Računalnik

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
Računalnik
Acer Aspire 8920 Gemstone.jpgColumbia Supercomputer - NASA Advanced Supercomputing Facility.jpgIntertec Superbrain.jpg
2010-01-26-technikkrempel-by-RalfR-05.jpgThinking Machines Connection Machine CM-5 Frostburg 2.jpgG5 supplying Wikipedia via Gigabit at the Lange Nacht der Wissenschaften 2006 in Dresden.JPG
DM IBM S360.jpgAcorn BBC Master Series Microcomputer.jpgDell PowerEdge Servers.jpg

Računalnik (angleško: computer) je naprava ali sistem, sposoben izvajati zaporedje operacij (algoritem). Pri tem procesira informacije, običajno v obliki numeričnih ali logičnih operacij, ali procesiranja podatkov, za kar uporablja vhodno-izhodne naprave.[1][2] Ker se zaporedje izvajanja operacij lahko spremeni, lahko računalnik uporabljamo za različne namene.

Običajno ima računalnik vsaj en element za procesiranje, običajno je to centralno procesna enota (CPU; angl. Central Processing Unit)) in spomin v taki ali drugačni obliki. Element za procesiranje izvaja aritmetične in logične operacije, in krmilna enota skrbi za zaporedje izvajanja operacij in ukazov. Periferne naprave omogoča branje podatkov iz zunanjih virov, izpisovanje rezultatov in shranjevanje podatkov.

V 2. svetovni vojni so za potrebe specializiranih vojaških aplikacij uporabljali mehanske analogne računalnike. V tem času so bili razviti prvi elektronski digitalni računalniki. Prvotno so imeli velikost večje sobe, trošili so toliko energije kot ji danes troši več sto osebnih računalnikov (PC-jev).[3]

Moderni računalniki, ki temeljijo na integriranih vezjih, so miljonkrat do miljardokrat zmogljivejši od zgodnejših naprav, in zasedajo le drobec prostora.[4] Enostavni računalniki so dovolj majhni, da se jih lahko umesti v mobilne naprave, mobilne računalnike lahko napajajo majhne baterije. Osebni računalniki so v svojih različnih oblikah ikona informacijske dobe in običajno ljudje pomislijo na njih, ko se govori o »računalnikih«. Vendar je številčno najobširnejša uporaba računalnikov v vgrajenih računalnikih v napravah, od pametnih telefonov preko avtomobilov do lovskega letala in od igrač do industrijskih robotov.

Zgodovina[uredi | uredi kodo]

Osnone naprave za računanje so se pojavile že v antiki, mehanske pomočnike pa so izumili v 17. stoletju. V tem stoletju se je prvič pojavila beseda computer (angl. računalnik); takrat se je nanašala na osebe, ki so opravljale najrazličnejše izračune, pogosto kot poklic. Prve računalniške naprave so zasnovali v 19. stoletju, v sodobni obliki pa so se opredmetile šele v 1940.-ih.

Prva računska naprava za splošno rabo[uredi | uredi kodo]

Del diferenčnega stroja Charlesa Babbaga.

Charles Babbage, angleški strojni inženir in polimatematik, je prvi začrtal način delovanja programabilnega računalnika. Običajno ga označujejo kot očeta računalnika[5]. Babbage je v zgodnjem 19. stoletju zasnoval in izumil prvi mehanični računalnik. Po delu na njegovem revolucionarnem diferenčnem stroju, zasnovanemu za pomoč pri navigacijskih izračunih, je leta 1833 spoznal, da je možna izvedba tudi mnogo bolj zapletene naprave, t.i. analitični stroj. Vnos programov in podatkov je predvidel s pomočjo luknjanih kartic, iznajdbo, ki je v tistem času omogočala krmiljenje tkalnih strojev. Kot izhod naj bi naprava uporabljala tiskalnik, črtalnik in zvonec. Stroj naj bi ravno tako bil zmožen luknjanja kartic s številkami, kar bi lahko uporabil kasneje med procesom izračunavanja. Stroj naj bi vključeval tudi aritmetično logično enoto (angl. arithmetic logic unit, ALU), nadzornika tokov v obliki pogojnega vejenja in programskih zank, in naj bi vseboval tudi spomin, kar vse skupaj perdstavlja obliko, ki bi jo s sodobnimi pojmi opisali kot Turingovemu stroju enakovredno.[6][7]

Stroj je bil približno stoletje pred časom. Vse sestavne dele bi morali izdelati ročno, kar je bil velik problem za napravo, sestavljeno iz tisočev sestavnih delov. Sčasoma je zaradi odločitve angleške vlade, da zaustavi financiranje, projekt počasi zamrl.

Babbageov neuspešen posskus dokončati napravo bi lahko v največji meri pripisali ne samo političnim in finančnim razlogom, temveč tudi njegovi želji razviti vedno bolj zmogljiv računski stroj in napredovati hitreje, kot bi kdorkoli drug lahko sledil. Kakorkoli, njegov sin, Henry Babbage, je po njegovi smrti v letu 1888 uspešno sestavil poenostavljeno verzijo računske enote analitičnega stroja (mlin). Leta 1906 je uspešno prikazal njegovo uporabo pri preračunavanju tablic.

Prvi analogni računalniki[uredi | uredi kodo]

Stroj za napovedovanje tretje plime Sira Williama Thomsona, 1879–81

V prvi polovici 20. stoletja so vedno več znanstvenih zahtev podprli številni vedno bolj izpopopolnjeni analogni računalniki, ki so za osnovo izračunov uporabljali mehanični ali električni način obdelave izračuna. Toda, vsi ti stroji niso bili programabilni in jim je s tem primanjkovalo prilagodljivosti in natančnosti sodobnih digitalnih računalnikov.[8]

Opis računalnika[uredi | uredi kodo]

Shematična zgradba računalnika[9]

Računalnik je naprava, ki obdeluje podatke v skladu s seznamom ukazov, katerega imenujemo program. Računalniki se pojavljajo v številnih fizičnih oblikah. Prve naprave, ki so podobne današnjim računalnikom, so iz sredine 20. stoletja (okoli 1940-1941), čeprav so zasnova računalnika in mnogi računalniku podobni stroji obstajali že prej. Zgodnji elektronski računalniki so bili velikosti večje sobe in so porabili toliko energije, kot je porabi več sto sodobnih računalnikov skupaj. Moderni računalniki so zasnovani na relativno majhnih integriranih vezjih in so milijon- do milijarde- krat bolj zmogljivi, zasedejo pa le malo prostora. Dandanes so enostavni računalniki lahko narejeni tako majhni, da se jih lahko vgradi v ročno uro, poganja pa jih baterija ure. Osebni računalniki (angl. Personal Computer; PC) mnogih izvedb so simboli informacijske dobe in so po mnenju mnogih to, kar bi naj pomenila beseda »računalnik«. Kljub temu je najpogostejša oblika računalnika v današnji rabi vgradni računalnik. Vgradni računalniki so majhne, preproste naprave, ki so pogosto uporabljene za nadzor nad drugimi napravami, najdemo jih lahko npr. v vojaških letalih, tovarniških robotih, digitalnih kamerah in celo otroških igračah.

Računalnik je vsestranski zaradi sposobnosti shranjevanja in izvajanja množice ukazov, imenovanih programi. Po tem se razlikuje od navadnega kalkulatorja. Church-Turingova teza je matematična izjava o tej vsestranskosti: Vsak računalnik z določeno minimalno sposobnostjo je v principu sposoben opravljati iste naloge kot katerikoli drugi računalnik. Torej so računalniki s sposobnostjo in kompleksnostjo, ki se vrsti od osebnih digitalnih asistentov do superračunalnikov, zmožni opravljati iste računske naloge, če imajo dovolj časa in prostora za shranjevanje podatkov.!

Programi[uredi | uredi kodo]

Funkcija, ki opredeljuje moderne računalnike in jih razločuje od vseh drugih strojev, je ta da se jih lahko sprogramira; računalniku posredujemo neke vrste ukaze (program), ki jih bo računalnik obdelal.

Računalniški program lahko vsebuje le nekaj inštrukcij ali pa vsebuje več milijonov inštrukcij, kot so to na primer programi za oblikovalnike besedil in spletne brskalnike. Tipični moderni računalnik lahko izvaja milijardo inštrukcij na sekundo in redko napravi napako v več letih delovanja. Veliki računalniški programi, ki vsebujejo več milijonov inštrukcij, običajno v več letih napišejo skupine programerjev, in zaradi kompleksnosti naloge je večja tudi možnost, da program vsebuje napake..

Zgradba računalnika[uredi | uredi kodo]

Vsi računalniki vsebujejo enote, brez katerih celotna naprava ne bi delovala. Za delovanje potrebujemo programsko in strojno opremo, ki med seboj usklajeno in sinhronizirano delujejo. Glede na funkcijo, ki jih posamezne komponente opravljajo, ločimo na centralni in na periferni del (vhodno-izhodne enote). Centralni del je sestavljen iz treh pomembnejših enot[10]:

Periferni del je povezava računalnika z zunanjim svetom, ki omogoča branje podatkov, izpisovanje rezultatov in shranjevanje podatkov v zunanjih pomnilnikih. Periferne enote delimo v tri osnovne kategorije[10]:

8 bitna aritmetično-logična enota Texas Instruments SN74AS888 
Trdi diski so pogoste naprave za shranjevanje, ki se uporabljajo v računalnikih. 
Magnetni pomnilnik je bil v računalnikih uporabljan do 1960-tih, dokler ni bil nadomeščen z polprevodniškim pomnilnikom. 

Vrste računalnikov[uredi | uredi kodo]

Osebni računalnik

Poznamo naslednje vrste računalnikov:

Teme povezane z računalniki[uredi | uredi kodo]

Umetna inteligenca[uredi | uredi kodo]

Računalnik bo rešil problem točno tako kot je bil sprogramiran, ne glede na učinkovitost, alternativne rešitve, možne bližnjice ali možne napake v kodi. Računalniški programi, ki se učijo in prilagajajo, so del uveljavljajočega se področja umetne inteligence in strojnega učenja.

Strojna oprema[uredi | uredi kodo]

Izraz strojna oprema obsega vse tiste dele računalnika, ki se jih lahko otipa. Vezja, zasloni, napajalniki, kabli, tipkovnice, tiskalniki in miška so strojna oprema.

Zgodovina strojne opreme računalnika[uredi | uredi kodo]

Prva generacija (mehanični/elektromehanični) Računala pascaline, arithmometer, diferenčni stroj, Quevedov analitični stroj
Programabilne naprave Jacquard loom, Analytical engine, IBM ASCC/Harvard Mark I, Harvard Mark II, IBM SSEC, Z3
Druga generacija (vakuumske cevi) Računala Atanasoff–Berry Computer, IBM 604, UNIVAC 60, UNIVAC 120
Programabilne naprave Colossus, ENIAC, Manchester Small-Scale Experimental Machine, EDSAC, Manchester Mark 1, Ferranti Pegasus, Ferranti Mercury, CSIRAC, EDVAC, UNIVAC I, IBM 701, IBM 702, IBM 650, Z22
Tretja generacija (diskretni tranzistorji in SSI, MSI, LSI integrirana vezja) Osrednji računalniki IBM 7090, IBM 7080, IBM System/360, BUNCH
Miniračunalnik PDP-8, PDP-11, IBM System/32, IBM System/36
Četrta generacija (VLSI integrirana vezja) Miniračunalnik VAX, IBM System i
4-bitni mikroračunalnik Intel 4004, Intel 4040
8-bitni mikroračunalnik Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, Motorola 6809, MOS Technology 6502, Zilog Z80
16-bitni mikroračunalnik Intel 8088, Zilog Z8000, WDC 65816/65802
32-bitni mikroračunalnik Intel 80386, Pentium, Motorola 68000, ARM
64-bitni mikroračunalnik[11] Alpha, MIPS, PA-RISC, PowerPC, SPARC, x86-64, ARMv8-A
Vgrajeni računalnik Intel 8048, Intel 8051
Osebni računalnik namizni računalnik, hišni računalnik, notesnik, dlančnik, prenosni računalnik, tablični računalnik, nosljivi računalnik, pametni telefon
Teoretični/eksperimentalni kvantni računalnik, kemijski računalnik, DNK računalnik, optični računalnik, računalnik temelječ na spintroniki

Ostale teme o strojni opremi[uredi | uredi kodo]

Periferna naprava (Vhodno-izhodna enota) Vhod miška, tipkovnica, igralna palica, optični bralnik, spletna kamera, grafična tablica, mikrofon
Izhod monitor, tiskalnik, zvočnik
Oboje disketa, trdi disk, optični disk, teleprinter
Vodila računalnika Kratek doseg RS-232, SCSI, PCI, USB
Dolg doseg (računalniško omrežje) Ethernet, ATM, FDDI

Programska oprema[uredi | uredi kodo]

Glavni članek: Programska oprema.

Programska oprema se nanaša na dele računalnika, ki nimajo materialne oblike. To so programi, podatki, protokoli, itd. Kadar je programska oprema shranjena v strojni opremi, ki se je ne da enostavno spreminjati, se včasih imenuje »firmware«.

Operacijski sistem Unix in BSD UNIX System V, IBM AIX, HP-UX, Solaris (SunOS), IRIX
GNU/Linux Seznam Linux distribucij
Microsoft Windows Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, Windows Me, Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8
DOS 86-DOS (QDOS), IBM PC DOS, MS-DOS, DR-DOS, FreeDOS
Mac OS klasični Mac OS, Mac OS X
OS za mobilne naprave Windows Phone, Android, Symbian, iOS
Vgrajeni in realnočasnovni Seznam vgrajenih operacijskih sistemov
Eksperimentalni Amoeba, Oberon/Bluebottle, Plan 9 from Bell Labs
Knjižnica Multimedija DirectX, OpenGL, OpenAL
Programska knjižnica C standardna knjižnica, Standard Template Library
Podatki Protokol TCP/IP, Kermit, FTP, HTTP, SMTP
Zapis datoteke HTML, XML, JPEG, MPEG, PNG
Uporabniški vmesnik Grafični uporabniški vmesnik (WIMP) Microsoft Windows, GNOME, KDE, QNX Photon, CDE, GEM, Aqua
znakovni uporabniški vmesnik vmesnik z ukazno vrstico, besedilni uporabniški vmesnik
Aplikacija Pisarniška zbirka oblikovalnik besedil, program za namizno založništvo, urejevalnik prezentacij, sistem za upravljanje s podatkovnimi zbirkami, načrtovanje in upravljanje s časom, preglednica, poslovni program
Dostop do interneta brskalnik, poštni odjemalec, spletni strežnik, e-poštni transportni agent, hipno dopisovanje
Načrtovanje in proizvodnja računalniško podprto načrtovanje, računalniško podprta proizvodnja
Grafika programi za risanje rastrske grafike, programi za risanje rastrske grafike, 3D računalniška grafika, programi za animacijo, obdelava videa, obdelava slik
Audio Digital audio editor, Audio playback, Mixing, Audio synthesis, Computer music
Programski inženiring prevajalnik, zbirni jezik, interpreter, razhroščevalnik, urejevalnik besedil, integrirano razvojno okolje, analiza zmogljivosti programske opreme, nadzor različic, upravljanje konfiguracije programske opreme
Izobraževalno edutainment (zabavno izobraževanje), izobraževalna igra, simulator letenja
Igre strateške, arkadne, miselne, simulacije, prvoosebne strelske, platformske, masivno-večigralsko spletno igranje
Različno umetna inteligenca, protivirusni program

Jeziki[uredi | uredi kodo]

Obstaja več tisoč različnih programskih jezikov-nekateri imajo splošno uporabo, drugi pa so namenjeni specializiranim aplikacijam-

Programski jeziki
Seznami programskih jezikov Seznam programskih jezikov
Splošno uporabljani zbirni jeziki ARM, MIPS, x86
Splošno uporabljani visokonivojski programski jeziki Ada, BASIC, C, C++, C#, COBOL, Fortran, Java, Lisp, Pascal, Object Pascal
Splošno uporabljani skriptni jeziki Bourne shell, JavaScript, Python, Ruby, PHP, Perl

Poklici in organizacije[uredi | uredi kodo]

Ker se uporaba računalnikov v družbi širi, se povečuje tudi raznovrstnost poklicev, ki vključujejo računalnike.

Poklici povezani z računalniki
Povezani s strojno opremo elektrotehnika, elektronika, računalniško inženirstvo, telekomunikacije, nanoinženirstvo
Povezani s programsko opremo računalništvo, računalniško inženirstvo, namizno založništvo, interakcija med človekom in računalnikom, informacijska tehnika, informacijski sistemi, računska znanost, programsko inženirstvo, videoigre, izdelava spletnih strani

Potreba, da bi se računalniki znali med seboj povezovati in medsebojno izmenjevati informacije, je povzročila ustanovitve več uradnih in neuradnih standardizacijskih organizacij, klubov in zvez.

Organizacije
Standardizacijske skupine ANSI, IEC, IEEE, IETF, ISO, W3C
Strokovne skupnosti ACM, AIS, IET, IFIP, BCS
Skupine za prosto/odprtokodno programje Free Software Foundation, Mozilla Foundation, Apache Software Foundation

Opombe in sklici[uredi | uredi kodo]

  1. ^ Kodek 1994.
  2. ^ Cankarjeva založba (1988). Leksikon Cankarjeve založbe. str. 1202. COBISS 486659. ISBN 86-361-0221-9. 
  3. ^ Leta 1946, je ENIAC potreboval približno 174 kW. Kot primerjava, moderni laptop računalnik lahko potroši približno 30 W; približno 6.000 krat manj."Approximate Desktop & Notebook Power Usage". University of Pennsylvania. Pridobljeno dne 20 June 2009. 
  4. ^ Zgodnji računalniki kot sta Colossus in ENIAC sta bila sposobna procesirati med 5 in 100 operacij na sekundo. Moderni “commoditymicroprocesorji (od 2007) lahko procesirajo milijardo operacij na sekundo, in kar nekaj teh operacij je bolj zapletena in uporabna od operacij zgodnejših računalnikov."Intel Core2 Duo Mobile Processor: Features". Intel Corporation. Pridobljeno dne 20 June 2009. 
  5. ^ Halacy, Daniel Stephen (1970). Charles Babbage, Father of the Computer. Crowell-Collier Press. ISBN 0-02-741370-5. 
  6. ^ "Babbage". Online stuff. Science Museum. 2007-01-19. Pridobljeno dne 2012-08-01. 
  7. ^ "Let's build Babbage's ultimate mechanical computer". opinion. New Scientist. 23 December 2010. Pridobljeno dne 2012-08-01. 
  8. ^ "The Modern History of Computing". Stanford Encyclopedia of Philosophy. 
  9. ^ prevod po nemškem izvirniku (1992). KAKO deluje? Sodobna tehnika II. Tehniška založba Slovenije. str. 517/614. COBISS 28102144. 
  10. ^ 10,0 10,1 10,2 Clemente 1971, str. 93.
  11. ^ Večina glavnih 64-bitnih arhitektur nabora ukazov so razširitve starejših dizajnov. Vse arhitekture navedene v tej tabeli, razen Alpha, so obstajale že v 32-bitni obliki že pred svojo 64-bitno različico.

Viri[uredi | uredi kodo]

  • Kodek, Dušan (1994), Arhitektura računalniških sistemov, Ljubljana: Bi-tim, COBISS 37856512, ISBN 961-6046-01-2 
  • Clemente, Milan (1971), "Zgradba in delovanje elektronskega računalnika", v: Spiller-Muys, Franc, Elektronski računalniki, Ljubljana: Elektrotehniška zveza Slovenije 

Zunanje povezave[uredi | uredi kodo]