכונת חישוב אשר נקרא מכונת טיורינג. סיבוכיות חישובית היא ענף של תחום החישוביות אשר מתמקד בפונקציות אשר ניתן לחשב במחשב, ועוסק ביעילות הביצוע של אותו חישוב: כמה מהר ניתן לעשותו, מה הזיכרון המינימלי הנדרש וכיוצא בזה.

עריכהאלגוריתמים

אלגוריתם הוא דרך שיטתית (כלומר כזו שצעדיה מוגדרים היטב) לביצוע של משימה מסוימת במספר סופי של צעדים. מתכון להכנת עוגה הוא דוגמה לאלגוריתם, אך בדרך-כלל משמש מושג זה לפתרון בעיות במתמטיקה או במדעי המחשב. כל תוכנית מחשב היא אלגוריתם, או אוסף של אלגוריתמים.

מקור המלה בשמו של המתמטיקאי הפרסי בן המאה התשיעית, אבו ג'עפר מחמד אל ח'ואריזמי, אבי תורת האלגברה.

עריכהתוכנה ותכנות

Sub main() msgbox("Hello World!") End Sub דוגמה לתוכנת Hello World הכתובה בשפת Visual Basic

תוכנה הינה שם כללי לתוכניות מחשב, שגרות, ותיעוד המשמשים מערכות מחשוב. תכנות הינו תהליך הכתיבה, הבדיקה והתחזוקה של קוד המקור של תוכנית מחשב. מלאכת התכנות ממירה בין האלגוריתם הרצוי לבין שפת תכנות אשר מאפשרת הפעלת האלגוריתם בצורה ממוכנת.

עריכהתחום נבחר

למידע - לחצו על הלשונית המתאימה

בינה מלאכותית
גאומטריה חישובית
גרפיקה ממוחשבת
מחשוב קוונטי
קריפטוגרפיה
תורת הקודים

[עריכה]

מבנה בסיסי של אלמנט ברשת עצבית מלאכותית, שהינה ניסיון למצוא מודל חישובי המדמה פעולת המוח האנושי

בינה מלאכותית היא ענף של מדעי המחשב העוסק ביכולתם של מחשבים לפעול באופן המציג יכולות השמורות עד כה לבינה האנושית בלבד. מכיוון שמחשב יכול לבצע פעילויות מוגדרות במהירות רבה ביותר, לעיתים נוצרת התחושה שהוא מדמה פעולה אינטליגנטית, כגון יכולת משחק שחמט או ניהול שיחה.

בשנת 1950 הוגדר הכלי שבעזרתו ניתן לקבוע האם מכונה הגיעה לרף האינטליגנציה האנושית, במבחן הקרוי מבחן טיורינג: "אם יינתן לאדם, היושב בחדר סגור, לנהל שיחה באמצעות ממשק מחשב (Console) עם ישות שנמצאת בחדר השני, כאשר אותה ישות תהיה או אדם או מכונה, והמשוחח לא יוכל לזהות האם מולו ניצב אדם או מכונה, או-אז המכונה תחשב לתבונית.

[עריכה]

הקְמוֹר של אוסף של נקודות במישור הדו-ממדי (בכחול). ניתן לחשוב על הקמור כעל גומייה שנמתחה כך שתקיף את כל הנקודות, ולאחר מכן שוחררה.

גאומטריה חישובית היא תחום במתמטיקה ובמדעי המחשב העוסק במבני נתונים ובאלגוריתמים לפתרון בעיות גאומטריות.

הבעיות הנדונות בתחום זה נוגעות לעצמים גאומטריים כמו נקודות, קטעים ומצולעים במישור, או לנקודות, לקטעים, למשטחים וכדומה במרחב מממד גבוה יותר.

המחקר העיוני בגאומטריה חישובית מיושם בתחומים אחרים במדעי המחשב, כגון: ראייה ממוחשבת, גרפיקה ממוחשבת, רובוטיקה ומערכות תיב"ם וכן בתחומים שאינם נמנים עם מדעי המחשב, כגון: הנדסה, סטטיסטיקה, מערכת מידע גאוגרפי וביולוגיה מולקולרית.

[עריכה]

תמונה של זברה, המצוירת בעזרת תווי ASCII‏ בלבד, מהווה דוגמה לתחום בשנותיו הראשונות, בה אמנות ASCII‏ היוותה גורם מרכזי

גרפיקה ממוחשבת היא תחום במדעי המחשב העוסק בשילוב של תמונות ובעיבוד תמונה באמצעות מחשב. גרפיקה ממוחשבת מתייחסת בדרך כלל לגרפיקת תלת־ממד אף כי היא כוללת גם גרפיקה דו-ממדית. התחום התיאורתי כולל מספר רב של אלגוריתמים שונים העושים שימוש בשיטות הלקוחות מאנליזה וקטורית, גאומטריה אנליטית ועיבוד אותות.

שימוש בגרפיקה ממוחשבת (ובפרט בגרפיקת תלת־ממד) לצורך יצירת אנימציה קרוי אנימציה ממוחשבת. לטכנולוגיה זו שימושים רבים בקולנוע, בטלוויזיה ובמשחקי מחשב. היכולת של הגרפיקה הממוחשבת (ובפרט גרפיקת תלת־ממד) לייצר תמונות ריאליסטיות משמשת גם באדריכלות, רפואה ובתחומי תעשייה אחרים.

תחום אחר בגרפיקה הממוחשבת, עיבוד תמונה, משמש בעיקר לעיבוד תמונות שצולמו במצלמה. בעזרת שיטות אלה אפשר לתקן פגמים שנפלו בצילום, לשנות את תכונות התמונה כולה או חלקים ממנה, וכן ליצור אפקטים מיוחדים כגון מורפינג.

[עריכה]

חישוב קוונטי הינו תחום במדעי המחשב בו מכונת החישוב פועלת על פי עקרונות הפיזיקה הקוונטית ומוגבלת אך ורק על ידי חוקים פיזיקליים אלו. להבדיל ממכונת החישוב ה"קלאסית" (מכונת טיורינג הפועלת לפי חוקי הפיזיקה הקלאסית), המחשב הקוונטי יודע לעבד ביטים-קוונטיים, קיוביטים, בעלי התכונה המוזרה שמצבם אינו בהכרח '0' או '1' אלא יכול להיות סופרפוזיציה שלהם. מודל חישובי זה מאפשר ביצוע אלגוריתמים קוונטיים בעלי מקביליות גבוהה, ויעילות טובה יותר מהאלגוריתם הקלאסי הרגיל.

כח החישוב של מחשב קוונטי אינו גדול יותר מאשר של מחשב רגיל, אך כאמור יעילותו גבוהה יותר. פעולות כמו מציאת גורם ראשוני של מספר גדול, או מציאת מפתח של צופן, ניתנות לביצוע במחשב קוונטי ביעילות פולינומית, לעומת היעילות האקספוננציאלית של מחשב קלאסי.

[עריכה]

קריפטוגרפיה היא ענף במתמטיקה ובמדעי המחשב העוסק בהיבטים השונים של אבטחת מידע בכלל והצפנה בפרט. דוגמאות לנושאים שקשורים באבטחת מידע:

הצפנה והסתרה של מידע חסוי ממי שלא הוסמך לראותו.
בקרת זכויות גישה מרחוק של משתמשים ברשת מחשבים.
אימות זהות (כמו באמצעות סיסמה).
פרוטוקולים להוכחת ידיעה, כמו פרוטוקול אתגר מענה והוכחה באפס ידע.
מנגנוני חתימה דיגיטלית.
מחוללי מספרים אקראיים.
אלגוריתמים להבטחת שלמות מידע.
אימות מקורות מידע כמו MAC.
אנונימיות, תיעוד, אישור ומניעת הכחשה.

השם "קריפטוגרפיה" מקורו במילה היוונית "קריפטו" שמשמעותה נסתר או אמנות ההסתרה. בתרגום חופשי פירוש השם הוא תורת ההצפנה, אם כי משמעותו מקיפה יותר.

[עריכה]

תורת הקודים היא תחום במתמטיקה ובמדעי המחשב שעוסק בהעברה יעילה של מידע דרך מערכת מציאותית שיוצרת שגיאות ברצף. כאשר מעבירים מידע דרך מוליך טוב ככל שיהיה (גלי רדיו, קווי טלפון), נופלות טעויות במידע כתוצאה מרעשי רקע שנוצרים מסיבות טכניות בעיקר. שגיאה קטנה ככל שתהיה יכולה לעוות את המידע המתקבל ולהפוך אותו לחסר משמעות, או לבעל משמעות שונה מהרצוי. הבעיה קיימת מאז ומעולם גם בשפת הדיבור והכתיבה. ניתן לראות טעויות דפוס שנובעות מהחלפת אותיות כמעט בכל ספר שיוצא לשוק. בעיה זו נעשתה חריפה במיוחד בתקשורת בין מחשבים, בה שינוי של ביט אחד במסר יכול להרוס את החישוב כולו.

בתורת הקודים מפותח מושג הקוד וכן גם כלים שמאפשרים הבחנה ותיקון שגיאות במידע המתקבל.

עריכהמדף הספרים

אנדרו הודג'ס, טיורינג, תרגמה אורה גרינגרד, הוצאת ידיעות אחרונות, 2001.

ספרון זה עוסק בביוגרפיה של אחד ממניחי היסודות למדעי המחשב, המתמטיקאי הבריטי אלן טיורינג. בין השאר עוסק הספר במכונת טיורינג - מודל מופשט לאופן פעולתו של המחשב, במבחן טיורינג - מבחן הבודק האם למכונה כלשהי יש בינה מלאכותית שלא תאפשר להבחין בינה ובין אדם, ובחלקו של טיורינג במאמץ הבריטי במלחמת העולם השנייה לפצח את הצופן של מכונת ההצפנה "אניגמה" של הצבא הגרמני.

לספרים נוספים

עריכהתחומים משיקים

עריכהפורטלים קרובים


- פורטל המתמטיקה	- פורטל המחשבים	- פורטל האינטרנט	- פורטל התוכנה

עריכהקדימה, לעבודה!

רוצים לעזור? הנה כמה משימות שבהן אתם יכולים לתרום:

כאן וכאן אפשר למצוא ערימה של קצרמרים בתחום מדעי המחשב שרק מחכים שירחיבו אותם.
מה שווה דף בקשת תמונות ואיורים אם לא מתייחסים אליו?
ישנם ערכים שאי אפשר שיישארו במצבם הנוכחי וצריך לעבור עליהם ולתקן אותם בהקדם, ראו מסגרת "ערכים דורשי שיפור".