Skozi grede > Ropotarnica

Osebni računalnik

Računalnik - Programska oprema - Internet - Pošta in splet -
Razvoj računalnikov


Računalnik

    Elektronski računalnik je stroj za obdelavo informacij. Je
    najbolj zapletena in vsestransko uporabna naprava, kar jih je
    do sedaj izdelal človek.

    V osnovi so vsi računalniki zgrajeni enako. Glavni sestavni
    deli vsakega računalnika so procesor, pomnilnik (s programi)
    in razne vhodno-izhodne enote. Med seboj so ti deli povezani s
    snopom vodnikov - sistemskim vodilom.

    Pomnilnik je zaporedje oštevilčenih/naslovljenih celic.
    Vsaka celica lahko hrani eno binarno število. Pomnilnik zna
    dve stvari: zapisati v določeno celico binarni podatek iz
    vodila in čitati iz določene celice binarni podatek ter ga
    postaviti na vodilo.

    Procesor je logično vezje - črna škatlica s priključnimi
    nožicami do vodila. V notranjosti skriva procesor več
    registrov: programski števec, podatkovni register, naslovni
    register, ukazni register in delovne registre. Vsak register
    lahko hrani eno binarno število. Na eno izmed nožic je
    priključena zunanja ura, ki ustvarja pravokotne napetostne
    sunke. Ko pride tak sunek, procesor - preko vodila - prečita
    vsebino tiste pomnilniške celice, katere naslov (številka) je
    v programskem števcu, ter števec poveča za 1. Pridobljeno
    binarno število nato interpretira kot ukaz in ga izvrši.
    Primer ukaza je: seštej vsebini dveh delovnih registrov in
    rezultat zapiši v prvega izmed njih. Ko je ukaz končan, se
    postopek ponovi z novo vsebino programskega števca. Ta je, kot
    vemo, za eno večja od prejšnje, če je le tekoči ukaz ni
    spremenil. Tako procesor izvršuje ukaze iz pomnilnika, to je,
    izvršuje delovni program. Procesor dela, dokler ne naleti na
    ukaz za konec. Vse dogajanje poteka v taktih, ki jih ustvarja
    sistemska ura.

    Vhodno-izhodne enote so razne (številsko naslovljene) enote,
    ki jim lahko procesor preko vodil pošilja binarne podatke
    oziroma jih od njih dobiva. Vsaka enota razume svoje
    specifične ukaze in se po njih ravna. Tipične enote so:
    tipkovnica, zaslon, magnetni disk, optični disk,
    polprevodniški vtič.

    Ob vključitvi računalnika se njegov programski števec
    postavi na (denimo) 0 in računalnik začne delati.
    Pomnilniške celice od 0 do (denimo) 64k so nekaj posebnega: da
    se jih čitati, ne pa tudi vanje pisati; njihova vsebina je
    neizbrisna in ohranja se tudi, ko računalnik izklopimo.
    Rečemo, da je to pomnilnik ROM (Read Only Memory). Preostale
    pomnilniške celice so pa take, da se da iz njih čitati in
    vanje pisati; ko računalnik izklopimo, se njihova vsebina
    izgubi. To je pomnilnik RAM (Random Access Memory). V ROM
    zapisani program, rečemo mu BIOS (Basic Input Output System),
    poskrbi, da procesor iz kakšne zunanje enote, recimo
    magnetnega diska, v pomnilnik RAM prečita bolj ali manj
    obširen nadzorni program - operacijski sistem, OS (Operating
    System). Ko je operacijski sistem naložen, se na zaslonu
    izpiše znak pripravljenosti, procesor pa čaka, kaj bomo
    odtipkali. Ko odtipkamo ukaz, ki ga operacijski sistem razume,
    računalnik ustrezno odreagira. Ukaz "date", recimo, izpiše na
    zaslon trenutni datum in čas, ki ga kaže računalnikova ura.
    To se ponavlja, dokler ne damo ukaza za konec in računalnik
    ugasnemo.


Programska oprema

    Računalnik dela tisto, kar ukažemo operacijskemu sistemu
    preko tipkovnice. Nekatere stvari zna operacijski sistem
    opraviti kar sam, za druge pa z diska naloži ustrezen dodatni
    program in mu prepusti kontrolo. Potem s tipkovnico ukazujemo
    temu programu. Ko končamo, ga operacijski sistem odstrani iz
    pomnilnika, da pridobi prostor za druge programe. Operacijski
    sistem sam je ves čas v pomnilniku.
    
    Nekateri operacijski sistemi lahko izvajajo več programov
    "istočasno". Drobec časa delajo po enem programu, potem
    drobec časa po drugem in tako naprej. Uporabnik tega sploh ne
    opazi. To so večopravilni sistemi. Spet drugi sistemi
    podpirajo več priključenih "terminalov" - tipkovnic in
    zaslonov. Z vsakega terminala lahko ukazuje drug uporabnik.
    Operacijski sistem dela malo za enega, malo za drugega. To so
    večuporabniški sistemi.

    Osnovni uporabniški programi so naslednji: za pisanje, za
    risanje in za računanje; za zajemanje podatkov, recimo iz
    priključenega fotografskega aparata ali magnetofona; za
    gledanje in obdelavo shranjenih slik/glasbe/videa; in za
    drugo. Obstajajo celo programi za igranje šaha, za simulacijo
    sogovornika in še za mnogo mnogo drugega.

    Operacijski sistem in uporabniške programe - programsko
    opremo - kupimo skupaj z računalnikovo strojno opremo;
    programi so že naloženi na magnetnem disku. Lahko jih kupimo
    tudi posebej, posnete na primernem nosilcu, recimo na optičnem
    disku, ter jih nato z računalnikom prepišemo na magnetni
    disk. Mnogo programov ja na voljo zastonj.

    Programe je seveda moral nekdo napisati. Take stvari delajo
    programerji. Čisto prve programe je bilo treba napisati v
    binarni obliki, torej kot zaporedje binarnih števil, ter jih
    zluknjati na papirnati trak ali papirnate kartice. Ob zagonu
    računalnika je ta skozi posebno vhodno enoto prebral trak ali
    kartice in v pomnilnik zapisal prebrani program. Vsaka vrsta
    procesorja je razumela drugačne binarne ukaze.

    Pisanje binarnih programov je izjemno mukotrpno in
    neproduktivno. Pa saj lahko to naredi računalnik sam! Enkrat
    za vselej napišemo hudo zapleten binarni program, ki zna
    pretvoriti zaporedje "simboličnih" ukazov v binarno obliko.
    Pravimo, da je to prevajalnik iz simboličnega v strojni jezik.
    Zamislimo si lahko raznovrstne nabore simboličnih ukazov, to
    je, raznovrstne programske jezike. Za vsakega je seveda treba
    sestaviti še prevajalnik. Ko danes kupimo računalnik, ima na
    disku že zapisane prevajalnike za take ali drugačne
    programske jezike, na primer Fortran ali C.

    Pisanje programov v simboličnih programskih jezikih je
    dosegljivo tudi navadnim smrtnikom. Z urejevalnikom besedil
    napišemo "izvorni" program; prevajalniku ukažemo, naj ga
    prevede v "binarnega"; in nato operacijskemu sistemu rečemo,
    no, zdaj ga pa poženi! Tako, na primer, sestavimo in poženemo
    program za izračun gibanja rakete ali - precej težje - za
    izračun jutrišnjega vremena iz današnjega stanja ozračja.

  
Internet

    Mnogi računalniki po svetu so povezani z različnimi
    komunikacijskimi linijami: bakrenimi, optičnimi, radijskimi.
    Vsak priključeni računalnik ima enolično številko IP
    (Internet Protocol Address). "Resni" računalniki imajo
    nespremenljivo številko, drugi pa ob vsakem zagonu dobijo iz
    omrežja začasno številko. Računalniki imajo programe raznih
    vrst, s katerimi lahko dostopamo do uslug drugih računalnikov.

    Celotno svetovno omrežje, internet, je sestavljeno iz mnogo
    podomrežij. Naš osebni računalnik je v enem izmed najnižjih
    podomrežij. V tem podomrežju je tudi specializirani
    "prehodni" računalnik, GATEAWAY, ki skrbi za povezovanje
    podomrežja v preostalo omrežje. Ta računalnik ima svoj
    stalni naslov IP.

    Obstajajo specializirani računalniki DNS (Domain Name
    Server). Na takem strežniku je seznam naslovov IP za
    določeno območje in vsakemu naslovu je prirejeno ime v
    obliki HOST.DOMAIN, na primer undulatus.arso.gov.si, pri
    čemer je undulatus ime stroja, ostalo pa ime domene.
    Zunanji računalnik lahko potem referenciramo kar z njegovim
    imenom, ne številko; seveda mora programska oprema vedeti
    IP od dostopnega DNS. Vsi DNS so med seboj povezani v
    drevesno strukturo; če referencirani DNS ne pozna zahtevane
    številke, povpraša navzgor in proces se nadaljuje, dokler
    številka ni najdena.

    Za stalno priključitev svojega stroja moramo od upravljalca
    ustreznega podomrežja pridobiti naslednje: imeni HOST in
    DOMAIN stroja, IP stroja, GATEAWAY IP in DNS IP. Povsem dobro
    shajamo tudi brez stalne številke IP; uporabljamo pač
    vsakokratno.

    Računalniki si med seboj izmenjujejo informacijo v obliki
    informacijskih paketov, od katerih je vsak dolg največ 1500
    oktetov. Vsak paket vsebuje naslovnika. Pošiljatelj
    informacijo razbije na pakete po posebnem protokolu TCP
    (Transmission Control Protocol), prejemnik pa jo spet združi.
    Če kakšni paketki manjkajo ali so poškodovani, se naslovnik
    pogodi s pošiljateljem, da jih ponovno pošlje. Posamezni
    paketki lahko potujejo do naslovnika po različnih poteh.


Pošta in splet

    Internet omogoča marsikaj; najpomemebnejši sta dve res
    ubijalski uslugi: pošiljanje elektronske pošte iz enega
    računalnika na drugega ter dostop do izbranih dokumentov na
    drugih računalnikih.

    Vsakdo, ki hoče prejemati/oddajati pošto, mora pri izbranem
    ponudniku pridobiti svoj poštni nabiralnik z elektronskim
    naslovom v obliki USER@DOMAIN, na primer
    marjan.divjak@arso.gov.si. Pošiljanje pošte v svet in
    dobivanje pošte iz sveta gre preko dveh ponudnikovih
    strežnikov: strežnika odhajajoče pošte SMTP (Simple Mail
    Transfer Protocol) in strežnika prihajajoče pošte POP3 (Post
    Office Protocol 3). Za oba strežnika moramo poznati njuni
    internetni imeni. Pošto pošljemo strežniku SMTP, on pa jo
    posreduje naprej proti naslovniku. Na strežnik POP3 pa prihaja
    pošta za nas; od tam jo prepišemo k sebi, kadar želimo.
    Občasno dobimo pri tem tudi pošto, ki nam jo je poslal
    strežnik SMTP in s katero nas obvešča, da naslovniku kakšne
    naše navzvenske pošte ni uspel dostaviti.

    Nekateri računalniki - spletni strežniki - lahko vsebujejo
    tekstovne dokumente v posebnem formatu HTML (Hypertext Markup
    Language) in strežniški program za posredovanje teh
    dokumentov vsem uporabnikom po svetu. Tak uporabnik ima na
    svojem računalniku poseben program, spletni brskalnik, s
    katerim lahko dostopa do teh spletnih strežnikov in njihovih
    dokumentov. Vsak dokument ima enolično spletno ime URI
    (Uniform Resource Indicator) v obliki
    http://HOST.DOMAIN/DOCUMENT, na primer
    http://www.arso.gov.si/ars/radar.html. Osnovna lastnost takega
    dokumenta je, da lahko vsebuje povezavo (link) na kakšen drug
    dokument: ta povezava je bralcu vidna, lahko jo klikne z miško
    in s tem zagleda drug dokument. Tipično je to drug HTML
    dokument, slika ali video. Vsi strežniki in dokumenti tvorijo
    svetovni splet (World Wide Web).

    Količina informacij na spletu je orjaška in nepregledna.
    Nujno je potreben način, kako kaj najdemo. Obstajajo posebni
    iskalni strežniki, ki stalno pregledujejo spletne strežnike
    in indeksirajo tamkaj najdene vsebine. Takle iskalni strežnik
    ima svojo spletno stran, kjer vtipkamo iskalni niz, recimo
    "radar padavine". Strežnik potem prebrska svoje indeksirane
    zapiske in iz njih potegne naslove tistih spletnih strani, ki
    vsebujejo besede iz iskalnega niza. Teh zadetkov je ogromno,
    zato jih iskalni strežnik razvrsti po pomembnosti na zapleten
    način (ki je njegova poslovna skrivnost). Eden izmed
    kriterijev za pomembnost spletnega zadetka je število linkov z
    drugih spletnih strani, ki kažejo nanj.


Razvoj računalnikov

    Današnji računalniki so imeli seveda svoje predhodnike.
    Poglejmo si nekatere odlikovane.

    ENIAC, 195o, Univerza v Pensilvaniji. Prvi elektronski
    računalnik. Sestavljen iz 18 000 elektronk. Velik kot
    30-metrska omara, težek 30 ton. Poraba 150 kW energije. Takt 
    5 kHz. Podatkovni vhod in izhod preko luknjanih kartic. Brez
    operacijskega sistema. Program je bilo traba vnesti v pomnilnik
    s fizičnim pretikanjem kablov in vključevanjem stikal.
    Programer je torej "programiral" tako, da je zlezel v
    računalnik in ročno nastavljal ukaze. Računalnik je bil
    primarno namenjen za izračunavanje balistike izstrelkov.

    IBM 7090, 196o. Prvi komercialni računalnik s tranzistorji.
    Sestavljen iz 50 000 tranzistorjev. Velik kot nekaj omar.
    Vhod/izhod programov in podatkov preko luknjanih kartic.
    Magnetni trak za alternativno shrambo programov in podatkov.
    Imel je operacijski sistem in razne prevajalnike. Z njim je NASA
    nadzirala let vesoljskih sond.

    Glavni računalniki, s katerimi sem sam delal, so bili
    naslednji. Vsi temeljijo na čedalje gostejših in hitrejših
    integriranih vezjih tranzistorjev.

    IBM 360, 197o. Makroračunalnik. Velik kot nekaj omar. Procesor
    32 bit. Pomnilnika 32 kB, magnetni trak, magnetni diski po 
    1 MB, teleprinterska konzola, čitalec/luknjač kartic in
    vrstični tiskalnik. Programi in podatki so bili na luknjanih
    karticah in v pomnilnik so šli preko čitalca kartic.

    PDP 11, 198o. Miniračunalnik. Velik kot omara. Procesor 16
    bit. Pomnilnika 256 kB, magnetni trak, magnetni diski po 10 MB,
    teleprinterska konzola, uporabniški terminali s tipkovnicami
    in katodnimi zasloni s 25 vrsticami po 80 znakov, matrični
    tiskalnik.

    IBM PC AT, 199o. Namizni osebni računalnik. Velik kot kovček.
    Procesor 16 bit, takt 12 MHz, pomnilnika 1 MB, magnetni disk za
    40 MB, gibki disk za 1.2 MB, tipkovnica, katodni zaslon s 
    25 x 80 znaki oziroma 720 x 350 grafiko, iglični tiskalnik.
    Operacijski sistem MS-DOS. Računalnik povezan v Internet. K
    srcu so mi prirasli naslednji programi: upravljalnik datotek
    Norton Commander; urejevalnik besedil XyWrite; prevajalnik Turbo
    Pascal; in spletni brskalnik Lynx.

    Sony Vaio, 200o. Prenosni osebni računalnik. Velik kot knjiga.
    Procesor 32 bit, takt 1.6 GHz, pomnilnik 512 MB, magnetni disk
    60 GB, optični disk 4.7 GB, polprevodniški vtič 8 GB,
    tipkovnica, miška, matrični zaslon 14 palcev s 1024 x 768
    pikami, laserski tiskalnik. Operacijski sistem Slackware Linux.
    Računalnik povezan v Internet. K srcu so mi prirasli naslednji
    programi: upravljalnik datotek Midnight Commander (klon Norton
    Commanderja); urejevalnik besedil Joe (konfiguriran tako, da je
    videti čimbolj kot XyWrite); interpreter Python (nekakšen
    Pascal de luxe); in spletni brskalnik Firefox.

    Današnji osebni računalniki (201o) in njihova programska
    oprema so postali tako zmogljivi, da več kot zadoščajo vsem
    razumnim potrebam: procesor 64 bit, takt 2.4 GHz, RAM 8 GB,
    disk 1 TB, vtič 100 GB, zaslon 22 palcev. Tak računalnik
    naredi v eni sekundi toliko osnovnih matematičnih operacij
    (tipično 10^9) kot človek s svinčnikom na papirju v tisoč
    letih. Na disku ima prostora za tisoč sob po tisoč knjig. Le
    uporabiti ga moramo znati.