מחשב הוא מכונה אלקטרונית שמעבדת נתונים לפי תוכנה - כלומר לפי רצף פקודות מראש. מערכת מחשב כוללת את החומרה, הציוד ההיקפי, מערכת ההפעלה והתוכנה הפועלת עליו.
מחשבים נמצאים כמעט בכל מכשיר מודרני. הם משובצים בטלפונים חכמים, במצלמות, ברכבים ובמפעלים. גם עסקים, בנקים ומוסדות ציבור מסתמכים על מחשבים לשמירת מידע, עיבודו ושליטה על מכונות כמו רובוטים בפסי ייצור.
כדי שמכונה תיחשב למחשב היא צריכה שני תנאים עיקריים. הראשון: תגובה מוסברת היטב לפקודות, כך שניתן לדעת מראש מה תעשה. השני: היכולת לבצע אוסף פקודות מבלי שמפעיל צריך להנחות אותה בכל צעד. זה מה שמבדיל מחשב ממכונת חישוב ידנית.
המונח "מחשב" רחב. קונסולת משחקים, טלפון חכם ומחשב בקרה במטוס כולם עומדים בהגדרה. ההבדלים ביניהם הם בעיקר בעוצמה: מהירות ועוצמת הזיכרון.
האבות הקדמונים של המחשב כוללים חשבונייה ומנגנון אנטיקיטרה, שנועדו לערוך חישובים. במשך הדורות הופיעו מכונות מכניות כמו מכשירי חישוב ונול ז'אקאר, שהשתמש בכרטיסים מנוקבים כדי לקבוע תבניות.
במאה ה־19 צ'ארלס בבג' תכנן מחשב ניתן לתכנות, אך הוא לא הושלם. עד סוף המאה ה־19 התפתחו גם כרטיסים מנוקבים ושפופרות ריק ששימשו מאוחר יותר בתחום המחשוב.
במחצית הראשונה של המאה ה־20 נעשה שימוש במחשבים אנלוגיים-מכניים. בשנות ה־30 וה־40 הופיעו מחשבים דיגיטליים ראשונים עם אלקטרוניקה דיגיטלית ותכנות מתקדם. קשה לציין "המחשב הדיגיטלי הראשון" כי היו פיתוחים רבים במקביל.
דוגמאות חשובות הן מכשירים של קונראד צוזה ואניאק (ENIAC). ב־1948 הוצע מודל ארכיטקטורת פון נוימן, שהפך לבסיס רוב המחשבים המודרניים. בישראל פעל החל מ־1955 המחשב ויצק במכון ויצמן, שהיה בין הראשונים בעולם.
מעגלים מבוססי שפופרות הוחלפו בטרנזיסטורים. אחר כך הופיעו המעגלים המשולבים, ואחריהם המיקרו־מעבדים בשנות ה־70. המיקרו־מעבד איפשר מחשבים קטנים וזולים יותר, וגרם להופעת המחשב האישי.
הנטייה מאז היא להקטין ולזולל עוד ועוד רכיבים ולשפר ביצועים. מחשבי־על ומחשבים מרכזיים (mainframe) עדיין קיימים, אבל רוב המחשבים הם מיקרו־מחשבים - מחשבים אישיים, ניידים וטלפונים חכמים. צורת המחשב הנפוצה ביותר היא המיקרו־בקר - מחשב זעיר המשובץ במכשיר אחר.
לרוב המחשבים יש ארבע קבוצות רכיבים עיקריות, המחוברות באפיקים (buses) ומופעלות על ידי שעון פנימי:
התקני קלט־פלט מאפשרים למחשב לתקשר עם העולם החיצון. התקני קלט מביאים מידע למחשב (מקלדת, עכבר, מצלמה, סורק). התקני פלט מציגים תוצאות (צג, מדפסת, רמקולים) או מפעילים מכונה (רובוט).
חלק מההתקנים עובדים גם כקלט וגם כפלט, למשל כונן תקליטורים או דיסק קשיח. אמצעי אחסון משמשים גם כהתקני קלט־פלט. התקנים לתקשורת מחברים מחשבים לרשת ולאינטרנט.
זיכרון המחשב מאחסן פקודות ונתונים. אפשר לדמותו לרשימת תאים עם כתובות ייחודיות. לפי ארכיטקטורת פון נוימן, תאי הזיכרון יכולים להכיל פקודות או נתונים.
זו היחידה שמבצעת חישובים מספריים (אריתמטיקה) ותפעולי השוואה (לוגיקה). במחשבים מסוימים לא כל הפעולות האריתמטיות מיושמות בחומרה, וחלק מהפעולות מבוצעות בתוכנה.
יחידת השליטה קוראת את הפקודות מהזיכרון ומבצעת אותן. היא מספקת נתונים ליחידה האריתמטית־לוגית ושולחת תוצאות לזיכרון או להתקנים. יחד, יחידת השליטה והיחידה האריתמטית־לוגית בדרך כלל מהווים את המעבד (CPU), "מוח" המחשב.
המעבד קורא פקודה מהזיכרון, מבצע אותה ושומר תוצאות. זה חוזר עד לפקודת עצירה. כל פקודה מיוצגת בקוד בינארי (0 ו־1) בשפת המכונה של המעבד. אטומיות הפקודות (ביצוע פעולה אחת מוגדרת בכל פקודה) עושה את העיבוד יעיל ומהיר.
מחשבים רבי־מעבדים, כמו מחשבי־על, משתמשים בכמה מעבדים לעבוד במקביל.
בעבר חילקו מחשבים לפי גודל: מיקרו, מיני, מרכזיים ומחשבי־על. כיום מנהגים למיין לפי שימוש: מחשבים אישיים ושרתים, עם תחנות עבודה באמצע.
מחשבים אישיים מיועדים למשתמש יחיד. טלפונים חכמים וטאבלטים הם מחשבים אישיים קטנים. מחשבים ניידים ושולחניים (נייחים) הם הצורה הנפוצה.
תחנות עבודה חזקות יותר מהמחשב האישי. הן משמשות מקצוענים לצרכי עיבוד גרפי וכדומה.
שרתים משרתים משתמשים רבים. יש שרתים קטנים, בינוניים וגדולים. מחשבים מרכזיים (mainframe) הם תת־קבוצה של שרתים גדולים, עם אמינות גבוהה ותמיכה בהתקני קלט־פלט מהירים. מחשבי־על בנויים למשימות חישוב עוצמתיות.
תוכנה היא אוסף התוכניות שמורות על המחשב מה לעשות. בלי תוכנה החומרה היא קליפה ריקה. תוכניות נכתבות בשפות תכנות ומורכבות ממיליוני פקודות שמורצות במהירות רבה.
שפת המכונה היא הקוד שהמעבד מבין ישירות. להקל על האדם, יש שפות תכנות גבוהות יותר, שמתרגמות להוראות של המעבד בעזרת מהדר או מפרש. יש שפות נמוכות (Assembly) שאינן רחוקות משפת המכונה, ושפות עיליות שמספקות מושגים מופשטים כמו "לולאה".
מערכת ההפעלה היא התוכנה המרכזית שתיאמת בין המשתמשים, התוכניות והחומרה. היא מאפשרת ריבוי משימות וריבוי משתמשים, מנהלת גישה להתקנים ושומרת על הגנה ואמינות.
מחשבים משמשים בחשבון מדעי, בתעשייה, בעסקים, באמנות, בבידור ובחינוך. הם מאפשרים עיבוד נתונים רחב היקף, עריכה של מוזיקה ותמונה, ומשחקים. גם למידה מרחוק (E‑learning) מתבססת על מחשבים.
האינטרנט התחיל מהרשת ARPANet וקישר מחשבים זה לזה. כיום האינטרנט מאפשר תקשורת גלובלית, שיתוף מידע וגישה מרחוק. הוא שינה את הדרך שבה מחשבים פועלים ביחד ומשמשים לפתיחת שירותים מקוונים.
יש מחקר במודלים חליפיים למחשבים, כמו חישוב באמצעות DNA (משתמש בתכונות החלוקה של מולקולות) ורשתות עצביות מלאכותיות (השראה מהמוח). מחשוב קוונטי, שימוש בתכונות קוונטיות של חלקיקים, יכול לפתור בעיות מסוימות מהר בהרבה.
קיימים מקצועות רבים שמתרכזים בחומרה, בתוכנה וביישומים. ידע במחשב הוא דרישת קדם בעבודות רבות. קיימות גם אגודות מקצועיות ותנועות מקומיות לתמיכה בתחום.
מחשב הוא מכונה שמבצעת פקודות ומשתמשת בתוכנה - רשימת הוראות. מערכת מחשב כוללת גם את החלקים הפיזיים (חומרה) ואת התוכנה.
מחשב צריך לדעת כיצד להגיב לפקודות. הוא גם צריך לבצע סדרת פקודות לבד, בלי שמישהו ידריך אותו כל צעד.
לפני המחשבים היו כלים חישוביים כמו חשבונייה ונול ז'אקאר עם כרטיסים מנוקבים. במאה ה־20 נבנו מחשבים דיגיטליים ראשונים. בשנות ה־70 הופיעו המיקרו־מעבדים שגרמו להמונים לקבל מחשבים אישיים.
מחשב בנוי מארבע קבוצות עיקריות: התקני קלט־פלט, זיכרון, יחידה אריתמטית־לוגית ויחידת שליטה.
קלט זה כיצד אנחנו נותנים מידע למחשב, כמו מקלדת ועכבר. פלט זה כיצד המחשב מראה תוצאות, כמו צג או מדפסת. חלק מהמכשירים עושים גם קלט וגם פלט.
הזיכרון שומר פקודות ונתונים. אפשר לדמותו לקופסאות עם כתובות. כל קופסה שומרת קצת מידע.
המעבד (CPU) הוא "המוח" של המחשב. הוא קורא פקודה, מבצע אותה ושומר תוצאה.
תוכנה היא קבוצת הוראות למחשב. שפות תכנות הן דרכים שאנשים כותבים בהן הוראות. לאחר מכן התוכנה מתורגמת לשפת המחשב (שפת מכונה) שהמעבד מבין.
מערכת ההפעלה היא התוכנה שמנהלת את המחשב. היא עוזרת להריץ תוכניות ולשמור על הסדר בין כמה משתמשים ותוכניות.
מחשבים עוזרים בעבודה, בבית, בבידור ובמדע. הם נמצאים בטלפונים, ברכב ובמכשירי חשמל. האינטרנט מקשר מחשבים ברחבי העולם. מחשבים ויזואליים עוזרים ליצור מוזיקה, תמונות וסרטים.
חוקרים חושבים על דרכים חדשות לחישוב, כמו מחשוב קוונטי (שימוש בתכונות זעירות של חלקיקים) ורשתות שבנויות בהשראת המוח. אלה רעיונות שעשויים לשפר פתרון בעיות בעתיד.
