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.