זה נראה מפתיע. אחרי ככלות הכול, כאשר אנו מדברים על האירוע ההסטורי הזה, אנו אומרים לא אחת שיש לנו כוח מיחשוב כיס שלנו יותר מאשר במחשב של אפולו 11. האם זה נכון? ואם כן, פי כמה חזקים יותר הטלפונים שלנו מהמחשב ההסטורי שהנחית בני אדם על הירח?
מחבר: גרהם קנדל, פרופסור למדעי המחשב, אוניברסיטת נוטינגהם, בריטניה
אנשים רבים אשר מבוגרים מספיק כדי לחוות את הנחיתה הירח הראשון זוכרים היטב כיצד צפיה בניל ארמסטרונג אומר את הציטוט המפורסם שלו "צעד קטן לאדם, צעד גדול לאנושות". חצי מאה לאחר מכן, האירוע הוא עדיין אחד ההישגים הכבירים של המין האנושי. למרות ההתקדמות הטכנולוגית המהירה מאז, אסטרונאוטים לא חזרו לירח מאז שנת 1972.
זה נראה מפתיע. אחרי ככלות הכול, כאשר אנו מדברים על האירוע ההסטורי הזה, אנו אומרים לא אחת שיש לנו כוח מיחשוב כיס שלנו יותר מאשר במחשב של אפולו 11. האם זה נכון? ואם כן, פי כמה חזקים יותר הטלפונים שלנו מהמחשב ההסטורי שהנחית בני אדם על הירח?
על סיפון אפולו 11 היה מחשב מרכזי אחד (AGC – מחשב ההנחיה של אפולו). היו לו 2048 מילות זיכרון, שאפשר להשתמש בהן לאחסון "תוצאות זמניות" – נתונים שאבדו כאשר נפסק זרם החשמל סוג זה של זיכרון נקרא RAM (זיכרון גישה אקראית). כל מילה מורכבת מ – 16 ספרות בינאריות, סדרות של אפס או אחת. פירוש הדבר כי במחשב אפולו היה 32,768 סיביות של זיכרון RAM. כמו כן היו לו 72K זכרון לקריאה בלבד (ROM) אשר שווה ל 589,824 סיביות. זיכרון זה מתוכנת ולא ניתן לשנותו ברגע שהתכנות מסתיים.
תו אלפביתי אחד – נאמר "a" או "b" – בדרך כלל דורש נפח איחסון של שמונה סיביות. כלומר, מחשב אפולו 11 לא יוכל אפילו לאחסן מאמר זה ב – RAM. השווה את זה לטלפון הנייד או נגן MP3 ניתן להעריך כי הם יכולים לאחסן הרבה יותר – אלפי הודעות דוא"ל, סרטונים, שירים ותצלומים.
זיכרון הטלפון והמעבד
כדי להכנס לפרופורציה, בטלפונים העכשיויים יש בדרך כלל 4GB של RAM שהם 34,359,738,368 סיביות. זה יותר מפי מיליון (1,048,576 ליתר דיוק) יותר זיכרון מאשר ל-RAM של מחשב אפולו. באייפון יש גם עד 512GB של זיכרון ROM שהם 4,398,046,511,104 סיביות, יותר מפי שבעה מיליון פעמים מזה של מחשב ההנחיה של אפולו.
אבל הזיכרון הוא לא הדבר היחיד שחשוב. למחשבי אפולו 11 היה מעבד – מעגל אלקטרוני המבצע פעולות על מקורות נתונים חיצוניים – שרץ ב – 0.043 מגה-הרץ . המעבד האחרון של iPhone מוערך ב-2490 MHz. אפל לא מפרסמת את מהירות העיבוד, אבל אחרים חישבו אותה. משמעות הדבר היא כי ב-iPhone בכיס יש יותר מפי 100,000 פעמים את כוח העיבוד של המחשב שהנחית את האדם על הירח לפני 50 שנה.
המצב אפילו מורכב יותר כאשר מביאים בחשבון שבאייפון יש גם יחידות עיבוד מובנות נוספות האחראיות למשימות מסוימות, כגון התצוגה.
מה עם השוואה למחשבונים (מחשבי כיס)?
לא חוכמה כמובן להשוות איייפון X למחשב שהנחית את אפולו על הירח, אבל לפני שהם הפכו לאפליקציות בטלפון, השתמשנו הרבה במחשבונים (מחשבי כיס). טקסס אינסטרומנטס היתה אחת היצרניות המפורסמות ביותר של מחשבונים. בשנת 1998 הם הוציאו לשוק את המחשבון TI-73, ובשנת 2004 הם שחררו את TI-84.
הטבלאות שלהלן מפרטות את המפרט של שני מחשבונים אלה:
אם נשווה את שני המחשבונים מול המחשב של אפולו נוכל לציין כי ב-TI-73 יש מעט פחות ROM, אבל פי שמונה יותר RAM. עד ש-TI-84 שוחרר, כמות ה-RAM גדלה לפי 32 פעמים יותר מאשר מחשב אפולו ואילו ה-ROM היה עכשיו חזק יותר פי 14,500 פעמים.
לגבי מהירות העיבוד, ה – TI-73 היה מהיר פי 140 ממחשב אפולו ו – TI-84 היה כמעט פי 350 מהיר יותר.
המחשבה על כך שמחשבון פשוט, שנועד לעזור לתלמידים לפני עשרות שנים לעבור את הבחינות שלהם, היה חזק יותר מהמחשב שהנחית את האדם על הירח די מדהימה.
מה אם לאפולו 11 היה מחשב מודרני?
מחשב אפולו היה משוכלל בזמנו, אבל מה היה שונה אילו היו לנחיתה על הירח המחשבים החדישים ביותר הקיימים כיום?
אני חושד כי זמן פיתוח התוכנה היה הרבה יותר קצר, בשל כלי פיתוח תוכנה הזמינים כיום. היה הרבה יותר קל לכתוב את הקוד הנדרש כדי להטיס אדם לירח, לבדוק אותו ולתקן באגים.
ממשק המשתמש של אפולו (מקלדת תצוגה) (DSKY) ) היה בעל ממשק מסוג מחשבון שבו פקודות היו צריכים להיכנס כקלט באמצעות קודים מספריים. הממשק של היום יהיה הרבה יותר קל לשימוש – דבר שיכול להיות חשוב במצב מלחיץ. כמעט בוודאות שלא היה למחשב הזה מקלדת אלא מסך מגע. אם זה לא היה אפשרי, בשל הצורך ללבוש כפפות, הממשק עשוי להיות באמצעות מחוות, תנועת העין או ממשקים אינטואיטיביים אחרים.
באופן מפתיע, דבר אחד שלא יהיה טוב יותר היום הוא מהירות התקשורת עם כדור הארץ. הזמן האמיתי שנדרש כדי לתקשר זהה היום לזה שהיה בשנת 1969 – כלומר מהירות האור. נדרשים 1.26 שניות למסר להגיע מן הירח לכדור הארץ. אבל עם הקבצים גדולים יותר שאנו שולחים עכשיו, וממרחקים גדולים יותר ויותר – לקבל את התמונות שהחלליות מצלמות לוקח היום הרבה יותר מאשר בשנת 1969. עם זאת התמונות המתקבלות מהירח היו נראות הרבה יותר יפה, בזכות ההתקדמות בטכנולוגית הצילום.
אולי השינוי הגדול ביותר שנראה במחשב היא יכולת התבונה המלאכותית. אני בטוח כי טיסה ונחיתה כאלה לא יתבצעו רק על ידי המחשב, אך יהיה לו הרבה יותר מידע ואינטלגנציה והוא יהיה מסוגל לקבל החלטות רבות יותר מאשר יכול היה לקבל מחשב אפולו 11 בשנת 1969. הדבר יכול להקל מאוד על האסטרונאוטים. ניל ארמסטרונג אמר כי בסקלה של 10-1 בדירוג הפחד בטיסת אפולו 11, ההליכה על הירח היתה מקבלת דרוג 1, ואילו הירידה לנחיתה עליו (שכידוע כמעט לא הצליחה) הוא נותן דירוג 13.
אז כדאי לנו סוף סוף להכיר במחשב שהנחית אנשים על הירח בשנת 1969 עם כוח המחשוב המוגבל שהיה זמין באותה עת. זה היה הישג מדהים.
לכתבה המקורית ב-THE CONVERSATION
עוד בנושא באתר הידען:
6 Responses
מעניין לראות את נופי הירח אם נוחתים בצד שבו מאירה השמש……
כל ההשוואה נכונה רק אם כותבים את התוכנה הבאה בשפת מכונה או אסמבלר. המתכנתים של אפולו כתבו בשפת סף ממש כדי לעמוד בזמן עיבוד מהיר במיוחד שנדרש בחלל. כיום אומנם הזיכרון וכוח החישוב עצומים לאין שיעור מפעם אבל רובם "מתבזבזים" על גרפיקה או חווית משתמש מיותרת שלא רלוונטיות למשימות בחלל. שמה אמינות ומהירות זה שם המשחק.
ההבדל המשמעותי של ימי אפולו ומשימת הירח שעומדת לצאת בשנים הקרובות "ארטמיס" הוא מידת המידע והתשתיות שזמינים וקיימים היום, לעומת אז, שלא היה כלום. אפילו את הרעיון של מחשב משימה ייעודי המציאו עבור "אפולו" (ומאז דחפו מיליארדי כאלו לכל מה שזקוק לשמץ של בקרה).
https://www.youtube.com/watch?v=ndvmFlg1WmE
כך בנו את המחשב של "אפולו". הבדל דרמטי ממציאות ימינו שבה קונים אונליין איזה "Teensy" בכמה דולרים. אפילו מחשבי חלל יעודיים עם מערכות הפעלה ייעודיות אפשר לקנות מהמדף (כפי שעשו ב"בראשית").
לגבי התכנה של "אפולו", היא לא הייתה שונה באופן מהותי מהתכנות של אותה התקופה. מה שהם כן נדרשו להקפיד עליו זה נכונות התכנה, והמשאבים שהמחשב העמיד לרשותם. כמובן, בשלב מסוים גילו שהיו רוצים לעשות יותר עם המחשב ממה שהיה אפשר, בהינתן היכולות שלו. וזה דבר שהיה נכון מאז ומעולם, לכל מחשב שהוא.
בתכנית החדשה (ארטמיס) ישתמשו במה שיש כרגע על המדף. זה אומר שהמשימה תוגבל ליכולת הנשיאה של המשגרים הגדולים ביותר שיש כיום, מהסוג של "פלקון כבד", ולא מהסוג שאולי באמת היו רוצים. בין היתר זה אומר שיצטרכו לשגר כמה טילים כאלו כדי לבצע הנחתה אחת על הירח, בשונה מתכנית אפולו.
ועוד משהו מאוד מקיף על אפולו, ועל המדינה שהוציאה לפועל את המשימה האדירה הזו:
https://www.youtube.com/watch?v=1L_11fggn0Q
אני חושב שההבדל המשמעותי בין ימי אפולו לבין היום הוא כמות המשאבים שצריך להשקיע בשביל להוציא משימה כזו אל הפועל. אמנם הרבה מאוד הולך מסביב על דלק וכו', אבל מבחינת מחשב זמן התכנות של מחשבי אפולו היה מורכב פי עשרות (אם לא מאות או אלפי) מונים ממה שצריך היה היום.
השוואת הביצועים של שני יצורים שונים כל כך זוהי משימה קשה יותר מכפי שמשערים, ואני חושש שהכותב לא ממש הצליח. השוואת גודל זיכרון העבודה, גודל האחסון, מספר הסיביות ומהירות המעבד זה רק ההתחלה. השילוב שלהם לכדי מספר אמין שמתאר את השיפור בביצועים הוא המשימה האמתית, והפרופסור למדעי המחשב בכלל לא ניסה לעמוד בה, ולהסביר לנו עד כמה חזק מחשב ה-PC הטיפוסי ממחשב המשימה של אפולו.
שיטה אחת אכן הוזכרה. לחשב פי כמה מהר יותר מסוגל מחשב מודרני לבצע את התכנית של אפולו, והגיעו למספר של כ-100,000. אולם לשיטה זו יש הטיה חמורה, מכיוון שמחשב מודרני יפעיל רק מעט מזעיר מהמשאבים העצומים שעומדים לרשותו, ואף אחד לא ניסה להמיר את התכנית שרצה במחשב האפולו כך שתנצל בצורה טובה את משאבי המחשב המודרני.
השיטה ההפוכה, שבה מנסים לחשב כמה זמן ייקח למחשב המשימה של אפולו לבצע את החישובים שמבצע מחשב מודרני כשהוא מריץ משחק גרפי ייתן תוצאות יותר מעניינות. מעבר לעובדה הפשוטה שהוא לא יצליח כלל להריץ אפילו אפס קציה של תכנית כזו אפשר לחשב כמה זמן ייקח למעבד האפולו בן ה-16 סיביות לבצע פעולות כפל וחילוק ב-32 ו- 64 סיביות, לבצע פעולות בנקודה צפה, חישובים של פונקציות טריגונומטריות וביצוע פעולות ציור למסך. את זה כמובן יש להכפיל במספר הליבות של מעבד המחשב, ולהוסיף את פעולת המעבד הגרפי על המספר האדיר של ליבות קטנות שעומד לרשותו. התוצאה תעמוד לכל הפחות על הרבה מאות מיליונים, כמו כלום.
יש לציין כי לפי חוק מור, מאמצע שנות השישים (שאז נקבע המפרט של המחשבים) ועד היום, הכפלת מספר הטרנזיסטורים, שגוררת את אמדן שיפור הביצועים של המחשב, עומדת אי שם בטווח של בין מאות מיליונים ועשרות מיליארדים.
היתרון העיקרי של מחשב אפולו הוא שהמחשב תוכנן עבור הייעוד המסויים שלו, וזה מערכת זמן אמת- Real-time computing המיועדת להגיב בזמנים מוגדרים מראש, וזה דבר שאינו קיים בסמארטפונים.