WEIZAC

The WEIZAC Computer: History and Simulator

WEIZAC

The WEIZAC Computer: History and Simulator

Avi visiting WEIZAC at the Weizmann Institute
A visit to WEIZAC at the Weizmann Institute

This site started with a visit. I went to the Weizmann Institute, found WEIZAC, and stood next to the computer that helped begin Israel's computing story.

Seeing the machine in person made the history feel immediate. I decided to create this site and simulator so others could meet WEIZAC too, read its story, and try the ideas behind the machine for themselves.

The WEIZAC (Weizmann Automatic Computer) was Israel's first computer, completed in 1955 at the Weizmann Institute of Science in Rehovot. Based on the IAS architecture designed by John von Neumann at Princeton, it was built largely from schematics, without access to many standard parts, by a small team of dedicated scientists and engineers in the basement of the Ziskind Building.

Key facts: 40-bit word length, 21 instructions, 1024 words of magnetic drum memory (later expanded to 4096, then 12,288 words). It operated from 1955 until its retirement in 1963, performing groundbreaking calculations in tidal prediction, quantum mechanics, and numerical analysis.

Credits & References

Historical photographs courtesy of the Weizmann Institute WEIZAC archive.

The Story of WEIZAC

Building a computer while building a country

Historical photos in this section are from the Weizmann Institute WEIZAC archive.

The Birth of a Computer in a Nation Being Born

WEIZAC, the Weizmann Automatic Computer, was the first computer in Israel and one of the first large-scale stored-program electronic computers in the world.12 It was built at the Weizmann Institute of Science16 in Rehovot during 1954 and 1955, at a moment when the country was still fighting for the basics of statehood: housing, roads, food production, immigrant absorption, industry, and scientific institutions.

The decision was not practical in the narrow sense. Israel had no computer industry, no pool of trained digital engineers, no established programming profession, and no easy way to buy the parts for a machine of this class. That is exactly why WEIZAC matters. It was not only a machine for calculations. It was a deliberate attempt to create national scientific capacity before the infrastructure for that capacity existed.3

For eight years, from late 1955 until December 29, 1963, WEIZAC served physicists, mathematicians, geophysicists, chemists, crystallographers, defense researchers, and young programmers. Until 1961 it was the only computer in Israel.1

Princeton, 1945: Where It All Started

WEIZAC project leaders and engineers at the Institute for Advanced Study, including John von Neumann and Gerald Estrin
WEIZAC project leaders and engineers at the Institute for Advanced Study (photo1, Weizmann archive)

The technical roots of WEIZAC ran through Princeton. In the mid-1940s, the Institute for Advanced Study17 brought together figures such as Albert Einstein, John von Neumann, Herman Goldstine, Julian Bigelow, and a younger generation of engineers. Von Neumann's group was building the IAS computer, a binary stored-program machine that used 40-bit words, two 20-bit instructions per word, and a shared memory for data and instructions.14

Working in that environment was Chaim L. Pekeris, a Lithuanian-born Jewish physicist and applied mathematician. Pekeris understood earlier than most scientists that electronic computing could change the scale of scientific work. His specialty was turning difficult physical problems into numerical methods that a machine could actually execute.

In 1945, the Weizmann Institute asked Pekeris to establish a Department of Applied Mathematics in Rehovot. He accepted on one condition: the Institute must build a computer similar to the IAS machine. His immediate target was Laplace's tidal equations for the Earth's oceans, a problem with too many coupled numerical steps to be handled realistically by hand calculation.14

From ENIAC to WEIZAC: The First Electronic Computers

WEIZAC belonged to the first generation of electronic digital computers. The list below gives the machines that formed the path from ENIAC to WEIZAC, with a one-line view of where each was built, what it could do, and why it is remembered.14

YearComputerBuilt atOne-line significance
1945ENIACUniversity of Pennsylvania, USAElectronic general-purpose decimal computer for ballistic and scientific calculations; programmed by cables and switches, and famous for its women programmers.
1948Manchester BabyUniversity of Manchester, UKExperimental stored-program computer with Williams tube memory; proved that a program could live in electronic memory.
1949Manchester Mark 1University of Manchester, UKPractical successor to the Baby with index registers and drum storage; its design fed into the Ferranti Mark 1.
1949EDSACUniversity of Cambridge, UKStored-program computer built to serve university researchers; ran early programs for squares and primes and helped create a programming culture.
1949BINACEckert-Mauchly Computer Corporation for Northrop, USAEarly binary stored-program machine for aircraft guidance research; built by the ENIAC creators' new company.
1949CSIRACCSIR Radiophysics Laboratory, Sydney, AustraliaAustralian stored-program computer for scientific work; one of the oldest surviving first-generation computers and an early machine used to play music.
1950SEACU.S. National Bureau of Standards, Washington, DCStored-program computer built as an interim standards machine; became a productive scientific and government computing workhorse.
1950SWACNational Bureau of Standards at UCLA, USAFast scientific computer for numerical research; especially remembered for number theory calculations.
1951EDVACMoore School and U.S. Army Ballistics Research Laboratory, USABinary stored-program successor concept to ENIAC; the EDVAC report helped spread the stored-program architecture.
1951UNIVAC IEckert-Mauchly and Remington Rand, USACommercial stored-program computer for data processing; became famous after predicting the 1952 U.S. presidential election.
1951LEO IJ. Lyons & Co., UKBusiness computer based on EDSAC ideas; ran routine office jobs for a tea shop and food company.
1952IAS MachineInstitute for Advanced Study, Princeton, USA40-bit stored-program research computer; its widely shared design shaped an international family of machines.
1952ORDVACUniversity of Illinois for the U.S. Army, USAIAS-style machine for Aberdeen Proving Ground; linked university computer building with military scientific computing.
1952ILLIAC IUniversity of Illinois, USAUniversity-built IAS derivative for research; became one of the early centers of academic computing.
1952MANIAC ILos Alamos Scientific Laboratory, USAIAS derivative for physics and weapons calculations; used in early Monte Carlo and computational physics work.
1952IBM 701IBM, USAIBM's first large scientific electronic computer; brought IAS-style ideas into commercial scientific computing.
1953AVIDACArgonne National Laboratory, USAIAS-family computer for scientific research; supported nuclear and laboratory calculations.
1953ORACLEOak Ridge National Laboratory, USAIAS derivative for nuclear and scientific work; became one of the most capable U.S. laboratory computers of its time.
1953BESKSwedish Board for Computing Machinery, StockholmFast European stored-program computer; for a time it was regarded as one of the fastest computers in the world.
1954JOHNNIACRAND Corporation, USAIAS derivative named for John von Neumann; unusually long-lived and used for research into the 1960s.
1955WEIZACWeizmann Institute of Science, Rehovot, IsraelIAS-based 40-bit computer for Israeli science; first computer in Israel and the country's only computer until 1961.

The Advisory Committee: Einstein Says No, Von Neumann Says Yes

In July 1947, an advisory committee for the Weizmann Institute's Applied Mathematics Department discussed Pekeris' proposal. Its members included Albert Einstein and John von Neumann. Einstein was skeptical. Electronic computers were experimental, expensive, and far from proven. For a young country short of material resources, the plan sounded almost unreasonable.3

Von Neumann took the opposite view. When someone asked, "What will that tiny country do with an electric computer?", he replied:

"Don't worry about that problem. If nobody else uses the computer, Pekeris will use it full time!" John von Neumann, 19474

Einstein was eventually persuaded. Chaim Weizmann, head of the Institute and Israel's first president, assigned US$50,000 to the project, about one fifth of the Institute's budget.5 It was an astonishing bet: a fifth of a scientific institute's resources for a machine that almost nobody in the country yet knew how to build, program, repair, or even fully imagine using.

Gerald and Thelma Estrin: Schematics But No Parts

Constructing and checking WEIZAC during its build phase at the Weizmann Institute
Constructing and checking WEIZAC (photoa, Weizmann archive)

In 1952, Gerald Estrin18, a research engineer from the IAS computer project, was chosen to lead construction in Israel. He came with his wife, Thelma Estrin19, an electrical engineer who also worked on the project. They arrived by ship, carrying the design knowledge of Princeton but not the parts needed to turn that knowledge into hardware.

The Estrins brought schematics. The rest had to be found, fabricated, adapted, or invented locally. Gerald later captured the strange confidence required by the project:

"As I look back now, if we had systematically laid out a detailed plan of execution we would probably have aborted the project." Gerald Estrin1

Estrin discovered that many Israeli scientists, except Pekeris, thought the plan was ridiculous. He was placed in three rooms in the basement of the Ziskind Building and told, in effect, to turn drawings into a national computing laboratory.3

Building It: Improvisation and Determination

WEIZAC was built in conditions very different from Princeton, Cambridge, Manchester, or IBM. The team had to create both the computer and the local craft needed to make a computer possible. The vacuum tubes, chassis, memory, power systems, testing tools, punched tape equipment, wiring, and documentation all demanded a mix of formal engineering and practical improvisation.

Micha Kedem, an Israeli electrical engineer, joined Pekeris in roaming the streets of Tel Aviv searching for parts to build a tube tester. When precision machinery was needed, the team turned to a shop that normally made fans and bicycle parts, owned by recent immigrants from Bulgaria.3

Zvi Riesel, who had run the IDF radar workshop, joined after seeing a newspaper advertisement looking for people to build an electronic computer. Many applicants had lost education records during the Holocaust or immigration. In Israel's small technical community, reputation and demonstrated skill often mattered more than paperwork.3

Ephraim Frei brought physics and electronics expertise. Phillip Rabinowitz, a Whirlwind veteran from MIT, taught programming courses at Weizmann. Hans Jarosch, a new immigrant and aeronautical engineer, wrote application programs. Together with Kedem, Riesel, Thelma Estrin, and others, they turned WEIZAC into a working institution, not merely a finished device.310

First Calculation: October 1955

Central processing unit of WEIZAC
Central processing unit of WEIZAC (w2, Weizmann archive)

Construction began in earnest in 1954 and continued through 1955. As the machine neared completion, Gerald and Thelma Estrin returned to the United States. Shortly afterward, in October 1955, WEIZAC performed its first calculation.7 By early 1958 it was in full operation, with a growing user community and a backlog of scientific work waiting for time on the machine.3

Technical Specifications

WEIZAC followed the IAS style but, like almost every first-generation computer, it was a one-of-a-kind machine. Even other IAS-family computers could not simply exchange programs with it.1

FeatureSpecification
ArchitectureIAS-derived stored-program electronic computer
Word size40 bits
Instruction format20 bits, with an 8-bit opcode and 12-bit address
Instructions per word2
Number representationBinary, two's complement
Operation modeAsynchronous, with no central clock
RegistersAccumulator (AC) and Multiplier/Quotient (MQ)
Primary inputPunched paper tape
Later I/OMagnetic tape, added in 1958
Initial memory1,024 words on a magnetic drum
Core memory upgrade4,096 words of magnetic-core memory
Final memory, 196112,288 words, arranged as three 4,096-word modules

Scientific Breakthroughs

Chaim Pekeris and colleagues discussing an ocean tides model
Chaim Pekeris and colleagues discussing an ocean tides model (photo11, Weizmann archive)

WEIZAC justified Pekeris' insistence almost immediately. Its value was not that it made arithmetic faster in the abstract. It made certain scientific questions newly reachable.

  • Ocean tides: WEIZAC was used to solve Laplace's tidal equations on a global scale. The calculations helped identify an amphidromic point in the South Atlantic, a point around which tides rotate and at which the tide level does not change.1
  • Quantum mechanics: Yigal Accad translated Pekeris' equations for a two-electron atom into machine code. WEIZAC calculated eigenvalues for the system, and the results were later checked against experimental work at Brookhaven National Laboratory.8
  • Geophysics and seismology: The machine supported earthquake and earth science calculations that required repeated numerical solution of physical models.1
  • Chemistry and materials: WEIZAC was used in atomic spectroscopy and X-ray crystallography, fields where mathematical models had to be matched to experimental data.1
  • Numerical analysis: It supported random walk methods, approximation work, and the training of Israeli scientists in machine-based computation.1

Israel's Only Computer

Until 1961, WEIZAC was the only computer in the State of Israel. That fact turned it into a national resource. Users from other institutions competed for computing time, and frustration over the waiting list became one of the clearest proofs that Israel needed more computers, more programmers, and more digital engineers.16

End of an Era

WEIZAC operated until December 29, 1963. It was replaced by a commercially built CDC 1604A20, while the Institute's staff began work on a locally designed successor called GOLEM. The transition marked the end of the heroic one-machine era and the beginning of a broader Israeli computing ecosystem.1

Legacy

"Remarkable changes in Israel were evident. New roads, new buildings, new people, new problems. Before the start of the WEIZAC project there were no digital electronic computers in Israel. No electronic digital engineers. No programmers and no support personnel. The WEIZAC people succeeded in creating the technological know-how necessary for Israel to play a strong role in the information revolution." Gerald Estrin, 19633

In 2006, IEEE recognized WEIZAC as a Milestone in the history of electrical engineering and computing. The honor was not simply for building a machine. It recognized a cultural and technical leap: a group of scientists and engineers built a first-generation computer in a young country, used it for serious science, and created the skills that later fed Israel's computing and technology industries.69

Micha Kedem, Amos De-Shalit, and David Ben-Gurion
Micha Kedem, Amos De-Shalit, and David Ben-Gurion (photo12, Weizmann archive)

WEIZAC Timeline

1945
Pekeris Sets the Condition

The Weizmann Institute asks Chaim Pekeris to establish Applied Mathematics. He asks for a computer like the IAS machine.

1947
Advisory Committee

Einstein questions the plan, von Neumann supports it, and Chaim Weizmann allocates $50,000, about 20% of the Institute's budget.

1952
The Estrins Arrive

Gerald and Thelma Estrin arrive from the IAS project with schematics and begin turning the plan into hardware.

1954
Construction Begins

The WEIZAC team builds the computer in Rehovot, improvising parts, test equipment, and procedures as they go.

1955
First Calculation

WEIZAC performs its first computation in October. Israel's first computer is alive.

1958
Full Operation

WEIZAC reaches full operational capacity. Magnetic tape I/O is added and the machine becomes a national scientific resource.

1961
Memory Expansion

Additional 4,096-word core memory modules expand total memory to 12,288 words.

1963
Retirement

WEIZAC operates its last day on December 29 and is replaced by a CDC 1604A.

2006
IEEE Milestone

IEEE recognizes WEIZAC as a Milestone in Electrical Engineering and Computing. The builders receive the WEIZAC Medal.

The People Who Built WEIZAC

CLP

Chaim L. Pekeris

Visionary & Scientific Driver

Lithuanian-born physicist who made a computer his condition for joining Weizmann. His tidal and quantum calculations gave WEIZAC its first great missions.

CW

Chaim Weizmann

Institutional Sponsor

Head of the Weizmann Institute and Israel's first president. He committed $50,000, about a fifth of the Institute budget, to the computer project.

JvN

John von Neumann

IAS Architecture Champion

Supported the project when others doubted it and provided the architectural lineage that shaped WEIZAC's 40-bit stored-program design.

AE

Albert Einstein

Advisory Committee Member

Initially skeptical of building such an expensive experimental machine in a young country, then accepted the plan after von Neumann's support.

GE

Gerald Estrin

Construction Lead

Princeton engineer from the IAS project who led WEIZAC's physical construction and later documented the WEIZAC years.

TE

Thelma Estrin

Electrical Engineer

Worked with Gerald Estrin on the project and later became a pioneer in biomedical engineering and one of the notable women in early computing.

EF

Ephraim Frei

Physicist and Engineer

Princeton-linked Israeli physicist who joined the project and helped bridge high-level scientific aims with practical electronics work.

MK

Micha Kedem

Electrical Engineer

Israeli engineer who searched Tel Aviv for parts, helped build test equipment, and later became part of Israel's computing industry.

ZR

Zvi Riesel

Electronics Technician

Former IDF radar workshop chief who joined after seeing a newspaper ad and brought hands-on electronics expertise to the machine.

PR

Phillip Rabinowitz

Programming Instructor

Whirlwind veteran from MIT who taught programming at Weizmann and helped train Israel's first generation of computer users.

HJ

Hans Jarosch

Application Programmer

Aeronautical engineer and new immigrant who wrote application programs after service in the Israeli Air Force.

YA

Yigal Accad

Scientific Programmer

Translated Pekeris' two-electron atom equations into WEIZAC machine code, producing landmark quantum calculations.

References

  1. Wikipedia: WEIZAC
  2. Weizmann Institute: Computer Studies
  3. Weizmann Institute: The WEIZAC (from Interface, Spring/Summer 1998)
  4. Corry, Leo; Leviathan, Raya (2023). Chaim L. Pekeris and the Art of Applying Mathematics with WEIZAC, 1955-1963. Springer Nature. ISBN 978-3-031-27125-0
  5. Weizmann Institute: WEIZAC IEEE Milestone Invitation
  6. IEEE Milestone: WEIZAC Computer, 1955
  7. Weizmann Institute Scientific Activities (1962), p. 19
  8. Koutschan, Christoph; Zeilberger, Doron (2011). "The 1958 Pekeris-Accad-WEIZAC Ground-Breaking Collaboration." The Mathematical Intelligencer 33(2): 52-57. arXiv:1006.0200
  9. Bogdanowicz, Anna (2006). Middle East's First Computer Named History Milestone. IEEE.
  10. Estrin, Gerald (1991). "The WEIZAC Years (1954-1963)." IEEE Annals of the History of Computing 13(4): 317-339.
  11. Corry, Leo; Leviathan, Raya (2019). WEIZAC: An Israeli Pioneering Adventure in Electronic Computing (1945-1963). Springer Verlag.
  12. Google Blog: Remembering WEIZAC
  13. YouTube: Prof. Aviezri Fraenkel recounts WEIZAC
  14. Wikipedia: History of computing hardware
  15. Wikipedia: IAS machine
  16. Wikipedia: Weizmann Institute of Science
  17. Wikipedia: Institute for Advanced Study
  18. Wikipedia: Gerald Estrin
  19. Wikipedia: Thelma Estrin
  20. Wikipedia: CDC 1604

סיפור ה-WEIZAC

בניית מחשב תוך כדי בניית מדינה

התמונות ההיסטוריות בעמוד הזה מגיעות מארכיון ה-WEIZAC של מכון ויצמן.

לידת מחשב בתוך לידת מדינה

ה-WEIZAC, ראשי תיבות של Weizmann Automatic Computer, היה המחשב הראשון בישראל. הוא נבנה במכון ויצמן למדע16 ברחובות בשנים 1954 ו-1955, בתקופה שבה המדינה עוד ניסתה לסדר את הדברים הכי בסיסיים: בתים, כבישים, מזון, קליטת עלייה, תעשייה, צבא, אוניברסיטאות ומוסדות מחקר.

בגלל זה הסיפור שלו כל כך יפה בעיניי. לא מדובר במדינה עשירה שקנתה מחשב מוכן. כמעט לא היתה כאן תעשיית אלקטרוניקה, לא היו הרבה מהנדסים עם ניסיון במחשבים דיגיטליים, ולא היתה קהילה של מתכנתים. ובכל זאת, קבוצה קטנה החליטה שמדע רציני צריך כלי רציני, גם אם צריך לבנות אותו כמעט מאפס.

מ-1955 ועד 29 בדצמבר 1963 ה-WEIZAC שירת מדענים, מתמטיקאים, פיזיקאים, גיאופיזיקאים, כימאים, אנשי ביטחון ומתכנתים צעירים. עד 1961 הוא היה המחשב היחיד בישראל.

פרינסטון, 1945: איפה הכל התחיל

ראשי פרויקט WEIZAC ומהנדסים במכון למחקר מתקדם בפרינסטון
ראשי פרויקט WEIZAC ומהנדסים במכון למחקר מתקדם בפרינסטון (ארכיון ויצמן)

השורשים של WEIZAC מתחילים בפרינסטון. באמצע שנות ה-40, במכון למחקר מתקדם, עבדו אנשים כמו אלברט איינשטיין וג'ון פון נוימן. פון נוימן הוביל שם את בניית מחשב ה-IAS, אחד המחשבים החשובים הראשונים עם תוכנית שמורה בזיכרון.

הרעיון היה פשוט ומבריק: הזיכרון מחזיק גם נתונים וגם הוראות. המחשב קורא הוראה, מבצע אותה, עובר להוראה הבאה, וכך אפשר לכתוב תוכנית אמיתית במקום לחבר מחדש כבלים בכל פעם. במחשב ה-IAS היו מילים של 40 סיביות, ובכל מילה נכנסו שתי הוראות של 20 סיביות.

ליד פון נוימן עבד חיים ל. פקריס, פיזיקאי ומתמטיקאי שימושי יליד ליטא. פקריס לא ראה במחשב צעצוע הנדסי. הוא ראה בו מכשיר מדעי חדש. ב-1945 מכון ויצמן ביקש ממנו להגיע לרחובות ולהקים מחלקה למתמטיקה שימושית. הוא הסכים, אבל עם תנאי אחד: המכון חייב לבנות מחשב דומה ל-IAS. החלום שלו היה לפתור את משוואות הגאות והשפל של לפלס עבור האוקיינוסים, בעיה גדולה מדי לחישוב ידני.

מ-ENIAC עד WEIZAC: המחשבים הראשונים

כדי להבין איפה WEIZAC נמצא בהיסטוריה, כדאי לשים אותו על ציר הזמן של המחשבים האלקטרוניים הראשונים. זה לא היה מחשב מאוחר או שולי. הוא היה חלק מהגל הראשון ממש.

שנהמחשבאיפה נבנהמה מיוחד בו
1945ENIACאוניברסיטת פנסילבניה, ארצות הבריתמחשב אלקטרוני כללי לחישובים בליסטיים ומדעיים. תכנתו אותו בכבלים ומתגים.
1948Manchester Babyאוניברסיטת מנצ'סטר, בריטניהניסוי קטן שהוכיח שתוכנית יכולה להיות שמורה בזיכרון אלקטרוני.
1949Manchester Mark 1אוניברסיטת מנצ'סטר, בריטניההמשך מעשי יותר ל-Baby, עם רעיונות שהשפיעו על Ferranti Mark 1.
1949EDSACאוניברסיטת קיימברידג', בריטניהמחשב שירות אקדמי מוקדם. מדענים באמת השתמשו בו למחקר יומיומי.
1949BINACחברת Eckert-Mauchly עבור Northrop, ארצות הבריתמחשב בינארי מוקדם של יוצרי ENIAC, שנבנה למחקר הנחיית מטוסים.
1949CSIRACמעבדת CSIR בסידני, אוסטרליהמחשב מדעי אוסטרלי, וגם אחד המחשבים הראשונים שניגנו מוזיקה.
1950SEACהלשכה הלאומית לתקנים, וושינגטוןמחשב ממשלתי ומדעי שהפך לכלי עבודה יעיל ולא רק לניסוי.
1950SWACUCLA והלשכה הלאומית לתקנים, ארצות הבריתמחשב מהיר לזמנו, זכור במיוחד מחישובים בתורת המספרים.
1951EDVACMoore School וצבא ארצות הבריתמחשב בינארי עם תוכנית שמורה. הדוח עליו עזר להפיץ את הארכיטקטורה החדשה.
1951UNIVAC IEckert-Mauchly ו-Remington Rand, ארצות הבריתמחשב מסחרי מוקדם לעיבוד נתונים. התפרסם כשחזה את הבחירות בארצות הברית ב-1952.
1951LEO Iחברת J. Lyons & Co., בריטניהמחשב עסקי מוקדם שניהל עבודות משרדיות עבור חברת מזון ותה.
1952IAS Machineהמכון למחקר מתקדם, פרינסטוןמחשב מחקר של 40 סיביות. השרטוטים והרעיונות שלו השפיעו על משפחה שלמה של מחשבים.
1952ORDVACאוניברסיטת אילינוי עבור צבא ארצות הבריתמחשב בסגנון IAS שחיבר בין מחקר אוניברסיטאי לצרכים צבאיים.
1952ILLIAC Iאוניברסיטת אילינוי, ארצות הבריתמחשב אוניברסיטאי חשוב שהפך למרכז מוקדם של חישוב אקדמי.
1952MANIAC Iלוס אלמוס, ארצות הבריתמחשב למחקר פיזיקלי וחישובים גרעיניים, כולל עבודות Monte Carlo מוקדמות.
1952IBM 701IBM, ארצות הבריתהמחשב האלקטרוני המדעי הגדול הראשון של IBM.
1953AVIDACהמעבדה הלאומית ארגון, ארצות הבריתמחשב ממשפחת IAS לחישובים מדעיים ומחקר גרעיני.
1953ORACLEהמעבדה הלאומית Oak Ridge, ארצות הבריתמחשב חזק לזמנו ששימש למחקר מדעי וגרעיני.
1953BESKסטוקהולם, שבדיהמחשב אירופי מהיר מאוד לזמנו, שנחשב תקופה מסוימת לאחד המהירים בעולם.
1954JOHNNIACRAND Corporation, ארצות הבריתמחשב ממשפחת IAS על שם פון נוימן, שפעל שנים רבות יחסית.
1955WEIZACמכון ויצמן למדע, רחובותהמחשב הראשון בישראל, מבוסס IAS, ושימש את המדע הישראלי כמחשב היחיד במדינה עד 1961.

הוועדה המייעצת: איינשטיין מהסס, פון נוימן דוחף קדימה

ביולי 1947 התכנסה ועדה מייעצת כדי לדון בתוכנית של פקריס. היו שם אנשים בסדר גודל שקשה לדמיין, כולל אלברט איינשטיין וג'ון פון נוימן. איינשטיין לא קפץ על הרעיון. מחשבים היו יקרים, ניסיוניים ולא בטוח שימושיים. למדינה צעירה ודלה במשאבים זה נשמע כמעט מותרות.

פון נוימן חשב אחרת. כששאלו מה כבר תעשה מדינה קטנה עם מחשב חשמלי, הוא ענה:

"אל תדאגו לבעיה הזו. אם אף אחד אחר לא ישתמש במחשב, פקריס ישתמש בו במשרה מלאה!" ג'ון פון נוימן, 1947

בסוף איינשטיין השתכנע. חיים ויצמן, ראש המכון ונשיאה הראשון של מדינת ישראל, הקצה לפרויקט 50,000 דולר, בערך חמישית מתקציב המכון. זה הימור ענק: לא על מחשב מוכן, אלא על היכולת של אנשים בארץ לבנות ידע מאפס.

ג'רלד ותלמה אסטרין: שרטוטים בלי חלקים

בניית WEIZAC ובדיקת המחשב במכון ויצמן
בניית WEIZAC ובדיקת המחשב (ארכיון ויצמן)

ב-1952 נבחר ג'רלד אסטרין, מהנדס שעבד בפרויקט ה-IAS בפרינסטון, להוביל את בניית WEIZAC בישראל. הוא הגיע עם אשתו תלמה אסטרין, גם היא מהנדסת חשמל ואחת הנשים החשובות בראשית עולם המחשוב.

הם הביאו איתם את השרטוטים ואת ההבנה של פרינסטון, אבל לא הביאו ארגזים של חלקים. את החלקים היה צריך למצוא, להזמין, לאלתר, לבנות או להחליף במשהו מקומי. אסטרין קיבל כמה חדרים במרתף בניין זיסקינד, ושם התחיל להפוך רעיון למכונה.

"כשאני מסתכל אחורה, אם היינו מתכננים באופן שיטתי תוכנית ביצוע מפורטת, כנראה היינו מבטלים את הפרויקט." ג'רלד אסטרין

המשפט הזה מרגיש מאוד אמיתי. לפעמים פרויקט מצליח דווקא כי מתחילים לזוז לפני שמבינים עד הסוף כמה הוא קשה.

הבנייה: הרבה אלתור, הרבה חוצפה טובה

היום אנחנו רגילים להזמין רכיבים, לפתוח תיעוד, להוריד SDK ולהתחיל לעבוד. ב-WEIZAC זה היה עולם אחר. הצוות היה צריך לבנות גם את המחשב וגם את היכולת המקומית לבנות מחשב. שפופרות, ספקי כוח, חיווט, בדיקות, זיכרון, סרט נייר, כלי מדידה, הכל היה פרויקט בפני עצמו.

מיכה קדם הסתובב עם פקריס בתל אביב בחיפוש אחרי חלקים. כשצריך היה ייצור מדויק, הם נעזרו גם בבית מלאכה שעשה מאווררים וחלקי אופניים. צבי ריזל, שהיה אחראי על סדנת המכ"ם של צה"ל, הגיע אחרי שראה מודעה בעיתון. פיליפ רבינוביץ', שעבד קודם בפרויקט Whirlwind ב-MIT, לימד את קורסי התכנות הראשונים. הנס ירוש כתב תוכניות יישום. אפרים פריי הביא ידע בפיזיקה ובאלקטרוניקה.

זה לא היה רק צוות שבונה חומרה. זו היתה תחילת קהילה מקצועית. אנשים למדו איך לחשוב במונחים של מילים בינאריות, כתובות, הוראות, זיכרון, באגים וזמן מחשב. במובן הזה, WEIZAC לא רק חישב. הוא לימד את ישראל איך לעבוד עם מחשבים.

החישוב הראשון: אוקטובר 1955

יחידת העיבוד המרכזית של WEIZAC
יחידת העיבוד המרכזית של WEIZAC (ארכיון ויצמן)

הבנייה הרצינית התקדמה בשנים 1954 ו-1955. באוקטובר 1955 WEIZAC ביצע את החישוב הראשון שלו. זה רגע קטן על הנייר, אבל ענק בהיסטוריה המקומית: בפעם הראשונה מחשב אלקטרוני בישראל קרא הוראות, ביצע אותן והחזיר תוצאה.

עד תחילת 1958 המחשב כבר היה בפעולה מלאה. נוספו סרטים מגנטיים, גדל מספר המשתמשים, והתחיל להיווצר תור אמיתי של חוקרים שרצו זמן מחשב.

מפרט טכני

WEIZAC היה מבוסס על רעיונות ה-IAS, אבל כמו רוב המחשבים של הדור הראשון הוא היה מכונה ייחודית. גם מחשבים מאותה משפחה לא היו בהכרח תואמים אחד לשני ברמת התוכניות.

תכונהמפרט
ארכיטקטורהמחשב אלקטרוני עם תוכנית שמורה, בהשראת IAS
גודל מילה40 סיביות
פורמט הוראה20 סיביות, 8 סיביות קוד פעולה ו-12 סיביות כתובת
הוראות למילה2
ייצוג מספריםבינארי, משלים לשתיים
מצב פעולהא-סינכרוני, ללא שעון מרכזי
אוגריםצובר (AC), מכפל/מנה (MQ)
אמצעי קלט ראשיסרט נייר מנוקב
קלט ופלט מאוחרים יותרסרט מגנטי, נוסף ב-1958
זיכרון ראשוני1,024 מילים על תוף מגנטי
שדרוג זיכרון4,096 מילים של זיכרון ליבה מגנטית
זיכרון סופי, 196112,288 מילים, בשלושה מודולים של 4,096 מילים

פריצות דרך מדעיות

חיים פקריס ועמיתים דנים במודל גאות ושפל
חיים פקריס ועמיתים דנים במודל גאות ושפל (ארכיון ויצמן)

ה-WEIZAC הוכיח מהר מאוד שהוא לא גימיק. הוא איפשר למדענים לשאול שאלות שבפועל אי אפשר היה לפתור ביד. זה ההבדל בין מחשבון גדול לבין שינוי אמיתי בדרך שעושים מדע.

  • גאות ושפל: חישובי משוואות לפלס עזרו לזהות נקודה אמפידרומית בדרום האוקיינוס האטלנטי, נקודה שסביבה הגאות מסתובבת ובה גובה המים כמעט לא משתנה.
  • מכניקת הקוונטים: יגאל עקד תכנת את הפיתוח המתמטי של פקריס למערכת של אטום עם שני אלקטרונים. התוצאות נבדקו בהמשך מול ניסויים במעבדת ברוקהייבן.
  • גיאופיזיקה ורעידות אדמה: המחשב שימש לחישובים חוזרים של מודלים פיזיקליים, בדיוק סוג העבודה שמחשב עושה טוב יותר מבני אדם.
  • כימיה וחומרים: WEIZAC שימש גם בספקטרוסקופיה אטומית ובקריסטלוגרפיית רנטגן, שבהן צריך להתאים מודלים מתמטיים למדידות.
  • אנליזה נומרית: המחשב שימש לשיטות קירוב, random walk, ולימוד מעשי של חישוב מדעי בישראל.

המחשב היחיד בישראל

עד 1961, ה-WEIZAC היה המחשב היחיד בכל מדינת ישראל. זה אומר שכל מי שהיה צריך חישוב רציני רצה להגיע אליו. הוא היה תפוס כל הזמן, והלחץ על זמן מחשב הפך לטיעון הכי משכנע לכך שישראל צריכה עוד מחשבים ועוד אנשים שיודעים לעבוד איתם.

בעיניי זה אחד החלקים הכי מעניינים בסיפור. ה-WEIZAC לא רק פתר בעיות קיימות. הוא יצר ביקוש. אנשים ראו מה אפשר לעשות עם מחשב, ואז כבר אי אפשר היה לחזור אחורה.

סוף התקופה ותחילת ההמשך

WEIZAC פעל עד 29 בדצמבר 1963. אחריו נכנס לשימוש מחשב CDC 1604A מסחרי, ובמכון ויצמן התחילו לעבוד גם על יורש מקומי בשם GOLEM.

זה היה מעבר חשוב. במקום מחשב יחיד, נדיר, שנבנה כמעט כמו משימת חלוץ, התחילה להיווצר סביבת מחשוב רחבה יותר. יותר מחשבים, יותר משתמשים, יותר תוכניות, יותר ידע.

מורשת

"שינויים מרשימים בישראל היו ניכרים. לפני תחילת פרויקט ה-WEIZAC לא היו בישראל מחשבים אלקטרוניים דיגיטליים. לא היו מהנדסי אלקטרוניקה דיגיטלית. לא היו מתכנתים ולא צוות תמיכה. אנשי ה-WEIZAC הצליחו ליצור את הידע הטכנולוגי הדרוש לישראל כדי למלא תפקיד חזק במהפכת המידע." ג'רלד אסטרין, 1963

ב-5 בדצמבר 2006, ה-IEEE הכיר ב-WEIZAC כאבן דרך בהיסטוריה של ההנדסה החשמלית והמחשוב. הצוות שבנה אותו קיבל את "מדליית ה-WEIZAC".

בעיניי, המורשת שלו היא לא רק שהוא היה ראשון. הרבה דברים הם "ראשונים" ונשכחים. WEIZAC חשוב כי הוא הראה שאפשר לבנות כאן יכולת אמיתית, עם ידע מקומי, עם עקשנות, ועם אמונה שמדינה קטנה יכולה להשתתף במהפכת המחשוב ולא רק לצפות בה מהצד.

מיכה קדם, עמוס דה שליט ודוד בן גוריון
מיכה קדם, עמוס דה שליט ודוד בן גוריון (ארכיון ויצמן)

ציר זמן קצר

1945
פקריס מציב תנאי

מכון ויצמן מזמין את חיים פקריס להקים מחלקה למתמטיקה שימושית. הוא מבקש מחשב בסגנון IAS.

1947
דיון גורלי

איינשטיין מהסס, פון נוימן תומך, וחיים ויצמן מקצה לפרויקט כ-20% מתקציב המכון.

1952
האסטרינים מגיעים

ג'רלד ותלמה אסטרין מגיעים מפרויקט ה-IAS עם שרטוטים, ניסיון ואומץ להתחיל.

1954
הבנייה מתחילה

הצוות בונה את המחשב ברחובות ומאלתר חלקים, בדיקות ותהליכי עבודה.

1955
החישוב הראשון

באוקטובר WEIZAC מבצע את החישוב הראשון שלו. ישראל נכנסת לעידן המחשב.

1958
פעולה מלאה

המחשב עובד בשגרה, נוסף סרט מגנטי, והביקוש לזמן מחשב גדל.

1961
הרחבת זיכרון

הזיכרון גדל ל-12,288 מילים בשלושה מודולים של 4,096 מילים.

1963
פרישה

ב-29 בדצמבר WEIZAC מסיים את עבודתו ומפנה מקום לדור הבא.

2006
הכרה בינלאומית

IEEE מכיר ב-WEIZAC כאבן דרך בהיסטוריה של הנדסת חשמל ומחשוב.

האנשים מאחורי המכונה

CLP

חיים ל. פקריס

החזון המדעי

הפיזיקאי והמתמטיקאי שדרש מחשב כתנאי להקמת המחלקה למתמטיקה שימושית. הבעיות המדעיות שלו נתנו ל-WEIZAC סיבה אמיתית להיבנות.

CW

חיים ויצמן

הגיבוי המוסדי

ראש מכון ויצמן ונשיאה הראשון של ישראל. אישר השקעה עצומה במונחי התקופה כדי לבנות יכולת מחשוב מקומית.

JvN

ג'ון פון נוימן

הארכיטקטורה והדחיפה

תמך בפרויקט ונתן לו את הרוח האדריכלית של מחשב ה-IAS, עם מילים של 40 סיביות ותוכנית שמורה בזיכרון.

AE

אלברט איינשטיין

הספקן החשוב

שאל את השאלה המתבקשת: האם זה הגיוני למדינה צעירה וענייה. בסוף הסכים לתמוך בתוכנית.

GE

ג'רלד אסטרין

מוביל הבנייה

מהנדס מפרויקט ה-IAS שהוביל את בניית WEIZAC בפועל והביא את ידע פרינסטון לרחובות.

TE

תלמה אסטרין

מהנדסת חשמל

שותפה חשובה בפרויקט, ובהמשך דמות בולטת בהנדסה ביו-רפואית ובתולדות הנשים במחשוב.

MK

מיכה קדם

מהנדס ואלתרן מעשי

חיפש חלקים, בנה ציוד בדיקה, והיה חלק מהצד המעשי שהפך שרטוטים למכונה.

ZR

צבי ריזל

מומחה אלקטרוניקה

איש סדנת המכ"ם של צה"ל שהצטרף בעקבות מודעה והביא ניסיון ידיים חיוני.

PR

פיליפ רבינוביץ'

מורה לתכנות

יוצא פרויקט Whirlwind ב-MIT שלימד את קורסי התכנות הראשונים והכשיר משתמשים ומתכנתים.

HJ

הנס ירוש

מתכנת יישומים

מהנדס אווירונאוטיקה ועולה חדש שכתב תוכניות יישום אחרי שירות בחיל האוויר.

YA

יגאל עקד

מתכנת מדעי

תרגם את משוואות האטום הדו-אלקטרוני של פקריס לקוד מכונה והיה חלק מהישג מדעי חשוב.

Loading lesson framework...

Instruction Set Architecture

WEIZAC ISA

WEIZAC followed the IAS-style stored-program architecture: 40-bit memory words, two 20-bit instructions per word, an 8-bit opcode, and a 12-bit address field. This is the instruction set used by the WEIZAC simulator.

Instruction Word Format

Every memory word can hold two instructions. The left instruction is executed first, then the right instruction, unless a jump changes control flow.

Left instruction bits 0-7 opcode bits 8-19 address
Right instruction bits 20-27 opcode bits 28-39 address
Word size40 bits
Instruction size20 bits
Opcode8 bits
Address12 bits, 0 to 4095

Registers and Notation

AC

The 40-bit accumulator. Most arithmetic results appear here, and the conditional jump tests its sign.

MQ

The 40-bit multiplier and quotient register. It is used by multiplication, division, and the two MQ load operations.

M(X)

The contents of memory location X. The X field is the 12-bit address inside the instruction.

Left and right halves

Branch instructions can target either the left half, bits 0-19, or the right half, bits 20-39, of a memory word.

Complete Instruction Set

The ISA has 21 instructions. The categories below are the mental model I use when programming the simulator: move data, do arithmetic, modify addresses, and branch.

Data Transfer

HexBinaryMnemonicOperationExplanation
0A00001010LOAD MQAC <- MQCopy the MQ register into AC. The address field is ignored.
0900001001LOAD MQ,M(X)MQ <- M(X)Load MQ from memory. This prepares MQ for multiplication or direct transfer to AC.
2100100001STOR M(X)M(X) <- ACStore the accumulator into memory location X.
0100000001LOAD M(X)AC <- M(X)Load the accumulator from memory.
0200000010LOAD -M(X)AC <- -M(X)Load the negated value of memory location X.
0300000011LOAD |M(X)|AC <- |M(X)|Load the absolute value of memory location X.
0400000100LOAD -|M(X)|AC <- -|M(X)|Load the negative absolute value of memory location X.

Arithmetic

HexBinaryMnemonicOperationExplanation
0500000101ADD M(X)AC <- AC + M(X)Add memory location X to AC.
0700000111ADD |M(X)|AC <- AC + |M(X)|Add the absolute value of memory location X to AC.
0600000110SUB M(X)AC <- AC - M(X)Subtract memory location X from AC.
0800001000SUB |M(X)|AC <- AC - |M(X)|Subtract the absolute value of memory location X from AC.
0B00001011MUL M(X)AC:MQ <- MQ * M(X)Multiply MQ by memory location X. The high part goes to AC and the low part goes to MQ.
0C00001100DIV M(X)MQ <- AC / M(X), AC <- AC % M(X)Divide AC by memory location X. The quotient goes to MQ and the remainder stays in AC.
1400010100LSHAC <- AC * 2Shift AC left by one bit. For integers, this doubles the value.
1500010101RSHAC <- AC / 2Shift AC right by one bit. For integers, this halves the value.

Address Modify

These are the instructions that make old-style loops possible. WEIZAC has no index registers, so a program changes the address field of an instruction already stored in memory.

HexBinaryMnemonicOperationExplanation
1200010010STOR M(X,8:19)M(X)[8:19] <- AC[28:39]Replace the address field of the left instruction in word X with the low 12 bits of AC.
1300010011STOR M(X,28:39)M(X)[28:39] <- AC[28:39]Replace the address field of the right instruction in word X with the low 12 bits of AC.

Conditional Branch

HexBinaryMnemonicOperationExplanation
0D00001101JUMP+ M(X,0:19)if AC >= 0, go to left M(X)If AC is non-negative, continue at the left instruction of word X.
0E00001110JUMP+ M(X,20:39)if AC >= 0, go to right M(X)If AC is non-negative, continue at the right instruction of word X.

Unconditional Branch

HexBinaryMnemonicOperationExplanation
0F00001111JUMP M(X,0:19)go to left M(X)Continue execution at the left instruction of word X.
1000010000JUMP M(X,20:39)go to right M(X)Continue execution at the right instruction of word X.

Execution Cycle

  1. Fetch: read the 40-bit word at the current program counter.
  2. Decode: split the word into left and right 20-bit instructions.
  3. Execute left: run the left instruction first.
  4. Execute right: if no jump occurred, run the right instruction from the same word.
  5. Advance: move to the next memory word and repeat.

Programming Notes

  • There is no stack, no CALL instruction, and no RET instruction.
  • There are no index registers. Array indexing is done by modifying instruction address fields.
  • The only conditional test is AC >= 0.
  • To test for a negative value, use JUMP+ to skip over the negative branch.
  • To test equality, subtract values and reason about the sign of the result.
  • Each 40-bit word can pack two instructions, so code layout matters.

Example

To compute C = A + B, where A is at address 100, B is at 101, and C is at 102:

Word N:    LOAD M(100)  |  ADD M(101)
Word N+1:  STOR M(102)  |  next instruction

WEIZAC Simulator Panel

Operate the machine with power, load, step, run, stop, and reset controls.

POWER HALT ERROR LEFT RIGHT
100 inst/sec

Registers

AC0000000000
0
MQ0000000000
0
PC000 L
Stateoff

Memory

Addr Hex (40-bit) Left Instr Right Instr

Paper Tape

Execution Log