יסודות מדעי המחשב 1

המחשב מדעי 1יסודות

2שעור

מחשב מהו

הקולטת מחשב• אלקטרונית , נתוניםמכונהבתהליך ופולטת אותם מעבדת הנוצר מידע.העיבוד

המחשב קלט• שקולט הנתוניםהמחשב פלט• שפולט המידעאוסף העיבוד• ידי על מונחה במחשב המבוצע

מחשב תוכנית הנקרא הוראות

דוגמאותבקופה • לסרט כרטיסים קניית

– : , מסומנים: כרטיסים פלט הכרטיסים מספר קלט

אנימציה • תנועת הגדרת– : , הדמות: תנועת פלט וסיום התחלה נקודות קלט

משכורת • תלוש עיבוד– : , + משכורת: תלוש פלט עבודה ימי עובד פרטי קלט

אחרונה

טיל • של תעופה מסלול חישוב– , , , הטיל: מהירות רוח מהירות זמן השיגור מקום קלט– , מסלול: נחיתה נקודת פלט

נוספות דוגמאות

נוספות דוגמאות הביאו

המחשב מאפייני

רחב • שימושים מגווןומדוייק • מהיר ביצועגדול • איכסון נפחרגשות • ניטרולשגוי • תוכנה פלט או שגוי קלט של תוצאה

שגוייה•? שגוייה תוכנה מהי

? שגוייה תוכנה

הדרוש • העיבוד את מבצעת אינה שגוייה תוכנהלטעות • שעלולים אנשים ידי על נכתבת התוכנה• : מספרים: של ממוצע חישוב דוגמא

ב nסיכום – וחלוקה בקלט n-1המספרים

המחשב מרכיבי

חומרה:•המחשב – את שמרכיבים הפיסיים הרכיבים

תוכנה:•המחשב – תוכניות אוסף

חומרה

מ" ) (CPUיע

• . המחשב״ של ה״מוח היא• , המחשב בתוכניות ההוראות את מבצעת

– , חישוב פעולות לביצוע הוראותובקרה , – התנייות השוואה פעולות

והפלט • הקלט אמצעי ואל הזיכרון אל פונה

הזיכרון

• . תאים של מאוד גדול מאוסף מורכב• .) ( , כתובת מען הנקרא סידורי מספר מותאם בזיכרון תא לכל

addressבזיכרון • השמור במידע משתמשת המרכזית העיבוד יחידת

, אותו משנה ולעתים• . : שלהם המען ידי על הזיכרון לתאי addressהפנייה• : לזיכרון פניות סוגי שני יש

במקומו : – חדש מידע ולשמירת מידע למחיקת בזיכרון מידע כתיבת–" :. מ היע אל מהזיכרון המידע העברת מהזיכרון מידע קריאת

• , , הספר מדפי נעלמות אינן השורות ספר קוראים אנו כאשרלזיכרוננו ״מועתקות״ רק אלא

2הזכרון •( . סיבית סיביות ידי על ( bitייצוג

של – הספרות- binary digit ))תנאריבי פרהס קיצור מן אחת היאהספרות, 1או 0 מן אחת היא עשרונית שספרה .9, ..., 0כמו

• , כלל בדרך סיביות של סדרה מכיל המחשב בזיכרון תא, 64או 32, 16 סיביות

הן • מחשב ידי על המתבצעות המורכבות המשימות כלמהספרות המורכבות סדרות על פעולות של -0אוסף ! 1ו

• , כאותיות או כמספרים סיביות של סדרות מפרש המחשבאו לביצוע כהוראות מפורשות סיביות של סדרות לעתים

. אחרים מידע כטיפוסי

? " מ יע ה עושה מה

• : פשוטות הוראות מבצעתהזיכרון – בתאי שנמצאות הסיביות סדרות את ״קרא

הם שלהם -13שהכתובות סדרת, 37ו לכל התייחס , התוצאה את וכתוב אותם חבר מספר כאל סיביות

שלו שהכתובת ״.116בתא

זכרון סוגי

ראשי • בזמן זיכרון תוכניות לשמירת משמששל, ביניים ותוצאות נתונים ולשמירת ביצוען

. שמתבצעות תוכניותמשני • מוגבל זיכרון בלתי לזמן לאחסון משמש

. מחשב תוכניות ושל מידע של

זכרון 2סוגיהראשי • הזיכרון

קטן – Gbyte 2-8נפחגדולה – וכתיבה הקריאה מהירות– , המרכזית העיבוד ליחידת צמוד ממוקם

המשני • הזיכרוןעצום – Gbyte 500נפחבהרבה – נמוכה וכתיבה הקריאה מהירות– . קשיח דיסק או נייד דיסק כמו חיצוניים אחסון באמצעי נמצא

התוכנית , • את מעתיקה המרכזית העיבוד יחידת הביצוע במהלך , . ניתן רבים במובנים הראשי הזיכרון אל המשני מהזיכרון

, הזיכרון ואל קצר לטווח זיכרון כאל הראשי לזיכרון להתייחס. ארוך לטווח זיכרון כאל המשני

•? ומישני ראשי לזכרון דוגמאות

קלט אמצעי

• . המחשב אל נתונים להעברת משמשים• . מקשים ולוח עכבר• , דיגיטלית מצלמה דיגיטלי סורקמיקרופון••? נוספות דוגמאות

פלט אמצעי

אל • המחשב מן מידע להעברת משמשים . בו המשתמשים

• . ומדפסת, מסך למשלרמקול • או מקרן•? נוספות דוגמאות

שאלות

• . מהו חשבון פעולות לבצע נועד מחשבון ? הפלט אמצעי מהו למחשבון הקלט אמצעי

למחשבון?• , כפלט ונותן אותו מעבד מידע קולט המחשב

, . מידע קולט האדם מוח גם העיבוד תוצאת את. העיבוד תוצאת את ופולט אותו מעבד

ולאיברים א. מידע קולטי לאיברים דוגמאות הביאו. האדם בגוף מידע פולטי

.ב. האדם בזיכרון השמור למידע דוגמאות הביאו

תוכנה

• . מחשב תוכניות אוסף• . החומרה ידי על המתבצע העיבוד את מנחות• , ניהול: מתמטיים חישובים ביצוע דוגמאות

, , הדמיית תהליכים על בקרה מידע מאגרי , וליישומים, למשחקים תמלילים עיבוד מערכות

. נוספים ורבים שונים

הפעלה (OS)מערכת

•: לחומרה התוכנה בין הקשר את מהווהלשימושן • ומקצה התוכניות שאר את מנהלת

, , זיכרון ) יע״מ השונים החומרה משאבי את.) פלט ואמצעי קלט אמצעי

בשפת • מתכנת ידי על נכתבת מחשב תוכנית כלתכנות.

תכנות שפת

תכנות • היא( programming language )שפתנכתבות כיצד הקובעים הכללים כל של אוסף

, של המשמעות ומה מחשב בתוכנית ההוראות. הוראה כל

, JAVA, C, ++Cדןגמאות: •

מתכנת

הכותב( programmer)מתכנת • אדם הוא . מחשב בשפת תוכניות

התכנות - –• תהליך מתכנת של עבודתו– , במחשב לביצוע המיועדות משימות של ניתוח– , המשימה לביצוע מתכון כתיבת–. מחשב בשפת המתכון של יישומו

מכונה (machine language )שפת

המרכזית • העיבוד ביחידת המתבצעות הפעולות. סיביות על פעולות הן

• , מחשב עם לתקשר ניתן שבאמצעותה השפה , הכוללת פשוטה מאוד שפה להיות צריכה

. סיביות על פעולות לביצוע שפת הוראותמכונה

מכונה 2( machine language )שפת

ביצוע • על מורה מכונה בשפת הוראה כל , חיבור ) למשל סיביות של סדרות על פעולות

.) סדרות שתיבקוד • נכתבות מכונה שפת של ההוראות גם

, סיביות על המבוססשל • ארוכה סדרה היא מכונה בשפת תוכנית

, של, ארוך רצף כלומר -0סיביות .1ו •. משלו מכונה שפת מחשב סוג לכל

מכונה 3( machine language )שפת

מחשבים • עבור שנכתבו הראשונות התוכניות- ה) ( 40שנות בשפת נכתבו העשרים המאה של

מכונה. • , , נוח לא מאוד מסורבל היה הכתיבה תהליךלמה? •

מכונה שפת חסרונות

אותה • לכתוב מאוד קשה• , אחר לעקוב אותה לקרוא יותר עוד וקשה

. מטרתה את ולהבין ביצועה מהלך• , לתקן וצריך בתוכנית שגיאות מתגלות לעתיםלהתאימה • כדי אותה לעדכן צריך לפעמים

. חדשות לדרישותעל • מתבצעים והעדכונים התיקונים תמיד לא

, המקורי הכותב ידי

מכונה שפת 2חסרונות

יחודית • מכונה שפת יש מחשב סוג לכלמכונה • בשפת שנכתבה תוכנית לקחת ניתן לא

, שהיא כמו אותה ולהריץ אחד מסוג מחשב של . אחר מסוג במחשב

מחודשת • כתיבה דורש מחשבים סוגי בין מעבר. התוכנית של

עילית שפה

עילית • , high level language)שפה תכנות( שפת היאטבעית בשפה למשפטים דומות בה ההוראות אשר

. ) מתמטיות) לנוסחאות או אנגלית כמו• , אינן ההוראות טבעית לשפה הדמיון למרות

, כללים פי על אלא חופשית בכתיבה נכתבותשל, התחביר כללי שנקראים מוגדרים

((.syntaxהשפההכתובה • תוכנית ״להבין״ למחשב לגרום ניתן כיצד

? עילית בשפה

מהדר

לשפת • מתורגמת עילית בשפה הכתובה תוכניתמכונה.

• , מיוחדת מחשב תוכנית ידי על נעשה התרגום: מהדר הנקראת

משפה( compiler)מהדר • המתרגמת תוכנית היא . הידור נקרא התרגום תהליך מכונה לשפת עילית

קומפילציה ) המהדר(. compilationאו של הקלטתוכנית הוא שלו והפלט עילית בשפה תוכנית הוא

. , הקלט תוכנית של התרגום שהיא מכונה בשפת

2מהדר • , ההידור עוברת שלב העילית בשפה התוכנית במהלכו

. מכונה בשפת לתוכנית תרגום• , ההרצה , שלב , כלומר עצמה המשימה מתבצעת במהלכו

, ונותן מכונה בשפת הכתובות ההוראות את מבצע המחשב. כפלט העיבוד תוצאת את

דרוש • מכונה ושפת עילית שפה של זוג נפרד לכל מהדר . ביניהן התרגום את שיבצע

• , לדאוג יש עיליות שפות בכמה הכתובות תוכניות להריץ כדיהעיליות . מהשפות אחת לכל מתאים מהדר מותקן שיהיה

מסוגים • מחשבים בכמה עילית בשפה תוכניות להריץ כדי . מחשב, סוג כל עבור מהדר שיהיה לדאוג יש שונים

3מהדר

עילית שפה

• , ולכתיבה לקריאה נוחה יותרשל • שונים סוגים בין ההבדלים פני על מגשרת

מחשבים. בשפה – תוכנית כל לתרגם ניתן מתאים מהדר בעזרת

. אחר או זה מחשב של מכונה בשפת לתוכנית עילית

•: שלבים משני מורכב ההידור תהליךהעילית – בשפה התוכנית תחביר בדיקתבשפת – לתוכנית העילית בשפה התוכנית תרגום

מכונה.

תחביר בדיקת

בכללי • עומדת העילית בשפה שהתוכנית בדיקה . נכתבה שבה השפה של התחביר

• : בה יש לא תחביר אם (syntax errors.) שגיאות•. שמצא התחביר שגיאות פירוט הוא המהדר של הפלט• , , לעבור כלומר שבה התחביר שגיאות כל את לתקן יש

. הזה השלב את בהצלחהבשפת, . • תוכנית בתוכה Javaלמשל להכיל חייבת

המילה את אחת פעם לתרגם. class.לפחות ננסה אםהמילה את מכילה שאינה בשפת המהדר class.תוכנית

. תחביר שגיאת על יודיע

ריצה שגיאות

• , מיתרגמת התוכנית תחביר שגיאות בתוכנית אין אם , לרוץ שיכולה תוכנית ומתקבלת מכונה לשפת

במחשב.להתגלות • עלולות התוכנית של הריצה במהלך

, או סיומה לפני הריצה לעצירת שיגרמו שגיאות . הן אלו שגיאה ריצה להודעות run-time,)שגיאות

errors )ריצה • . שגיאות ההידור בזמן להתגלות יכולות אינן

המחשב, בזיכרון השמור ערך לחלק הניסיון למשל.0ב- מתאימה הודעה ולהדפסת ריצה לשגיאת יגרום

באגים

נקרא • ותיקונן ריצה שגיאות איתור ניפוי תהליך(debugging)שימוש • של המוקדמים בשלבים המונח מקור

כי, עד גדולים כה היו מחשבים כאשר במחשבים . מסוים מחשב שלם אולם מילא אחד מחשב

, חרק רכיביו בין התגלה זמן ולאחר לפעול חדלשל התקינה לפעולתו והפריע שם שנתקע גדול

בתוכנית. לשגיאה לקרוא נוהגים מאז מחשב.) באנגלית - חרק באג

? עיליות שפות הרבה יש למה

• , באמצע העיליות השפות פיתוח תחילת מאז- ה , 50שנות מספר פותח העשרים המאה של

. שפות של מאוד גדול•? שפות הרבה כך בכל צורך יש מדועייכתבו • שבה אחידה אחת שפה עדיפה לא האם

, ללמוד אחד כל יוכל אותה ואשר התוכניות כלבקלות?

•? השונות השפות בין מבדיל מה•? מטרות ולאילו שפות באילו משתמש מי

כי

אחת • בשטחים סיבה המתעוררים צרכים . יישומים של ושונים חדשים

– : חישובים משלה ייחודיים מאפיינים שפה לכל , משכורות, ) הפקת מנהלי נתונים לעיבוד מדעיים

.) וכוי חשבונות הנהלת

השנייה • המחקר הסיבה התקדמות היאבשיפור ומסייע תכנות בשפות העוסק המדעי

השפות.

עיליות שפות סוגי

•JAVA הקרויות השפות לקבוצת מונחות שייכת(object oriented .)עצמים

ה • השפות או ) פרוצדורליותקבוצת פסקל כמוC,)ה • השפות ( schemeכמו ) פונקציונליותקבוצתה • השפות (.לוגיותקבוצת פרולוג ) כמו