הקדמה:
כבר בתקופת קיומו הראשונה, בסוף שנות ה-40, התלוו למחשב האלקטרוני ציפיות גדולות. אך הן לא חרגו מאקסטרפולציות על רמת הביצועים דאז, כשהיא מוכפלת במהירויות ובכושרים הגלומים במחשב — ככל שאלה הלכו והתבהרו. ההתפתחות של טכנולוגיית המחשבים בשלושים השנה האחרונות חרגה בהרבה מעבר לציפיות ולאקסטרפולציות ששררו אז. עוצמת החישוב של מחשבי הענק משנות ה-50 המוקדמות מושגת כיום בשבב אלקטרוני זעיר שכל גודלו חצי סמ״ר. מהירות הפעולה של המחשב כיום נמדדת ב-10 מיליון הכפלות בשנייה ואנו מתקרבים והולכים למחסומי הפיסיקה והכימיה. התפתחות מואצת זאת הולידה גם תעשייה אדירה של תוכנה. השווי המצטבר של כל המחשבים המותקנים ביום בעולם מוערך ביותר מ-90 מיליארד דולר; יותר משווי כל המטוסים המסחריים הפועלים בעולם. ואילו שווי התוכנה שהצטברה במרוצת 30 השנה האחרונות עולה על שווי המחשבים. מספרים עצומים אלה, המייצגים את שווי הציוד והתוכנה, יכפילו ככל הנראה עצמם אחת לכל 5-6 שנים.
מה צופנות 30 השנה הבאות? בתחום ההזערה של המעגלים האלקטרוניים נגיע אל-נכון למימדים מולקולריים, ומהירות הפעולה תגיע למיליארד הוראות בשנייה. בתחום הקלט-פלט נגיע לכך שהמחשבים יוכלו לקרוא טכסטים מודפסים ולתרגמם לשפת המכונה ללא התערבות אדם. יתכן שתוך פרק זמן זה נוכל להפעיל מחשבים ע״י דיבור. לעומת זאת, הסיכויים לפתח אינטליגנציה מלאכותית ותרגום מכאני — אינם ורודים כל כך. הוא הדין בתחזיתו של בוש ב-1945, לפיה נוכל לעקוף את החושים ולאפשר למחשב לקבל נתונים הישר ממערכת העצבים — ללא תיווך הקול או האצבעות. אולם אין ספק, שאם וכאשר יקרה הדבר הזה עשוי היחס בין האדם למכונה להשתנות בצורה דרסטית.
השימוש במחשבים עתיד לחולל תמורות מרחיקות לכת בכלכלת העולם ובאורח חייו של הפרט. אך מעל לכל אלה ניצב האתגר של פיענוח הפיסיולוגיה וה״תיכנות״ של המוח האנושי, דהיינו — הבנת הקשר בין המערכת הפיסיקו-כימית של המוח לבין החשיבה. עד שנגיע לכך, אם בכלל, נהיה כבר חברה עתירת מידע, אך גם תלויה במידע. אותן אומות אשר יקדימו להבין זאת, יצליחו יותר להגן על אזרחיהן. כדי להבטיח לעצמנו דרגה זאת של בטחון, על כולנו ללמוד כיצד לחיות עם המחשבים.81
התפתחויות מדעיות וטכנולוגיות מעניינות נמצאו לפני 30 שנה בתהליך התהוותם. במבט לאחור נראה כאילו התרחשו בפרק זמן זה ״קפיצות״ פתאומיות. החישוב, שהיה עד אז בגדר אומנות, התפתח למדע. למעשה, אם ניזכר היטב בארועים ונבחן אותם ביתר תשומת לב, יתברר לנו שבדומה למה שקרה בכל דברי ימי המדע כמעט, לא היתה כאן ממש ״קפיצה״, אלא התפתחות רציפה.
בבואנו לבחון את הציפיות שעוררו אותן מכונות החישוב של 1948, עלינו להבין תחילה מה היה טיבן, איזה ידע הושג ומה ניתן היה לעשות בעזרת המחשבים.
מכונות ניקוב, שעוני נוכחות ומאזניים לחנויות מכולת היו מוצרי השיווק של יבמ בראשית דרכה.
1948 — תמורות גדולות בעמדת זינוק
מלחמת העולם השניה הולידה רעיונות רבים, מקצתם ישנים שהגיעה שעת הבשלתם ומקצתם חדשים שנוצרו בלחץ השעה, כגון: פיענוח צופנים, בקרת-אש, לוגיסטיקה של אספקה ותעבורה, בקרה וניתוח של נתוני מכ״מ, תכנון מטוסי סילון ונשק אטומי; כל אלה תבעו כמות חישובים עצומה. אלא שלא נמצאו מכונות המסוגלות לטפל בהיקף בזה של חישובים. כך או כך, שלושה זרמים טכנולוגיים נתלכדו יחדיו: האלקטרוניקה הופיעה בשער; נוצר קשר אמיץ בין צורות של לוגיקה מתמטית לבין החישוב; ולבסוף, שורה ארוכה של סכימות חישוביות (מושג החישוב האוטומטי שראשיתו אצל בבאג׳) התעוררו לחיים והפכו מעשיות.
במהלך שנות העשרים והשלושים גילתה רק קבוצה קטנה מאוד של המשתמשים עניין בחישוב. במדע היו האסטרונומים מאז ומעולם תלויים במידה רבה בחישובים. במיגזר הממשלתי היו המשתמשים העיקריים עורכי מפקדי האוכלוסין. בעולם המסחר טיפלו מנהלי החשבונות ומומחי הביטוח בנתוניהם באופן ידני או בעזרת מכונות שולחן מכאניות, או שהשתמשו במערכות ממסר אלקטרו-מכאניות שעיבדו את הנתונים באמצעות כרטיסים מנוקבים. די מפתיע למצוא בעיתון ״ניו-יורק וורלד״, ב-1920, כותרת בנוסח — ״הוצגה מכונת-על לחישוב: ביצועיה שווי-ערך לביצועיהם של מאה מתמטיקאים״. מה שכונה ״מחשב על״ היה אוסף קטן של מכונות חישוב פשוטות, שחוברו יחדיו לשם התרת בעיות סטטיסטיות.
בשלהי שנות השלושים, על כל פנים, אף לפני הפיתוח המואץ שנבע מצרכי המלחמה הדחופים, התרחשו כמה וכמה ארועים חשובים. מתמטיקאי אנגלי בשם אלן טיורינג חקר את ההתנהגות הלוגית של שרשרות מידע הקשורות זו בזו, בניסיון לברר אם חישובים מעין אלה ניתנים לביצוע בפרקי זמן סופיים. באוניברסיטת הרווארד החל פיסיקאי צעיר בשם הווארד אייקן לברר כיצד ניתן להרכיב ולארגן ממסרים אלקטרו-מכאניים במטרה להוציא אל הפועל את הסכימות החישוביות שהוצגו מאה שנה קודם לכן ע״י בבאג’, ואילו באוניברסיטת איובה עסק פיסיקאי אחר, ג׳ון אטאנסוף, בהמצאת התקנים מכאניים, העשויים לשמש רכיבים במכונות חישוב, ובמציאת שימוש לשפופרות רדיו למטרה זו. כל אלה היו מבשריו של החישוב הספרתי: פרוק הנוסחה או האלגוריתם לשרשרת של פעולות אריתמטיות פשוטות, שיש בהן כדי לצמצם את הבעיה לצעדים בדידים באלה.
במקביל לכך נעשה נסיון למכן צורה אחרת של חישוב. ב-.M.I.T עסק ואנבאר בוש בבניית מכונות שחיקו באופן רציף את התנהגותן של משוואות. רעיון זה, החישוב האנלוגי, הוצא אל הפועל באמצעות צירים מסתובבים וגלגלי שיניים, והיה שימושי בפתרון משוואות דיפרנציאליות של מעגלי זרם חשמליים ובבעיות דינמיות אחרות בעלות משתנה פיסיקלי אחד בלבד. הקמתן של מעבדות מיוחדות במהלך המלחמה הביאה פעילויות אלה לידי האצה רבתי. אחת החשובות בהן היתה העבודה הרבה שהושקעה במעגלים ובהתקנים אלקטרוניים. הכנסת המכ׳׳מ לשימוש דרשה טיפול במעגלים מהירים ומדוייקים מאד, בעלי תדירות גבוהה; צרכי בקרת-אש תבעו מיכשור ומעגלים מדוייקים, ומרכיבים אמינים בעלי איכות גבוהה. והחשוב מכל — מדענים בעלי רקע שונה, שבאו מענפים שונים של הפיסיקה והמתמטיקה, הצטרפו אל קבוצות האלקטרוניקה, תרמו מכשרונם, וחזרו למעבדותיהם ולאוניברסיטאות שלהם עמוסי ידע וטכניקות חדשות. התוצאה היתה בנייתו של מחשב אלקטרוני, ״אניאק״, באוניברסיטת פנסילבניה (1944), על-ידי צוות בראשות פרספר אקרט וג׳ון מוצ׳לי, אשר הושפעו מהמהפכה האלקטרונית ומהרעיונות החישוביים של אטאנסוף, אייקן ואחרים. הרעיון של שימוש בשפופרות-ריק במקום מרכיבים מכאניים ואלקטרומכאניים שונים, מצא לו מהלכים רבים. בשנת 946ו פיתחה חברת יבמ מחשבת אלקטרונית ספרתית לשימוש מסחרי, ומאחר שכבר באותה שנה נכנסה המכונה82 לייצור המוני, נעשה פיתוחה במקביל ל״אניאק״ הגדול ממנה בהרבה, מחשבים אלקטרוניים אלה, בעלי שפופרות-ריק, היו מהירים פי חמש מאות ממכונות החישוב האלקטרומכאניות שקדמו להם. ה״אניאק״ נרתם מייד לפתרון בעיות של בליסטיקה ונשק אטומי, ואילו המחשבות של יבמ, ה-603 ואחר-כך ה-604, גוייסו לפתור בעיות כלכליות ומדעיות כאחת, כך, עם הופעתם של אמצעים אלקטרוניים מהירים ואמינים, ארעה התקדמות הנדסית גדולה, בין השנים 1945 ל-1948 חלה התקדמות בשני שלבים חיוניים נוספים, ושניהם היו פועל יוצא של רעיונות שבשלו זה כבר. המכונות הראשונות שהזכרנו היו מצויידות בזכרון, אף כי מצומצם ביותר. הנתונים, וכן חלק מהפקודות המטפלות בנתונים, הוזנו למכונה באמצעים חיצוניים, כמו סרטי נייר, כרטיסים מנוקבים וכדומה. הכל הכירו בצורך ביחידות זכרון גדולות ומהירות יותר כדי לאפשר שימוש מיידי ביחידת החישוב המהירה מאד של המכונה. התקנים פיסיקליים חדשים, תוצרי הפיתוח האלקטרוני החדש, לרבות שפופרת-הריק, הוכנסו לשימוש בסדרת המכונות הבאה.
השלב השני, דהיינו, השימוש בתכנית פנימית (מאוחסנת בזכרון), היווה זינוק אינטלקטואלי ראשון במעלה. פירושו, שהפקודות המורות למכונה כיצד לטפל בנתונים — נמצאות במכונה, וההתייחסות אליהן היא כאל נתונים. משמע, הפקודות יכולות להשתנות כנדרש — על-ידי החישובים המתבצעים במכונה; כלומר, תהליך אוטומטי אמיתי. מכונות ההצפנה האנגליות של שנות המלחמה, שעשו שימוש בתפישות הלוגיות של טיורינג, יישמו רעיונות אלה בסוגים מיוחדים מאד של בעיות. ג׳ון פון ניומן הסביר רעיון זה בשנים 1945 ו-1946, ויחד עם עמיתיו באוניברסיטאות פרינסטון ופילדלפיה ניסח תאור לוגי של התהליך. עד היום אנו מתכננים מחשבים הפועלים עפ״י עקרון זה, ועל-כן הם מכונים ״מכונות פון ניומן״.
שנת 1948 בישרה, אם-כן, את הופעת-האלקטרוניקה, סוגי זכרון חדשים ותכניות פנימיות, ובמידה מסויימת אף הוכיחה את שמושיותם. חישובים צבאיים בוצעו באופן שגרתי וכן נעשה טיפול בבעיות מדעיות כבדות משקל בתחומי הביקוע וההיתוך הגרעיני, האירודינמיקה, ההידרודינמיקה, המטאורולוגיה ונושאים אחרים. התבצעו גם עבודות אחרות בתחום המסחר, אף כי באותם ימים קשה היה לשכנע חברות ביטוח או בנקים שיש להם צורך בעוצמה חישובית כה גדולה. אף-על-פי-כן, החלו מספר משרדים ממשלתיים, כגון המוסד לביטוח לאומי, להיות מודעים לאפשרויות הטמונות במחשב האלקטרוני.
ציפיות, אז
כאמור, כבר ב-1948 נעשה שימוש ראשוני במכונות החדשות לחישובים מדעיים, ובמידת-מה גם לתחשיבים עיסקיים ומסחריים מסויימים. אך הציפיות הממשיות התמקדו במישור המדעי — במיוחד בתחום המטאורולוגיה הדינמית — בכל הקשור לחקר התופעות האטמוספריות, במטרה להביא לחיזוי מזג האויר. פון ניומן ריכז בפרינסטון קבוצת מטאורולוגים ומדענים צעירים אחרים, כדי לנסח את המשוואות ההידרודינמיות ולהתחיל באנליזה של אותן משוואות, לצורך פתרונן על-ידי חישוב ספרתי. המודלים היו גסים מבחינה פיסיקלית וגם חסרי תחכום מתימטי, אך התחושה היתה שניתן להתחיל בפתרון הבעיות. כלומר, היתה הרגשה שהחישובים הספרתיים, כשיופעלו על התנאים האטמוספריים ועל ההתנהגות הדינמית המוכרת על-ידי חוקי הפיסיקה, יאפשרו להגיע לחיזוי מדויק של מזג האויר. צריך לזכור, כי 35 שנה קודם לכן ניסה מטאורולוג אנגלי, ריצ׳רדסון, להתמודד עם משימה זאת — אך נכשל בגלל אי-יכולתו לבצע את החישובים במהירות מספקת. פון ניומן וחבריו חשו שהגיעה השעה לנסות שוב. בעצם, היה זה עדיין מוקדם מדי. צריכות היו לחלוף כמה עשרות שנים כדי שחיזוי ספרתי של מזג האויר יהיה בר-ביצוע. אולם, כבר היו בנמצא מהירויות מספיקות, זכרון, מתודולוגיה ספרתית, ואפילו מעט נסיון בתיכנות המכונות בבעיות אלה, כדי להתחיל במשימה.
בד בבד עם נסיון זה הוחל גם לטפל בבעיות מדעיות שנחשבו עד אז מסובכות מדי לטיפול; חישובים גיאופיסיים בעלי אופי מדעי טהור, כגון התנהגות הגאות או מבנה שכבות האדמה; חישובים אטומיים ומולקולריים לשם אישור והרחבת ממצאי מכאניקת הקוואנטים התאורטית; מערכות גדולות של משוואות ביוכימיות שניסו לתאר פעילות פיסיולוגית-כימית. הוחל גם בחישובים שימושיים בעלי תוצאות טכנולוגיות חשובות אפשריות. בגיאופיסיקה, למשל, דובר על אנליזה של ניסויי מחקר סייסמיים לשם גילוי נפט או גז, או חישובים83 של אמצעים הנדסיים להוצאת נפט וגז מהחללים התת-קרקעיים שבהם הם לכודים; בתחום האטום — החישובים המורכבים הכרוכים בפיתוח הנשק הגרעיני והתכנון הספרתי של כורים גרעיניים. בחלק מעבודות אלה הוחל סמוך ל-1948, ואילו אחרות היו בגדר ציפיות.
בטווח רחוק יותר התמקמו התקוות להבנת מנגנוני הבקרה והחישה של מערכות חיות. כאן התקיימה פעולת גומלין מעניינת בין מתמטיקאים, לוגיקנים, נוירופיסיולוגים ואנשי מחשבים. בשנות הארבעים המוקדמות הציגו מק-קאלוף ופיטס תאור לוגי של פעולת תאי עצבים. תאור זה הוכח כתחילת הנסיון לתאר ולנתח תפקוד עצבי על בסיס לוגי ומכאניסטי, שכונה עם הזמן קיברנטיקה, תחת הנהגתו של נורברט וינר. התחלות אלה השפיעו על פון ניומן, שהשתמש בחלק מהמושגים הלוגיים לתכנון המחשב הראשון הפועל על-פי תכנית המאוחסנת בזכרון. אין זאת שהיתה ציפיה לכך שהטיפול במידע נוירוביולוגי יוסבר בעזרת הלוגיקה והמתמטיקה המשמשות לביצוע חישובים. לתקופת-מה השתמשו מדענים מתחומים שונים בשיטות פורמליות למדי כדי לבאר התנהגותם של תאי עצבים ומערכת העצבים, אך ללא הצלחה יתרה. בשנות החמישים הפך ענף אחד של רעיונות אלה חלק מקבוצת מחקרים הקרויים ״אינטליגנציה מלאכותית״. לאמיתו של דבר, האינטליגנציה המלאכותית והרעיון הנועז של יצירת מחשבים דמויי מוח אנושי לא נכללו בציפיות של 1948. נדרשו עוד כמה שנים של מעקב אחר עוצמת כלי החישוב ושל הכרה בתפקיד של עיבוד מידע, כדי להוציא ציפיות אלה מהכוח אל הפועל. ומה בנוגע לציפיות אנתרופומורפיות אחרות? היינו יכולים לצפות, במבט לאחור, שאנשי המחשבים ב-1948 יתנו דעתם על רובוטים ואוטומציה. אך למרות שאוטומציה ובקרה החלו למעשה בשנות השלושים, ובעצם השפיעו במידת-מה על בניית המנתח הדיפרנציאלי-אנלוגי של ואנאבר בוש, לא היו המחשבים הספרתיים של 1948 קשורים באופן הדוק לשימושים הללו. מי שיעקוב אחר ספורי המדע הבידיוני של שלהי שנות הארבעים ימצא שהרובוטים אמנם תפשו בהם מקום נכבד, אך האינטליגנציה שלהם היתה בלתי מוסברת לחלוטין וללא כל התייחסות לעוצמה החישובית של המכונות החדשות ולאפשרות הגלומה באופנים החדשים של מכאניזמים מבוקרים.
כפי שאמרתי, ההזנה ושליפת הנתונים במחשבי 1948 נעשתה בעיקר באמצעות סרטי נייר או כרטיסים מנוקבים. פה ושם הוצעו רעיונות כיצד לסרוק תווים מודפסים (או אף כתובים) ולהזינם למחשב כנתונים ספרתיים למטרת זהוי ואחסון. אולם הרעיון של זהוי צורות, במובן המוכר לנו היום, החל לעורר ציפיות של ממש רק בחלוף שבע או שמונה שנים נוספות. הוא הדין לגבי קלט מסוג אחר: הדיבור. אנליזה וסינטזה אלקטרונית של הדיבור היוו אמנם נושא רציני למחקר כבר ב-1948, במעבדות בל ובמקומות אחרים (כפי שידוע לנו מספרו של סולז׳ניצין, ״המדור הראשון״), אבל לא תלו בכך ציפיות גדולות מדי. בתחום שונה למדי עוררה התקווה להבנה ובקרה של אינטראקציות כלכליות, ציפיות רבות. למעשה, בשנות השלושים ארגן ואסילי לאונטיף סדרות גדולות של משוואות שייצגו את מאזן הדרישות והמוצרים של מערכת כלכלית, דהיינו דגמים של תשומת תפוקה. אולם, מעשית היו החישובים מוגבלים למספר קטן של יחסים, וקשה היה להעריך את משמעותם של מודלים אלה. בינתיים פותחה השקפה אחרת על תופעות כלכליות בסיסיות, על ידי פון ניומן ואוסקר מורגנשטרן. התורה החדשה, שעסקה בעימות ותחרות ברמות היסודיות ביותר, פיתחה ענף של מתמטיקה הקרוי ״תורת המשחקים״, ויישמה אותו בתחום ההתנהגות הכלכלית. ב-1948, בעת הכנת תורה זו לפרסום, האמינו שהיא תחדור אל הכלכלה ותבסס את הבקרה והתכנון הכלכליים על בסיס כמותי וחישובי. גם באשר לשימושי המנגנון הממשלתי והסוציאלי במחשבים שררו, כמובן, ציפיות אחדות.
צריכות היו לחלוף שנתיים עד שהמוסד לביטוח לאומי קיבל מחשב ספרתי. אולם הובן היטב ששימושים מסוג זה עתידים לבצע את עבודת המנגנון הממשלתי. אין כל ראייה לכך כי מישהו העריך נכונה עד כמה תעמיק חדירת המחשבים במנגנון הממשלתי. אפשר לומר כי אנשי מדע, אנשי ממשל ואנשי עסקים קיוו לקצור פירות רבים מהשימוש במחשבים האלקטרוניים. ציפיות אלה היו בנויות על השלכות של רמת הביצועים דאז כשהיא מוכפלת במהירויות ובכושרים הגלומים במחשבים — ככל שאלה הלכו והתבהרו. מאחר שציפו להגברה דרמטית של המהירות הוצעו בעיות שטיפולם אז נחשב בלתי אפשרי. כמו-כן נמצאו כבר עדויות, ולכן גם תקוות מסויימות, שהחישובים יוכלו להתבצע במחיר זול יותר. שפופרות רדיו יוכלו לתפוס את מקומם של האלמנטים המכאניים והאלקטרומכאניים במכונות, ואילו אמצעי האיחסון והזכרון החדשים יבטיחו איחסון נתונים זול יותר לעומת המעגלים של אותה עת.
האם היו ציפיות שחרגו מעבר לאותן השלכות גדולות? קשה לגלותן כעת. אחת מהן היתה הקשר בין החישוב, הלוגיקה והמנגנון העצבי. אולם מן השנים שלפני 1948 נשמע קול נבואי אחד. ואנאבר בוש, שעמד בראש המאמץ המדעי האמריקני במלחמת העולם השניה, תפש כי מעבר לזינוק הטכנולוגי שהתרחש טמונה אפשרות לטפל במידע בדרכים חדשות. הוא סבר שהאנשים יוכלו סוף סוף למצוא דרכים לעשות שימוש יעיל בכל הידע שהצטבר ושיצטבר בעתיד. הוא הבין שאין זה מספיק לחשב, לבחון את התוצאה ואז לוותר על הנתונים או לאגור אותם בספרים ובטבלאות, כפי שהדבר נעשה בעבר. הוא חיפש אמצעים חדשים לארגון מידע, ולפיכך — הידע, כך שהיו זמינים באופנים רבים למשתמשים רבים. הוא חשב גם שהמחשבים יכולים לעשות יותר מפעולות אריתמטיות. הוא קיווה לראות ביצוע של מתמטיקה ״גבוהה״ יותר, ואכן במאמר שפירסם ב-Atlantic Monthly ב-1945, כתב שאם לא יהיה בידנו לטפל בסמלים מתמטיים, אלא רק בלוגיקה אריתמטית פשוטה, לא יהיה אפשר לבצע את המתמטיקה הדרושה לייצוג האטומי של הכימיה, המטלורגיה והביולוגיה.
בוש ציפה שמחשבים יעודיים יהיו מסוגלים לרשום מכירות בבתי כל-בו, למסור לפקיד את יתרות חשבון המכירות, לעדכן ולנהל את המלאי, לבצע הזמנות חוזרות במידת הצורך ולהוציא חשבון ללקוח. כל אלה התממשו במסופי המכירות שאותם יכולים אנו לראות כיום בחנויות. הוא גם ״המציא״ את המעבד העתידי של בנק המידע האישי, בגודל מכונת שולחן (אותו כינה ״ממקס״), בעל יכולת לצבור ולאחסן סדרה מיוחדת של עובדות הנחוצה למשתמשים מיוחדים, כגון: תקדימים משפטיים, חוות דעת ופסקי דין, דוחות ואיבחונים רפואיים, רשימות חולים וכן הלאה.
לבסוף זינק בוש זינוק אדיר אל העתיד. הוא הבין שבמערכת העצבים האנושית מועברים כל האותות באמצעות פעימות חשמליות.84 הוא הציע קיצור דרך — לעקוף את שימוש באצבעות, במיתרי קול ובאמצעים שריריים-מכאניים אחרים, ולקבל את המידע ישירות מאותם אותות חשמליים. כך יוכל המידע בצורתו החשמלית להניע במישרין מכונות. הצעה מעניינת במושגי שנת 1945. סיכומו של דבר, היו אנשים שהבינו שעתיד להתפתח ידע חדש במדע ושרותים חדשים בתחומי העסקים והממשל. כדי להעריך כדבעי אותן ציפיות של 1948 ולומר דבר מה על העתיד, עלינו לסקור בקצרה את המצב הנוכחי בשדה המחשבים ועיבוד המידע.
ההווה — ערך, תלות ותיכנות
היכן אנו עומדים כיום? קיימים מדדים שונים להערכת הצמיחה ודרגת החדירה של המיחשוב לחברה שלנו, אך אפשר שהטענה המרשימה ביותר היא זו האומרת שעיבוד המידע והפצתו מייצרים מחצית מן התוצר הגולמי של ארצות-הברית. טענה כזאת תובעת, כמובן, לא רק זהוי כמות עצומה של שימושי מחשב, אלא אף הכרת התפקיד המרכזי שממלא הטיפול במידע ברוב תחומי הפעילות האנושית. למעשה, הכרה זאת מגדירה מחדש נתח גדול של עבודה שסווגה קודם לכן כעיבוד מידע. לפיכך, מאפיין מרכזי של החישוב, שהלך והתבלט בין 1948 ל-1978, הוא הערך המיוחס כיום למידע עצמו ולכן גם הערך של עיבודו.
קיימים שני גורמים מרכזיים נוספים שברצוננו להזכירם בקצרה בנקודה זאת, ולאחר מכן לפתח את כל השלושה. ראשית, היה אלמנט טכנולוגי חיוני אחד שנעדר באופן מהותי מהמכונות ומהרעיונות של 1948. שעה ששינויים בטכנולוגיה הפיסיקלית, בתכנון ובבניית מערכות החלו מתהווים, הרי שיצירת כל המדע והטכנולוגיה של התיכנות החלה רק אחר 1948. שנית, מוסדות כלכליים, סוציאליים, טכניים וממשלתיים רבים הפכו להיות תלויים בחישוב. ההסבר לתופעה זו אינו כה ברור כפי שנראה ממבט ראשון, ואנו ננסה לבחון הן את מצב הדברים והן את אופיה של תלות זו.
אך קודם שנדון בשלושה היבטים אלה — תיכנות, ערך ותלות — נאמר משהו על מצב הדברים מבחינה טכנית. כאשר תארנו את ההתקדמות הטכנית של החישוב עד לפרשת המים של 1948, אמרנו שהרעיונות הבסיסיים בנושאי הלוגיקה, הזכרון, האחסון ושיטות אחדות של קלט ופלט, כבר היו בנמצא. עד שנת 1954 יצרו רעיונות אלה, לצד ההתפתחויות בטכנולוגיה של הפיסיקה, את רוב האמצעים, הרעיונות והכלים המצויים כיום. הטרנזיסטור הומצא בדצמבר 1947, ועד 1954 הראו הניסויים באופן משכנע שהתקני המצב המוצק יכולים לרשת את מקום שפופרות הרדיו במעגלים. יחידות הזכרון המרכזיות, הסרטים ותקליטי האיחסון המגנטיים הגיעו לדרגת שמישות; העברת נתונים מתחנה מרוחקת אל המחשב היתה בתהליכי ניסוי; שפות תכנות עיליות85 נכתבו כדי להקל על תרגום ההוראות והנתונים של הבעיה מהשפה הטבעית של האדם לשפת החישוב הסיפרתי. הוחל גם בהכנת סוגי תכנות ושפות אחרות המיועדות להרצת המכונה והמוכרות כיום בשם ״מערכות הפעלה״ (operating systems). כל אלה היו מוכנים לשימוש באמצע שנות החמישים, ומפרשת מים זו של טכנולוגיות ורעיונות מרכזיים נמשכת הזרימה עד היום. היסודות נוצקו אז ולמן אותו זמן נמשכו ההרחבות, חלקן מוגברות מאד, ללא הרף. כעת, עלינו להזהר מלהקל ראש באותן ״הרחבות״. אם נעריך אותן מבחינת ההתקדמות הטכנולוגית והתועלת למשתמש, נראה שמעולם לא היתה בתולדות הטכנולוגיה תקופה שהצטיינה כמוה במחשבה לעתיד. ב-1948 נמדדה מהירות פעולתה של המכונה במספר ההכפלות לשניה. שיא המהירות עמד אז על 300 הכפלות בשנייה בקירוב. היעילות, לעומת זאת, נמדדה במספר מכונות החישוב הידניות שנדרשו לביצוע אותה עבודה. כיום נמדדת המהירות במליונים של הוראות המתבצעות בשנייה (mips), או במספר ההוראות הדרושות לבצוע תנועה. ״הוראה״ הינה אחת מסדרת פעולות מכונה בסיסיות המתבצעות בציוד. ״מתבצעות״ פירושו שהמכונה מפענחת את צופן ההוראה כנתונים המתופעלים באמצעות מעגלים לוגיים ואריתמטיים, ואז מבצעת סדרת פעולות פיסיקליות ומשלימה סדרת צעדים לוגיים. מכך נובע שהוראה יכולה לייצג מספר פעולות לוגיות ואריתמטיות, כדי שלוש או ארבע הכפלות. כך יכולה מכונה מודרנית גדולה לבצע עשרה מיליון הכפלות בשנייה. ״תנועה״ היא פעולת הגומלין בין המשתמש והמכונה. לדוגמא: ״שני מקומות בטיסה מס’ 42 ביום 12 ביוני״ עשויה להוות תנועה במערכת הזמנת כרטיסים של חברת תעופה. כל תנועה מורכבת מכמה אלפי הוראות (התחום הוא גדול, תלוי בספציפיות של מערכת התכנות וביעילותה, ויכול לנוע מ-500,000 הוראות לתנועה). מספר התנועות לשנייה מהווה מדד חשוב להערכת יעילותן של מערבות חישוב בנות ימינו. הודות לכך יכול מחשב מודרני גדול לשרת בעת ובעונה אחת עד ארבעת אלפים מסופים.
הנה-כי-כן, ההתקדמות הטכנולוגית שינתה אפילו את האופן שבו אנו מודדים את הדרישות של מערכות החישוב והישגיהן. דבר זה התרחש בד בבד עם תהליך רצוף של הגברת מהירות, הזערת הנפח הפיסי וירידת מחירם של רכיבים אלקטרוניים. היום אנו מסוגלים לבנות אלפי מעגלים על פני ריבוע קטן של סיליקון, ״שבב״ (״צ׳יפ״), שאורך צלעו מילימטרים ספורים. לשם מה נחוץ הדבר? בכל מעגל נעשים שינויי מצב (מיתוג) במהירויות גבוהות — כמה טריליוניות של שניה. כדי לקיים מהירויות שכאלה אגב מעבר האותות ממעגל למעגל, איננו יכולים להרשות למרחקים ביניהם להיות גדולים מדי, למרות שמהירות האותות קרובה למהירות האור. על כן יש לדחוס את המעגלים למימדים זעירים. מובן מאליו שהיכולת לדחוס אלפי מעגלים בנפח קטן כל כך מביאה לחסכון ניכר בתהליכי הייצור ועקב כך לצמצום משמעותי של העלות. אולם, מעגלים אלקטרוניים, כשהם דחוסים בצפיפות רבה, מפיקים חום. פעולת המיתוג של שבבי סיליקון קטנים אלה עשויה לייצר אנרגיית חום של כמה ואטים. יש צורך איפוא לקררם. אבל ככל שהצפיפות גדלה, הופך הקירור קשה יותר. המרקמים המיקרוסקופיים של המעגלים, המותווים על שבבי הסיליקון, חייבים להיות זעירים בהרבה מקוטרם של סיבי עצבים דקים.
פירוש הדבר שהפיסיקה והכימיה של האלקטרון והאטום באות לידי אינטראקציה באזורים מזעריים ביותר, מכאן שהבעיות התרמיות הנוצרות עם ציפופם של המעגלים מהוות מחסום רציני בפני כל התקדמות נוספת. בצורה דומה גם מרכיבים טכנולוגיים אחרים, כמו אמצעי אחסון, מצגים ומדפסות, ציוד תקשורת ורשתות, קיבלו תנופה הודות לתגליות ולישומים בתחומי הפיסיקה והכימיה של המוצק. נתוני ההתקדמות מדהימים ממש. למשל, קבולת האחסון של סיביות באינץ׳ ריבועי של תקליט מגנטי עלתה מאלפיים ב-1955 לעשרה מיליון בקירוב כיום. ביטוי מרשים ומשמעותי אולי אף יותר מבחינת הציבור הרחב הוא התכווצות מימדיהן של יחידות הלוגיקה והזכרון של המחשב, אשר הביאו לפיתוח המחשבים הקטנים ובעקבותיהם המעבדים הזעירים (מיקרופרוצסורים). אלה, ובעיקר האחרונים, מאפשרים שימוש בעוצמה חישובית ברמה המאפשרת לשלבה עם מכונות ומערכות אחרות רבות; עוצמת החישוב של רבות מהמכונות אדירות המימדים של 1948 מיוצגת היום ב״שבב״ ששטחו מילימטרים ספורים. המעבדים הזעירים אפשרו כבר את קיומם של מחשב הכיס, השעון הספרתי והחישוב הביתי ברמה ראשונית. זוהי רק ההתחלה, אך אין זאת שהמעבדים הזעירים נמנים עם הפיתוחים החדשים מרחיקי הלכת ביותר.
החדש מבין הטכנולוגיות, התכנות, צמח בצעדים מהירים. שפות רבות נוצרו כדי להקל את השימוש במחשבים. חקר התבונות הלשוניות של שפות אלה היה נחוץ כדי להבין כיצד לתרגם אותן ביעילות לשפת המכונה. היחס בין שפות חישוב פורמליות אלה לבין השפות הטבעיות, המשמשות בני אדם, היה טעון מחקר. וממחקר זה נלמד רבות אודות השפות הטבעיות עצמן. התכנות יצר תעשייה גדולה מאד. כדי לקבל מושג על גודלה נוכל להתייחס להשוואה זאת: השווי המצטבר של כל המחשבים המותקנים ביום ברחבי העולם מוערך ביותר מתשעים מיליארד דולר. זהו סכום עתק, גדול יותר משוויים של כל המטוסים המסחריים הפועלים בעולם. והנה, שווי התוכנה שהצטברה במשך שלושים השנים האחרונות עולה אפילו על שווי המחשבים.
מספרים עצומים אלה, המייצגים את שווי המחשבים והתוכנה, יכפילו את עצמם ככל הנראה אחת לכל חמש או שש שנים. הנה-כי-כן, מפקודות המכונה המייגעות של 1948 הגענו עתה לגוף מדעי-טכנולוגי של תכנות, המעסיק רבבות בני אדם ומספק אתגרים טכניים מהמעלה הראשונה. אנו רואים שהמחשבים, ולכן גם תעשיית עיבוד המידע, נשענים עתה, שלושים שנה מאוחר יותר, על מערכת של טכנולוגיות וחומרים דומיננטיים. אלה מאופיינים בכך שהיו ברי-השגה מזה כמה שנים, והביצועים משתפרים ככל שנמשך השימוש בהם. לגבי הזכרון והלוגיקה, החומר השולט הוא הצורן (סיליקון), המשמש כמוליך-למחצה. באשר לאחסון, הרישום בהשראה מגנטית תוך שימוש בציפויים מגנטיים על גבי תקליטים וסרטים, הינם הטכניקות והחומרים הקונבנציונליים, וכפי שכבר הזכרנו, הם הוכיחו כושר ״מתיחה״ רב — מבחינת כושר הקליטה והזרימה של נתונים. בתחום אמצעי הקלט והפלט, נשענים המצגים על שפופרות מסך קתודיות, ואילו המדפסות משתמשות בהדפסת מגע. הראשונים נעשו שימושיים ויעילים עד מאד במערכות מחשבים, עקב הירידה הניכרת בעלותם של מצגים אלה, שנבעה מהשימוש הרב שעשתה בהם תעשיית הבידור. הדפסת המגע, אף כי שופרה בהתמדה נוכח הדרישות למהירות גבוהה של פלט המחשב, מצוייה עמנו עוד מימי גוטנברג.
שלא כמו החומרים והאמצעים המשמשים ללוגיקה, לזכרון ולאחסון, חל על ציוד הקלט-פלט — כמו מכונות ניקוב, מדפסות, מצגים וכו’ — הגבלה אנושית, בכך שיחידות אלה מהוות נקודות מגע בין האדם למחשב. הגבלה זאת באה לביטוי בגודל האופטי של הנתונים המוצגים על המצג, בקצב מצמוץ העין, במיומנות ההקשה על הקלידים של המסוף וכו’. כל זאת בניגוד למעגלים האלקטרוניים והרישומים המגנטיים המוגבלים רק ע״י גבולות הכימיה והפיסיקה. באשר ל״שבבים״, שם תובעת הצפיפות הגבוהה יצירת מעגלים וקווי תיול במזערות מופלגת; שעורי הגודל במעגלים אלה נמדדים כיום במיקרונים. אולם הדרישה למהירות גבוהה מצריכה זרמים אלקטרוניים גבוהים באותם קוי תיל, ועל-כן צפיפות הזרם נעשית גבוהה מאד. לפני שנים אחדות התברר שצפיפויות גבוהות מאד של זרמים אלקטרוניים עלולות, פשוטו כמשמעו, לדחוף את האטומים של המוליכים המתכתיים ולחבל בכך בתיל — עד כדי החלשת הזרם או הפסקתו. מחסומים דומים תלויים ועומדים גם לפני הטכנולוגיות האחרות. באמצעי האחסון, למשל, דורשת צפיפות הרישום המגנטי להציג את ראש הקריאה והרישום קרוב ככל האפשר לפני התקליט — אך בלי לגעת בו. שכן, כל מגע עלול לפגום ברישום המגנטי של הנתונים ע״פ התקליט. אם-כן, הרווח בין ראש הקריאה והרישום לתקליט נמדד כיום בחלקי מיליון של אינץ’. באשר למצגים, מספר התווים שניתן להציגם על המסך מוגבל יותר על ידי העלות מאשר על ידי היכולת הטכנית. מרקעים בגודל מרקעי הטלויזיה, הם יקרים מדי בשביל מצגים. כמו-כן, דרישות ההספק הגדלות בהתמדה והגודל המסורבל של שפופרות המרקע, אינם רצויים למטרות רבות. הדפסת המגע הינה טכנולוגיית בת-קיימא וקשה מאד לשיפור. אך היא רועשת, ומהירות ההדפסה, בייחוד באיכות סבירה, מוגבלת על ידי הצורך המתמיד להניע מקש, פטיש או אלמנט שרשרת, לאורך מרחק מסויים. אנו רואים שאף כי כל אחת מטכנולוגיות שולטות אלה סיפקה ביצועים מצויינים, ובעצם, נראה שכולן תמשכנה לעמוד בהצלחה בדרישות המוטלות עליהן, לכל אחת מהן מגבלות.
המחקר התעשייתי, תוך כדי מאמציו לשפר טכנולוגיות קונבנציונליות אלה עד גבולן הסופי, חייב לתור גם אחר אלטרנטיבות. בשטח הלוגיקה והזכרון, אחת האלטרנטיבות הינה לעבור לחומרים ותהליכים הפועלים בטמפרטורות נמוכות מאד, ובכך לעקוף את המחסום התרמי. למתכות על-מוליכות יש למעשה, התנגדות חשמלית אפסית בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט (4 מעלות קלווין או 269- מעלות צלזיוס). ניתן לגרום להן להתמתג ממצב של אפס התנגדות למצב של התנגדות במהירות גבוהה יותר, אולי פי עשר ויותר מהמוליכים למחצה המהירים ביותר המצויים היום. מיתוג מהיר זה עושה שימוש במה שקרוי ״אפקט ג׳וזפסון״, תופעה אשר נתגלתה על ידי הפיסיקאי התאורטי הבריטי בריאן ג׳וזפסון, בשנת 1962. טכנולוגיה זאת היתה יכולה לספק אלטרנטיבה למוליכים למחצה, תוך כדי השגת מהירויות פי חמש עד עשר גבוהות יותר ופיזור חום גדול פי אלף. אולם בעיות טכניות חמורות מאד טעונות עדיין פתרון, ובינתיים הטכנולוגיה הקיימת ממשיכה להשתפר.86
באשר לאמצעי האחסון, עשויה טכניקת הבועות המגנטיות לשמש אלטרנטיבה. למעשה, אין אלה בועות כלל וכלל, אלא מעין אזורים מגנטיים קטנים על פני יריעה מגנטית דקיקה. הם ניתנים להזזה באמצעות שדות מגנטיים; העדרן או המצאותן של בועות אלה באיזור נתון יכולות לציין את עובדת אחסונה או אי-אחסונה של יחידת מידע. בשלב זה מצויות בפיתוח יחידות קטנות של זכרון ואחסון, במטרה להשוות את ביצועיהן ליחידות זכרון הפועלות על מוליכים למחצה ולאמצעי אחסון מגנטיים הקיימים. היחידות החדשות עתידות לספק גישה והעברת נתונים מהירה הרבה יותר מאשר התקליטים המגנטיים הקיימים. קיימות גם אלטרנטיבות למצגים ולמדפסות. במקום הדפסת מגע פועלות כבר מדפסות העושות שימוש בטכנולוגיות של התזת דיו ושל לייזר.
אם כן, הרעיונות האלטרנטיביים קיימים, והם יתמודדו על מקומם עם השיטות הקונבנציונליות. באשר לתכנות ולתכנון המכונות והמערכות, ובאשר לשיטות של תקשורת נתונים והטיפול במיצבורים גדולים של נתונים מאוחסנים (בסיסי נתונים) — האלטרנטיבות אינן ברורות. יש הרבה רעיונות חדשים, ואילו בתחום אחר — שפות התכנות מתפתחות בעוצמה רבה. מצויות תפישות קונבנציונליות; תכניות מאוחסנות מונחות בלב כל מערכות המחשבים ואין עוררין על מקומן; שפות התכנות אמצו סגנונות מסויימים של תחביר וסמנטיקה, אשר נמצאו יעילים ונוחים יותר לשימוש מאחרים; הרעיונות של זרמי נתונים חופפים, או תפעול מקביל של נתונים, או של שיתוף משימות, או של יחידות מרובות העובדות בו-זמנית על חלקים שונים של בעיות — כל אלה יוצרים מבנה עשיר של שיטות וטכניקות. נראה בבירור כי צד זה של החישוב יצעד יד ביד עם ההתקדמות הטכנולוגית והפיסיקלית.
המידע היה מאז ומעולם בעל ערך. אסטרולוגים קדומים שלטו בידע חישובי מסויים והם עשו בו שימוש בטכסיהם הדתיים. מידע זה היה איפוא בעל ערך ולפיכך היווה מקור עוצמה. למעשה, בדתות רבות היתה הכהונה כרוכה בבעלות או בגישה למידע ייחודי כזה.
הרפואה הינה תחום נוסף בו לידע המצטבר ולמידע המועבר מרופא לחולה יש ערך, במובן הפשוט של המילה. בכל התקופות פעל שוק של סודות צבאיים ואפילו כלכליים. הופעת המחשבים איפשרה ליותר מידע בעל ערך כזה להפוך מטבע עובר לסוחר. הניו-יורק טיימס מציע למכירה מידע מתוך מאגר הידע שלו. ניתן לרכוש נתונים כלכליים מסוגים רבים, החל באנליזה87 מאקרו-כלכלית גלובלית וכלה בחשבונות ספציפיים או בנתונים על חברה או צורך מסויים. סכומי עתק מוצאים להפקת ניתוחים אפריוריים על השפעת שינויי תחיקה, פעולות ממשל ופעולות עסקיות — סוג של חישוב המכונה בשם ניתוח עלות-רווח. התוצאה היא מודעות גוברת לערכו של מידע, ועמה יתר תשומת לב לאופן שבו מסופק המידע, התועלת שבשימוש בו ומחירו. זהו לבטח מצב שונה מאד מזה של שנת 1948, והוא חורג הרבה מעבר לציפיות של אותן שנים.
משהתבררה אפשרותה של טכנולוגיה זו ומשהוכרה חשיבותו של המידע, נוצרה תלות רבתי בחישוב ומכאן — במחשבים. דבר זה התרחש ככל הנראה בשתי דרכים: ככל שהחישוב במחשבים נעשה פחות יקר וקל יותר לשימוש, גדל השימוש בו בתור תחליף לעבודת הידיים. תחילה בעבודות פקידות והנהלת חשבונות, אחר-כך חדרו יישומי המחשב לתחומי העסקים, המגזר הממשלתי, המדע והמוסדות הסוציאליים. כל זה לא היה אלא ראשיתו של התהליך. ככל שגדלו כמויות הנתונים והם נעשו קלים יותר לאחסון, לדלייה, לתיקון או לשינוי, להצגה ולשיגור, אומצו שיטות חדשות של ארגון בעסקים. אחדות מהן היו הרחבות קיצוניות של נוהלים ישנים יותר. לדוגמא, הנהלה ראשית של עסק גדול יכולה כעת לקבל מידע מעודכן ליום, או אפילו לשעה, על המכירות, הייצור, מלאי הסחורות ומחיריהם, וכך לבצע את ההחלטות הדרושות תוך התבססות על נתונים שוטפים ומהימנים. מצד שני, נתאפשרה אספקתם של שירותים חדשים ללקוחות של בתי עסק, למשל — הופעלו שיטות חדשות של ניהול חשבונות בנק ואשראי. כלכלת כרטיס האשראי, שעליה חי חלק מן העולם המערבי, לא יכולה היתה להתקיים ללא מחשבים.
התכנון והייצור של מוצרים מורכבים רבים נעשים עתה במפעלי ייצור חדישים. הנתונים מוזנים למחשב במהלך שלב התכנון והם משמשים אחר-כך את הניהול והבקרה במהלך הייצור. בכל מקרה, אנו תלויים במחשבים, כאשר יפסיקו לפעול, ינותק החשמל שלנו, יושבתו הטלפונים, הבנקים ישותקו, החנויות הקמעונאיות תחדלנה לשרת את הלקוחות, הסחורות לא יופצו במערכת התחבורה והנוסעים לא יוכלו לטוס או לנסוע. אפילו תכניות של תחנות טלויזיה הינן ממוחשבות עתה. מיותר לתאר את התלות של מערכות צבאיות או מעבדות מדעיות; הממשלות לא תהיינה מסוגלות לגבות מיסים או לספק שרותים. אם כן, זהו מצב הדברים בענף זה, שהוא גם מדע וגם מרכיב חיוני במרבית שטחי חיינו. הוא הרחיק לכת הרבה מעבר לאקסטרפולציות של המדענים ב-1948, ואף עבר את הדמיונות הנועזים שמעבר לאקסטרפולציות מרחיקות הלכת ביותר של אותה עת. הרבה מחלומותיו, לא כולם, של ואנאבר בוש התממשו, אם כי לא בדיוק כפי שנחזו על ידו. כיוון שכך אנו יכולים לשאול כיצד יוסיפו להתגלגל הדברים ומה צפוי לנו בעוד שלושים שנה מהיום.
הערכות, ציפיות ותחזיות
נוכחנו שהתקוות לפני 30 שנה התמקדו בהגדלתה ובהרחבתה של העוצמה החישובית. במבט לאחור למדנו גם שהשינויים החשובים ביותר היו אלה שניצבו מעבר לאקסטרפולציה; אותם שינויים אשר לפני 30 שנה לא נמצאו להם אפילו התחלות לצורך הנחת האקסטרפולציה. ביודענו שהאימרה ״חיזוי הינו קל, בעיקר כאשר הוא מתייחס לעבר״ מקלה ראש גם בחלק הקל, אנו מציעים באי נוחות מסויימת מספר הערות על מה שעשויים להיות פני החישוב בעוד שלושים שנה.
תארנו כמה מהמגבלות של הטכנולוגיה הנוכחית, וכן כמה אלטרנטיבות, חומרים, תופעות ורעיונות המצויים כיום בבדיקה. מה עשוי לצאת מזה בתוך שלושים שנה? באופן כוללני אפשר לומר שנגיע למהירויות גבוהות יותר, לצפיפות ולקיבולת גדולות יותר של נתונים במחיר נמוך יותר. המכונות הרב-תכליתיות הגדולות יכולות לבצע כיום כחמישה מיליון הוראות בשנייה. אם טכנולוגיית המעגלים תתקדם כצפוי, והבעי88ות הפיסיקליות, התרמיות והכימיות של החומרים תבואנה על פתרונן, כי אז תהיה בידנו היכולת לבצע בתוך פרק זמן זה מיליארד הוראות בשניה, משמעות הדבר היא שכמויות אדירות של נתונים תזרומנה אל המכונות ומהן, דבר שידרוש אמצעי אחסון אדירים. תחזית זאת מציגה מספר אתגרים: כיצד יתוכננו אלפי המעגלים הנדרשים וכיצד יבדקו דיוקם ואמינותם? כיצד לתכנן את המכונה עצמה באופן פונקציונלי — האם כמעבד מרכזי עם מודולים פונקציונליים הסובבים אותו, או כיחידות עיבוד מבוזרות עם בקרה המחולקת לאלמנטים נפרדים, תוך הבטחת התקשורת ביניהם? היוכלו הזכרון והאחסון להעשות מהירים וזולים דיים כדי לספק את קצב העיבוד? ולבסוף, והחשוב מכל, כיצד ״להזין״ את המכונה בבעיות מתוכננות, שימושיות ומועילות? התשובות לשאלות אלה יקבעו לא רק כיצד לבנות מכונות שכאלה, כי אם יכריעו גם בשאלה — האם כדאי לבנותן.
בתחומי הטכנולוגיה עצמה נהיה מסוגלים אולי לוותר על המצעים שעל פניהם אנו בונים עתה את מעגלי הלוגיקה, הזכרון והאחסון, ולחדור אל תוך החומרים עצמם. אם שנצמצם את מימדי ההתקנים ואת עובי השכבות עליהם בנויים מעגלים אלה, נתקרב למימדים מולקולריים. אנו עשויים למצוא דרך גישה לנתונים בסריג תלת-מימדי, ובכך לפטור עצמנו מהשימוש בשטח הפנים בלבד של מצע המעגלים. קיימים גבולות לתהליך זה, מלבד הגבול התרמי בו דנו כבר, והם נוגעים לאפקטים של רעשים תרמליים, אך אנו נימצא עדיין בתוך גבולות אלה בשלושים השנים הקרובות.
שיפורים גדולים אף יותר נחוצים בתחום הקלט והפלט, בארגון ובתכנות. בהתחשב במגבלות הפיסיולוגיות והלשוניות הנגזרות מהגורם האנושי, למה ניתן לצפות? אנו מצויים כעת במרחק לא גדול מדי מהנקודה שבה הנתונים, ובעיקר טקסט, יהיו אפשריים לקריאה על-ידי מחשב בכל צורה של דפוס. הדבר יהיה נכון בקרוב גם לגבי כתב-יד. אולם, להמיר את זהוי כתב היד לאינטליגנציה מוצפנת, ולא סתם לשכפל תמונות של אותיות — זהו ענין רציני יותר. ההבנה של שפות טבעיות, אלה שאנו קוראים ומדברים בהן, מתקדמת לאט מאוד. הרעיון לפיו תוכל מכונה לתרגם משפה טבעית אחת לשניה, דבר שנוסה בקנה מידה גדול בשנות החמישים והשישים המוקדמות, נכשל מפני שהבנתנו את השפות היתה לקויה ביותר. ייתכן שבתוך שלושים שנה נעמיק את הבנתנו במידה מספקת כדי לטפל בלקסיקונים ובתורות דקדוק בעלי היקף סביר, כך שניתן יהיה לאחסן טקסט בצורה מוצפנת. אם אכן זה מה שיקרה, יהיו המחשבים מסוגלים גם לטפל בדיבור בתור קלט-פלט. השאיפה הנוכחית לדיבור שוטף מוגבלת לאוצר מילים בן כמה אלפי מילים, לדקדוק מצומצם, ודורשת תקופת מה של תרגול למען זהוי קולו של הדובר. שיטות הזהוי האקוסטיות והלשוניות הינן קשות ותובעות היקף רב של עיבוד נתונים. עם זאת, יש התקדמות בנושא, ובשנים הבאות יהיה אפשר לזהות דיבור בעל אוצר מילים עשיר ודקדוק רחב. דבר זה יביא לקליטת נתונים למטרות הקלטה, ולבקרת מכונות ותהליכי ייצור באמצעות קול. בכך ייפתח שדה מעניין לשימושים חדשים.
האם יבוא שלב נוסף? ניזכר בנבואתו של ואנאבר בוש ב-1945. בהדפסה על קלידי מסופים, בשימוש בעט-אור על מרקעי מצגים ובצפייה בהם, או בדיבור אל מחשבים, אנו עושים שימוש במערכת החישה של האדם ובמערכת העצבית-מוטורית שלו. במקרה של זהוי דיבור, למשל, אנו משתדלים לפרש את הגלים האקוסטיים הנוצרים על ידי מיתרי הקול ואחר-כך לפענח את המרקמים של אותות הדיבור. הנוכל להזיז את זהוי האותות אחורה אל תוך מערכת העצבים, לפני שהם מגיעים למתרי הקול, ועל-ידי כך להמנע כליל מהשלב האקוסטי הבעייתי? איננו יכולים לעשות זאת כעת יותר מכפי שיכולנו ב-1945, כאשר בוש הציג שאלה דומה. הבנתנו הנוכחית את האותות העצביים אינה מאפשרת לנו להשיג מטרה זאת. אך ייתכן שבתוך שלושים השנה הבאות, יאפשרו מדעי הקיברנטיקה והנוירופיסיולוגיה לבצע את הדבר. אם וכאשר זה יקרה, עשוי היחס בין האדם למכונה להשתנות בצורה דרסטית למדי.
לאור האפשרויות הללו, מה בנוגע לתכנות? שלב חיוני זה בהבאתן של ההוראות אל המחשב, הינו כיום יקר ומייגע. בעצם, מחיר הכנתן של התוכניות, כולל בחינתן והתקנתן, אינה צפוייה לקטון בקצב מהיר, בעוד שמספר שורות הקידוד הנכתבות מדי שנה במסגרת התוכנה, גדל בצורה דרמטית. זאת ועוד, גם קצב תפוקתו של המתכנת אינו גדל במהירות. לעת עתה, זהו תהליך יקר ומיגע. הוא אינו אוטומטי עדיין, אך הניסיונות לעשותו כזה יימשכו. השאיפה היא לתת בידי המשתמש שאינו מתכנת, מערכת המורכבת אולי מסדרת דגמים שתאפשר לו ליצור דגם מיוחד של התהליך שברצונו לתאר. השפה המשמשת אותו תתורגם לתכנית ותפורש על-ידי המכונה לצרכיה היא. לשם כך עלינו להבין מכלול רחב של יישומים שונים ולהיות מסוגלים להתוות את אופן הטיפול בהם על-ידי המשתמשים, או להפכם בדרך כלשהי לתהליך אינדוקטיבי על-ידי המשתמש. אמרנו קודם שקיימת ציפיה לכך שהשפות הטבעיות יוכלו לשמש בשפות תכנות. מצד שני ניתן לצפות ששפות התכנות החדשות יתקרבו לשפות הטבעיות. דבר זה יתפתח ככל הנראה ליצירת שפות מיוחדות לתחומים ספציפיים של ישומים, התואמים את המילים, הביטויים והמשפטים הנהוגים באותו תחום. באשר לתקשורת נתונים, אנו מבחינים בעלייתן של שתיים מבין שיטות התמסורת: סיבים אופטיים ולוויינים. כאשר הלוויינים יתפשו את מקומם, ויהיה זה ככל הנראה מקום נכבד, בהעברת קול, נתונים ותמונות למרחקים גדולים, יהיה לסיבים האופטיים טווח ישומי הרבה יותר רחב. סיבים אלה הם ״כבלים״ אטרקטיבים מאוד. ובתור שכאלה אנו יכולים לראותם מנוצלים בתוך מעגלי הלוגיקה והזכרון של המחשבים, במערכות האחסון וביחידות הקלט-פלט. כל אלה יעשו שימוש בכושר התמסורת-הליניארית-רחבת-הסרט של סיבים אלה. יתכן שיהיה אפשר לבנות את התכונות האופטיות כך שתהליכים לא-ליניאריים יוכלו לפעול על הנתונים שעה שהם עוברים בסיב. לדוגמא, מידה מסויימת של עיבוד ראשוני, כגון סינון, ניתנת לביצוע בקו קלט של נתונים.
התנופה הטכנולוגית המואצת והדרישה הרבה לה יוצרות תנאים אידאליים לתגליות חדשות, להמצאות ואולי אף לשיטות חישוב שלמות חדשות. באשר נהיה מסוגלים לעבד נתונים בקצב של מיליארד הוראות לשניה, נתחיל אולי לשאול את עצמנו אם השיטה הבדידה שאימצנו — החישוב הספרתי — תמשיך להיות הטובה ביותר. עדיין נהיה תלויים ברצף של לוגיקה בסיסית ופעולות אריתמטיות כדי להרכיב אותן סדרות ענק של חישובים. אך הישנן דרכים אחרות לחשב? האם עלינו לשקול מחדש את החישוב האנלוגי? בזמנו ניסתה שיטה זו לחקות את התנהגות התהליכים הממשיים על-ידי ייצוגם בהתנהגות מעגלים חשמליים או תנועות מכאניות. השיטה פעלה היטב עבור תופעות הניתנות לתיאור על-ידי משוואות דיפרנציאליות ובמקרים שבהם דרישת הדיוק לא היתה חשובה. הקיימת רמה אחרת של חישוב אנלוגי שניתן יהיה להשתמש בה, כגון, תנועת ״אלקטרון-חור״ של חצאי מוליכים, או התנהגות אלקטרונית מבוקרת בחומר אחר?
לפני שלושים שנה ניתן רק ביטוי מועט לציפיה לרווחים אפשריים ממכירת מחשבים או משימוש בהם; מכאן, לא ציפיה זאת היוותה את הכוח המניע באותה עת. במבט לפנים, מ-1979 ואילך, ההנעות הכלכליות הינן רבות עוצמה עד מאוד. בהתחשב בכך שמרבית הפעילות הייצרנית, השיווקית, הניהולית וכיו״ב כרוכה בהעברת מידע, השימושים והצרכים עשויים אך לגדול. אלה שמייצרים ומוכרים מערכות מחשבים או ידע, ואלה המיישמים אותן, יעשו זאת לשם רווח כלכלי. מחשבים עושים את הטיפול במידע יעיל וקל יותר, ובמקרים מסויימים הם אשר עושים אותו בכלל בר-ביצוע. אנו יכולים לצפות שבעוד שלושים שנה יהנו שטחים רבים נוספים של פעילות-גומלין כלכלית מזרימה קלה, מדוייקת ומהירה של מידע. לדוגמא, אין זה מן הנמנע שהשימוש בשטרי נייר, מטבעות, או אפילו צ’קים עשוי להעלם. העברות כספים אלקטרוניות מבנק לבנק, הנהוגות כבר בימים אלה, מבשרות סוג חדש של אשראי, סחר חליפין והסדרי חיובים. כמו במקרה של ציפיות אחרות שונות, נציין שקיים תמיד ספק בתחזיות שכאלה, כיוון שהן כרוכות בגורמים אנושיים. מטבעות מתכת קיימות מזה חמשת אלפים שנה לפחות, ויתכן שיהיה קשה לוותר עליהן, בהיותן הגשמה מוחשית של עושר. אם אכן יתרחש סוג זה של שינוי מוחשי בעולם הכסף, הוא יצעד עם שינויים דומים בקרב המערכת הפיננסית ואולי אף עם סחר חליפין בנכסים. נוכל לדמות לעצמנו רשימות של נכסים ותאוריהם שאפשר יהיה להשיגם בבנקי מידע, אשר יציגו באמצעות מסופי-מצג תמונות הנכס ופעולות קניה ומכירה, לרבות החתימות הטקסיות, כשהן מוצאות אל הפועל מרחוק. הרחבות רבות אחרות שכאלה של שימוש במחשבים, הנמצאות כבר כיום בשלב מוקדם כלשהו, תהוינה חלק מקובל של החיים הכלכליים — עשר שנים לאחר תום המאה. כמקווה, יגדלו הידע והמיומנות של הכלכלנים, כך שניתן יהיה לחשב את התמורות הכלכליות בצורה יותר דטרמיניסטית. אם הדבר אכן יתרחש, יחולו שינויים קיצוניים במדיניות הכלכלית של הממשלות ובנוהגי ההשקעות האישיים והמוסדיים. מה שנעשה כעת באופן אינטואיטיבי, פחות או יותר, יכול להפוך לחישוב מיומן. אנו מבחינים במשהו מעין זה אפילו כיום, בשדה המחקר הגיאופיסי, שבו נשמרות בקפידה זכויות הבעלות על התוכניות. יש לציין שאף כי המידע בפעילויות אלה הינו בעל ערך כשלעצמו, בכל זאת קשור הוא באופן הדוק לנכס בעל ערך, כך שבמקרים אלה יש למידע מעין ערך משני. בשטח אחר עשוי השימוש במחשבים לסייע להבנת המערכת הבינלאומית הלקויה של האיזונים הכלכליים. מובן מאליו, שקבלת מידע והשימוש בו יהיו לעזר רק בבעיות פוליטיות וסוציאליות סבוכות מאוד. במקרה מיוחד של חלוקת מזון, על כל פנים, עשוי חישוב הצרכים, התפוקות ותחזיות היבולים, שערי חליפין וכו’, להפוך לחלק בלתי נפרד של פתרון כלל עולמי. אם יימשך ריבוי האוכלוסין, ואי-האיזון במשא89בי המזון יישאר בעינו, תהיה זאת אחת הבעיות הטעונות פתרון. באופן דומה, תהיינה הבעיות החברתיות הגדולות — שרותי הבריאות, הסביבה, חלוקת האנרגיה — תלויות אף הן במידה רבה מאוד בזרימת מידע.
חלק נכבד מהפעילות העסקית, המדעית והחברתית, מותנית בתקשורת. הניסיונות לספק אמצעי תקשורת חזותיים הובאו לידי מצב של כדאיות כלכלית. עם הופעתן של דרכי תמסורת חדשות — הלוויינים והסיבים האופטיים — ועם השימוש במעגלים ספרתיים דומים לאלה שבמחשבים ובמצגים, אנו עשויים לראות את הגשמתה האפשרית של התקשורת החזותית האישית. סביר להניח שהדבר ישפיע על כמות, ואולי על סוג, הנסיעות אותן יבחרו אנשים לערוך. שוב, קשה להיות בטוח בדבר, כי יתכן שמה שגורם לאנשים לרצות להמצא בחברת זולתם, הינו יותר מקשר עין בלבד. ודאי יותר הוא הופעתו הקרובה של דואר אלקטרוני. יש עוד ליצור ולהכניס לשימוש תפיסות ומערכות חדשות, אך מרבית הציוד ניתן להשגה. דואר אלקטרוני ישחרר את הנמען מתיבת הדואר הנייחת: הוא יוכל לקלוט את ההודעות בכל מקום שיש בו גישה למסוף מחשב. הדבר ישחרר אותו מן הצורך לזכור כתובות; כמו-כן תספק המערכת כתובות ואמצעי העברה. ההבדל יהיה בכך שאדם יוכל לקבל דואר כשיחפוץ בכך (בתנאי שמישהו שלח לו משהו) ולא כאשר שרות הדואר יבחר למסור לו אותו. בתחום התחבורה, ההשערות ספקולטיביות יותר. הנסיעה במכונית היא עסק יקר הן לאדם הפרטי והן לתקציב האנרגיה. כלי-רכב מבוקרי-מחשב, בעיקר בדרכים ראשיות, עשויים לתרום לחסכון-מה וליתר בטיחות. כלי רכב ציבוריים היוצאים לפי קריאה והמציעים ניתוב גמיש במקום לוח זמנים קשיח, עשויים להתאפשר אף הם בעזרת מיחשוב הקריאות, לוח הזמנים, החיובים ועוד.
הזכרנו קודם לכן את העובדה שתופעות הזיעור מזה וקיצוץ המחירים מזה הביאו אותנו אל סף החישוב האישי, בצורת מחשבי כיס ומערכות אישיות קטנות וזולות. מובן מאליו שהדבר ימשך. התיכנות יתפתח באופן מסחרי, מעבר למשחקים הנמכרים היום, ויוצע על גבי קסטות, תקליטים מגנטיים זולים ואולי אף בחבילות אחסון על בועות מגנטיות. משתמשים אינדיבידואליים ייפתחו את תוכניותיהם שלהם וינהיגו חילופי תכניות, ראשית — באמצעות רשת הטלפון ומאוחר יותר אולי באמצעות מערכות תמסורת אחרות. אם אנטנות לוויין קטנות יהיו זולות דיין לשימוש ביתי, ואם יהיו ערוצים פנויים, תוכל להיות זאת רשת נוספת, בדיוק כמו שערוצי הרדיו לתחנות שידור פרטיות התפתחו היום. אולם, ברור שהדברים לא יתפתחו לכדי תופעה רחבת-מימדים, אלא אם תימצא כמות גדולה מאוד של מידע שיש בו עניין ושימוש לאנשים. ניתן לתאר מאגרי מידע ציבוריים במתכונת של ספריות ציבוריות, שיציעו מידע בנושאי חוקה, רפואה, היסטוריה וכיו״ב. הזמן יוכיח את מידת העניין בהצעות אלה, אך אם להתייחס לסיקור הנרחב שמקבלים כיום נושאים אלה ברשתות הרדיו והטלוויזיה, יש מקום להטיל ספק בכך. יתכן שדרגת הבחירה האישית ומיידיות ההיצע הם אשר יעשו את ההבדל. מידע המחולץ ממקורות ציבוריים ומאורגן באופן סלקטיבי בתיק אישי יהפוך את חלום ה״ממקס״ של ואנאבר בוש למציאות.
צורה אחרת של שימוש אישי במחשב עשויה למצוא ביטוי בארגונו ובתפעולו של משק-הבית. מערכות בקרת אנרגיה, ויסות של החימום והקרור וניהול החשבונות עבורם, ייכללו במערכת שרותי הבית (בתנאי שתהיה לנו האנרגיה הדרושה). בעל הבית יוכל אז להתפנות לתאום ולמעקב, וכן לפיקוח על המיכשור האוטומטי, נעילת הבית, שעונים וכיו״ב.
נושא האוטומציה כולל, במובן מסויים, את החישוב. אולם, הבה נתייחס רק לדרך שבה יכולים המחשבים לסייע באוטומטיזציה של עבודות ידניות, מלבד החישוב הידני עצמו. הספקולציות המוקדמות בדבר אינטליגנציה מלאכותית טרם התגשמו, אך כבר עתה מצויות מכונות פשוטות בעלות תבונה מסויימת. תהליך זה יקבל תנופה תוך שנים ספורות, ובעוד שלושים שנה ניתן לקוות כי מספר גדול של משימות מכבידות, או סתם משעממות, יעשו על ידי מכונות ״נבונות״. דבר זה יטיל נטל כבד יותר על התכנות מאשר על המכאניקה. הוא ידרוש מאתנו מאמצים כדי להבין את הטבע הגיאומטרי והדינמי של העבודות המכאניות ולמצוא דרך כיצד לייצגן. כדי להגיע לכך צריך לחתור ליצירת אינטליגנציה גמישה הניתנת לתכנות-חוזר קל ובעלת הסתגלות מכאנית פשוטה. לא ברור עדיין אם זה יוביל אותנו לאוטומטיזציה מלאה של מלאכות ניקוי הבית, הצעת מיטות, עריכת שולחן והכנת אוכל, שרבים חולמים עליהן. מה שברור הוא שחלק מהעבודות האלה אכן הולם את התואר ״לא מכובד ומשעמם״.
מחשבים הינם כבר היום חלק בלתי נפרד מהמדע. קשה להעלות על הדעת תכנון של ניסוי מדעי בלי לתכנן את עיבוד הנתונים במחשב. שיטות חדשות של קלט מפותחות בקביעות במעבדות, כדי להתאימן לדרך היווצרות הנתונים בניסויים מיוחדים. ניתן לצרף מודלים חישוביים גדולי מימדים ולצפות בפתרונות על-גבי מסכים או בפלט של סרט קולנוע רץ.
עדיין לא נפתרו כל הבעיות הגדולות. הראשונה שבהן, זו שעליה הצביע פון ניומן ב-1948 — חיזוי מזג האוויר, נותרה פתוחה. עדיין דרושה עוצמה חישובית גדולה מכפי שעומדת כיום ברשותנו כדי שחישוב התחזית יהיה מהיר יותר מקצב שינויי מזג האוויר. עם זאת, מתחילות להופיע ראיות שתמורות אקראיות קלות בתופעות אטמוספריות יכולות לעורר שינויים גדולים במהירויות, בלחצים, או בלחות, בייחוד90 באזורים קטנים. יתכן שישנה רמה של חיזוי שלא ניתן למצותה באופן דטרמיניסטי. עם זאת, יכולים אנו לצפות להמשך השיפורים, כנראה באותו קצב שאיפיין את השנים האחרונות, קצת יותר לאט מכפי שפון ניומן אולי ציפה. באשר לתופעות גיאופיסיות אחרות, כגון סופות הוריקן וטייפון, גלי גיאות ועוד, סיכויי חיזויין טובים הרבה יותר. הוא הדין לגבי סופות טורנדו ורעידות אדמה.
לדידם של מדענים אחדים, גם ההתקדמות בחישוב היתה איטית — החל בעקרונות הראשונים של מכאניקת הקוואנטים, התכונות של מולקולות ״מעניינות״. היתה ציפיה שבסופו של דבר חומרים כימיים מעניינים מבחינה ביוכימית ותעשייתית — תרופות, זרזים וכר, יוכלו להיות מסונטזים על-ידי חישוב. ייתכן שהדבר יהיה אפשרי בעוד שלושים שנה. שאיפתו של ואנאבר בוש לרמה חדשה של מתמטיקה חישובית החלה להתגשם עם הופעתה של מניפולציית הסמלים, אך הרמה שהושגה אינה עדיין טובה דיה לבצוע כימיה קוואנטית.
אפשר להזכיר אתגרים חדשים אחרים. בפיסיקת החלקיקים האלמנטריים, הפך החישוב לחלק בלתי נפרד מן הניסויים, אך מילא תפקיד קטן יחסית בתחום התאוריה. תופעת העירבול הינה עדיין קשה לייצוג וקשה למצוא לה, פתרונות כמותיים שימושיים. שני נושאים אלה יקודמו מאד בעזרת מאמצים חישוביים נוספים. באסטרופיסיקה, הכלי האמפירי היחידי הוא המחשב. אין זאת שההחקייה תתרחב עד כדי הצעת השערות ותגליות חשובות. לבסוף, הבעייה הקשה מכולן — פיענוח הפיסיולוגיה וה״תיכנות” של המוח האנושי. סביר להניח שבמהלך שלושים השנה הבאות תהיה התקדמות רבה בחקר הפיסיקה והכימיה של מערכת העצבים המרכזית, כך שמודל המחשב ימלא תפקיד חיוני בהרבה מזה שהוא ממלא היום. אך תקופת שלושים השנה עלולה להיות קצרה מכדי שאפשר יהיה לצפות במהלכה להעמקה ניכרת של הבנת ״התכנות״, דהיינו — כיצד מתקשרת הפיסיולוגיה לחשיבה. בעיה זו עלולה לגזול זמן ארוך יותר, אם בכלל היא ניתנת לפתרון על-ידינו.
הזכרנו את הציפיות לעתיד. רובן הן הרחבות או אקסטרפולציות מוכרות של דברים שאנו חוזים בהם כעת באיבם. אחדות מהן עונות על צרכים דחופים, אחרות עושות את החיים קלים וטובים יותר, במובן מסוים. אחרות הינן רק ניחושים או תקוות. כפי שנוכחנו בהביטנו לאחור אל שנת 1948, התמורות תהיינה גדולות או קטנות יותר, אך בכל אופן שונות ממה שאנו יכולים לנבא עתה. דבר אחד הינו ודאי למדי. נהיה תלויים יותר ויותר במחשבים. נהיה חברה עתירת מידע אך תלויה במידע. אותן אומות ומגזרים אשר יבינו זאת מוקדם יותר, יצליחו יותר במדיניותן הלאומית ובהגנה על חיי אזרחיהן מאלה אשר יאחרו להבין זאת. מלאכה רבה עוד דרושה כדי להתכונן לסוג זה של חברה, בענייני חוק ונוהלים, בהשגת הישגים רבים במדע ובטכנולוגיה, בהסדרת שאלות עסקיות ודרכי חיים לכולנו, באופן אינדיבידואלי, על-מנת להפיק תועלת מאותן מכונות ומהמידע האצור בהן. נצטרך ללמוד לחיות עם המחשבים.91
