Maskinvaren

Indre lager:

Det indre lageret (arbeidshugen, internminne) er organisert som ein stor matrise av nummererte celler, kor nummeret er cellas adresse. Ved hjelp av adressa kan prosessoren gå direkte til den eller dei hugsecellene der dei ynskja data ligg lagra. På grunn av denne eigenskapen kallast det indre lageret ofte direktelager eller RAM (Random Access Memory). Det indre lageret i dagens datamaskiner er halvleiarbasert og består av reint fysisk lagerkrinsar der hugescellene er etsa inn i overflata på ein liten brikke av silisium (RAM - brikkar ). Storleiken på lageret avhenger av kor stort minne prosessoren og operativsystemet kan handtere (antall tilgjegnelige adresser), samt av type datamaskin og belastninga på denne. Dei første PC-ane blei selt med 64- eller 128 KB. Nå leverar dei fleste nye PC-ar med 128 MB RAM som standar (1999).

For å overvinne dei begrensningane, det fysiske minne likevel sett når det gjeld programmstørrelse og datamengde, brukar eit system, eit såkalla virtuelt minne. Det behandlar ytre lager som ein forlenging av arbeidshugen, slik at når denne er full, leggast "overskytande" delprogram eller data automatisk ut på ytre lager, derfrå kan dei seinare kan hentast inn etter behov. Å hente delprogram og data frå ytre lager tar tid. For å unngå denne flaskehalsen brukast ofte eit eller fleire hurtigbuffere, eit eige område med spesielt raskt minne. Eit kontrollprogram sørgjer for at dette bufferet alltid inneheld dei mest brukte instruksjonane og data, slik at desse raskt kan hentast inn derfrå ved behov.

Ytre lager:

Det ytre lager har to hovudfunksjonar: å lese programvarane og data inn i arbeidshugen. Etter at databehandlinga er fullført, leggast resultata (nye eller oppdaterte datafiler), kanskje også programmet (i modifisert utgåve), ut på ytre lager for seinare bruk. Moderne datamaskiner startast ("bootast") dessutan frå ytre lager: å lese operativsystem og andre systemprogram, (som for eksempel Microsoft Windows) og andre program brukaren ynskjer å ha umidelbart tilgjengelege.

Som ytre lager på moderne datamaskiner brukast i hovudsak elektromagnetiske modular, som brukar magnetiserelige datamedia. Dei vanligaste brukte modulane er disketestasjonar og harddiskar (platelager). Begge brukar roterande plater dekka med eit magnetiserebart materiale, der data lagrast i form av magnetiske flekkar i eit system av spor og sektorar. Lagring (såkalla skriving) og seinare lesing av data skjer ved hjelp av eit skrive/lese hovud. Dette kan styrast direkte til den ynskja data- eller programfila ved hjelp av opplysningar i ein innhaldsforteiknelse om kvar, og i korleis spor fila er lagra på plata. Dette gir ganske kort tilgangstid, særlig på harddiskane, som brukar fastmonterte plater av aluminium. Ein typisk harddisk har (1995) ei tilgangstid på 10-12 ms (millisekund), og ein typisk kapasitet på 500-1000 MB. ( Eg har ein harddisk på 17.6 GB!!!)

Diskettstasjonar brukar fleksible plater av plast, diskettar som er omgitt av eit stivt omslag. Diskettar er utskriftbarre dvs. dei kan fjernast frå stasjonen og erstattast av andre. Dette krevjar større toleransemarginar, og derfor er både kapasitet og hurtigheit vesentlig mindre på diskettstasjonar enn på harddiskar. Vanligast brukt (1995) er 3,5" diskettstasjonar med standar kapasitet 1,44 eller 2,88 MB, men også høgare kapasitet finst.

Magnetisk media er sårbare, og det er derfor viktig å ha kopi av program samt sørgje for kopiering av alle viktige data.

Optiske lagringsmodular blir stadig meir vanlege. Desse brukar utskriftbare plater, der data lagrast ved at ein laser brenn hull i overflata, eller at det på ein annan måte skjer ei endring som kan registrerast av ein eigen laserlesar. Dei første optiske lagringsmodulane kunne enten berre lese førehandsregistrert data, som for eksempel CD-ROM-lesarar, eller dei kunne berre skrive ein gong, men ikkje slette eller skrive over (såkalla WORM-teknologi, Write-Once, Read-Many). WORM-stasjonar er derfor stort sett berre til sikkerheiskopiering, noko dei er veldig egna til på grunn av stor kapasitet og lang levetid. CD-ROM er etterkvart blitt veldig utbredt distribusjonsmedium for både tradisjonelle databasar, programvarer og forskjellige typar multimedia-anvendelsar.

Fleire produsentar har også utvikla slettebare optiske plater (RW-CD-ar), men til tross for stor kapasitet har desse ikkje kome seg fram i konkurransen med harddiskar som har haldt stand på grunn av rask kapasitetssaukning kombinert med lågare pris.

Inn-modular:

Utan inn-modular ville omverda være ute av stand til å kommunisere med ein datamaskin, og det ville være umoglig å få mata inn andre program og data enn dei som allereie var lagra i maskina. Den vanligaste inn-modulaen er framleis tastaturet. Ved hjelp av dette kan brukaren samhandle med datamaskina, legge inn program/data, gi kommandoar til system- og brukarprogram osb. I den seinare tid har tastaturet fått konkurranse frå ein rekke alternative styringsmodular; musa. Musa har fått stor utbreiing, men også digitaliseringsbord, lesepenn, og berøringsskjerm brukast i enkelte miljø.

Andre viktige inn-modular er optiske eller magnetiske skriftlesarar, magnetkortlesarar og strekkodelesarar. Ved hjelp av bildesviperar (sakannera) kan bilde overførast til digital for og lagrast for seinare behandling, eller det kan leggast inn direkte frå videokamrar. Lyd kan hentast inn via mikrofonar, Internett eller spesielle musikkgrensesnitt (MIDI). Talestyring av datamaskiner er også i ferd med å bli ein realitet, men har lita utbreiing.

Ut-modular:

Fordi den muliggjer ein dialog mellom programvare og brukar, er dataskjermen den viktigaste ut-modulen på ein datamaskin. På denne kan ein sjå meldingar til brukaren om val som må gjerast, om feilsituasjonar o.l., og det er her brukaren får sjå resultata av sine databehandlings oppgåver. Moderne dataskjermar har store bildeflatar (14"- 22"), høg oppløysing og naturlege fargar. Dei fleste datamaskiner er kopla til ein utskriftseinheitar, ein skrivar eller ein plottar. Det finnast ei rekkje forskelige skrivarteknologiar og modellar som er tilpassa dei flest bruksromerådar. Felles for dei er at alle har evna til å ta imot tekst, tal og grafikk frå eit dataprogram og skrive det ut på papir. Salet av fargeskrivarar har vokse mykje/raskt sidan 1995. Plottare også grafskrivarar er spesielt konstruert for utskrift av store teikningar, først og fremst til teknisk bruk. Nyare PC-ar er som regel utstyrt med datahøgtalarar for multimedia bruk.

Programvaren

Maskinvaren gir moglegheiter som programvaren utnytter til løysing av praktiske oppgåver.

Ein del programvare er bygd inn i sjølve maskina (i forma av såkalla mikrokode) eller ligg i leselager (RAM-brikkar ), som gjer skilje mellom maskinvare og programvare flytande. Den innebygde programvara inneheld mellom anna rutinar for testing og klargjering av einheitar ved oppstart av maskina.

Systemprogramma sett maskina i stand til å utføre oppgåver på seg sjølv; formatere diskettar, vise data på skjermen, ta imot teikn frå tastaturet, skrive å lese data frå ytre lager m.m., og gir dessutan brukaren verktøy som skal forenkle vedlikehaldet og drift av datamaskina.

Den sentrale systemprogramvara er operativsystemet (også kalla styresystemet), som er den programvara som ligg nærmast maskinvara. Hovudoppgåva er å formidle trafikken mellom brukar og brukarprogram på den eine sida, og datamaskinresursar, som prosessor, minne, lagringsmodular og skrivarar o.l. på den andre. Brukaren kan manipulere desse resursane direkte, ved hjelp av operativsystem-kommandoar, eller indirekte ved hjelp av brukarprogram som utnyttar dei systemtenestane operativsystemet tilbyr.

Brukarprogramma utnyttar dei behandlingsmogligheitene maskinvara gir til å løyse praktiske oppgåver som regnskap, lagerstyring, tekstbehandling, konstruksjonsoppgåver, tekniske berekningar, kommunikasjon o.l.

I dei siste åra er det lagt mykje arbeid i å gjere programvara lettast moglig tilgjengeleg for brukaren, ikkje minst gjennom utvikling av nye, grafiske brukargrensesnitt, dvs. måten programvara presenterarar seg og samhandlar med brukaren på.

Mange programvareprodusentar har spesialisert seg på å utvikle verktøy for overvaking, drift og vedlikehald av større datamaskin- og nettverkssystem. Etterkvart som systema aukar i kompleksitet og brukaren blir meir avhengige av dei, blir det stadig viktigare å ha effektivt driftsmiljø.

Maskintypar og bruksmåtar:

Tidligare gjekk det eit relativt klart skilje mellom einbrukar og fleirbrukarmaskin, og det var vanlig å operere med ein inndeling i mikro-, mini- og stormaskiner, basert på kapasitet. Mikromaskiner brukar ein mikroprosessor som sentralmodul, og kjører vanlegvis eit operativsystem som kun gir ein brukar tilgang til datamaskinas resursar. Den personlege datamaskina (PC-en) er eit typisk eksempel. Mini- og stordatamaskiner har datakraft, eit operativsystem og inn/ut - kapasitet nok til å la fleire brukarar og programma deira utnytte maskinresursane samtidig. Dette føregår etter tur, men med så korte tidsintervallar at det gir inntrykk av å gå samtidig. Naturleg nok aukar svartida med antall brukarar , slik at det er ei praktisk øvre grense for kor mange brukarar som kan tilkoplast. Mens minimaskiner kan handtere opptil nokre hundre samtidleg, er mange stormaskiner i stand til å betene fleire tusen brukarar samtidleg.

Brukarane som er tilkopla til ei fleirbruksmaskin brukte lenge ein "dum" terminal, dvs. ein dataskjerm med tastatur. Denne hadde inga sjølvstendig databehandlingskapasitet: All databehandling føregjekk sentralt, på fleirbrukarmaskinas prosessor(ar). Til å begynne med var såkalla satsvis databehandling (batch-kjøring) vanligast. Dvs. att ein samla eit antall oppgåver (program) som blei kjørt samla under operatørtilsyn, men utan at oppgåvas "eigar" var involvert. Denne driftsmåten blei etterkvart erstatta av terminalorientert databehandling: Brukaren kunne gi datamaskina oppgåver og hente ut resultatet frå eigen skjermterminal, som enten var kopla direkte til datamaskina eller via eit datanett (online) Da PC-ane, kom blei det snart også tatt i bruk som terminalar, men sidan dei hadde sin eigen prosessor, utvikla det seg ein ny arbeidsdeling: Dei tidlegare fleirbruksmaskinane er etterkvart blitt meir eller mindre spesialiserte tenar-maskiner, også kalla servere, som oftast med datalagring og datagjenfining som hovudoppgåve, mens sjølve manipuleringa av data skjer oftast lokalt, ved hjelp av eit klientprogram på brukarens eigen PC.

Utvikling av nye standarar innan datakommunikasjon samt den raske utbreiinga av lokale datanett har bidratt sterkt til denne utviklinga. Lokalnett-teknologien har gjort det mogleg å kople datamaskiner saman med kvarandre slik at dei enkelt kan kommunisere med kvarandre og utnytte fellesresursar som datalager, forskjellige typar skrivarar, berekningsmaskiner og ikkje minst kommunikasjonsmodular som tillet vidarekopling mot større nettverk, etterkvart med global rekkevidde (Internett) Spesialiseringa begynte allereie i 1970-åra med konstruksjon av dei første superdatamaskinane. Dette er i verkelegheita "talknusaren" , med ein berekningskapasitet som etterkvart er komme opp i fleire milliardar regneoperasjonar per sekund. Den første verkelege superdatamaskina, Cray 1 (1976) var ein vektorprosessor, spesielt bygd for å kjøre meir generell programvare. Utviklinga har seinare frambrakt superdatamaskiner med større fleksibilitet og brukarvenleik, samtidig som ein ny klasse mini- og superdatamaskiner har brakt begrensa superdatakraft ut til nye brukargrupper. Ein tilsynelatande umetteleg etterspørsel etter stadig større datakraft har fått konstruktørane til å prøve heilt nye måtar å konstruere datamaskiner på. Mange har gjort forsøk med fleirprosessering dvs. bruk av fleire prosessorar som oppgåvene kan fordelast på. Dette løysar problemet med mange oppgåver, men sidan kvar oppgåve fortsatt berre får ein prosessor til disposisjon, er det ikkje ein løysing for dei heilt store oppgåvene. Løysinga her er parallellprosessering, dvs. bruk av fleire prosessorar som arbeidar parallelt med forskjellige delar av emnet av same oppgåve. Utvikling av program som utnyttar mogligheitene for parallellkjøring er samstundes ei betydleg programmeringsteknikk utfordring, og synkronisering av dei mange oppgåvene krevjar i seg sjølv mykje datakraft.

Nye konstruksjonsprinsipp, mange av dei opphavleg utvikla i stor- og superdatamaskinmiljøet, er raskt i ferd med å finne vegen inn i personlege datamaskiner og ikkje minst nettservere. Intel Corporations mikroprosessor, Pentium og Pentium Pro, har begge element av parallellprosessering innebygd og fleire mikroprosessorar byggast nå inn i same super-PC eller server for å dra nytte av nye operativsystemsmogligheiter for såkalla symmetrisk multiprosessering. Nettservere er ein ny klasse datamaskiner i rask utvikling. I større netteverk kjører dei gjerne eit dedikert nettoperativsystem (for eksempel Novell NetWare, Microsoft NT eller IBM LAN Server) på to eller fleire prosessorar, har stor, gjerne feilkorrigerande minne, store hutigbuffere, høghastigheits harddiskløysingar (gjerne RAID) med stor lagringskapasitet, UPS -støtte og meir eller mindre omfattande innslag av feiltoleranse. Desse maskinane er typisk uttrykk for ein generell tendens til nedskalering av stor- og minimaskinbaserte programsystem til system som kan kjøre på mindre og billigare datamaskiner, for eksempel ein klient/server-løysing i eit lokalt nettverk.

I Noreg

Utvikling av datamaskiner kom relativt tidleg i gang i Noreg, NUSSE (Norsk Universell Siffermaskin Sekvensstyrt Elektronisk) blei utvikla ved SINTEF i 1953 og hevdast å vere den første "ekte" datamaskina utanfor England og USA. Seinare kom Forsvarets forskingsinstitutt til å stå sentralt med sine SAM - maskiner (Simulator for Automatisk Maskineri, driftsklar i 1963), som blei vidareutvikla og produsert av Kongsberg Våpenfabrikk A/S. Norsk dataindustri kom for alvor i gang med Norsk Data-Elektronikk - seinare Norsk Data - i 1968. Selskapet hadde ein betydleg suksess, men fekk problem mot slutten av 1980-åra på grunn av aukande internasjonalisering og standardisering. På programvaresida har norske forskarar særlig gjort seg kjende med programmeringsspråket Simula. Dette blei utvikla ved Norsk Regnesentral i 1960-åra og var eit banebrytande arbeid innan objektorientert programmering.