datamaskin

datamaskin, et allsidig elektronisk hjelpemiddel til behandling av data i form av digital informasjon. Informasjonen kan være tekst, bilder, video, regnestykker, datalister eller databaser, beskrivelser av administrative rutiner og forretningsrutiner, eller handlingsmuligheter i dataspill. Datamaskinen tar imot, lagrer og arbeider med data, kommuniserer resultatene av arbeidet til andre datamaskiner eller mennesker, og styrer tilkoblet utstyr. Se også databehandling.

Det er vanlig å bare bruke betegnelsen «datamaskin» om enheter som kan tilpasse seg mange forskjellige bruksmåter avhengig av brukernes behov, og ikke bruke ordet om annet digitalt utstyr, som kan være bygd med mange av de samme komponentene, men mangler denne fleksibiliteten. Mobiltelefoner, videospillere og fjernsyn med fjernkontroller, kalkulatorer, digitale høreapparater, programmerbare husholdningsmaskiner, bil- og flyelektronikk og lignende regnes vanligvis ikke som datamaskiner, til tross for at de kan utføre mange ulike styrings- og beregningsoppgaver. Dedikerte spillmaskiner, som Sony Playstation, Microsoft Xbox og Nintendo GameCube, kalles vanligvis heller ikke for datamaskiner, til tross for at de kan være like raske og avanserte på mange områder, og ved enkle endringer kan omdannes til fullverdige datamaskiner.

En datamaskin har to hovedbestanddeler, maskinvaren (eng. hardware) og programvaren (eng. software). Mens maskinvaren skaffer visse muligheter for databehandling, er det programvaren som utnytter dem til praktisk nyttig arbeid. Datamaskiner inneholder også gjerne fastvare (eng. firmware), som er programvare som maskinen utfører ved behov, og som ligger fast lagret i en spesiell minnetype, ROM (av eng. Read Only Memory).

Typer og bruksmåter

Den mest utbredte datamaskintypen nå er PCen, som spesielt dominerer hjemmemarkedet og markedet for alminnelig kontorarbeid. For dem som reiser mye i jobben, ofte arbeider hjemme, eller har liten plass, er det stadig vanligere å bruke en bærbar PC. Det finnes mange andre datamaskintyper, både større og mindre enn PCer, med ulike anvendelsesområder.

De største og kraftigste maskinene kalles gjerne superdatamaskiner, og kan inneholde flere tusen prosessorer med tilhørende minne og lagringsplass. De løser tunge beregningsoppgaver innen meteorologi, kryptografi, modellering og lignende. Disse oppgavene er delt opp i deloppgaver som kan løses parallelt, slik at alle prosessorene kan arbeide samtidig, noe som gir en stor hastighetsgevinst.

De minste datamaskinene får plass i en lomme. De er gjerne utstyrt med mobil kommunikasjon, slik at de kan kobles opp mot Internett og til interne tjenester i en organisasjon. De enkleste fungerer som elektroniske avtalebøker og adresselister, de mest avanserte kan langt på vei erstatte bærbare PC-er for medarbeidere på farten, med tilgang til programvare på bedriftens servere, kartverk og andre tjenester. Slike lommemaskiner med kommunikasjonsmuligheter kalles personlige kommunikatorer (eller PDA, for eng. Personal Digital Assistant).

Sammen med PCer i lokalnett finner vi ofte tjenere (servere), som sørger for lagringsplass, sikkerhetskopiering, samarbeidsmuligheter for brukerne, og kommunikasjonsveier til andre datanett for de lokale PCene.

Store organisasjoner med flere tusen medarbeidere (banker, forsikringsselskaper, transportbedrifter og liknende), bruker gjerne stormaskiner til de sentrale databasene i organisasjonen. Disse maskinene er spesialkonstruert for at flere tusen brukere samtidig skal få utført for eksempel bestillinger, varelagerkontroll og betalingstransaksjoner på en sikker måte.

Tjenere og stormaskiner er flerbrukermaskiner. Mange brukere kan benytte seg av tjenestene deres til samme tid, uten at virksomheten til den ene brukeren skaper problemer for den andre. De fleste mindre datamaskiner, som PCer, Macintosher og lommedatamaskiner, er enbrukersystemer. Bare én person kan bruke dem til enhver tid. Felles for alle nyere datamaskiner, i motsetning til for eksempel 1980-årenes DOS-PCer, er evnen til fleroppgavekjøring (eng. multitasking), dvs. de kan utføre flere oppgaver samtidig. Brukerne kan lett bytte mellom datakommunikasjon, tekstbehandling, regneoppgaver, databasearbeid osv.

Alle datamaskiner får gjort sine ressurser tilgjengelige for brukerne og brukerprogrammene av operativsystemet (for eksempel Windows, Mac OS, Linux eller en UNIX-variant), et programvaresystem som ligger mellom brukerprogramvarene og maskinvaren. Se avsnittet Programvarennedenfor.

Arbeidsstasjon betegner gjerne forholdsvis kraftige personlige datamaskiner beregnet på krevende oppgaver som datamaskinassistert konstruksjon av maskindeler (DAK), eller tyngre typografisk arbeid.

Klienter er et begrep som ofte knyttes til arbeidsstasjoner, PCer og andre maskiner som arbeider sammen med tjenere i lokalnett. Det er vanlig å skille mellom tykke klienter, som er komplette datamaskiner som kan utføre brukerprogrammene på egenhånd, og som mest bruker tjeneren til datalagring og som kommunikasjonssentral, og tynne klienter, som kjører brukerprogrammene på sentrale tjenermaskiner, for så å vise skjermbildene fra brukerprogrammene slik de blir sendt over fra tjenerne. Siden dette er mye mindre krevende for klientene kan en tynn klient gjerne ha maskinvare som er utilstrekkelig til å gjøre de oppgavene brukeren trenger datakraft til. Det holder at tjeneren som kjører applikasjonene har tilstrekkelig datakraft, og siden tjenere kan betjene mange tynne klienter, blir dette en kostnadseffektiv måte å skaffe brukerne datakraft på. Datamaskiner som arbeider som tjenere for tynne klienter kalles gjerne terminalservere, fordi de arbeider på en lignende måte som de terminalene som var knyttet til tidligere tiders stor- og minidatamaskiner. Jf. klient/tjener-teknologi.

Andre tjenertyper er databasetjenere, som kjører programvare knyttet til håndteringen av databaser, og applikasjonstjenere, som ligger mellom databasetjeneren og klienten og som huser forretningslogikken og programvaren som tilpasser databasebruken til organisasjonens behov. Videre gjør tjenerne ofte nytte for seg som sentrale dokument- og epostlager i organisasjonene.

Betegnelser som klient og tjener (server) skiller ikke alltid skarpt mellom maskin- og programvare. En «tynn klient» kan ofte bety at en tjeneste levert fra en server til en PC på nettet ikke krever egen programvare på PCen, men nøyer seg med en nettleser. «Applikasjonstjener» brukes i stadig større grad til å betegne programvare som leverer tjenestene til klienten, og ikke maskinen (tjeneren) som programvaren kjører på.

Selv om de mest pålitelige prinsipper blir brukt til konstruksjonen av datamaskiner, operativsystemer og programvare, blir de aldri garantert feilsikre. For anvendelser der høy stabilitet er påkrevd, finnes datamaskinkonstruksjoner der delene som kan feile er replisert, slik at det står en kopi av harddisk, prosessor, minne, nettkort og så videre klar til å ta over for en komponent der feil oppstår. I systemer der to identiske maskiner følger hverandre for å kunne ta over ved feil, kalles prinsippet speiling. Andre datamaskinsystemer der datamaskiner osv. kan ta over for hverandre, uten at man har full speiling, kalles klynger (eng. clusters).

Maskinvaren

Alle datamaskiner er bygd opp med én eller flere sentrale prosessorer (som oftest mikroprosessorer); et minne bestående av et antall RAM-brikker; et ytre lager (harddisk, diskettstasjon, båndstasjon, CD-RW), minst én inn-enhet (som tastatur og mus) og minst én ut-enhet (vanligvis en dataskjerm).

De fleste datamaskiner er dessuten knyttet til ett eller flere nett, og de kan gjerne være knyttet til ytre enheter, som for eksempel skjerm, tastatur, harddisk, diskett- og båndstasjon, via andre datamaskiner på nettet – selve maskinen kan bestå av kun prosessor(er), minne og nettadapter. Datamaskinen kan også la andre datamaskiner bruke sine ytre enheter.

Prosessoren

Prosessoren (ofte kalt CPU, av eng. Central Processing Unit) er den delen av datamaskinen der selve databehandlingen foregår. Prosessoren henter, tolker og utfører de instruksjonene som endrer maskinens data. Instruksjonene kan være flytting av data, beregninger, sammenligninger, konvertering fra et dataformat til et annet for eksempel fra reelt tall til heltall), hopp fra ett sted i minnet til et annet, og andre, mer spesialiserte operasjoner.

En prosessor består grovt sett av en beregningsenhet som utfører aritmetiske operasjoner (aritmetisk enhet), et antall registre, som brukes til overføring av informasjon mellom minnet og beregningsenheten (og i en del kontrolloperasjoner), og en kontrollenhet, som tolker og utfører de instruksjonene som programmene er bygd opp av. I tillegg inneholder prosessoren busser, som forbinder de forskjellige prosessordelene med hverandre og med resten av datamaskinen. Når alle disse enhetene er bygget sammen på én brikke, kalles brikken en mikroprosessor.

En av oppgavene til kontrollenheten i prosessoren er å synkronisere de forskjellige delene av prosessen som utføres ved hjelp av en intern klokke. Pulsen fra denne bestemmer den «takten» instruksjonene utføres i. Klokkepulsen måles i nanosekunder (milliarddels sekunder), og klokkefrekvensen i megahertz (MHz) eller gigahertz (GHz). Klokkefrekvensen, som angir antall instruksjoner per sekund, er et vanlig kapasitetsmål for prosessorer, og dermed også for datamaskiner.

Minnet

Minnet (det indre lageret, arbeidshukommelsen, internminnet) er den komponenten der datamaskinen lagrer de data og instruksjoner som programmene trenger. Minnet er organisert som en stor matrise av nummererte ord på en, to, fire eller åtte bytes, hvor nummeret er ordets adresse. Ved hjelp av adressen kan prosessoren gå direkte til den eller de ordene der de ønskede data eller instruksjoner ligger lagret. Fordi prosessoren kan gå direkte til adressen, kalles minnet ofte direktelager eller RAM (av eng. Random Access Memory).

Minnet i dagens datamaskiner består av brikker av silisium (RAM-brikker). De første PCene ble solgt med 64 eller 128 kB RAM. I dag (2004) har de fleste nye PCer minst 256 MB RAM.

For å omgå de begrensningene som størrelsen på minnet setter for programstørrelse og datamengder, benyttes virtuelt minne. Harddisken behandles da som en forlengelse av minnet, slik at når minnet er fullt, legges «overskytende» delprogrammer eller data automatisk ut på harddisken, hvorfra de senere kan hentes inn etter behov. PCer har en swap fil (av eng. swap, 'bytte, veksle') til sitt virtuelle minne.

Å hente delprogrammer og data fra harddisken tar tid. For å omgå denne flaskehalsen, settes ofte av plass til ett eller flere hurtigbufre, som er egne områder i minnet. Operativsystemet sørger for at dette bufferet alltid inneholder de sist brukte instruksjoner og data, slik at disse raskt kan hentes inn derfra ved behov. I sjargongen betegnes slike hurtigbufre med det opprinnelige franske ordet cache.

Se også datalager.

Ytre lager

Vanligvis har ikke minnet plass til alle nødvendige data, og dessuten forsvinner innholdet i minnet når maskinen blir slått av. Derfor har de fleste datamaskiner ett eller flere ytre lager der man kan lagre instruksjoner og data. Datamaskinen kan lese fra og skrive (lagre) til det ytre lageret, og informasjonen som ligger der bevares selv om maskinen blir slått av. Moderne datamaskiner startes («bootes») ofte fra ytre lager, det vil si at operativsystemet leses herfra. Ytterligere lagerplass kan være tilgjengelig hos andre datamaskiner via nettverk.

Dataene i det ytre lageret er ordnet i filer ved hjelp av et filsystem. Operativsystemet bruker filsystemet til å finne hvor på overflaten til det ytre lageret filene kan leses fra eller skrives til. Skriving og lesing av filer skjer med et skrive/lese-hode.

Som ytre lager benyttes hovedsakelig magnetiserbare datamedia. De vanligste er harddisk (platelager) og diskett. Begge benytter roterende plater belagt med et magnetiserbart materiale, der data lagres i form av magnetiske flekker i et system av spor og sektorer. En typisk harddisk til PC har (2004) en lagringskapasitet på opptil flere hundre GB (gigabyte) og bruker ca. 10 ms (millisekunder) på å finne hvor data skal leses eller skrives. Disketter er utskiftbare, og har vesentlig lavere kapasitet og hurtighet enn harddisker. Vanligst brukt (2004) er 3,5" diskettstasjoner med standardkapasitet 1,44 eller 2,88 MB (megabyte), men også høyere kapasiteter finnes. Et annet mye brukt magnetiserbart datamedium er magnetbånd, som hovedsakelig anvendes til sikkerhetskopier av data og programvare. På 2000-tallet kom en ny type utskiftbar ytre lager i form av små enheter bestående av minnekretser, USB-plugg og selvkonfigurerende programvare. Kapasiteten på disse er opptil rundt én gigabyte

Magnetiske media er sårbare. De inneholder for eksempel mange mekaniske deler – armen som lese- og skrivehodet sitter på, elektromotorer, kulelager – og disse er mer utsatt for slitasje og feil enn ren elektronikk. Derfor er det viktig å ta vare på original programvare, og å sørge for jevnlig sikkerhetskopiering av data. Til slik kopiering benyttes gjerne magnetbånd og skrivbare optiske medier. Datamaskinen må spole gjennom magnetbånd for å finne filene de ønsker, og dette tar lang tid sammenlignet med å finne filer på harddisker eller optiske media. Magnetbånd har imidlertid stor kapasitet til en rimeligere pris enn harddisker, og de brukes derfor mye til sikkerhetskopiering og arkivering av data som ikke brukes så ofte.

Optiske lager (CD-ROM, DVD) er blitt standardutstyr på vanlige PCer. De benytter utskiftbare plater der data lagres ved at en laser brenner et hull i et tynt metallag like under overflaten eller på annen måte forårsaker en endring som kan registreres av en egen leselaser. De første optiske lagringsenheter kunne enten bare lese forhåndsregistrerte data, som for eksempel CD-ROM-lesere, eller de kunne bare skrive én gang, men ikke slette eller skrive over (såkalt WORM-teknologi, Write-Once, Read-Many). WORM-stasjoner er derfor stort sett bare blitt brukt til sikkerhetskopiering, noe de er meget velegnet til på grunn av stor kapasitet og lang varighet. CD-ROM er etter hvert blitt et meget utbredt distribusjonsmedium for både programvare og forskjellige typer multimedia-anvendelser. Siden slutten av 1990-årene har CD-ROM blitt supplert av DVD-ROM (se DVD), optiske skiver med samme utseende og fysisk størrelse, men med kapasitet fra 4,7 GB og oppover. Flere produsenter har også utviklet slettbare optiske plater, men til tross for stor kapasitet har disse ikke vunnet frem i konkurransen med harddiskene, som har holdt stand på grunn av rask kapasitetsøkning kombinert med lavere pris.

Se også datalager.

Inn-enheter

Inn-enheter brukes til å sende ny informasjon inn i en datamaskin, og til å mate inn programmer og data i tillegg til de som allerede er lagret i maskinen. Det finnes et rikt utvalg av inn-enheter som kan knyttes til datamaskiner, for eksempel tastaturer, mus, skannere, digitaliseringsbord, styrespaker og ratt, lesepenner, berøringsskjermer, magnetkortlesere, strekkodelesere, mikrofoner, videokameraer og -spillere.

Den vanligste inn-enheten er fremdeles tastaturet. Ved hjelp av dette kan brukerne drive med tekstbehandling, bruke regnearkprogrammer, programmere datamaskinen og legge inn data, gi kommandoer til system- og brukerprogrammer osv. Andre inn-enheter har blitt utbredt de siste årene: mus, digitaliseringsbord, lesepenn og berøringsskjerm brukes i enkelte miljøer. Til dataspill brukes ofte spesialiserte inn-enheter som styrespak (joystick) eller ratt.

Andre viktige inn-enheter er optiske eller magnetiske skriftlesere, magnetkortlesere og strekkode-lesere. Med slike enheter unngås tidkrevende manuell dataregistrering med sine mange muligheter for feil. De muliggjør dessuten automatisk datafangst, dvs. registrering av primærdata på det stedet og i det øyeblikk de oppstår, for eksempel ved bruk av kjøpekort i en forretning.

Ved hjelp av scannere kan bilder digitaliseres og lagres i datamaskinen for senere bearbeiding, eller de kan legges inn direkte fra videokameraer. Lyd kan hentes inn via mikrofoner eller spesielle musikk-grensesnitt (MIDI). Likeledes kan data fra sensorer, for eksempel i overvåkings- eller styringssystemer, mates direkte inn i en datamaskin for lagring og senere analyse, eller for umiddelbar vurdering og reaksjon (justering av utstyr, utløsing av alarm o.a.).

Talestyring av datamaskiner finnes også, mest i spesielle miljøer som sykehus og advokatkontorer, der de automatiserer eksisterende rutiner med diktering. Forsøk med talestyrte datatjenester på norsk har vist alvorlige mangler.

Ut-enheter

Den aller vanligste ut-enheten for datamaskiner er dataskjermen. Moderne dataskjermer har stor bildeflate (15–21", enda større for lysprosjektørskjermer), høy oppløsning og fulle farger. Det er mange skjermteknologier på markedet i dag. De vanligste er katodestråleskjermer (jfr. billedrør), som ofte brukes sammen med PCer og arbeidsstasjoner av alle slag. Disse ligner TV-apparater, men kan vise flere detaljer.

Bærbare PCer har gjerne flate skjermer. På dette området er det mange teknologier. De enkleste er passive, det vil si at de ikke lager lys selv, men bruker flytende krystaller (eng. Liquid Crystal Display, LCD) som absoberer lys fra omgivelsene når det går strøm gjennom dem. Andre er aktiveog sender selv ut lys, ved hjelp av for eksempel lysdioder (eng. LED). Tidligere var flate skjermer dyrere enn katodestråleskjermer, men flatskjermer er i dag store nok og billige nok til å erstatte katodestråleskjermer også for datamaskiner som ikke er bærbare. Resirkulering av flatskjermer er enklere enn for kateodestråleskjermer, slik at miljøkrav kan gjøre dem rimeligere i bruk.

For å få innholdet i datamaskinen – dokumenter, bilder, tegninger, data av alle slag – over på papir er mange maskiner tilkoblet en skriver. Det finnes mange skriverteknologier, tilpasset de fleste bruksområder: blekkskrivere, laserskrivere, nåleskrivere, voksskrivere og plottere. Noen skrivere leverer utskrifter med gjennomslag i store mengder for massedistribusjon i posten, andre produserer fargegrafikk og -fotogjengivelser i fotokvalitet.

Moderne datamaskiner er dessuten gjerne tilkoblet høyttalere, som benyttes til spill, musikk og ulike multimedia-anvendelser.

Nett

Strømforsyning

Programvaren

Maskinvaren, med minnet, prosessoren og de forskjellige enhetene som er tilknyttet den, gir rike muligheter til å håndtere og bearbeide digital informasjon. Programvaren gjør mulighetene tilgjengelige for brukerne av maskinen.

Et eksempel: En harddisk er en enhet der diskene må settes i rotasjon før den kan brukes, lese- og skrivehodene må posisjoneres over den magnetiserbare overflaten, og datamaskinen må holde orden på hvilke deler av den magnetiserbare overflaten som er brukt og hvilke som er ledige til å lagre informasjon på. Med egnet programvare er alle de tekniske detaljene med posisjonering og rotasjon skjult for brukeren, og overflaten er organisert i et filsystem, der filene består av data som hører sammen. Filene i et filsystem har navn, og datamaskinen kan holde rede på innholdet i en gitt fil, selv om innholdet er spredt over hele harddisken.

Programvare som styrer tilgangen til ytre enheter som nettverk, harddisker, skjermer, tastaturer, CD-ROM og så videre kalles drivere. Filsystemet er avhengig av drivere for å kunne bruke harddiskene, og systemet kan også være avhengig av nettverksdrivere dersom det lagrer filer på andre datamaskiner i nettet.

Filsystemeter et eksempel på et begrep som er oppfunnet for å gjøre data i datamaskiner lette å bruke, og filsystemet er virkeliggjort som programvare. Et annet eksempel på begreper som er innført (i såkalte vindusbaserte systemer) for å lette bruken av datamaskinene er vinduer, som er firkantede områder på skjermen som brukerprogrammer kan benytte til å formidle data mellom datamaskin og bruker.

En del programvare ligger som fastvare (eng. firmware) på ROM-brikker, noe som gjør at skillet mellom maskinvare og programvare til dels er flytende. Den innebygde programvaren inneholder blant annet rutiner for testing og klargjøring av enheter ved oppstart av maskinen. Den kan også inneholde drivere og instruksjoner for andre nyttige funksjoner.

For å kunne utføre de oppgavene brukeren ber om må datamaskinen håndtere avbrudd (se mikroprosessor). Et eksempel: hver gang en bruker trykker på en tast på tastaturet eller klikker med en mus, genereres et avbrudd til datamaskinen. Når det kommer et avbrudd fra tastaturet, må datamaskinen snarest mulig sørge for å finne ut hvilken tast det var som ble trykket ned, og dersom det var en bokstavtast, sørge for at bokstaven blir vist på riktig sted på skjermen. Andre avbruddskilder er blant annet nettverkskort, som lager avbrudd for å melde at nye data er ankommet fra nettet, og harddisker, disketter eller CD-ROM som forteller at data som er bestilt er ferdig innlest. En viktig avbruddskilde er den innebygde klokken, som genererer avbrudd med faste mellomrom for å gi maskinen en mulighet til å gå igjennom oppgavene den holder på med, og eventuelt omprioritere dem hvis det er behov for det. Klokkeavbruddene kommer så fort at hvis datamaskinen arbeider med flere programmer samtidig, vil brukeren ikke merke den stadige skiftingen mellom dem – det ser ut til at maskinen arbeider med alle oppgavene samtidig. Programmene i datamaskinen kan også selv generere avbrudd for å be om tjenester fra de ytre enhetene, som å melde fra at data ligger klar til å bli sendt ut på nettet eller til å bli lagret på en harddisk eller lignende.

Operativsystemet(som for eksempel Windows-variantene, Mac OS, Linux, UNIX) ordner aktivitetene til driverne, ser til at filsystemet er intakt, sørger for at tjenestene som etterspørres gjennom avbrudd blir gjennomført i prioritert rekkefølge, ser til at brukerne og deres programmer ikke får brukt ressurser eller data som de ikke har tillatelse til å bruke, og at brukerprogrammene får de ressursene de ber om.

Brukerprogrammene eller applikasjonene utnytter de mulighetene maskinvaren gir til regnskap, lagerstyring, tekstbehandling, konstruksjonsoppgaver, tekniske beregninger, kommunikasjon, spill m.m. Brukerprogrammene kan være standardprogrammer beregnet for et massemarked, bransjeorienterte løsninger, eller programmer utviklet for én spesiell anvendelse hos én bruker. Utvikling og salg av dataprogrammer er en storindustri. Til utvikling av brukerprogrammer finnes et bredt tilbud av programmeringsspråk og andre verktøy for systemering og programutvikling.

Mellomvare er programvare som brukes til å forenkle bruken av maskinressurser i et nettverk, slik at man ikke behøver å forholde seg direkte til harddisker eller prosessorer, men til logiske definerte lagringsenheter eller virtuelle servere. Mellomvare bygger en logisk infrastruktur for å levere tjenester til de som skal bruke eller betjenes av et IT-system,

Se for øvrig dataprogram.

Drift av datamaskiner

Historikk

Datamaskin

Datamaskintyper og bruksmåter	0
Maskinvaren	0
Prosessor	0
Minnet	0
Ytre lager	0
Inn-enheter	0
Ut-enheter	0
Nett	0
Strømforsyning	0
Programvaren
Drift av datamaskiner	0
Historikk	0
Maskinvaren	0
Programvaren	0