Kompiuteris

Informatika tapo tokia reikšminga, kad net kalbama apie informacinės visuomenės eros pradžią. Tokių gilių pokyčių pradžia buvo vienas iš svarbiausių žmonijos išradimų - kompiuteris, sudarantis technines prielaidas informatikos metodams realizuoti.
Apibrėždami informaciją, akcentuojame jos perdavimą vienų asmenų kitiems. Tiesioginio žmonių bendravimo galimybės šiuo požiūriu ribotos. Todėl jau prieš daug amžių buvo sugalvoti būdai informacijai išsaugoti, pvz., piešiant vaizdus, išpjaustant įvairius ženklus lazdoje. Vėliau buvo išrastas raštas, knygų spausdinimas, magnetinio garsų ir vaizdų irašymo būdas, telefonas, radijas ir televizija. Tai leido perduoti informaciją daugeliui žmonių, nutolusių erdveje ir laike. Jau paprasciausių (kaupimo ir saugojimo) informacinių funkcijų požiūriu kompiuteris nepalyginamai pranašesnis už kitas priemones, nes leidžia kaupti labai didelius informacijos kiekius ir juos patikimai saugoti labai ilgą laiką. Diskiniai atminties įrenginiai buvo sukurti remiantis fizikos ir technikos pasiekimais elektronikos, magnetinių medžiagų, lazerių srityse. Diskuose realizuojama atmintis vadinama išorine atmintimi, kadangi juose įrasyta informacija išlieka kompiuterį išjungus, o patys diskai keičiami ir perkeliami nuo vieno kompiuterio prie kito.
Kaip jau anksčiau minėta, informacija gali būti užkoduota vienetukų ir nuliukų seka. Magnetinis informacijos užrašymas reiškia tokios pat sekos įmagnetintų ir neįmagnetintų plotelių sukurimą magnetine medžiaga padengto disko (arba dabar jau mažai benaudojamos juostos) paviršiuje. Plačiai vartojamų 3.5 colio skersmens lanksčių diskelių (floppy disc) talpumas yra 1.44 megabaito, o tai atitinka maždaug 500 puslapių knygą. Šimtus ir tūkstančius kartus didesnį informacijos įrašymo tankį galima pasiekti pasitelkus lazerinę technologiją. Kadangi lazerinis spindulys gali būti sufokusuotas mikroskopiniame plotelyje, tai įrašų (išdegintų ir neišdegintų taškų) tankis gali būti tiesiog fantastinis: gigabaitai kompaktiniame diske. Įdomu prisiminti, kad pirmuosiuose kompiuteriuose informacija buvo kaupiama perforuojant popieriaus juosteles ar kieto popieriaus kortas. Pastarąsias pirmasis panaudojo H.Hollerith'as dar apie 1890 metus JAV gyventojų surašymo duomenims kaupti ir apdoroti. Vieno JAV dolerio dydžio perfokorta talpina 800 bitų informacijos, kadangi galima perforuoti skylutę kiekvienoje iš 80 stulpelių ir 10 eilučių sankirtoje. Panašiu principu kaip lankstus diskelis veikia ir kietas diskas, dažnai programuotojų vadinamas vinčesteriu. Plačiai paplitusių asmeninių kompiuterių kieti diskai knygos rašymo metu būdavo kelių gigabaitų talpos. Skaitymo ir rašymo greičiais kieti diskai gerokai pralenkia lanksčiuosius. Daugelyje kompiuterių nenumatyta išimti kietą diską, norint perkelti jį į kitą kompiuterį, nors egzistuoja ir tokios konstrukcijos, kuriose kietą diską išimti ir pakeisti beveik taip pat paprasta, kaip ir lankstų diskelį.
Informacija įrašoma kaip įmagnetintų ir neįmagnetintų plotelių seka, todėl jai skaityti būtinas įmagnetinimui jautraus elemento (magnetinės galvutės) preciziškai tikslus judesys diskelio paviršiaus atžvilgiu. Kadangi mechanimai procesai daug lėtesni už elektroninius, tai ir skaitymo arba rašymo į išorinę atmintį greitis gerokai lėtesnis už skaičiavimo greitį.
Jei didelis informacijos kiekis diske būtų užrasytas nestruktūrizuota vienetukų ir nuliukų seka, tai kiekvieną kartą reikalingos informacijos paieška reikalautų skaityti viską nuo pradžios iki bus surasta tai, ko ieškoma. Panašių sunkumų atsirastų, jei vadovėlio medžiaga nebūtu suskirstyta skyriais ir paragrafais, nebūtų pateiktas jos turinys. Diske informacija kaupiama loginiuose informacijos vienetuose, vadinamuose failais. Dėl lietuviškojo termino failas atitikmens — byla - šiuo metu karštai ginčijamasi, ir jis nėra visuotinai priimtas. Failų vardai ir dydžiai nurodomi disko kataloge. Katalogai toliau gali būti dalinami pakatalogiais, kurie gali turėti savo pakatalogius. Specialioje lentelėje nurodomi failų adresai, pagal kuriuos atrandama fizinė įrašų vieta.
Atsiradus galimybėms kompiuterio išorinėje atmmtyje sukaupti didžiulius informacijos kiekius, iškilo ir naujų problemų. Viena svarbiausių — kaip surasti reikalingą informaciją. Speciali programinė įranga padeda kaupti duomenų bazes, atlikti jose paiešką. Tekstinėje informacijoje pradėta įterpti nuorodas, kurios palengvina navigaciją informacinėje erdvėje. Taip struktūrizuotas tekstas vadinamas hipertekstu.
Informacijos kaupimas ir saugojimas kompiuterio išorinėje atmintyje, nors ir labai svarbi, bet tik paprasčiausia funkcija, sudaranti prielaidas informacijai apdoroti, o tai reiškia vienos vienetukų ir nuliukų sekos kompiuteryje transformavimą į kitą. Informacijos apdorojimas (reiškiantis, pavyzdžiui, tiesiniu lygčių sistemos sprendimą ar teksto redagavimą) gali būti automatinis arba interaktyvus, t.y. dalyvaujant žmogui. Tiesinių lygčių sistemoms spręsti žinomi algoritmai, kurie gali būti realizuoti automatiškai. Tačiau, jei redaguojamame tekste randamas žodis, kurio nėra žodyne, tai turi įsikišti žmogus ir nuspręsti, ar buvo padaryta rašybos klaida, ar tas žodis - dar neįtrauktas į žodyną naujadaras. Tiek automatiniam darbo režimui, tiek reakcijai į žmogaus veiksmus būtina kompiuterio darbo programa, nusakanti kompiuteriu atliekamų veiksmų eiliškumą. Kompiuterio darbo programa gali būti užkoduota vienetukų ir nuliukų seka (mašininiais kodais) ir užrašyta į atmintį lygiai taip pat kaip ir apdoroti skirta informaciją. Programinį darbo principą, kai ir programa, ir apdorojama informacija laikoma toje pačioje atmintyje, pasiūlė J. von Neuman'as. Kadangi elektromniai procesai nepalyginamai greitesni negu skaitymas arba rašymas į išorinę atmintį, tai būtina, kad ir mažesnė (dažmausiai kelių dešimčių megabaitų dydžio), bet tokiu pat greičiu (elektronmiu principu) dirbanti vidinė atmintis. Pastaroji tiesiogiai susieta su aritmetiniu įrenginiu, kuriame atliekamos kompiuterio komandos, ir valdymo įrenginiu, kuris kontroliuoja komandų ir duomenų tėkmę į aritmetinį įrenginį. Mašininis žodis, galintis sutalpinti tam tikrą informacijos kiekį (pavyzdžiui, 2 baitus) informacijos perdavimo operacijose naudojamas kaip nedalomasis vienetas ir adresuojamas vidinėje kompiuterio atmintyje. Bet kokie mašminiai žodžiai bet kokia tvarka surandami vidinėje atmintyje vienodai greitai. Todėl anglų kalba vidinė atmintis vadinama Random Access Memory (RAM). Be jau minėtųjų, dar reikalingi išoriniai įrengimai informacijai persiūsti į kompiuterį ir gautiems rezultatams užrašyti, pvz., žmogui patogia forma. Tokia kompiuterio struktūra dažnai vadinama J. von Neumano struktūra.
Aritmetiniame įrenginyje atliekami veiksmai su dvejetainiais kodais. Čia pateikiami tik keli tokių veiksmų pavyzdžiai. Kodai gali būti interpretuojami kaip skaičiai dvejetainėje sistemoje ir su jais gali būti atliekami aritmetimai veiksmai. Pavyzdžiui, jei valdymo įrenginyje bus atpažinta sveikų skaičių sudėties operacija, kurios vienas iš dėmenų (00101101) yra aritmetimame įrenginyje, kitas dėmuo (00010101) turi būti paimtas duotu adresu iš vidinės atminties, o rezultatas paliktas aritmetiniame įrenginyje, tai, atlikus operaciją

00101101 + 00010101 = 01000010,

aritmetiniame įrenginyje liks dvejetainis skaičius, atitinkantis parašytojo veiksmo rezultatą.
Su kodais gali būti atliekamos loginės operacijos. Jei nagrinėtajame pavyzdyje dėmenys būtų interpretuojami kaip dvejetainiai kodai, ir tarp jų būtų atliekama loginės daugybos operacija, tai aritmetiniame įrenginyje gautas rezultatas būtų kodas 00000101. Sakysim, aritmetmiame įrenginyje esantis kodas yra 00101101, o valdymo įrenginyje atpažinta inversijos operacija, paliekant rezultatą aritmetimame įrengmyje. Tada, atlikus šią operaciją, aritmetiniame įrenginyje būtų gautas kodas 11010010.
Veiksmai, kuriuos atpažįsta valdymo įrenginys, kartais vadinami mašininėmis komandomis. Vienų kompiuterių mašininių komandų aibė yra didesnė, kitų mažesnė, tačiau visada pakankama visiems aritmetikos ir logikos veiksmams realizuoti. Norint kompiuteriu spręsti kokį nors uždavinį, jis turi būti išreikštas mašininių komandų seka, kuri vadinama mašinine kompiuterio programa. Kompiuterio komandos sudaro primityviausią programavimo kalbą, kurią supranta kompiuterio valdymo įrenginys.
Užrašius kompiuterio programą į vidinę atmintį, jau galimas automatinis uždavinio sprendimas. Tačiau užkoduoti algoritmą dvejetaine forma, t.y. kaip vienetukų ir nuliukų seką (nurodant veiksmu kodus ir adresus, kuriais imami argumentai ar užrašomas rezultatas), labai neproduktyvus, kruopštumo ir atidumo reikalaujantis darbas. Todėl buvo sukurtos programavimo kalbos, kuriomis algoritmai užrašomi visiškai tiksliai, bet palyginti lengvai suvokiama žmogui forma. Pradedantieji dažniausiai vartoja PASCAL ir BASIC programavimo kalbas. Programos, vadinamos kompiliatoriais ar interpretatoriais, keičia programavimo kalba užrašytą algoritmą mašininėmis komandomis. Kompiliatoriai pakeičia visą programavimo kalba užrašytą algoritmą mašininėmis komandomis ir perduoda ją vykdyti. Interpretatoriai programavimo kalba parašytą programą vykdo paeiliui sakinys po sakinio. Kompiuterio vartotojo požiūriu, kompiliatoriai ir interpretatoriai yra panaŠūs į kompiuterio technmę įrangą. Be jų kompiuteris — niekam vertas daiktas. Pirmąjį kompiliatorių 1952 m. sukūrė G.M.Hopper, tuo pradėdama programavimo kaip specialios mokslo disciplinos vystymą.
Kad vartotojas galėtų patogiai valdyti kompiuterį, pavyzdžiui, vedžiodamas displėjaus ekranu žymeklį ir spaudydamas pelės mygtukus, reikia specialių programų, sukuriančių patogią darbui aplinką. Tokios programos kartu su kompiliatoriais ir interpretatoriais sudaro sisteminę programinę įrangą. Viena iš pagrindiniu sisteminės programinės įrangos dalių yra operacinė sistema (operating system), t.y. programinė įranga, valdanti kompiuterio darbą. Kitais žodžiais, tai terpė, kurioje vyksta vartotoją dominantys procesai, arba tarpininkas tarp bet kokios programos ir techninės kompiuterio dalies. Vartotojo požiūriu terpė — neatskiriama kompiuterio dalis. IBM PC tipo kompiuteriu vartotojai dažniausiai dirba DOS arba WINDOWS terpėje. Antroji valdoma pelės mygtuku, sutapatinus displėjaus ekrane žymeklį su reikiamos komandos grafiniu simboliu.
Daug vartotojų naudodami kompiuterius nori spręsti tekstų redagavimo, duomenų tvarkymo, matematikos, statistikos ir panašius uždavinius. Būtu neracionalu, jei kiekvienas rašytų sau programas. Tai aukštos kvalifikacijos ir daug darbo sąnaudų reikalaujantis darbas. Todėl yra sukurti ir pardavinėjami programų paketai ar atskiros programos tokiems uždaviniams spręsti (sudarantys taikomąją programinę įrangą). įvairių vartotojų požiūriu tas pats programų paketas gali būti traktuojamas ir kaip sisteminė, ir kaip taikomoji programinė įranga. Pavyzdžiui, kokios nors programavimo kalbos kompiliatorius daugeliui programuotojų yra sisteminės programinės įrangos dalis, bet terpių specialistui — taikomosios programinės įrangos dalis.
Kompiuteris buvo išrastas, siekiant automatizuoti ir pagreitinti sudėtingus apskaičiavimus, kurių pieštuku ir aritmometru žmogus nebepajėgė atlikti. Sudėtingi apskaičiavimai atominės, fizikos ir technikos, meteorologijos, raketinės ir kitos kosminės technikos ir kitose šiuolaikinio mokslo ir technikos srityse visą laiką buvo svarbūs skaičiavimo technikos progreso varikliai. Tačiau nepalyginamai labiau plėtėsi kompiuterių panaudojimas dideliam duomenų kiekiui apdoroti. Vertinant pagal panaudojimą, kompiuterį derėtų traktuoti kaip informacijos apdorojimo įrenginį, kadangi sudėtingi apskaičiavimai, kaip specifinė informacijos apdorojimo sritis, sudaro gan nedidelę bendro kompiuterių darbo laiko dalį. Daugybė žmonių naudojasi kompiuteriais savo darbe visai arba labai mažai tenutuokdami apie kompiuterinę techniką. Buhalterijų darbuotojams kompiuteris reikalingas įvairioms sumoms apskaičiuoti, pajamoms ir išlaidoms subalansuoti, dokumentams paruošti. Sekretorės kompiuteriu rašo laiškus. Sandėlininkai sužino, ar turima ir kiek turima vienokių ar kitokių prekiu. Todėl kompiuteris turi artėti prie vartotojo tiek informacijos pateikimo, tiek ir uždavinių formulavimo požiūriu.
Išaugus vidinės atminties dydžiui ir atsiradus kompaktinių diskų isorinei atminčiai, kompiuterio ekrane tapo galimi geros kokybės vaizdai, kino filmų fragmentai. Stebimi vaizdai gali būti palydimi kalbos, stereomuzikos. Tokia žmogui įprasta informacijos pateikimo forma gali būti kombinuojama su tradiciniais kompiutermiais informacijos pateikimo būdais — tekstais ir grafikais. Šios naujos galimybės buvo pradėtos tyrinėti apie 1980 metus ir pavadintos multimedia. Lietuviškas šio termino atitikmuo — daugialypė aplinka. Multimedia panaudojimas atveria efektyvesnio kompiuterių panaudojimo mokyme galimybes, ypač tokių disciplinu kaip istorija, geografija, kalbos, dailė. Pažymėtmas kompiuterių panaudojimas laisvalaikiui: daugeliui žmonių pažintis su kompiuteriu prasidėjo žaidžiant įvairius žaidimus. Kita vertus, didžiulė kompiuteriniais žaidimais besidominčiųjų auditorija skatino naujų technologijų, ypač žmogaus — kompiuterio sąsajos srityje, vystymąsi.
Kokybinis kompiuterių panaudojimo šuolis įvyko paplitus kompiuterių tinklams. Šiuo metu pasaulyje naudojami keli globalūs tinklai, iš kurių vienas žinomiausių ir plačiausiai vartojamų yra Internetas. Šį tinklą mokslininkai pradėjo kurti ir naudoti apie 1969 metus. Po dešimties metu Interneto vartotojai buvo skaičiuojami dešimtimis tūkstančių, o 1990 metais jau dešimtimis milijonų. Plečiantis tinklo vartotojų ratui, pakito ir tinklo koncepcija. Pradžioje Interneto tinklas turėjo padėti nutolusiems vartotojams prieiti prie kompiuterinių resursų, tuo pačiu garantuojant efektyvesnį tu resursų panaudojimą. Pavyzdžiui, lygiagretaus veikimo superkompiuteriai labai brangūs ir yra įrengti tik nedaugelyje centrų. Tačiau daug vartotojų turi uždavinių, kuriems spręsti reikalingas superkompiuteris, nors gal tik kelioms minutėms. Internetas užtikrino galimybę pasiųsti savo uždavinio failą pasirinktam centrui (adresui) ir gauti iŠ jo uždavinio sprendimo rezultatu failą. Panašiai buvo galima pasinaudoti didelėmis duomenu bazėmis. Tai buvo pagrindinis Interneto servisas — failų persiuntimas iš vieno kompiuterio kitam. Panašaus pobūdžio nauja galimybė tapo elektronmis paštas, kuriuo galima labai greitai persiųsti nedidelius failus iš vieno Interneto vartotojo kompiuterio į kito vartotojo kompiuterį. Interneto vartotojai pradėjo burtis į interesų grupes, leisti elektroninius biuletenius, t.y. formuoti failus, kuriuos gali skaityti visi interesų grupės nariai. Mokslinių rezultatų publikavimas tinkle daug greičiau pasiekia skaitytojus negu tradiciškai publikuojant moksliniuose žurnaluose. Per tinklą efektyviai platinama programinė įranga, ypač laisvai platinamoji (public domain, freeware). Dažnai vartotojas kreipiasi į tinklą, norėdamas vienokios ar kitokios paslaugos, visai nesidomėdamas, kur ir kokiame kompiuteryje bus atlikta jo užduotis.
Išaugus kompiuterių galingumui ir ryšio linijų pralaidumui, tinklų servisas pasipildė hiperteksto ir multimedia galimybėmis. Sėdėdamas prie savo kompiuterio, vartotojas gali įeiti į pasaulinę informacinę erdvę ir domėtis tik loginiais informacinių struktūrų ryšiais, o failų persiuntimo adresai ir optimalūs ju persiuntimo keliai nustatomi automatiškai. Be įprastos tekstinės informacijos, gali būti perduoti videofilmai, palydimi stereogarso. Multimedia galimybių reikalaujanti mformacija dažnai laikoma vadinamuosiuose WWW puslapiuose, o jos reziumė įtraukiamas į tinklo katalogus.
Kompiuterių tinklų vystymas tapo prioritetiniu JAV ir Vakarų Europos šalių ekonominiu uždaviniu. Kompiuterių tinklai atveria naujas galimybes telemokymui ir teledarbui, kal mokytojas su mokiniais ar kokio nors projekto vykdytojai bendrauja per kompiuterių tinklą.