Računalnik: Splošna naprava za izvajanje aritmetičnih ali logičnih operacij

Pri tem procesira informacije, običajno v obliki numeričnih ali logičnih operacij, ali procesiranja podatkov, za kar uporablja vhodno-izhodne naprave. Ker se zaporedje izvajanja operacij s spremembo programa lahko spremeni, lahko računalnik uporabljamo za različne namene.

Računalnik

Računalnik ima 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 (za kar skrbi ALU; angl. Arithmetic Logic Unit). Krmilna enota skrbi za zaporedje izvajanja operacij in ukazov. Zunanje naprave omogočajo pridobivanje podatkov iz zunanjih virov (npr. tipkovnica, miška, spominske naprave, optični čitalci, ipd.), izpisovanje rezultatov (monitor, tiskalnik) in shranjevanje podatkov (trdi diski, trakovi, optični nosilci).

V drugi svetovni vojni so za potrebe specializiranih vojaških operacij uporabljali mehanske analogne računalnike. V tem času so se pojavili prvi elektronski digitalni računalniki. Zasedali so velikost večje sobe, potrebovali so toliko energije, kot je danes zadostuje za več sto osebnih računalnikov (PC-jev).

Sodobni računalniki, ki temeljijo na integriranih vezjih, so miljonkrat do miljardokrat zmogljivejši od zgodnejših naprav, in zasedajo le drobec prvotnega prostora. Enostavni računalniki so dovolj majhni, da se jih lahko umesti v mobilne naprave. Mobilne računalnike in druge prenosne naprave (telefone, elektronske naprave ipd.) lahko napajajo majhne baterije. Osebni računalniki so v svojih različnih oblikah ikona informacijske dobe in običajno ljudje pomislijo na njih, ko je govora 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.

Osnovne naprave za računanje so se pojavile že v antiki, mehanske pomočnike pa so izumili v 17. stoletju. V tem stoletju se je prvič pojavila angleška beseda computer (računar, danes v pomenu 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

 

Prve računske stroje je zasnoval že francoski matematik Blaise Pascal (seštevanje in odštevanje) in nemški matematik Gottfried Leibniz (množenje in deljenje) v 17.stoletju. Ta sta omogočila osnovne kalkulatorske dosežke. Na tej napravi so opazno nadaljevali razvoj, a največji dosežek se je zgodil v okviru Analitičnega društva Univerze Cambridge. Charles Babbage, angleški strojni inženir in polimatematik, je prvi začrtal način delovanja programabilnega računalnika, ki je sledil navodilom po tablicah z luknjicami in je opazno obogatil Pascalovo zasnovo s strojniškim znanjem. Stroj je deloval na paro in je po zasnovi in uporabi diferencialnih izračunov prvi in najpomembnejši preskok v razvoju računalniškega stroja. Babbage je običajno označen kot oče računalnika. Babbage je v zgodnjem 19. stoletju zasnoval in izumil prvi mehanični računalnik. Pri vpeljevanju diferencialnih izračunov in kotnih funkcij pri izračunavanju težjih matematičnih podvigov se je oprl na delo francoskega matematika Gasparda de Pronya, ki je pri delu logaritmičnih tabel in trigonometrije prepuščal po zgledu na industrijsko metodo tekočega traku izračune manjših delov računskega izraza preprostih delavcem, ki so opravili svoje delo in prepustili drugi skupini izračune. 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.

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. V razvoju se je Babbagu pridružila tudi Ada Lovelace, sicer hčer lorda Byrona, ki je znanstveni skupnosti predstavila nadaljnji razvoj Analitičnega stroja in tako prva predstavila vse možnosti sodobnega osebnega računalnika. Poleg Babbegeve zamisli stroja, ki lahko opravlja različne naloge, je ona dodala tudi dimenzijo izračunavanja tudi drugačnih vrednosti, ki se lahko prenesejo v glasbo, besede, simbolne vrednosti. Kot del predstavitve analitičnega stroja je ponudila tudi način, kako bi tak stroj lahko izračunaval naloge in tako velja za prvega računalniškega programerja. Ada Lovelace je ponudila Babbagu tudi poslovno sodelovanje, ki ga ta ni sprejel, ker se je opiral na vladno pomoč pri razvoju. Tako Ada Lovelace kot Babbage sta končala v revščini, Lovelace ni nadaljevala z objavljanjem znanstvenih del in postala kasneje celo odvisnik od igranja na srečo in opiatov.

Babbageov neuspešen poskus 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

 

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. Prvi sodobni analogni računalnik je bil stroj za napovedovanje plime, ki ga je izumil Sir William Thomson, Lord Kelvin leta 1872. Diferencialni analizator, mehanični analogni računalnik zasnovan za reševanje diferencialnih enačb s pomočjo integralov, ki je uporabljal kolesca in diske, je leta 1876 izdelal James Thomson, brat bolj slavnega Lorda Kelvina. Umetnost mehaničnega analognega računanja je vrh dosegla z diferencialnim analizatorjem, ki sta ga na MIT leta 1927 zgradila H. L. Hazen in Vannevar Bush. Naprava je bila zgrajena na osnovi mehaničnih integratorjev Jamesa Thomsona in ojačevalcev navora, izumom H. W. Niemana. Preden je bila njihova zastarelost očitna, so zgradili 12 tovrstnih naprav.

Obdobje sodobnih računalnikov

Način delovanja sodobnega računalnika je prvi v svoji razpravi O izračunljivih številih leta 1936 opisal računalniški znanstvenik Alan Turing. Turing je ponovno določil meje dokazov in izračunov, ki jih je leta 1931 nakazal Kurt Gödel; Gödelov splošni formalni jezik na osnovi aritmetike je nadomestil z izmišljenimi in prav tako formalnimi napravami, ki so postale znane kot Turingovi stroji. Dokazal je, da bi neka taka naprava lahko bila sposobna izvesti katerokoli nedvoumno matematično operacijo, če bi le bila predstavljena v obliki algoritma. Dokazal je tudi, da ni rešitve za tako imenovani Entscheidungsproblem (odločitveni problem), in sicer tako, da izračunljivost problema za Turingov stroj ni vnaprej določena: na splošno ni možno z algoritmom za katerikolo izbrano kombinacijo vhodnih podatkov in algoritmov določiti, ali bo posamezni Turingov stroj program zaključil ali bo tekel do neskončnosti.

Vpeljal je tudi izraz »Splošni stroj« (sedaj bolj znan kot splošni oz. univerzalni Turingov stroj), ki je izraz za stroj, ki lahko izvede katerokoli operacijo drugega računskega stroja, ali, z drugimi besedami, računsko operacijo ali izračun na osnovi programa, shranjenega na traku, s čimer dosežemo programabilnost naprave. Von Neumann je potrdil, da je osnovni koncept sodobnega računalnika plod teh Turingovih spoznanj. Turingovi stroji so še danes osnovni predmet računske teorije. Razen omejitev, ki so posledica njihovih končnih spominskih zmožnosti, za sodobne računalnike privzemamo, da so popolni po Turingu, kar pomeni, da imajo univerzalnemu Turingovemu stroju ustrezajočo zmožnost izvajanja algoritmov.

Prvi elektromehanični računalniki

 

Herman Hollerith je leta 1889 razvil in patentiral elektromehansko napravo (tabulator), ki je uporabljala luknjane kartice, ter z njo pohitril statistično obdelavo podatkov; popis prebivalstva v ZDA leta 1890 je bil tako opravljen v dveh letih in pol, prejšnjega (1880) pa so obdelovali 7 let. Leta 1896 je ustanovil podjetje Tabulating Machine Company. To se je leta 1911 združilo z dvema drugima podjetjema v Computing Tabulating Recording Corporation (CTR), ki se je kasneje (1924) preimenovalo v IBM.

 

Zgodnji digitalni računalniki so bili elektromehanski; električna stikala so za izvedbo računskih operacij usmerjala mehanične releje. Tovrstne naprave so imele nizko operativno hitrost in so jih sčasoma nadomestili mnogo hitrejši popolnoma električni računalniki, ki so uporabljali vakuumske cevi oz. elektronke. Računalnik Z2, ki ga je leta 1939 izdelal nemški inženir Konrad Zuse, je bil eden najzgodnejših primerov elektromehanskega relejnega računalnika. Leta 1941 je Zuse nadgradil svojo predhodno napravo z Z3, prvim delujočim elektromehaničnim programabilnim, popolnoma avtomatskim digitalnim računalnikom. Z3 je sestavlljalo 2000 relejev, kar je omogočalo 22 bitne zloge, ki so usmerjali delovno frekvenco 5–10 Hz. Programska koda in podatki so se hranili na luknjanem celuloidnem filmskem traku. V nekaterih pogledih je bil podoben sodobnim računalnikom, prvi pa je omogočal številne napredne zmožnosti, npr. števila s plavajočo vejico. Zamenjava za izvedbo zahtevnega desetiškega sistema (ki ga je predvidel Charles Babbage) z mnogo enostavnejšim dvojiškim je pomenila, da so Zusejeve naprave bile enostavnejše za izdelavo in predvidoma bolj zanesljive, zlasti upoštevaje takratno stanje tehnologije. Z3 je bil najverjetneje po Turingu popoln stroj.

Pojav elektronskih programabilnih računalnikov na osnovi elektronk

Polno elektronski elementi so kmalu nadomestili njihove mehanske in elektromehanske ekvivalente, nekako v času, ko so digitalni izračuni nadomestili analogne. Inženir Tommy Flowers, ki je v 1930ih delal pri poštnem raziskovalnem uradu (Post Office Research Station) v Londonu, je pričel raziskovati možne načine uporabe elektronike v telefonskem prometu. Poskusna oprema, ki jo je zgradil leta 1934, je v redno uporabo prešla 5 let kasneje, pri čemer je z uporabo tisočev vakuumskih cevi del telefonske centrale spremenil v elektronski sistem za obdelavo podatkov. V ZDA sta leta 1942 John Vincent Atanasoff in Clifford E. Berry na Univerzi v Iowi (Iowa State University) razvila in testirala računalnik Atanasoff–Berry Computer (ABC), prvi »avtomatski elektronski digitalni računalnik«. Tudi ta naprava je bila popolnoma elektronska in je delovala na osnovi 300 elektronk, pri čemer je za shranjevanje podatkov uporabljala mehanski vrteči se boben.

 

Med drugo svetovno vojno so Britanci v Bletchley Parku dosegli vrsto pomembnih uspehov pri razvozlavanju šifriranih nemških vojaških sporočil. Nemški šifrirni stroj, Enigma, so sprva napadli s pomočjo elektro-mehanskih bomb. Za strtje bolj zapletenega stroja Lorenz SZ 40/42, ki so ga uporabljali za vojaška sporočila na višjih nivojih poveljevanja, so Max Newman in sodelavci nastavili prej omenjenega Flowersa, ki je med februarjem in koncem leta 1943 zgradil stroj z imenom Colossus. Po zaključku funkcionalnih preizkusov decembra leta 1943 so Colossus 18. januarja 1944 prenesli v Bletchley Park in z njim napadli prvo sporočilo 5. februarja.

Colossus je bila prva elektronska digitalna programabilna računska naprava. Zasnovana je bila na osnovi velikega števila vakuumskih cevi; za vnos je uporabljala papirni trak in jo je bilo moč nastaviti za razreševanje različnih booleanskih operacij nad podatki, toda ni bila popolna po Turingu. Colossus Mk I (Mark I - različica I) so kasneje spremenili v skupaj 10 strojev Mk II. Colossus Mark I je vseboval 1500 termalnih elektronk, toda Mark II s skupaj 2400 cevmi je bil 5-krat hitrejši in enostavnejši za rokovanje kot Mark I, s čimer so zelo pohitrili postopek dešifriranja.

 

Ameriški ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) je bil prvi elektronski programabilni računalnik, zgrajen v ZDA. Čeprav je bil ENIAC podoben Colossusu, je bil znatno hitrejši in prilagodljivejši. Nedvomno je bil po Turingu popolna naprava in je lahko izračunal katerikoli problem, ki je ustrezal njegovi količini spomina. Tako kot pri Colossusu, je bil "program" na ENIACu določen s pomočjo nastavitev povezovalnih kablov in stikal, kar je znatno drugače kot je to s programi postalo običajno v elektronskih napravah kasneje. Ko je avtor izdelal program, ga je bilo v računalnik potrebno vnesti ročno preko ustrezno nastavitve vtičnic in stikal.

ENIAC je združeval visoko hitrost elektronike in zmožnost programabilnosti za razreševanje zahtevnih problemov. Sešteval in odšteval je lahko 5000 krat v sekundi, tisočkrat hitreje kot katerakoli naprava tistega časa. Vseboval je tudi module za množenje, deljenje in kvadratni koren. Vgrajeni spomin je bil omejen na 20 besed (okoli 80 bytov). Gradnjo sta nadzorovala John Mauchly in J. Presper Eckert na Univerzi v Pennsylvaniji (University of Pennsylvania); ENIACova razvoj in izgradnja sta trajala od 1943 do polne operativnosti konec 1945. Naprava je bila velikanska, tehtala je 30 ton, uporabljala 200 kilowattov električne moči in vsebovala preko 18,000 vakuumskih cevi, 1.500 relejev, in stotine tisočev uporov, kondenzatorjev in induktorjev.

Shranjevanje programov odpravi potrebo po vsakokratnem ožičenju

 

Prve računske naprave so uporabljale statične programe. Sprememba delovanja je zahtevala ponovno razmestitev žic in prestavitev strukture. To se je spremenilo z uporabo računalnika, ki je program shranil. Tak računalnik po zasnovi vsebuje nabor ukazov in lahko v spominu hrani skupek ukazov (računalniški program), ki v podrobnostih opredeljuje izračun. Teoretično osnovo za v računalniku hranjeni program je v svoji objavi leta 1936 obdelal Alan Turing. Leta 1945 se je Turing pridružil angleškemu Nacionalnemu laboratoriju za fiziko in pričel delo pri razvoju digitalnega raćunalnika z elektronsko hranjenim programom. Njegovo poročilo iz leta 1945 »Načrt elektronskega kalkulatorja« (Proposed Electronic Calculator) je bila prva specifikacija za takšno napravo. John von Neumann je leta 1945 na Univerzi v Pennsylvaniji prav tako objavil »Prvi osnutek poročila o EDVAC-u« (First Draft of a Report on the EDVAC; Electronic Discrete Variable Automatic Computer).

Manchester Small-Scale Experimental Machine (SSEM) z vzdevkom Baby je bil prvi računalnik s shranjenim programom na svetu. Zgradili so ga na Victoria University of Manchester Frederic C. Williams, Tom Kilburn in Geoff Tootill. Prvi program je izvedel 21. junija 1948. Zasnovan je bil kot testni poligon za Williamsovo cev, prvo RAM digitalno spominsko napravo. Čeprav je bil računalnik za tisi čas »majhen in primitiven«, je bil vendarle prva delujoča naprava, ki je vsebovala elemente, ki danes sestavljajo jedro sodobnih računalnikov. Takoj, ko so s SSEM prikazali izvedljivost zasnove, so na univerzi sprožili projekt njegove nadgradnje v še bolj uporabni računalnik, Manchester Mark 1.

Mark 1 je nato hitro postal prototip za Ferranti Mark 1, prvi komercialno dosegljiv splošno uporaben računalnik na svetu. Izdelalo ga je podjetje Ferranti in februarja 1951 dostavilo Univerzi v Manchestru. Najmanj sedem teh naprav so nato dobavili v letih med 1953 in 1957, eno izmed teh tudi laboratorijem podjetja Shell v Amsterdamu. Oktobra 1947 se je vodstvo britanskega oskrbovalnega podjetja J. Lyons & Company odločilo, da bodo aktivno podprli komercialni razvoj računalnikov. Računalnik LEO I je pričel z delovanjem aprila 1951 in izvedel prvi redni rutinski pisarniški program na svetu.

V računalnikih tranzistorji nadomestijo vakuumske cevi

 

Dvopolni tranzistor so izumili leta 1947. Od leta 1955 dalje so v računalnikih tranzistorji nadomestili vakuumske cevi in pripomogli k vzponu »druge generacije«  računalnikov. V primerjavi z vakuumskimi cevmi imajo tranzistorji precej prednosti: so manjši, potrebujejo manj električne moči kot vakuumske cevi, in s tem oddajajo manj toplote. Silicijevi križni tranzistorju so bili tudi mnogo bolj zanesljivi kot vakuumske cevi in so imeli daljši, skoraj neskončni, rok uporabe. Tranzistorski računalniki so lahko vsebovali desettisoče binarnih logičnih vezij na sorazmerno manjhnem prostoru.

Na Univerzi v Manchestru je skupina pod vodstvom Toma Kilburna zasnovala in zgradila napravo, ki je uporabljala novo odkrite tranzistorje namesto cevi. Njihov prvi tranzistorski računalnik, in s tem tudi prvi na setu, je bil dokončan leta 1953, druga različica pa aprila 1955. Kljub temu pa je naprava vsebovala cevi, s pomočjo katerih je delovala pri 125 kHz in brala ter zapisovala na spominske magnetne bobne, zaradi česar ni bila prva popolnoma tranzistorska naprava na svetu. Ta naziv gre računalniku Harwell CADET iz leta 1955, ki ga je izdelal elektronski odsek Atomic Energy Research Establishment v Harwellu.

Integrirana vezja nadomestijo tranzistorje

 

Do naslednjega večjega napredka v računski moči je prišlo s pojavom integriranih vezij.

Integrirano vezje si je prvi zamislil radarski znanstvenik Geoffrey W.A. Dummer, ki je delal na britanskem Ministrstvu za obrambo. Dummer je prvič javno predstavil svoj opis integriranega vezja na Simpoziju o napredku zmogljivih elektronskih sestavnih delov (Symposium on Progress in Quality Electronic Components) v Washingtonu 7. maja 1952.

Prve praktične primere integriranih vezij sta izdelala Jack Kilby v podjetju Texas Instruments in Robert Noyce v Fairchild Semiconductor. Kilby je svoje začetne ideje s področja integriranih vezij zabeležil julija 1958 in uspešno predstavil delujoči integrirani primer 12. septembra 1958. V svoji patentni prijavi z dne 6. februarja 1959 je Kilby opisal svojo novo napravo kot “telo iz polprevodnega materiala ... znotraj katerega so vsebovani (s tujko: integrirani) vsi sestavni deli elektronskega vezja.” Robert Noyce je predstavil svojo idejo integriranega vezja, le pol leta kasneje kot Kilby. Njegov čip je rešil precej praktičnih težav, ki jih Kilbyev ni. Ena glavnih izboljšav je bila, da je Fairchild Semiconductor izdeloval čipe na osnovi široko dostopnega silicija, medtem ko je bil Kilbyev čip izdelan iz germanija.

Iznajdba je najavila eksplozijo komercialne in osebne rabe računalnikov in je vodila do izuma mikroprocesorja. Določitev, točno katera naprava je bila prvi mikroprocesor, je težka, deloma tudi zaradi pomanjkanja splošno sprejete definicije pojma »mikroprocesor«. Večinoma je nesporno, da je bil prvi enočipni mikroprocesor Intel 4004 iz leta 1971, ki so ga zasnovali in opredmetili Ted Hoff, Federico Faggin in Stanley Mazor v podjetju Intel.

 

 

V obdobju med letoma 1978 in 1988 je v Sloveniji delovalo tudi podjetje Iskra Delta, eno redkih slovenskih podjetij z lastnim razvojem računalnikov. Podjetje je v najboljših časih zaposlovalo okoli 2000 strokovnjakov in drugega osebja. Podjetje je razpadlo po odpiranju vzhodnoevropskih trgov in delno tudi zaradi zamujanja pri sledenju novim tehnologijam.

12. avgusta 1981 je IBM predstavil IBM Personal Computer (IBM PC; IBM osebni računalnik). IBM PC je uporabljal takrat nov procesor Intel 8088. Tako kot ostali 16 bitni CPU-ji, je lahko uporabljal do 1 megabajt spomina in je uporabljal 8-bitni dostop podatkovnega vodila do spomina in vhodno/izhodnih naprav. Taka zasnova je omogočila uporabo obsežne, široko dostopne in relativno cenene družine 8 bitnih združljivih (kompatibilnih) podpornih čipov. IBM se je za uporabo čipa Intel 8088 odločil po predhodnem testiranju procesorjev Motorola 68000 in Intel i8086, saj je za slednja ocenil, da sta za namen uporabe prezmogljiva. IBMov ugled v poslovnem svetu je omogočil, da je arhitektura IBM PC zasedla znaten del trga poslovne uporabe, in precej manjših podjetij, ki so prodajale IBM-združljivo programsko in strojno opremo, je hitro zraslo po velikosti in pomenu, med njimi npr. Tecmar, Quadram, AST Research, in Microsoft.

Mobilnost in vzpon pametnih telefonov

Nadaljevanje minituarizacije računalniških naprav, napredek v trajanju avtonomije prenosnih baterij in drugi dejavniki so v 1990-ih botrovali vedno večji popularnosti prenosnih računalnikov.^{[navedi vir]} Isti razlogi so izdelovalcem omogočili vgradnjo vedno manjših in zmogljivejših sestavnih delov v mobilne telefone. Kasneje se pojavijo tako imenovani pametni telefon, ki uporabljajo različne operacijske sisteme ter na tržišču postajajo po številu prevladujoče računalniške naprave; tako so izdelovalci samo za drugo četrtletje leta 2013 poročali o prodaji 213 milijonov naprav (skupaj v letu 2013: 959 milijonov naprav). Leta 2018 je ta številka dosegla že 1 milijardo 555 milijonov pametnih telefonov, pri čemer pa že nekaj let prodaja na letni ravni ne raste ali celo stagnira.

• Samsung: 295,04 milijonov (19% tržni delež)
• Apple: 209,05 milijonov (13.4% tržni delež)
• Huawei: 202,9 milijonov (13% tržni delež)
• Xiaomi: 122,4 milijonov (7.9% tržni delež)
• OPPO: 118,84 milijonov (7.6% tržni delež)
• Drugi : 607,05 milijonov (39% tržni delež)
• Skupaj : 1,555 milijonov ( 100.0% trga)

Računalnik je naprava, ki obdeluje podatke v skladu s seznamom ukazov, katerega imenujemo program. Računalniki se pojavljajo v številnih fizičnih oblikah. 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.

Funkcija, ki opredeljuje sodobne 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 ukazov, kot so to na primer programi za oblikovalnike besedil in spletne brskalnike. Tipični sodobni računalnik lahko izvaja milijardo ukazov na sekundo in redko napravi napako v več letih delovanja. Veliki računalniški programi, ki vsebujejo več milijonov ukazov, običajno v več letih napišejo skupine programerjev, in zaradi kompleksnosti naloge se s tem poveča tudi možnost, da program vsebuje napake.

 

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:

• Krmilna enota upravlja delovanje centralno procesne enote. Bere ukaz za ukazom iz programa, zapisanega v strojni obliki, jih dekodira in preko množice krmilnih signalov krmili njihovo izvajanje.
• Aritmetična enota (ALU, angl. arithmetic logic unit) izvršuje osnovne aritmetične operacije (seštevanje, odštevanje, množenje, deljenje), logične in primerjalne operacije (negacija, konjunkcija, disjunkcija,...) s podatki, ki jih zahtevajo ukazi.
• Centralni pomnilnik shranjuje podatke in programske instrukcije: RAM, ROM

Periferni del je povezava računalnika z zunanjim svetom; ta delomogoča branje podatkov, izpisovanje rezultatov in shranjevanje podatkov v zunanjih pomnilnikih. Periferne enote delimo v tri osnovne kategorije:

• Vhodne enote sprejemajo podatke in programske instrukcije v obliki, ki jih računalnik razume: čitalnik kartic, tipkovnica, miška, ...
• Izhodne enote prenašajo rezultate iz centralnega pomnilnika na izhodne enote: tiskalnik, zaslon, zvočnik, ...
• Zunanje pomnilne enote so namenjene shranjevanju večje količine podatkov v trajni obliki: enota z magnetnimi trakovi, USB ključ, trdi disk, ...

 

Poznamo naslednje vrste računalnikov:

• superračunalnik (supercomputer)
• veliki računalnik (mainframe)
• miniračunalnik (minicomputer)
• notesnik (notebook), prenosnik (portable)
• mikroračunalnik (microcomputer) oz. osebni računalnik (personal computer)
• dlančnik (PDA)
• tablični računalnik

Umetna inteligenca

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

Glavni članek: Strojna oprema računalnika.

Izraz strojna oprema (angl. hardware, kratica HW) 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

Glavni članek: Zgodovina strojne opreme računalnika.

Ostale teme o strojni opremi

Programska oprema

Glavni članek: Programska oprema.

Programska oprema (angl. software, kratica SW) 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«.

Jeziki

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

Poklici in organizacije

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

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

• 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 (ur.), Elektronski računalniki, Ljubljana: Elektrotehniška zveza Slovenije