Računalništvo in informatika v zdravstvu (1. del) by guest568

2016 INFORMATIKA V ZDRAVSTVU I.

Prof. dr. Ivan GerliÄ? Fakulteta za zdravstvo Novo mesto

1.12.2016

Prof. dr. Ivan GERLIČ

INFORMATIKA V ZDRAVSTVU I. DEL (Osnove računalništva in informatike)

Maribor, Novo mesto, 2016

Vsebina UVODNE MISLI............................................................................................................................ 4 1 OSNOVNI POJMI INFORMATIKE IN RAČUNALNIŠTVA ............................................................. 6 1.1

KIBERNETIKA, INFORMATIKA ....................................................................................... 6

1.1.1 Informacijsko komunikacijska tehnologija ................................................................ 6 1.1.2 Kibernetika ................................................................................................................ 9 1.2

OSNOVE TEORIJE SISTEMOV...................................................................................... 14

1.3 INFORMATIKA, RAČUNALNIŠTVO................................................................................... 17 1.4

RAZVOJ RAČUNALNIŠTVA .......................................................................................... 21

1.4.1 Računalniški »stari vek« (mehanska računala) ....................................................... 21 1.4.2 Računalniški »srednji vek« (elektro-mehanski in elektronski računalniki) ............. 24 1.4.3 Računalniški »novi vek« (mikroelektronsko obdobje) ............................................ 27 1.4.4 Računalniška sedanjost in trendi............................................................................. 29 1.4.5 Generacije računalnikov .......................................................................................... 33 1.5 VRSTE RAČUNALNIKOV .................................................................................................. 39 2 ZGRADBA IN DELOVANJE RAČUNALNIKA .............................................................................. 44 2.1 INFORMACIJE IN NJIH PREDSTAVITEV ............................................................................ 44 2.2 OSNOVNI DELI RAČUNALNIKA ........................................................................................ 48 2.2.1 Centralna procesna enota ....................................................................................... 50 2.2.2 Pomnilnik ................................................................................................................. 54 2.2.3 Vhodno – izhodne enote ......................................................................................... 65 3 PROGRAMSKA OPREMA ........................................................................................................ 79 3.1 SISTEMSKA PROGRAMSKA OPREMA .............................................................................. 82 3.1.1 Operacijski sistem Windows ................................................................................... 86 3.1.2 Operacijski sistem Linux .......................................................................................... 88 3.1.3 Operacijski sistemi za mobilne sisteme .................................................................. 90 3.2 UPORABNIŠKA PROGRAMSKA OPREMA ........................................................................ 92 3.2.1 Kratka navodila za oblikovanje in uporabo e-prosojnic ........................................ 100 3.3 SPECIALIZIRANA OZ. APLIKACIJSKA UPORABNIŠKA PROGRAMSKA OPREMA.............. 103 3.3.1 Splošno specializirana uporabniška programska oprema..................................... 104 3.3.2 Ožje specializirana uporabniška programska oprema .......................................... 110 3.4. PROGRAMIRANJE IN PROGRAMSKI JEZIKI................................................................... 113 3.4.1 Opredelitev in razčlenitev problema..................................................................... 113

3.4.2 Priprava algoritma ................................................................................................. 115 3.4.3 Programski jeziki.................................................................................................... 119 3.4.4 Kodiranje programa .............................................................................................. 124 3.4.5 Preizkušanje in vzdrževanje programa.................................................................. 131 3.5 OBDELAVA IN VARNOST PODATKOV............................................................................ 135 3.5.1 Podatek, zapis, datoteka ....................................................................................... 135 3.5.2 Osnove obdelave podatkov................................................................................... 137 3.5.3 Osnove podatkovnih baz ....................................................................................... 138 3.5.4 Zaščita - varnost podatkov .................................................................................... 141 3.5.5 Varnost in zlonamerna programska oprema ........................................................ 143 3.5.6 Informacijska varnost v zdravstvu ......................................................................... 146 4. RAČUNALNIK IN NJEGOVA UPORABA ................................................................................ 151 4.1 NEKATERA ZNAČILNA PODROČJA UPORABE RAČUNALNIKA OZ. IKT ........................... 151 4.2 UMETNA INTELIGENCA................................................................................................. 158 4.3 TEHNOLOŠKA SINGULARNOST IN TRANSHUMANIZEM ............................................... 160 Viri – Literatura/1 ................................................................................................................... 165

UVODNE MISLI

oderna informacijska in računalniška tehnologija sta vse pomembnejša elementa razvoja sodobne družbe. Še pred kratkim so za merilo razvitosti in konkurenčne sposobnosti kake dežele veljala njena naravna bogastva, prometne možnosti ipd.; danes se pojavljajo novi dejavniki po katerih sodimo o razvojnih možnostih, in sicer: struktura znanstvenega, raziskovalnega in tehnično-tehnološkega osebja v aktivnem prebivalstvu, komunikacijske zmogljivosti posameznih omrežij, uporaba informacijskih sistemov, število robotov, število in moč računalnikov, računalniška pismenost prebivalstva itd. Pomembna sta torej znanje in sodobna informacijsko komunikacijska tehnologija (IKT), s katerima vstopamo v novo tehnološko obdobje, v obdobje mikroelektronike in računalništva oz. v informacijsko družbo. Živimo v času, ko se zanimanje za računalniški svet pričenja otrokom že v vrtcih in pozneje v osnovni šoli, še močneje pa se poveča v srednješolskem in visokošolskem obdobju. Skoraj ni mogoče pričakovati, da bi mlad človek lahko prevzel aktivno vlogo v moderni družbi, če ni že dovolj zgodaj spoznal računalnika in možnosti, ki jih odpira IKT tehnologija. Mnogim, še posebej starejšim, pojem "informacijsko - komunikacijska tehnologija" še vedno pomeni nekaj čarobnega; toda tako gledajo nanjo le tisti, ki o tej tehnologiji ne vedo dovolj, oz. v svojem učnem času niso imeli možnosti spoznati vsaj osnovna znanja in predvsem logiko ter spretnosti tega področja. IKT in z njo računalnik sta v bistvu značilnost dobe, v kateri živimo. Prav zato je pomembno, da obvladamo osnovna znanja s tega področja. Računalnik sam po sebi ne naredi ničesar: če mu naročimo, naj opravi kako povsem nepomembno opravilo, nas ne bo popravil in se ne bo pritoževal. Če pa hočemo delati z računalnikom koristna opravila, moramo imeti cilje, poti, znanje in preudarnost najprej v lastni glavi; poznati moramo odgovore zlasti na tale vprašanja: Kaj je in kaj zmore sodobna IKT? Kaj je računalnik? Kako je sestavljen in kako deluje? Kaj zmore in česa ne? Kako ga koristno uporabljamo? itd. To še posebej velja za zdravstvene delavce na vseh nivojih, saj razvoj sodobnih IKT rešitev omogoča pomembne prednosti za bolnike in zdravstvene delavce, kot npr.:  manj porabljenega časa za administrativne postopke;  izkoriščanje učinkovitega nepretrganega zdravljenja z uporabo informacijskega sistema, ki omogoča sodelovanje med tistimi zdravstvenimi strokovnjaki, ki skrbijo za posameznega pacienta;  dostop do najnovejših podatkov o zdravstvenih ponudnikih;  internetni dostop do podatkov (o boleznih, zdravilih, postopkih) in navodila za dostop do primernejšega zdravljenja ne glede na mesto poizvedovanja;  varno upravljanje pacientovih zdravstvenih podatkov;  zdravljenje na daljavo – telemedicina itd. Tudi na ta vprašanja želi odgovoriti ta e-učbenik, ki je pisan po načrtu, ki je predviden za visokošolski predmet Informatika (v zdravstvu). Pri pisanju učbenika sem uporabljal obširno domačo in tujo literaturo in seveda izkušnje, ki sem si jih pridobil pri svojem dolgoletnem pedagoškem delu. Želel sem ga sestaviti tako, da bi bil strokovno in pedagoško ustrezen in privlačen, da bi študenti radi segali po njem, vzljubili področje računalništva oz. informatike v zdravstvu in sami nadaljevali poglabljanje znanja. Namen tega e-učbenika je torej posredovati študentom zdravstvenih smeri osnovna znanja iz računalništva in informatike, ki jih bodo potrebovali pri svojemu študiju in delu. Sestoji se iz treh e-knjig. Pred

vami je prvi del , ki vsebuje temeljna znanja računalništva in informatike v okviru 4 poglavij, in sicer: 1. Osnovni pojmi informatike in računalništva. 2. Zgradba in delovanje računalnika. 3. Programska oprema. 4. Računalnik in njegova uporaba. 5. Viri – literatura. Osnovne vsebine so razdeljene na osnovna (normalni tisk) in zahtevnejša znanja (drobnejši tisk). Po vsakem zaokroženem delu poglavja so nanizani pojmi, ki si jih velja zapomniti (rabijo naj za orientacijo pri študiju in ponavljanju) in naloge za utrjevanje in preverjanje znanja (razmisli – odgovori – opravi). Dodana je tudi galerija slik (oglejte si jih že v tem poglavju), ki so ustrezno povezane s tekstom in dodatne spletne povezave (za boljše razumevanje in širitev znanja), za dodatno razlago in širitev znanja z ustreznimi vsebinami iz spleta. Vsi, ki želijo zvedeti in se naučiti več ali dodatno razjasniti določene pojme in vsebine, bodo to dodatno možnost gotovo koristno uporabili. Želim uspešen študij in veliko študijskih uspehov! Avtor

1 OSNOVNI POJMI INFORMATIKE IN RAČUNALNIŠTVA 1.1 KIBERNETIKA, INFORMATIKA 1.1.1 Informacijsko komunikacijska tehnologija Razvoj človeka je bil v veliki meri odvisen od njegove zmožnosti izdelovati in uporabljati orodje ter obvladovati naravne pojave. Prva orodja so bili naravni predmeti, kot so palice, kamni itd. Pomemben korak v razvoju pomeni ukrotitev ognja. Ko je človek obvladal ogenj, so se mu odprle nove možnosti: ogenj mu je omogočil taljenje rud, obdelovanje kovin, oblikovanje stekla ipd. Naslednji pomemben korak v človeškem razvoju je bilo uvajanje poljedelstva in živinoreje. Ko je bilo treba odvečno hrano uskladiščiti in razdeliti, je uporabil aritmetiko, ko je bilo potrebno zemljo izmeriti in razdeliti, geometrijo. Ob življenju in proučevanju naravnih zakonitosti so se razvili temelji naravoslovnih znanstvenih disciplin (fizike, kemije, biologije ipd.). V 18. stoletju je človek izumil prve pogonske stroje, ki so ga zamenjali pri nevarnih in zelo težkih opravilih. Rastoča industrija je spodbujala raziskovanje lastnosti materialov, kar je zahtevalo globlje poznavanje kemije. Povečevala se je potreba po energiji, zato se je močno razvila tudi fizika. Razvoj industrije v 19. stoletju je sprožil iskanje novih vrst energije: pojavila so se nova odkritja v mehaniki, elektrotehniki, elektroniki itd. Začetek 20. stoletja pomeni prehod iz industrijskega v t.i. poindustrijsko obdobje. Zanj je značilna vse manjša vloga posameznika v neposrednem procesu proizvodnje. Človeku ostajajo že med načrtovanjem samo določena opravila, kot npr. vzdrževanje in dodatni nadzor, vse drugo pa prepušča avtomatom. Industrija postaja vse bolj industrija znanja. Na delovnem mestu je že potrebno aktivno znanje, ki ga daje le dober izobraževalni sistem, za priučevanje ni več časa. Naš čas ne poudarja le pomena znanosti in tehnologije, ampak tudi izbiranja in uporabe informacij. Tako so za vse zapletenejše tehnologije potrebna poglobljena osnovna znanja, pa tudi prožnost, ko sprejemamo nova s pomočjo sistema za zbiranje in uporabo informacij. A tako je bilo že od nekdaj: človek je iskal način, kako bi življenjsko pomembne informacije prenašal in sprejemal. Najprej se je zadovoljil z govorom, nato z zapisom, kasneje s tiskom, dandanes pa že išče nova pota – novo tehnologijo, ki ji pravimo informacijsko komunikacijska tehnologija (IKT). Ta tehnologija se je pojavila z združitvijo treh tehnologij, in sicer: mikroelektronike, računalništva in komunikacij. Zadnjih petdeset let so nepogrešljiva podlaga vseh elektronskih vezij trije elementi: upor, kondenzator in tranzistor. Še pred "kratkim" (okoli leta 1946) so jih izdelovali posamično, kar pomeni, da so jih povezovali v ustrezna elektronska vezja z žicami ali tudi kako drugače (tiskana vezja). Seveda lahko tako ravnamo tudi danes, toda sodobna industrija dosega velike uspehe, ko združujejo te in še druge elemente na tanki polprevodniški ploščici (navadno silicijevi), veliki okoli pol kvadratnega centimetra, ki jo imenujemo tudi »čip«. Prav s projektiranjem, proizvodnjo in uporabo teh elementov se ukvarja mikroelektronika. Za povezovanje ljudi so pomembni komunikacijski pripomočki. Sprva so bili preprosti (dimni signal, ogenj, svetlobni signali), kasneje pa zahtevnejši (pisana beseda, Morsova abeceda, telefon). Moderne oblike komunikacij imenujemo telekomunikacije. Mednje štejemo telefon, televizijske in radijske signale – valove (prenos sporočil s pomočjo elektromagnetnih valov)

večjih ali manjših valovnih dolžin in optične kable (skupek optičnih vlaken, po katerih lahko prenašamo svetlobna ali laserska sporočila). Elemente informacijske in komunikacijske tehnologije lahko prikažemo na primeru sodobnega doma. V njem je vse več naprav te vrste. Med najpogostejšimi so:  radijski sprejemniki, gramofon, avdio kasetofon,  telefon, GSM,  TV sprejemnik,  fotoaparat, filmska kamera. V zadnjem času so se pojavile nove, ki še povečujejo komunikacijsko in informacijsko moč, kot npr.:  videokamere, CD / DVD rekorderji,  digitalne avdio in video naprave (CD, DVD, USB...),  računalniki s sodobnimi spominskimi elementi,  tiskalniki, telefaks itd. Naštete naprave so že sedaj vsaj delno povezane, a razvoj na tem področju nakazuje povezovanje, ki bo bistveno povečalo njihovo informacijsko in komunikacijsko učinkovitost. Osrednji del informacijske tehnologije sodobnega doma sta zagotovo računalnik in televizor. Oglejmo si nekatere informacijske možnosti, ki jih omogoča televizija. Poleg rednega sporeda lahko opravlja še številne druge storitve, kot npr.: satelitski TV spored, kabelski TV spored (KTV), videostrani, teletekst, videotekst, digitalni radio, multimedijski center za različne avdio-vizualne naprave in v zadnjem času usluge interneta; kar preko velikega zaslona lahko dostopamo do različnih internetnih strani, si ogledamo filme v 2D ali 3D obliki ali poslušamo visoko kvalitetno glasbo, se povežemo s prijatelji v socialnih omrežjih itd. Nova serija t.i. pametnih TV (ang. smart TV) prinašajo še več storitev in možnosti (slika 1).

Slika 1. Pametna TV Če ima že televizor toliko možnosti, jih ima računalnik v domu še več. Lahko ga uporabimo kot glasbeni center, nanj lahko priključimo klaviaturo in že dobimo glasbeni sintetizator. Priključitev grafične plošče spremeni zaslon monitorja v »slikarsko platno«. Priključitev tiskalnika pa naredi iz računalnika vrhunski pisalni stroj, ki obvlada abecedo in obliko znakov katere koli države. Da ne govorimo o možnosti povezave med računalniki s pomočjo internetne mreže. Na računalnik lahko priključimo tudi ure, krmilnike za centralno kurjavo ali digitalne fotoaparate, ki slike namesto na klasičnem filmu zapisujejo na disk. Podobno je tudi z uporabo videokamere, videorekorderja ali pa video in avdio diska. In še bi lahko naštevali. V prihodnosti bo povezovanju vseh členov IKT v domu

namenjena vse večja pozornost. In kaj prinaša združevanje avdio-, video- računalniških in komunikacijskih naprav? V prvi vrsti smotrnejša vlaganja, pa tudi enostavnejše ravnanje. Najenostavnejše je, če takšne naprave krmilimo enotno. Odpirajo se torej nove možnosti za človekovo poklicno uveljavljanje, razvijanje njegove ustvarjalnosti, pestrejše vsebine prostega časa ipd.

Razvitejše države vstopajo v razdobje tako imenovane informacijske družbe. Njihovo gospodarstvo se vse bolj naslanja na obnovljive vire (znanje, informacije, biološki vrt, sončna energija itd.) in na tako imenovane »visoke tehnologije«, ki potrebujejo čim manj energije. Zastoje v industrijski proizvodnji rešujejo z uvajanjem robotov, računalnikov in s spodbujanjem razvoja znanosti in izobraževalnih sistemov. Tako kot je z industrializacijo poljedelstva porasla produktivnost v proizvodnji hrane, tako je informatizacija industrije odprla nove možnosti za razvoj industrijske proizvodnje.

Slika 2. Informacija, računalniška in informacijska pismenost Pomemben korak v informatizacijo pomeni za vse nas vstop v družbo 21. stoletja. Ta korak bomo zmogli le, če bomo izpolnili nekatere pogoje. Najpomembnejši je vsekakor kadrovski, to je tisti, ki se uresničuje v izobraževalnem procesu. V prihodnosti človeku ne bodo več zadoščala klasična znanja. Moral bo obvladovati računalniško in informacijsko pismenost (slika 2); poznati bo moral sodobno informacijsko tehnologijo in njeno uporabnost v gospodarstvu in družbi. Računalniška pismenost opredeljuje znanje, ki omogoča učinkovito in uspešno uporabo računalnika oz. IKT. Informacijska pismenost pa opredeljuje znanje in spretnosti, ki jih potrebuje splošno izobražen človek za delo s podatki. Informacijsko pismen posameznik je sposoben med razpoložljivimi podatki poiskati, ovrednotiti in uporabiti tiste, ki najbolj zadovoljujejo njegove informacijske potrebe. Informacijsko pismenost opredeljujejo trije sklopi znanja in spretnosti: 1. Presoditi, kdaj je informacija potrebna; 2. Vedeti, kje pridobiti podatke, jih znati od tam pridobiti in ovrednotiti; 3. Znati pridobiti iz podatkov pravo informacijo in vedeti, kje, kdaj in kako jo uporabiti.

1.1.2 Kibernetika Vse našteto je v osnovi povezano s tremi znanstvenimi disciplinami, ki so strokovno in zgodovinsko medsebojno povezani, in sicer: s kibernetiko, informatiko in računalništvom. Zadnji dve znanstveni disciplini smo uvodoma (več si bomo še v nadaljevanju) posebej obravnavali, zato se sedaj posvetimo kibernetiki. Danes sega v vsa strokovna in znanstvena področja, in sicer: v tehniko, naravoslovje, družboslovje, zdravstvo, medicino itd. Sam izraz "kibernetika" izvira iz grške besede "kybernetes", kar pomeni krmar. Že v zgodnji zgodovini je npr. Platon ta izraz uporabljal za poimenovanje upravljanja provinc, kar precej let pozneje (leta 1834) pa znani francoski fizik A. Amper (cybernetique), ko je povezoval vse ljudsko znanje v enoten harmonični sistem in kibernetiko označil kot znanost, ki proučuje vodenje in upravljanje družbe. Za rojstvo sodobne kiberentike pa smatramo leto 1948 z izidom knjige ameriškega matematika Norberta Wienerja (1894 - 1964) z zvenečim in tudi revolucionarnim naslovom "Kibernetika ali kontrola in komuniciranje pri živih bitjih in strojih" (ang. Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machin). V navedenem delu se pojem kibenetika uporablja za označevanje enotnosti vseh problemov, ki se pojavljajo pri prenašanju informacij in upravljanju organskih in tehničnih sistemov. Osnovna ideja kibernetike je bila konstruirati take mehanske naprave, ki bodo na podlagi analogije z živimi bitji izvajale kompleksne operacije hitreje in bolj natančno kot človek (slika 3).

Slika 3. Kibernetika – Norbert Wiener in kibernetski pristop Wienerjev pristop je bil sistemski in timski. Poudarjal je, da morajo različni strokovnjaki (matematiki, fiziki, sociologi, medicinci...) delovati skupaj, tako da bi drug drugega bolje razumeli, čeprav so eksperti svojega ožjega področja. Nadaljna značilnost Wienerjevega pristopa je bila usmerjenost "bolj k procesom kot pa k stanju proučevanih procesov". Tako je Wiener pri kibernetskem pogledu na človeka ugotovil, da npr. človeški gibi niso popolnoma mehanični, saj jih venomer kontrolirajo možgani. Vzemimo npr. gibanje roke, ki je zelo zapleten proces informacijskega prenosa opažanj oči do možganov in preko sistema živčevja do opravljanja giba k izbranem predmetu. Pri tem možgani ves čas regulirajo gibanje roke na podlagi kontrole resničnega dogajanja. Tako na osnovi podatkov, ki jih prejemajo možgani, le-ti upravljajo gibanje mišic (slika 3) in s tem premike ali druge operacije roke. Glede na Wienerjev pristop in tudi glede na sodobne osnove kibernetike lahko poudarimo naslednje osnovne pojme v kibernetiki (slika 4):  regulacija in povratna zveza (spremljanje neke dejavnosti, da bi se lahko ta dejavnost bolj uspešno opravila); 9

 entropija (Weiner je povzel ta pojem iz termodinamike (merilo za neponovljivost procesov - boljši je tisti proces, pri katerem entropija manj naraste) in z njim označil red in urejenost sistema; z zmanjšanjem entropije povečujemo red oz. organiziranost sistema, povečanju entropije pa se lahko upremo s pomočjo informacij);  upravljanje (je zbiranje informacij in njihova uporaba v smislu zmanjševanja entropije sistema - v smislu večje organiziranosti sistema);  komunikacija in prenos informacij (v smislu povezanosti jezika in razumevanja sporočil v človeških možganih).

Slika 4. Osnovni pojmi kibernetike

Slika 5. Model prenosa informacij

Oglejmo si malce podrobneje proces komunikacije in prenosa informacij. Vsako zbiranje informacij bi bilo brez pomena, če ne bi poskrbeli tudi za njihov pretok. Pri prenašanju z enega mesta na drugo razlikujemo: vir, to je nahajališče informacije, in mesto, do katerega mora priti. Vir in mesto, kjer je uporabnik, povezuje komunikacijski kanal (medij, kanal za prenos). Model prenosa informacij predstavljamo precej poenostavljeno (slika 5), kot ga opredeljuje teorija komunikacij. Po tej teoriji tvori poenostavljeni, osnovni model prenosa informacij šest elementov (osnovni model prenosa informacij je postavil C. Shannon v delu "The Mathematical Theory of Comunication): 1. Vir ali oddajnik informacije je lahko človek ali kak drug sistem, ki s pomočjo znakov ali signalov posreduje sporočilo. Pri tem je treba poudariti, da vsak signal še ni hkrati tudi sporočilo, saj se lahko zgodi, da sprejemnik signala ne prepozna. Sprejemnik mora torej signal sprejeti, ga hraniti v svojem spominu in ga tudi prepoznati, šele zatem postane zanj določeno sporočilo. 2. Koder kodira oddana sporočila v znake, ki se lahko prenašajo po informacijskem kanalu. Koder mora biti zgrajen tako, da čim bolje izkoristi komunikacijski kanal in da ščiti prenos sporočil pred šumi in izkrivljanjem. Kodiranje je torej postopek pretvarjanja signala iz ene izrazne možnosti v drugo, in sicer po pravilih, ki so določena za tak način izražanja. Vsaka koda ima svojo zalogo znakov; posameznemu znaku iz ene kode lahko priredimo enega ali več znakov iz druge. PRIMER (slika 6): za prenos prvih osmih črk abecede lahko uporabimo tri zaporedne žarnice, ki jih prižigamo ali pa ugašamo. Izvedimo kodiranje za ta primer!

Slika 6.

Slika 7.

Rešitev:  Zaloga znakov prve abecede je: A, B, C, D, E, F, G, H, to je prvih 8 črk.  Zaloga znakov druge abecede: ker ima žarnica dve možni stanji (sveti ali ne), je primerno uporabiti dvojiški sistem, ki sestoji iz dveh znakov, in sicer 0 in 1 (0 pomeni, da žarnica ne sveti, 1 pa, da sveti); seveda mora biti tudi tukaj zaloga znakov najmanj 8 (2 3 = 8). Glede na povedano lahko pripravimo kodirno – dekodirno tabelo (slika 7). Glede na to tabelo bomo npr. črko (znak) C prenesli oziroma prikazali s tremi žarnicami, tako da bo srednja žarnica prižgana, prva in tretja pa ne.

3. Komunikacijski ali informacijski kanal je element materialov ali energetske narave, ki omogoča prenos informacije in vzdržuje zvezo med oddajnikom in sprejemnikom. Tak kanal je lahko:  prostorski, ki ima namen shranjevati informacije, to so npr. pisani teksti, knjige, diski, CD, DVD, magnetni trakovi - kasete, spominske kartice itd.;  časovni kanal, kot npr. telefon, človekov govor, telegraf, radio, TV itd. Komunikacijski kanali so definirani in vrednoteni s količino znakov, ki jih lahko prenesejo v določeni časovni enoti. 4. Dekoder je naprava, ki prekodira sporočilo, sprejeto po komunikacijskem kanalu, v znake sprejemnika. Kot primer vzemimo gornjo vajo. Poiskati je potrebno tisti znak, ki ustreza zakodiranemu sporočilu »010«; to je C. Slika 8. prikazuje 8-bitno kodirno tabelo ASCII (ang. American Standard Code for Information Interchange), ki se še vedno uporablja za izmenjavo informacij v računalnikih. Več o tem pozneje.

Slika 8. ASCII tabela

Slika 9. Kaj je kibernetika?

5. Sprejemnik informacij (cilj informacij) je podobno kot izvor informacij človek ali pa kak drug sistem, ki sprejema oddano sporočilo oziroma informacijo. 6. Šumi (motnje). Šum je vsaka motnja, ki ovira popoln prenos informacije in deluje predvsem na komunikacijski kanal. Kanal ni popoln, zato lahko v njem prihaja do izkrivljanja ali celo izpada posameznih znakov in s tem netočnosti prenosa informacij. Poleg kratkega opisa osnovnih elementov v prikazanem osnovnem modelu prenosa informacij moramo kratko razložiti in definirati še pojme, ki smo jih že uporabili, a malce premalo razložili in sicer: informacija, sporočilo, signal, znak in podatek (J. Jereb, 1986; M. Kljajić, 1980):  informacija - je realizirana ali potencialno razpoložljiva pragmatična vsebina shranjenih ali prihajajočih sporočil ali podatkov. Informacija je vedno nekaj novega. Informacija je prirastek oz. nadgraditev znanja.  sporočilo – je sistematično urejen vrstni red znakov, ki jih časovno ali prostorsko prenašamo s pomočjo signalov. o signal – je fizikalni fenomen, kot npr. zvočni val, el. inpulz, tiskano sporočilo, svetlobni impulz… o znak – so signali v procesu komunikacije (črke, besede, matematični ali tehnični simboli…).  podatki – so opredmetenje dejstev, pojmov, predstav in znanja; predstavljajo numerična, alfanumerična, govorna ali grafična sporočila o določenih elementih (objekti, subjekti) oz. o njihovem dejanskem stanju. Na koncu podajmo kratko in smiselno definicijo kibernetike (J. Jereb, 1986): je znanost, ki se ukvarja s postopki upravljanja in reguliranja vseh strukturiranih dinamičnih sistemov in to s pomočjo informacij. Slika 9 prikazuje to definicijo v grafični obliki v splošnem in medicinskem okviru. Danes kibernetika resnično vse bolj sega v strukturirane dinamične sisteme tako v tehniko, naravoslovje, medicino, družboslovje itd. Najprej se je razvila v tehniki, kjer je npr. z vodenjem in krmiljenjem vesoljskih plovil dosegla neslutene razsežnosti in uspehe. Spoznanja, da je možno kibernetično voditi in upravljati tudi mnoge človeške dejavnosti, s katerimi se ukvarja psihologija, pedagogika, sociologija in druge družbene vede, se vse bolj uspešno uporablja tudi na teh področjih, še posebej v medicini in to v smislu, da na osnovi kibernetskih spoznanj bolje spoznamo zapletene psihodinamične procese, ki pogojujejo različne človekove dejavnosti. Tako danes govorimo o kibernetiki v medicini, kot analizi bioloških sistemov z vidika tehnike, torej analize nekaterih učinkov električnih tokov, kemije, elektronike, mehatronike, nanotehnologij, protetike, robotike itd. na biološke sisteme. Slika 10 kaže le nekatera področja njene koristne in nezamenljive uporabe v medicini. Če smo še malce bolj natančni, se področje proučevanj in dela v medicinski kibernetiki nanašajo na: • • • • •

biofiziko, biokemijo in molekularno biologijo, hipoteze in kibernetske modele o nastanku življenja, proučevanja bioloških regulacijskih sistemov, proučevanj električnih lastnosti membran in celic, koristnost učinkov električnih tokov na biokemične procese - rastline in živali (npr. pospeševanje rasti in regeneracije), • interakcije bioloških sistemov, demografski modeli (npr. množenje prebivalstva, širjenje epidemij itd.), • teorija kaosa v biologiji,

• •

uporabo elektrogenetike in elektrobiotehnologije, spoznanja celične elektrotehnike, imunskih sistemov in električne imunomodulacije, učinke električnih tokov na celjenje ran, zdravljenje raka z električnimi tokovi in s kombinacijo kemoterapevtskih metod ter različnih oblik električnih tokov, • elektrokemoterapijo raka z impulznimi tokovi in citostatiki, • proučevanje matematičnih modelov učinkov električnih tokov na biološke sisteme, • matematičnih modelov optimalnega doziranja zdravil in elektroterapije pri rakavih in drugih zahtevnejših obolenjih itd.

Slika 10. Kibernetika v medicini

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI: o o o o o o o o o o o o o o o o o o

informacijska tehnologija, mikroelektronika, komunikacije, vir informacije ali oddajnik informacije, koder in dekoder, komunikacijski kanal, sprejemnik informacije, šumi, informacijske družba, informacijska pismenost, kibernetika, informatika, računalnik, osnovni model prenosa informacij, Norbert Wiener, medicinska kibernetika, informacija, podatek, 13

o sporočilo, o signal, znak.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Skicirajte diagram ali shemo, ki prikazuje najpomembnejše dogodke v zgodovini komunikacij. Lahko jo imenujete »Od dimnih signalov do satelitov« ali kako drugače. 2. Kako bi s tremi žarnicami zapisali besedo »DA«? 3. Kako bi s tremi žarnicami zapisali besedo »ACA«? 4. Kako bi s tremi žarnicami zapisali besedo »ABECEDA«? 5. Zapišite zalogo znakov prenosa (kodirnih znakov) za vse velike črke abecede. Koliko žarnic bi najmanj potrebovali za ta primer? 6. S pomočjo kodirne tabele, ki ste jo dobili z rešitvijo 5. naloge, »zapišite« oziroma prenesite svoje ime in priimek, pa še kaj bolj skrivnostnega. 7. Skicirajte diagram ali shemo, ki prikazuje najpomembnejše dogodke v zgodovini razvoja elektronike 8. Opišite in razložite informacijske možnosti televizije in računalnika v domu, službi, zabavi, prostem času,.. 9. Razložite delovanje in informacijske zmogljivosti pametne televizije. 10. Gospodarstva po svetu so se razvijala v več stopnjah. Po navadi govorimo o agrarni, industrijski in informacijski družbi. Kaj je značilno in pomembno za vsako od njih? 11. Ali znate vsaj približno časovno opredeliti razvojne faze (glejte vprašanje 8) v Sloveniji? 12. Razložite pomen naslednje trditve: »Vse več ljudi dela v informacijski industriji.« 13. Opredelite informacijsko pismenost. 14. Kaj je kibernetika, kaj informatika in kaj računalništvo? 15. Skicirajte in razložite osnovni model prenosa informacij! 16. Kaj je informacija, kaj podatek, kaj sporočilo in kaj signal in znak? 17. Kaj je medicinska kibernetika? 18. Naštejte nekaj pomembnih področij uporabe medicinske kibernetike!

1.2 OSNOVE TEORIJE SISTEMOV

e v prejšnjem poglavju o kibernetiki smo večkrat omenili pojem »sistem« in tudi poudarili, da je sistemski pristop eden osnovnih vidikov kibernetičnega pristopa. Za pojem sistema obstaja niz definicij, med njimi nam je najbližja (M. Kljajić, 1980): Sistem je množica elementov, povezanih po nekem pravilu v ciljno opredeljeno celoto v svojem okolju. Element sistema je del, ki ga ne moremo oz. ga ni smiselno več naprej deliti. Vsak sistem je praviloma element nekega sistema višjega reda, to je vsak sistem je podsistem nekega kompleksnejšega sistema. Slika 11 nazorno prikazuje sistem v grafični in blokovni obliki in to brez povratne zveze. Eden od najbolj pomembnih dosežkov kibernetike in teorije sistemov je prav to, da sta pokazali in proučili splošni princip povratne zveze ali povratnega delovanja pri sistemih upravljanja. Pri obravnavi sistemov nas zanima:  namen sistema (opredeljuje razlog za obstoj sistema),  meje sistema (določajo kaj je znotraj in kaj zunaj sistema),

 

okolje sistema (je vse, kar je izven meja sistema in s sistemom sodeluje, oz. je za sistem pomembno), vhod in izhod sistema (tvorijo fizični objekti (material, blago...) in podatki, ki bodisi prihajajo v sistem (vhod) ali gredo iz sistema v okolje (izhod).

Slika 11. Kaj je sistem in kaj podsistem? Sisteme lahko razvrstimo po naslednjih kriterijih:  po načinu nastanka: naravni in umetni (naravni sistemi so nastali neodvisno od človekove volje in želje – delujejo po naravnih zakonih);  po stopnji abstrakcije: abstraktni (matematični, logični…) in realni (z okoljem izmenjujejo materijo, energijo, informacije);  glede na vedenje v okolju: odprti in zaprti (sistem je odprt, če izmenjuje z okoljem energijo, materijo in informacije);  po stopnji opredeljenosti: deterministični (lahko predvidimo njihovo obnašanje – npr. računalniki, avtomati, servosistemi…) in stohastični (za njihovo obnašanje veljajo funkcije verjetnosti);  po stopnji sestavljenosti: enostavni in sestavljeni (veliko število različnih elementov, z različnimi medsebojnimi povezavami);  po časovni odvisnosti: statični in dinamični;  po tipu funkcioniranja: z in brez povratne zveze (slika 12).

Slika 12. Povratna zveza

Slika 13. Kibernetski sistem

Sistem brez povratne zveze - regulacije ima en sam člen - procesni člen z vgrajenim programom za delovanje, sistem s povratno zvezo pa dva - procesni in krmilni člen; procesni člen v tem primeru deluje po programu, ki mu ga posreduje krmilni člen. Če sistem vsebuje še člen za upravljanje (člen za ugotavljanje podatkov, člen za obravnavanje podatkov in pomnilnik z alternativnimi predpisi za delovanje), se tak sistem imenuje uravnavani ali kibernetični sistem (slika 13, 14). V primeru, da ima sistem še dodatno sposobnost, da sam brez zunanje pomoči ustvarja nove predpise za delovanje in jih shranjuje v svojem pomnilniku (na podlagi o delovanju v preteklosti ali na podlagi spontanega kombiniranja že shranjenih pravil delovanja v različnih okoliščinah) pravimo, da se sistem sam, brez zunanje pomoči uči, zato tak sistem imenujemo učeči se sistem.

Slika 14. Primeri kibernetskih sistemov Naloga teorije sistemov torej je, da na podlagi zakonitosti sistema najde pravila upravljanja vodenja, ki nam omogočajo, da smotrno zasledujemo in dosegamo zastavljeni cilj oz. cilje. Prav informacijski sistemi so osnova in pogoj za procese odločanja in oblikovanja odločitev. Iz tega posredno tudi izhaja definicija informacijskega sistema: informacijski sistem je vsak sistem, v katerem so elementi sistema ali podsistema med seboj povezani z izmenjavo informacij oz. s komunikacijami. Podatke za smotrno konstruiranje sistemov nam nudi sistemska analiza. Naloga sistemske analize je, da določeni sistem tako intenzivno in obširno pojasni, da nam nudi vse potrebne podatke za nadaljnje proučevanje in raziskovanje tega sistema; torej nam poda izčrpen logični in numerični opis procesov upravljanja sistema še posebej glede na:  definiranje ciljev upravljanja,  opisovanje programov upravljanja in  opisovanje parametrov, ki jih je treba upravljati ((J. Jereb, 1986).

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:    

sistem, podsistem, element sistema, sistem brez povratne informacije,

    

sistem s povratno informacijo, kibernetski sistem, učeči se sistem, informacijski sistem, sistemska analiza.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Kaj je sistem, kaj podsistem in kaj elementi sistema? Kaj je pomembno pri obravnavi sistema? Po katerih kriterijih lahko razvrstimo sisteme? Skicirajte blokovno shemo, ki predstavlja sistem. Skicirajte in obrazložite razliko med sistemoma z in brez povratne informacije. Naštejte in opišite nekaj primerov sistema z in brez povratne informacije. Kaj je značilnost kibernetskih sistemov? Kakšna je razlika med uravnavanim in kibernetskim sistemom? 8. Kaj je značilnost učečih se sistemov? 9. Kako bi definirali informacijski sistem? 10. Kaj predstavlja sistemska analiza in zakaj je pomembna?

1.3 INFORMATIKA, RAČUNALNIŠTVO

d rojstva elektronskih računalnikov je minilo že kar precej desetletij. Še pred kratkim smo se jim čudili in jih spoštljivo opazovali, danes pa jih srečujemo skoraj na vsakem koraku. Naštejmo nekaj področij, kjer jih uporabljamo v vsakdanjem življenju:  pripravljajo telefonske in televizijske račune, plačilne in davčne izpise itd.;  kontrolirajo plačila in avtomatsko pošiljajo opomine;  v industriji izpisujejo delovne naloge, nadzorujejo proizvodni proces in kvaliteto izdelkov, krmilijo stroje, vodijo robote itd.;  nadzorujejo zaloge v trgovinah in skladiščih;  opravljajo različne naloge v bankah, na občinah, statističnih zavodih, policiji, zdravstvu, v delovnih organizacijah, inštitutih, šolskih ustanovah itd.

IKT (računalniki...) tudi vedno bolj spreminja naše življenje. Postaja vse pomembnejša, saj opravlja vse tiste težke in dolgočasne naloge, ki so bile nekdaj tako težavne in zamudne. Omogoča nam izobraževanje, nas zabava, informira, čuva in nudi iz dneva v dan vse večje možnosti uporabe. Zagotovo je eden najpomembnejših dosežkov sodobnega časa. V novejši učni in poljudnoznanstveni literaturi pa tudi v sredstvih javnega obveščanja se pogosto srečujemo s pojmi, kot so informacija, računalnik, informatika, informacijska tehnologija (IT), informacijsko-komunikacijska tehnologija, informacijska družba itd. Kaj ti pojmi pomenijo in kako jih kaže definirati? Informacija je pojem, ki ga v praksi pogosto napačno opredeljujejo kot sporočilo ali pa podatek. Toda med pojmoma informacija in sporočilo - podatek obstaja razlika: s pojmom informacija namreč vedno izključujemo neko nedoločenost, pove nam nekaj, česar še nismo vedeli, medtem ko lahko sporočilo - podatek sporoča tudi nekaj, kar že vemo, in na ta način tudi ne more zmanjšati nedoločenosti. Torej je informacija urejen sklop podatkov, ki razširjajo znanje o kakem pojavu ali odnosu, torej pove kaj novega. 17

Znanost o informacijah je informatika. To je veda, ki raziskuje vrste in značilnosti informacij ter zakonitosti informacijske dejavnosti, njeno teorijo, zgodovino ter njeno uporabo v različnih vejah tehnike in življenja nasploh. Informatika razvija torej metode in sredstva, s katerimi naj bi učinkoviteje predstavljala, zbirala, obdelovala, hranila, iskala in uporabljala informacije. Kot nova znanstvena disciplina se opira na številne druge vede in discipline ter uporablja tudi njihove metode. Zato mnogi trdijo, da je interdisciplinarna veda, ki povezuje in prepleta različne, celo zelo različne znanstvene discipline, kot npr. matematično informacijsko teorijo, kibernetiko, elektrotehniko, računalništvo, elektroniko, semiotiko (znanstveno disciplino, ki proučuje govorne znake - simbole), semantiko (vedo, ki proučuje pomen besed), komunikacijo, psihologijo, dokumentalistko, bibliotekarstvo in druge. Informatika ni samo znanost, temveč tudi tehnologija, torej proučuje tudi tehničnouporabnostno ozadje, ki omogoča oz. realizira teoretične in praktične cilje (strojno opremo, programsko opremo itd.). Informacijska tehnologija (IT) vključuje vse tehnologije, ki jih uporabljamo za zbiranje, obdelovanje, shranjevanje in zaščito podatkov. Nanaša se na računalniško strojno opremo (hardware), programsko opremo (software - računalniške programe), računalniško omrežje itd. Pod izrazom informacijsko-komunikacijska tehnologija (IKT), mislimo na tehnologijo, ki omogoča prenos in uporabo vseh vrst informacij. IKT predstavlja temelj gospodarstva in je pobudnik družbenih sprememb 21. stoletja. Vpliva na vse vidike življenja, katerega poznamo danes, brez te tehnologije bi življenje bilo skoraj nepredstavljivo. Ena od pomembnih lastnosti le-te je, da oddaljenost ni več ovira do dostopa informacij – npr. delo in učenje na daljavo, e - bančništvo, e - uprava, e-zdravstvo itd. Za industrijsko revolucijo je bilo značilno, da je s stroji poskušala nadomestiti moč človeških mišic. Bremena, ki so jih nekdaj dvigali in prenašali ročno, dvigajo in prenašajo dandanes stroji. 0 podobnih ciljih govorimo, ko gre za strojno obdelavo informacij oz. podatkov in njihovo predstavitev. Ideja o obdelavi podatkov s strojem ni nova. Analitski stroj Charlesa Babbagea iz leta 1833 štejemo za enega izmed najresnejših poskusov, ki pa predvsem zaradi neustreznosti tehnologije ni uspel. Naprava je bila mehanska. Sestavljena je bila iz ogromnega števila vzvodov in zobatih koles. Šele elektronska industrija, ki se je pojavila po drugi svetovni vojni, je omogočila izdelavo učinkovitih tovrstnih naprav. Kaj je torej RAČUNALNIK? Prav gotovo je stroj ("inteligenten" stroj), ki je že postal nepogrešljiv del našega vsakdanjika, kot so že: avtomobil, radio, telefon, televizija itd. Pravijo, da sta ogenj in iznajdba kolesa prinesla v naše življenje največ sprememb. Toda tudi iznajdba računalnika je za človeštvo neprecenljiva. Sodi v isto skupino kot izum tiskarskega stroja, informacijskih medijev itd. Glavna lastnost računalnika je, da izredno hitro računa - poleg tega pa lahko opravlja še primerjave, prikazuje odločitve brez človeških slabosti z matematično natančnostjo, med ogromnim številom podatkov najde v kratkem času iskanega, poišče rešitve, predeluje množice podatkov, ki jih sicer ne bi mogla obvladati armada uradnikov, statistikov ali matematikov. Skratka brez računalnika bi naš razvoj usodno zastal. Računalnik je torej naprava za avtomatsko obdelavo podatkov oz. naprava ali sistem, ki lahko shrani in izvaja zaporedje enolično določenih operacij (algoritem - program). Čeprav beseda računalnik izvira iz besede računati, računalnik ni le stroj za avtomatsko računanje. Računski (ali kot jih imenujemo numerični - številski) podatki so le ena vrsta podatkov.

Večina podatkov je nenumerične (alfanumerične) narave, ki jih z računalnikom urejamo, razvrščamo, primerjamo in podobno.

Slika 15. infromatika

Računalništvo

Računalništvo ni le veda o računalnikih, ampak o vsem, kar je v zvezi z avtomatsko obdelavo podatkov. Besedi računalništvo in informatika označujeta torej dve področji, ki se v določeni meri prekrivata (slika 15). V praksi pogosto srečujemo neopravičeno enačenje pojmov informatika in računalništvo. Računalništvo se ukvarja z razvojem računalnikov, informatika pa obravnava računalnike le z vidika uporabe v poslovnih sistemih oziroma kot sredstvo za dosego poslovnih ciljev (slika 16).

Slika 16. Uporaba računalnika

Slika 17. Informacijska družba

Na področju informatike in računalništva obstaja še en pomemben pojem oz. dejavnost, to je informacijski sistem. Vsestranski razvoj družbe nas je pripeljal do vse bolj vidne informacijske krize. V delovnih organizacijah se kaže v vse večjem številu informacij, ki jih je potrebno spremljati, obdelati in arhivirati. Te predstavljajo jedro poslovnega sistema. Gre za podatke in informacije o tržišču, kupcih, dobaviteljih, o razvoju stroke, razvojnoraziskovalnem delu itd. Drugi del informacij se nanaša npr. na poslovanje delovne organizacije. To so npr. planski kazalci uspešnosti ali neuspešnosti, poslovno-pravni akti, analize poslovanja, knjigovodski podatki, finančni podatki itd. Pri njihovem urejanju nam pomagajo informacijska tehnologija in spoznanja s področja kibernetike in informatike, 19

združena v pojem informacijski sistem. Gradimo ga za vsa področja, torej za potrebe bank, bolnišnic, šol, raziskovalnih ustanov, delovnih organizacij, zavarovalnic, družbenih dejavnosti, političnih organizacij itd. Informacijski sistem delovne organizacije je po definiciji urejen in organiziran sistem, katerega glavna naloga je, da organe upravljanja in poslovodnih organov oskrbuje z vsemi pomembnimi informacijami, ki rabijo kot podlaga za poslovne odločitve. Cilj informacijskega sistema je dati prave informacije ob pravem času, na pravo mesto, z najmanjšimi stroški. V okviru informacijskega sistema delujejo štiri osnovne aktivnosti:    

zbiranje podatkov, obdelava podatkov, shranjevanje podatkov in informacij, dostavljanje podatkov in informacij uporabnikom.

Informacijska družba je družba, v kateri je ustvarjanje, posredovanje in upravljanje z informacijami vse pomembnejša ekonomska in kulturna dejavnost. Delovanje informacijske družbe temelji na informacijah, razvoj pa na znanju (COLOS, maj, 2015). V preteklosti je računalniško tehnologijo uporabljalo le nekaj posameznikov in poslovni procesi so bili razmeroma šibko povezani. Danes je ta tehnologija vpeta v delo (slehernega) posameznika in narašča medsebojna odvisnost med poslovnimi procesi. Pojavljajo se tudi nove organizacijske oblike, za katere je značilno krčenje števila upravljavskih nivojev in povečanje fleksibilnosti t.j. prilagodljivosti na spremembe v okolju (npr. spremembam trga). Značilnosti informacijske družbe so (slika 17): učenje na daljavo, e-bančništvo, e-trgovina, eposlovanje, e-državna uprava, e-zabava, e-kriminal itd. Učinki uporabe IKT v informacijski družbi se med drugim kažejo v:  Masovni

uporabi informacijske tehnologije v ekonomiji (pospešitev komunikacij in dostopa do informacij, spreminjanje osnovne strukture svetovne ekonomije).  Globalizaciji (selitev proizvodnje v kraje, kjer so stroški proizvodnje minimalni, geografska porazdeljenost podjetja in centraliziran nadzor, koordinacija dobaviteljev (v celotni dobavni verigi), uničujoč učinek na ekonomije držav tretjega sveta).  Hitrosti (hitrejši razvoj izdelkov, hitrejša distribucija novih izdelkov, hitrejše zastaranje izdelkov, hitrejše prilagajanje spremembam v poslovnem okolju).  Dematerializaciji, npr. skladišča (just-in-time), denarja (elektronske transakcije, plastični denar), ciljev (znanje…), produktov, ljudi (zamenja jih tehnologija) itd.  Standardizaciji (npr. blaga, storitev, življenjskega sloga).  Avtomatizaciji (proizvodnje materialnih dobrin, pisarniškega poslovanja, storitev, spremenjeni načini zaposlovanja itd.).

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI: informacija, sporočilo – podatek, informatika, IT, IKT, 20

računalnik, računalništvo, informacijski sistem, informacijska družba.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Opišite razliko med informatiko in računalništvom in kako se ti dve znanosti prekrivata. 2. S čim se ukvarja informatika? Zakaj je pomembna? 3. Definirajte računalnik v enostavnejših in zahtevnejših postopkih (npr. poslovanja, vodenja...)! 4. Tudi pri nas vse bolj uporabljamo teletekst. Kaj pomeni ta pojem? Ali tudi teletekst spada v področje informacijske tehnologije? 5. Naštejte nekaj elementov strojne opreme, s katerimi omogočamo oziroma prenašamo informacije. 6. Ali tudi kabelska TV sodi v področje informacijske tehnologije? Kako bi jo v ta namen še bolje uporabili? 7. Naštejte osnovne aktivnosti vsakega informacijskega sistema. 8. Opišite informacijski sistem svoje bolnišnice oz. zdravstvene ustanove. V čem je njegova kvaliteta glede na stanje brez njega? Kaj bi spremenili, da bi izboljšal njegove zmožnosti in uporabno vrednost? 9. Kaj je informacijska družba? 10. Naštejte nekaj značilnosti informacijske družbe. 11. V čem se kažejo učinki IKT v informacijski družbi?

1.4 RAZVOJ RAČUNALNIŠTVA

sodobni informacijski družbi smo obdani z množico informacijske tehnologije. Novi načini dela, izobraževanja in druženja nas spodbujajo k stalni in intenzivni uporabi različnih vrst računalnikov, pametnih telefonov in spleta. Računalniki oz. informacijska tehnologija je danes bolj ali manj prisotna skoraj v vseh človekovih dejavnostih. Takšna razširjenost seveda ne izvira od danes, saj korenine razvoja računalnikov segajo globoko v zgodovino in so vezane na pomembna razvojna in tehnološka obdobja ter osebnosti. Izjemen vzpon računalniške in informacijske tehnologije je vezan na osemdeseta leta 19. stoletja, ko se je izdelava računalnikov izjemno pocenila, ko si ga je lahko privoščil skoraj vsakdo in ko smo ga začeli v osnovni ali zahtevnejši obliki vgrajevati tudi v različne naprave in stroje. Seveda prvi začetki razvoja računalnikov datirajo mnogo bolj nazaj in imajo za razvoj tega področja izjemen pomen, zato je prav, da si ta obdobja nekoliko podrobneje ogledamo.

1.4.1 Računalniški »stari vek« (mehanska računala) Kje so korenine računalništva, natančno težko rečemo, zagotovo pa jih lahko odkrivamo že v davni preteklosti. Med začetke najbrž sodi obdobje, ko je človek začel šteti, ko si je skušal 21

predstavljati število s predmeti, s prsti na rokah, s školjkami, kamenčki ali morda narisanimi znaki, ki so mu pomenili določene številke. Prav sposobnost predstavljanja števil (oz. podatkov) pomeni začetek, osnovo sodobnih računalnikov. Vzporedno z uporabo števil je rasla tudi želja najti napravo, ki bi omogočila hitrejše in lažje računanje. Eden prvih digitalnih mehanizmov za računanje je kitajsko računalo na kroglice, imenovano abakus (slika 18), ki je nastalo pred več kot 3.000 leti pred našim štetjem in ga še vedno lahko najdemo v nekaterih deželah sveta (Sovjetska zveza, Kitajska…). Pomembnejša letnica v razvoju »računalništva« je leto 1614, ko je Škot John Napier iznašel logaritme (slika 18), to je matematične postopke, s katerimi je mogoče zahtevnejše aritmetične operacije (npr. množenje in deljenje) prevesti v enostavnejše (npr. seštevanje in odštevanje). Na tej osnovi so nastala različna računala (npr. logaritemsko računalo) in računarski stroji. Tako je bil izum mehanskega računskega stroja, ki ga pripisujemo Wilheimu Shichardu, leta 1623, pomemben mejnik. Preprost mehanizem za seštevanje in odštevanje temelji na principu prenosa prek zobatih kolesc. S tem se je začelo obdobje računskih strojev, ki so uporabljali tehnologijo zobniškega prenosa. Na tej osnovi je bil izdelan računski stroj, delo uglednega matematika in fizika 17. stoletja, Blaisa Pascala (slika 18). Princip delovanja je bil zelo preprost, podoben načinu delovanja števca kilometrov v avtomobilu. Namenjen je bil predvsem seštevanju in odštevanju pa tudi množenju in deljenju, čeprav sta ti dve operaciji zahtevali nekoliko več truda. Ne glede na to pa je bil zelo cenjen zaradi enostavnega delovanja in uporabe ter zlasti natančnosti. Pomembnejši napredek pomeni leto 1672, ko je v Nemčiji Wilhelm Gottfried Leibnitz uporabil zobata kolesca v stroju, ki ni znal samo seštevati in odštevati, ampak tudi množiti, deliti in celo izračunati kvadratni koren (slika 18).

Slika 18. Računala zgodnjih let.

Slika 19. Charles Babbage in njegov analitski stroj

Več kot 150 let pozneje je angleški matematik Charles Babbage (slika 19) zasnoval stroj, ki mu je, čeprav ga ni nikoli dokončal, prinesel splošno priznanje, da je oče modernega računalništva. Poimenoval ga je analitski stroj. Čeprav so njegove zamisli daleč prehitele razvoj tehnologije, mu je s tem strojem uspelo postaviti osnovne principe delovanja poznejšega sodobnega računalnika, principe, ki so v pravem pomenu zaživeli šele dobrih sedemdeset let po njegovi smrti. Imel je vhodno-izhodne naprave, ki so uporabljale luknjane kartice, podobne tistim, ki so tkalskemu stroju Josepha Jacquarda (slika 20) rabile za izdelavo vnaprej določenega vzorca. Poleg tega je bil ta stroj sestavljen iz dveh poglavitnih delov: iz

»shrambe« (pomnilnika), v kateri je bilo prostora za 1000 števil s po več deset ciframi, in iz »mlinčka« (procesna enota), ki je izvajal računske operacije s števili. Obe enoti naj bi prav tako nadzoroval s karticami, na katerih so bili ukazi s številkami shranjeni, dokler niso bili potrebni za upravljanje stroja. Ta Babbageeva idejna rešitev pomeni že pravi delujoči računalnik, ki prvič ni bil namenjen le slepemu računanju. V stroj je bila vgrajena sposobnost odločanja, ki naj bi bila odvisna od vmesnih izračunov; tako izračunani rezultati naj bi bili podatki za seštevanje nadaljnjih zapletenih nalog. Kako revolucionarna zamisel za takratni čas in kako pomembna ideja za poznejši razvoj računalnikov!

Slika 20. Josepha Jacquarda in tkalni stroj z luknjanimi karticami kot program vzorca tkanja Avtor ideje praktično ni uresničil, saj takrat tehnologija (prenos z zobatimi kolesi) ni bila zmožna izdelati tako zapletenega stroja (trenje, prenos napake vrtenja..). Babbage in njegove »računalniške« ideje so utonile v pozabo. Šele po 2. svetovni vojni so odkrili, da je zasnova njegovega analitskega stroja v bistvo predhodnik današnjih računalnikov. Tako lahko potegnemo črto razvoja, ki vodi od stroja s štirimi računskimi operacijami prek analitskega stroja, do centralne enote današnjega računalnika. Druga razvojna črta vodi prek perifernih enot: iznajdba pisalnega stroja in njegove kombinacije s papirnatim trakom, kar je dal razvoj telegrafije, dalje uvajanje luknjanih kartic na področjih, kjer se pojavljajo velike množine podatkov, in ob tem specialne enote za luknjane kartice. Pri Jacquardu je bila luknjana kartica namenjena upravljanju procesa (tkanje, vzorčenje, …), Hermanu Hollerithu (slika 21) pa je uspelo, da je postala nosilka podatkov, in to predvsem številskih. Uporabil je kovinske konice za »tipanje« luknjane kartice; ko kovinske konice zadenejo v luknjo, se skoznje dotaknejo prevodne snovi (npr. živega srebra) in se s tem vzpostavi električni stik. Ta Hollerithov stroj se je pokazal tako učinkovit, da ga je statistični urad v Ameriki 1890 uporabil za popis prebivalcev. Rezultat je bil izreden, saj so popis izvedli desetkrat hitreje kot prej.

Slika 21. Herman Hollerith in njegov »računalnik«

Hollerith je kasneje ustanovil podjetje, ki je sčasoma preraslo v IBM (International Business Machines), danes eno največjih podjetij na področju proizvodnje računalnikov in računalniške opreme. Med izumitelji je treba omeniti tudi Jamesa Powersa, ki je med popisom prebivalstva v Ameriki 1910, izvedel pomembno izboljšavo naprav z luknjanimi karticami, in Frederika Bulla, ki si je od leta 1915 prizadeval izpopolniti elektromehanske stroje z luknjanimi karticami. Na koncu starejše generacije je pomemben še nemški konstruktor Konrad Zuse (slika 29), ki je svoje življenje posvetil konstruiranju računskih strojev. Njegova dva osnovna principa sta ostala vezana na tehniko modernih računalnikov: upravljanje programa in dvojiški sistem. Tako kot Babbageov analitski stroj je tudi njegov računski stroj imenovan Z1 deloval predvsem mehanično, a že s programiranim upravljanjem. Ker je Z1 zaradi mehaničnega prenosa signala deloval zelo počasi in s težavo, je Zuse za naslednika, z imenom Z2, uporabil releje kot prekinjevalne elemente in s tem že začel drugo pomembno obdobje v razvoju računalnikov - elektro mehansko obdobje. Leta 1941 mu je sledil Z3 s približno 3600 releji in z razvitim algoritmičnim jezikom. Čeprav je Zuse zaprosil nacistično vlado za finančno pomoč, je na srečo ni dobil, in računalniki tako niso postali del nemškega vojaškega stroja.

Slika 22. Konrad Zuse in njegovi računalniki

1.4.2 Računalniški »srednji vek« (elektro-mehanski in elektronski računalniki) Drugo pomembno obdobje v računalniškem razvoju je obdobje velikih računalnikov, katerih osnovni elementi so releji, nato pa elektronske cevi – elektronke. Konrad Zuse je v svojih računskih strojih (Z1, Z2, Z3 in Z4) uporabil releje za prekinjevalne elemente, kar je takrat pomenilo velik napredek. Velike ideje pa se navadno ne rojevajo samo na enem kraju sveta ali samo v enih možganih. Zato ni nič čudnega, če je Louis Couffignol leta 1936 v Franciji opisal in razvil računski stroj s programiranim upravljanjem in dvojiškim sistemom. Istega leta je začel G. Stibitz v znanem laboratoriju Bell Telephone Company konstruirati relejne računalnike. Leta 1942 je bil pri tej industrijski družbi izdelan prvi računalnik (ne več samo računski stroj) s programiranjem na osnovi 500 relejev. Leto kasneje je znani »Ballisitic computer« vseboval že nad 1300 relejev. Največji računalnik v razvoju te vrste je bil Bellov model z 9000 releji.

Slika 23. MARK 1 iz leta 1944

Slika 24. Von Neumannov model računalnika

Leta 1937, ko je Stibitz začel svoje delo pri Bellu, je Howard Aiken, profesor na harvardski univerzi, predlagal podjetju IBM, da s sredstvi, namenjenimi za naprave z luknjanimi karticami, izdela računalnik, sposoben programiranja. To izredno uspešno sodelovanje je leta 1944 obrodilo sad: pojavil se je znani MARK 1 (slika 23), ki je bil večji in zmogljivejši od Z3 in modela Bell (dolžina 17 m, višina 2,5 m); tako se je začelo pomembno obdobje za IBM. Leta 1948 mu je sledil model MARK 2 z nad 13000 releji. Skoraj hkrati so izdelovali računalnike: Zuse v Berlinu, Conffignol v Parizu, Stiblitz v Murray Hillu in Aiken v New Yorku. Tako so se ideje iz tridesetih let 19. stoletja uresničile šele v tridesetih letih 20. stoletja. Ne glede na precejšnje razlike v sestavi strojev je bila njihova zasnova podobna: vsi imajo poleg računskega dela vhod podatkov – spomin za podatke – upravljalni del – izhod podatkov. To pa so že elementi, ki jih vsebuje vsak sodoben računalnik. Odločilen korak v tehniki je bil prehod od elektromehaničnih k elektronskim elementom: namesto relejev kot prekinjeval oz. vrat so uporabili elektronko (vakuumsko elektronsko cev). Elektronka, ki so jo izumili Fessenden, De Forest in drugi (1906. leta) za kontrolo tokov, je začela prodirati v računalnike v štiridesetih letih. Leto 1945 pa je bilo za računalništvo še posebno pomembno, saj je znani matematik John von Neumann (slika 24) dognal pojem shranjenega programa in uporabo dvojiškega sistema. Pomembna misel von Neumanna je bila: če želimo hitrost računske naprave povečati, ji je potrebno hitro priskrbeti ne le podatke, ampak navodila, ki povedo, kaj s podatki početi. Torej naj bodo ukazi računalniku tudi podatki, ki smo jih pred vključitvijo programa shranili v pomnilni del računalnika. Računalnik bo lahko ukaze tako shranjenega programa dosegal prav tako hitro kot posamezna števila, človekov poseg med potekom računa pa bo nepotreben. Prav ta pomemben korak postavljamo danes kot ločnico med računskim strojem in računalnikom; v računalniku lahko shranimo tudi program, ki ga v navadnem računskem stroju ne moremo. Na osnovi takih razmišljanj so leta 1949 izdelali računalnik EDVAC, ki je prvi lahko vplival na shranjena navodila s pomočjo aritmetičnih izrazov, izračunanih med izvajanjem. Tako se je slednjič uresničila zamisel, o kateri je sanjaril Charles Babbage! Leta 1946 je bil izdelan prvi povsem elektronski računalnik ENIAC (avtorja P. Eckert in J. W. Mauchly) (slika 25), ki je stal okoli 10 milijonov dolarjev; vseboval je 18000 elektronk in je tehtal 80 ton. Zaradi elektronske sestave je bil več kot tisočkrat hitrejši od tedaj najboljših

elektromehanskih strojev. Kmalu po vključitvi je npr. v dveh urah opravil račune s področja jedrske fizike, za katere bi kakih sto inženirjev potrebovalo kar celo leto. Seveda so se pojavljale tudi težave, še posebej pri vnosu podatkov in navodil, saj je bilo treba vsak podatek in vsako navodilo ročno prenesti preko stikal. Tako programiranje je bilo seveda zamudno, naporno, pa tudi nezanesljivo, a v primerjavi s človekovo počasnostjo pri izračunavanju zelo sprejemljivo za tisti čas.

Slika 25. Nekaj pogledov na ENIAC, prvi povsem elektronski računalnik Z leti so se pojavljali novi, še zapletenejši računalniki. Tako je »POPPA« iz IBM že vključil programske skoke, EDSAC je bil prvi, ki je imel hitri pomnilnik za dvojiška števila, SSEC, EDVAC, ILLIAC, MANIAC, WHIRWIND, UNIVAC itd. so dokončali razvoj velikih in izjemno dragih naprav na začetku in v sredini petdesetih let, ki so po večini rabile za vojaške namene bogatih držav. Vse do leta 1947 se računalniška tehnologija ni razvijala s preveliko naglico. Računalniki so bili ne samo zelo dragi, ampak so potrebovali tudi veliko prostora in sestavnih delov. Toda tako stanje se je dramatično spremenilo, ko so se pojavili polprevodniški elementi. Leta 1947 so John Bardeen, Walter Brattain in William Shockley v Bellovih laboratorijih v ZDA razvili tranzistor, ki je zaradi svojih skromnih razsežnosti, velike zanesljivosti in majhne porabe moči pomenil revolucionarni korak v dobo mikroelektronike (slika 26). V letu 1951 so raziskovalci Western Electronic (ZDA) razvili prvi polprevodniški ojačevalni tranzistor s točkastim kontaktom. Leta 1958 je Fairchild (ZDA) izdelal slojni tranzistor z uporabo silicijevega oksida kot izolatorja. V letu 1959 sta Texas Instruments in Fairchild razvila polprevodniški paket z dvema in več tranzistorji na isti silicijevi podlagi. Cena se je tako bistveno znižala. Čedalje več sestavin se je nagnetlo na isti plošči silicija. Leta 1943 je pomembno zato, ker je Paul Eisler naredil prvi prototip tiskanega vezja (slika 27) z bakreno folijo na bakelitu (izolator). Izum je hitro prevzela vojska, najprej za izdelavo majhnih radijskih aparatov, pozneje pa za celo paleto elektronskih sklopov, tudi računalniških. Polprevodniki (tranzistor) in tiskana vezja so bili vzrok, da so postajali računalniki vse manjši, bolj prenosljivi, manj občutljivi in predvsem cenejši.

V letu 1956 pa je bil narejen še en pomemben korak: izdelali so prva integrirana vezja (slika 26), to je element, ki na eni sami izredno majhni silicijevi ploščici (čipu) združujejo veliko število diod, tranzistorjev, uporov itd. Spravljeni so v okroglo (TO) ali ploščato (DIL) ohišje. To pa že pomeni začetek novega obdobja.

Slika 26. Tranzistor in tiskana vezja

Slika 27. Integrirana vezja

1.4.3 Računalniški »novi vek« (mikroelektronsko obdobje) Novo obdobje v razvoju računalnikov se je začelo seveda z razvojem polprevodniških elementov, njihovim združevanjem in še posebej z razvojem integriranih vezij. Za začetek »novega veka« računalništva lahko označimo leto 1971, ko je firma Intel iz ZDA v znani reviji Electronic News objavila prvo reklamo za nove elemente integrirne – mikroelektronske tehnike, tako imenovane mikroprocesorje (slika 28). Oče prvega mikroprocesorja je bil član razvojnega oddelka firme INTEL Ted Hoff; to je bil 4-bitni procesor z oznako 4004. Sam izraz »mikroprocesor«, s katerim so poimenovali Hoffov procesorski element, je bil prvič uporabljen leta 1972. Gre za centralno procesno enoto računalnika, ki je bila tako majhna, da je na eni sami silicijevi ploščici, velikosti npr. 5 * 5 mm, prenesla deset tisoče, sto tisoče in več tranzistorjev, diod, uporov in drugih elektronskih elementov; pozneje je to šlo v milijone, danes pa že v stomilijonska (in več) mikroelektronska vezja.

Slika 28. Ted Hoff, oče prvega mikroprocesorja

Slika 29. Prvi mikroračunalnik - Altair

Če mikroprocesorju dodamo pomnilnik in vhodno – izhodne enote, dobimo računalnik, ki mu pravimo mikroračunalnik. Prav to je firma INTEL leta 1974 tudi storila, saj ji je uspelo v sodelovanju z drugimi zgraditi cel računalnik na eni sami plošči tiskanega vezja. To je bil mikroračunalnik ALTAIR (slika 29), zasnovan na za tisti čas najboljšem mikroprocesorju INTEL 8080. Čeprav je bil prvi mikroprocesor INTEL 4004 (4-bitni) začetnik novega obdobja in čeprav se še vedno proizvajajo v zelo velikem številu (igrače, kalkulatorji, igre itd.), so 8-bitni mikroprocesorji začetniki »revolucije« in »novega veka« (nekaj najbolj znanih: INTEL 8080, 8085, MOTOROLA 6800, 6809, ZILOG Z-80, MOS TECHNOLOGY 6502 itd.); povzročili so pravo »mikroračunalniško revolucijo« najprej v ZDA, nato pa tudi drugod po svetu (tudi pri nas okoli leta 1980). Še posebno znana in razširjena mikroprocesorja sta postala Z-80 (računalniki: ZX-80, ZX-81, SPECTRUM, SHARP, PARTNER, …) in 6502 (računalniki: COMMODORE, APPLE, …). Prav mikroračunalnik Sinclar Z-80 se je razširil med uporabniki, tudi tistimi, ki ga niso imeli namen uporabljati v poslovne in strokovne namene; pomembno je spodbudil računalniško opismenjevanje. Ta prvi korak so nadaljevali mikroračunalniki: SINCLAR ZX-81, SPECTRUM in COMMODORE 64. Večina prvih hišnih računalnikov ni imela monitorja, temveč priključek za televizijski sprejemnik, predvsem zato, da jih je to pocenilo. Hišni računalniki so imeli vso elektroniko na enem tiskanem vezju, tipkovnica je bila vgrajena v ohišje, večinoma so imeli 8-bitne procesorje, pomnilnike tipa RAM in ROM, za hranjenje podatkov pa so najprej uporabljali klasične avdio kasete, šele kasneje tudi prve gibke diske (diskete), pozneje pa trde diske. Če so prvi hišni računalniki naredili revolucijo v smislu računalniškega opismenjevanja, pa so prvi osebni računalniki (PC – ang. personal computers) naredili pravo revolucijo (npr.IBM PC iz leta 1981) v poslovnih krogih. Prvi PC-ji so bili za tiste čase spodobno zmogljivi računalniki. Za domačo rabo so bili še predragi (okoli 1500 dolarjev), zelo hitro pa so jih osvojili po pisarnah in povsod tam, kjer se jim je zdelo, da hišni računalniki nekako niso dovolj resni. K njihovemu hitremu prodoru je pripomogla tudi odprta arhitektura in številni kloni, ki so hitro nižali ceno. Leta 1983 je prišel na svetlo prvi osebni računalnik IBM ali IBM PC XT. Bil je opremljen z originalnim DOS (Gates in Peterson), barvnim monitorjem CGA, kmalu pa še z Windows 1.0. Na začetku računalniške tekme je večina proizvajalcev tekmovala s strojno opremo, ne s programi. Prvi, ki so doumeli, da so pomembni programi in ne strojna oprema, so bili pri podjetju Compaq. V skladu s to zamislijo so sklenili narediti računalnik, ki bo popolnoma združljiv z IBM. Združljiv s PC pomeni, da vsi programi, ki tečejo v PC, tečejo tudi v njem. Drugi računalniki so bili tedaj združljivi le do neke mere. Za popolno združljivost je pomemben BIOS, ki pa je bil skrivnost IBM.

Slika 30. Računalniki postajajo vse manjši, zmogljivejši, cenejši…

Hiter razvoj pa je bil mogoč le zaradi že omenjenega pomanjševanja sestavnih elementov, kar je sprožilo zmanjševanje celotne naprave, medtem ko se zmogljivost skoraj ni spremenila (slika 30). Seveda se je tudi celoten sistem zelo pocenil. Doba 16-bitnih mikroprocesorjev se je začela že leta 1974 z mikroprocesorjem PACE (National) in TMS 9900 (Texas Instruments), toda šele mikroprocesorja INTEL 8086, iz leta 1978 in MOTOROLA 68000 iz leta 1981, so pričeli množično in uspešno uporabo (IBM PC, Apple Lisa, Apple Macintosh, …). Za sodobne mikroračunalnike je značilno, da so zgrajeni na osnovi 64-, 128- in več bitnih mikroprocesorjih. Želje po bolj zmogljivih računalnikih in omrežjih so prevedle v zahteve po učinkovitejših mikroprocesorjih. Eden od stalnih trendov je tudi nadaljnja miniaturizacija, vendar pa ta sama po sebi ne zagotavlja napredka v zmogljivosti. Iskanje novih možnosti se odvija na področju arhitekture, novih pristopih, novih tehnoloških prijemih, novih materialih itd.

1.4.4 Računalniška sedanjost in trendi Kje smo in kako se bodo računalniki razvijali v prihodnje? To je težko napovedati, saj področje računalništva doživlja nasluten razvoj. Pred dvajsetimi leti so napovedovali, da bo mogoče današnje računalnike z nekaj sto tisoč logičnimi vrati in precej Mb pomnilnika konec stoletja spraviti v škatlo za čevlje in bodo naprodaj za 100 dolarjev. Smo to dosegli? Smo. V primerjavi s prvo generacijo računalnikov, ki so zasedali celotno sobo, računalniki četrte generacije zasedajo samo dlan roke oz. celo manjše velikosti. Na sliki 31 vidimo dobro primerjavo: po današnjih standardih štiri bitni procesor Intel 4004 ni bil ravno zmogljiv, kljub vsemu pa je bil vsaj toliko kot procesor računalnika Eniac (18000 elektronk) iz leta 1946, vendar neprimerno manjši. Da bi lahko še poglobili ta razvoj, je bilo in še bo potrebno odpraviti določene pomanjkljivosti; med njimi sta še posebno pomembni hitrost preklapljanja in velikost posameznih sestavin. Na obeh področjih so že dosegli velik napredek, saj se npr. infrardeča svetloba uporablja kot nosilka digitalne informacije,

opravljajo pa se tudi poskusi s sintetičnimi kovinami, zamenjava silicija z galijevim arzenidom, stik s pomočjo superprevodnikov itd. Slika 31. Primerjava: Eniac – procesor Intel 4004

Slika 32. Moorov zakon

Katera generacija računalnikov je v uporabi? Po mojem mnenju smo v tem trenutku (leto 2018) na prehodu iz 4. generacije v 5. generacijo. Nekateri so govorili o peti generaciji že leta

1982, nekateri pravijo, da je peta generacija računalnikov šele v razvoju, da je to umetna inteligenca, da so to računalniki, zgrajeni na biološki, organski osnovi. Peto generacijo imenujejo tudi generacijo – večprocesorskih sistemov in 3. generacije Interneta. V osnovi peto generacijo računalnikov zaznamuje čedalje večja hitrost procesorjev, računalniki so sposobni obdelovati človeški govor in obdelovati podatke s paralelnim delovanjem več procesorjev. Kar se tiče procesorjev, je dostikrat citiran Moorov zakon (slika 32). Moor je leta 1965 zapisal, da se vsakih 18 mesecev podvoji število tranzistorjev na elektronskem vezju. Posledično se s tem povečuje tudi njihova hitrost obdelave podatkov. Kako hitro je potekal razvoj, vidimo npr. iz podatkov firme Intel (slika 33), da je bilo leta 1971 v procesorju Intel 4004 2300 tranzistorjev, enajst let pozneje v procesorju Intel 40286 že 134.000, leta 1999 v procesorju Pentium3 9.500.000, leta 2006 pa v procesorju Core2 Duo kar 291 milijona tranzistorjev, danes pa jih imajo procesorji več kot milijardo! Počasi torej dosegamo zahteve 5. generacije računalnikov (zmogljivi procesorji, več procesorjev, paralelno obdelovanje podatkov, optične tehnologije, sposobnost samostojnega odločanja in sklepanja, programiranje z učenjem (Turingov stroj) itd.), v laboratorijih in glavah znanstvenikov pa že poskusno delujejo računalniki 6., 7. in celo 8. generacije. Šesta generacija naj bi preskočila pomanjkljivosti Von Neumannovega modela, ki so se pojavile v teku časa. Zaradi povečanja hitrosti procesorjev so vodila med posameznimi komponentami postala preozka, tako da postaja problem pretoka podatkov. Govora je o nevronskih in bioračunalnikih ter kvantnih računalnikih, ki že spadajo v področje nanotehnologij, ki je priznana kot ključna tehnologija 21. stoletja.

Slika 33. Primerjava med nekaterimi procesorji Nanoznanosti in nanotehnologije (NT) (slika 34) obsegajo zelo veliko različnih področij. Za nekatere nanotehnologija pomeni zgolj nadaljevanje miniaturizacije v elektroniki, za druge biorobotiko ali kvantno računalništvo, za tretje pa razvoj novih nano-materialov in molekularnih naprav. Že danes so elementi na procesorskih čipih veliki le še nekaj sto nanometrov in če ekstrapoliramo trend miniaturizacije zadnjih desetletij, bodo tranzistorji veliki le še nekaj atomov. Pri tem preidemo v povsem nova pravila načrtovanja čipov, ki jih narekujejo zakoni kvantne mehanike, kar že samo po sebi pomeni veliko novost.

Slika 34. Področja nanomaterialov v medicini Slika 35. Nano roboti v medicini Pod nanotehnologijo si lahko zamislimo tudi nekaj še bolj revolucionarnega, na primer izdelavo bioloških robotkov manometrskih dimenzij (slika 35), ki bodo izvrševali zelo različna, vnaprej določena opravila. Ti bodo na primer uporabni v medicini, kjer bodo krožili po človeškem telesu in iskali ter uničevali nezaželene tujke, bakterije, viruse, čistili plake žil, opravljali notranje operativne posege itd. Z nadaljnjim razvojem nanotehnologij pričakujemo zelo različne novosti, ki jih je danes ravno tako težko napovedati, kot je bilo težko napovedati obstoj interneta ali zmogljivih notesnikov sredi prejšnjega stoletja po izumu prvega tranzistorja. Morda v tem trenutku najbolje opišemo nanotehnologije kot področje velikih priložnosti. Na primer IBM je že prikazal majhna vezja narejena z ogljikovimi nanocevkami, ki so deset krat hitrejša od najhitrejših polprevodniških elementov. Naslednji izziv je najti način izdelave večjih vezij, kjer se bodo elementi kar sami sestavili na čipu itd. Ob in na osnovi vseh teh naštetih tehnoloških trendih pa bomo (delno smo že) deležni tudi tehnologij, ki so vezane na naslednje pojme: visoko zmogljivi računalniki (HPC), multimedija hipermedija (slika 36), pametna mesta in pametni domovi (slika 37), pametne bolnišnice (slika 40), robotizacija v medicini in zdravstvu (slika 38), protetika uma, oblačljivi računalniki, krmiljenje s pomočjo uma (slika 39), misleče naprave, senzorji na dosegu roke (telemedicina), navidezna resničnost (VRML), dopolnjena resničnost, pametni materiali itd.

Slika 36. Multimedija – hipermedija…

Slika 37. Inteligentni – pametni domovi

Slika 38. Roboti v medicini in zdravstvu

Slika 39. Telemedicina, medi-kibernetika…

Slika 40. Pametna bolnišnica – nekaj primerov tehnologije in prostorov Bistvo pametne - inteligentne hiše (ang. smat – intelligent house) ni le njeno upravljanje z mobilnim telefonom ali tablico iz kavča ali iz službe, temveč avtomatizirano in inteligentno izvajanje različnih, neposredno na stavbo ter njeno okolico orientiranih opravil (npr. razsvetljava, ogrevanje, hlajenje, senčila, video nadzor, alarm, multimedija itd.). To pomeni, da tak sistem samodejno in brez napak izvaja opravila, ki omogočajo prihranke energije, vzdržuje ter povečuje udobje in skrbi za celovito varnost brez posredovanja uporabnika. Pametno – inteligentno mesto (ang. smat – intelligent city) je mesto, ki rešuje svoje probleme s strateško uporabo IKT, mrež in storitev, ki nudijo meščanom popolno udobje in varnost. Torej mesto postane pametno, ko investicije v arhitekturni, človeški in socialni segment, promet, moderno IKT itd., omogočajo trajnostno ekonomsko rast, kakovost in varnost življenja njegovih prebivalcev. Koncept inteligentnega mesta torej združuje napredne tehnologije (IKT in še posebej inteligentne senzorske sisteme), najsodobnejše metodologije

urbanega planiranja, varnostne in upravne funkcije. Bistvo pametne – inteligentne bolnišnice (ang. smat – intelligent hospital) je avtomatizirano in informatizirano izvajanje vseh pomembnih bolnišničnih opravil. Tak sistem samodejno izvaja opravila, ki omogočajo prihranke energije, povečujejo udobje, hitre odzive in poti informacij ter skrbi za najvišji nivo varnosti brez nujnega posredovanja uporabnika – zdravstvenega osebja oz. bolnika. Pri tem izkorišča vse parametre naprednih tehnologij s povezovanjem ter uporabo ogromnih baz podatkov, skupaj s storitvami računalništva v oblaku, strojnega učenja (ML), umetne inteligence (AI), interneta stvari (IoT), virtualne in dopolnjene resničnosti, telematike itd. Vključuje tudi načrtovanje in oblikovanje stavb, prostorov ter opreme, za čim kvalitetnejše bolnišnične administrativne, upravne, tehnične in še posebej klinične ter negovalne aktivnosti, s ciljem čim kvalitetnejše obravnave in oskrbe pacientov. Večina storitev takega sistema je podprto s sodobnimi IKT in spletom, kar povečuje njegovo produktivnost in učinkovitost.

1.4.5 Generacije računalnikov Človek si je že od nekdaj skušal z najrazličnejšimi pomagali olajšati fizično in miselno delo. Zelo zgodaj se je srečal s problemi štetja in računanja. Med prvimi pomembnimi pripomočki je bil abak, nato računala, ki so bila vezana na izum kolesa, pa mehanski računski stroji, katerih pomemben del je bilo zobato kolo, itd. (slika 41). Kot smo že omenili, je prvo pomembno mehansko napravo, ki je bila po svojih načelnih lastnostih zelo podobna računalniku, začel graditi angleški matematik Charles Babbage. Žal njegova sicer genialna zamisel ni dala ustreznih rezultatov, ker imajo mehanske naprave (zobata kolesa, vzvodi, idr.) mnoge slabosti. Ob uvajanju splošne elektrifikacije pa so se začeli razvijati električni računski stroji, ki so bili sprva še vedno mehanske naprave (kup zobnikov, vzvodov in drugih mehanskih elementov je poganjal električni motor). Šele razvoj elektronike je računalnikom odprl novo, za njihov poznejši razvoj zelo pomembno obdobje. Seveda so se prvi elektronski računalniki precej razlikovali od današnjih, saj je tehnologija s tega področja zelo napredovala. Glede na tehnologijo oziroma izvedbo osnovnih sestavnih delov lahko sestavimo "rodovnik", to je generacijsko strukturo razvoja računalnikov. Podrobnejša razlaga posameznih računalniških naprav in njih izumiteljev je že bila podana v predhodnih poglavjih, v nadaljevanju želimo le oblikovati in združiti posamezna obdobja in naprave v generacijsko strukturo.

Slika 41. Leibnitzovo in Babbageovo mehansko računalo

Živimo v dobi razvoja 5. in delno že 6. generacije računalnikov, čeprav večina uporabnikov računalniške tehnologije najpogosteje uporablja še vedno mikroračunalnike 4. generacije. Računalniki, katerih osnovni sestavni deli so bili releji in elektronke (slika 42), sodijo v 1. generacijo (1940 - 1956). Releji in elektronke so kar velike naprave, zato so bili prvi računalniki velikanski stroji, ki so potrebovali veliko prostora (zasedali so kar celo sobo) in zahtevno ter zamudno vzdrževanje. Programiranje in vnašanje podatkov pri elektronskih računalnikih prve generacije je potekalo ročno, prek stikal (strojni jezik), zato je bilo delo z njim zamudno, dolgočasno in nezanesljivo. Računalniki te generacije niso mogli opravljati več operaciji hkrati, saj je bil računalnik zmožen le ene, ki so jo vnašali s pomočjo luknjanih kartic.

Slika 43. Tranzistor in tiskana vezja – II. generacija računalnikov Slika 42. Računalniki I. generacije Problemov I. generacije računalnikov je bilo kar veliko. Pomanjkljivost elektronk npr. je bila v tem, da so bile zelo nezanesljive, ker so hitro pregorevale; velik problem je bilo tudi odvajanje odvečne toplote, ki so jo proizvajale elektronke. Manjkalo je tudi strokovnjakov za programiranje, saj je bilo to delo zelo težko, ker se je programiralo direktno v strojnem jeziku. Mehanske dimenzije računalnikov tistega časa so bile zelo velike. Tako je računalnik z 18.000 elektronkami potreboval napajalno moč 150 kW, dolg je bil 30 metrov in visok 2.5m (ENIAC). Veliko teh problemov je rešila 2. generacija računalnikov, v katero spadajo računalniki iz polprevodniških elementov - tranzistorjev (slika 43) (1956 - 1963). Ta tehnološki korak je bil zelo pomemben, saj tranzistor popravlja skoraj vse pomanjkljivosti elektronke: je majhen, mehansko manj občutljiv, se ne greje, porabi manj energije itd. Tranzistorji so pripomogli tudi k boljši zmogljivosti računalnikov ter povečanju zanesljivosti, obenem pa tudi padcu cene. Najpomembnejša prednost pa je bila njihova hitrost v delovanju, saj se je s tem omogočila tudi večja procesna moč računalnikov. Glavni pomnilnik je bil zgrajen iz feritnih jeder. Ta so tvorila matriko, katera je v odvisnosti od magnetnega naboja predstavljala logično vrednost 0 ali 1. S temi računalniki so se tako lahko hitreje izvajali večji in bolj zapleteni programi. Programerji te generacije so začeli uporabljati zbirne jezike, začeli so se razvijati višji programski jeziki (npr. COBOL, FORTRAN... ), kot pomnilni elementi pa so se uporabljali magnetni diski in feritni pomnilniki. V 3. generacijo sodijo računalniki iz integriranih vezij (slika 44) - čipov (1963 - 1971). Osnove njihovega delovanja so enake kot pri tranzistorjih, le da tranzistorji in drugi elementi (npr. diode, upori, kondenzatorji itd.) niso več ločene naprave, ki jih moramo povezovati z električnimi vodniki (žice, tiskana vezja), temveč so že neločljivo povezani na približno 1 cm2 in še manjši polprevodniški ploščici, imenovani čip. V enem takem čipu je lahko sto tisoč , več milijonov in še več polprevodniških elementov. Ta integracija oz. združevanje elementov 34

občutno zmanjšuje velikost računalnikov, povečuje njihovo hitrost in učinkovitost, serijska izdelava elementov pa njihovo ceno. V programiranju je prišlo do pomembnejših sprememb; programi so se vnašali s pomočjo tipkovnice in monitorja. Pojavili so se prvi operacijski sistemi, ki so omogočali večopravilnost hkrati pa so računalniki te generacije prvič postali bolj prepoznavni, pa tudi dostopni posamezniku, saj so bili manjši, cenejši in razumljivejši, kakor pa njihovi predniki.

Slika 44. Integrirana vezja – III. generacija

Slika 45. Mikroprocesor – IV. generacija

Tehnologija izdelave integriranih vezij je hitro napredovala. Tako so se pojavila integrirana vezja, ki so vsebovala vse več logičnih sklopov. Glavni pomnilnik, ki je bil zgrajen iz feritne matrike, je nadomestilo pomnilniško integrirano vezje, ki je bilo cenejše, manjše in je imelo večjo zmogljivost. V 4. generacijo štejemo računalnike ( ~ 1971 - ), katerih osnova so integrirana vezja visoke gostote (slika 45), ki v majhnem prostoru združujejo cele enote računalnika; govorimo o mikroprocesorju, kot integriranem vezju, ki v svoji notranjosti združuje vso interno logiko računalnika. Računalniki te dobe (mikroračunalniki) so še manjši in cenejši, povečala pa se jim je hitrost in zanesljivost delovanja. Njihova struktura in zmogljivost je omogočala tudi njihovo medsebojno povezovanje, kar je vodilo v razvoj ne samo lokalnih, temveč tudi globalnih omrežij (Internet). Poleg razvoja strojne opreme (računalnikov) je v tem obdobju zelo velik napredek tudi na področju programske opreme. Programi so vedno bolj kompleksni. Da bi dosegli bolj enostavnejšo in učinkovitejšo uporabo so se pojavile tudi standardizirane in specializirane programske rešitve. Za naše razmere predstavlja novost še vedno 5. generacija računalnikov iz integriranih vezij zelo visoke gostote ( ~ 1982 - ), to je tistih, katerih osnovna naloga ni več samo računanje, delo s števili, temveč logično sklepanje, delo z bankami znanja in podatkov itd. Tak računalnik naj bi s svojim uporabnikom znal komunicirati v naravnem govorjenem jeziku, imel bo shranjene ogromne podatkovne baze znanja, po katerih bo znal tudi hitro iskati, znal bo inteligentno sklepati, obdelovati slike in »videti« predmete tako, kot jih vidijo ljudje itd. Pomembna novost te generacije je razvoj vzporednih računalnikov, pri katerih rešuje skupno nalogo oz. problem hkrati več procesorjev.

Cilj računalnikov pete generacije je torej, da lahko človek komunicira s strojem v naravnem jeziku. To pa pomeni, da bodo morali biti v prihodnje računalniki pete generacije bolj inteligentni, kar pa ne pomeni da morajo biti le hitrejši in bolj zanesljivi pri računanju in pomnjenju od človeka, temveč se morajo podobno kot človek znajti v nepredvidljivih situacijah (umetna inteligenca). Peta generacija računalnikov naj bi se učila na lastnih napakah, uporabljala znanje, sposobna naj bi bila tudi razpoznavati glasovne in vidne komunikacije, govor, avtomatsko prevajanje govora iz enega naravnega v drugi naravni jezik, inteligentno iskanje podatkov itd.

Slika 46. Nevronski čip – V. generacija

Slika 47. Čip kvantnega računalnika

Na razvojnem obzorju se pojavljata že novi generaciji, to je 6. in 7. generacija; značilnost prve so t.i. bioračunalniki katerih osnova so nevronski - bio čipi in na njihovi osnovi zgrajene nevronske mreže (slika 46), značilnost druge pa kvantni računalniki (slika 47), katerih osnova so nanotehnologije, DNK in Q-bit . Za razliko od digitalnih računalnikov, kjer bitni tranzistorji preklapljajo zgolj med dvema vrednostma 0 in 1, so informacije v kvantnih računalnikih zapisane v kvantnih bitih oziroma kubitih (Q-bit). Ti zavoljo nenavadnih zakonov kvantne fizike, ki so prestrašili celo Alberta Einsteina, premorejo še superpozicijo. Bit operira zgolj z eno vrednostjo, kubit pa vzporedno operira z dvema, dva kubita s štirimi, trije z osmimi in tako dalje. Laboratorijske izvedbe takega računalnika že delujejo (npr. Intelov 17 Q-bitni računalnik, Googlov 20 in celo 49 Q-bitni računalnik itd.), kljub tem uspehom pa bo pot do delujočega, stabilnega in velikega kvantnega računalnika, ki bi pripomogel k napredku v znanosti, medicini in drugih vedah, še dolga in težavna. Kvantni sistemi so namreč zelo krhki, za pravilno delovanje q-bitov zahtevajo zelo hladno okolje, kjer je temperatura blizu absolutne ničle. Ti nepredstavljivi pogoji prinašajo ključni izziv, ki ga bo za razvoj kvantne tehnologije treba premagati. Poglejmo še problem s področja bioračunalništva, in sicer problematiko in prve rešitve t.i. celičnega računalnika. Računalniki sedanjega časa lahko opravljajo zahtevne naloge od računanja do obdelovanja teksta in krmiljenja naprav. Ta opravila računalniki izvajajo na osnovi enostavnih logičnih operacij računalniških procesorjev, v katerih je veliko število logičnih vrat istega tipa. Celice živih organizmov prav tako vsak trenutek na analogni način obdelujejo številne signale iz okolice in jih pretvarjajo v ustrezen odziv. Če želimo celice spreminjati za različne namene, na primer za medicinsko terapijo ali za senzorje, ki bodo spremljali zdravstveno stanje v telesu, potem moramo biti sposobni v celicah izvajati logične 36

operacije, ki so neodvisne od obstoječih celičnih procesov. Dodatna težava v primerjavi z elektronskimi računalniki je, da v celicah informacije ne moremo posredovati po žicah kot v elektronskih vezjih, ampak preko bioloških molekul, ki uravnavajo prepisovanje dednega zapisa v celici. Zato se že uporabljajo naravni in sintetični proteini kot logična vezja v človeških celicah, ki obdelujejo vhodne signale na osnovi podobne logike kot elektronski računalniki ter prepoznajo skoraj katerokoli izbrano zaporedje DNK. Ta iznajdba že omogoča bolj natančno kontrolo delovanja in odziva celic na različne signale, kar bo gotovo zelo uporabno predvsem za medicinske in diagnostične namene. Šesta in sedma generacija se torej šele rojevata, na obzorju pa se že pojavlja nova, 8. generacija (kognitivno računalništvo). Z njimi se odpira tudi pot v novo tehnološko obdobje, le od ljudi samih pa bo odvisno, ali bodo računalniki nove dobe prinesli hkrati lepše, boljše in svobodnejše življenje. Gotovo je, da bo umetna inteligenca v prihodnosti najpomembneje vplivala na svet, ki prinaša mnogo dobrih strani, pa tudi možnih nevarnosti, zato kot poudarja Stephen Hawking, je pri tem potrebno biti zelo previden ter vzpostaviti ustrezne sisteme regulacije, nadzora in vzpostavljanja nadzora dobrih in slabih praks v raziskovanju umetne inteligence.

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:                             

abakus, računski stroj – računalo, analitski in diferenčni računski stroj Charlesa Babbagea, luknjana kartica kot nosilka podatkov, mehanska računala z zobniškim prenosom, rele, Z1, Z2, Z3, MARK1, elektromehanski računalnik, elektronski računalnik, elektronka, ENIAC, John von Neumann - model računalnika, tranzistor, tiskano vezje, integrirano vezje, Ted Hoff, mikroprocesor, mikroračunalnik, čip, ALTAIR, hišni računalnik, osebni računalnik – PC, INTEL, IBM, Moorov zakon, Turingov stroj, nanotehnologije, generacije računalnikov, nevronski računalnik,

    

bioračunalnik, DNK računalnik, kvantni računalnik, celični računalnik, umetna inteligenca.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Ob ustrezni literaturi pripravite zgodovinski razvoj števil in računskih pripomočkov. 2. Zakaj so pomembne naslednje osebnosti: John Napier, Wilheim Shichard, Blais Pascal in Wilheim G. Leibnitz? 3. Orišite pomen Charlesa Babbagea in utemeljite, zakaj njegove ideje niso doživele praktične uporabe v njegovem času? 4. Opišite pomen Hollerithovega stroja. 5. V čem je bistvena razlika med računskim strojem - računalom in računalnikom? 6. Zakaj je pomemben Konrad Zuse? 7. Zakaj je pomemben John fon Neumann? 8. Zakaj je v računalništvu tako pomemben prehod od relejev na elektronke? 9. Opišite pomen in razliko med računalnikoma MARK1 in ENIAC. 10. Iznajdba polprevodniških elementov je izredno pomembna za razvoj računalnikov. Utemeljite to trditev. 11. Kaj so tiskana vezja in zakaj so pomembna? 12. Integrirano vezje in mikroprocesor imata skupne lastnosti in razlike. Določite jih. 13. Kako bi izgledal čip, če bi imeli možnost, da bi si ga lahko ogledali pod elektronskim mikroskopom? 14. Zakaj je pomemben Ted Hoff? 15. Kaj pomeni ALTAIR? 16. Kakšna je pomembna razlika med hišnimi osebnimi računalniki? 17. Kaj govori Moorov zakon? Še vedno velja? 18. Kaj predstavlja nanoznanost in zakaj so nanotehnologije pomembne za razvoj sodobnih računalnikov? 19. Zakaj in kdaj nanotehnologije v medicini? 20. Primerjajte procesno moč in strukturo ENIACa in procesorja INTEL 4004! 21. Katera generacija računalnikov je v uporabi? Utemeljite odgovor! 22. Naštejte najnovejše zasnove računalnikov, katerih čas še prihaja. V čem je razlika med njimi in sedaj uporabljenimi? 23. Naštejte značilnosti generacij v razvoju računalnikov. 24. Skicirajte generacijsko drevo (rodovnik) računalnikov. 25. Katere so prednosti uporabe tranzistorjev pred elektronkami za konstrukcijo računalnikov? 26. Kakšna je razlika med integriranim vezjem in mikroprocesorjem? 27. Kaj pomeni vzporedna vezava procesorjev za delovanje računalnika? 28. So bioračunalniki in kvantni računalniki že delujoči? Kaj pomenijo za razvoj računalniške tehnologije? 29. Katera generacija računalnikov se v sedanjem času uporablja v medicini in zdravstvu? 30. Katera generacija računalnikov se v sedanjem času uporablja v zdravstveni negi?

1.5 VRSTE RAČUNALNIKOV

od pojmom računalnik si danes večinoma predstavljamo osebni računalnik, vendar pa so v uporabi tudi drugi računalniki. Običajno jih razvrščamo glede na velikost in glede na način zapisa podatkov. Glede na način zapisa podatkov ločimo:  Analogne računalnike - so računalniki, ki računajo z analognimi podatki; matematične operacije izvajajo z zveznimi fizikalnimi količinami. So zelo hitri, a redki v uporabi.  Digitalne računalnike - so računalniki, ki uporabljajo diskretno - digitalno računanje; ukazi, kot tudi obdelani podatki, so predstavljeni z diskretnimi vrednostmi. V splošni uporabi so najpogostejši.  Hibridne računalnike - predstavljajo kombinacijo analognega in digitalnega računalnika; podatki so zapisani analogno in digitalno.

Slika 47. Vrste računalnikov glede na zmogljivost Slika 48. Družina superračunalnikov Cray. Glede na velikost oz. zmogljivost pa lahko računalnike razvrstimo po naslednjem vrstnem redu (slika 47):  super računalnik (ang. supercomputer),  veliki - osrednji računalnik (ang. mainframe computer),  miniračunalnik (ang. minicoputer),  mikroračunalnik (microcomputer - PC), te pa na: o osebni (stacionarni) računalnik (ang. personal computer - PC), o prenosni računalnik (ang. portable PC), o notesnik (ang. notebook PC), o tablični računalnik (ang. tablet PC) in o dlančnik (ang. personal digital assistant - PDA). Super računalnik (slika 48), je za sedaj najhitrejša pa tudi najzmogljivejša vrsta računalnika, ki so tudi 1000 krat in več hitrejši od klasičnih namiznih in prenosnih računalnikov. Za doseganje izrednih hitrosti obdelave podatkov hkrati uporabljajo več tisoč, pa tudi več procesorjev; zaradi svoje velikosti so razdeljeni na več modulov. Konstruktorji se poslužujejo različnih tehnik, kot npr. ohlajanja procesorjev na zelo nizke temperature, kar

omogoča ustrezno hitrost delovanja vezij. Uporabljajo se pri zahtevnejših obdelavah in procesih kot npr. napovedovanju svetovnega vremena, dinamiki procesov, aerodinamiki, umetni inteligenci, zahtevnejših simulacijah v naravoslovju, medicini in tehniki itd. Veliki ali osrednji računalnik (slika 47) je zelo zmogljiv računalnik, ki se uporablja za širok spekter različnih problemov, od poslovnih (obdelava podatkov večjih ustanov kot npr. davčna uprava, banke, zavarovalnice...) do zahtevnejših znanstvenih. V zgodovini razvoja so to bili največji in izredno zmogljivi računalniki (npr. v letu 2005 je tak računalnik imel več deset GB pomnilnika in na stotine GB diskovja), katerih zmogljivost je lahko izkoriščalo istočasno več uporabnikov (večuporabniški in večopravilnostni sistemi). Značilno zanje je še vedno, da imajo zelo močan vhodno/izhodni sistem in sposobnost za priključitev velikega števila vhodno/izhodnih naprav. Za dostop in delo na takih računalnikih se uporabljajo terminali. S pojmom računalniški terminal označujemo delovno postajo, ki je prek omrežja priključena na centralni računalnik. Kot terminali se lahko uporabljajo računalniški sistemi, ki jih sestavlja tipkovnica, miška in zaslon brez lastne procesorske moči in pomnilniških naprav (pasivni terminali) ali pa osebni računalniki (aktivni terminali). Proizvajalci osrednjih računalnikov so (bili) med drugim IBM, Hitachi, Fujitsu itd. Miniračunalnik (slika 47) se je pojavil v drugi polovici 60-ih let kot cenejše nadomestilo za velike računalnike. V začetku so bili namenjeni za reševanje manj pomembnih problemov ter v aplikacijah, kot je npr. vodenje industrijskih procesov. Osnovna razlika med mini in velikimi računalniki je v tem , da imajo miniračunalniki manj zmogljiv vhodno/izhodni sistem in zato niso posebno primerni za probleme, ki zahtevajo velike podatkovne baze in veliko število vhodno/izhodnih naprav. So torej manjši in manj zmogljivi od osrednjih računalnikov, vendar tudi bistveno cenejši; še vedno so namenjeni zahtevnejšim ali ožje specialnim nalogam (npr. zahtevnejši multimedijski uporabi - zahtevnejši obdelavi grafike, videa, zvoka, krmiljenja zahtevnejših sistemov itd.). V 80. letih so se v bistvu prelevili v strežnike in delovne postaje.

Slika 49. Hišna računalnika Sinclair in Commodore 64

Slika 50. Prvi IBM PC računalnik iz leta 1981

Mikroračunalnik je računalnik, grajen na eni sami osnovni plošči (matična plošča, ang. mother board), katerega osrednja obdelovalna enota je mikroprocesor (eden ali več). V svojem razvoju so prešli več tehnoloških obdobij (hišni računalniki - osebni računalniki, stacionarno - prenosni idr. (slika 49), za njihovo širšo in aktivnejšo uporabo pa je pomembno

leto 1981, ko je podjetje IBM zasnovalo prvi osebni računalnik (ang. Personal Computer - PC) in s tem postavilo standard, ki mu je sledila večina kasnejših proizvajalcev osebnih računalnikov (slika 50).

Slika 51. Namizni – stacionarni PC s pogostimi dodatki

Slika 52. Osnovna struktura in nadgradnja PC računalnikov

Osebni računalnik (ang. personal computer - PC) je namenjen osebni uporabi, za razliko od osrednjih in strežnikov, katere uporablja večje število ljudi hkrati iz različnih lokacij. V kolikor ni večje potrebe po pogostem prenašanju računalnika iz enega na drugo mesto, se uporabljajo namizni računalniki (slika 51). Za vnos podatkov uporabljamo tipkovnico in/ali miško in množico vhodno - izhodnih naprav. V primerjavi s prenosniki in tabličnimi računalniki je namizni računalnik večji po velikosti in neroden za prenašanje, rabi več električne energije, je pa večjih zmogljivosti in enostavne nadgradnje (slika 52). Kot smo že omenili, je prvi osebni računalnik izdelalo podjetje IBM, ko je leta 1981 začelo prodajati računalnike za osebno uporabo. S tem je postavilo standard, ki mu je sledila večina kasnejših proizvajalcev osebnih računalnikov. Za današnje čase je vseboval skromnih 16 KB pomnilnika in disketno enoto z zmogljivostjo 160 KB. Zanimivo pri prvem osebnem računalniku je, da je prvi operacijski sistem zanj napisal Bill Gates in tako začel graditi svoj veliki Microsoftov imperij. Vgrajen je bil tudi programski jezik Basic. Njegove zmogljivosti so za današnje čase izredno skromne saj ni imel diska, frekvenca delovanja pa je zmogla samo 4,77 MHz. Prenosni računalnik, notesnik (slika 47) po obliki spominja na "odprto knjigo"; tehta okoli 2-3 kg, običajno ima manjšo zmogljivost in vgrajen akumulator, ki omogoča tudi več ur dela brez priključka na električno omrežje. Za vnos podatkov uporabljamo tipkovnico in/ali miško. Opredelimo ga lahko kot osebni računalnik, ki je prirejen za prenašanje in delo z nekaj urnim samostojnim virom električne energije. Tablični računalnik (slika 47) je prenosni računalnik, enako kot prenosnik ima lasten nekaj urni vir električne energije in zaslon na dotok. Za vnos podatkov lahko uporabljamo prste ali digitalno pero. V bolnišničnih sistemih se ob namiznih računalnikih, najpogosteje uporabljajo t.i. namenski tablični računalniki (NTR), ki pa morajo imeti zaradi posebnosti in zahtevnosti mesta uporabe, dodatne lastnosti, in sicer:  majhno težo, čvrsto in odporno ohišje, popolno mobilnost ter ustrezno varnost rokovanja;  visoko zmogljivost HW in SW;

     

materiale, ki so odporni na čiščenje z dezinfekcijskimi sredstvi; velik in visokozmogljiv zaslon za prikazovanje vseh vres zdravstvenih podatkov, vključno s slikovno-diagnostiko; integriran digitalni fotoaparat, RFID čitalec (radiofrekvenčna identifikacija elektronskih označb), čitalec čretnih kod in prstnih odtisov; podporo brezžični povezljivosti preko WI-FI in Bluetootha; enostavno upravljanje naprave s e-pisalom ali dotikom; dolgo avtonomijo delovanja - zmogljivo baterijo.

Dlančnik (slika 47) je manjši osebni računalnik, prirejen mobilnosti. Njegovo ime izhaja iz besede "dlan", saj ga lahko držimo v dlani. Večina dlančnikov ima zaslon občutljiv na dotik, po katerem lahko tipkamo - tapamo in rišemo s prstom ali s priloženo palčko ter režo za pomnilniško kartico. Zavedati se moramo, da je računalnik širok pojem in ga ne smemo gledati ozko, le kot napravo na pisalni mizi. Računalniško funkcijo imajo tudi naprave, ki niso podobne osebnemu računalniku in nimajo vseh njegovih standardnih sestavnih delov. Tako imamo namenske računalnike v pametnih obračunskih blagajnah trgovin, pametnih telefonih, avtomobilih, televizorjih, medicinskih in laboratorijskih napravah itd.; običajno so ozko specializirane in opravljajo strogo namenske funkcije. V zadnjem času je zelo malo ljudi, še posebej mladih, ki ne bi imeli pametnega telefona (ang. Smartphone). Današnji čas zahteva mobilnost in obdelavo podatkov na vsakem koraku (slika 53). Pametni telefoni (in dlančniki) se prilagajajo tem zahtevam; so vedno zmogljivejši majhni računalniki, z možnostjo dostopa do elektronske pošte, pregledovanja različnih dokumentov (npr. Wordovih in Excelovih dokumentov), povezavo s pomočjo GPRS ali UMTS na izbrane strežnike in z vsakim dnem več komunikacijskih uslug, kot npr.: pošiljanje in sprejemanje kratkih besedilnih sporočil (SMS), elektronske pošte, dostop do interneta, registracije kontaktov, računala, ure, alarma, snemanja in prikazovanja slik, snemanje in predvajanje video posnetkov, pošiljanje ter sprejemanje multimedijskih sporočil (MMS), snemanje in predvajanje zvoka itd. Za poenostavljeno delo imajo manjši zaslon občutljiv na dotik, po katerem lahko tipkamo in rišemo s prstom ali s priloženo palčko ter poenostavljeno grafično tipkovnico. Pametni telefon je torej naprava, ki združuje funkcionalnost mobilnega telefona, dlančnika, fotoaparata, kamere in računalnika; za svoje delovanje potrebuje operacijski sistem, ki je osnova za razvoj aplikacij (npr. Google Android, Symbian, Blackberry, Plam Pilot, Windows Phon itd.). Postaja izjemno koristna naprava brez katere si težko predstavljamo sodobnega človeka in njegovega aktivnega sodelovanja ter vključevanja v sodobno - informacijsko družbo.

Slika 53. Mobilna IKT tehnologija

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:          

analogni, digitalni in hibridni računalnik, super računalnik (ang. supercomputer), veliki - osrednji računalnik (ang. mainframe computer), miniračunalnik (ang. minicoputer), mikroračunalnik (microcomputer – PC,) osebni (stacionarni) računalnik (ang. personal computer - PC), prenosni računalnik (ang. portable PC), notesnik (ang. notebook PC), tablični računalnik (ang. tablet PC), dlančnik (ang. personal digital assistant - PDA),  pametni telefon (ang. smartphone).

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Kakšna je razlika med analognimi in digitalnimi računalniki? Kaj je hibridni računalnik? 2. Kaj predstavlja superračunalnik in kje ga kaže uporabiti? 3. Se veliki oz. osrednji računalniki uporabljajo v zdravstvu? Kje in zakaj? Naštejte še kako področje njihove uporabe! 4. Kakšna je razlika med miniračunalnikom in mikroračunalnikom? Kje ju najdemo v medicini - zdravstvu? 5. Naštejte pomembnejše vrste mikroračunalnikov? 6. Kje bi v zdravstveni negi uporabili osebni stacionarni računalnik, prenosni računalnik in notesnik? 7. Kje bi v zdravstveni negi uporabili tablični računalnik in zakaj? 8. Kakšna je razlika med dlančnikom in pametnim telefonom? 9. Definirajte pametni telefon! 10. Zapišite (skicirajte) pomembnejše razvojne stopnje pametnih telefonov.

2 ZGRADBA IN DELOVANJE RAČUNALNIKA 2.1 INFORMACIJE IN NJIH PREDSTAVITEV

adar želimo s kom izmenjati informacijo, jo moramo predstaviti z določenimi izraznimi sredstvi, kot npr. s svetlobnimi, zvočnimi, pisnimi, grafičnimi itd. Ne glede na to, ali govorimo o predstavitvi podatkov v zvezi s človekom ali strojem, ločimo dva bistvena različna načina predstavitve:  analogni ali zvezni način in  digitalni ali diskretni način. Za boljše razumevanje si oglejmo dva primera.  Ura s kazalci je lep primer analognega (neprekinjenega) podajanja informacij, saj se čas odčitava analogno s pripadajočo lego - kotom urnih kazalcev. Drugačna je elektronska digitalna ura, pri kateri je čas povezan s štetjem oziroma stalnim spreminjanjem števil in je primer digitalnega (končnega – števnega števila stanj) podajanja informacije (slika 54).

Slika 54. Analogno - digitalno

Slika 55. Predstavitev digitalnega podatka

 Drugi

primer je povezan z avtomobilom. V avtomobilu nam merilna ura hitrosti s kazalcem kaže analogno informacijo o hitrosti vožnje, medtem ko nam števec prevoženih kilometrov ali prikazovalnik laserskega merilca hitrosti pri policiji (slika 54), daje digitalno informacijo.

Glede na ta dva načina predstavitve in obdelave informacij lahko v osnovi delimo tudi računalnike na digitalne in analogne. Najpogosteje se uporabljajo digitalni računalniki. Sodobni računalniki te vrste temeljijo na t.i. digitalni elektroniki, kjer sta za opis informacije na voljo le dva znaka oziroma stanji: 0 in 1. V matematiki imenujemo takšen številski sistem dvojiški ali binarni. V desetiškem sistemu zapisujemo desetiška števila, ki jih predstavljamo z desetimi različnimi simboli - števkami (od 0 do 9) in uporabo mnogokratnika števila 10. Ker dvojiški sitem uporablja samo dva znaka, 0 in 1 (v primerjavi z desetimi, ki jih uporablja desetiški sistem), so dvojiška števila tudi daljša od desetiških. V desetiškem sistemu prvo mesto z desne predstavlja enice, drugo desetice, tretje stotice itd. (torej 100, 101, 102, ...), v

dvojiškem sistemu pa prvo mesto na desni predstavlja enice, drugo dvojice, tretje štirice itd. (torej 20, 21, 22,23, ...). PRIMER 1.: Desetiško število 1347 pretvorite v dvojiško! Rešitev: Pretvorba Ostanek 1347 : 2 = 673 1 673 : 2 = 336 1 336 : 2 = 168 0 168 : 2 = 84 0 84 : 2 = 42 0 42 : 2 = 21 0 21 : 2 = 10 1 10 : 2 = 5 0 5:2=2 1 2:2=1 0 1:2=0 0 ↑ → 1347(10) = 00101000011(2) PRIMER 2: Dvojiško število 11010010 pretvorite v desetiško! Rešitev: Da bi lažje razumeli nalogo, se spomnimo, kako lahko zapišemo npr. število 1988 kot mnogokratnik števila deset: 2015= 2*1000 + 0*100 + 1*10 + 5 ali 2015 = 2*103 + 0*102 + 1*101 + 5*100 Podoben način uporabimo pri pretvorbi dvojiškega števila 1010010 v desetiško: 1*27 + 1*26 + 0*25 + 1*24 + 0*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20 Ko to izračunamo, dobimo desetiško število: 128 + 64 + 16 + 2 = 210

Ko je George Boole (1815 – 1869), angleški matematik, ustanovitelj matematične logike (Boolove algebre), razvil algebro, s katero se razmerje med velikim številom elementov popiše s ponavljanjem operacij med vrsto parov elementov, je dal osnovo za razvoj mikroelektronike, saj simbola 0 in 1 nista omejena samo na števila. Če se uporabljata za "vključen" in "izključen", predstavljata dva položaja stikala (slika 55). Lahko pa predstavljata tudi druge alternative, kot npr. DA - NE ali IN - ALI, itd. Prav te so za delovanje računalnikov še posebej pomembne. Narava elektronskih komponent narekuje skromnost v zapisovanju simbolov, hkrati pa je tudi delovanje natančnejše in zanesljivejše. Lažje se odločamo le med dvema simboloma (ali stanjema) kot med več kot 50 simboli (ali stanji), ki jih običajno uporabljamo pri zapisovanju črk, števil, ločil, itd. Lažje tudi ugotavljamo, ali po kakem vodniku teče električni tok (znak – stanje 1) ali ne (znak – stanje 0), kot pa, kolikšen je ta tok (npr. 0.883 A). Zato uporabljajo digitalni računalniki le dvojiška znaka 0 in 1; 0 predstavlja napačno trditev, 1 pa pravilno. Znak 1 v dvojiškem sistemu računalnik razume kot prisotnost signala (pozitivne električne napetosti, npr. 5 V), znak 0 pa z njegovo odsotnostjo (napetost je 0 V). Zapis večjega števila si predstavljamo kot zaporedje vklopljenih oziroma izklopljenih stikal in glede na to tudi ustreznih napetostnih impulzov. Tako smo lahko z osmimi stikali zapisali desetiško število 162 (imamo osem stikal, katerih prvo, tretje in sedmo je vključenih in se tako izpiše naslednji zapis: 10100010 = 162). V resnici »stikal« ne vključujemo hkrati, ampak zaporedno (slika 55). Električni signal, ki ima tako obliko, predstavlja število 162 oziroma 220 (slika 55). Glede na to lahko ugotovimo, da lahko vsak podatek kodiramo z ustreznim zaporedjem napetosti. Tako lahko zapišemo številke, po posebnem dogovoru (kodi) pa tudi črke in znake. Računalnik prepoznava in si zapomni le tako zapisane številke in znake. Osnovna pomnilna celica pri računalniku je sestavljena iz določenega števila dvojiških pomnilnih elementov, od

katerih lahko vsak hrani ničlo ali enico (oz. zadrži določeno napetostno stanje), število teh elementov pa določa velikost podatka, ki ga lahko spravimo v eno pomnilno celico. V računalnikih ima lahko ena pomnilna celica 8, 16, 32, 64 itd. dvojiških pomnilnih elementov.

Slika 56. Informacije so merljive In sedaj je prav, da si zastavimo vprašanje: Ali lahko informacije merimo? Odgovor je: DA! Informacije so merljive količine; seveda je način njihovega merjenja dokaj zapleten, zato se ne bomo spuščali v podrobnosti postopka. Spoznajmo le osnovno enoto (in njene izpeljanke), ki se je izkazala za ustrezno, še posebno v splošni in informacijski tehniki. Enota, ki jo je znanost tega področja sprejela, je tista informacija, s katero dobimo odgovor na vprašanje, na katero sta mogoča samo dva verjetna odgovora. Ta enota se imenuje bit (ang. binary digit - označba "b") in je najmanjša enota podatkov (slika 56). Kot smo že povedali, lahko vsebuje samo dve stanji, ki ju lahko izrazimo (zakodiramo) na več načinov, kot npr. napetost je – napetosti ni, črno – belo, magnetizirano – nemagnetizirano stanje itd. Ta stanja simbolično označimo z DA ali NE, oziroma 0 in 1. Z različno kombinacijo bitov lahko tvorimo večje enote (slika 56). V praksi se pogosto srečujemo z enoto zlog (ang. byte – označba »B«), ki pomeni 8 bitov. Večje enote se imenujejo besede, ki lahko vsebujejo 16 bitov, 32 bitov itd.; združujemo jih v še večje enote, ki jih imenujemo bloki, več blokov pa podatkovje. Z »biti« lahko opišemo črke, znake, besede, zvoke itd. Vzemimo za primer računalnik, ki potrebuje za ponazoritev enega znaka 8 bitov, kar predstavlja enoto zlog (byte). Ni težko ugotoviti, da 8 bitov lahko opiše 2 na osmo potenco (28=256), kar je 256 različnih možnosti oziroma stanj. To pa je seveda dovolj za kodiranje latinske abecede, številk od 0 do 9, ločil, posebnih znakov itd. Vsak tak zlog je spravljen v ločeni pomnilniški celici, ki si jo lahko za lažje razumevanje predstavljamo združeno v veliko »omaro« (slika 57) s policami oziroma prekati. Prekati so sistematično razporejeni in označeni (t.i. pomnilniška lokacija), tako da računalnik lahko vedno najde zlog, ki ga išče. Vsa števila od 0 do 255 lahko torej predstavimo s kombinacijo 8 bitov. Glede na to je v praksi uporabljen ameriški standard za zapis črkovnih in posebnih nadzornih znakov, imenovan ASCII (ang. American Standard Code for Information Interchange), v katerem je vsaka tipka na tipkovnici računalnika predstavljena z dvojiškim zapisom, ki predstavlja en zlog (slika 58). Za primer vzemimo zelo enostaven proces, ko med izdelovanjem preprostega programa za pisanje na zaslon pritisnemo tipko »A«; tipkovnica sporoči računalniku 65 (01000001), nato računalnik pogleda v svoj pomnilnik, kateri znak ustreza kodi 65, in oblikuje na zaslon znak »A«.

Slika 57. Ponazoritev pomnilniške celice

Slika 58. ASCII tabela

ZA BOLJŠE RAZUMEVANJE IN ŠIRITEV ZNANJA: ASCII tabela 1: ASCII tabela. ASCII tabela 2: Wikipedija - ASCI tabela Digitalna tehnika in Boolova algebra: http://rso.tsckr.si/RSM3/digitalna_vezja_4_0.pdf Pretvornik med številskimi sistemi: http://www.educa.fmf.unilj.si/izodel/sola/2003/ura/sobocan/pretvornik.htm Predstavitev podatkov v računalniku: http://rts.unimb.si/Materiali2/OPDP/Od%20na%C4%8Drta%20do%20programa%201.pdf George Bool: https://sl.wikipedia.org/wiki/George_Boole Boolova algebra: http://lrss.fri.uni-lj.si/sl/teaching/odv/lectures/ODV.pdf

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:            

analogna (zvezna) in digitalna (diskretna) količina, digitalni računalnik, dvojiški ali binarni sistem, desetiški ali dekadni sistem, Boolova algebra, bit, zlog (byte), beseda, blok, podatkovje, tabela ASCII, kodiranje – dekodiranje.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Zapišite nekaj primerov izmenjavanja informacij in način, kako poteka. 2. Ob vsakega od spodnjih zapisov zapišite "analogno" ali "digitalno", tako da ustreza opisu:

a) Steklena cev, ki ob strani rezervoarja za gorivo prikazuje količino goriva v njem. b) Vetrokaz na strehi. c) Semafor. d) Magnetna igla v kompasu. e) Števec prevoženih kilometrov v avtomobilu. f) Električni števec, ki kaže porabo oziroma električno delo v stanovanju. g) Živosrebrni medicinski termometer. 3. Na kaj mislimo, ko pravimo, da merilec prevoženih kilometrov v avtomobilu prikazuje rezultat v digitalni obliki, merilec hitrosti pa ima analogni prikaz. 4. Zapišite informacijo velikosti 1 BIT, 1 BYTE, 2 ZLOGA in 1 BESEDE. 5. Koliko bitov informacije dobite, če ste pridobili rezultate treh zaporednih metov kovanca? Kovanec ima dve strani: grb ali številko. 6. Koliko bitov informacije lahko vsebuje 4 (6, 8) znakov dolgo zaporedje števil binarnega sistema (npr. 0110)? 7. Zapišite svoj rojstni datum (dan, mesec in leto) v dvojiškem sistemu. 8. *Zapišite postopek, kako iz dvojiškega zapisa vašega rojstnega datuma spet dobite desetiške vrednosti. 9. Kako je v računalniku predstavljeno število 65 (105, 2, 89)? 10. Zakaj se uporablja koda ASCII? Oglejte si tabelo ASCII in razložite bistvo njene uporabe. 11. *S pomočjo izbrane tabele ASCII zapišite kodo: a) začetnic svojega imena in priimka; b) svojega imena; c) trenutnega datuma (npr. 13. 6. 2015); d) besede: »zdravstvena nega«. 12. *Določite maksimalno število znakov, ki jih lahko predstavljamo z računalnikom, ki uporablja 2- (4-, 8-, 16-, 32-...) bitni procesor. 13. *Pripravite svojo "ASCII" kodirno tabelo za 8-, 16- in 32-bitni procesor. 14. *Koliko bitov potrebujemo najmanj, da predstavimo 25 znakov abecede in števila od 0 do 9? 15. Razložite pojem "dve stanji", ki se nanaša na elektronske komponente računalnika, in na kratko razložite, kateri (in zakaj) številski sistem je za tak prikaz najustreznejši.

2.2 OSNOVNI DELI RAČUNALNIKA

ačunalnik je za povprečnega zdravstvenega delavca neke vrste črna škatla (slika 59). Vanjo vpisuje določene podatke, zažene določeno aplikacijo in čaka na rezultate. Kateri sestavni deli so v njegovi notranjosti, večina zdravstvenih delavcev izve šele ob prevzemu računalnika na delovnem mestu ali ob nakupu za domačo rabo; takrat dobi vprašanja, kot npr., kake vrste računalnik želi, koliko pomnilnika potrebuje, ali hoče imeti grafično kartico tega ali onega proizvajalca, procesor firme Intel ali AMD, CD ali DVD pogon, koliko USB vhodov potrebuje itd. (slika 60). V osnovi ni potrebno vedeti, kateri sestavni deli so v računalniku. Katere vrste čipi in vezja so vgrajeni, bo zanimalo samo strokovnjake in tiste, ki hočejo sami sestaviti zmogljivejši računalnik. Za povprečnega uporabnika je dovolj, da ve, za katera opravila bo potreboval 48

računalnik. Za nekatere je to urejanje besedila, brskanje po spletu, uporaba računovodskih programov, za druge pa igranje igric, obdelava fotografij in videoposnetkov itd. Osnovne naloge, ki jih mora računalnik opravljati, so:   

sprejemanje podatkov oz. informacij, obdelava in priprava podatkov in shranjevanje podatkov (Malačič, 2008).

Slika 59. Računalnik v zdravstvu

Slika 60. Sestavni deli računalnika

Da bi lahko opravil vse te naloge, računalnik potrebuje strojno (ang. hardware) in programsko (ang. software) opremo. Računalniki še zmeraj temeljijo na Von Neumannovem modelu računalnika; sestavljeni so iz naslednjih osnovnih elementov (slika 61):  centralno procesne enote (CPE),  notranjega pomnilnika in  vhodno – izhodnih enot. Osrednji del računalnika je centralna procesna enota (CPE ang. CPU), saj se vse poti v računalniku stekajo prav vanjo. Običajno jo sestavljajo trije osnovni deli; aritmetično – logična enota, krmilna enota in registri. Osnovna naloga centralne procesne enote je, da iz notranjega pomnilnika jemlje ukaze in jih izvršuje. V notranjem pomnilniku, ki mu včasih pravimo glavni ali tudi hitri pomnilnik, je lahko shranjena kakršnakoli informacija, ki jo je računalnik sposoben sprejeti; to so ukazi, programi, podatki, vmesni in končni rezultat itd. Sposobnost notranjega pomnilnika za hitro prenašanje informacij v centralno procesno enoto in iz nje je ključnega pomena za delovanje vsakega računalnika. Slika 61. Von Neumannov in njegov model računalnika

Vhodno – izhodne enote služijo za prenos informacij med zunanjim svetom, centralno procesno enoto in pomnilnikom. V osnovi jih lahko delimo v dve skupini. V prvo spadajo naprave, ki so namenjene predvsem za prenos informacij med centralno procesno enoto in notranjim pomnilnikom na eni strani ter zunanjim svetom na drugi strani. Standardne naprave te vrste so na primer tiskalniki, tipkovnice, miške, zasloni različnih vrst, risalniki, telekomunikacijske naprave itd. Poleg teh poznamo še vrsto takih, ki so značilni samo za določeno področje uporabe računalnika kot na primer čutilniki (senzorji) za tlak, temperaturo, kemične ali biološke setavine, spremljanje delovanja določenega organa, vključevanje in krmiljenje laserskih nožev, sprememb magnetnega polja in podobno (slika 62).

Slika 62. Računalnik na različnih področjih zdravstva – medicine. V drugo skupino spada zunanji pomnilnik, ki ga lahko obravnavamo na dva načina: kot razširitev notranjega pomnilnika in kot vhodno – izhodno napravo. Skupna značilnost te naprave je torej, da služi shranjevanju informacij, čeprav se mnogokrat uporablja tudi za komunikacijo z drugimi računalniki (npr. USB ključki, magnetni disk, mreže itd.). Oglejmo si posamezne elemente Von Neumannovem modelu računalnika nekoliko podrobneje!

2.2.1 Centralna procesna enota Centralna procesna enota - CPE (ang. Central Process Unit – CPU) je eden najpomembnejših delov računalnika; predstavlja neke vrste »srce in živčni center« računalnika, saj nadzira in vodi vse funkcije v njem. Že samo ime pove, da je:  centralna, ker je osrednji del računalnika,  procesna, ker opravlja vse funkcije v računalniku in  enota, ker je zaključena celota (slika 63). Glavna funkcija centralno procesne enote (procesorja - slika 64) je izvajanje zaporedja ukazov, ki jim pravimo program. Ta program je sestavljen iz zaporedja števil, ki so shranjena v računalniškem pomnilniku. Pri izvajanju posameznega ukaza se izvajajo naslednji koraki: pridobitev ukaza, dekodiranje ukaza, priprava parametrov (podatkov), izvedba ukaza in zapis oz. shranjevanje rezultata.

Slika 63. Centrala procesna enota

Slika 64. Nekaj procesorjev INTEL

Zmogljivost oz. hitrost procesorja je odvisna od frekvence oz. delovnega takta. Procesorjevo zmogljivost lahko povečamo z uporabo večjedrnih procesorjev, kar v bistvu pomeni vklapljanje dveh ali več posameznih procesorjev (imenovanih »jedro«) v eno povezano integrirano vezje. Večjedrne procesorje so razvili zato, da so omogočili možnost opravljanja več opravil (niti) hkrati brez večjih težav (npr. zmrzovanja, zakasnitve, ponovnega zagona itd.), kar v bistvu omogoča pravo paralelno procesiranje. Teoretično naj bi bil večjedrni sistem od enojedrnega hitrejši za faktor, enak številu procesorskih jeder. Trenutno (leto 2017) so najbolj prodajani šest in osem jedrni procesorji, obstajajo pa že 16 (npr. Intel Core i9 X serija), 32 in več jedrni procesorji, vendar so trenutno še redki. Centralna procesna enota ali procesor se sestoji iz aritmetično logične enote, kontrolne enote in registrov (Von Neumanov model - slika 66).

Slika 65. Kaj je večjederni procesor?

Slika 66. Struktura procesne enote

Aritmetično – logična enota (ang. Arithmetic and Logic Unit - ALU) opravlja vse aritmetične in logične operacije nad podatki, ki jih zahtevajo programski ukazi. Osnova za to so logična vrata kot preprosta elektronska vezja, ki zmorejo opravljati logične odločitve in primerjave. Poznamo osnovne tri vrste logičnih vrat: IN, ALI in NE. Njihove principe lahko zelo nazorno prikažemo z žarnico in stikali (slika 67). V primeru vrat IN bo žarnica svetila, če bosta vklopljeni obe stikali, v primeru vrat ALI pa bo svetila, če bo vklopljeno stikalo 1 ali 2, in tako dalje. Logična vrata lahko tudi združujemo (npr. NAND združuje NE in IN, NOR združuje NE in ALI itd.); s tem opišemo le zapletenejše probleme. Seveda si vsega tega ne bomo

podrobneje ogledali, ampak se le vprašajmo, iz katerih elementov so logične enote zgrajene. Osnovni element je tranzistor, ki predstavlja v ustreznem spoju električno kontrolirano stikalo. Tako z dvema tranzistorjema (slika 67) naredimo logična vrata, z združevanjem več vrat pa zapletenejša preklopno – logična vrata, ki jih združujemo v integrirana vezja. Sodobnejša integrirana vezja vsebujejo več deset in sto tisoče logičnih vrat IN, ALI in NE ter njihove kombinacije.

Slika 67. Kaj je aritmetično – logična enota

Slika 68. Logična vrata IN

Oglejmo si potek določenih logičnih oziroma aritmetičnih operacij v računalniških vezjih. Za zgled vzemimo vrata IN (slika 68) in si s t.i. pravilnostno tabelo ponazorimo odvisnost logičnih izhodov od vhodov. Potrebujemo torej dve stikali in žarnico (vhodni in izhodni pogoj). Kot je razvidno iz pravilnostne tabele, bo žarnica svetila (DA oz. 1) le, če bosta obe stikali vklopljeni. Vezje IN, narejeno iz dveh tranzistorjev, bo imelo na izhodu pozitivno napetost, če bo le-ta tudi na obeh vhodih. V vsakem drugem primeru bo izhodna napetost nič. Podobno delujejo tudi druga logična vrata in njihove kombinacije. Vrata ALI dajo npr. na izhodu pozitivno napetost, če je vsaj en vhod na tej napetosti, vezje NE pa nasprotno napetost, kot je na vhodu. Na ta način dobimo želene izhode glede na vhodne količine. Z dvojiškimi števili 0 in 1 in s preprostimi logičnimi vrati ter njihovimi kombinacijami lahko torej izvajamo preproste računske in logične operacije. Takšna vezja imenujemo seštevalniki. Sodobni računalniki vsebujejo množico seštevalnih vezij, združenih v aritmetično – logično enoto, v kateri so vsa logična vrata in seštevalniki kombinacija le-teh. Vse operacije, ki jih mora opraviti računalnik, se prevedejo na zaporedje enostavnih logičnih operacij, kot npr. seštevanje dveh števil itd. Operacije v aritmetično – logični enoti tečejo izredno hitro, v velikostnem redu mikrosekunde pa še hitreje. Njeno hitrost merimo v mipsih - milijonih operacij, ki jih enota lahko opravi v sekundi. V centralni procesni enoti je tudi vsaj nekaj registrov, posebnih »predalov«, ki lahko shranijo po eno besedo informacije. Rabijo za vmesno shranjevanje podatkov in internih operacij; če npr. procesor sešteva dve števili, shrani najprej prvo v določen register, nato pa mu prišteje drugo število. Dobljeni rezultat prikaže na zaslonu, ga shrani ali zadrži v registru, da ga lahko uporabi pri nadaljnji obdelavi. Število in dolžina registrov sta pri različnih CPE različna.

Kontrolna - krmilna enota (slika 69) je prav tako zelo pomemben del CPE, saj skrbi za pretok podatkov in ukazov po vodilih iz pomnilnika v procesor in obratno. Je torej specialno vezje, ki vodi delovanje CPE v skladu z navodili, ki prejme iz pomnilnika. Ta enota torej sprejema vsak posamezen programski ukaz, ga prepozna in poskrbi za njegovo izvajanje; zatem sprejme naslednji ukaz in tako naprej, dokler je še kaj ukazov. Krmilna enota organizira tudi vnašanje podatkov, potrebnih programu, preko vhodne enote in izpisovanje rezultatov na izhodni enoti itd. Če torej povedano povzamemo, je naloga krmilne enote da krmili, nadzoruje in usklajuje delovanje vseh enot računalnika, organizira prenos podatkov, razpoznavo in analizira ukaze ter skrbi za pravilno izvajanje ukazov.

Slika 69. Kontrolna enota CPE

Slika 70. Gordon Moore in njegov zakon (1965)

Na tem mestu kaže omeniti tudi Moorov zakon (slika 70), ki pravi, da se zmogljivost procesorjev podvoji vsakih 18 do 24 mesecev. Ta trditev se je do sedaj izkazala za zelo točno. Kmalu pa temu ne bo več tako, saj bodo silicijevi polprevodniški elementi kmalu dosegli skrajno fizično mejo, kar posledično pomeni, da tako hitro povečevanje zmogljivosti procesorjev ne bo več mogoče. Zaradi omejitve, ki jo predstavlja silicij, znanstveniki vse bolj mrzlično iščejo njegov nadomestek in kot kaže, so ga že našli v mineralu, ki je nam zelo blizu – v magnetu oz. nanomagnetu. Nanomagneti naj bi bili povsem pisani na kožo procesorjem, saj ti lahko učinkovito procesirajo digitalne informacije in imajo od 1.000 do 10.000 krat manjše odvajanje toplote od običajnih tranzistorjev. In to še ni vse. Ti procesorji naj bi bili zmožni pridobivati energijo za delovanje kar neposredno iz okolice. To pomeni, da bi lahko delovali brez dodatnega vira napajanja. Takšni procesorji naj bi se sprva uporabljali v medicinskih napravah, ki se jih vgrajuje znotraj teles pacientov, saj je zamenjava napajalnih elementov lahko težak in rizičen proces. No, nadaljnji razvoj bo pokazal še mnogotera koristna področja njihove uporabe.

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI: o o o o o

procesor, enojederni in večjederni procesor, aritmetično-logična enota, logična vrata – logični operatorji, IN, ALI, NE,

o o o o

krmilna - kontrolna enota, mips, registri, Moorov zakon.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Kaj je procesna enota računalnika? Jo označujemo s kratico CPU ali CPE? Kaj je naloga kontrolne enote v CPE? Kaj je naloga aritmetično logične enote v CPE? Kaj je naloga registrov v CPE? Pripravite časovno linijo (time line) razvoja procesorjev! Poiščite lastnosti in vrste trenutno najbolj prodanih procesorjev! Kaj je tako pomembnega v Silicijevi dolini? Je res Silicijeva? Kakšna je razlika med večjedernimi in enojedernimi procesorji? Kaj pove Moorov zakon? Zakaj se njegova veljavnost približuje izteku?

2.2.2 Pomnilnik Pomnilnik imenujemo tisti del računalnika, kjer shranjujemo in nato ponovno beremo informacije oziroma podatke (slika 71). V poenostavljeni obliki si ga lahko predstavljajmo kot veliko omaro s predali (pomnilne celice), v katero vnašamo in iz katere beremo ustrezno kodirane (npr. v dvojiški kodi) podatke (slika 72). Določen podatek (npr. številko) vpišemo v pomnilno celico tako, da na ustrezna mesta – lokacije v spominu računalnika postavimo ničle in enice. V tako predstavljenem modelu pomnilnika nam ni težko ugotoviti, da v celici ne moreta hkrati obstajati dve vrednosti, saj lahko ena celica hkrati hrani le en podatek. Ko vpišemo v celico nov podatek, prekrijemo starega in ga tako uničimo. Kadar kakšne informacije ne potrebujemo, jo lahko zbrišemo. Branje podatka iz pomnilne celice njene vsebine ne prizadene. Kako računalnik prepozna oziroma najde podatek iz množice podatkov, zapisanih v pomnilnih celicah (slika 72)? Podatek se shrani v določeno lokacijo, ki je oštevilčena, torej ima svoj naslov. Tako npr. v lokacijo z naslovom 15 shranimo podatek M, v lokacijo z naslovom 47 pa podatek A. Kadar koli bi se v obdelavi podatkov sklicevali nanju, bi imeli opraviti s 15. oziroma 47. pomnilniško lokacijo oziroma, bi ju našli na 15. oziroma 47. naslovu. Seveda ni potrebno posebej poudarjati, da je od vrste računalniškega pomnilnika odvisno, koliko podatkov lahko hranimo v posameznih lokacijah, saj so le-te lahko 8-, 16-, 32, 64- in še več bitne. Prvi osebni računalniki so imeli 16 ali 64 kB delovnega pomnilnika, v sodobnih računalnikih pa srečujemo pomnilnike z nekaj sto tisoč pa tudi nekaj milijonov in več pomnilnimi lokacijami. Njihovo velikost merimo v enotah, kot npr. MB, GB, TB itd., kar pomeni:  1 KB (kilo B) = 210 B = 1024 B  1 MB (mega B) = 210 KB = 1024 x 1024 B = 1048576 B  1 GB (giga B) = 210 MB = 1024 x 1048576 B = 1073741824 B  1 TB (tera B) = 210 G = 1024 x 1073741824 B = 1099511627776 B itd.

Slika 71. Pomnilne enote računalnika

Slika 72. Poenostavljen model pomnilnika

Kljub njihovi obsežnosti pa si želimo še zmogljivejših. Ena od rešitev je bila uvedba t.i. pomožnega oz. zunanjega pomnilnika. Vanj shranjujemo informacije, podatke, programe itd., ki jih računalnik ne potrebuje za neposredno delo. Ločimo torej (slika 73):  

notranji (ali glavni oziroma hitri) pomnilnik in zunanji (ali pomožni) pomnilnik.

Slika 73. Vrste pomnilnikov

Slika 74. Vrste notranjih pomnilnikov

Razlika med notranjim in zunanjim pomnilnikom je v tem, da ima do glavnega pomnilnika CPE neposreden dostop s strojnimi ukazi, do zunanjega pomnilnika pa ima CPE posredni dostop preko V/I ukazov. Lastnosti pomnilniških elementov ocenjujemo glede na različne kriterije, in sicer glede na:  

ceno, hitrost dostopa (kot merilo za hitrost se običajno uporablja povprečen čas, ki je potreben za branje ene besede iz pomnilnika; ta čas imenujemo čas dostopa (ang. access time)), 55

   

način dostopa (naključni, zaporedni, krožni in direktni dostop), spremenljivost vsebin (ali zapisovanje lahko izvedemo le enkrat ali večkrat), obstojnost vsebine (podatek se sčasoma lahko izgubi, zato je potrebno osveževanje (ang. refresh) in zanesljivost (verjetnost za pojav napake; npr. pri 1000 diskih, ki delujejo eno leto 24 ur/dan se bo v povprečju pokvarilo 7,3 diska oz. 0,73%).

2.2.2.1 Notranji pomnilnik Notranji pomnilnik je narejen tako, da lahko vsak podatek kar najhitreje najdemo in tudi uporabimo. Glede na dosegljivost informacij ga delimo v (slika 74):  Trajni pomnilnik - bralni (ang. Read Only Memory - ROM); je vnaprej "napolnjen" pomnilnik s podatki in programi, ki so pomembni za delovanje računalnika; ta del pomnilnika lahko le beremo, podatkov in programov pa ni možno spreminjati. Tako so v osebnih računalnikih v ROM-u zapisan določeni opravilni programi, kar omogoča, da lahko z računalnikom takoj po vklopu izvajamo izbrane programe oz. opravila itd.  Delovni pomnilnik (ang. Random Access Memory - RAM); pomnilnik je dosegljiv v vsakem trenutku, saj lahko vanj vnašamo nove podatke, programe itd., ki jih spreminjamo, zapišemo "prek starih" - zbrišemo, beremo itd. Količina razpoložljivega RAM-a (npr. 500 M) nam pove koliko spomina je na voljo za shranjevanje programov in podatkov. Za boljšo predstavo dveh vrst pomnilnika nam lahko služi naslednja primerjava (slika 74):  RAM - odprta omarica (lističe z informacijami lahko zamenjujemo) in  ROM - zaprta omarica (kar je notri, lahko le vidimo, zamenjati pa ne moremo). Kaj je značilno za oba? V ROM-u so podatki zapisani trajno, navadno že v tovarni. Seveda obstajajo tudi druge izvedbe ROM-a, kot npr.:  PROM (ang. Programmable Read Only Memory) - programirljiv bralni pomnilnik, ki omogoča enkratno zapisovanje podatkov (s PROM programatorjem).  EPROM (ang. Erasable Programmable Read Only Memory) - zbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik, ki omogoča večkratno zapisovanje podatkov.  EEPROM (ang. Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory) - električno zbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik, ki omogoča večkratno zapisovanje podatkov. Brisanje je mnogo hitrejše, lahko tudi samo delno; omogoča večkratno a omejeno zapisovanje podatkov. ROM vsebuje tudi izredno pomemben program BIOS (ang. Basic Input Output System) zadolžen za nadzor računalnika; skrbi npr. za zagon računalnika, omogoča operacijskemu sistemu in ostali programski opremi dostop do strojne opreme in delo z njo itd. RAM je namenjen tekočemu delu, saj se uporablja za shranjevanje ukazov (programov) in začasnih podatkov (za trajno obdelavo). Seveda podatki ob izklopu računalnika izginejo. Da lahko računalnik izvrši program, ki je npr. shranjen na trdem disku ali ključku, ga mora najprej prenesti v RAM; temu pravimo nalaganje programa. Pomembna podatka tega pomnilnika sta kapaciteta (npr. 512 MB) in čas, ki je potreben, da pridemo do podatka shranjenega v pomnilniku (v današnjem času običajno merjen v nanosekundah). Obstajata dve vrsti RAM-a, in sicer dinamični, ki zahteva obnavljanje informacij vsakih nekaj sekund (ko računalnik izključimo, se vsebina izgubi), in statični, ki informacije zadrži vse dotlej, dokler jih namenoma ne zbrišemo. Vsak ima svoje prednosti in pomanjkljivosti,

vendar so se v sedanjem času bolj uveljavili dinamični delovni pomnilniki, saj imajo dve pomembni prednosti pred statičnim: potrebujejo manj tranzistorjev v vezju in porabijo manj energije, zato se tudi manj segrevajo. Eden takih je v današnjem času vse pogosteje uporaben bliskovni pomnilnik (ang. Flash RAM), ki omogoča večkratno brisanje in zapisovanje brez posebnega programatorja; ima pa pomanjkljivost - omogoča omejeno število vpisov. Kaj je tehnična oz. fizikalna osnova vseh sodobnih pomnilnikov? To sta dva tranzistorja v značilni medsebojni povezavi imenovani bistabilni multivibrator ali t.i. flip – flop vezje (slika 75). En »flip – flop« si zapomni le en bit informacije, zato imamo v pomnilnem integriranem vezju na miljone in več takih flip - flopov, da lahko shranimo na primer 200M obsegajočih programov. Seveda je v uporabi še nekaj drugih načinov pomnilniškega vezja, toda bodi dovolj, saj je za podrobnejšo razlago potrebno globlje poznavanje elektronike.

Slika 75. Notranji pomnilnik v izgledu in osnovni konstrukciji V pomnilnik lahko zapišeš poljubno število, znak ali besedilo. Računalnik lahko torej v pomnilniku pomni dvojiško kodirane:  numerične podatke (številke),  nenumerične podatke (črke, oznake, besedila, ...) in  program (zaporedje korakov).

2.2.2.2 Zunanji pomnilnik Zunanji pomnilnik ima za razliko od notranjega dvojno vlogo, in sicer predstavlja:  razširitev notranjega pomnilnika in  vhodno - izhodno enoto. V primerjavi z notranjim pomnilnikom je pisanje in prebiranje podatkov na zunanjih pomnilnikih mnogo počasnejše, pri čemer pa zunanje pomnilne enote odlikuje trajnost zapisa in sposobnost, da hranijo bistveno večje količine podatkov. Obstajajo težnje, da bi se način in tehnologija spravljanja podatkov na določene nosilce (papirnate kartice in papirni trak v zgodnjem obdobju, magnetni način, laserski način, elektronski, mehurčni pomnilnik itd. v novejšem času) spremenila. Ne glede na to pa je še vedno pogosto v uporabi magnetni način, katerega osnovni princip je, da primerno površino prekrijemo z magnetno snovjo in

nato majhna področja namagnetimo v eno izmed dveh možnih smeri. Ena smer ustreza logični "1", druga pa "0". Ena od prednosti magnetnega zapisa je tudi ta, da so magnetna področja stabilna, elementarni magnetki so vsi usmerjeni v eno smer, in če se eden po naključju (motnja) obrne, ga sosednji »potisnejo« v staro smer. Ta način ni samo dokaj stabilen, temveč tudi cenen, zato se je tako dolgo ohranil. Magnetni trak se v zadnjem času uporablja le za arhiviranje podatkov (slika 76). Do podatkov ne moremo priti naključno, po sektorjih, kot lahko počnemo pri napravah z naključnim dostopom (npr. diskih), temveč moramo podatke brati po vrsti. Če želimo prebrati podatek nekje v sredini traku, je treba trak najprej prevrteti do tja. To pomeni, da se dostopni čas lahko meri tudi v minutah in ne kot pri diskih v mili sekundah.

Slika 76. Magnetni trak – tračna enota

Slika 77. Magnetni pomnilnik – trdi disk

V nasprotju z magnetnim trakom ima magnetni disk, ali natančneje pomnilnik z magnetnim diskom, magnetno zapisovalno površino v obliki trdne okrogle plošče. Najlažje si ga predstavljamo kot nekakšno gramofonsko ploščo, pomnilnik pa kot gramofon, vendar namesto igle beremo in pišemo z magnetno glavo (slika 77). Trdi disk je lahko sestavljen iz večjega števila plošč (slika 77), med katerimi se v radialni smeri premikajo pisalne in bralne glave; manjši npr. prenosni osebni računalniki uporabljajo samo eno (do dve) diskovni plošči. Na magnetni disk se podatki zapisujejo v krogih, ki jim pravimo sledi (slika 77). Glave se torej gibljejo v radialni smeri, plošče pa se vrtijo okoli svoje osi. Na ta način poiščemo sled s premikom glave, podatke na posamezni sledi pa zaporedno v posameznem sektorju. Prav dejstvo, da moramo poiskati le pravo sled (ne pa, da bi bilo potrebno prebirati vsebino sledi, ki jih ne potrebujemo), nam prinese v primerjavi s trakom bistveno neposrednejši in hitrejši dostop podatkov. Bralno - pisalne glave med vrtenjem tesno pritiskajo na ploščo diska, zato je zračna blazina, na kateri glava lebdi, izredno tanka, precej tanjša, kot je npr. debelina človeškega lasu. Pri tako majhni razdalji in veliki hitrosti vrtenja diska kaj lahko pride do okvare. Drobna smet lahko povzroči, da glava leže na ploščo in jo pokvari, s tem pa uniči tudi določene podatke na njej. Zato mora biti disk hermetično zaprt, pa tudi rezervne kopije podatkov in programov nam gotovo pridejo zelo prav. Pri diskih nas zanima:  njegova velikost (npr. 100 GB, 500 GB, 1 TB..),



dostopni čas - čas, ki je potreben za dostop do kateregakoli podatka na disku (npr. 10 ms, 5 ms...) in  velikost predpomnilnika, ki omogoča bolj tekoče delo diska (običajni diski imajo predpomnilnik velik okoli 2 MB, boljši pa 8 MB in več). V osnovi ločimo notranji trdi disk, ki je vgrajen v računalnik in zunanji trdi disk, ki se z ustreznimi kabli priključi na računalnik; najbolj pogosto se uporablja za prenos podatkov iz enega računalnika na drugega, izdelavo rezervnih kopij (ang. backup). Izraz »backup« pomeni postopek, s katerim iz prvotnih podatkov (datoteke, programa) naredimo kopije. S tem ščitimo podatke v primeru, da se prvotni vir podatkov poškoduje ali izgubi. Elektronske podatke je mogoče shraniti na različne načine, kot npr. na drugem strežniku, magnetnem traku, trdem disku, DVD-ju itd. V zadnjem času je v poskusni uporabi t.i. mehurčni pomnilnik (ang. magnetic bubble), ki deluje po izredno uporabnem in neobčutljivem principu gibanja magnetnih enot mehurčkov v materialu; magnetni mehurčki potujejo po magnetnem premazu zaradi zunanjega magnetnega polja, ki jih z veliko hitrostjo pošilja mimo magnetne glave. Tako dobimo zelo stabilen, precej neobčutljiv in trajen (ne izbriše informacije ali programa ob izklopu računalnika) pomnilnik z velikimi zmogljivostmi in brez gibljivih - vrtečih se delov. Pomemben element v uporabi zunanjih pomnilnih elementov je tudi video - laserska tehnologija oz. t.i. zgoščenke (ang. compact disc - CD), ki predstavljajo osnovni sistem optičnih pomnilnikov. To so plastične plošče, na katere zapisujemo podatke z močnim laserskim žarkom. Posamezni bit se zapiše tako, da se na danem mestu z laserjem izžge drobna luknjica (vrednost bita = 1) ali pa pusti površino nedotaknjeno (vrednost bita = 0). Zmogljivost video diska je izredno velika, saj že danes lahko nanj zapišemo več 10 GB podatkov. Osnovne zgoščenke CD imajo veliko pomanjkljivost, saj lahko podatke nanje zapišemo le enkrat, zato jih pogosto označujemo s kratico CD-ROM. Za razliko od te, zgoščenke CD-R omogočajo enkratni zapis podatkov z računalnikovim zapisovalnikom zgoščenk, zgoščenke CD-RW pa omogočajo večkratno zapisovanje, brisanje in ponovno zapisovanje . Leta 1996 so na tržišče prišle zgoščenke DVD, ki so po načinu zapisovanja in branja podatkov podobne običajnim zgoščenkam, le spiralna sled je bolj tesno navita in vbokline imajo manjšo velikost. Njihova zmogljivost je zato mnogo večja in v osnovi znaša 4,7 GB, osnovna hitrost pa 1350 kB/s. Tudi za njih veljajo vse zapisane kratice oz. variante (DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW) (slika 78).

Slika 78. Optični pomnilnik CD in DVD

Slika 79. Tehnološka razlika: CD - DVD - BRD

V zadnjem času se je uveljavil Blu-ray disk (BRD - slika 79), ki je namenjen shranjevanju večje količine podatkov in visoko ločljivih videov (HD = high-definition video). Disk je dobil ime po vijoličnomodrem žarku laserja za zapisovanje in branje tega diska. Fizična velikost medija je enaka CD ali DVD mediju. Zaradi krajše valovne dolžine modre svetlobe (405 nanometrov) ima 10x kapaciteto DVD medija. Nanj je možno zapisati 25GB podatkov, oziroma 50GB pri dvoslojnem zapisu, v uporabi pa so že tudi štiri in več slojni zapisi, ki imajo ustrezno višjo kapaciteto. Omeniti kaže še eno pomembno vrsto pomnilnika, ki ga v zadnjem času pogosto uporabljamo, to je t.i. bliskovni ali flash pomnilnik (ang. Flash memory - slika 80). Je vrsta že omenjenega EEPROM računalniškega pomnilnika, ki ga lahko elektronsko izbrišemo ali reprogramiramo. Ta tehnologija je bila primarno uporabljena v pomnilniških karticah in USB ključih, ki služijo kot ključne naprave za prenos podatkov med računalniki in drugimi digitalnimi napravami (fotografski aparati, kamere, pametni telefoni itd.), v zadnjem času pa se vedno pogosteje (samostojno ali v kombinaciji z magnetnim diskom) uporabljajo tudi kot samostojni ali hibridni diski (SSD disk). Pomnilniške kartice (slika 80) po hitrosti in trajnosti sodijo med RAMe in diske. Na tržišče so prišle v drugi polovici devetdesetih let, ko so se začeli uporabljati digitalni fotoaparati; ti so takrat uporabljali t.i. CF (ang. Compact Flask) kartice, s kapaciteto 1 - 10 MB, konec devetdesetih let pa manjše in zmogljivejše SD (ang. Secure Digital) kartice s kapaciteto nekaj 10 MB. Kmalu so jih zamenjale oz. dopolnile MSD (ang. Micro Secure Digital) kartice zmogljivosti nekaj 10 in več GB. Lahko rečemo, da je razvoj teh kartic pomenil enega največjih tehnoloških dosežkov preteklega desetletja. USB-ključi (ang. USB key, USB flash drive – slika 81) predstavljajo majhne in priročne vrste zunanjih pomnilnikov različnih hitrostih in dimenzij. Uporablja se jih za prenos podatkov med računalniki in imajo mnogo večjo kapaciteto kot diskete, ki so jih v bistvu nadomestili, pa tudi preprostejši so za uporabo od CD / DVD zapisovalnikov. Nimajo svoje energije za delovanje, temveč jih jemljejo iz gostitelja – računalnika. Razvili so jih v IBM leta 1998 kot zamenjavo za disketnik. Novejši modeli omogočajo zagon računalnika in programov in imajo nekaj 10 GB prostora za shranjevanje. V prihodnosti lahko pričakujemo, da bodo kapacitete kartic in USB ključkov še naraščale ter morda celo izpodrinile mehanske naprave – diske.

Slika 80. Elektronski pomnilnik in Flash kartice Slika 81. Pomnilniški USB ključek

V zadnjem času se vse pogosteje uporabljajo SSD diski (ang. Solid-State Drive) oz. kompaktni pogoni; predstavljajo v bistvu nov tip trdega diska, ki namesto vrtljivih magnetenih plošč, uporablja flash spomin (slika 82). Čeprav je arhitektura SSD diskov precej drugačna od tradicionalnih trdih diskov (HDD), se izraz ¨trdi disk¨ prenaša naprej. SSD uporablja posebno vrsto spominskega čipa, z izbrisljivimi, zapisljivimi celicami, ki so sposobne shraniti podatke tudi takrat, ko niso pod električno napetostjo. SSD si lahko predstavljamo tudi kot večjega brata spominskega (RAM) modula. SSD disk lahko uporabljajo dva tipa pomnilnih celic NAND-MLC (ang. Multi Level Cell) in SLC (ang. Single Level Cell). Prvi tip polnilnika v eni sami celici hrani tri ali celi več bitov, zato je cenovno ugodnejši, vendar porabi več električne energije, je počasnejši in zdrži manj pisalnih ciklov. Pomnilne celice SLC po drugi strani hranijo le po en bit, vendar so zato veliko hitrejše in bolj zanesljive - žal tudi dražje, saj potrebujejo več celic za hranjenje enake količine podatkov.

Slika 82. SSD disk SSD diski imajo mnogo prednosti pred klasičnimi trdimi diski, saj je iskalni čas podatkov mnogo manjši. To posledično pomeni izjemno hiter dostop in pripravo podatkov na delo. SSD diski ne vsebujejo vrtljivih delov, ki bi se lahko pokvarili, in ne sproščajo veliko toplotne energije. So mnogo lažji od klasičnih trdih diskov, porabijo manj električne energije, njihovo delovanje pa je popolnoma neslišno. Prav tako so SSD diski mnogo bolj odporni na tresljaje in udarce itd. Predstavljajo velik korak naprej na področju shranjevanja podatkov, saj omogočajo visoke hitrosti branja in pisanja, so varčnejši in manj pokvarljivi od klasičnih trdih diskov. Zaradi svoje klasične velikosti 2,5¨ se jih lahko uporablja tako v osebnih, kot tudi prenosnih računalnikih. Pri slednjih pa njihova majhna poraba električne energije še dodatno vpliva na življenjsko dobo baterije. Seveda imajo SSD diski tudi svoje slabosti. Cena in kapaciteta sta brez dvoma v ospredju. Medtem, ko nas bo danes (2017) 32 GB SSD-disk stal okoli 500 evrov, bomo za mobilni trdi disk kapacitete 100 GB odšteli manj kot 80 evrov! To pomeni, da je razlika v ceni na vsak megabajt kapacitete večja kot za faktor 15x. Tudi glede kapacitete ima mehanski trdi disk veliko prednost, saj jih bliskovni pomnilnik ne bo ujel še vrsto let. Proizvajalci trdih diskov so v zadnjih letih pokazali, da so zmožni podvajati kapaciteto vsakih 12 mesecev, in čeprav je pri bliskovnem pomnilniku ta čas krajši, obstoječa prednost mehanskih diskov zagotavlja vsaj še nekaj (cca. 4 leta) let prednosti. Upoštevati pa velja tudi življenjsko dobo SSD-diska oziroma pomnilniške celice tipa NAND. Ta (odvisno od kakovosti/cene) omogoča med 100.000 in 300.000 ciklov zapisa (branj je lahko neomejeno), kar pomeni, da se tak medij po določenem času »izrabi«. Zato imajo vsi SSD-diski že vgrajene algoritme, ki porazdeljujejo zapise, tako da

so vse celice obremenjene enako – po podatkih, ki jih ponuja npr. SanDisk, lahko ob vsakodnevnem zapisu 100 GB podatkov, tak disk deluje več kot 10 let. SSD-diski so občutljivi tudi oz. še na določene dejavnike, kot so nenadna izguba elektrike napajanja ter elektrostatični sunki in celo magnetna polja (mehanski diski skrivajo podatke znotraj faradejeve kletke). Na tem mestu kaže omeniti še eno vrsto pomnilniških kartic, to so t.i. pametne kartice. Pametna kartica je plastična kartica z vgrajenim mikroprocesorjem in pomnilnikom (slika 83) izumljena leta 1974. Na njej so lahko shranjeni osebni podatki, identifikacijski podatki, podrobnosti bančnega računa (kreditne kartice) ali zdravstvenega zavarovanja (kartice zdravstvenega zavarovanja), lahko predstavljajo tudi »ključ« hotelskih ali hišnih vrat pa vse tja do potnega lista.

Slika 83. Pametne kartice in čitalniki kartic Kreditna kartica (slika 83) je potrdilo (praviloma v obliki plastične izkaznice), s katerim izdajatelj potrjuje, da bo plačal terjatve tretjih partnerjev (prodajalcev, …) do imetnika kreditne kartice. Izdajatelji kreditnih kartic so praviloma banke in podobne ustanove. Kreditna kartica je lahko (Wikipedija, 9.11.2014):  veljavna v več državah (npr. American Expres, Eurocard, MasterCard, Diners...),  veljavne samo v državi, v kateri je sedež izdajatelja (npr. SLO Karanta),  veljavne samo v trgovski mreži izdajatelja in povezanih trgovinah (npr. Merkator Pika, Tuš, Magna itd.). Imetnik kreditne kartice ob nakupu ali opravljeni storitvi samo podpiše odrezek računa ali pa vpiše zaščitno geslo. S tem računa še ni plačal. Nastalo je kreditno razmerje. Račun poravna izdajatelj kreditne kartice, z imetnikom kreditne kartice pa občasno (praviloma mesečno) poravna terjatve. Stroške poslovanja plača trgovina s provizijo, ki jo zaračuna izdajatelj kartice. Kreditne kartice pogosto imenujejo plastični denar in v zadnjem času kot plačilno sredstvo pogosto zamenjujejo gotovino.

Kartica zdravstvenega zavarovanja (KZZ) (slika 83) je pametna kartica; uporablja se kot potrdilo oz. dokument za uveljavljanje pravic iz obveznega zdravstvenega zavarovanja v Sloveniji. EEPROM čip ima kapaciteto 72KB in omogoča identifikacijo, istovetenje, podpisovanje in šifriranje na podlagi javnih ključev in digitalnega certifikata. V Sloveniji smo kartico, kot jo poznamo sedaj, uvedli leta 2000; trenutno uporabljamo kartice in čitalnike kartic francoskega podjetja Gemalto, vse personalizacijske podatke pa vnaša podjetje Cetis iz Celja. Na zunanjosti so zapisani osnovni podatki o imetniku (ime, priimek, ZZZS številka imetnika, številka izvoda kartice). Na zadnji strani so osnovni napotki o imetniku kartice ter internetni naslov izdajatelja in telefonska številka službe za poslovanje s kartico, kjer lahko 62

imetnik dobi dodatne podatke in pojasnila, ko jih potrebuje. Kartični sistem je prilagojen slovenskemu zdravstvu in zdravstvenemu zavarovanju, upošteva pa tudi mednarodna priporočila in standarde. Slovenija je bila tudi prva država, ki je uvedla elektronsko kartico na področju celotne države, podobno infrastrukturo po zgledu Slovenije uvajajo tudi druge države članice EU. Skupni cilj držav članic EU je uvesti tak elektronski dokument, ki ga bo mogoče uporabljati tako znotraj kot izven meja posamezne države (Wikipedija, 9. 11. 2014).

Evropska kartica zdravstvenega zavarovanja (kratica EU KZZ) je listina, ki jo v Sloveniji brezplačno izdaja Zavod za zdravstveno zavarovanje Slovenije in, s katero zavarovana oseba uveljavlja nujne in potrebne zdravstvene storitve v državah članicah Evropske unije (EU), Evropskega gospodarskega prostora (EGP) in Švici, ter nujne zdravstvene storitve v Makedoniji, Srbiji in Avstraliji. Zdravnik na podlagi evropske kartice osebi nudi zdravstvene storitve v takem obsegu, da se ji zgolj zaradi zdravljenja ni potrebno vrniti v pristojno državo pred potekom nameravanega bivanja v drugi državi članici EU, EGP in Švici (Wikipedija, 9. 11. 2014). Zanimivo in koristno: Če želimo v operacijskemu sistemu Windows pogledati, koliko sta obremenjena procesor in pomnilnik našega računalnika, pritisnemo kombinacijo tipk Ctrl + Alt + Delete. Odpre se pogovorno okno, v katerem izberemo upravitelj opravil (ang. Task Manager). Nato se odpre okno, kjer lahko pogledamo, katere aplikacije se trenutno izvajajo, kateri procesi so aktivni in koliko obremenjujejo sistem. Če kliknemo na jeziček učinkovitost delovanja (Performance) (slika 84), se nam prikažejo štirje grafi in nekateri sistemski podatki. V levem zgornjem kotu je prikazana obremenitev procesorja v odstotkih. Na desni strani najdemo časovni prikaz obremenitve procesorja. Pod zgornjima grafoma sta podobna grafa obremenitve pomnilnika.

Slika 84. Prikaz obremenitve CPE in pomnilnika

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:        

pomnilnik, notranji pomnilnik, zunanji pomnilnik, 1KB, 1MB, 1GB, 1TB, BIOS, lokacija, naslov, ROM, RAM, dinamični in statični RAM, PROM, EPROM. EEPROM,

               

flip-flop vezje, magnetni način zapisa informacije oziroma podatka, magnetni trak, magnetni disk, sektorji in sledi, dostopni čas in kapaciteta pomnilnika, mehurčni pomnilnik, optični pomnilnik, CD, DVD, BRD, bliskovni ali flash pomnilnik, pomnilniške kartice, USB ključ, SSD disk, pametne kartice, kreditna kartica, KZZ, EU KZZ.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Opišite pomen posameznih osnovnih enot računalnika s pomočjo slike Fon Neumanovega modela. 2. Organom človekovega telesa pripišite tiste enote računalnika, ki opravljajo "podobne" funkcije: a. možgani, b. oči, c. ušesa, d. usta, e. živčni in krvni sistem, posamezni organi, f. prsti, g. čutila. 3. Kaj predstavlja BIOS? 4. Kaj razumete pod pojmom pomnilnik? Katere vrste pomnilnikov ima mikroračunalnik? 5. Opišite razliko med registrom in pomnilno celico. 6. Pripravite časovni diagram (ang. time line) razvoja pomnilnih enot! 7. V starejši izvedbi računalnikov so notranji pomnilnik predstavljale pomnilne mreže s feritnimi obročki. Opišite razliko v delovanju med temi in današnjimi. 8. Kje in zakaj se uporablja ROM in zakaj RAM? 9. Kaj je in zakaj se uporablja BIOS? 10. Kje in zakaj se uporablja PROM oziroma EPROM in zakaj EEPROM? 11. Kakšna je razlika med dinamičnim in statičnim RAM-om? 12. Kaj predstavlja flip-flop vezje in zakaj je pomembno? 13. Zapišite pomembne korake v razvoju elementov notranjega pomnilnika. 14. Zapišite pomembne korake v razvoju elementov zunanjega pomnilnika. 15. Kdaj se uporablja notranji pomnilnik in kdaj zunanji? 16. Kdaj se uporablja pomnilnik z magnetnim trakom in kdaj magnetni – trdi disk? 17. Kako se zapisujejo in berejo podatki na trdi disk? 64

18. Naštejte in opišite pomembne podatke trdih diskov. 19. Oglejte si CD in DVD in zapišite njune pomembne dele, nato pa svojo pozornost usmerite še na zapis, ki določa vrsto oziroma njuno kvaliteto. 20. V čem se razlikujejo: CD, DVD in BRD? 21. Razložite princip delovanja USB ključka in pomnilniške kartice. Opišite podobnosti in razlike! 22. Razložite princip shranjevanja podatkov na magnetni trak (kaseto). Zakaj jih še vedno uporabljamo? V čem je bistvena razlika med shranjevanjem podatkov na trak in na disk ter DVD? 23. Kaj je SSD disk? Primerjajte SSD disk s trdim magnetnim diskom! 24. Naštejte prednosti in slabosti optičnih pomnilnikov, SSD diska in trdega magnetnega diska! 25. Naštejte in opišite lastnosti in vrste pametnih kartic. 26. Opišite tehnične značilnosti, pomembnost in uporabnost kartic zdravstvenega zavarovanja (KZZ). 27. Opišite tehnične značilnosti, pomembnost in uporabnost EU kartic zdravstvenega zavarovanja (EU KZZ).

2.2.3 Vhodno – izhodne enote Vhodno - izhodne enote omogočajo izmenjavo informacij med računalnikom in okoljem, v katerem igra človek najpomembnejšo vlogo. Vhodne naprave morajo spremeniti informacijo v obliko, ki je razumljiva računalniku, izhodne pa v obliko, ki jo razume človek. Torej morajo vhodne naprave spremeniti informacijo, ki je namenjena računalniku in je zapisana z našimi standardnimi znaki, v ustrezna zaporedja dvojiških znakov – električnih diskretnih signalov. Nasprotno pa morajo izhodne naprave rezultate, izražene z zaporedji električnih diskretnih signalov, spremeniti v čim bolj običajno, človeku razumljivo obliko.

Slika 85. Vhodne enote računalnika

Slika 86. Izhodne enote računalnika

Če smo zelo natančni, lahko vhodno - izhodne enote v osnovi delimo v tri skupine, in sicer:  Vhodne enote – naprave, ki so zadolžene za dotok podatkov v računalnik, kot npr. miška, tipkovnica, igralna palica, optični bralnik oz. digitalizator, mikrofon, spletna



kamera, digitalni fotoaparat, videokamera, čitalec črtne kode, svetlobno pero, kontaktni zaslon itd. (slika 85). Izhodne enote – naprave, ki skrbijo za predstavitev podatkov uporabniku, kot npr. zaslon, tiskalniki, risalniki, zvočnik itd. (slika 86).

Slika 87. Vhodno – izhodne enote računalnika 

Slika 88. Standardna tipkovnica

Vhodno/izhodne enote (V/I) – naprave, ki skrbijo za komunikacijo z okoljem. Pri tem podatki potujejo v obeh smereh po kabelski ali brezžični povezavi. Sem spadajo modem, mrežna kartica, zvočne kartice, USB diski za shranjevanje podatkov itd. (slika 87).

Oglejmo si jih nekoliko podrobneje. 2.2.3.1 Vhodne enote Z računalnikom se pogosto "pogovarjamo", tako da mu podatke ali programe neposredno tipkamo na tipkovnico (sliki 88, 89), ki je v žični ali brezžični povezavi z računalnikom. Običajni uporabniki natipkamo v eni minuti od 50 do 150 znakov, spretni tipkarji pa tudi 500 znakov in več. Pri tujih računalnikih so tipke razporejene po t.i. sistemu QWERTY, pri slovenskih pa po sistemu QWERTZ (slika 88). Standardna računalniška tipkovnica ima več kot 100 tipk, ki jih glede na njihov namen delimo v več skupin, in sicer:  Alfa numerična skupina tipk: namenjena je vnosu besedila in številk ter je zelo podobna tipkovnici pisalnega stroja iz nekoliko starejših časov.  Numerična skupina tipk: namenjena je lažjemu vnosu številk in izvajanju osnovnih računskih operacij. Razpored tipk je podoben kot pri kalkulatorju. Na tipkovnici je ta del nameščen na skrajni desni strani.  Posebne tipke: to so tipke s puščicami, Insert, Delete, Home, End, Page Up, Page Down, Print Screen, Scroll Lock in Pause (uporabljajo se večinoma pri delu z besedilom).  Funkcijske tipke: imajo oznako F1, F2, ..., F12 in so na tipkovnici na skrajni zgornji strani. V vsakem programu imajo lahko drugačno funkcijo. Tipka F1 ima v večini programov pomen POMOČ (HELP). Po pritisku na F1 nam program poskuša pomagati, če pri uporabi programa zaidemo v težave. K tipkam s posebnim pomenom in opravilno funkcijo štejemo naslednje (slika 89):  dvigalka (ang. Shift) - velike črke, nadpisani znaki tipk, npr %;  AltGr - podpisani znak tipke, npr. @;  vnašalka (ang. Enter) - potrditev ukaza, pomik v nov odstavek; 66

          

vračalka (ang. Backspace) - pomik nazaj in brisanje znaka; tabulatorska tipka (ang. Tab) - pomik kurzorja za določeno število mest naprej; tipka za vklop velikih črk (ang. CapsLock); tipki za pomik na konec oz. začetek vrstice (ang. End, Home); tipki za pomik zaslonskega prikaza navzdol oz. navzgor (ang. PageUp, PageDown); kontrolka (ang. CTRL) - kontrolna tipka; tipki za pomik na začetek oz. konec podatkov - dokumenta (ang. Ctrl+Home, Ctrl+End); tipka za vrivanje - prekrivanje znakov (ang. Insert); brisalka (ang. Delete) - brisanje znakov; ubežnica (ang. Esc) - preklic ukaza; tipka za zaustavitev programa (ang. Pause) itd.

V tehničnem smislu je tipkovnica sestavljena iz niza stikal: za vsak znak na tipkovnici po eno stikalo. Vsakič, ko pritisnemo določen znak - tipko, sklenemo stikalo (slika 88). Stikala so urejena v matriko (mrežo), kot to delno prikazuje slika 88. Računalnik nenehno pregleduje tipkovnico in ugotavlja, ali je bil kak znak – tipka - pritisnjena ali ne. S pritiskom na tipko tipkovnice vzpostavimo stik med prevodnikoma - dvema pravokotnima žicama. Obe sta povezani z bralnim pomnilnikom, ki prevede kombinacijo žic v že omenjeno kodo ASCII. Če je npr. pritisnjena tipka "A", je njena koda 01000001 (desetiško 65).

Slika 89. Značilne tipke tipkovnice V osnovi ločimo naslednje vrste tipkovnic:  elektromehanske - so tipkovnice, ki omogočajo ustrezni prstni odziv, za boljši občutek vnosa znakov;  membranske ali gumijaste - so najpogostejše; žal je pri njihovi uporabi težko ugotoviti, če smo pritisnili pravo oziroma sploh katero tipko brez primernega zvočnega ali slikovnega odziva;  virtualne tipkovnice - so manj pogoste; nudijo projiciranje slike tipkovnice na podlago, ki jo kot tako lahko uporabimo.

Še pred kratkim smo morali vse ukaze vtipkati s tipkovnico. To je bilo največkrat težavno in dolgočasno opravilo, zlasti če nismo spretno tipkali in poznali ukazov operacijskega sistema oz. določenega programa. Ker je ta ovira ljudi odvračala od uporabe (in s tem tudi od nakupa) računalnikov, so se proizvajalci kmalu domislili preproste rešitve – miške (slika 90 leta 1968 jo je izumil Douglas Engelbart). Z leti je razvoj prinesel vse več oblik, gumbov in seveda funkcionalnosti. V zadnjem času jih delno že nadomeščajo na dotik občutljivi zasloni (npr. dlančniki, tablice, pametni telefoni..) ali različne projekcijske rešitve, a njihovo preprostost bo težko hitro presežena. V osnovi ločimo (slika 90):

Slika 90. Vrste mišk in značilne aktivnosti, ki jih omogočajo

  

mehanske miške ali miške s kroglico, optične miške (LED in laserske) in sledilne ploščice (ang. touchpad).

Mehanske miške - miške s kroglico, so bile ene od prvih računalniških mišk. Gibanje zaznavajo s pomočjo kroglice, ki dvema drsnikoma sporočajo premike po oseh X in Y ter s tem računalniku sporočajo koordinate za premikanje kazalnika (kurzorja). Miške s kroglico so kmalu zamenjale optične miške, ki so boljše tako po ločljivosti (natančnost) kot hitrosti. Starejše optične miške uporabljajo svetlečo diodo (LED) za osvetlitev podlage pod miško, optični senzor pa nato z zajemom slik podlage pomaga razvozlati, v katero smer uporabnik premika miško. Vse to se seveda zgodi v milisekundah, preračune razlike v slikah pa opravi v miško vgrajeni procesor. Med tehnično naprednejšimi optičnimi miškami so gotovo laserske miške, ki namesto diode LED uporabljajo infrardečo lasersko diodo, ki je pri svojem delu še odzivnejša in natančnejša. V prid laserskim miškam govori tudi nižja poraba električne energije in zato daljša avtonomija ob delovanju na baterije. Omeniti kaže še sledilne ploščice, ki so tipične vhodne naprave pri prenosnikih. Na dotik občutljiva ploščica sledi gibanju prsta in ga pretvarja v gibanje kazalca na zaslonu. Z miško izbiramo objekte in aktiviramo ukaze, ki jih vidimo na zaslonu računalnika. Tehnološke izvedbe miške so različne glede na:  način sledenja premikanju (s kroglico, optične, sledilne ploščice..),  povezave z računalnikom (žične in brezžične),



števila gumbov: od enega do pet, najpogosteje pa dve s koleščkom. Uporabljajo pa se tudi "igralske miške", ki imajo 10 ali celo več gumbov.

Osnovne akcije pri delu z miško so:  klik,  dvojni klik,  klik in vlek,  vrtenje kolesca (omogoča hitrejše premikanje po daljših dokumentih). Obstaja še nekaj izvedb mišk, ki so v zadnjem času v vse pogostejše v uporabi. Med njimi je gotovo miška s sledilno kroglico (ang. TrackBall – slika 90). Sledilna kroglica se lahko uporablja kot samostojna naprava (pogosta v medicinskih napravah) ali pa kot pripomoček, lociran na miški ali na tipkovnici (prenosnega) računalnika; ima isto funkcijo kot tradicionalna miška. Tipkovnica in miška sta osnovni vhodni enoti, v uporabi pa je še vrsta drugih enot (slika 85), kot. npr.:  Optični bralnik (skener) - pretvori sliko, risbo, fotografijo ali dokument v grafične podatke, ki jih lahko obdela računalnik. V praksi deluje kot fotokopirni stroj, le da je rezultat "poskenirana" slika na monitorju in ne dvojnik originalnega lista na papirju. Opnični bralnik sam po sebi ne prepoznava, kaj je prebral, saj ne razlikuje med besedilom in sliko. Zato pa obstajajo posebni programi za optično prepoznavanje znakov (ang. OCR Optical Character Recognition), ki zmorejo tudi to. Bralnik natiskano besedilo prebere kot sliko, to pa obdela OCR program, ki prebrano predela v besedilno kodo. Optičnih bralnikov je več vrst: ročni, ki ga povlečemo preko slike, namizni, na katerega sliko položimo na stekleno ploščo in jo prekrijemo s pokrovom (pod stekleno plošco je bralna glava s pritrjenimi tipali, ki se premika od vrha do vznožja dokumenta in odčita vsako vrstico dokumenta posebej) ter bobnasti, kjer je slika pripeta na vrteči boben. Posebna zvrst optičnega bralnika je bralnik črtne kode, o laterem nekoliko pozneje. Pomembna podatka za optočni bralnik sta: optična ločljivost (izraža se v točkah na palec (palec ali cola (ang. inch) = 2,54 cm) oz. dpi (ang. dots per inch) - npr. 300 x 600 dpi pomeni, da zmore čitalnik na 6,45 cm2 prebrati 180.000 točk oz. približno 28.000 točk na 1 cm2) in barvna ločljivost (npr. 24 (pomeni 16.8 milijona barvnih kombinacij), 30, 36, 42 bitov..). 

Igralna palica - navadno je narejena v obliki ročke, ki jo nagibamo in pritiskamo na tipke na ročki ali na podstavku, s čimer krmilimo igralne objekte na ekranu.  Mikrofon - uporabljamo za snemanje zvoka; analogno zvočno valovanje pretori v električne impulze, ki jih zvočna kartica prepozna in pretvori v binarni zapis.  Digitalni fotoaparati in video kamere - uporabljamo za snemanje fotografij in videa; posneto gradivo s podatki zapišemo na pomnilni medij (npr. magnetni trak, CD, DVD, kartico..), ki jih po snemanju povežemo z računalnikom in vanj prenesemo podatke. Namesto filma iz starejših časov, vsebujejo senzorsko polje svetlobno občutljivih elementov (CCD čip) s pripadajočo elektroniko, ki signale svetlobnih posnetkov pretvori v binarno obliko. Maksimalna ločljivost je ena najpomembnejših lastnosti digitalnega fotoaparata in kamer. Kot vemo, so digitalne slike sestavljene iz pik (grafična pika - piksel); ločljivost se nanaša na število pik, ki sestavljajo sliko. Večja kot je ločljivost, bolj ostra je slika. Današnji digitalni fotoaparati, namenjeni širšemu trgu, se gibljejo v razponu od 2 milijona pik do 20 milijonov pik in celo več. Katero ločljivost potrebujemo je odvisno od tega, kaj 69



 

nameravamo početi s fotografijami oz. video posnetki. Če želimo posnetke zgolj pošiljati po e-pošti ali jih dati na ogled na splet, potem bomo zadovoljni z nižjo ločljivostjo. Za tiskanje npr. fotografije, potrebujemo vsaj 150 pik na palec. Spletne kamere - (ang. webcam) so majhne kamere, priključena na računalnik, s katerimi lahko v spletu v živo snemamo zvok in video – komuniciramo. V osnovi ločimo vgrajene in zunanje spletne kamere. Notranje spletne kamere so navadno manjše, vgrajene v ohišje monitorja, običajno tik nad zaslonom (npr. v prenosnih in tabličnih računalnikih ali pametnih telefonih). Zunanje spletne kamere so navadno večje, zmogljivejše, z zahtevnejšo optiko in po obliki prirejene načinu uporabe (npr. za nadzor). Zasloni občutljivi na dotik (angl. touch screen) - omogočajo uporabniku enostaven vnos informacij neposredno z dotikom prsta oz. prstov (t.i. multi-touch zasloni) ali ustreznega pisala. To uporabniku omogoča neposredno interakcijo z grafičnimi elementi na zaslonu za razliko od drugih vhodnih enot (npr. miške). Obstaja več tehnologij, ki zagotavljajo občutljivost na dotik, kot npr. zaznavanje lege dotika s spremembo električnega upora ali kapacitivnosti površine, spremembo osvetlitve itd. Zasloni na dotik za razliko od mišk, ki uporabljajo klik, uporabljajo podoben poseg, ki se imenuje tap oz. tapanje, to je dotik zaslona z enostavnimi potezami prsta oz. dveh prstov, kot npr. tap (enkratni dotik zaslona), dvojni tap (npr. zagon programa..), vlečenje (npr. premik datotek, spreminjanje velikosti oken..), vlečenje in spuščanje (premik ali kopiranje datotek..), povečava – pomanjšava (razmik ali približanje dveh prstov), vrtenje (rotacija elementa), izbira s podrsavanjem itd. Svetlobno pero - uporablja se podobno kot miška, torej za vodenje kazalca miške na ekranu in za izbiro ukazov z uporabo posebnih grafičnih podlog (npr. grafične tablice). Bralniki črtne kode, so naprave, ki omogočajo branje, to je dešifriranje črtne kode (spremembo črtic v niz številk in črk). Črtna koda (ang. barcode - slika 91) omogoča hitrejše in natančnejše zajemanje podatkov s tiskanih dokumentov, raznih nalepk, embalaže, zdravil, bolnišničnih zapestnic itd. V zdravstvu se črtna koda uporablja npr. za označevanja krvi in laboratorijskih vzorcev, medicinskih pripomočkov ter zdravil, njihovih odmerkov, zagotavljanje sledljivosti, sterilnosti, odpornosti na kemične in temperaturne vplive, podatkov za zagotavljanje varnosti oskrbovancev (pacientov) itd.

Slika 91. Vrste črtne kode in nekatera področja njene uporabe v zdravstvu

V Marshevi veleblagovnici v mestu Troy, ameriški zvezni državi Ohio, je bil 26. junija 1974 uporabljen prvi laserski bralec za branje črtne kode, ko je neka stranka kupila paket 10 žvečilnih gumijev. Njihova uporaba je do danes daleč presegla prvotne zamisli. S črtno kodo ne označujejo samo izdelkov, ki so na prodaj, temveč se uporabljajo povsod tam, kjer je potreba po hitrem in enostavnem strojnem razlikovanju. Ocenjujejo, da se vsak dan prebere 30 milijard črtnih kod. Črtna koda je čitljiva z bralnikom črtne kode (slika 91). Ti bralniki so lahko samostojne naprave, ki imajo vgrajen pomnilnik in program. V prodajalnah se največkrat uporablja koda GS1 - 13 (bivši EAN 13), drug standard pa je GS1 - 128 (bivši EAN 128), ki omogoča različne dolžine zapisa (slika 91). V trgovinah se uporablja tudi koda UPC_A, v zdravstvu pa UPC_B. Črtne kode lahko zapišejo 10 do 12 znakov in same po sebi ne pomenijo ničesar. Njihova moč se izrazi šele, ko se čitalec poveže s podatkovno bazo, kjer so shranjeni vsi parametri oz. podatki. V zadnjem času je v pogosti uporabi (tudi v medicini) tudi črtna koda QR (ang. Quick Response - »hiter odziv«) (slika 91 ). Gre za dvodimenzionalno črtno kodo, ki lahko vključuje tudi spletne naslove in preko njih omogoča hiter dostop do informacij. Telefon (kamero) le usmerimo v kodo in če je na telefonu naložen potrebni čitalec, bo telefon sam prebral URL naslov ter prikazal spletno stran z ustreznimi informacijami.

2.2.3.2 Izhodne enote Kot prva pomembnejša izhodna enota računalnika je gotovo prikazovalnik ali monitor, ki mu v pogovornem jeziku pravimo tudi zaslon (sliki 92 in 93), ki pa v bistvu označuje samo prednji del prikazovalnika, ki prikazuje sliko. V svojem začetku je večina mikroračunalnikov uporabljala kar zaslon standardnega črno belega, pozneje pa tudi barvnega televizorja. Monitor je v bistvu televizor, ki pa nima sprejemnega elektronskega dela. V televizor bi ga torej lahko spremenili tako, da bi mu dodali sprejemni del (za sprejemanje določenih TV kanalov oz. TV postaj). Prikazovalnik je torej računalniška zunanja naprava oz. enota, katere naloga je prikaz statične in gibajoče slike, ki jih ustvarja računalnik in obdela grafična kartica. V osnovi je prikazovalnik torej predvsem namenjen komunikaciji med človekom in računalnikom. Na svojem zaslonu nam prikazuje poleg podatkov in ukazov, ki smo jih vnesli, tudi rezultat našega delovanja. V tehnološkem smislu ločimo:  Prikazovalnike s katodno cevjo (ang. Cathode-Ray Tube - CRT), ki ustvarjajo sliko s pomočjo žarka elektronov, ki jih oddaja segreta katoda v vakuumski cevi (slika 92). Ko elektronski žarek, ki je usmerjen z električnim ali magnetnim poljem, zadene fosforno snov zaslona, zažari (ustvari majhno piko – piksel). So v bistvu pretekla tehnologija, saj jih je že skoraj v celoti zamenjala tehnologija tekočih kristalov.  Prikazovalnike s tekočih kristalov (ang. Liquid Crystal Display – LCD), ki so začeli svoj razvoj že leta 1968 (prvi delujoči monitor), svoj razcvet pa v devetdesetih letih, ustvarjajo sliko s pomočjo plasti tekočih kristalov, ujetih med dvema polarizacijskima plastema (slika 93), ki seveda ne oddajajo svetlobe, ampak jo le modulirajo. Za prikaz slike je torej potrebna osvetlitev zaslona, ki je izvedena iz zadnje strani. V starejši izvedbi za to poskrbijo cevaste hladne fluorescentne sijalke, v novejšem pa svetleče diode (bele – WLED ali rdeče, zelene in modre – RGB LED). Za krmiljenje tekočih kristalov se uporabljata dva načina, in sicer pasivni ter aktivni (danes se najpogosteje uporablja aktivni – aktivni matrični zaslon). Prikazovalniki LCD so na voljo v dveh oblikah, in sicer klasični (razmerja stranic 4:3) in v zadnjem času najpogostejši širokokotni izvedbi (angl. Widescreen, 16:9 ali 16:10). Pomembne karakteristike prikazovalnikov so:  Velikost zaslona oz. velikost vidnega polja; za opis se uporabljata dve količini. Prva je razmerje med širino in višino vidnega polja, kot npr. 4:3, 16:9, druga pa diagonala

vidnega polja, ki se tradicionalno meri v palcih (inčah) oz. colah (1 palec = 2,54 cm; npr. zaslon 15" (38.1 cm po diagonali), 17" (43,18 cm), 19", 21" in več).

Slika 92. Katodni – CRT zaslon

Slika 93. Tekoče kristalni – LCD zaslon



Grafična ločljivost zaslona oziroma kakovost prikaza; je odvisna od števila uporabljenih pik (piksel – ang. picture element - slikovni element, oz. posamezna pika na računalniškem zaslonu). Podana je z dvema številoma, ki povesta, koliko pikslov se nahaja v eni vrstici in v enem stolpcu zaslona (npr. 1024 x 768, 1280 x 1024, 1600 x 1200 in več). Manjši, kot je piksel (npr. 0,24 mm), večja je ločljivost oz. ostrejša je slika. Večina 15 palčnih monitorjev je namenjena za delo pri ločljivosti 1024 x 768, za 17 in 18 palčne pa pri 1280 x 1024.  Zaslonu, ki je sposoben prikazovati barve, pravimo barvni, sicer je zaslon enobarvni monokromatski. Večina današnjih LCD zaslonov lahko prikazuje tisoče ali milijone različnih barv v spektru RGB, kar dosežejo z mešanjem rdečih, zelenih in modrih signalov z različnimi jakostmi.  Kotna vidljivost je kot, v katerem se dobro vidi na zaslon. Zasloni LCD lahko namreč pri različnem kotu gledanja nanj prikazujejo barvno sliko zelo popačeno. Maksimalni kot je običajno med 50˚ in 100˚. Ta moteč efekt se lahko izboljša z drugačnimi tehnologijami izdelave, pri čemer lahko dosežemo zorni kot celo 140˚ in več.  Kontrastnost slike je razmerje med najsvetlejšo in najtemnejšo piko na zaslonu. Kontrastnejša slika pomeni bolj "žareč" zaslon in manjše napenjanje oči – torej boljši zaslon.  Odzivni čas je čas, ki je potreben, da piksel na zaslonu zažari in popolnoma ugasne. Odzivni čas npr. 25 ms pomeni, da se na zaslonu lahko v 1 sekundi zamenja 40 slik (40:1).  Poraba energije – pri LCD zaslonih se energija porablja za žarnico, matrični zaslon in krmilno elektroniko. Običajno je poraba računalniških 17” LCD monitorjev okoli 20W, pri CRT pa vsaj štiri krat več. Seveda je v uporabi in razvoju še več tehnoloških rešitev za zaslonski prikaz. Oglejmo si najpomembnejše:  Plazemski zasloni (ang. PDP – Plasma Display Panels); njihova prednost je velik vidni kot, velika svetlost, odličen kontrast in kakovost barv. Navadno se ne uporabljajo v računalniških sistemih, temveč predvsem kot televizijski aparati večjih dimenzij.  Zasloni OLED (ang. Organic Light-Emitting Diode); delujejo na osnovi t.i. organskih svetlečih diod, torej so sami vir svetlobe, zato ne potrebujejo dodatne osvetlitve. So lahko tanjši od LCD zaslonov, porabijo manj energije, zato so zelo primerni za majhne prenosnike in nasploh za baterijsko napajane naprave, kot npr. tablice, pametne telefone itd.



Zasloni SED (ang. Surface-Conduction Electron Emitter Displays); sestavlja jih množica drobnih virov elektronov (za vsak piksel po en) in s fluorescenčno snovjo premazan zaslon, ki ob trku elektronov zasveti in oblikuje določeno sliko. SED zasloni združujejo tanko obliko, kot jo imajo LCD ali OLED zasloni, in malo porabo energije, pa tudi večino prednosti klasičnih CRT zaslonov (dober kontrast, širok vidni kot, naravne in žive barve, hitro osveževanje slike..). Zato so zelo primerni za prenosnike, tablične računalnike itd. Dejstva kažejo, da imajo SED zasloni resnično velik potencial za prihodnost zaslonske tehnike.  FED zasloni (Field Emitting Device); predstavljajo kombinacijo zaslona s katodno cevjo in tankega ter lahkega LCD zaslona.  HAD zasloni (ang. Holographic Autostereoscopic Display); predstavlja zaslon, ki s posebnim holografičnim elementom HOE omogoča 3D in 2D sliko. Ciljne skupine za tovrstne zaslone so zdravstvo, kjer se prostorska očala že nekaj časa uporabljajo v diagnostiki, nato farmacija, ki jih potrebuje pri pridelavi sintetičnih zdravil, izobraževanje, idustrija računalniških iger itd. Prihodnost zaslonov je gotovo ploska. Cene LCD in plazma zaslonov padajo, konkurenčnost OLED in SED zaslonov pa je vse večja, saj sta njuna poceni izdelava in varčnost tisti, ki zagotavljata boljšo kvaliteto slike in ekonomske prihranke. Vsak zaslon ima na žalost tudi slabe lastnosti; plazma je zaradi svoje velikosti primerna predvsem za TV aparate, OLED pa žal niso vzdržljivi itd. Največ se trenutno pričakuje od SED in HAD zaslonov. Razvojni trendi prikazovalnikov gredo v smeri možnosti prikazovanja 3D prostora brez uporabe 3D očal, prikaza nadgrajene resničnosti, gibkih zaslonov (zaslonov, ki se dajo upogibati in so praktično nezlomljivi), 3D zaslonov za mobilnike itd.

Veliko krat si želimo videti besedilo ali sliko zapisano oz. narisano na papirju, ne pa samo na zaslonu. Prebiranje besedil na zaslonu, možnost, da jih hranimo na diskih, CD, DVD, ključkih itd., je zagotovo privlačno in ima svoje prednosti, toda hkraten izpis na papirju daje še večjo preglednost. Zato potrebujemo tiskalnike (ang. printer), torej izhodne naprave (slika 94), ki kodirane podatke iz računalnika pretvorijo v človeku razumljivo obliko - besedilo in/ali sliko, ki jo odtisnejo na papir ali kak drug material. V osnovi ločimo več vrst tiskalnikov, in sicer:  Matrični (iglični) tiskalniki (slika 94) – predstavljajo tehnologijo, ki počasi izumira. V tiskalni glavi imajo iglice, ki udarjajo po s črnilom prepojenem traku in s tem na papirju ustvarjajo črke ali grafične elemente. Čim več je iglic, tem bolj kvaliteten je tisk.

Slika 94. Različne vrste tiskalnikov 

Slika 95. Brizgalni tiskalniki

Brizgalni oz. črnilni (ang. ink-jet) tiskalniki (slika 95); osnovni princip teh tiskalnikov je enak pri vseh proizvajalcih, razlike pa se kažejo v tehniki brizganja barvila iz barvnih cevčic oz. šob. Večina jih uporablja mehurčno tehniko (ang. bubble-jet), pri kateri segreta brizgalna cevčica razširjeni barvni mehurček izbrizga na papir, kjer se razlije v obliki kapljice. Druga pogosta tehnika je piezzo tehnika, ki izrablja lastnost nekaterih kristalov, 73

ki spremenijo obliko, če jih spodbudimo z električnimi impulzi in tako iztisnejo barvilo iz cevčice na papir.

Slika 96. Prikaz delovanja laserskega tiskalnika  Laserski tiskalniki (ang. laser-jet); glavni del tega tiskalnika je valj (boben), ki ga lahko statično naelektrimo, s svetlobo pa se ga da razelektriti (slika 96). Laser (pri novejših pa Led diode), po katerem so tiskalniki dobil ime, ima vlogo natančnega razelektrenja risanja po bobnu. Toner poskrbi za črni prah (pri črno-belih tiskalnikih), ki se prime na nenaelektrenih delih bobna in se nato prenese na papir, kjer ga grelna nitka raztali in s tem sprime s papirjem. Tiskanje z laserskim tiskalnikom je zelo hitro (predvsem s črno belim), saj mora papir le čez en valj. Pri barvnem laserskem tiskalniku (slika 97) pa gre vsak list čez valj štirikrat, vsakič se nanese druga barva (črna, rumena, modra, vijolična), zato je tiskanje počasnejše. Za pospešitev imajo boljši barvni laserski tiskalniki štiri valje, ki delujejo istočasno.  3D tiskalniki (slika 98) - so naprave, ki omogočajo izdelavo 3D (tri-dimenzionalnega) fizičnega modela na osnovi 3D računalniškega modela. Postopek izdelave modela poteka po nanašalni tehnologiji - sloj po sloju. Nanašalne šobe topijo plastiko (ali kak drugi material) in jo po plasteh nanašajo, dokler ne dobimo končnega izdelka. Za pridobivanje 3D računalniškega modela se uporablja posebna programska oprema, lahko pa uporabimo tudi 3D skenerje, in to za skeniranje manjših predmetov, za skeniranje večjih predmetov, zgradb in vozil ter skeniranje človeškega telesa pa potrebujemo večje 3D skenerje. V zadnjem času se 3D tiskalniki vse bolj uporabljajo tudi v medicini pod nazivom 3D biotiskalniki oz. 3D biotiskanje (ang. 3D bioprinting); to je proces ustvarjanja prostorsko nadziranih vzorcev celic – tkiv (mehka tkiva, kosti…), v prihajajočem novejšem času pa celo določenih organov. Aplikativne prednosti in dejanska uporaba teh tiskalnikov v medicini je šele v razvojni fazi, možnosti, ki jih teorija in raziskave kažejo, pa kažejo na revolucionarni pomen. Tako se na transplantacijskem področju 3D biotiskanje že uspešno uporablja za ustvarjanje kosti (npr. vretenca, čeljustne kosti, kosti prsnega koša itd.) in tudi hrustančne strukture, kot sta npr. delov ali celote ušesa, sapnika itd.

Postopek 3D biotiskanja se začne z biopsijo organa ali tkiva, iz katerega se določene celice izolirajo in pomnožijo; nato se zmešajo s posebnimi snovmi (mikrogeli), ki celicam zagotavljajo kisik in druge hranilne snovi. Nastali biološki material se dovaja v 3D tiskalnik, ki ga nalaga plast za plastjo, dokler 3D tkivo ni pripravljeno.

Slika 97. Barvni laserski tiskalnik

Slika 98. 3-D tiskalniki in biotiskalniki

Kot je iz kratkega opisa razvidno 3D-biotiskanje obljublja, da bo na mnogih, za sedaj še neznanih področjih kvalitetno spremenil zdravstveno oskrbo. Naslednji korak že poteka, in sicer v obliki t.i. 4D tiskanja, kjer četrto dimenzijo predstavlja časovna transformacija; to v osnovi predstavlja 3D-tiskanje pametnih - odzivnih biomaterialov za ustvarjanje konstruktov, ki posnemajo dinamične procese bioloških tkiv in organov. Kot primer vzemimo bolnika z opeklino. Namesto, da bi mu morali s 3D-biotiskalnikom natisniti kožni presadek, z vsemi zapletenimi zahtevami, lahko s postopkom 4D biotiskanja natisnemo le osnovni kožni presadek, ki se bo, potem ko bo implantiran na pacienta, samostojno ožilil (vaskulariziral), razvil vse potrebne živčne končiče, žleze lojnice, zavzel ustrezno polt ter celo razvil dlačne oz. lasne mešičke, če bi to bilo na glavi. Za sedaj je to seveda fantazija, a gotovo na nek način 4D-biotiskanje predstavlja v medicini to, kar predstavlja umetna inteligenca za računalništvo, robotiko, internet itd. Zaslon in tiskalnik sta osnovni izhodni enoti, v uporabi pa je še vrsta drugih enot (slika 86), kot. npr.: 

Risalniki (ang. plotter) in rezalniki (slika 86); rišejo s posebnimi peresi oz. pisali (enobarvno ali večbarvno) ali pa izrezujejo s posebnimi noži (npr. napise, etikete itd.). Pisalo oz. rezalo nadzira in vodi program, mehanično pa ga premikata dva motorja, eden v eno, drugi v drugo smer. Vidimo, da delujejo risalniki popolnoma drugače kot tiskalniki: rišejo črte od točke do točke, namesto da bi izdelovali risbo s tiskanjem že pripravljenih znakov ali točk. Delujejo na principu gibanja v Kartezijevem koordinatnem sistemu X - Y: pero risalnika je pritrjeno na nosilec, ki se lahko pomika v smeri X (levo ali desno), nosilec s peresom pa je nameščen na konzolo, premikajočo se v smeri Y (gor dol). Na ta način lahko rišemo ravne, poševne in zakrivljene črte, like itd. Opisana tehnologija je starejša in se uporablja običajno le še pri rezalnikih, novejši risalniki pa uporabljajo tehnologijo brizganja barve, podobno kot že opisani brizgalni tiskalniki. Ta tehnologija omogoča večjo natančnost, zmogljivost in dimenzije (izdelava plakatov, načrtov itd. - slika 86).



Zvočniki; predstavljajo izhodne enote, ki s pomočjo zvočne kartice poskrbijo za posredovanje zvoka (glasbe, zvočnih učinkov, govora itd.). Računalniški zvočniki se med seboj razlikujejo tako po obliki kot tudi po funkcionalnosti (visokotonski, srednjetonski in nizkotonski) in kvaliteti zvoka. Lahko imamo samo en zvočnik, lahko pa tudi več, celo do 7 zvočnikov. Najbolj pogosto imamo dva zvočnika, ki posredujeta levi in desni kanal (stereo kvaliteta). Danes pogosto zasledimo par zvočnikov, ki je vgrajen kar v monitor računalnika (tudi notesniki imajo par zvočnikov že vgrajen). Je pa kvaliteta teh, vgrajenih zvočnikov, slabša, zato je za boljšo kvaliteto zvoka bolje imeti dodatne - zunanje zvočnike (slika 86).  LCD projektor (slika 86); je naprava, ki omogoča prikazovanje (projekcijo) slike, videa ali računalniških podatkov na določeni podlagi ali projekcijskem platnu, in to pri dnevni svetlobi.  Večfunkcijske naprave (slika 86) - so naprave, ki omogočajo uporabo več različnih opravil na isti napravi, kot. npr. tiskanje, skeniranje, fotokopiranje, faksiranje itd. Naprave so lahko na nivoju osebne uporabe ali pa profesionalne; v slednjem primeru so opremljene z mrežnim vmesnikom, tako da so združljive z lokalnim omrežjem institucije, kar pripomore zmanjšati stroške in negativne vplive na okolje. Takšne naprave imajo tudi lastni pomnilnik in trdi disk, ki omogoča shranjevanje dokumentov v osebni predal. 2.2.3.3 Vmesniki Za kvalitetno in nemoteno delo vhodno - izhodnih enot so pomembni t.i. vmesniki (ang. interface), ki omogočajo prenos signala med dvema komponentama strojne opreme in ju na ta način tudi poveže. Nekateri uporabljajo izraz vmesnik kar za konektor ali vtičnico, kamor priključimo na računalnik razne dodatne naprave. Seveda to ni povsem pravilno, saj ta izraz združuje celotno vezje in pripadajočo programsko opremo, ki omogoča zvezo med dvema računalniškima napravama. V grobem delimo vmesnike na:  zaporedne ali serijske in  vzporedne ali paralelne (slika 99). V čem je razlika? Zaporedni ali serijski vmesnik prenaša podatke bit za bitom, vzporedni ali paralelni pa vse bite enega zloga (npr. 8 bitov pri manjših računalnikih) naenkrat (slika 99) . Zaporedni so pri prenosu podatkov na daljavo enostavnejši in cenejši, so pa v primerjavi z vzporednim počasnejši. Čeprav je obojih več vrst, prevladuje med zaporednimi vmesniki standard RS 232, ki predpisuje tudi tip konektorja (miniaturni D-konektor s 25 priključki), signal na posameznih priključkih in njihove nivoje. Primeri uporabe so priklop miške, grafične plošče, risalnika itd. Vzporedni vmesniki sprejemajo in oddajajo hkrati celo besedo, potrebujejo pa poleg osmih »podatkovnih linij« še druge signale, ki računalniku in perifernim napravam povedo, kdaj lahko oddajajo signal oz. podatek in kdaj ne. Najbolj znan tip vzporednega vmesnika je razvila firma Centronics Corporation (od tod tudi ime centronics vmesnik). Primera uporabe sta npr. priklop tiskalnika, modema itd. Med vmesniki, ki so v zadnjem času najpogostejši v uporabi, je USB vmesnik - univerzalno serijsko vodilo (ang. Universal Serial Bus), (slika 99), ki predstavlja večnamensko vodilo, namenjeno priklopu različnih perifernih naprav na računalnik. K njegovi priljubljenosti prispeva preprostost uporabe in možnost, da se naprave z manjšo porabo električne moči, lahko napajajo kar iz tega vodila. Novejši operacijski sistem sam poskrbi za nalaganje gonilnika, ko priključimo napravo na osebni računalnik, lahko pa pri prvem 76

priklopu zahteva zgoščenko z gonilniki. Prenos poteka po štirižilnem kablu (ozemljitev, napajanje +5 V in parica za prenos podatkov). Obstaja več generacij teh vmesnikov, ki se razlikujejo po hitrosti; hitrosti vmesnika USB1 so med 1,5 in 12 Mbps, novejša različica USB2 s hitrostjo 480 Mbps, najnovejša različica USB3 pa že s 5 Gbps.

Slika 99. Princip vzporednih in zaporednih vmesnikov ter različne izvedbe USB vmesnikov. Kaj so torej vodila? Računalniška vodila so avtoceste, po katerih prihaja do izmenjave podatkov (in ukazov) med centralno procesno enoto računalnika in njegovim pomnilnikom (pa tudi drugimi napravami). Poznamo zelo hitra - lokalna vodila, namenjena predvsem komunikaciji med CPE in pomnilnikom, pa tudi nekoliko počasnejša zunanja vodila, namenjena komunikaciji s perifernimi napravami (npr. USB).

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:                    

vhodne enote, izhodne enote, vhodno - izhodne enote, tipkovnica, QWERTY - QERTZ tipkovnica, skupine tipk na tipkovnici, miška (mehanska in optična), miška s sledilno kroglo in sledilna blazinica, klik – tap, optični bralnik – skener, svetlobno pero, igralna – krmilna palica, digitalni fotoaparat in video kamera, spletna kamera, zasloni občutljivi na dotik, črtna koda – bralnik črtne kode, prikazovalnik - zaslon – monitor, CRT, LCD, OLED in SED zasloni, grafična ločljivost, kotna vidljivost, kontrast, odzivni čas zaslona, dodatna ali periferna oprema, tiskalnik (matrični, brizgalni in laserski), 3D tiskalnik, 4D tiskalnik 77

     

3D in 4D biotiskalnik, biotiskanje, risalnik, rezalnik, zvočnik, LCD projektor večfunkcijske naprave, vzporedni in zaporedni vmesnik,  USB1, USB2, USB3,  vodila.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Opredelite pojem vhodne in izhodne naprave. Naštejte primere vhodnih, izhodnih in vhodno-izhodnih naprav osebnega računalnika. 2. Razložite delovanje tipkovnice. Pomagajte si s sliko 87. 3. Naštejte, katere tipke tradicionalne tipkovnice spadajo v alfanumerično in numerično skupini tipk ter katere so posebne in funkcijske tipke. 4. Katere vrste mišk so v uporabi? Razloži njihovo delovanje. 5. Zakaj je delo z miško ugodnejše, kot delo s tipkovnico? V čem je njuna bistvena razlika? 6. Zakaj in kje se uporablja črtna koda v zdravstvu? Katere vrste črtnih kod poznate? 7. Navedite vsaj dva razloga, zaradi katerih je računalniški prikazovalnik - monitor ugodnejši izhodni element računalnika od običajnega TV aparata. 8. Kakšna je razlika med katodnim in LCD prikazovalnikom? 9. Naštejte pomembne karakteristike prikazovalnikov! 10. Kaj je in zakaj je pomembna grafična ločljivost računalniškega zaslona? 11. Naštejte novejše vrste prikazovalnikov. Kateri so najbolj perspektivni? 12. Včasih so bili najbolj razširjeni matrični tiskalniki. Kaj pa danes? 13. Opišite delovanje laserskega in brizgalnega tiskalnika. 14. Opišite razliko med tiskalnikom, risalnikom in rezalnikom. 15. Kaj so 3D tiskalniki in zakaj bo oz. je njihova uporaba v medicini zelo pomembna? 16. Kaj so 4D tiskalniki in zakaj bo oz. je njihova uporaba v medicini zelo pomembna? 17. Kaj predstavlja pojem »biotiskanje« (bioprinting)? 18. Zakaj je zaporedni vmesnik počasnejši od vzporednega? 19. Kaj predstavlja USB vmesnik in katere vrste USB vmesnikov poznate? 20. Kaj je vmesnik in kaj vodilo?

3 PROGRAMSKA OPREMA

o sedaj je bila pozornost opisa usmerjena predvsem v sestavo in delovanje računalnika, torej v njegovo strojno opremo (ang. hardware). Za uspešno uporabo računalniško - informacijske strojne opreme na različnih področjih življenja in dela pa je potreben še en pomemben element opreme, to je programska oprema (ang. software). Programsko opremo v osnovi sestavljajo podatki in programi. Kot smo že povedali, je podatek številsko ali opisno izraženo sporočilo, ki omogoča opredeliti oz. spoznati določen pojav ali o njem sklepati. Podatek torej o določenem objektu ali subjektu nekaj pove ali se nanj nanaša, kot npr. podatek o številu bolnikov na oddelku, podatek o dnevu rojstva (rojstni podatek), podatek o najljubših knjigah, podatek o sestavi zraka, podatek o temperaturi bolnika itd. Če npr. želimo predstojniku povedati, koliko bolnikov je trenutno na oddelku, moramo imeti podatek o tem, koliko bolnikov je trenutno vpisanih na oddelku. Podatke lahko prikažemo na različne načine: lahko jih s števili zapišemo v besedilo, lahko sestavimo preglednico ali pa podatke prikažemo v diagramu. Program predstavlja nabor ukazov in navodil napisanih v določenem programskem jeziku, s katerimi računalnik rešuje določene naloge. Programe, ki jih računalnik potrebuje pri svojem delu, imenujemo programska oprema. Programska oprema je torej zbirka programov, ki omogočajo računalniku, da opravlja različne funkcije oz. naloge. V osnovi programsko opremo delimo v dve večji skupini (slika 100):  sistemsko programsko opremo, ki upravlja in podpira operacije računalnika ter omrežja in  uporabniško (aplikativno) programsko opremo, ki izvaja aktivnosti informacijskega procesa za končne uporabnike.

Slika 100. Vrste programske opreme

Slika 101. Pravni temelji programske opreme

Že na tem mestu kaže poudariti, da so računalniški programi oziroma programska oprema avtorska dela, ki jih varuje zakonodaja (slika 101). Avtorske pravice so izključne (monopolne) narave in omejujejo uporabo in širjenje avtorskega dela brez soglasja avtorja. V Sloveniji je varstvo avtorskih pravic zagotovljeno z Zakonom o avtorskih in sorodnih pravicah. Trajanje avtorskih pravic je časovno omejeno. V primeru fizičnih oseb trajajo še 70 let po smrti avtorja dela, oz. 70 let od nastanka v primeru neznanega avtorja (npr. psevdonim) ali pravnih oseb.

Ob namestitvi programa potrdimo oz. podpišemo licenčno pogodbo, s katero potrjujemo, da sprejemamo pogoje njegove uporabe. V licenčni pogodbi so natančno opredeljene pravice uporabnika. Vsaka druga oblika uporabe, ki ni v skladu z licenčno pogodbo, pomeni kršenje avtorskih pravic in ima za posledico kazensko odgovornost. Licenca je torej javni dokument, ki določa kdo, kako in v katere namene se lahko uporablja programska oprema. Na tem mestu se srečamo tudi s pojmom »piratstva«. Piratstvo programske opreme (slika 101) je nepooblaščeno kopiranje ali distribucija programske opreme, zaščitene z avtorskimi pravicami, v obliki kopiranja, prenosa, izmenjave, prodaje ali namestitve ene ali več kopij na osebne ali službene računalnike. Kazni za to so:  zagrožena kazen tudi do osem let zapora,  zagrožena denarna kazen za kaznivo dejanje in prekršek,  odvzem primerkov avtorskega dela ter naprav za njihovo reproduciranje.

Slika 102. Piratstvo in BSA Na področju zaščite avtorskih in licenčnih pravic ter dolžnosti do računalniške programske opreme deluje mednarodna organizacija Business Software Alliance (BSA) (slika 102), katere članica je tudi Slovenija. Delovanje BSA je usmerjeno k zaščiti pravic intelektualne lastnine ponudnikov programske opreme, uveljavljanju zakonodaje s področja avtorskih pravic programske opreme in raziskovanju na tem področju. Spopada se torej s kršitvami avtorskih pravic s strani končnih uporabnikov na delovnem mestu, kjer je bila programska oprema nameščena brez ustrezne licence. Poleg tega BSA uporablja najnovejšo tehnologijo, da bi izsledila nezakonite prenose programske opreme in distribucijo piratske programske opreme na internetu, preko spletnih družbenih mest. Vrste programske opreme so vezane na različne kategorije. V osnovi ločimo naslednje:  Lastniška programska oprema (ang. Proprietary software) - programska oprema, ki ni na voljo brezplačno ali za manjšo denarno protivrednost; njeno spreminjanje brez soglasje lastnika kode je omejeno.  Plačljiva programska oprema (ang. Commercial software) - proizvajajo jo profesionalna podjetja za denarno plačilo. Večina komercialne programske opreme je lastniška in plačljiva.  Preizkusna programska oprema (ang. Shareware) - programska oprema, ki jo uporabnik uporablja kot preizkus pred odločitvijo za nakup; na voljo je običajno na internetu in jo založniki ponujajo predvsem zaradi javne predstavitve. Navadno ima nekaj omejitev, kot npr. okrnjen nabor funkcij, delovanje za določen čas itd.

 Brezplačna programska oprema (angl. Freeware) - programska oprema, ki jo lahko uporabnik uporablja brez plačila licenc; najdemo jo na internetu, pazljivi pa moramo biti nad pogoji pod katerimi jo lahko uporabljamo brezplačno. Brezplačni programski opremi (navadno) ni priložena izvorna koda.  Programska oprema v javni lasti (ang. Public domain software) – programska oprema, ki pravno ni zaščitena in zato javno dostopna z ali brez izvirne kode.  Odprtokodna programska oprema (ang. Open source software - OSI) (sliki 103 in 104) osnovna značilnost programske opreme temelječe na odprti kodi je, da je izvorna programska koda, iz katere je mogoče narediti funkcionalno delujoče programske produkte, dostopna vsem. Bistvo odprtokodne programske opreme temelji na GNU (ang. General Public License) licenci in jo je mogoče strniti v dve točki: 1. Licenca dovoljuje uporabo, kopiranje, spreminjanje in redistribucijo programske opreme brez omejitev glede cene, uporabnika, namen uporabe, platformo, idr. 2. Nadaljnja distribucija takšne programske opreme mora vsebovati tudi izvorno kodo, uporabljati isto licenco in vključevati zaščito integritete avtorja.

Slika 103. Kja je odprta koda? Slika 104. Razvoj odprte kode Odprtokodni programi so torej programi, za katere ne veljajo tako stroge licenčne omejitve glede načina uporabe, kopiranja, spreminjanja kode in distribucije, ki veljajo za večino lastniške programske opreme. Programska koda odprtokodnega programja je prosto dostopna vsakomur, da jo lahko ureja, spreminja, popravlja, izboljšuje in dograjuje. Posebnost odprtokodne licence pa je v tem, da se tako spremenjene kode ne sme izdati pod strožjimi licenčnimi pogoji kot so tisti, pod katerimi je izdana začetna koda. Najbolj znani odprtokodni projekti so npr. spletni brskalnik Firefox, program za delo z elektronsko pošto Thunderbird, spletni strežnik Apache, operacijski sistem Linux, sistem za upravljanje spletnih vsebin Joombla, spletna enciklopedija Wikipedia, programski jezik PHP, pisarniški paket OpenOffice (slika 105), ki je odlična brezplačna alternativa Mikrosoftovemu pisarniškemu paketu MS Office itd. Slika 105. Programi OpenOffice

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:               

strojna oprema (ang. hardware), programska oprema (ang. software), sistemska programska oprema, uporabniška programska oprema, avtorstvo, licenca, licenčna pogodba, piratstvo programske opreme, BSA, lastniška programska oprema, plačljiva programska oprema, preizkusna programska oprema, brezplačna programska oprema, programska oprema v javni lasti, odprtokodna programska oprema, OSI, GNU,  Open Office.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: Kaj razumemo pod pojmom strojna oprema? Kaj razumemo pod pojmom programska oprema? Kaj prištevamo k sistemski programski opremi? Kaj prištevamo k uporabniški programski opremi? O čem govori zakon o avtorskih pravicah? Kaj je licenčna pogodba in kaj vsebuje? Kdaj govorimo o piratstvu programske opreme? Kaj pomeni kratica BSA in zakaj je organizacija, ki jo le-ta predstavlja, pomembna? Naštejte in opišite pomembnejše kategorije programske opreme. Kaj predstavlja kratica OSI in kaj GNU? Opišite zgodovinski razvoj odprtokodne programske opreme in pomembne osebnosti! Kaj je Wikipedija? Kako deluje in zakaj se uporablja? Naštejte nekaj primerov odprtokodne programske opreme, ki bi jo lahko kot zdravstveni delavec uporabljali v domačem in službenem okolju! 14. Kaj sestavlja OpenOffice? Primerjajte ga z Win Office. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

3.1 SISTEMSKA PROGRAMSKA OPREMA

istemska programska oprema je za uporabnika prav tako nepogrešljiva kot strojna oprema. Na svoje delo »čaka” v računalniku, in to najpogosteje v zunanjem pomnilniku; uporabljamo jo lahko neposredno. Vključuje programe za lažji razvoj in izvrševanje programov. Nekateri sistemski programi predstavljajo samo vmesnik za izvajanje sistemskih klicev, drugi pa so lahko mnogo bolj kompleksni. Sistemsko programsko opremo v osnovi delimo na (slika 106):



sistemske programe za upravljanje računalniškega (informacijskega) sistema (npr. operacijski sistemi, programi za upravljanje omrežij, programi za upravljanje baz podatkov, programi za varnost itd.) in sistemska orodja, in sicer: o sistemske programe za razvijanje računalniškega (informacijskega) sistema (npr. programski jeziki, CASE (ang. Computer Aided Software (System) Engineering) pripomočki – programi za načrtovanje in izdelovanje programskih aplikacij oz. programske opreme); o sistemska orodja za opravljanje funkcij, ki jih operacijski sistem ne opravlja (npr. programi za izboljšanje delovanja računalnika (čiščenje, optimiziranje prostora na disku, porazdeljevanje pomnilnika itd.), gonilniki – programi, ki skrbijo za krmiljenje na računalnik priključenih naprav, komunikacijski programi – programi, ki skrbijo za komunikacijo z drugimi računalniki); o programi, ki niso del operacijskega sistema imajo pa nekatere sorodne funkcije, kot. npr. stiskanje datotek (npr. ZIP, TAR, RAR…), naprednejše upravljanje datotek (npr. Norton Comander, Windows commander itd.), diagnostična orodja (npr. PC Doctor…) itd.

Slika 106. Vrste sistemske programske opreme

Slika 107. Kaj je operacijski sistem?

Vsa našteta sistemska programska oprema je za delovanje računalniških oz. informacijskih sistemov izjemnega pomena, a se bomo v tem poglavju podrobneje posvetili le sistemskim programom za upravljanje računalniškega (informacijskega) sistema, med katerimi so gotovo najpomembnejši operacijski sistemi. Za delovanje računalnika je sprva skrbel izključno človek, imenovan tudi operater. Ko so se pojavili zanesljivejši in tudi zmogljivejši računalniki (še posebno mikroračunalniki), so postala opravila v zvezi z računalniki izredno zapletena in tudi raznolika, zato so jih vse številčnejši uporabniki vse težje nadzirali. Potrebno je bilo izdelati posebne nadzorne programe, imenovane monitorji, ki so prevzeli večino operaterjevih nalog. Uporabnikovo delo se je tako omejilo le na zagon in izklop računalniškega sistema, za vse drugo pa je poskrbel močan nadzorni program, imenovan operacijski sistem. Operacijski sistem je skupek programov, ki upravlja delovanje računalnika; skrbi za normalno delovanje vseh priključenih enot strojne opreme računalnika in delovanje notranjih operacij računalnika ter za ustrezno povezavo med računalnikom in uporabnikom (slika 107).

Operacijski sistem ima torej nalogo razbremeniti uporabnika in čim bolj izrabiti zmogljivosti računalnika. To pomeni, da sprejema opravila, ki se tičejo delovanja strojne opreme in programa, ki ga uporabljamo in to od trenutka, ko smo ga vnesli v računalnik, do pridobitve rezultatov in konca dela z njim. Operacijski sistem tako pokliče prevajalni program in sproži prevajanje, prevedeni program shrani v pomnilnik in sproži izvajanje programa samega. Obseg in zahtevnost operacijskega sistema je odvisna predvsem od velikosti računalnika. Najenostavnejši so operacijski sistemi mikroračunalnikov (seveda glede na medsebojno primerjavo, ne pa dobesedno), zahtevnejši pa so operacijski sistemi zmogljivejših računalniških sistemov, ki npr. skrbijo za vzporedno obdelavo večjega števila programov (porazdeljevanje časa), večjega števila enake ali različne periferne opreme itd. In kje je shranjen operacijski sistem? V glavnem ločimo dva osnovna načina shranjevanja oz. včitavanja operacijskega sistema:  

operacijski sistem je pretežno v ROM-u in operacijski sistem se pretežno včitava iz elementa zunanjega spomina (ključek, CD, trdi disk...).

Če je operacijski sistem razmeroma majhen, kot npr. pri starejših hišnih računalnikih, nekaterih pametnih telefonih, nekaterih procesorsko podprtih medicinskih napravah itd., ga lahko brez težav shranimo v ROM-u. Ko računalnik oz. računalniško podprto napravo vključimo, program v ROM-u požene operacijski sistem, in nam je že na razpolago, tako da lahko z ukazi operacijskega sistema hitro opravljamo želene naloge. Pri večini računalnikov (večji računalniki, PC računalniki…) pa je operacijski sistem zapisan na elementu zunanjega spomina (disku), to pa ne zaradi tega, ker ga ne bi mogli spraviti v ROM, temveč tudi zato, da lahko uporabimo novejše, izboljšane verzije operacijskega sistema za določen računalnik (npr. Windows XP, Win 7, Win 8, Win 10…), njihove dopolnitve in posodobitve itd. Seveda pa moramo v ROM-u imeti vsaj krajši program, ki skrbi za nalaganje operacijskega sistema. Število operacijskih sistemov stalno narašča. Njihove uporabe se večkrat niti ne zavedamo, saj jih uporabljajo že zelo majhne, na videz enostavne naprave. Razdelimo jih lahko v več skupin, pri čemer lahko posamezen operacijski sistem (OS) pripada več skupinam, in sicer:  Glede na število uporabnikov: o Enouporabniški OS (npr. MS DOS, MS Windows - starejše verzije). o Večuporabniški OS (npr. UNIX, Linux, Windows – novejše verzije).  Glede na število sočasnih opravil: o Enoopravilni OS (npr. MS DOS). o Večopravilni OS (UNIX, Linux, OS/2, MS Windows).  Glede na uporabniški vmesnik: o Ukazni OS (npr. MS DOS, UNIX, Linux). o Grafični OS (npr. Mac OS, OS/2, MS Windows, UNIX X Windows, Linux X Windows).  Glede na število procesorjev: o Enoprocesorski OS. o Večprocesorski OS.  Glede na vrsto računalnika: o OS za osebne računalnike (npr. MS Windows, Linux, OS/2). o OS za računalnik Macintosh (npr. Mac OS X, Windows, Linux). o OS za delovne postaje (npr. Unix).  Glede na nadzor: 84

Porazdeljeni OS (nadzira in usmerja delovanje več računalnikov povezanih v mreži običajno streže več uporabnikom). o Mrežni OS (za razliko od porazdeljenega OS nadzira delovanje samo enega računalnika, lahko pa svoje vire da na razpolago drugim računalnikom povezanim v mrežo).  Glede na ceno: o Brezplačni OS (npr. Linux). o Plačljivi OS (vsi ostali). o

Operacijski sistem ima veliko nalog. Vse po vrsti so zelo pomembne. Nekatere od naštetih nalog so v starejših operacijskih sistemih slabše ali pa sploh niso realizirane. Moderni operacijski sistemi imajo sledeče naloge:  upravljanje s procesi,  upravljanje z glavnim pomnilnikom,  upravljanje z datotečnimi sistemi,  upravljanje s sekundarnim pomnilnikom,  upravljanje z vhodno-izhodnimi napravami,  upravljanje z navideznim pomnilnikom,  omreženje,  skrb za varnost in zaščito,  interpretacija ukazov.

Slika 108. Nekaj znanih operacijskih sistemov

Slika 109. Razvoj OS MS Windows

V osebnih računalnikih srečujemo različne operacijske sisteme (slika 108). Pred nekaj deset leti je bil pri nas pogosto uporabljen operacijski sistem MS-DOS (ang. Microsoft Disc Operating System), ki je v začetnem obdobju popolnoma prevladal pri PC računalnikih (npr. D0S 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 4 itd.; vsaka od njih je prinesla izboljšave in tudi novosti). S pojavom nove družine IBM računalnikov se je pojavil tudi nov operacijski sistem OS/2, ki je v začetku pomenil novo kvaliteto; med prvimi je omogočal večopravilnost, delo s programi, ki so bili pripravljeni za sistem MS-DOS (za takratni čas še kako pomembno) itd. Pomemben in zelo uporabljen je bil tudi operacijski sistem UNIX, ki so ga razvili v firmi Bell Laboratories. Od prve delovne verzije v letu 1971 do danes je postal eden najbolj razširjenih operacijskih sistemov; vgrajen je bil v različne mikro in mini računalnike ter celo super računalnike tipa CRAY. Na njegovi osnovi je in še temelji veliko pomembnih operacijskih sistemov, med njimi tudi MAC OS X, ki je bil in je še prednameščen na vseh Applovih računalnikih. V zadnjem

času je na osebnih računalnikih gotovo najbolj razširjen operacijski sistem Windows (slo. Okna), predvsem zaradi preprostega in intuitivnega grafičnega uporabniškega vmesnika ter široke programske opreme.

3.1.1 Operacijski sistem Windows Windows je operacijski sistem, ki že od svoje prve izdaje v letu 1985 (slika 109) temelji na grafičnem okolju - vmesniku (GUI – ang. Grafic User Interface); omogoča enostavno in hitro delo z računalnikom, celovit nadzor nad računalnikom, lahko ter enostavno uporabljanje programov itd. Z njegovo pomočjo lahko poganjamo druge programe in tako urejamo besedila, rišemo slike, urejamo preglednice, shranjujemo razne podatke, organiziramo delovno okolje po lastni želji in podobno. Pomembna prednost okolja Windows je, da omogoča delo z več programi hkrati, omogoča enostaven prenos podatkov, delo z okni in ikonami ter prikladno zasnovo za uporabo miške. Z miško se premikamo po delovni mizi in le pritiskamo na njene gumbe. Tipkovnico potrebujemo le pri delu z besedilom in ko odpiramo okna ali ikone ter pri posameznih ukazih. Windowsi imajo ob programih za organizacijo in vodenje sistema tudi veliko uporabnih programov (Pripomočki), kot npr. programe za risanje (Slikar), pisanje besedil (WordPad), neke vrste rokovnik, poleg drugih programov pa tudi kalkulator, nekaj iger za razvedrilo, programe za osnovno delo z multimedijo, povezave prek modema itd. Proizvajalec se pohvali, da v grafičnem okolju Windows popolneje izrabljamo sistemsko in programsko opremo, ki jo ima naš računalnik. Programi, ki jih izvajamo hkrati, niso prisiljeni deliti pomnilnika, saj okolje Windows vsakemu od njih omogoča uporabo celotnega pomnilnika, ki mu je potreben. Z enim programom lahko računamo npr. žepnino, z drugim pišemo pismo prijatelju, pregledujemo spiske plošč in kaset, tiskamo vabila za šolsko prireditev itd. Istočasno lahko računamo, tiskamo in pišemo. Število programov, ki jih izvajamo hkrati, je omejeno le z velikostjo pomnilnika. Grafično okolje Windows omogoča delo z več programi hkrati (večopravilnost), saj je organizirano tako, da vsakemu izvajajočemu programu dodeli nekaj časa za izvajanje (časovno prepletanje). Pri delu z manjšim številom programov sploh ne opazimo, da poleg programa, ki je trenutno aktiven, poteka še kak drug program. Če imamo odprtih več programov, upočasnitev zaznamo, še posebno pri računalnikih, ki delujejo z manjšimi hitrostmi. Prenos podatkov med programi je v okolju Windows enostaven. V programu za risanje slik (Slikar) npr. narišemo sliko, nato pa jo enostavno prenesemo v urejevalnik besedil kot pojasnilo k besedilu. Prenos podatkov lahko opravimo na več načinov, najpogosteje pa tako, da sliko npr. iz programa Slikar shranimo v vmesni pomnilnik (ang. Clipboard), sliko iz njega pa nato pokličemo v program za urejanje besedil (Word). Podatke, ki smo jih v vmesnem pomnilniku (Clipboardu) prenesli za kasnejšo uporabo, lahko shranimo tudi na disk ali kateri koli drug medij, ki je namenjen shranjevanju podatkov, prav tako pa jih lahko, ko jih potrebujemo, z medija spet naložimo v pomnilnik. Seveda je glavna značilnost grafičnega okolja Windows, že omenjeno delo z okni (sliki 110 in 111). Vsak program, ki se izvaja, odpre svoje okno (programsko okno) ali ikono (sličico), ki označuje izvajajoči program. Tudi vsa sporočila in opozorila se podajajo v oknih, prav tako pa tudi podatki, ki jih program obdeluje. Večino oken lahko skrčimo v ikone, vse pa

lahko pomikamo po zaslonu v dovoljenih mejah. Skoraj vsa okna lahko povečujemo in zmanjšujemo, seveda glede na prostor, ki smo jim ga namenili.

Slika 110. Namizje OS Windows

Slika 111. Osnovne izbire (Start) OS Windows

Ikona je grafična ponazoritev skrčenega okna. Delo z ikonami je preglednejše, saj z njimi lahko nadzorujemo število odprtih programov in datotek s podatki. Kot smo že povedali, je OS Windows narejen tako, da zelo enostavno in učinkovito uporablja miško. Na ekranu je kazalček (kurzor), ki kaže, kje se trenutno nahajamo. Kazalček premikamo po ekranu tako, da premikamo miško. Paket Windows omogoča več različnih oblik kazalčka; oblika je odvisna od trenutne lege in od postopka, ki ga želimo izvesti. V Windows okolju uporabljamo predvsem levi gumb miške, v nekaterih programih pa tudi desnega. Z enojnim pritiskom na levi gumb (klik) največkrat dosežemo, da ikono, na katero kaže kazalček, označimo. Če pa pritisnemo gumb dvakrat zaporedoma (dvoklik), ikono, na katero kaže kazalček, izberemo, tudi, če je predhodno nismo označili. Poleg enkratnega ali dvakratnega pritiskanja gumba poznamo tudi operacije, pri katerih gumb pritisnemo, ga držimo, premaknemo kazalček na nov položaj in ga nato spustimo. Na tak način zlahka spreminjamo velikost oken, jih premikamo, premikamo ikone po oknu, pa tudi kopiramo programe iz enega mesta na drugega itd. Oglejmo si še nekatere osnovne elemente programskega okolja Windows (slika 110):  Vse nastavitve operacijskega sistema Windows najdemo v »Nadzorni plošči«. Do nadzorne plošče pridemo tako, da v meniju Začetek (angl.: Start) izberemo možnost »nadzorna plošča«, kjer lahko ustrezno prilagodimo nastavitve svojega računalnika (npr. sistem in varnost, omrežje in internet itd.) (slika 111).  OS Windows vsebuje tudi manjši nabor programov, ki omogočajo osnovno delo; najdemo jih v izbiri »Pripomočki« (npr. Beležnica (vneseno besedilo shrani v ASCII obliki), Slikar (omogoča osnovno risanje), Računalo…).  Sistemska orodja omogočajo delo z računalniškim sistemom in osnovno vzdrževanje računalniškega sistema. Nahajajo se v mapi Pripomočki. Največkrat uporabljena so orodja za Čiščenje diska, Nadzorna plošča, Obnovitev sistema, program za defragmentiranje diska itd., velja pravilo, da bi naj vsak uporabnik redno očistil in defragmentiral disk.  Upravljanje z datotekami v OS Windows: Podatke, ki jih želimo trajno shraniti, shranjujemo na zunanjih pomnilnih medijih. Ker imamo različne pomnilne medije ima operacijski sistem določen datotečni sistemi (angl. file system), ki določa način, kako so zapisani podatki. Osnovni element datotečnega sistema so datoteke, ki predstavlja združeno skupino podatkov. Vsaka datoteka mora imeti tudi svoje unikatno ime, ki ustreza določilom datotečnega sistema. Datoteke so hranjene v določenih mapah.

 Raziskovalec

– je osnovni program za delo z datotekami in mapami (slika 112). Zaženemo ga preko gumbka - menija Začetek (angl.: Start). Odpre se splošno okno, kjer so informacije o mapi, kjer se trenutno nahajamo. Okno Raziskovalca je razdeljeno na več delov. V levih okvirih imamo drevesno strukturo map, v desnem okviru pa vsebino trenutno izbrane mape (slika 112). Med posameznimi mapami se premikamo tako, da z miško kliknemo na želeno mapo v levem okviru ali pa z dvoklikom na želeno mapo v desnem okviru.  Kopiranje datotek: Datoteke lahko enostavno prenesemo tako, da jih v mapi najprej označimo, nato pa s funkcijo povleci in spusti v želeno mapo ali pa, da označene datoteke (ali mape) kopiramo v odložišče s funkcijo »Kopiraj« ali kombinacijo tipk Ctrl in C. Nato se prestavimo v želeno mapo in uporabimo funkcijo »Prilepi« ali kombinacijo tipk Ctrl in V.  Izdelava nove mape: Novo mapo npr. naredimo tako, da v meniju Datoteka izberemo Novo in nato Mapa. V trenutno izbrani mapi se pojavi nova mapa z imenom Nova mapa, ki ji nato določimo ime.  Vrste datotek: Računalniški sistem oz. programska oprema vrsto datotek prepozna po končnicah. Vsaka programska oprema, ki jo namestimo na naš računalnik tudi določa datoteke, ki jih lahko odpiramo s tem programom (npr. *.doc, *.docx – urejevalnik besedil MS Word, *.xls, *.xlsx – preglednice MS Excel itd.).

Slika 112. Raziskovalec in Nadzorna plošča OS Windows

3.1.2 Operacijski sistem Linux Za avtorja operacijskega sistema Linux velja finski študent Linus Torvalds (slika 104). Leta 1991 je spisal prvo jedro operacijskega sistema, ki se zgleduje po operacijskem sistemu Unix. Različica 1.0 je izšla leta 1994, pomemben mejnik pa predstavlja leto 1996, ko naj bi z različico 2.0, Linux postal primeren tudi za običajne uporabnike, ne le za poznavalce. Že od začetka je Linus kodo operacijskega sistema Linux objavil na internetu, zaradi česar se je projektu izgradnje Linux-a pridruževalo vedno večje število programerjev, še posebej na akademskem nivoju. Rezultat tega razvoja, ki je skoraj izključno potekal preko omrežja Internet, je današnje jedro operacijskega sistema Linux. Današnji Linux operacijski sistem poleg jedra vključujejo še obilo druge programske opreme, namenjene upravljanju s

sistemom, lažjo namestitev in nadgradnjo in kopico uporabniške programske opreme (npr. Open Office).

Slika 113. Operacijski sistem Linux

Slika 114. Mobilniki in njihovi operacijski sistemi

Linux je večuporabniški, večopravilni in odprtokodni operacijski sistem (slika 113). Teče na številni, zelo različni strojni opremi. Sestoji iz jedra, sistemskih knjižnic in sistemskih orodij. Naloga jedra je abstrakcija sistema v najširšem smislu, sistemske knjižnice opredeljujejo standarden nabor funkcij s pomočjo katerih lahko program vzpostavi stik z jedrom, sistemska orodja pa so programi, ki opravljajo določena opravila. Lahko se izvršijo samo enkrat, na primer ob zagonu, ali pa tečejo v ozadju kot servisi. Sem prištevamo vse programe, ki poskrbijo za inicializacijo sistema (nalaganje modulov, konfiguracija omrežja), programe, ki tečejo celoten čas delovanja sistema in čakajo na zahteve za prijavo v sistem, vzpostavitev povezav in čakalnih vrst za tiskanje, kakor tudi enostavne programe za delo z mapami in datotekami. V Sloveniji je do sedaj nastalo več distribucij OS Linux. Društvo Lugos je pripravilo distribucijo Pingo, pri združenju Ljudmila so pripravili distribucijo Slix, svojo distribucijo so pripravili tudi v skupini Slo-Tech (Slo_Tech_Linux) in na Fakulteti za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru (FeriX). Tako OS Linux kot OS Windows imata svoje slabosti in prednosti. Pri Windowsu je npr. lažja uporaba, pri Linuxu boljše administrativne funkcije, pri Windowsu lažje nastavljanje nastavitev, pri Linuxu pa manjša možnost za velike napake. Pomembna prednost Linuxa v primerjavi z Windows ali iOS sistemom je njegova dostopnost, saj je njegova distribucija brezplačna in odprtokodna. Windows, po frekvenci uporabe kaže, da je bolj primeren za vsakdanjega uporabnika, Linux pa za poznavalca in navdušenca, ki bi rad vzpostavil server, omrežje ali pa le preizkušal uporabno vrednost Linuxa. Linux ima prednost tudi na področju varnosti uporabe, saj ga dnevno urejajo programerji celega sveta ter rešujejo določene težave, Windows pa ureja in trži le eno veliko podjetje. Vendar pa Windows dandanes, kljub temu, da je treba zanj plačati kar visoko ceno, drži skoraj 60% delež operacijskih sistemov, brezplačen Linux pa le okoli 10%.

3.1.3 Operacijski sistemi za mobilne sisteme Mobilni operacijski sistem (slika 114) je programska platforma, s pomočjo katere delujejo vse aplikacije in ostali programi na pametnih telefonih in tablicah. Sodobni operacijski sistemi te vrste združujejo lastnosti osebnega računalnika z drugimi funkcijami, vključno z zaslonom na dotik, možnostjo klicanja, različnimi brezžičnimi povezavami, mobilno GPS-navigacijo, fotoaparatom, prepoznavanjem govora, snemalnikom zvoka, predvajalnikom glasbe itd. Obstaja kar nekaj operacijskih sistemov za mobilnike, med katerimi ima trenutno (leto 2017) najvišjo frekvenco uporabe Google Android, ki je ob koncu leta 2016 obvladoval kar 84.9 odstotkov trga pametnih mobilnih naprav (sledi iOS s 14.4%, Windows Phone z 0.4%, RIM BlackBerry z 0.1%). Android je odprtokodna programska platforma in operacijski sistem za mobilnike, ki temelji na Linuxovem jedru. V prvi vrsti je namenjen mobilnim telefonom, vendar ga najdemo tudi na drugih napravah, kot recimo na tabličnih računalnikih, ročnih urah in podobno. Zakaj je Android tako priljubljen? Eden izmed dejavnikov je ta, da je ta OS za razliko od drugih (npr. Apple iOS, RIM za Blacberry) odprt in ga lahko proizvajalci mobilnikov prirejajo za svoje potrebe. Je hiter, zmogljiv in uporabniku prijazen, nenehne posodobitve pa skrbijo, da se iz dneva v dan izboljšuje. Ker je lastnik Androida Google, je ta OS še posebej priljubljen za vse navdušence nad Googlovimi storitvami (Gmail, Google Calendar, Google Voice,...), saj do njih nudi hiter dostop. Kot smo že omenili, se po pogostosti uporabe na trenutno drugo (leto 2017) mesto uvršča zaprt sistem Apple iOS, ki ga uporabljajo vsi Applovi izdelki. Po mnenju uporabnikov sistem odlikuje prijazen uporabniški vmesnik, hitrost in dobra odzivnost, vse plačljive aplikacije pa so shranjene v trgovini Apple Store. Omenili kaže še BlackBerry OS – RIM (ustvarjen je za poslovno uporabo z enostavnim dostopom do elektronske pošte in pošiljanja sporočil; mobilnik je opremljen z mini QWERTZ tipkovnico), Symbian OS, ki ga uporabljajo Nokijini telefoni, Firefox OS (odprtokodni operacijski sistem na osnovi Linux za pametne telefone, tablične računalnike in pametne TV) ter Windows 8 in 10, ki sta s svojo vsestranskostjo primerna za pametne telefone, tablice in računalnike.

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:             

strojna in programska oprema, sistemska in uporabniška programska oprema, sistemska programska oprema, sistemski programi za upravljanje računalniškega sistema, sistemska orodja, operater, monitorski program, operacijski sistem (OS), enouporabniški in večuporabniški OS, enoprocesorski in večprocesorski OS, enoopravilni in večopravilni OS, ukazni in grafični OS, porazdeljeni in mrežni OS,

          

brezplačni in plačljivi OS, OS MS/DOS, OS/2, UNIX, Mac OS X, MS Windows, Linux, grafično okolje - GUI, okno, ikona, delovno okolje Windows, nadzorna plošča OS Windows, raziskovalec OS Windows, Linus Torvalds, OS za mobilnike, Android, iOS, RIM BB OS, Windows Phone.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. 2. 3. 4.

Kaj razumete pod pojmom programska oprema in kaj pod pojmom strojna oprema? Kaj prištevamo k sistemski programski opremi? Definirajte operacijski sistem (OS). *Naštejte in razvojno (zgodovina) opišite nekaj najpomembnejših operacijskih sistemov (starejših in novejših). 5. Ob računalniku prikažite postopek nalaganja in uporabe operacijskega sistema. 6. Naštejte in opišite dva osnovna načina shranjevanja oz. včitavanja operacijskih sistemov. 7. Kako delimo OS glede na število uporabnikov? 8. Kako delimo OS glede na število sočasnih opravil? 9. Kako delimo OS glede na uporabniški vmesnik? 10. Kako delimo OS glede na število procesorjev? 11. Kako delimo OS glede na vrsto računalnika? 12. Kako delimo OS glede na nadzor? 13. Kako delimo OS glede na ceno? 14. Naštejte osnovne naloge operacijskih sistemov. 15. *Kaj pomeni, da OS Windows temelji na GUI vmesniku? 16. Naštejte prednosti grafičnega vmesnika - okolja MS Windows. 17. *S pomočjo spleta pripravite časovno linijo (zgodovinski razvoj) razvoja operacijskih sistemov. 18. S pomočjo spleta pripravite časovno linijo (zgodovinski razvoj) razvoja operacijskega sistema MS Windows. 19. Kaj pomeni "prenos podatkov" med programi v okolju Windows? 20. Kaj pomeni pojem "Clipboar" (ang.) in zakaj je pomemben? 21. Kaj je "okno" in kaj "ikona"? 22. Zakaj je pomembna "Nadzorna plošča" OS Windows? 23. Naštejte in opišite "Sistemska orodja" OS Windows. 24. *Opišite OS Linux in njegove prednosti ter slabosti! 25. *Opišite OS Windows in njegove prednosti ter slabosti! 26. *Naštejte in opišite operacijske sisteme za mobilne naprave (npr. pametne telefone, tablične in dlančne računalnike)!

3.2 UPORABNIŠKA PROGRAMSKA OPREMA

U  

porabniška programska oprema (UPO) je namenjena končnim uporabnikom in reševanju specifičnih problemov uporabnika ali pa pomoči uporabniku pri delu, izobraževanju in zabavi. V osnovi jo delimo na (slika 115): splošno-namensko uporabniško programsko opremo in specializirano oz. aplikacijsko uporabniško programsko opremo.

Slika 115. Uporabniška programska oprema

Slika 116. Splošno namenska UPO

Splošno-namenska uporabniška programska oprema (slika 116) je namenjena izdelavi standardnih izdelkov končnih uporabnikov; sem spadajo programi za delo z besedili, programi za delo s preglednicami, programi za delo z bazami podatkov, programi za predstavitve itd. Pripravljajo jih programerske ustanove kot. npr. Microsoft, Adobe itd. Naštejmo nekaj primerov te programske opreme različnih programerskih – založniških hiš:  Urejevalniki besedil, npr. MS Word, OpenOffice Writer, LaTex.  Programi za elektronske predstavitve, npr. MS PowerPoint, OpenOffice Impress.  Programi za delo s preglednicami, npr. MS Excel, OpenOffice Calc.  Odjemalci za elektronsko pošto, npr. MS Outlook, Thunderbird.  Spletni pregledovalniki, npr. Firefox, MS Explorer, Google, Opera, Safari, Mozaic.  Programi za oblikovanje spletnih strani, npr. MS FrontPage, Adobe Dreamweaver.  Programi za delo s podatki, npr. MS Access, My SQL, FoxPro.

Slika 117. MS Office – splošno namenska uporabniška programska oprema v integrirani obliki

Takšna splošno-namenska uporabniška programska oprema je lahko: v samostojni izdaji ali v integrirani obliki (slika 117), kot npr. MS Office, Open Office itd. V splošni uporabi ima MS Office vodilno vlogo, saj predstavlja zelo razširjeno zbirko pisarniških programov. Njena prva izdaja (1990) je v osnovni različici vsebovala le tri programe in sicer urejevalnik besedil Word, program za preglednice Excel in program za predstavitve PowerPoint, v dražji različici, namenjeni za poslovne uporabnike, pa še program za upravljanje z zbirkami podatkov Microsoft Accessin Schedule plus. Z leti se je število programov v zbirki povečevalo (npr. Office 4.0, Office 95, Office 97, Office 2000, Office XP, Office 2007 itd.), leta 2011 pa je bila predstavljena nova različica, to je MS Office 365; predstavlja novo generacijo zbirke Office, ki jo zaznamuje računalništvo v oblaku. Uporabnikom omogoča preprosto delo z vsemi vključenimi programi od koder koli in na katerikoli napravi (stabilni, prenosni računalnik, tablice, pametni telefoni..); omogoča sodelovanje v realnem času, ustvarjanje virtualne pisarne, zmanjšanje stroškov, ustrezno varnost itd. Office 365 sestavljajo rešitve oziroma storitve, kot so Exchange Online (e-pošta), SharePoint Online (preprosta izmenjava dokumentov in podatkov), Lync Online (komunikacijske storitve) in Office Web Apps (spletne različice najbolj znanih pisarniških programov, kot so Word, Excel, PowerPoint in OneNote, za preprostejše urejanje in izmenjavo dokumentov). Med specializirano oz. aplikacijsko uporabniško programsko opremo spadajo programi, ki rešujejo specifične probleme uporabnikov (npr. izračun plač, vodenje poslovanja, grafične programske rešitve, programe zabave itd.) oz. za specifično uporabniško okolje (npr. zabava, igre, multimedija, izobraževanje, programska orodja itd.). Pišejo jih programerji ali pa tudi končni uporabniki sami. Naštejmo nekaj primerov te programske opreme različnih programerskih – založniških hiš:  Programi za delo z bitnimi slikami, npr. MS Slikar, PhotoPaint, PaintShopPro; Adobe Photoshop.  Programi za delo z vektorskimi slikami, npr. Adobe Illustrator, Corel Draw, OpenOffice Draw.  Programi namiznega založništva, npr. Ventura, Quark Xpress, Page Maker.  Programi za statistične obdelave, npr. SPSS, Statistic Lab, SAS/Stat.  Programi za računalniško podprto oblikovanje, npr. AutoCad, Google SketchUp, PunchHome AS4000, Home Design.  Matematični programi, npr. Matlab, Mathematica, Maple itd. V nadaljevanju si nekoliko podrobneje oglejmo nekaj najpogosteje uporabljenih predstavnikov splošno-namenske uporabniške programske opreme. Programi za oblikovanje - urejanje besedil (ang. word processor, text editor) predstavljajo enega najpogosteje uporabljenih predstavnikov uporabniške programske opreme. Z njimi lahko urejamo preproste dopise pa tudi najbolj zahtevne dokumente. V osnovi vsebujejo velik nabor orodij, ki nam olajšajo razna opravila, med katerimi so: oblikovanje besedila, določitev postavitve strani, uporabo in izdelavo novih slogov, uporabo glave, noge, izdelavo vsebinskega kazala, kazala preglednic in slik, izdelavo preprostih preglednic, črkovalnik besedila, vstavljanje slik, enačb, grafov itd. Programi za oblikovanje besedil imajo kar obsežno zgodovino. Začetek (slika 118) je seveda vezan na Gutenberga, ki je v sredi 15. stoletja izumil in uveljavil tisk s premičnimi kovinskimi črkami. Gutenbergov izum ni prinesel le tehnične revolucije ampak tudi družbeno-politične spremembe, prav tako kot pozneje računalnik, tudi z možnostjo

samostojnega oblikovanja in tiskanja besedil. Verjetno so prvi program za pisanje in oblikovanje besedil z računalnikom leta 1963 izdelali za računalnik PDP-1, in sicer t.i. Collosal Typewriter ter njegov precej bolj priljubljen naslednik Expensive Typewriter. Prvi programi z vrstičnimi urejevalniki so bili dokaj okorni, izboljšavo pa so prinesli šele zaslonski urejevalniki s sistemom WYSIWYG (ang. What You See Is What You get – Kar vidiš je to, kar dobiš). Pomembno je tudi leto 1978, ko so v podjetju MicroPro napisali prvi množičnejši urejevalnik besedil Wordstar, leto kasneje pa Lotus WordPro in Corel WordPerfect. Leta 1983 je bila napisana prvotna različica MS Word za IBM PC (slika 119) in operacijski sistem DOS. Kasneje so sledile različice za Apple Macintosh (1984), SCO UNIX ter Microsoft Windows (1989). Leta 1990 je Word postal del programskega paketa Microsoft Office 1.0 (Word 1.1, Excel 2.0, PowerPoint 2.0).

Slika 118. Zgodnje verzije urejevalnikov besedil Slika 119. MS Word – razvoj

Slika 120. Namizje programa MS Word

Slika 121. Namizje programa Write

Velika prednost programov za oblikovanje besedil je enostavno spreminjanje in popravljanje že napisanega besedila ter možnosti oblikovanja, ki pripomorejo k vizualni privlačnosti in funkcionalni uporabnosti dokumentov. Izbiramo lahko obliko, barvo in velikost pisave. Razen klasične strani lahko oblikujemo stolpce (npr. podobno kot v časopisu). Med tekst lahko vstavljamo slike in druge grafične dokumente. S pomočjo predlog in odstavčnih slogov je omogočeno enostavno oblikovanje daljših dokumentov, pa tudi avtomatično izdelavo kazal (npr. kazalo vsebine, kazalo slik...). Preverjanje črkovanja, ki je nepogrešljiva funkcija novejšega urejevalnika besedil, pomaga uporabniku pripraviti besedilo brez tipkarskih napak 94

v izbranem jeziku. Daljšemu besedilu lahko dodamo glave in noge ter oštevilčimo strani. Najbolj znana urejevalnika besedil sta Microsoft Word iz zbirke Microsoft Office (slika 120 ) in brezplačni Writer iz zbirke OpenOffice (slika 121). Za pisna oz. grafična dela, ki zahtevajo zahtevnejše združevanje teksta in slik, se uporabljajo programi namiznega založništva (ang. Desk Publisher) (slika 122). Namenjeni so posameznikom in večjim ali manjšim založniškim hišam, saj omogočajo učinkovitejše delo in pocenitev celotnega procesa oblikovanja knjig, časopisov, revij ali drugih publikacij. Začetki uvajanja teh programov segajo v leto 1986, ko je bila zasnovana prva kombinacija strojne in programske opreme z uporabo laserskega tiskalnika, programa Pagemaker in mikroračunalnika Macintosh (Apple). Kmalu zatem (1986) se je na tem področju pojavil izredno zmogljiv program za osebne računalnike, to je Corelov Ventura Publisher, ki je še sedaj v uporabi (novejše verzije so del programa CorelDRAW), saj zmore združevanje in ureditev tekstov večine urejevalnikov besedil in slik. Konkurenti izdelkov te vrste so npr.: FrameMaker (Adobe), InDesign (Adobe), QuarkXPress (Quark), MS Publisher (Microsoft) itd.

Slika 122. Programi namiznega založništva in primer namizja Corel Ventura 10 Programi za delo s preglednicami (angl. spreadsheet) omogočajo obdelavo podatkov v tabelah. Uspešno jih lahko uporabljamo na vseh področjih, kjer preračunavamo ali analiziramo podatke (npr. planiranje, obračune in vodenje stroškov, izračune poslovnih in drugih parametrov, analiziranje, statistika itd.). Najbolj znana urejevalnika preglednic sta gotovo Microsoft Excel (slika 123) iz zbirke Microsoft Office in brezplačni Calc (slika 124) iz zbirke OpenOffice. Zgodovina elektronskih preglednic je podobna zgodovini programov za oblikovanje besedil (slika 125). Prva elektronska oblika preglednice VisiCalc, ki sta jo razvila Dan Bricklin in Bob Frankston leta 1978, predstavlja prvo resnično uspešno aplikacijo tega področja za osebne računalnike. VisiCalc je pripomogel, da so se mnogi ljudje, predvsem poslovneži, odločili za prvi nakup osebnega računalnika. Tudi naslednik Lotus-1-2-3, ki ga je v 80-ih letih (1983) razvil Mitch Kapor, ostaja eden najbolje prodajanih produktov programske opreme vseh časov. Naslednji mejnik v razvoju preglednic predstavlja Microsoftovo orodje Excel, prvotno napisan za računalnike Apple Macintosh (1984–1985), nato pa cela množica vse bolj izpopolnjenih in zmogljivih programov za delo s preglednicami v okolju Windows (npr. MS Excel 5., MS Excel 7.0 za Win 95, MS Excel 9.0 za Office 2000, nato MS Excel 10 za Office XP itd.).

Slika 123. Namizje MS Excel

Slika 124. Namizje programa CALC

Vneseni podatki preglednic so lahko različnih vrst (besedilni, številski, slika, zvok). Polje, ki je na križišču vrstice in stolpca, se imenuje celica (slika 126). Vrstice označujemo s številkami, stolpce s črkami, celice pa s črkami in številkami. Podobno, kot v programih za oblikovanje besedil, je v uporabi preglednic mogoče izbrati obliko, velikost in barvo pisave, obarvati območje, preveriti pravopis, dodati zvočne in grafične elemente in ustvariti dokument za izpis na tiskalniku ali objavo na spletu. Podatke lahko razvrščamo po poljubnih kriterijih in jih filtriramo z namenom, da v izpisih prikažemo le tiste, ki so potrebni za pomenljiv prikaz rezultatov. V posamezno celico tabele lahko vnesemo besedilo, številsko vrednost ali formulo. Za računanje uporabljamo formule in funkcije. Funkcije razvrščamo v skupine, npr. matematične, statistične, finančne, datumske, logične. Urejevalniki preglednic imajo vgrajena tudi številna orodja za analizo podatkov. Vse odvisnosti vnesenih podatkov si računalnik oz. program zapomni in če spremenimo določen podatek v preglednici, se bodo ustrezno spremenili tudi vsi drugi, ki so povezani z njim. Tako zlahka opazujemo vplive večjih ali manjših sprememb na preglednico oz. celoten model. Torej nam preglednice lahko odgovarjajo na vprašanja »Kaj če …?«, zato jih lahko uporabljamo za postavljanje preprostih računalniških modelov oz. simulacij.

Slika 125. Razvoj urejevalnikov preglednic

Slika 126. Pomembnejši objekti preglednic

Ena večjih prednosti uporabe preglednic je tudi enostavna izdelava in oblikovanje različnih vrst grafikonov. Podatke lahko predstavimo npr. s stolpčnimi, črtnimi, krožnimi ali tortnimi in

drugimi oblikami grafikonov. Za vrsto grafikona se seveda odločimo glede na vrsto podatkov, ki jih želimo grafično predstaviti. Elektronske preglednice že omenjenega programskega paketa Microsoft Excel (slika 123) iz zbirke Microsoft Office in odprtokodnega CALC (slika 124) iz zbirke OpenOffice je mogoče uporabljati v povezavi z urejevalniki besedil, s programi za izdelavo predstavitev in drugimi aplikativnimi programi posamezne zbirke. Urejevalniki preglednic omogočajo vnos tako razsežnih tabel, da v praksi do omejitev skoraj ne more priti (npr. v MS Excel več kot 16.000 stolpcev in več kot 1 milijon vrstic, kar je več kot 16 milijard celic). Če vzamemo za primer okno preglednice programskega paketa MS Excel 2010, vidimo niz objektov, ki uporabniku lajšajo delo (slika 123): zavihki na traku z ukazi in ukaznimi gumbi (ti v vsaki skupini izvedejo ukaz ali prikažejo meni z ukazi), naslovna vrstica, vnosna vrstica, statusna vrstica itd. Večino zaslona zajema okno delovnega lista, ki ga imenujemo preglednica. Preglednica oz. delovni list je glavni dokument, ki ga v Excelu uporabljamo za delo s podatki in njihovo shranjevanje. Delovni list je sestavljen iz celic, organiziranih v stolpce in vrstice. Mreža preglednice Excel 2010 obsega na vsakem delovnem listu 1.048.576 vrstic ter 16.384 stolpcev, nanizanih od stolpca A do stolpca XFD. Posamezna preglednica tvori en list v delovnem zvezku (slika 123), v katerem je ob prvem zagonu Excela privzeto število listov, označenih z List1, List2, List3 … Delovne liste enostavno preimenujemo, dodajamo (njihovo skupno število je omejeno s pomnilnikom), spreminjamo njihov vrstni red, jih brišemo itd. V vsakdanjem in poslovnem življenju se pogosto srečujemo s kopico med seboj povezanih podatkov. Dokler je njihov obseg majhen, jih še lahko preprosto spremljamo, ko pa se njihovo število in kompleksnost začneta povečevati, se pojavi potreba po njihovem celovitejšem obvladovanju. Ko še ni bilo računalnikov, so podatke zapisovali v razne obrazce (kartone) in jih shranjevali v kartoteke. Zdaj jih shranjujemo elektronsko v računalniške zbirke podatkov in to z uporabo ustrezenega programskega orodja – programa za delo z bazami podatkov (angl. database) (slika 127). Ti so v današnjem času temelj procesov upravljanja vsakega podjetja, saj nam omogočajo zares veliko stvari: od učinkovitega in varnega shranjevanja ogromnih količin podatkov ter njihove obdelave, pa vse do iskanja, filtriranja in same uporabe le-teh. Brez dobre podatkovne baze nobeno dandanašnje podjetje ne more učinkovito poslovati. Zbirka podatkov v osnovi vsebuje podatke, ki so organizirani tako, da predstavljajo vir informacij pooblaščenim osebam.

Slika 127. Sistemi za delo z bazami podatkov

Tudi zgodovina programske opreme za delo z bazami podatkov je zelo razgibana. Vse se je začelo v zgodnjih 60-tih letih s Charlesom Bachmanom iz General Electric-a, ki je razvil prvi splošno-namenski sistem za upravljanje baz podatkov (ang. Integrated Data Store); sledil je IBM s svojim hierarhičnim podatkovnim modelom (pozna 60. leta) in nato z relacijskim modelom (Edgar Codd - 70. leta). Prvi pomembnejši programski paket za delo z bazami podatkov je gotovo dBase podjetja Ashton-Tate (pozneje Borland), ki je izšel v letu 1980 za mikroračunalnike operacijskega sistema CP/M, nato pa prirejen za Apple II in IBM PC računalnike z OS DOS. Microsoftov Access verzije 1.0 je zagledal luč sveta leta 1992 in hitro prevzel primat med programi za delo z bazami podatkov na osebnih računalnikih; s pojavom Microsoft Office 95 pa Access 95 postane del programskega paketa Microsoft Office Professional, kar velja še sedaj (npr. Access 2010 v MS Office 2010 Professional).

Slika 128. Namizje MS Access

Slika 129. Tabela, poizvedovanje, poročilo

Programi za delo z bazami podatkov omogočajo dvoje: organizirano shranjevanje podatkov in tipična opravila s podatki, kot so iskanje podatkov, združevanje podatkov, statistično obdelavo in izpis poročil, ki temeljijo na podatkih. Najbolj znana paketna programa za urejanje zbirk podatkov sta Microsoft Access iz zbirke Microsoft Office (sliki 128 in 129) in brezplačni Base iz zbirke OpenOffice. Programi za delo z zbirkami podatkov omogočajo učinkovit način shranjevanja velikih količin podatkov. Omogočajo izdelavo, spreminjanje in dopolnitev podatkovnih zbirk. Podatkovne zbirke z njihovo pomočjo preiskujemo oz. na njih poizvedujemo, izdelujemo poročila (slika 129), naredimo statistične obdelave in različne analize. Primer večje zbirke podatkov je npr. register prebivalcev. Vsebuje ime, priimek, rojstne podatke, naslov stalnega bivališča in druge podatke, ki jih o nas vodi država. Seveda pa ni nujno, da so zbirke podatkov tako obsežne. V podjetju je primer zbirke podatkov kadrovska evidenca zaposlenih, v banki podatki o komitentih, v knjižnicah podatki o knjigah in njihovi izposoji itd. Pod pojmom zbirka podatkov razumemo podatke in njihovo organizacijo (sliki 130 in 131). Podatki so v zbirki podatkov organizirani v podatkovnem modelu. Najpogosteje je to relacijski podatkovni model, kjer podatke uvrščamo v tabele, ki si jih lahko predstavljamo kot kartoteke. Te tabele pa so med seboj povezane z vzpostavitvijo relacije (sliki 128 in 129). Relacija med dvema tabelama se vedno vzpostavi preko posebnih polj, ki jim rečemo ključi.

Slika 130. Osnovni podatkovni pojmi

Slika 131. Primer baze podatkov FZV NM

Vzemimo primer (slika 131): imamo zbirko podatkov o študentih: vpisna številka, ime, priimek, naslov in kraj bivanja. Podatki so shranjeni v obliki tabele, se pravi v vrsticah in stolpcih. Stolpce imenujemo polja in vanje shranjujemo isto vrsto podatka (npr. ime); vrstice imenujemo zapisi in vanje vpisujemo vse podatke o istem objektu (v našem primeru podatki o isti osebi). Seveda bistvo zbirk podatkov ni v eni, temveč v več tabelah podatkov, ki jih je mogoče med seboj povezovati. Razen tabele študenti imamo še npr. tabelo učitelji, kjer vodimo različne podatke o predavateljih in tabelo izvedenih predavanj – predmetov (šifra predmeta, ime predmeta, termin izvedbe, število udeležencev…). Razen tega pa bi v to tabelo radi vnesli še predavatelje in udeležence posameznega predmeta. Ker imamo študente že shranjene v zbirki študent, nima smisla v tabelo izvedenih predavanj vnašati vseh podatkov o študentih. Namesto tega vnesemo le njihove šifre. Enako velja za podatke o predavateljih. Tabele medsebojno povezujemo z vzpostavitvijo relacije (slika 129) in s pomočjo ključev. V našem primeru so ključi šifre študentov, predavateljev in predmetov. Bistvo računalniške zbirke podatkov je v enkratnih vnosih istih podatkov. S tem preprečujemo odvečno delo in zmanjšujemo možnosti napak. Kot pripomoček pri predstavitvah s pomočjo računalnika (elektronske prosojnice) se uporabljajo programi za predstavitve (ang. presentation software). S pomočjo računalnika in predstavitvenega programa lahko izdelamo najrazličnejše predstavitve. Njihov temeljni namen je povečati sporočilno moč predstavitve, predavanja ali poučevanja. Primer računalniške predstavitve (ang. slideshare) je prezentacija, ki jo pripravi predavatelj za svoje predavanje. Z njo predavatelj vizualno predstavi informacijo oz. tematiko o kateri govori in tako ojača prenos informacij, krepi razumljivost svojih besed ter daje predavanju širšo razsežnost in nazornost. Najbolj znani programi te vrste zadnjega časa so Microsoft PowerPoint iz zbirke Microsoft Office (slika 132), brezplačni Impress iz zbirke OpenOffice in spletna prezentacijska aplikacija Prezi. Če se opredelimo na MS PowerPoint vidimo, da je bila prva verzija tega programskega paketa izdelana leta 1987 za Aple Mac računalnik (PPoin 1.0), za Windowse pa 1990 leta (PPoint 2.0), leta 1995 je postal PPoint del paketa MS Office 95 (verzija 7.0); sledil je niz vse bolj izpopolnjenih programskih verzij (npr. PPoint 2000, PPoint 2002 (OS WIN XP), PPoint 2007 (verzija 12), PPoint 2010 (verzija 14) itd.).

Slika 132. Primer računalniško podprte predstavitve in namizje MS PowerPoint Programi za izdelavo računalniških prezentacij so v osnovi kombinacija urejevalnikov besedil in programov slikanja. S predstavitvenim programom ustvarimo zaporedje predstavitvenih strani, ki lahko vsebujejo različne elemente: besedila, grafikone, tabele, slike, zvočne zapise in film. To zaporedje predvajamo na zaslonu po vrstnem redu, ki si ga pripravimo vnaprej in ga ne moremo spremeniti (diaprojekcija), ali pa navidezno zaporedno, kjer lahko s krmilnimi gumbi po potrebi strani preskakujemo ali se nanje vračamo. Prosojnica in diapozitiv nista posrečena izraza, a ju vseeno uporabljamo (v uporabi je predvsem diapozitiv). Oba se nanašata na medija, ki ju danes skorajda ne uporabljamo več. To sta grafoskop in diaprojektor, kar je oboje nadomestil računalnik oz. njegovi izhodni napravi: zaslon in LCD projektor. Predstavitveni programi imajo več predlog za izdelavo predstavitve. Uporabnik izbere eno izmed ponujenih možnosti ali si jo oblikuje sam (slika 132). Predloga ima obrazce za naslovno stran in osrednji del, kamor vnašamo vsebino predstavitve (besedilo, tabele, grafikone, slike, zvočne elemente in animacije). Besedilo najpogosteje pišemo v obliki alinej. Uporabimo kratke in jedrnate stavke ali celo nepopolne stavke, ki predstavljajo naslov kratke teme, o kateri govorimo. S predstavitvenim programom je mogoče pripraviti tudi spletno stran. Predstavitve lahko tiskamo. Najpogosteje izberemo tiskanje izročkov, se pravi tiskanje enega ali več diapozitivov na eno stran papirja; poslušalci lahko na izročke pišejo lastne zapiske.

3.2.1 Kratka navodila za oblikovanje in uporabo e-prosojnic Predstavitveni program je lahko učinkovit le, če vemo, kako z njim dobro in pravilno pripraviti predstavitev; v nasprotnem bomo z njim dosegli ravno nasproten učinek (sliki 133 in 134). Vsaka predstavitev ima uvod, jedro in zaključek. V uvodu kratko napovemo bistvo predavanja oz. predstavitve, jedro je osrednji del predavanja, kjer po izbranih korakih predstavimo bistvo problematike oz. e-predstavitve, v zaključku pa kratko povzamemo in strnemo predstavljeno problematiko. Praksa kaže, da pozornost poslušalcev in količina shranjenih informacij narašča, če govorni del podpremo z besedilnim, slikovnim in skrbno izbranim multimedijskim gradivom.

100

Slika 133. Napake pri rabi prosojnic

Slika 134. Pravila dobre predstavitve

Vedno se moramo zavedati, da je predstavitev namenjena poslušalcem in ne avtorju oz. predavatelju. Zato si moramo pri vsaki točki izdelave zastavljati naslednja vprašanja: je vsebina dovolj vidna, je razumljiva, ali predstavitev povečuje sporočilno moč predavanja oz. predstavitve. Prosojnice naj imajo malo besedila. Zavedati se moramo, da prevelika količina besedila na prosojnici preusmeri pozornost s predavatelja na prosojnico oz. da poslušalci velike količine besedila ne morejo hkrati poslušati in brati. Podlaga prosojnice naj bo svetla, besedilo na njej pa temno. Nekateri menijo, da je pomembno le, da sta podlaga in besedilo kontrastna, se pravi, da so sprejemljive tudi svetle črke na temni podlagi (npr. rumene črke na temno modri podlagi). Za tiskanje izročkov je bolje, da so črke na svetli podlagi. Čeprav so raznobarvne podlage lahko navidez privlačne, pa niso priporočljive, saj je na pisanih podlagah besedilo slabo vidno. Za celotno grafično zasnovo prosojnic je zelo pomembna izbira barv. Izbiramo barve, ki so na podlagi dobro vidne in med seboj usklajene (upoštevamo barvni krog - slika 135).

Slika 135. Barvni krog - pravilo izbere barv

Slika 136. Predstavitvena tehnična oprema

Kako dolgo naj se predavatelj zadrži na eni prosojnici, je težko zapisati kot pravilo, ki drži v vseh okoliščinah. Za običajne prosojnice priporočajo 1 do 1,5 minute; predavanja so bolj dinamična, če se slika pred poslušalci ustrezno hitro spreminja, oz. ustrezno spremlja besedilo.

101

Na prosojnicah uporabljajmo razen besedila še grafične elemente. Pregovor pravi, da je slika vredna več kot tisoč besed. Seveda ta trditev ne drži vedno, saj moramo biti pri izbiri in uporabi slik pazljivi; izbiramo le tiste slike, ki natančneje pojasnjujejo in nazorneje prikažejo v besedi in sliki podano vsebino. Slike, le za popestritev predstavitve, ne uporabimo, saj take slike navadno ne izboljšajo njene sporočilne vrednosti, ampak jo lahko celo poslabšajo. Če se poslušalec v mislih ukvarja s sliko, ki s predstavitvijo vsebine ni povezana, ne povzame bistva, ki mu je bila z predstavijo namenjena. Držimo se naslednjega pravila: v predstavitev ne vstavljamo raznih brezpomembnih sličic in okraskov, temveč le pomenljive grafične elemente (npr. z besedilom povezane grafikone, slike, animacije, video posnetke itd.). Besedila na prosojnici morajo biti jezikovno pravilna. Priporočljivo je, da pri izdelavi vklopimo preverjanje pravopisa. Zavedati se moramo, da so napake za poslušalce moteče in dajejo slab vtis o predavatelju! Za izvedbo dobre računalniške predstavitve, ob dobri programski opremi in po vseh, zgoraj naštetih pravilih priprave prosojnic in predstavitve, potrebujemo tudi ustrezno tehnično opremo (slika 136), med katero je ustrezen računalnik (stacionarni, prenosni, tablični...), dovolj veliko in kvalitetno projekcijsko platno, kvaliteten LCD projektor in laserski kazalnik, po možnosti tudi krmilna miška (daljinsko preklapljanje med prosojnicami).

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI: o o o o o o o o o o o

uporabniška programska oprema, splošno-namenska in specializirana oz. aplikacijska uporabniška programska oprema, programi za oblikovanje besedil, programi namiznega založništva, programi za delo s preglednicami, celica, formule, funkcije, grafikon, delovni list, programi za delo z bazami podatkov podatek, polje, zapis, relacije, ključi, programi za predstavitve, navodila za oblikovanje in uporabo prosojnic, tehnična oprema za uporabo predstavitvenih programov.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Kaj je računalniški program in kaj programska oprema? 2. Opredelite razliko med sistemsko in uporabniško programsko opremo. Navedite primere le teh iz vašega delovnega okolja. 3. Opredelite razliko med splošno-namensko in specializirano – aplikativno uporabniško programsko opremo. 4. Naštejte osnovna opravila, ki jih vsebujejo programi za oblikovanje besedil. 5. Pojasnite, kako oblikujemo daljše dokumente, kot je npr. ta učbenik. Upoštevajte: oblikovanje s slogi, izdelavo kazal, vstavljanje opomb, vstavljanje in podnaslavljanje slik, glavo, nogo … 6. Navedite praktične primere uporabe programov za oblikovanje besedil za področje zdravstva – zdravstvene nege. 7. Zakaj uporabljamo programe namiznega založništva? 8. Naštejte tipična opravila, ki jih izvajamo s pomočjo urejevalnikov preglednic.

102

9. Navedite praktične primere uporabe preglednic za področje zdravstva – zdravstvene nege. 10. Kaj so formule in kaj funkcije (na področju dela z urejevalniki preglednic)? 11. Kako izdelamo grafikon? Kakšne vrste grafikonov imamo na voljo? Za prikaz katere vrste podatkov bi uporabili posamezno vrsto grafikona? 12. Kaj je zbirka podatkov? Naštejte tipične primere zbirk podatkov v zdravstvu – zdravstveni negi. 13. Pojasnite vlogo datotek in map. Kako jih urejamo (kaj vse z njimi počnemo)? 14. Zakaj je pomembno shranjevanje podatkov, kako jih shranjujemo, kje jih shranjujemo? 15. Naštejte in razložite osnovne podatkovne pojme! 16. Kaj predstavljajo pojmi: polje, zapis, relacija, ključ? 17. Kdaj uporabiti urejevalnik preglednic in kdaj programe za urejanje baz podatkov (na primeru zdravstva)? 18. Naštejte tipična opravila, ki jih izvajamo s pomočjo programa za računalniške predstavitve. Navedite praktične primere njihove uporabe v zdravstvu – zdravstveni negi. 19. Kateri izraz bolje okarakterizira osnovni element programov za predstavitve: prosojnica ali diapozitiv? 20. Kaj je izroček? 21. Kaj je barvni krog in zakaj ga kaže upoštevati? 22. Naštejte najpogostejše napake pri rabi e-prosojnic. 23. Naštejte pravila, kako narediti dobro predstavitev. 24. Naštejte tehnično opremo, ki je potrebna za kvalitetno izvedbo predstavitev.

3.3 SPECIALIZIRANA OZ. APLIKACIJSKA UPORABNIŠKA PROGRAMSKA OPREMA

porabniška programska oprema (UPR) je namenjena končnim uporabnikom in reševanju specifičnih problemov uporabnika ali pa pomoči uporabniku pri delu, izobraževanju in zabavi. V osnovi jo delimo na (slika 115):  splošno-namensko uporabniško programsko opremo in  specializirano oz. aplikacijsko uporabniško programsko opremo.

Kot smo že povedali, med specializirano oz. aplikacijsko uporabniško programsko opremo spadajo programi, ki rešujejo specifične probleme uporabnikov (npr. izračun plač, vodenje poslovanja, grafične programe, programe zabave itd.) oz. programi za specifično uporabniško okolje (npr. zabava – igre, multimedija, izobraževanje, programska okolja – orodja itd.). Pišejo jih programerji ali pa tudi končni uporabniki sami; v večini primerov so pripravljeni za ožji krog uporabnikov. Če smo malce natančnejši, lahko specializirano oz. aplikacijsko uporabniško programsko opremo delimo v vsaj dve večji skupini, in sicer: • splošno specializirano uporabniško programsko opremo (npr. UPR za računalniško grafiko, multimedijo, spletne pregledovalnike, zabavo, izobraževanje, statistiko, matematiko itd.) in • ožje specializirano uporabniško programsko opremo (npr. UPR za e-poslovanje, knjigovodstvo, krmiljenje sistemov, e-trgovina, e-zdravstvo itd. ). Oglejmo si nekaj primerov najpogostejše programske opreme te vrste. 103

3.3.1 Splošno specializirana uporabniška programska oprema Zelo pogosto se uporabljajo programi za delo z grafiko, zato pričnimo z njimi. V osnovi obstajata dve vrsti programske opreme oz. programov namenjenih za delo z grafiko (slika 137). Prvi so preprostejši programi za risanje oz. programi slikanja (ang. paint programs) oz. programi za delo z bitnimi (rastrskimi) slikami (npr. MS Slikar, PhotoPaint, PaintShopPro, Adobe Photoshop itd.); grafika oz. slike te vrste so sestavljene iz posameznih pik oz. pikslov (ang. pixel). V datoteki programa so shranjeni podatki o vsakem pikslu, vključno z njegovim položajem in barvo. Vsi piksli so enako veliki, število pikslov v sliki pa določa njeno kakovost: večje število pikslov pomeni ostrejšo sliko. Slike z veliko piksli zahtevajo veliko prostora na spominskem elementu (npr. disku) in več časa za prikaz. Programi slikanja (npr. Slikar v MS Windows - slika 138) omogočajo izdelavo nezahtevnih risb in njihovo preoblikovanje. Z njimi lahko posamezne dele risbe premikamo, večamo in manjšamo, zrcalimo, polnimo z izbrano barvo itd. Za risanje uporabljajo navidezno »pero« ali »čopič«, ki ga lahko premikamo s posebnim peresom (za primer grafičnih tablic) ali pa kar z miško. S pomočjo oken izbiramo med različnimi barvami in različnimi opravili, kot npr. preslikavami, kopijami, povečavami, rotacijami, polnjenji z barvo ali vzorci, spremembami prosojnosti itd. Omogočajo tudi vstavljanje besedila, z večjim ali manjšim naborom funkcij pa tudi spreminjaje že narejenih slik, njihovo obrezovanje, izrezovanje, izboljšanje svetlobnih učinkov, kontrasta itd. Prednost teh programov je v tem, da je z njihovo pomočjo mogoče sorazmerno enostavno izvesti množico foto realističnih učinkov (senčenje, osvetljevanje, manipulacije določenih območij slike …), saj ima vsaka točka določeno barvo, osvetlitev itd., ki jo lahko ustrezno spreminjamo; njihova pomanjkljivost pa je v tem, da delo z rastrskimi slikami zahteva precejšnje količine delovnega pomnilnika, pa tudi prostora na disku; njihova velikost je lahko nekaj 10 MB do celo 100 MB in več.

Slika 137. Bitna in vektorska grafika

Slika 138. Namizje programa MS Slikar

Druga vrsta programov je namenjena delu z vektorsko grafiko – t.i. programi risanja (ang. draw programs); namesto z množico obarvanih točk - pikslov imamo tukaj opraviti s predmeti ali objekti. Predmeti oz. krivulje, iz katerih so sestavljeni, so predstavljeni s pomočjo geometričnih formul oz. matematičnih izrazov. Prednost vektorske grafike je v tem, da se kakovost slike pri povečavi ali pomanjšavi ohranja, saj so predmeti opisani s pomočjo geometričnih formul, ki jih pri povečavah matematično spreminjamo. S pomočjo te

104

programske opreme običajno ustvarjamo zahtevnejše risbe, kot npr. tehnične risbe, načrte (npr. Adobe Illustrator, Corel Draw, OpenOffice Draw) itd. V skupino programov risanja spadajo tudi programi za računalniško podprto oblikovaje (ang. CAD - Computer Aded Design - računalniško podprto konstruiranje, kot npr. AutoCad, Google SketchUp, PunchHome AS4000, Home Design itd.). Značilnosti teh programov si oglejmo na primeru programa AutoCad, ki je dokaj znan in uporabljan program tudi za PC računalnike. V osnovi je računalniško podprt sistem za 2D načrtovanje, 3D modeliranje in izdelavo vizualizacij. Omogoča vse potrebne operacije za izdelavo grafičnih projektov: risanje, popravljanje, tiskanje, izmenjavo datotek s sodelavci itd.; predstavlja tudi osnovo za različne specializirane nadgradnje. Uspešno ga uporabljajo arhitekti, strojniki, aranžerji, elektroinženirji, skratka vsi, ki pri svojem delu izdelujejo tehnične risbe. Lahko so preproste skice ali pa načrti za hiše, instalacije, načrti za tiskana vezja, diagrami poteka, organigrami, zemljevidi ali kompleksne strukture v treh dimenzijah. AutoCad obdeluje risbe in načrte podobno kot urejevalnik besedil tekste. Risbe poljubnih velikosti lahko rišemo in popravljamo neposredno z določanjem točke na zaslonu. Točko premikamo z miško ali peresom (grafična tabla). Risbe lahko shranimo na disk, jih izrišemo na risalnik ali tiskalnik v poljubni velikosti ali merilu. Lahko pa jih uporabimo kot sestavine novih risb. Tako na primer arhitekt pri načrtovanju sobe nariše le en element (npr. stol), potem pa ga kot grafični objekt premika po sobi, dokler ne doseže želene lege. Naslednji elementi so lahko le kopija prvega, prestavljeni na ustrezno mesto in v izbrani velikosti. Če mu pogled na sobo ni všeč ali v grafičnem smislu premalo prikaže, jo lahko zavrti za ustrezen kot, poveča, pomanjša itd. Glede na povedano lahko zaključimo, da so programi slikanja učinkovitejši za »umetniška« ustvarjanja in izdelavo naslovnih in drugih zaslonov, programi risanja pa so primernejši za tehnične risbe in njihovo izrisovanje na različne izhodne naprave (tiskalnik, risalnik itd.). Programi za delo z zvokom (slika 139) omogočajo snemanje zvoka, razrez zvoka, brisanje ter vstavljanje različnih zvočnih elementov in efektov. Prav pri obdelavi zvoka se pokažejo ogromne prednosti uporabe računalnika in digitalnega zapisa zvoka. Računalnik zna s pomočjo dobrega programa za obdelavo zvoka ob osnovnih funkcijah tudi vizuelno predstaviti posneti zvok pri različnih faktorjih povečave, omogoča postopen pregled signala do vzorca natančno (slika 139), samodejno iskanje po določenih kriterijih, nedestruktivno urejanje, simulacijo analognih naprav, shranjevanje delno urejenega materiala, sintezo zvoka itd. Večino naštetega je zelo uporabno tudi na medicinskem področju.

Slika 139. Programi za delo z zvokom

105

Za neprofesionalno - domačo uporabo programov za delo z zvokom najdemo v klasični prodaji in na spletu vrsto programskih orodij, kot npr. Audacity (slika 139 - eden najbolj uporabnih in najenostavnejših brezplačnih programov za urejanje zvoka; idealen je tako za snemanje, kot tudi za dodajanje učinkov zvočnim posnetkom in njihovo urejanje z odličnim preglednim vmesnikom), DJ Audio Editor, Power Sound Editor, Wavosour, Ardour, AVS Media Player, itd. Večina od teh omogoča uporabo različnih filtrov, ustvarjanje lastnih učinkov, urejanje zvočnih posnetkov, pretvorbo različnih zvočnih formatov (npr. v MP3, WAV, AAC, WMA itd.), filtriranje motenj, zapisovanje in presnemavanje CD in DVD-jev itd. Programi za delo z video posnetki - so programi s katerimi lahko zajemamo in obdelujemo video posnetke ter jih nato preglejujemo (sliki 140 in 141). Pri obdelavi video posnetkov na računalniku je seveda moč računalnika zelo pomembna. Močnejši in hitrejši je računalnik, lažje in hitreje bomo video posnetke obdelali še posebej, če gre za posnetke v HD kvaliteti. Za obdelavo le-teh bomo potrebovali resnično zmogljiv računalnik z ogromno prostora na diskih in seveda čim kvalitetnejšo programsko opremo (npr. Adobe Premiere – slika 140).

Slika 140. Program za obdelavo videa

Slika 141. MS Movie Maker

Ko imamo posnetke v digitalni obliki na računalniku in izbran program za obdelavo, se lahko lotimo dela. Vsem programom za obdelavo videa je značilno, da delujejo po podobnem principu: v program najprej uvozimo eden ali več posnetkov, ki jih nato v smiselnem zaporedju dodajamo na trak, kjer lahko dodamo tudi napise, glasbo in izbrane efekte (slika 140). Ko dobimo končno podobo, ki nam je všeč, vse skupaj shranimo kot nov posnetek ali naredimo DVD. Seveda v praksi ne gre vse tako enostavno še posebej, če želimo dobiti dober in kvaliteten končni izdelek. Na tržišču je veliko plačljivih namenskih programov, a za občasno neprofesionalno - domačo rabo bodo dovolj dobri že nekateri, ki jih je na spletu moč dobiti brezplačno. Med trenutno dokaj priljubljenimi so: Windows Movie Maker (izredno preprost za uporabo, z dobro uporabniško podporo in vmesnikom - slika 141), VirtualDub (odprtokodni urejevalnik, ki brez dodatkov zmore v polnosti obdelovati le AVI datoteke), Avidemux (omogoča osnovne operacije in podpira več vrst zapisov video posnetkov, od AVI pa do MPG4 in ASF), Jashake (eden boljših in bolj zmogljivih brezplačnih urejevalnikov, ki deluje tako na Linuxu kot tudi na Mac OS in Windowsih), Lightworks (izmed vseh opisanih še najbolj zmogljiv, a namenjen zahtevnejšim uporabnikom) itd.

106

Programi za zabavo - računalniške igre (slika 142) - v osnovi so vrsta videoiger, ki jih poganjajo osebni računalniki. Na voljo je veliko raznovrstnih računalniško nadzoro-vanih iger, ki v zadnjem času zahtevajo napredno strojno opremo, še posebej hitre procesorje, ki omogočajo hitro animirano grafiko in kvaliteten sintetiziran zvok. Prve računalniške igre segajo v zgodnja šestdeseta leta; bile so enostavne po vsebinski in grafični zasnovi. Današnje igre so animacijsko in multimedijsko izredno dovršene in realistične (3D), saj v večini temeljijo na realistični fiziki gibanja in realistični grafiki. V osnovi jih delimo na:

Slika 142. Vrste računalniških iger 

Arkadne igre - so med najstarejšimi in najpogostejšimi. Podobne so igram na igralnih avtomatih (običajno gre za streljanje na določene objekte ali sovražnika, plezanje, skakanje, tekanje itd.). Igralec potrebuje dobre okolo-motorične sposobnosti, natančnost, spretnost in hitro razmišljanje; značilen zanje je prvooseben ali pa tretjeoseben pogled. Posebno privlačne so v zadnjem času kombinirane igre, ki so nekakšna kombinacija arkadne igre in pustolovščine, saj se zgolj arkadnih iger igralec kmalu naveliča.  Pustolovščine - so dokaj zanimive igre tudi za starejše uporabnike, saj je pri njih igralec postavljen v neko zgodbo, ki ga vodi v razburljivih, običajno zgodovinskih ali fantazijskih svetovih. Pravila, za razliko od arkadnih iger (kjer jih že poznamo) odkrivamo med samim igranjem. Z računalnikom komuniciramo v enostavnih stavkih, ki jih razume ali ne in nanje odgovarja. Preden pridemo na cilj, moramo premagati številne ovire, za kar je potrebno kar precej časa pa tudi znanja in vztrajnosti. Posebno zanimive igre te zvrsti so opremljene tudi z bolj ali manj zahtevno grafiko in multimedijo.  Simulacijske igre - so igre, ki simulirajo določene aktivnosti iz realnega ali fantazijskega sveta; so manj številne, čeprav po njih radi segajo mladi in mlajši po srcu. Prve simulacijske igre so bili simulatorji za letenje, ki so se razvili iz prvih simulatorjev za učenje pilotov. Za njimi so se pojavili simulatorji za letenje s helikopterjem, vesoljskim vozilom, za vožnjo z avtomobilom ali pa dirkalnim avtomobilom, motorjem, kolesom, ladjo, podmornico ipd. Igralec navadno vidi pokrajino in vse potrebne instrumente za kontrolo in vodenje. Avtorji teh iger si prizadevajo ustvariti čim bolj natančno grafiko, 107

ki je v zadnjem času skoraj popolnoma enaka realnemu svetu in s tem igralcu ponudi okolje navidezne resničnosti. Posebna zvrst teh iger so tudi športne simulacije (igranje nogometa, golfa, tenisa itd.).  Strateške igre - mednje sodijo tradicionalne strateške igre, kot. npr. igranje šaha, kart, domin itd. ali pa strateško zahtevnejše igre (npr. zgodovinsko razvojne igre, razvojno civilizacijske oz. sociološke igre, državniško zasnovane igre itd.), pri katerih mora igralec pazljivo in preudarno razmisliti in določiti potek igre, ki mu zagotavlja napredek in končno zmago; pri tem mora pametno upravljati npr. z naravnimi viri (kamen, les, kovine...), načini gradnje (hiš za delavce, trdnjave, obzidja za mesta itd.), uriti in vzdrževati vojske za pridobivanje teritorijev ali obrambo itd. V zadnjem času se računalniške igre pojavljajo na vseh računalniških platformah, kot npr. na mobilnih telefonih, osebnih računalnikih, internetu in na igralnih konzolah. Njihovi uporabniki niso le otroci, temveč to postaja obsežna večgeneracijska globalna populacija. Namen računalniških iger je predvsem razvedrilo. Težava pa je v tem, da je meja med tem, ko jih igramo za zabavo in sprostitev ter stanjem zasvojenosti, zelo tanka. Umikanje v neresnični, virtualni svet pa je lahko zelo nevarno, še posebej za otroka. O računalniški zasvojenosti lahko govorimo, ko aktivnost na računalniku postane moteča in preseže okvire normalnega, potrebnega in koristnega, ko otrok ali mladostnik večino prostega časa preživi pred računalnikom in zaradi tega zanemarja druga področja svojega delovanja, svoje interese, prijatelje, družino, učenje itd. Prvi znaki zasvojenosti so spremembe razpoloženja, kot npr.:  razdražljivost,  odrezavost,  nezbranost,  nepripravljenost na komunikacijo,  pozabljanje dolžnosti itd. Poleg slabšega razpoloženja in samonadzora ima pretirano igranje računalniških iger tudi druge posledice še posebej na duševno zdravje mladostnikov, ki se v zadnjih letih slabša, zato je zelo pomembno, da se osveščanju staršev, učiteljev in mladostnikov ter krepitvi duševnega zdravja v prihodnje nameni več pozornosti. Spletni pregledovalniki in iskalniki; svetovni splet sestavlja ogromno število spletnih strežnikov, ki omogočajo pregledovanje praktično nepregledne količine spletnih dokumentov. Svetovni splet deluje po načelu odjemalec - strežnik. Odjemalec in strežnik med seboj komunicirata po protokolu HTTP (ang. Hypertext Transfer Protocol). Odjemalec (ang. client) je pregledovalnik za svetovni splet. Z miškinim klikom na hiperpovezavo v dokumentu odjemalec sproži zahtevo, ki se po protokolu HTTP prenese na strežnik, na katerem je nameščen želeni dokument. Strežnik odgovori na zahtevo tako, da odjemalcu pošlje dokument ter prekine komunikacijsko povezavo. Glede na povedano je spletni pregledovalnik (brkljalnik - ang. browser) program, ki ustrezno predstavi Html dokument, ki nam ga posreduje spletni strežnik. Najpogostejši spletni pregledovalniki so: Mozilla Firefox, Opera , Google Crome, Microsoft Internet Explorer (slika 144) itd. V spletu je veliko spletnih strani z določenimi informacijami; problem je, kako učinkovito in hitro te informacije najti. Zato se v spletu uporabljajo spletni iskalniki - iskalni stroji, torej programi, ki iskalniku oblikujejo veliko podatkovno zbirko spletnih naslovov in zato omogočajo hitro iskanje po tej podatkovni bazi. Rezultat iskanja so spletni naslovi s kratkimi opisi strani, ki ustrezajo iskalnemu pogoju, vnesenemu v iskalnik. Za oblikovanje in posodabljanje podatkovne zbirke spletnih naslovov spletni iskalniki uporabljajo posebne 108

programe, kot so spletni pajki (ang. Spiders) in spletni roboti (ang. Web Robots) itd. Med najbolj poznanimi iskalniki so gotovo Google.com, Yahoo.com, Metacrawler.com, Najdi.si itd. Iskalniki podpirajo različne načine iskanja informacij v spletu. Nekateri omogočajo le enostavnejše tehnike iskanja na osnovi ključne besede, drugi pa tudi napredne z uporabo Boolovih operatorjev. Posebna oblika iskalnikov so meta iskalniki, ki našo poizvedbo hkrati pošljejo na več iskalnikov. Meta iskalniki nimajo lastne podatkovne baze indeksov spletnih strani; dobljene rezultate združijo. Dobra lastnost takšnih iskalnih strojev je, da najdejo tudi manj pogoste vsebine. Zaradi obširnosti podatkov običajno ne vrnejo vseh zadetkov, ampak samo najbolje rangirane.

Slika 143. Spletni pregledovalnik MS Internet Explorer

Slika 144. Programi za statistične obdelave

Programi za statistične obdelave in analize (slika 144). Statistika je veda, ki proučuje množične pojave in se ukvarja z zbiranjem, predstavitvijo, analizo in interpretacijo podatkov. Bistvo statistične analize in statističnih testov (inferenčne statistike) je sklepanje iz vzorca na populacijo. Statistična analiza podatkov je ena izmed pomembnih aktivnosti na vseh področjih raziskovanja, tako na področju družboslovja, poslovanja, medicine in zdravstva itd. V teh sistemih se pogosto uporablja, kadar želimo analizirati določeno količino podatkov ali se morda osredotočiti zgolj na en vidik posameznega procesa, iskati povezave in soodvisnosti ipd. Običajno se izvaja na podlagi že zbranih podatkov oz. z zbiranjem podatkov z anketnimi vprašalniki. Pri tem in seveda v vseh drugih aktivnostih statističnih obdelav nam v zadnjem času zelo pomagajo računalniški sistemi. Obstaja velika količina računalniških statističnih programov, kot npr. SPSS, PSPP, PASW, MATLAB, UNISTAT, 1KA itd. Med njimi je gotovo najbolj znan program SPSS (ang. Statistical Package for the Social Sciences), ki vsebuje ogromno funkcij in modulov, ima pa dve pomanjkljivosti: visoka cena in licenčna osnova (omogoča le najem programa). Njemu dokaj podoben je prosto dostopni odprtokodni program PSPP, ki prav tako omogoča širok nabor statističnih analiz, od elementarne statistike, testiranja hipotez do faktorske analize in še več. V zadnjem času pa so vse pogosteje uporabljajo programi za spletno anketiranje, ki ga pri nas poznamo pod imenom 1KA (1 Klik Anketa – slika 144); je odprtokodna aplikacija ki združuje tri komponente:  podporo za razvoj, izdelavo in oblikovanje spletnega vprašalnika,  izvedbo spletne ankete, torej podporo vabilom v anketo in zbiranju podatkov ter  statistično analizo zbranih podatkov in procesno analitiko.

109

Spletno anketiranje je razmeroma novo področje anketne metodologije. Prva anketa po internetu je bila namreč izvedena sredi 80-ih let, in sicer je šlo za anketo po e-pošti. Leta 1994 je bila izvedena prva večja anketa z vprašalnikom na spletu, po letu 2000 pa smo bili priča pravemu razmahu spletnih anket. Spletno anketiranje je torej način anketnega zbiranja podatkov, pri katerem je vprašalnik posredovan in izpolnjen preko svetovnega spleta. Anketiranec v spletni anketi sodeluje z uporabo spletnega brskalnika. Spletni vprašalniki navadno temeljijo na jeziku HTML, uporabljajo pa se tudi bolj sofisticirane tehnologije, kot so PHP, JavaScript ali celo Flash, ki omogočajo veliko interaktivnost. Področja, na katerih se najbolj pogosto uporabljajo spletne ankete, so:  raziskovanje,  trženjske raziskave in raziskave javnega mnenja,  merjenje zadovoljstva uporabnikov določenih storitev,  ocenjevanje spletnih strani,  anketiranje v podjetjih in ustanovah itd. Prednosti spletnega anketiranja:  Nižji stroški - v primerjavi z anketiranjem po pošti ni stroškov tiskanja, papirja, kuvert, poštnine in drugih administrativnih stroškov. V primerjavi z anketiranjem na papirju ni pregledovanja in vnosa podatkov; pri raziskavah, kjer je potreben anketar (terensko ali telefonsko anketiranje), pa se izognemo tudi stroškom anketarja.  Hitrost zbiranja podatkov.  Računalniško podprto zbiranje podatkov - računalniško podprto zbiranje podatkov raziskovalcem omogoča, da hitreje dostopajo do bolj kakovostnih podatkov. Sprotno vnašanje odgovorov v bazo tako odpravi čas potreben za ročno vnašanje podatkov ter s tem povezane napake in stroške tega dela.  Multimedijske vsebine v anketah - številne multimedijske vsebine (slike, zvoki, animacije, filmi ipd.) so lahko uporabljene v spletnih anketah. Te lahko natančneje prikažejo predmet raziskave in s tem pritegnejo anketirance, seveda pa lahko nastane problem pri anketirancih s slabšo strojno in programsko opremo ter slabšo povezavo do Interneta.  Enostavnost izvajanja anket - pri preprostih anketah ni potrebno posebno računalniško znanje, saj obstajajo uporabnikom prijazni programski paketi pomoči za izdelavo le teh.  Časovne in geografske omejitve - ankete je možno izpolnjevati kateri koli dan ob kateri koli uri, zato se anketarju ni potrebno prilagajati prostim trenutkom, ki jih imajo na voljo potencialni anketiranci. Prav tako velja isto za geografske omejitve, saj je dostop do spletne strani, kjer se nahaja vprašalnik, mogoč praktično po vsem svetu.

3.3.2 Ožje specializirana uporabniška programska oprema Programska oprema te vrste je v osnovi vezana na pojme e-poslovanje, e-krmiljenje sistemov, e-trgovanje, e-uprava, e-zdravstvo itd. Osnova vsega je torej e-poslovanje elektronsko poslovanje, ki temelji na elektronskem procesiranju in prenašanju podatkov. Podjetja in ustanove lahko na različne načine komunicirajo z dobavitelji in odjemalci. Obstaja tudi elektronsko poslovanje med različnimi podjetji in posamezniki (npr. elektronsko bančništvo), med posameznikom in različnimi državnimi ustanovami (npr. e-uprava) itd.

110

Prehod podjetij na elektronsko poslovanje pomeni krajši čas določenih operacij, pomeni pa tudi natančnejše in lažje dostopne informacije o stanju podjetja.

Slika 145. Primeri ožje specializirane programske opreme na področju zdravstva. Vsa področja e-poslovanja potrebujejo za svoje delovanje ustrezno ožje specializirano programsko opremo. Kot primer iz področja zdravstva omenimo ožje specializiran programski paket WebDoctor (slika 145); sestavljen je iz več modulov, ki pokrivajo določene zaokrožene funkcionalne celote e-zdravstva. V osnovi so vezane na vodenje bolnika, diagnostiko in terapijo ter vodenje zdravljenja, v ožjem smislu pa na postopke registracije bolnika, uporabe elektronske zdravstvene kartoteke, administracije, čakalne liste itd., na nivoju ambulant, hospitala, kirurgije, radioterapije, patologije itd. Ta primer jasno kaže na strukturo in zelo ozko specializiranost te uporabniške programske opreme, ki pa si jo bomo v posebnem poglavju (e-zdravstvo) še podrobneje ogledali!

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:               

splošno-namenska uporabniška programska oprema, specializirana oz. aplikacijska uporabniška programska oprema, splošno specializirana uporabniška programska oprema, ožje specializirana uporabniška programska oprema, programi za delo z grafiko, programi slikanja (ang. paint programs) - programi za delo z bitnimi (rastrskimi) slikami, MS Slikar programi risanja (ang. draw programs) – programi za delo z vektorsko grafiko, programi za računalniško podprto oblikovaje (ang. CAD), AutoCad, Google SketchUp, programi za delo z zvokom, programi za delo z video posnetki, MS Movie Maker, programi za zabavo - računalniške igre, arkadne igre,

111

       

igre pustolovščine, simulacijske igre, strateške igre, izobraževalne igre, zasvojenost z računalniškimi igrami, spletni pregledovalnik (brkljalnik - ang. browser), spletni iskalniki - iskalni stroji, programi za statistične obdelave in analize,  spletno anketiranje,  1KA, SPSS, PSPP.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Opredelite razliko med splošno-namensko uporabniško programsko opremo in specializirano oz. aplikacijsko uporabniško programsko opremo. Navedite primere leteh iz vašega delovnega okolja. 2. Opredelite razliko med splošno specializirano uporabniško programsko opremo in ožje specializirano uporabniško programsko opremo. Navedite primere le-teh iz vašega delovnega okolja. 3. Opredelite razliko med programi slikanja in programi risanja. Navedite primere. 4. Kaj je prednost in kaj slabost programov slikanja (ang. paint programs) - programov za delo z bitnimi (rastrskimi) slikami? 5. Kaj je prednost in kaj slabost programov risanja (ang. draw programs) - programov za delo z vektorsko grafiko? 6. Kaj razumemo pod pojmom CAD - Computer Aded Design? 7. Pojasnite značilnost in uporabnost programov za računalniško podprto oblikovaje. Poznate kak tak program? 8. Pojasnite značilnost in uporabnost programov za delo z zvokom. Poznate kak tak program? 9. Pojasnite značilnost in uporabnost programov za delo z video posnetki. Poznate kak tak program? 10. Naštejte in kratko opišite osnovne zvrsti računalniških iger. 11. Pojasnite, kaj je zasvojenost z računalniškimi igrami in kaj so znaki le-te. 12. Opredelite razliko med spletnimi pregledovalniki in spletnimi iskalniki. Navedite primere le-teh iz vašega delovnega okolja. 13. S pomočjo spleta naštejte in kratko opišite najpomembnejše funkcije spletnih pregledovalnikov. 14. Kaj so iskalni stroji, kaj spletni pajki in kaj spletni roboti? 15. Pojasnite značilnost in uporabnost programov za statistične obdelave in analize. Poznate kak tak program? 16. Kaj je spletno anketiranje? Katere so osnovne komponente teh programov? 17. Naštejte in kratko opišite področja pogoste uporabe spletnega anketiranja. 18. Naštejte in utemeljite prednosti spletnega anketiranja. 19. Naštejte in utemeljite slabosti spletnega anketiranja. 20. Kje bi lahko uporabili program spletnega anketiranja v toku študija in pozneje na delovnem mestu? 21. Pojasnite značilnost in uporabnost ožje specializirane uporabniške programske opreme. Poznate kak tak program iz vašega (bodočega) delovnega področja?

112

3.4. PROGRAMIRANJE IN PROGRAMSKI JEZIKI

porabniška programska oprema je že tako razvita, da omogoča reševanje skoraj vseh problemov, na katere naletijo računalniški uporabniki različnih področij. Za pomembnejša tehnična ali poslovna področja je napisanih tudi po več različic programske opreme. Toda za podrobnejše, zelo specifične naloge je še vedno potrebno pripraviti poseben program. Če ga hočemo narediti, moramo poznati določene postopke in imeti vsaj osnovno znanje o programiranju. Kaj je torej program? To je niz logično povezanih ukazov, instrukcij, ki računalniku zapovedujejo, kako naj obdela določene podatke, da bo rešil konkreten problem. Postopkom izdelave programov pa pravimo programiranje. Računalniško programiranje je torej dejavnost, katere cilj je ustvarjanje novih računalniških programov ali njihovih sestavnih delov na temelju določenih pravil. Med programiranjem naletimo na več stopenj; najprej je treba nalogo opredeliti, jo razčleniti in najti rešitev, nato pa jo preverjeno zapišemo v obliki in jeziku, ki ga razume računalnik. Seveda s tem delo še ni končano, saj so potrebna še dodatna preverjanja, pregled in testiranje programa. Šele nato ga lahko varno shranimo na določeni element zunanjega spomina. Glede na vse to je za programiranje potrebno poznati simbolične ukaze, pravila pisanja programa, nalogo pa je treba tudi analizirali. Programiranje obsega torej več stopenj, in sicer: 1. opredelitev - specifikacija oz. opis problema, 2. razčlenitev - analiza problema, 3. načrtovanje algoritma, 4. kodiranje oz. implementacija programa, 5. preizkušanje in vzdrževanje programa. Pa si malce podrobneje poglejmo te stopnje!

3.4.1 Opredelitev in razčlenitev problema Prvi pogoj za reševanje problema z računalnikom je, da problem oz. nalogo v celoti in popolnoma razumemo; to pomeni, da jo znamo na kratko z besedami podrobno opisali. Zato je prvi korak pri reševanju kakega problema kar začetni opis, v katerem povemo predvsem, KAJ je potrebno narediti, torej jasno oblikujemo bistvo problema. Takoj zatem je treba nalogo opredeliti, to je določiti, katere podatke potrebujemo in jih obdelujemo, kje jih dobimo, kako si jih zapomnimo, kako jih prepoznamo, kam jih shranimo, koliko jih je, kakšne operacije bomo z njimi opravljali (računske ali druge), kako bomo izrazili rezultat in kako ga bomo oblikovali. Šele, ko je začetna opredelitev problema končana, ko je torej povsem jasno, KAJ je potrebno narediti, pričnemo postopek razčlenjevanja, to je, KAKO narediti. Imenujemo ga načrtovanje rešitve problema. Bistvo tega dela je razgrajevanje problema na niz zaporednih majhnih korakov - postopkov, tako imenovanih neodvisnih podproblemov. Seveda je potrebno vsak tak korak sproti preverjati, da se izognemo napakam, ki se rade vrinejo. Ko opravimo razčlenitev in ko menimo, da že poznamo rešitev problema, posamezne neodvisne podprobleme sestavimo v celoto in preverimo, če so ustrezni, prilagojeni reševanju z računalnikom, in zares najboljši. A ves postopek poteka še v okviru besednega izražanja, čeprav si lahko pomagamo tudi z besednim zapisom ali pa z dogovorjenimi (ali tudi lastnimi) grafičnimi simboli. Toda o tem več pozneje.

113

Opisani postopek razreševanja problema ima v računalništvu tudi svoje ime; pravimo mu strukturirano programiranje ali sistematično razgrajevanje, ki je nepogrešljivo zlasti pri reševanju zapletenejših problemov. Tak način dela je dokaj razširjen v vsakdanjem življenju, saj predstavlja najenostavnejši način reševanja problemov oz. nalog (slika 146) . Vsaki nalogi lahko določimo še manjše in ožje podnaloge. To delamo toliko časa, dokler ne pridemo do nalog, ki jih lahko razrešimo brez težav. Slika 146. Opredelitev in razčlenitev problema Vsak podproblem ali podnaloga se torej sestoji iz enostavnejšega niza instrukcij. Sistematično razgrajevanje običajno teče po tako imenovani drevesni razgradnji »od zgoraj navzdol«, to je od splošnega in zapletenejšega k ožjemu in enostavnejšemu. Za ponazoritev bi bilo primerno opredeliti kak primer, ki ne bi bil povezan le z računalništvom in programiranjem. Naslov teme problema oz. naloge naj bo npr. Letovanje na morju. K temu »težavnemu« opravilu spadajo podproblemi (ali kot jim v računalništvu pravimo tudi podprogrami ali moduli):  priprava avtomobila,  pakiranje kovčkov,  potovanje na morje,  razpakiranje kovčkov,  kopanje in zabava,  priprava avtomobila,  pakiranje kovčkov,  potovanje domov in  razpakiranje kovčkov. Vsak od naštetih podproblemov je videti enostaven, toda vsaka aktivnost potrebuje podrobnejšo razlago ali navodila. Priprava avtomobila obsega npr. vrsto stopenj:  tehnični pregled pri mehaniku,  odpravo večjih in manjših napak,  plačilo popravila,  notranje in zunanje pranje avtomobila,  polnjenje goriva,  pregled gum. Vsak tak podproblem bi lahko razgradili še na niz opravil (instrukcij); tehnični pregled pri mehaniku obsega namreč:  pregled zavornega sistema,  pregled sistema za vžig (svečk, platin, uplinjača. . .),  pregled akumulatorja,  pregled svetil itd. V računalništvu imenujemo nižje in dokaj zaključene podprobleme postopki. Podrobnejši pregled osnovne razgradnje »problema«, letnega dopusta prikaže, da se določeni postopki ponavljajo (pakiranje in razpakiranje kovčkov, ...); podobna aktivnost se 114

ponavlja več kot enkrat. Dolgočasno bi bilo navajati posamezne korake večkrat, zato je prednost takega dela tudi ta, da že razčlenjene in opredeljene postopke lahko uporabimo večkrat oz. v različnih stopnjah reševanja problema. Prednosti takega ravnanja v zvezi s pripravo programov so očitne:  omogočajo enostavnejšo definicijo glavne naloge oz. problema,  vsak posamezen postopek in korak se lahko zapiše in testira samostojno,  postopki oz. podproblemi se lahko v glavnem poteku naloge uporabijo večkrat.

3.4.2 Priprava algoritma Kot smo videli, lahko določeni problem razgradimo na niz postopkov, seveda pa je koristno pripraviti še spisek navodil, ki bo postopek pomagal izpeljati. Pri pregledu svetil (omenjenih v prejšnjem poglavju) smo npr. naleteli na vrsto opravil, in sicer:  Vključi luči za označevanje vozila.  Če katera od luči ne sveti, poišči napako in jo odpravi.  Vključi zasenčene luči.  Če katera od luči ne sveti, poišči napako in jo odpravi.  Vključi dolge luči.  Če katera od luči ne sveti, poišči napako in jo odpravi.  Vključi levi in desni smerokaz....itd. Seveda bi navedenim opravilom lahko dodali še kakšno podrobnejše navodilo. Tak spisek navodil, s katerim lahko opravimo določen postopek, imenujemo algoritem. Vsako navodilo iz spiska (korak algoritma) mora biti kakšna dobro znana operacija. Torej je algoritem pomemben element v pripravljanju računalniških programov. Algoritem je postopek, opremljen z nizom navodil za reševanje naloge. Biti mora nedvoumen, ustavljiv in zapisan z elementarnimi navodili. Nedvoumen je takrat, ko je izvajanje navodil v vseh okoliščinah natančno določeno. Tudi ustavljivost je njegova nujna lastnost (algoritmov, v katerih se delovanje ponavlja); ustavljiv je, če se v vseh okoliščinah konča v merljivem času. Algoritem mora biti sestavljen iz samih elementarnih navodil, elementarno navodilo je tisto, ki ga oblikovalec algoritma razume in zna izpolniti. Sestavljanje algoritma ni vedno preprosto predvsem zato, ker algoritmično razmišljanje človeku ni domače in se ga mora šele priučiti. Prav preskok od tega, da nam je povsem jasno, KAJ je treba storiti, do tega, da znamo nedvoumno povedati tudi, KAKO to storiti, zahteva nekaj truda. Algoritem lahko zapišemo:  z besednim opisom in  z grafično predstavitvijo. Sestavine besednega opisa algoritma so:  naslov oz. ime algoritma;  podatki, ki jih algoritem potrebuje, in rezultati, ki nam jih vrne;  opis postopka oz. algoritem sam. Računalniku je potrebno poleg postopka posredovati tudi podatke, s katerimi bo izvedel določeno delo. Opredeliti je treba vse podatke, določiti, kakšni so in kako so med seboj povezani. Zato je vsak računalniški program sestavljen iz algoritma in podatkov. Kot vidimo, s pisanjem algoritma v bistvu sestavljamo navodila, ki povedo, kako s podatki ravnati in to največkrat neodvisno od vrednosti, ki jo podatek v tistem trenutku res ima. Zato 115

v algoritmu na zahtevanem mestu zapišemo oznako količine - njeno ime. Med preizkusom algoritma in pozneje med potekom programa in na vsakem mestu, kjer smo to ime zapisali, računalnik uporabi njeno trenutno vrednost. Ker se ta vrsta podatkov lahko spreminja, ji (tako tudi v matematiki) pravimo spremenljivka. Če si računalnikov pomnilnik predstavljamo kot omaro, si spremenljivko kot predal v njej. Med potekom algoritma (oz. programa) v tem »predalu« hranimo dano vrednost (slika 147). Ime spremenljivke »je oznaka predala, njena trenutna vrednost pa tisto, kar v tem trenutku v njem tiči«. Če spremenljivki priredimo novo vrednost, se prejšnja izgubi. Torej samo ime spremenljivke označuje mesto v pomnilniku, kjer poiščemo vrednost, ko spremenljivko pri delu potrebujemo. Na začetku dela so vrednosti spremenljivk nedoločene, zato jim moramo (vsaj enkrat) vrednost predhodno prirediti. Za ponazoritev sestavljanja besednega opisa algoritmov in dela s spremenljivkami je prav, če si ogledamo nekaj primerov (primer 1, 2 in 3), iz katerih je mogoče razbrali tudi princip delovanja računalnika.

Slika 147. Primer 1: Povečaj število. Postopek povečanja števila za B zahteva naslednje korake.  vzemi število (A),  prištej mu B,  shrani na prejšnje mesto (torej je prejšnja vrednost izgubljena). Sestavimo algoritem: Ime algoritma: Povečaj število Podatki: A, B Rezultat: A Postopek: A ← A + B Konec Rezultat je seveda matematični nesmisel, ni pa računalniški, saj se podobni postopki v računalniku res dogajajo. Potrebno je opraviti še preizkus za nekaj poljubnih vrednosti (številskih in nizovnih)! Primer 2: Zamenjaj vrednost dveh količin. Vzemimo dve spremenljivki, npr. A in B, katerih vrednosti želimo zamenjati, torej: kar je bilo prvotno v spremenljivki A, naj bo na koncu v B, in obratno. V spremenljivki se lahko skriva število, znak, beseda itd., kar pa nas sedaj ne zanima. Če vam pojem spremenljivke še ni jasen, poskusite problem rešiti s primerom dveh lončkov: v enem so kroglice bele barve, v drugem pa modre. Naloga zahteva, da zamenjamo vsebino kroglic (različnih barv) v obeh lončkih (spremenljivkah)! Variante postopka zamenjave bi bile (slika 147):  Vrednost v A vstavimo v B: vrednost iz A prekrije vrednost v B, in tako imamo v obeh spremenljivkah vrednosti iz A. Izgubili smo podatek iz B.

116

 

Vrednost v B vstavimo v A: rezultat je podoben gornjemu primeru, saj smo prav tako izgubili podatek iz A. Za pravilno rešitev tega problema torej potrebujemo novo (»začasno«) spremenljivko C, v katero začasno prenesemo eno od vrednosti spremenljivk A oz. B.

Sestavimo algoritem po dogovorjenem postopku: Ime algoritma: Zamenjava Podatki: A, B Rezultat: Zamenjane vrednosti A, B Postopek: C←A (Znak »←»se imenuje prireditveni operator.) A←B B←C Konec Primer 3: Štetje od 1 do 20. V tej nalogi bomo uporabili znanje sestavljanja algoritmov iz prejšnjih dveh primerov. Spremenljivki I bomo prištevali 1 tako dolgo, dokler ne bo dosegla številke 20. Ime algoritma: Štetje od 1 do 20 Podatki: I Postopek: I←1 Izpiši I Če je I<20 potem I=I+1 in nazaj v stavek: Izpiši I, sicer Konec Konec Problem sicer ni težak, a poudariti velja člen I=I+1, ki v bistvu opravlja štetje. Štetje je pogosta naloga v programiranju. Običajno jo rešimo tako, da uvedemo posebno spremenljivko, ki ji pravimo števec. Ta spremenljivka (v našem primeru I) se obnaša podobno kot resnični števec (npr. števec kilometrov v avtomobilu, električni števec itd.). Vsakič, ko se izpiše nova številka, se števec poveča za 1; to pomeni, da se števni spremenljivki poveča vrednost za 1. Opravimo še preizkus. Za to je zelo pripravna t.i. tabela rezultatov ali preizkusna tabela, ki jo prikazuje slika 147.

Slika 148. Primer različnih zapisov algoritma

117

Besedni opis algoritma je največkrat (še posebno, če je daljši) nepregleden. V takih primerih se je uveljavilo zapisovanje algoritmov v drugih, nazornejših oblikah (slika 148), med katerimi je najpogostejši grafični zapis algoritma z dogovorjenimi bloki; po tem se ta način imenuje zapisovanje algoritmov z blok diagramom ali diagramom poteka. V takem diagramu s posebnimi (standardiziranimi) simboli označimo posamezne vrste navodil, simbole med seboj povežemo in opredelimo vrstni red po katerem se navodila izvršujejo. Simboli, ki jih največkrat uporabljamo, kaže slika 149. Prikaz standardiziranega pravila za risanje posameznih blokov izhaja iz pravokotnika z enotno stranico (slika 149), torej a=1 → b=2/3a (Primer: a=6 cm → b=4 cm).

Slika 149. Grafični zapis algoritma in osnovni bloki za pripravo diagrama poteka

Slika 150. Rešitve primerov 1, 2 in 3.

Za rešitev problema je dovolj, če algoritem zapišemo na enega od naštetih načinov: z besednim zapisom ali z diagramom poteka. Oglejmo si še nekaj primerov z rešitvami. Naloga 1: Zapišite diagram poteka za vse tri primere algoritmov, ki smo jih reševali na primeru besednih algoritmov (slika 147 in rešitve slika 150)!

Slika 151. Rešitev naloge 2.

Slika 152. Rešitev naloge 3.

Naloga 2: Zapišite algoritem z besednim opisom in diagramom poteka za program, ki naj izpiše števila od 1 do 10, in sicer tako, da ob številu zapiše še kvadrat tega števila. Preverite algoritem s preizkusno tabelo (slika 151)! Naloga 3: Zapišite algoritem z besednim opisom in diagramom poteka za program, s katerim želimo pomagati mlajšemu bratcu ali sestrici pri učenju poštevanke: izpiše naj se tabela poštevanke želenega števila, in to od 1 do 10 (slika 152)! Tabela naj ima npr. za število 7 takle izpis:

118

7*1=7 7 * 2 = 14 7 * 3 = 21 itd.

3.4.3 Programski jeziki V dosedanji obravnavi še ni bil potreben noben programski jezik, temveč le strokovno znanje za razčlenitev problema in znanja za sestavo algoritma (slika 148). Algoritem v bistvu že predstavlja rešitev problema, njegove stavke moramo le prekodirati oz. prevesti v ukaze izbranega jezika. Kdor pozna kakšen računalniški jezik (npr. Pascal, Basic, Html, Java itd.) ve, da je potrebno določene besede oz. stavke algoritma le prevesti v ustrezne angleške ukaze in program je hitro pripravljen za uporabo. Seveda, celoten postopek ni tako preprost, še zlasti pa ni bil v prvih letih računalništva. Računalnik se odziva le na dva simbola (0 ali 1 oz. DA in NE…) oz. točneje dve stanji (napetost je (1) in napetosti ni (0)). Za sporočanje, kakršnega je navajen človek, je to dokaj nenavadno in nesprejemljivo. Zato bi bilo najbolje, če bi računalnik lahko naučili človeškega jezika. A do tega je še dolga pot (ali pa tudi ne). Na področju programskih jezikov so znanstveniki dosegli precejšen napredek, saj so pripravili na ducate tako imenovanih programskih jezikov, ki se jih je mogoče razmeroma zlahka in hitro naučiti in so človeku bližji, kot računalnikov strojni jezik. To pomeni, da so lažje razumljivi, hkrati pa bliže strojnemu jeziku, kot naravni jezik. Programskih jezikov je danes na stotine. Vendar so v praksi uveljavljeni le nekateri. Prvi programski jeziki segajo v 50-a in 60-ta leta prejšnjega stoletja, ko so začeli uvajati zbirne jezike, prve prevajalnike in interpreterje. S pojavom računalnikov, zgrajenih po Von Neumannovem modelu, so se začeli pojavljati tako imenovani postopkovni (proceduralni) jeziki. Računalnike so sprva uporabljali za znanstvena računanja. Tako ni čudno, da je bil eden prvih programskih jezikov FORTRAN (kar izhaja iz angleških besed Formula Translation). Hitro so mu sledili programski jeziki za poslovne aplikacije (COBOL, PL/I), saj je bilo to obdobje velikih računskih centrov. Računalniki so bili za vsakdanjo rabo še preveliki, predragi in preredki. Kasneje so se pojavile nove tehnike programiranja, ki jih uporabljamo še danes, to je strukturirano programiranje in nato še objektno usmerjeno programiranje. Kot smo že povedali lahko z računalnikom komuniciramo le s posebno vrsto jezika, ki ga imenujemo strojni jezik. Določene naloge procesor računalnika opravi le, če mu damo napotke (ukaze določenega procesorja) v tem jeziku (slika 153). In tako je tudi bilo vrsto let, še posebno v začetni dobi uporabe računalnikov, ko so bili vsi programi pisani v tem osnovnem programskem jeziku. To je bilo za programerje, pa tudi za druge uporabnike (katerih krog je bil tudi zato tako ozek), zelo zahtevno, težavno in zapleteno opravilo. Kaj kmalu je postalo jasno, da pisanje programov v strojnem jeziku ne pomaga širitvi uporabe računalnikov. Razloga sta bila predvsem dva: pisanje programov z zaporedjem ničel in enic je tako nepregledno, da na tak način lahko rešujemo le najpreprostejše probleme. Strojni jezik torej sestavlja niz strojnih instrukcij, kjer se vsaka od njih sestoji iz niza dvojiških številk (cifer) določene dolžine (slika 155). Ta niz se deli na dva dela: operacijskega in naslovnega. Operacijski del predstavlja kodirano obliko določene operacije, naslovni del pa kodirano obliko efektivnih naslovov v spominu ali/in v registrih, na katerih vsebinah se želi opraviti določena operacija. Programer, ki je uporabljal strojni jezik, je bil resnično zelo blizu računalniku, z njim sta govorila isti jezik.

119

Strojni jezik se je uporabljal vse dotlej, dokler se uporabniki niso domislili, da bi vsaki instrukciji določili črkovno kratico -simbol. Tako smo dobili t.i. simbolične programske jezike, ki jih delimo v dve skupini:  nižje programske jezike (usmerjeni k stroju) in  višje programske jezike (usmerjeni k problemu).

Slika 153. Primer nižjih in višjih prog. jezikov

Slika 154. Prevajanje in tolmačenje

Značilen predstavnik nižjih programskih jezikov, poleg strojnega jezika, je t.i. zbirni jezik (ang. assembly language - slika 153), ki strojne instrukcije predstavlja v simbolični in (ali) številčni obliki (zapisan z opisnimi – mnemoničnimi ukazi) in se ne more neposredno izvajati na računalniku, saj ga je treba prej prevesti v strojni jezik. Kako poteka pisanje programov v teh jezikih? Program najprej napišemo v zbirnem jeziku (navadno je različen glede na tip računalnika oz. procesorja – torej je še vedno odvisen od procesorja). Uporabi se kot vhodni ali t.i. izvirni program v zbirniku (ang. assembler); zbirnik je program, ki prevede program v zbirnem jeziku v strojni jezik (strojno kodo). Zbirnik preveri, ali so uporabljeni pravilni nazivi (simboli) in oblike ukazov. Če program nima napak, zbirnik oblikuje izhodno datoteko, ki jo često imenujemo ciljna koda; to je sedaj program (t.i. objektni program), preveden v strojni jezik, ki se lahko izvede na računalniku. Vsak simboličen ukaz se v zbirniku prevede v en strojni ukaz, torej je tem pogledu odnos še vedno 1:1, vsakemu strojnemu ukazu ustreza en simboličen ukaz (ukaz zbirnika). Vsekakor pa je pisanje programov v zbirnem jeziku enostavnejše, kot pisanje s strojnim jezikom. Tak način programiranja se še uporablja v procesnem računalništvu, kjer potrebujemo hitro odzivne programe. Okoli leta 1950 se je veliko razpravljalo o uporabi ustreznih programskih jezikov; mnogi uporabniki so zagovarjali nadaljnje izpopolnjevanje in uporabo programskih jezikov izključno na podlagi zbirnika (nižjih simboličnih programskih jezikov), drugi pa so menili, da se mora programiranje poenostaviti in približati človeku. Ta skupina je tudi prevladala, zato so se kmalu pojavile nove vrste jezikov, t.i. višjih programskih jezikov – problemsko orientiranih jezikov. Ti so precej neodvisni od strukture določenega računalniškega sistema in so tudi bližje človeškemu načinu zapisovanja (slika 153). So problemsko usmerjeni, kar pomeni, da je njihova struktura prirejena področju, za katerega so namenjeni. Tudi ti potrebujejo prevajalnike, ki skrbijo za »razumevanje« med zapisanim programom v višjem programskem

120

jeziku in strojnim ukazom, ki ga razume računalnik. Ne vsebujejo posameznih strojnih ukazov, temveč pomensko–simbolične ukaze, ki pomenijo niz strojnih ukazov izvedbe (razmerje ni več 1:1, temveč 1:n). Višje programske jezike delimo:  glede na strukturo prevedenega programa: o strukturirani (C, Pascal, Java.) o nestrukturirani (Basic)  glede na vsebino kodiranja: o postopkovni, izdelan v obliki recepta (C, Pascal, Basic ... ) o deklarativni (nepostopkovni), programiranje sloni na opredelitvi pravil in dejstev (Prolog, Lisp)  glede na to, kaj je osnovni element programa: o proceduralni (Pascal, Basic, C) o modularni/objektni (Java, (C++ .) Za pretvorbo višjega programskega jezika v strojni jezik se v glavnem uporabljata dva načina (slika 156):  Prevajanje - uporablja se poseben program, imenovan prevajalnik (ang. compiler), ki celoten program prevede v strojni jezik računalnika. Šele v prevedeni obliki se lahko izvede. To pot uporablja večina »klasičnih« jezikov, kot npr. Fortran, Cobol, Algol, C, C++, Ada, Pascal itd. Prevedeni programi so le nekoliko počasnejši, kot če bi rešitev problema programirali kar v zbirniku.  Tolmačenje - uporablja poseben program tolmač (ali interpreter), pri izvajanju programa sproti pregleduje, urejuje, javlja napake in prevaja oz. tolmači posamezne stavke programa. Ta pristop uporabljajo jeziki, kot so: Lisp, Logo, Basic, Prolog itd. Tolmačenje je po navadi okoli desetkrat počasnejše kot izvajanje prevedenega programa. Po drugi strani pa predstavlja bližnjico med pripravo in izvajanjem programa – preskoči zamudno stopnjo prevajanja, hkrati pa nas sproti opozarja na napake pri programiranju. Zato je tak način zelo dobrodošel pri učenju jezika in preverjanju programov. In katere jezike in prevajalnike bi bilo smotrno uporabljati v določenih okoliščinah, če bi se znašli v vlogi programerja? Odgovor je odvisen predvsem od področja in narave programa. Pri pustolovskih igrah, kjer hitrost ni zelo pomembna in kjer večji del obdelave poteka v obliki niza besed, lahko uporabimo višji programski jezik na osnovi tolmačenja (npr. Basic, Logo...); posamezne ukaze bo tolmač oziroma interpreter prevajal sproti. Probleme, ki potrebuje hitrejšo obdelavo, kot npr. poslovne programe, kjer bi bilo množico matematičnih operacij težko napisati v strojnem jeziku, bi bilo primerno pisati v enem od višjih programskih jezikov in potem prevesti s prevajalnikom, saj bi bil tolmač v tem primeru prepočasen. Za hitre in razburljive arkadne igre, ki imajo tudi obsežno grafično podporo, pa bi strojni jezik ustrezal, saj bi bil tudi prevajalnik prepočasen. Oglejmo si nekaj pomembnejših predstavnikov višjih programskih jezikov (v oklepaju navajamo angleške besede, iz katerih je sestavljena kratica) in starejšega in novejšega datuma!  FORTRAN (FORmula TRANslation) je nastal okoli leta 1955 kot program za prevajanje matematičnih postopkov v računalniške programe. Sprva zelo enostavni verziji so se kmalu pridružile izpeljanke, kot npr. Fortran II, III, IV, V, Fortran 77 in cela vrsta t.i. strukturiranih Fortranov. Uporablja(l) se (je) predvsem za reševanje znanstvenih in tehničnih problemov.  COBOL (Common Business Oriented Language) je nastal okoli leta 1960, vpeljan pa je bil sedem let kasneje. Namenjen je bil predvsem pisanju programov za poslovno-ekonomsko problematiko.

121



Strukturiran je tako, da skuša biti čim bolj podoben naravnemu (angleškemu) jeziku in razumljiv tudi neprogramerjem, zlasti vodstvenim delavcem. BASIC (Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code) je nastal leta 1965 kot preprost jezik za učenje programiranja in kot stopnička k Fortranu. Zasnovali so ga kot jezik za neposredno (pogovorno, interaktivno) delo z računalnikom in kot jezik, ki bo primeren za najrazličnejše uporabnike: začetnike, učence, študente pa tudi strokovnjake različnih strok. Njegova uporaba se je še posebno razmahnila, ko so se uveljavili hišni in osebni računalniki, in to zlasti v šolstvu, saj je bila uporaba tolmača z že vgrajenim Basicom (v ROM-u) za začetno delo, posebno v osnovnih šolah, izredno ugodna. Čeprav Basicu lahko očitamo, da npr. nima dovolj preglednih programov, pa je ta programski jezik v "vročici uveljavljanja računalništva" zagotovo poznalo največ ljudi. Novejših verzij tega jezika je kar precej, med njimi sta med najbolj poznanima MS Small Basic in Visual Basic za razvojno okolje Visual Studio. PASCAL je nastal leta 1968, prvi prevajalnik pa dve leti kasneje. Njegov »oče« je N. Wirth; imenoval ga je po francoskem matematiku Blaisu Pascalu, ki je izumil enega prvih praktično uporabnih računskih strojev. Za osnovo sta mu rabila jezika ALGOL-60 in ALGOL-W. Wirth je izpustil večino težjih, manj uporabnih lastnosti Algola, dodal pa je nekaj koristnih novih elementov. Za to je imel dva razloga: želel je napraviti jezik, ki bo imel učinkovit prevajalnik, uporabniki pa bi lahko pri pisanju programov izkoriščali polno moč jezika. Pascal se je hitro razširil po svetu in v nekaj letih postal eden pomembnejših programskih jezikov (še posebej njegove novejše izpeljave, kot npr. Turbo Pascal, Vizual Pascal itd.): je šolski primer za lepo izdelan in strukturiranemu programiranju naklonjen programski jezik. Ima vrsto koristnih prijemov, ki jih najdemo tudi pri drugih programskih jezikih, in programerju naravnost ponuja možnost, da piše programe kar se da strukturirano. C je zelo sposoben višji programski jezik (avtor je Dennis Ritchie), ki se je razvil ob operacijskem sistemu UNIX. Večina sistemskih programov drugih operacijskih sistemov je namreč napisanih v nižjih programskih jezikih (zbirnem jeziku). Programski jezik C in njegove poznejše izpeljave (C++, Visual C itd.) so (še) posebno primerene za pisanje operacijskih sistemov in sistemskih servisnih programov. LOGO – ime programskega jezika Logo ne izhaja iz kratice, temveč je izpeljanka iz grške besede LOGOS (gr. logos – misel, razum). Njegovi avtorji so želeli ustvariti jezik, ki bi povezoval način programiranja in način človekovega razmišljanja. Začetnike, zlasti otroke, naj bi spodbujal, da bi probleme reševali z razstavljanjem na manjše in lažje rešljive enote. In to se jim je tudi v celoti posrečilo. Logo se je razvijal več let. Sodelovali so strokovnjaki z obeh strani Atlantika, glavni vodja pa je bil profesor Seymour Papert z Inštituta za tehnologijo v Massachusettsu. Značilnost jezika Logo je t.i. »želvja grafika«, to je skupek ukazov, ki enostavno in z razumljivimi gesli premikajo »želvico« (zaslonska želvica v obliki trikotnika, puščice...) po ekranu, sled premikanja pa riše želene vzorce, risbe itd. Nekateri zmotno menijo, da je začetek in konec tega jezika v njegovi »želvji grafiki«; ta del je le manjši del, saj je Logo zelo močan in izredno strukturiran jezik (še posebej novejše verzije), ki ima že precej lastnosti nepostopkovnih jezikov. Zato so ga v procesih računalniškega opismenjevanja uporabljali na veliko šolah, zlasti še v nižjih razredih osnovne šole. Python je programski skriptni jezik, ki je dobil ime po priljubljeni televizijski nanizanki Leteči cirkus Montyja Pytona. Ustvaril ga je Guido van Rossum leta 1990; za izvajanje uporablja interpreter. Je popolnoma objektno orientiran, sintaksa je preprosta. Zaradi zanimive in uporabne strukture omogoča programerju zelo hitro pisanje kode; je zelo preprost in učinkovit za začetnike ter zato izredno primeren za prve in vse nadaljnje korake v sodobnem programiranju! Scratch je v osnovi na Logu zasnovan programski jezik za mlajše, s katerim po zaslonu premikamo predmete – skice. Te se odzivajo na zunanje dogodke (tipkovnica, miška…) in na položaje drugih predmetov (enostavna izdelava iger, animacij itd.). Uporabljena je grafična predloga z gradniki za programiranje. Gradniki so različnih vrst, od tistih za premikanje (premakni predmet, zavrti predmet…) do upravljalnih (ponavljaj n-krat, ponavljaj dokler…). Obstaja tudi v slovenščino preveden uporabniški vmesnik.

Programski jeziki s spletno orientacijo, kot npr. HTML, Java Script, JAVA, PHP, VRML itd. Med njimi je gotovo najbolj poznan in uporabljan jezik HTML - jezik za označevanje nadbesedila (ang. Hyper Text Markup Language) in s tem osnova za izdelavo spletnih strani (slika 155). Predstavlja osnovo spletnega dokumenta. S HTML, razen prikaza dokumenta v brskalniku, hkrati določimo tudi strukturo in semantični pomen delov dokumenta. Dokaj pogosto se je uporabljal tudi programski jezik Java, in to za celo paleto različnih aplikacij v različnih okoljih. Izjemno popularen jezik je tudi JavaScript, saj se z njim ustvari veliko spletnih aplikacij in vmesnikov, ki jih vidimo v spletnih brskalnikih; pomemben je tudi za programiranje v okviru pdf dokumentov, specifičnih spletnih in intranet brskalnikov ter 'widgetov'. V zadnjem letu naj bi se število uporabnikov

122

JavaScript okolja povečalo za kar 76 odstotkov. Tudi PHP je izjemno popularen programski jezik za upravljanje s strežniki in bazami podatkov v HTML okoljih.

Slika 155. Primer HTML kode in rezultata

Slika 156. Generacije programskih jezikov

Višjih programskih jezikov je doslej že več 100. Kot smo že omenili, jih v osnovi lahko delimo v dve vrsti, in sicer jezike, s katerimi predvsem opisujemo, kaj želimo narediti, in jezike, s katerimi tudi podrobneje povemo, kako to storiti. Prva skupina jezikov je bliže naravnemu (3., 4. in 5. generacija), druga pa strojnemu jeziku računalnika (1. in 2. generacija). Jezike prve vrste imenujemo nepostopkovne ali opisno usmerjene (neproceduralni jeziki), jezike druge vrste pa postopkovne ali ukazovalno usmerjene (proceduralni jeziki). Postopkovni jeziki opisujejo program podobno kot kuharska knjiga kuho: vzemi to ali to, stori prvo, drugo, tretje itd. Danes pa že obstajajo jeziki, ki se programiranja lotevajo na popolnoma drugačen način: program npr. opišemo s pomočjo lastnosti želene rešitve. Tako lastnost imajo nepostopkovni jeziki, jeziki pete generacije računalnikov, ki so po svoji strukturi in logiki še najbolj prilagojeni človeškemu načinu razmišljanja: ljudem se naj ne bi bilo treba prilagajati računalniški programski logiki. Pomemben predstavnik takih jezikov je PROLOG (ang. PROgramming in LOGic) - prvi poskus oblikovanja jezika, ki naj bi programerjem omogočal definiranje rešitev s pomočjo logike. Zasnovali so ga že leta 1975 na Univerzi v Marseillu. To je preprost, vendar presenetljivo močan programski jezik, ki se na določenih področjih vedno bolj uveljavlja (npr. avtomatika, sistemska logika, robotika itd.). Posebno učinkovit je pri simboličnem nenumeričnem procesiranju in pri delu z bogatimi podatkovnimi strukturami. Med njim in postopkovnimi jeziki obstaja bistvena razlika: postopkovni jeziki opisujejo postopke, to je, kako pridemo od vhoda do izhoda oz. od danih podatkov do rezultatov, v Prologu pa definiramo samo razmerja med podatki in rezultati, prevajalnik pa mora sam poiskati postopek operacij, ki prevedejo podatke v rezultate tako, da najbolje ustrezajo zahtevam. In kako se bodo razvijali programski jeziki v prihodnje? V bistvu programiranje nenehno napreduje in je ljudem vse bližje. Prvi začetki so bili v strojni kodi, nato so se pojavili zbirni jeziki, pred približno 25 leti pa so se začeli pojavljati višji programski jeziki tipa Fortran, Cobol, Basic itd. Zadnjih nekaj 10 let se poleg novejših postopkovnih jezikov tipa Pascal in C pojavljajo in uveljavljajo nepostopkovni jeziki tipa Prolog. Veliko študij in projektov kaže, da gre razvoj jezikov in programiranja v to smer, torej k približevanju ljudem in njihovemu načinu mišljenja in sklepanja. Računalniki novejše generacije, ki temeljijo na nepostopkovnih jezikih, so že taki, da je njihova strojna oprema prilagojena tem jezikom. Ti načrti imajo močno finančno podporo zlasti od takrat, ko so Japonci in Američani pričeli hud boj za

123

prevlado na področju računalništva. Danes je večina aplikacij narejena v postopkovnih jezikih in le peščica v nepostopkovnih; nepostopkovni se bodo morali še precej izpopolniti, če bodo hoteli pridobiti veljavo, kakršno imajo najbolj razširjeni jeziki. V celotnem tekstu smo omenjali generacije programskih jezikov; slika 156 prikazuje razvrstitev v značilne generacije računalniških programskih jezikov glede na svoj abstrakcijski nivo. V 1. generacijo računalniških programskih jezikov torej štejemo strojni jezik, ki predstavlja binarne ukaze, ki jih računalnik neposredno izvaja in tudi neposredno razume. Kot smo videli je bilo tako programiranje izredno zamudno in tudi težko. 2. generacijo jezikov predstavlja zbirni jezik (assembler), ki pomeni simbolični zapis strojnih ukazov. S tem se bistveno izboljša razumljivost in preglednost programov, čeprav je programiranje še vedno zamudno; potreben je tudi prevajalnik iz zbirnega v strojni jezik. Višji programski jeziki predstavljajo 3. generacijo programskih jezikov; so v bistvu simbolični jeziki, katerih ukazi se prevedejo v več strojnih ukazov. Predstavljajo enostavnejše in preglednejše programiranje, manj napak v programiranju in seveda tudi prenosljivost - neodvisnost od znamke računalnika. Jeziki 4. generacije (zelo visoko nivojski jeziki) so simbolični jeziki za nepostopkovno (neproceduralno) reševanje problemov; usmerjeni so k rezultatu (kaj želimo rešiti in ne kako). Razširjeni so predvsem v zvezi z bazami podatkov za poizvedovanje (SQL) in generiranje poročil. 5. generacija opredeljuje programske jezike, ki služijo reševanju specifičnih problemov ozkega področja (npr. splet, spletne baze podatkov, umetna inteligenca itd.).

3.4.4 Kodiranje programa Kot smo v pregledu programske opreme videli, lahko računalnik uporabljamo, ne da bi veliko vedeli o njegovi sestavi, delovanju in sestavljanju programov. A v nekem trenutku nas kupljeni ali od prijateljev ali s spleta »sposojeni« programi in igre ne zadovoljujejo več, ali pa smo v situaciji, ko za rešitev določenega problema, ne najdemo ustreznega programa. Takrat pomislimo na to, da bi samostojno pripravili program, ki bo rezultat lastnega dela, želja, zahtev in seveda našega znanja. Takrat pričnemo programirati, to je pripravljati navodila in ukaze, ki računalniku natančno povedo, kaj in kako mora opraviti, če hoče rešiti zadano nalogo. Seveda moramo poznati tudi vsaj en programski jezik. Računalnik sam po sebi ne naredi ničesar: če mu zapovemo, naj naredi neumnost, jo bo zagotovo naredil; če mu podamo napačen način reševanja problema, ga bo po napačni poti tudi izpeljal. Če želimo torej z računalnikom rešiti kak problem, moramo postopke reševanja vnesti natančno in strokovno pravilno. Torej, ko z analizo rešimo določen problem, je treba rešitev kot delovno nalogo prenesti v računalnik, seveda v izbranem programskem jeziku. V dosedanji obdelavi smo videli, da je na voljo kar precejšnje število programskih jezikov. V starejših šoIskih krogih sta bila precej razširjena programski jezik BASIC in PASCAL; slednji je gotovo primer programersko dobro - strukturirano izdelanega programskega jezika. Nekateri kritiki pripominjajo, da ne premore tega ali onega prijema, da zaradi natančnega izražanja spremenljivk na začetku programa ni najprikladnejši za začetnike itd., toda to so le malenkosti v primerjavi z vsemi drugimi programerskimi možnostmi. Pascal se je hitro razširil po svetu in je bil v 90-tih letih eden pomembnejših programskih jezikov (še posebej njegove novejše izpeljave, kot npr. Turbo Pascal, Vizual Pascal, Delphy itd.); je šolski primer za lepo izdelan in strukturiranemu programiranju naklonjen programski jezik. Prav zaradi tega ga

124

bomo v kratkem pregledu osnovnih pojmov o programiranju uporabljali, na predstavljeni osnovi pa boste lahko primere napisali tudi v novejših programskih jezikih, vam bolj poznanih. Eden takih je gotovo že omenjeni Python, ki je med najpogosteje uporabljenimi programskimi jeziki v osnovnošolskem in srednješolskem izobraževanju osnov programiranja; je popolnoma objektno orientiran, z zelo preprosto sintakso, zaradi česar omogoča tudi začetniku-programerju zelo hitro pisanje programske kode. Primerjavo zapisa programa v programskem jeziku Pascal in programskem jeziku Pyton, si lahko ogledamo na primeru izračuna kvadrata in kuba izbranega števila (slika 157); vidimo le manjše sintaktične razlike med obema jezikoma!

Slika 157. Zapis programa v programskem jeziku Pascal in programskem jeziku Pyton To poglavje nima namena predstavljati posameznih ukazov programskih jezikov Pascal in Pyton, temveč le prikazati pomembnejše algoritemske stavke, ki jih navadno najdemo v vsakem programu. Ker bodo enostavni programski problemi napisani v Pascalu in Pytonu in hkrati opremljeni z diagramom poteka, bo to priložnost, da spoznamo osnovno strukturo programskih stavkov in seveda postopek prehoda iz algoritma v zapis programa. Za začetek si oglejmo dva enostavna matematična programa za izračun kvadrata in kuba podanega števila (rešitev v algoritemski in programski kodi kažeta sliki 157 in 158).

Slika 158. Primer programa za izračun kvadrata in kuba podanega števila

125

Posebno pozornost (v tem in vseh nadaljnjih podanih primerih) posvetite algoritmu, pretvorbi algoritma v programsko kodo (blok - programski stavek), poteku programa, načinu rešitve in uporabljenim programskim stavkom (v našem primeru v programskih jezikih Pascal in Pyton). Poskušajte zapisati program v vašem izbranem programskem jeziku, ga preverite v delovanju, nato pa najti boljšo, krajšo ali lepšo rešitev podanega problema! Predstavljenih programov (PRIMER_1 in PRIMER_2) ni težko razumeti, posebno če si ogledamo oba diagrama poteka. Ob njih lahko dokaj nazorno spoznamo tudi dve vrsti instrukcij: s prvo računalnik opravi nalogo, pri drugi pa se glede na postavljen pogoj odloča o nadaljnjem zaporedju instrukcij. Glede na to ločimo dve vrsti algoritemskih navodil (ti. osnovnih stavkov ), in sicer:  

prireditvene stavke in pogojne (odločitvene) stavke.

V programu PRIMER_1 (slika 157) je prikazan primer prireditvenega stavka. Znak “:=” (v Pascalu) ne pomeni matematično mišljenega enačaja, temveč mu pripisujemo vlogo prireditvenega operatorja, kar pomeni: spremenljivki »a« priredi vrednost kvadrata števila n, spremenljivki »b« pa vrednost kuba števila n! Seveda so rešitve problemov, ki bi jih opravili v celoti, od začetka do konca, redke, saj imamo po navadi možnost, da se odločamo (primer programa PRIMER_2 na sliki 158); v tem primeru imamo opraviti s t.i. pogojnim ali odločitvenim stavkom (slika 159). Računalniku s takim stavkom naložimo, naj preveri dani pogoj; če je le-ta izpolnjen, opravi prvo skupino stavkov, če ni, pa drugo. Vendar ni nujno, da program teče le navzdol po diagramu - ves čas v isti ali s pogojem izbrani smeri. Lahko se vrne spet na neki stavek, v katerem je že bil; s tem dobimo zelo pogosto in priljubljeno strukturo, ki ji pravimo zanka (slika 159).

Slika 159. Primer programske zanke Oglejmo si še nekaj primerov programov, v katerih bomo našli prireditveni stavek in pogojni stavek!

126

1. Pripravite diagram poteka in program po algoritmu za določanje poti, ki jo prevozi avtomobil z določeno enakomerno hitrostjo v določenem času! Rešitev - Primer_3: Fizika nas uči, da se pot pri enakomernem prememu gibanju izračunava pa enačbi: s=v*t. Zato moramo vnesti vrednosti za hitrost »v« in čas »t«. Glede na enačbo, nam računalnik izračuna prevoženo pot. Diagram poteka in programa v programski kodi Pascal in Pyton za Primer_3 kaže slika 160.

Slika 160. 2. Pripravite program in diagram poteka za primer, ki za vneseni dve različni števili a in b opravi deljenje večjega z manjšim. Vnašamo samo števili, večji od nič. Rešitev – Primer_4: Za rešitev tega problema bomo uporabili pogojni stavek, s katerim bomo ugotovili, ali je a>b. Če je a>b, bo opravljena delitev a/b, če pa ne, pa b/a. V nalogi je postavljen pogoj, da je potrebno vnašati števila, ki so večje od nič. Poskušajte rešiti ta problem tudi za primer, ko te omejitve ni! Diagram poteka in programa v programski kodi Pascal in Pyton za Primer_4 kaže slika 161. Slika 161. 3. Zapišite diagram poteka in program za prikaz tabele kvadratov in kubov naravnih števil med izbranima številkama a in b. Prikaz naj bo takšen, da so v isti vrstici: naravno število, kvadrat in nato še kub tega naravnega števila. Rešitev – Primer_5: Za rešitev tega primera bomo vsekakor uporabili zanko. Izbrano spodnjo mejo (izraz a) bomo povečevali za 1 toliko časa, da bo a>b; ko bo pogoj izpolnjen, bo delo končano. Vmes bo seveda program izpisoval naravno število, njegov kvadrat in kub. Diagram poteka in programa v programski kodi Pascal in Pyton za Primer_5 kaže slika 163.

127

Rešitev, kakršno dobimo v 3. nalogi, ni najboljši primer podanega problema. V takem primeru je ugodneje, če združimo prireditveni in pogojni stavek z zanko; dobimo ponavljalni stavek, ki ga ločimo v dve vrsti: v prvem je pogoj pred izvršilnim stavkom, pri drugem pa je za njim (slika 162). Pri prvem stavku se vrtimo v zanki toliko časa, dokler je izraz v odločitvenem bloku pravilen, v drugem pa končamo, ko postane izraz pravilen. Taki stavki, ki zahtevajo, da se glede na pogoj določeno opravilo ponovi večkrat, so pogosto in nepogrešljivo orodje v programerski tehniki. Slika 162.

Slika 163. Oglejmo si še dva primera programov, ki vsebujeta ponavljalni stavek! 4. Rešimo sedaj nalogo 3 s pomočjo ponavljalnega stavka. Rešitev – Primer 6: V diagramu poteka bomo uporabili blok cikličnih ponavljanj, katerega pomen in obliko kaže slika 164, v programu pa ponavljalni stavek FOR; svoje ime je dobil po ukazu, ki začne njegovo konstrukcijo. Izraz a bomo povečevali za 1 toliko časa, da bo a>b; ko bo pogoj izpolnjen, bo delo končano; ob tem bo seveda program izpisoval naravno število, njegov kvadrat in kub.

Slika 164.

128

Diagram poteka in programa v programski kodi Pascal in Pyton za Primer_6 kaže slika 164. Zapišimo diagram poteka in program za izračunavanje vsote kvadratov naravnih števil med 1 in x, pri čemer je x poljubno število, ki jo vnesemo prek tipkovnice! Rešitev – Primer_7: Tudi v tej nalogi se srečujemo s ponavljalnim stavkom: ponavljal se bo postopek kvadriranja in seštevanja teh vrednosti od števila 1 do izbranega x. Vsota (s) je v začetku nič, nato pa se po vsakem »prehodu skozi« ponavljalni stavek poveča za kvadrat vrednosti števca programske zanke (n). RazumljiSlika 165. vo je, da je začetna vrednost števca 1, nato 2 itd., vse tja do izbranega števila x (končna vrednost števca). Diagram poteka in programa v programski kodi Pascal in Pyton za Primer_7 kaže slika 165.

Takšni so torej osnovni programski stavki, ki smo jih pregledali na hitro. Ob rešitvah nalog smo spoznali tudi osnovni pristop in značilnosti programiranja in značilnosti programskih jezikov Pascal in Pyton. Vidimo določeno razliko v sintaksi obeh jezikov, pa tudi malce sodobnejši programerski pristop v novejšem jeziku Pyton. Seveda imamo še več pomembnih in uporabnih programskih stavkov (kot npr. za ponavljalni stavek oz. zanke: WHILE, FOR, DO, REPEAT itd.), ki jih kaže tistim, ki žele razviti sposobnosti programiranja podrobneje pregledati v ustrezni običajni ali e-literaturi; tudi v tem poglavju jih nekaj pod razdelkom »ZA BOLJŠE RAZUMEVANJE IN ŠIRITEV ZNANJA « podajamo. Nekaj dodatnih nalog za tiste, ki želijo narediti druge korake v programiranje: 1. Razložite prikazani del diagrama poteka na sliki 166 (Naloga 1). Kateri programski stavek je uporabljen v obeh primerih? Zapišite ju z uporabo izbranega programskega jezika. 2. Razložite prikazani del diagrama poteka na sliki 166 (Naloga 2). Kateri programski stavek je uporabljen v obeh primerih? Zapišite ju z uporabo izbranega programskega jezika. 3. Razložite prikazani del diagrama poteka na sliki 166 (Naloga 3). Kateri programski stavek je uporabljen v tem primeru? Zapišite ga z uporabo izbranega programskega jezika. 4. Razložite skico prikazanih pogojnih stavkov na sliki 166 (Naloga 4). Zapišite ju z uporabo izbranega programskega jezika. 5. Merjenje dolžine mize smo opravili 5-krat in dobili take izmere: 2.10 m, 2.08 m, 2.05 m, 2.00 m in 2.06 m. Sestavite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku, ki bo izračunal srednjo vrednost meritev. 6. Pripravite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku, ki bo s pomočjo odločitve z zanko izrisal stolpiček zvezdic, kot ga prikazuje slika 166 (Naloga 6), in sicer v tehle variantah: a) v enem programskem koraku lahko hkrati narišemo 4 zvezdice; b) v enem programskem koraku lahko hkrati narišemo le eno zvezdico. Ponovi enak problem oz. nalogo z uporabo ponavljalnega stavka. 7. Zapišite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku za izračunavanje stranic pravokotnega trikotnika s pomočjo Pitagorovega izreka in sicer: na vprašanje po obeh katetah (a in b) računalnik izračuna vrednost hipotenuze (c).

129

Slika 166. 8. Zapišite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku za primer, ko želimo z računalnikom preveriti, ali podatki za obe kateti a in b ter hipotenuzo c resnično ustrezajo pravokotnemu trikotniku. 9. Zapišite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku za primer, ko želimo, da računalnik »šteje« od 1 do 15 (na ekranu zapiše števke), in sicer: a) z uporabo pogojnega stavka; b) z uporabo ponavljalnega stavka. Izpis naj bo:  v stolpcu,  v vrstici. 10. Sestavite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku, ki je podoben kot v nalogi 9, le da želimo, da računalnik »šteje«: a) od 1 do poljubno izbrane številke b; b) od a do b, torej med poljubno izbranima številkama; c) od b do a, torej »šteje« nazaj (npr.: 25,24,23,22...). 11.Zapišite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziki, ki bo opravil 10-kratni izpis vašega imena in priimka na: a) zaslonu; b) tiskalniku. 12. Zapišite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku, ki izračuna vsoto vseh naravnih števil, manjših od 100 in deljivih s 5. 13. Dane so tri številke a, b in c. Napišite diagram poteka v izbranem programskem jeziku za določanje: a) največje med njimi, b) najmanjše med njimi; c) ureditve vseh treh števil po velikosti, in sicer:  od največje do najmanjše in  od najmanjše do največje. 14. Sestavite diagram poteka in program v izbranem programskem jeziku za ugotavljanje, katera (in za koliko) je večja vsota prvih 1000 parnih naravnih števil ali vsota prvih 1000 neparnih naravnih števil. 15. Mlajšemu bratu/sestrici ali sinu/hčerki želite pripraviti program, s katerim se bo učil poštevanke. Znanja nočete preverjati, želite mu le pomagati in to tako, da mu program izpiše tisto poštevanko med 1 in 10, ki jo želi utrjevati. Izpis poštevanke naj poteka do števila 10, izpis pa naj bo v stolpiču in s komentarji, kot prikazuje slika 166 (naloga 15). Program testirajte, nato pa ga shranite na disk in ključek. *16. Primer iz naloge 15 spremenite tako, da boste dobili program za preverjanje znanja iz poštevanke. Uporabnik izbere, katero poštevanko bo vadil, nato pa dobi 8 različnih nalog poštevanke izbranega števila. Za pravilen odgovor dobi pohvalo, za nepravilen pa opozorilo in ponovitev iste naloge. Program testirajte, nato pa

130

ga shranite na disk in ključek. *17. Napišite diagram poteka in program s podobnimi kriteriji kot v nalogi 16 za tele računske operacije:  seštevanje,  odštevanje,  množenje,  deljenje. Program testirajte, nato pa ga shranite na disk in ključek. *18. Z ukazom za prikaz točke na zaslonu in ponavljalnega stavka pripravite in preverite program za risanje: a) ravne črte dolžine pol ekrana, b) dveh črt, ki se pravokotno sekata, c) kvadrata, d) trikotnika, e) poljubnega lika, telesa ali predmeta. *19. Spoznajte nekaj sestavljenih grafičnih ukazov (npr. Line, Fill, Block, Circle...) in z njimi narišite slike, ki ste jih risali v nalogi 18!

3.4.5 Preizkušanje in vzdrževanje programa Ko je program v izbranem programskem jeziku napisan in shranjen v računalnik, ga najprej poskusno pregledamo in hkrati popravimo glavne napake. Začetniki so seveda presenečeni zaradi številnih in nenavadnih napak, ki jih računalnik sporoči med prevajanjem, tolmačenjem ali izvajanjem programa. Obravnava napak v programu je za računalnik zapleten in zahteven postopek, v katerem žal ni mogoče predvideti vseh napak, ki jih zagreši programer. Tako lahko manjkajoči ali odvečni znak v programu povzroči, da računalnik sporoči napako, s katero najustrezneje opiše nastalo situacijo. Če je situacija taka, da računalnik ne najde pravega zapisa zanjo, javi neustrezno sporočilo ali prekine nadaljnji potek dela. Zato je že na začetku treba poskrbeti, da je program napisan pravopisno pravilno, saj ni tehtnega opravičila za manjkajoče vejice, podpičja, dvopičja in nepravilno napisane ključne besede programskega jezika. Programske napake v osnovi delimo na:  pravopisne (sintaktične),  logične in  snovalske. Pravopisne napake nastanejo zaradi slovnično nepravilnih zapisov ukazov, zato jih je še mogoče popraviti. Logične napake so že zahtevnejše, saj zaradi njih program ne deluje pravilno; so v bistvu takšne napake, ki jih z analizo še lahko popravimo (pojavijo se npr. prekoračitve v tabeli itd.). Snovalske napake so strateške. Te so najhujše, saj zahtevajo veliko premišljevanja in popravljanja (če npr. v zasnovi uporabimo nepravilen algoritem ali algoritem z napakami ali zgrešeno zasnovo programa). Pravopisne napake odkrivamo brez težav s pomočjo sporočil prevajalnika, logične s premišljevanjem in posebnimi programi za odpravljanje napak (razhroščevalnik - ang. debugger). Pri snovalskih napakah pa je odpravljanje najtežje, saj je pravilna zasnova najpomembnejša in najzahtevnejša stopnja dela. Zato velja: če napišemo program, ki je zgrešen v zasnovi, je najbolje, da začnemo delo z vsemi koraki programiranja znova!

131

Da bi bilo napak kar najmanj, se moramo (ne glede na to, kateri jezik bomo uporabili za zapis programa) naučiti slovničnih pravil; poznati moramo zgradbo in pomen stavkov. Za popoln opis jezika je torej potrebno dvoje:  opis zgradbe jezika (jezikovno pravilnost – sintaksa); vedeti moramo, kako so zgrajeni pravilni programi, to je, katera zaporedja znakov pomenijo smiselni program;  opis pomena (semantika), ki pove, kaj naj sintaktično pravilen program počne. Semantiko jezika navadno opišemo z besedami, sintakso pa je z besedami težko opisati, zato navadno uporabljamo grafični prikaz; to pomeni, da jo prikažemo v obliki t.i. pravopisnih oz. sintaktičnih diagramov (slika 167). Slika 167. Ko so osnovne programske in pravopisne napake odpravljene, je najbolje, da program shranimo na ustrezen element zunanjega spomina (disk, zunanji disk, ključek, zgoščenko..). Tako dobimo prvo verzijo programa, katerega uporabnost je treba še preveriti. Nadaljnja stopnja programiranja je testiranje oz. preverjanje pravilnosti in celovitosti rešitve določenega problema. Postopek testiranja navadno poteka tako, da v program vnašamo izmišljene podatke; seveda težavnost, zapletenost in različnost podatkov stopnjujemo. Na ta način ugotavljamo, ali so vrednosti, ki jih dobimo kot rezultat procesa, pravilne in predvsem logične. Zato ni odveč, če vnašamo za preskus programa tudi nelogične podatke. Testiranje programa je torej logično preverjanje pravilnosti programa, druge napake smo namreč že popravili v prejšnji stopnji. Dobro je, če program testira še kdo, ki ga sicer ni pripravljal. Na koncu je treba programsko dokumentacijo dodelati, opraviti poskusno dobo in poskrbeti za trajno hrambo originala programa. Program, ki je testiran, moramo še nekaj časa preskušati in ga s tem preverjati ob manjših in večjih količinah podatkov, pa tudi pri različnih uporabnikih. Program nato shranimo na element zunanjega spomina in to vsaj v dveh verzijah; izvirni program pisan v izbranem jeziku pa hranimo, saj ga bomo uporabljali za poznejše spremembe, dopolnitve, razširitve itd. Dober in skrben programer zbrano dokumentacijo (idejno skico, algoritem, diagram poteka posameznih podprogramov in glavnega programa, zapis napak itd.) na koncu uredi, nato pa napiše še podrobna navodila za delo in uporabo programa, saj s tem zelo pomaga bodočim uporabnikom. Ni odveč, če pripravi tudi demonstracijski program s karakterističnimi pozitivnimi in negativnimi primeri uporabe.

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:  

program, programiranje,

132

                                

strukturirano programiranje, podprogram, modul, postopki, algoritem, podatki, spremenljivka, tabela rezultatov ali preizkusna tabela, blok diagram ali diagram poteka, začetni in končni blok, prireditveni blok, vhodno-izhodni blok, odločitveni blok, blok cikličnih ponavljanj, nižji – višji programski jezik, strojni jezik, simbolični programski jezik, zbirni jezik, zbirnik (assembler), strukturirani in nestrukturirani programski jeziki, postopkovni in deklarativni programski jeziki, proceduralni in modularni programski jeziki, prevajanje in tolmačenje, programski jezik, generacije programskih jezikov, kodiranje programa, prireditveni stavek, odločitveni - pogojni stavek, zanka, pravopisne, logične in snovalske napake, razhroščevalnik, sintaktični diagram, shranjevanje in oprema programa, programska dokumentacija.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. 2. 3. 4. 5.

Kako razumete pojma programiranje in program? Definirajte posamezna pojma. Programiranje obsega več stopenj. Naštejte in kratko opišite posamezne. Kaj v pripravi programa pomeni opredelitev naloge oz. problema? Podajte primer. Kaj je značilnost strukturiranega programiranja? Zapišite primer iz vsakdanjega življenja, v katerem boste lahko prikazali značilnost strukturiranega programiranja, in pojmov, kot sta: podprogram in postopek. 6. Kaj je algoritem? 7. Kaj pomeni, da mora biti algoritem nedvoumen, ustavljiv in zapisan z elementarnimi navodili?

133

8. Oglejte si enostavnejši program na računalniku in skušajte prikazati njegovo strukturo. Ali znate zapisati tudi njegov algoritem z besednim opisom? 9. Kakšna je razlika med spremenljivko in podatkom? 10. *Zapišite algoritem z besednim opisom in diagram poteka za pripravo programa, s katerim želite poljubno izbranemu številu zapisati predhodno in naslednje število (npr. izbrali ste npr. število 5: predhodnik je 4, naslednik pa 6). 11. *Zapišite algoritem z besednim opisom ali diagramom poteka za primer, ki bi vam pomagal izračunati srednjo vrednost ocen, ki jih imate trenutno v indeksu. 12. *V datoteki računalnika se nahaja N imen varčevalcev neke banke in višina njihove hranilne vsote. Zapišite algoritem, ki bo izpisal poročilo s takim vrstnim redom podatkov: zaporedno število, ime in priimek, hranilna vsota, obresti in skupna vrednost hranilne vloge. Obrestna mera je vhodni podatek. 13. *Zapišite algoritem za rešitev problema, ki bo preveril in izpisal ali je poljubno število N parno ali neparno. 14. *Pripravite algoritem za pripravo programa, ki naj določi in izpiše vsa naravna števila od 1 do 3000, ki so deljiva s 3. 15. *Zapišite algoritem, ki bo omogočil zaokrožitev več mestnega decimalnega števila na dve decimalni mesti. 16. *Pripravite algoritem, s katerim izračunate porabo goriva osebnega avtomobila z naslednjimi vhodnimi podatki: datum polnjenja, količina goriva in število prevoženih kilometrov. Izračun povprečne porabe goriva želimo dobiti po vsakih 10 polnjenjih in na koncu vsakega leta. 17. *Joule je enota za merjenje energije (tudi za energijo, ki jo vsebuje hrana). Včasih se je za to uporabljala enota kalorija (cal). Pripravite algoritem, ki nam bo preračunaval kalorije v Joule in obratno (1 cal = 4,2 Joula). 18. *Pripravite algoritem, ki prebere celo pozitivno število (do 5000) in ga izpiše z rimskimi številkami. 19. *Smučarske skoke ocenjuje 5 sodnikov z ocenami od 1 do 20. V skupni oceni se največja in najmanjša ne upoštevata, iz ostalih pa se izračuna povprečna vrednost. Pripravite algoritem, ki prebere vse ocene in izpiše skupno oceno skoka. 20. *Leta 1000 je bila višina kapnika 3mm, nato pa se je vsakih 10 let povečevala za 6mm. Sestavite algoritem, s katerim lahko izračunamo, kolikšna bo višina kapnika leta 2025 in katerega leta bo dosegel višino 1,5m. 21. Opišite razliko med nižjim in višjim programskim jezikom. Podajte primere posameznih. 22. Katere vrste višjih programskih jezikov ločimo glede na strukturo prevedenega programa? 23. Katere vrste višjih programskih jezikov ločimo glede na vsebino kodiranja? 24. Katere vrste višjih programskih jezikov ločimo glede na to, kaj je osnovni element programa? 25. Kakšna je razlika med strojnim in simboličnim programskim jezikom? V čem pa je enakost? 26. Kako razumete pojem: strojni jezik? 27. Opišite razliko med tolmačenjem in prevajanjem. 28. Naštejte pomembne razlike med postopkovnimi in nepostopkovnimi jeziki. 29. Zakaj imenujemo nepostopkovne jezike tudi jezike umetne inteligence? 30. Naštejte in opredelite programske jezike s spletno orientacijo.

134

31. Kaj predstavlja kodiranje programa? 32. **V izbranem programskem jeziku pripravite programe za algoritme v nalogah 10 do 20! 33. Kaj spada pod preizkušanje in vzdrževanje programa? 34. Programske napake v osnovi delimo na pravopisne (sintaktične), logične in snovalske. V čem se razlikujejo?

3.5 OBDELAVA IN VARNOST PODATKOV 3.5.1 Podatek, zapis, datoteka Obdelava podatkov je področje, ki je najtesneje povezano z razvojem računalnikov. V resnici še zdaleč ni tako mlada dejavnost, kot je računalnik sam; stara je kot človeški rod, saj je človek že od nekdaj iskal primerne oblike za shranjevanje in obdelavo podatkov, sprva še na preprost način, z razvojem tehnologije pa na zahtevnejši, a ugodnejši in hitrejši način (slika 168). Kratek pregled obdelave podatkov v dobi računalnikov je primerno začeti s t.i. podatkovjem, t.j. zbirko podatkov, ki so dosegljivi računalniku. V vsakdanjem življenju več ali manj vsi uporabljamo različna neračunalniška podatkovja, kot npr. telefonski imenik, redovalnico, bančni izpis prihodkov in dajatev, spisek čakalnih dobe v zdravstvu itd. V marsikateri pisarni še najdemo večje ali manjše omare s predali in kartotečnimi listi (še posebej v zdravstvu, kot kaže slika 169). Na njih so shranjeni razni podatki (v šoli npr. podatki o učencih, učiteljih, v zdravstvu podatki o bolnikih - zdravstveni karton itd.) in ko želimo zvedeti za določene podatke, uslužbenec (npr. zdravnik) prične listati po njih. Podobno "listanje” opravi tudi računalnik, le da podatki niso spravljeni na kartotečnih listih, temveč na diskih, DVD, spominskih karticah itd. Pri računalniški obdelavi podatkov v osnovi ločimo naslednje korake:  zajem - vnos podatkov,  obdelava podatkov,  shranjevanje podatkov in  izpisovanje podatkov.

Slika 168. Papirno in brezpapirno poslovanje Slika 169. Kartotečni sistemi v zdravstvu Ključna značilnost računalniškega vnosa podatkov je v tem, da so ti podatki, za razliko od ročnega zajemanja, lahko enkrat za vselej shranjeni v računalniku in jih ni potrebno vnašati še več krat. Naša učinkovitost je zato precej večja. Pomislimo na nekdanje zamudno

135

popravljanje dokumentov, ki smo jih tipkali ali pisali na staromoden način, s pisalnimi stroji ali ročno. Če smo se zmotili, smo praktično morali celoten dokument napisati znova. Ker lahko podatke, ki smo jih enkrat računalniškega vnosa podatkov vnesli, uporabimo večkrat in jih kvečjemu popravljamo, se zmanjša tudi število napak, ki jih povzroča človek. Seveda je na ta način obdelava podatkov tudi bistveno hitrejša. Podatkov je in bo čedalje več, saj smo v dobi informacijske družbe. Seveda poseben problem predstavlja dosedanje papirno poslovanje in zajem obstoječih papirnih dokumentov; pomislimo npr. na obstoječe knjižnice in na potrebo po digitalizaciji knjig, na zdravstvene kartone itd. V knjižničarstvu splošni trendi vodijo v tako imenovane digitalne knjižnice, ki so lahko dostopne tudi preko spleta, v zdravstvu pa na različne estoritve (e-naročanje, e-recept, e-zdravstveni karton itd.). Računalniki nam lahko s svojimi velikimi spominskimi zmogljivostmi omogočajo pomniti velike količine podatkov. Do njih lahko hitro dostopamo in si pri tem pomagamo z iskalnimi mehanizmi. Dober zgled za to so npr. spletni brskalniki brez katerih danes praktično ne gre več. Intenzivna uporaba računalnikov in digitalizacije nasploh naj bi pomenila tudi, da bomo potrebovali manj papirja, saj so dokumenti in drugi podatki dostopni praktično povsod v digitalni obliki. Dodatno podporo za tako uporabo podatkov smo dobili še v mobilnem računalništvu, ki ga predstavljajo mobilne digitalne naprave in brezžična omrežja. Spoznajmo najprej nekaj osnovnih pojmov s področja obdelave podatkov (slika 170). Različne podatke združujemo v zapise, le-te pa nizamo drugega za drugim v množico urejenih podatkov, ki jo imenujemo datoteka. Zapisi so torej del datoteke. Predstavljamo si jih kot kartončke s podatki (npr. o učencih, bolnikih, zaposlenih itd.), ki so zloženi drug za drugim v kartoteki (slika 171). Datoteka je torej skupina urejenih množic podatkov, ki tvorijo neko celoto. Datoteka je v računalniku izredno pomembna, saj hrani vse delovne podatke, ki jih imamo v računalniku. V datotekah lahko hranimo različne elemente, kot npr. programe, podprograme, programe operacijskega sistema, tekstovne in numerične podatke, besedila, slike, animacije, video posnetke itd. Ker moramo te podatke razlikovati, damo vsaki datoteki ime in končnico oz. podaljšek. Z imenom in podaljškom je datoteka enolično določena. V OS Windows je ime datoteke v osnovi sestavljeno iz določenega števila znakov, podaljšek pa iz treh ali štirih znakov, med njima pa je pika npr.: gorazd.txt (slika 171).

Slika 170. Osnovni podatkovni pojmi

Slika 171. Datoteka s podatki

Naštejmo nekaj pogosto uporabljenih podaljškov:  .COM - datoteka s prevedenim programom v strojni kodi,

136

     

.EXE - zagonska datoteka s prevedenim programom v strojni kodi, .BAT - datoteka s sistemskim programom, .TXT - tekstovna datoteka, .PAS - datoteka s programom v Pascalu, .html - datoteka s programom v spletni obliki, .HLP - datoteka z besedilom za pomoč, itd.

V datoteki se del zapisa imenuje polje; v vsakem je zapisan en sam podatek (slika 170). Imena in števila polj v datoteki so lahko določena ali pa si jih določimo sami. Kot smo že spoznali, je programov za obdelavo podatkov veliko, kot npr. MS Excel, MS Access itd.

3.5.2 Osnove obdelave podatkov Struktura datoteke določa pravila, po katerih vnašamo podatke v datoteko. Ločimo dve vrsti podatkov, in sicer:  osnovne (matične) podatke, ki jih običajno vnesemo samo na začetku obdelave (npr. priimek, ime, oddelek,…) in  tekoče podatke, ki se pripravljajo za obdelavo posebej (npr. temperatura, zdravila, negovalni podatki itd.) Podatke hranimo v računalniku, obdelujemo pa jih lahko na dva načina:  občasno, ko se nabere določeno število ali ko je zato določen čas (npr. dnevna, tedenska ali mesečna obdelava itd.), in  sprotno, takoj ko je podatek dostopen. Iste podatke lahko najdemo v različnih datotekah. Delo z datotekami in njihovo vzdrževanje je izredno zapleteno, če ne poskrbimo za ustrezen sistem povezovalnih podatkov, t.i. ključev, ki določajo pripadnost podatkov ene datoteke drugi datoteki. Ključi so navadno določene oznake, številke, šifre itd. Tako povezane in organizirane skupine datotek se imenujejo podatkovja. V obdelavi podatkov je podatkovje zelo pomemben pojem. Osnova zanj je ena ali več med seboj povezanih datotek, ki jih poseben program vodi tako, da jih lahko uporabljamo v raznih situacijah in neodvisno od njihove predstavitve. Kakršno koli dobro organizirano podatkovje pa sčasoma zastari, zato ga je potrebno spremljati in preurejati. Preurejanje pomeni nov način urejanja zapisov, drugačno razporeditev ali število polj, dodajanje ali spreminjanje ključev itd. Podatke v datoteki in podatkovju lahko tudi urejamo (sortiramo), kar npr. pomeni razvrstitev po velikosti, abecedi itd. Podatke v datoteki ali podatkovju velikokrat iščemo. Kako dolgo bomo iskali kak posamezen podatek je odvisno od načina iskanja in urejenosti podatkov. Iskanje podatkov je v določeni povezavi tudi z elementi zunanjega pomnilnika; tam namreč običajno hranimo datoteke. Navadno so to:  trdi disk SSD diski, zunanji disk, DVD, kartice itd.,  včasih pa so to bili: magnetni trak (še danes uporabljajo npr. banke za arhiviranje podatkov), diskete, mikrokasete itd. Pisanje in branje podatkov na magnetnem traku, mikrokaseti in podobnih pomnilnih elementih poteka zaporedno, zato so v takih datotekah podatki dostopni zaporedno - drug za drugim, od tod tudi ime: zaporedna ali sekvenčna datoteka. Pri trdem disku so podatki

137

porazdeljeni po sledeh, iskanje sledi pa je razmeroma hitra operacija. Zato so podatki tu porazdeljeni na niz posameznih delov, ki jih lahko dokaj hitro, samostojno - premo iščemo; od tod tudi ime: datoteke z neposrednim ali premim dostopom. Iskane podatke lahko izpišemo in to na različne načine in oblike. Običajni izpis ima obliko tabele, ki jo v praksi imenujemo poročilo (slika 173). Podatki v poročilu bodo imeli svojo vrednost, če so zanesljivi, zato je pomemben del programov za obdelavo podatkov stalno preverjanje ustreznosti podatkov. Poenostavljeno povedano to pomeni, da npr. v številsko polje ne moreš vpisali črk, v polje PRIIMEK ne moreš vpisati datuma itd.

3.5.3 Osnove podatkovnih baz V dosedanji obravnavi računalništva in informatike smo spoznali, da je svet poln podatkov. Z njimi se srečujemo vsak dan in vsepovsod. Da lahko te podatke lažje in bolj učinkovito uporabimo je človek izumil podatkovne baze, zbirališče najrazličnejših podatkov. Podatkovne baze (PB), tako kot podatke, najdemo vsepovsod. Lahko so to osebni zapiski ali zapletene računalniške baze podatkov, vse imajo enak osnovni namen in nalogo. Bolj kot je baza zapletena, več mora znati upravljalec, katerega skrb je nemoteno delovanje baze in upravljanje s podatki. Dobra podatkovna baza nam lahko izredno olajša delo, ravno obratno pa je z neurejeno bazo, ki nam ga lahko zelo oteži in celo privede do izgube poslovnih učinkov ali podatkov. Popolna podatkovna baza ne obstaja, vendar se strokovnjaki trudijo, da bi se tej popolnosti vse bolj približali. Večina teh napak se zagreši s strani človeka in njegove nevednosti ali brezbrižnosti v ravnanju s podatki, zato je treba ljudi izobraziti v tej smeri, da ne bodo njihova vsakdanja srečanja z različnimi podatkovnimi bazami prerasla v nevšečnosti. V literaturi najdemo številne definicije podatkovnih baz, ki jih lahko povzamemo v naslednji: podatkovna baza je zbirka med seboj pomensko povezanih podatkov, ki so shranjeni v računalniškem sistemu, dostop do njih je centraliziran in omogočen s pomočjo sistema za upravljanje podatkovnih baz (SUPB). V osnovi to pomeni, da nek proces iz realnega sveta preslikamo v programsko obliko in podatke o njem hranimo v e-obliki na enem mestu. Zgodovino podatkovnih baz lahko delimo na tri obdobja, ločena po tem, kaj je bilo takrat v središču dogajanja. V prvem obdobju je bil v središču računalnik. Pisanje programov je takrat potekalo v strojnem jeziku in kasneje v zbirniku, torej v tesni povezavi z izbrano vrsto računalnika. Na strukturo takšnih podatkov je vplivala tudi zmožnost pomnilnega medija. Za shranjevanje podatkov so uporabljali luknjaste kartice, kasneje pa magnetne trakove. Drugo obdobje postavlja v središče program. Zgodi se preusmeritev iz aparaturne v programsko opremo. V tem obdobju se razvijejo in uporabljajo višji programski jeziki, ki pa so bližje človeku in lažji za razumeti. Poveča se tudi prenosljivost programov. Trenutno smo v tretjem obdobju. Razvoj aparaturne opreme in tehnike programiranja je v ospredje postavil podatke, središče obdelovanja teh podatkov pa podatkovno bazo (PB). Oglejmo si nekaj osnovnih pojmov, vezanih na podatkovne baze, in sicer: podatkovni sistem, arhitekturo PB, stanje PB, podatkovni model in sistem za upravljanje podatkovne baze. Kot prvega si oglejmo podatkovni sistem; je računalniško podprt sistem, ki s pomočjo sistema za upravljanje podatkovne baze omogoča uporabo in upravljanje s podatki, ki so shranjeni v podatkovni bazi. Da bi podatkovni sistem deloval, so potrebni (slika 172):  strojna in komunikacijska oprema,

138

   

programska oprema (operacijski sistem, sistem za upravljanje podatkovne baze, uporabniške aplikacije), podatkovna baza, ki jo sestavljata opisi podatkov (meta podatki oziroma opisi podatkov) in fizični podatki (vrednosti podatkovnih elementov), administrator podatkovne baze in uporabniki podatkovne baze.

Arhitektura PB je tri nivojska, vsebuje torej 3 nivoje opisov podatkovne baze, in sicer (slika 172):  

Zunanji nivo, ki opredeljuje različne poglede uporabnikov na podatke. Notranji nivo, ki opredeljuje fizični način shranjevanja in dostope do podatkov. Za fizično organizacijo podatkov je zadolžen operacijski sistem ob podpori SUPB.  Konceptualni nivo, ki predstavlja celovit pregled vseh podatkov in povezav med podatki v podatkovni bazi (vsebuje: vse entitete, relacije, atributi, omejitve, semantične (vsebinske) informacije o podatkih in informacije vezane na varnost in integriteto). Zelo poenostavljeno povedano: zunanji nivo opisuje uporabo podatkov, konceptualni pomen podatkov, notranji pa način shranjevanja podatkov. Stanje podatkovne baze je predstavljeno z množico podatkov, ki so trenutno shranjeni v PB. Najpogostejša operacija nad podatki je branje podatkov. Branje podatkov ne spremeni stanja podatkovne baze, vse ostale osnovne operacije pa ga (dodajanja novih podatkov, spreminjanja podatkov in brisanja podatkov).

Slika 172. Struktura podatkovnega sistema

Slika 173. Struktura relacijske baze podatkov

Podatkovni model je povezana zbirka konceptov namenjenih opisovanju in manipulaciji s podatki. Namen modela je v tem, da nazorno omogoči izgradnjo baze podatkov v konkretnem poslovnem okolju (npr. tehnološkem, organizacijskem, medicinskem itd.). Zagotoviti mora dovolj ostro in realno sliko poslovnega sistema. Modeliranje podatkov je proces identifikacije povezav med podatkovnimi elementi. Podatkovne modele uporabljamo za predstavitev konceptualnega in zunanjega nivoja podatkovne baze, ne pa tudi fizičnega nivoja. Podatkovni model v osnovi opisuje okolje s termini, kot so entiteta, atribut, relacija, ključ (slika 173).

139

Entiteta ali predmet podatkov je objekt opazovanja. Objekt opazovanja pa je vse kar lahko enolično identificiramo, izoliramo od okolice in opišemo. Entitete identificiramo tako, da jim določimo ime, lastnosti entitete in vrednost lastnosti. Entitete so npr.: študent, profesor, predmet, izpit itd. Entiteto določene vrste opisujemo z lastnostmi oz. atributi; v osnovi so značilnosti oz. lastnosti entitet. Atribut (imenovan tudi podatkovni element ali element podatkov) je tisti podatek, ki z vidika vsebine, torej z vidika uporabnika, ni več členljiv oz. ga ni možno ali smiselno razstaviti na manjše dele. Atribut je npr.: datum rojstva, vpisna številka, ocena izpita itd. Relacije oz. povezave med entitetami, ponazarjajo odnose med predmeti podatkov v smislu števila povezanih predmetov podatkov. Vsaka entiteta mora vsebovati atribut, ki enolično identificira vsak pojav entitete. Tak atribut imenujemo ključ. Ključ je torej podatkovni element, katerega vrednost loči pojav posameznega predmeta podatkov od drugih pojavov tega predmeta oz. dovoljuje enolično identifikacijo določenega predmeta podatkov znotraj določene množice. Ločimo primarne, sekundarne, kandidatne, zunanje in sestavljene ključe. Podatkovni modeli, ki so danes najpogosteje v uporabi so: relacijski, entitetnorelacijski (E-R), objektno-relacijski (O-R) in objektni podatkovni model. Starejša modela iz 70ih let, ki postopoma izginevata iz prakse, pa sta hierarhični in mrežni podatkovni model. Relacijske podatkovne baze temeljijo na relacijah, sestavljene so iz množice tabel, ki imajo predpisano strukturo (slika 173). Vsaka tabela ima zapis, kjer se nahaja relacijska shema in pa vrstice s podatki, ki jih imenujemo relacije. Entitetno relacijski model (E-R model) je tehnika za opis konceptualnega modela zbirke podatkov s pomočjo diagramov (slika 173). Vsebuje grafično notacijo za predstavitev organizacije oz. strukture zbirke podatkov v obliki entitetno – relacijskih diagramov. Vzemimo primer (slika 173): imamo relacijsko podatkovno bazo referata za študentske zadeve in računovodstva. Vsebuje vrsto datotek z zbirko podatkov. Podatki so shranjeni v obliki tabel (v vrsticah in stolpcih). Seveda bistvo zbirk podatkov ni v eni, temveč v več tabelah podatkov, ki jih je mogoče med seboj povezovati. Razen tabele študent (vpisna številka, ime, priimek, naslov in kraj bivanja) imamo še npr. tabelo učitelji (različni podatki o predavateljih), tabelo izvedenih predavanj – predmetov (šifra predmeta, ime predmeta, termin izvedbe, število udeležencev…) itd. Vzemimo primer, da bi v to tabelo radi vnesli še pogodbene predavatelje in udeležence posameznega predmeta. Ker imamo študente že shranjene v zbirki študent, nima smisla v tabelo izvedenih predavanj vnašati vseh podatkov o študentih. Namesto tega vnesemo le njihove šifre. Enako velja za podatke o predavateljih. Tabele medsebojno povežemo z vzpostavitvijo relacije (slika 173) in s pomočjo ključev. V našem primeru so ključi šifre študentov, predavateljev, izpitov in predmetov. Bistvo računalniške zbirke podatkov je v enkratnih vnosih istih podatkov, kar preprečuje odvečno delo in zmanjšuje možnosti napak. Sistem za upravljanje podatkovne baze (SUPB – ang. DBMS – Data Base Management System) predstavlja programsko opremo, nujno potrebno za delo s podatkovno bazo (slika 172). Osnovne naloge SUPB so:  omogoča kreiranje PB (kreiranje nove PB in definiranje njene strukture),  zagotavlja dostop do PB,  omogoča učinkovito poizvedovanje in spreminjanje podatkov,  varuje podatke pred nesrečami in neavtoriziranimi dostopi,

140

 

nadzoruje sočasen dostop večjega števila uporabnikov do podatkov, preprečuje nenadzorovano redundanco (podvajanje) podatkov.

Primer sistema za upravljanje relacijskih podatkovnih baz je že omenjeni MS Access, ki je namenjena zbiranju, organiziranju in vzdrževanju podatkov, ki jih lahko na različne načine obdelujemo – pregledujemo, spreminjamo, preračunavamo in grafično predstavljamo na monitorju, papirju ali na spletu. Je orodje, ki je zelo primerno za baze podatkov manjših podjetij, nato za obdelavo zasebnih zbirk, vključuje pa se lahko tudi v baze podatkov informacijskih sistemov večjih poslovnih sistemov. Seveda poleg opisanega SUPB (ki je običajen za osebne računalnike) obstaja še več podobnih, tudi zmogljivejših sistemov, kot npr.: Oracle, Sybase, MS SQL, Ingres, MySQL, ObjectStore, Jasmine, Versant Object Database, dBase LLC itd. Podatkovne baze so bile pomembne v svojih začetkih razvoja in bodo v prihodnje še bolj. Svet postaja vse bolj digitalen, vse se že odvija preko omrežij in računalnikov. Naše podatke shranjujemo na digitalne medije namesto na papir, kot so to delali včasih, in prav zato so dobri programerji in poznavalci PB tako pomembni. Če je podatkovna baza napačno narejena ali ni pravilno upravljana, lahko naredi več škode kot koristi. Ob neustrezni zaščiti lahko pride do izgube pomembnih podatkov, kot so bančne številke, osebni podatki itd. Vendar je kljub slabostim in nevarnostim podatkovna baza odličen in nepogrešljiv izum, ki nam omogoča hiter dostop do najrazličnejših podatkov z razmeroma malo truda.

3.5.4 Zaščita - varnost podatkov Danes, ko je večina računalnikov povezanih v omrežje, morajo tako uporabniki kot informatiki posvetiti veliko pozornosti varnosti. Varnost sistemov (še posebej računalniških) je zelo obsežen pojem, zato ga je potrebno skrbno strukturirati. Varnost v grobem delimo na dve področji [Vidmar, 2000]:  zanesljivost - pomeni zagotavljanje pogojev za delovanje storitev in pogojev za dostop uporabnikov računalniškega sistema do teh storitev. Zanesljivost dosežemo predvsem s skrbnim nadzorom, načrtovanjem in upravljanjem sistema. Pri tem imata pomembno vlogo organiziranost poslovanja in usposobljenost uporabnikov;  zaščita - v najširšem smislu onemogoča izvajanje nedovoljenih storitev in preprečuje dostop nepooblaščenim uporabnikom do razpoložljivih storitev in drugih virov sistema (npr. podatkov). Zaščito opazujemo na nivoju končnih računalnikov – lokalna zaščita in zaščita, ki je potrebna zaradi narave decentraliziranih sistemov - decentralizirana zaščita. V nadaljevanju se bomo posvetili predvsem zaščiti elektronskih podatkov oz. informacij. Podatki, ki so shranjeni v podatkovju, morajo biti varni in zaščiteni pred nedovoljeno uporabo in manipulacijami, pred nenamernim ali namernim uničenjem in pred neupravičenim spreminjanjem. Zaščita je lahko fizična (npr. varnost pred krajo, diverzijo, zaščita okolja pred ognjem, poplavo itd.) in neposredna (zaščita na samem računalniku, kot npr. ključ, magnetna kartica, šifra, geslo itd.). Pri uporabi in urejanju datotek in podatkovja pa lahko pride tudi do povsem nenamernih in naključnih napak, ki poškodujejo ali celo zbrišejo program ali datoteko. Zato skrben programer vedno pripravi vsaj dve varnostni kopiji posameznih programov, datotek itd.

141

Varovanje osebnih in poslovnih podatkov zajema pravne, organizacijske in ustrezno logistično-tehnične postopke ter ukrepe, s katerimi se:  varujejo prostori, aparature in sistemska programska oprema;  varuje aplikativna programska oprema, s katero se obdelujejo osebni podatki;  zagotavlja varnost posredovanja in prenosa osebnih in poslovnih podatkov;  onemogoča nepooblaščenim osebam dostop do naprav, na katerih se obdelujejo osebni in poslovni podatki, in do njihovih zbirk;  omogoča naknadno ugotavljanje, kdaj so bili posamezni podatki vpisani in uporabljeni v zbirki podatkov in kdo je to storil - za obdobje, za katero se posamezni podatki shranjujejo. Varnost lahko razumemo tudi na drugačen način: uporabnikom ne omogočimo dostopa do vsega, kar jim določeno omrežje nudi. Seveda pa moramo biti pripravljeni na najslabše, zato moramo imeti varnostne kopije. Kopiranje lahko avtomatiziramo; vsaj tedensko ali mesečno naredimo kopijo celotnega sistema (seveda, če imamo dovolj prostora). Dnevne ali celo urne kopije se delajo v institucijah, kjer se podatki hitro menjajo in so za uporabnike zelo pomembni (npr. banke, davčna služba, računovodstva itd.). Zelo pomembno je varovanje osebnih podatkov na vseh področjih družbenega sistema, še posebej na področju zdravstva. Za varovane osebne podatke štejejo tisti podatki o fizični osebi (delavcih, študentih, zasebnikih, bolnikih itd.), ki kažejo na lastnosti, stanja ali razmerja posameznika, ne glede na obliko, v kateri so izraženi. Za osebne podatke štejejo zlasti :  identifikacijski podatki o posamezniku,  podatki, ki se nanašajo na pripadnost narodu,  podatki, ki se nanašajo na družinska razmerja,  podatki, ki se nanašajo na stanovanjske in bivalne pogoje posameznika,  podatki o zaposlitvi,  podatki o socialnem in ekonomskem stanju posameznika,  podatki o izobrazbi in pridobljenih znanjih,  podatki o zdravstvenem stanju posameznika. Kaj torej pomeni informacijska varnost? Informacijska varnost pomeni varstvo podatkov in informacijskih sistemov pred nezakonitim dostopom, uporabo, razkritjem, ločitvijo, spremembo ali uničenjem. Obsega določanje in uporabo ukrepov za zaščito tajnih podatkov, ki se obdelujejo, shranjujejo in prenašajo s pomočjo komunikacijskih, informacijskih in drugih elektronskih sistemov pred naključno ali namerno izgubo tajnosti, celovitosti ali razpoložljivosti ter ukrepov za preprečevanje izgube celovitosti ali razpoložljivosti samih sistemov (Urad vlade RS za varovanje tajnih podatkov, web 2015). Vsako podjetje in ustanova mora oblikovati svojo varnostno politiko. Varnostna politika podjetja ali ustanove definira vse vidike njihovega varovanja (materialne kot tudi nematerialne), sestavni del te politike pa je tudi varovalna politika informacijskega sistema, z upoštevanjem vseh povezav z ostalimi dejavniki, ki vplivajo na varnost informacijskega sistema kot celote. Glede na specifiko naših poslovnih procesov v osnovi ločimo tri tipe varnostnih politik, in sicer:  odprta (dovoljeno je vse, kar ni izrecno prepovedano),  restriktivna (natančno določa pravila za ravnanje z informacijami) in  zaprta (prepovedano je vse, kar ni izrecno dovoljeno).

142

3.5.5 Varnost in zlonamerna programska oprema V zvezi z zaščito in varnostjo podatkov in programske opreme je treba omeniti še zlonamerno programje - računalniške viruse, ki so v zadnjem času strah in trepet uporabnikov računalniških sistemov. Izdelani so zato, da bi izzvali oviro pri delu, okvaro ali celo uničenje datotek s programi ali podatki. O njih smo še pred kratkim govorili kot o nekih vrstah izmišljotinah, danes pa so postali že velika nadloga, ki povzroča velike težave in izgube v denarju, času in računalniških zmogljivostih. Kako bi definirali računalniški virus? Računalniški virus je računalniški program, ki se je sposoben sam razširjati preko drugih računalniških programov ali dokumentov. Zaradi tega se računalniški virus obnaša zelo podobno kot biološki virus, ki se širi tako, da okuži celice. Podobno kot se okužimo z biološkim virusom, se tudi računalniški program okuži z virusom. Računalniški program je v tem primeru gostitelj virusa. Virusi pa so samo eden od različnih tipov programov, ki so narejeni z zlobnimi nameni. Pogosto imenujemo viruse tudi računalniške črve, trojanske konje in ostale vrste zlobnih programov. To lahko zmede uporabnike, saj so dandanes virusi veliko manj pogosti, kot so bili včasih. Danes prevladujejo predvsem trojanski konji in črvi. Zaradi tega se uporabniki pogosto varujejo samo pred določenim tipom zlobnih računalniških aplikacij in so zato bolj ranljivi za ostale. Najpogostejše vrste računalniške zlonamerne programske opreme (slika 174): 



Vohunsko programje (ang. spyware); je splošni termin za programe, ki se skrijejo znotraj našega računalnika in s tem vdirajo v našo zasebnost. Tak program aktivno beleži podatke o nas in naših aktivnostih na spletu in jih pošilja tretjim strankam oz. naročniku brez našega dovoljenja. Lahko se zgodi tudi, da tak program »ugrabi« naš pregledovalnik spletnih vsebin in nam brez našega soglasja prikazuje nezaželena prikazovalna okna (t.i. pop-up oglase). Zelo nadležni so tudi programi, ki služijo oglaševanju (ang. adware), saj nam na spletnih straneh ali pojavnih oknih brez dovoljenja prikazujejo razne oglase, sporočila, ponudbe itd. Nekateri jih prištevajo kar k vohunskemu programju, ker mnogokrat poleg tega da oglašujejo, vsebujejo tudi komponente za zbiranje podatkov o uporabnikovih navadah, potrebah, pogostih področjih interneta itd.

Slika 174. Vrste računalniške zlonamerne programske opreme



Računalniški virus (ang. compute virus) je v svoji osnovi računalniški program, ki se je sposoben sam razširjati preko drugih računalniških programov ali dokumentov. Čeprav je namen virusov, da uničujejo podatke, so pogosto samo zelo nadležni. Nekateri virusi se sprožijo šele po tem, ko mine določen čas od

143



prvotne okužbe računalnika itd. Večina virusov je usmerjena v lastno nekontrolirano reprodukcijo, kar nekontrolirano troši računalniški sistem, kot npr. procesorsko moč, pomnilnik ali količino prostega prostora na trdem disku, itd. Računalniški črv (ang. worm) je prav tako kot virus, računalniški program, ki se širi iz računalnika v računalnik, vendar tako, da sam izvaja funkcije razmnoževanja; s kopiranjem se skuša razmnožiti po čim večjem delu računalniškega pomnilnika in omrežja. Velika nevarnost črvov je prav v njihovi sposobnosti izjemno hitrega širjenja (nevarne priponke k e-pošti itd.). Trojanski konj (ang. trojan horse) je v svoji osnovi le drugače poimenovan računalniški virus; gre za specifični tip virusa, ki se ga lahko uporablja za oddaljeni dostop ali pregled našega računalnika iz oddaljene lokacije in s strani tretje (nepooblaščene) osebe. Trojanskega konja lahko zlonamerni ljudje uporabijo tudi zato, da namestijo nove programe na naš računalnik brez našega vedenja, pošiljajo elektronsko pošto ali pa pregledujejo našo internetno povezavo in podatke, ki jih vpisujemo na spletna mesta (gesla, uporabniška imena, številke bančnih kartic, naslov, itd.). Piškoti (ang. cookies) so besedilne datoteke, ki se shranjujejo v osebne računalnike (tablice, pametne telefone itd.) med brskanjem po internetu. Piškoti se shranjujejo z namenom prepoznavanja naprav, ki so jih uporabniki uporabili pri dostopu; omogočajo hitrejšo in bolj enostavno interakcijo med spletnim uporabnikom in spletnim mestom. Z njihovo pomočjo si lahko spletne strani zapomnijo uporabnikove nastavitve, navade, iskane termine, brskalnik, trenutno ločljivost ekrana itd. Ker so spletni piškoti opremljeni s številnimi podatki, lahko v »napačnih rokah« ogrozijo našo zasebnost in celo varnost računalnika; tretje osebe jih namreč lahko uporabijo za sledenje našim dejavnostim na svetovnem spletu, za »vgradnjo« škodljivih programskih kod itdZato je Evropska unija sprejela direktivo (SLO v letu 2013), ki uporabniku daje moč, da o piškotkih sam odloča: upravljavec spletne strani mora pridobiti dovoljenje uporabnika, če dovoli uporabljati piškotke. Izsiljevalski virus (ang. ransomware) je verzija virusa, ki podatke na uporabnikovem računalniku zaklene, nato pa od uporabnika zahteva odkupnino, za ponovno pridobitev podatkov oz. delo na okuženem računalniku.

Večina virusov napada PC računalnike. In kako zvemo zanje? Po navadi se začne računalnik čudno vesti, npr. zamenja se mu smer decimalne vejice, zamenjajo se nekatere številke, črke pričnejo padati po ekranu navzdol, po ekranu se premika »žogica«, ki se odbija od robov ekrana, diskovna enota ali sam računalnik počasneje dela ali se polni z datotekami, ki so brez pomena, računalnik ne reagira na noben ukaz itd. Računalnik se »okuži« z virusom najpogosteje na tri načine:

Slika 175. Potrebni ukrepi varnosti računalniških sistemov

144

  

z elementom zunanjega spomina (zunanji disk, DVD, ključek, kartica itd.), ki vsebuje virus, z delom na računalniku, ki je okužen z virusom, in pri prenosu podatkov in programov med računalniki (mreža, internet itd.).

Kako se zavarujemo pred zlonamernim programjem? Ne obstaja 100% zaščita, ustrezno pa smo zaščiteni, če izpolnjujemo tri osnovne pogoje varnosti: 1. Uporabljamo požarni zid (programska ali strojna oprema, ki preverja podatke iz interneta ali omrežja in jih zavrne ali jim dovoli vstop v računalnik, odvisno od nastavitev požarnega zidu - slika 175), 2. Uporabljamo dobro zaščitno – protivirusno programsko opremo in 3. Skrbimo za ustrezno (najbolje samodejno) posodabljanje sistemske in zaščitne programske opreme. Držimo se tudi naslednjih pravil:  uporabljamo protivirusno zaščito z zadnjimi varnostnimi dodatki;  ne odpiramo elektronske pošte neznanih oseb;  ne odpiramo priponk, ki smo jih prejeli po elektronski pošti, če ne vemo čemu so namenjene;  ne uporabljamo programske opreme (še posebej brezplačne), ki se nam sama ponuja pri brskanju po internetu;  vedno uporabljamo zadnjo različico operacijskega sistema z vsemi dostopnimi varnostnimi popravki;  gesla in uporabniškega imena si ne zapisujmo v elektronska sporočila ali v dokumente, ki jih hranimo na računalniku;  vedno pregledamo vse zunanje spominske naprave (ključke, kartice, zunanje diske…) z zanesljivo protivirusno opremo, občasno pa tudi vse datoteke v našem računalniku;  omejimo skupno rabo datotek. Več o tej pomembni tematiki, si oglejte na spletni strani "www.safe.si", združenja za varno rabo Interneta in drugih omrežij (slika 176).

Slika 176. SAFE.SI za vse nivoje uporabnikov

Slika 177. Nacionalni center SI-CERT

Oglejmo si še poročilo o omrežni varnosti za leto 2015, ki ga pripravlja SI-CERT (ang. Slovenian Computer Emergency Response Team) - nacionalni odzivni center za obravnavo incidentov s področja varnosti elektronskih omrežij in informacij. V letu 2015 so obravnavali

145

preko 2000 incidentov, kar je približno enako kot v letu 2014 (11 incidentov na dan). Trend preteklih let se nadaljuje (okoli 400 primerov škodljive kode več kot v letu 2014), saj je ponovno največ dela zahtevala obravnava virusov in trojancev, prav tako je zabeležen velik porast spletnih prevar. Povprečno oškodovanje pri spletni goljufiji je 1140 €, povprečno oškodovanje pri spletnem nakupovanju pa 720 €. Največje posamezno oškodovanje v letu 2015 je bilo 18.000 € (nigerijska prevara). Resno grožnjo so v letu 2015 predstavljale okužbe z izsiljevalskimi virusi (kar 283 primerov), ki so se širile preko priponk v elektronskih sporočilih. V tem letu so na SI-CERT obravnavali tudi več prijav zlorab elektronske komunikacije med slovenskimi podjetji in njihovimi poslovnimi partnerji iz tujine. Napadalci so vdrli v e-poštne sisteme podjetij, od koder so lahko spremljali njihovo elektronsko komunikacijo s strankami. Več o tem, si oglejte na spletni strani centra SI-Cert "www.cert.si/" (slika 177).

3.5.6 Informacijska varnost v zdravstvu V zdravstvu nastajajo velike količine zaupnih osebnih podatkov, ki so vezani na telesno, duševno in mentalno zdravje ljudi. Hranijo se na različnih nosilcih (analognih in digitalnih), kot npr. na papirju, slikah, filmih, diskih, zgoščenkah itd. in tudi v glavah zaposlenih. Med udeleženci zdravstva se prenašajo bodisi fizično, elektronsko in tudi govorno. Jasno je, da so zdravstveni delavci zavezani k varovanju in zaščiti teh podatkov. Evropska unija je kazensko-pravni okvir varovanja in zaščite informacijskih sistemov uredila v »Konvenciji o kibernetskem kriminalu«, ki obravnava računalniške sisteme in posledice groženj za podjetja in ustanove. Ratificirala ga je tudi Slovenija in ga vpeljala med člene svoje ustave in v kazenski zakonik. V smislu zdravstvenih ustanov se osredotoča predvsem na zakonodajne člene, ki obravnavajo varnost in zaupnost osebnih in ostalih podatkov ter člene lastne zdravstveni stroki, ki urejajo delovanje le te, pri rokovanju z občutljivimi podatki. Zahteve za informacijsko varnost so v Sloveniji podane v naslednjih zakonih:  Zakon o zdravstvenem varstvu in zdravstvenem zavarovanju (ZZVZZ),  Zakon o zdravstveni dejavnosti (ZZD),  Zakon o pacientovih pravicah (ZPacP),  Zakon o zbirkah podatkov s področja zdravstvenega varstva (ZZPZV),  Pravila obveznega zdravstvenega zavarovanja (POZZ),  Zakon o varstvu osebnih podatkov in dopolnitve (ZVOP),  Zakon o elektronskem poslovanju in elektronskem podpisu (ZEPEP),  Zakon o tajnih podatkih,  Zakon o elektronskih komunikacijah,  Kazenski zakonik (KZ). S pričetkom uvedbe projekta e-Zdravje leta 2008 (slika 178), so vse zdravstvene ustanove, ki želijo biti povezane v zdravstveno omrežje zNet (slika 179) pod okriljem Ministrstva za zdravje RS, postavljene pred nalogo vpeljave celovite varnostne politike standardiziranega varovanja poslovnih informacij. Seveda je Ministrstva za zdravje RS pripravilo vzorčni predlog in ustrezne napotke za t.i. sistem za upravljanje varovanja informacij (SUVI). V bistvu obsega ljudi, procese in tehnologije (slika 180). Gre torej za skupino dokumentov, v katerih so opisani postopki v procesu varovanja informacij in varnostna pravila, ki so zavezujoča za vse zaposlene.

146

Slika 178. Zdravstveni informacijski sistem (eZIS) s podsistemi

Slika 179. Zdravstveno omrežje zNET

Slika 180. Vpleteni v informacijsko varnost

Kot bomo pozneje videli, je bolnišnični informacijski sistem temelj zdravstvene ustanove za upravljanje s pacientovimi podatki; z bolnišničnim informacijskih sistemom se vodijo vsa dogajanja za vsakega posameznika. V ta sistem (program) dostopa vso medicinsko osebje, pa naj si bo za naročanje, vodenje čakalnih vrst, vse vrste preiskav, nameščanje pacienta v sobo in posteljo, cenik storitev, urnike itd. Bolnišnice ter njihovi zaposleni imajo torej vpogled v veliko osebnih podatkov, tudi v tiste, kateri niso potrebni za zdravljenje. Zdravstveni delavci zato morajo spoštovati ključna načela o zaupnosti in striktnem varovanju podatkov v zdravstvu. Praksa je pokazala, da so v zdravstvenih institucijah npr. kršitve »Zakona o

147

varstvu osebnih podatkov« zelo pogoste, saj zdravstveno osebje ključnih občutljivih podatkov pacientov ne varuje primerno. Osebni podatki se nepravilno posredujejo, dostop do njih ni ustrezno varovan ali pa do zdravstvenih podatkov dostopa osebje, ki nima pooblastil. Bolnikovi osebni podatki so v središču zdravstvenega varstva. Bolnik mora dati soglasje, da deli svoje osebne zdravstvene podatke s strokovnjaki; soglasje velja skozi celotno zdravstveno oskrbo, podajanje diagnostike in omogoča zapis medicinske zgodovine posameznika in s tem tudi zagotavlja varnost pacientov. Ker gre za občutljive podatke je dolžnost zdravstvenih delavcev, da zagotovijo, da so zapisani podatki shranjeni, skupni in dostopni, kakor to določa zakon. Obstajata dva glavna cilja v zvezi z varnostjo informacij na področju zdravstvenega varstva (Alhfeldt, 2007):  doseganje visokega nivoja varnosti, kar omogoča bolnikom vrhunsko zdravljenje z dostopanjem do ustreznih informacij v pravem času in  doseganje visokega nivoja bolnikove zasebnosti, kar pomeni da nepooblaščene osebe ne morejo dostopati do občutljivih informacij. Za zdravstveni sektor je značilnih nekaj posebnosti v zvezi z varovanjem informacij (Ministrstvo za zdravje RS, 2011):  elektronski zdravstveni zapisi so posebej občutljivi,  zdravljenje se izvaja v velikem številu majhnih organizacij,  izvajalcev zdravstvenega varstva je veliko in se nahajajo na različnih lokacijah,  informacije o zdravljenju posameznika krožijo med različnimi izvajalci,  dostop do podatkov je odvisen od vrste izvajalcev,  zakonodaja v zvezi z varovanjem osebnih podatkov obravnava zdravstvene podatke na različne in pogosto posebne načine itd. Leta 2008 je bil uveden mednarodni standard ISO/IEC 27799, ki vsebuje smernice za upravljanje sistemov informacijske varnosti (SUVI) v zdravstveno varstvenih okoljih. Smernice so namenjene ravnanju zdravstvenih organizacij in drugih varuhov osebnih zdravstvenih podatkov. Jasno opredeljujejo, kako najbolje čuvati zaupnost, celovitost in dostopnost teh podatkov. Standard ISO/IEC 27799 predstavlja dopolnitev priporočil ISO/IEC 27002 povezanih z varnostnimi kontrolami ter povzema in dopolnjuje tiste elemente SUVI, ki so specifični za področje zdravstva.

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:          

podatek, polje, zapis, datoteka, podatkovje, zajem – vnos podatkov, obdelava podatkov, shranjevanje podatkov, izpisovanje podatkov, končnico oz. podaljšek datoteke, poročilo,

148

                       

zaporedna ali sekvenčna datoteka, datoteka z neposrednim ali premim dostopom, podatkovna baza podatkovni sistem, arhitektura podatkovne baze, stanje podatkovne baze, podatkovni model, entiteta, atribut, relacija, ključ, entitetno relacijski model (E-R model), sistem za upravljanje podatkovne baze (SUPB), varnost podatkov, varnostna kopija, informacijska varnost, varovanje osebnih in poslovnih podatkov, zlonamerna programska oprema, računalniški virusi, požarni zid, informacijska varnost, varnostna politika, e-Zdravje, SI-CERT,  SUVI - sistem za upravljanje varnosti informacij,  standard ISO/IEC 27799.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1. Pojasnite pojme: podatek, zapis, datoteka, podatkovje, banka podatkov. 2. S primerom iz življenja nazorno prikaži pomen in medsebojno odvisnost pojmov: podatek, zapis, datoteka in podatkovje. 3. Vodja bolniške sobe želi uporabiti računalnik za obdelavo osnovnih podatkov o bolnikih. Katere podatke o bolnikih bo verjetno shranil v njem? Katere prednosti lahko pričakuje glede na obdelavo podatkov, kakšna je bila pred uporabo računalnika (npr. kartoteke itd.)? 4. Katere so ključne značilnosti računalniškega vnosa podatkov za razliko od ročnega zajemanja? 5. Naštejte in definirajte osnovne podatkovne pojme. Kaj lahko merimo z njimi? 6. Ker moramo podatke razlikovati, damo vsaki datoteki ime in končnico oz. podaljšek. Naštejte in razložite nekaj pogosto uporabljenih podaljškov. 7. Naštejte možne nevarnosti, ki jih prinaša računalniška obdelava in hranjenje podatkov o bolnikih. 8. Katere varnostne ukrepe moramo upoštevati, če se hočemo zaščititi pred nevarnostmi izgube podatkov? 9. Pojasnite pojem ključa v datoteki oz. podatkovju. 10. S primerom iz vašega delovnega mesta podprite postopke, značilne za delo s podatki: zajem oz. vnos podatkov, obdelava, shranjevanje in izpisovanje podatkov.

149

11. Razložite in nanizajte pomembnejše razlike med zaporedno ali sekvenčno datoteko in datoteko z neposrednim ali premim dostopom! 12. Definirajte pojem: podatkovna baza. 13. Zgodovino podatkovnih baz prikažite po tem, kaj je bilo takrat v središču računalniškega razvojnega dogajanja. 14. Arhitektura podatkovne baze je tri nivojska. Kaj predstavljajo ti nivoji? 15. Podatkovni model v osnovi opisuje okolje s termini kot so entiteta, atribut, relacija, ključ. Kaj to pomeni? 16. Kaj predstavlja entitetno – relacijski diagram? 17. Kaj so naloge sistema za upravljanje podatkovne baze (SUPB)? 18. Kaj štejemo pod osebne podatke v splošnem in kaj v zdravstvu? 19. Kaj pomeni pojem: informacijska varnost? 20. Kakšno nevarnost predstavljajo računalniški virusi in kako pred njimi obvarujemo računalnik? 21. Varovanje osebnih in poslovnih podatkov zajema pravne, organizacijske in ustrezne logistično-tehnične postopke in ukrepe. Naštejte jih. 22. Kdaj in zakaj varnostne kopije? 23. Kaj je zlonamerno programje? 24. Kaj predstavlja vohunsko programje? 25. Kaj predstavljajo programi, ki služijo oglaševanju? 26. Kaj je značilnost računalniškega virusa? 27. Kaj predstavlja računalniški črv? 28. Zakaj je nevaren trojanski konj? 29. Kaj predstavlja izsiljevalski virus? 30. So piškoti tudi virusna programska oprema? Zakaj so koristni in zakaj nevarni? 31. Kaj so najpogostejši vzroki okužb z virusi? 32. Kako se zavarujemo pred zlonamernim programjem? 33. Naštejte pravila varovanja pred zlonamerno programsko opremo, še posebej iz interneta! 34. Zakaj služi požarni zid? 35. Kaj pomembnega najdemo na spletni strani združenja SAFE.SI? 36. Zakaj je pomembno združenje SI-CERT? 37. V katerih zakonih so podane zahteve za informacijsko varnost v Sloveniji? 38. Kaj je varnostna politika in kaj informacijska varnost? 39. Kaj predstavlja kratica SUVI? 40. Kaj predstavlja standard ISO/IEC 27799?

150

4. RAČUNALNIK IN NJEGOVA UPORABA

ačunalnik je naprava za avtomatsko obdelavo podatkov in to velikega števila podatkov. Kot smo v dosedanji analizi videli, seveda ne gre le za ogromne množice številk, ampak tudi za različne znake, besedila, slike, zvočne in druge fizikalne signale itd. Računalnik sicer ne more opraviti nobene operacije, ki je ne bi zmogel tudi človek, a je bistveno hitrejši in točnejši. To velja zlasti pri izpeljavi zahtevnejših matematičnih operacij, zapletenih računov v fiziki, kemiji, gradbeništvu, strojništvu, itd. Posebno veljavo si je pridobil v tako imenovanem naravoslovno-tehničnem in razvojno-raziskovalnem področju, kjer si znanstvenega dela brez računalnika ne moremo več predstavljati. Povsem se je že uveljavila metoda dela, ko reševanje določenega problema poteka v obliki neke vrste dialoga med človekom in računalnikom (t.i. interaktivno reševanje problemov). Tako npr. raziskovalec predlaga določeno električno vezje, ki naj bi ustrezalo raziskovalnemu modelu, računalnik pa izračuna, ali bo in kako bo v določenih okoliščinah delovalo. Na osnovi dobljenih rezultatov fizik ponudi novo variantno rešitev; postopek se seveda ponavlja toliko časa, dokler se ne najde najustreznejša rešitev, ki se nato eksperimentalno preveri in dodela. Torej je človek tisti, ki išče nove poti, ideje in variante, računalnik pa s svojo osnovno sposobnostjo, da hitro in natančno izračunava, preverja postavljene modele oziroma rešitve. Dela, za katera je človek nekdaj potreboval ogromno časa (tudi po več tednov, mesecev, tudi let), lahko v večini primerov opravi računalnik v zelo kratkem času. Pomembna prednost računalnika je v tem, da podatke in informacije pomni in zmore nepretrgano in povsem enako točno »delati« tudi daljše časovno razdobje. Zato ga srečujemo na vseh področjih življenja in tehnike: pri krmiljenju in nadzorovanju neposredne proizvodnje v tovarnah, pri obdelavi podatkov v uradih, laboratorijih, sodobni medicini in zdravstvu itd. Pa si oglejmo nekatera področja njegove uporabe!

4.1 NEKATERA ZNAČILNA PODROČJA UPORABE RAČUNALNIKA OZ. IKT Računalnik je posebno uporaben v administraciji in upravljanju. Z njim lahko avtomatiziramo računovodske in knjigovodske posle in razna opravila v sodobnih pisarnah (tako imenovanih elektronskih - e-pisarnah); računalniško vodimo podatke o vplačilih in naročilih kupcev, o zalogah v skladiščih, pripravljamo in obdelujemo poslovne informacije itd. Posebno primeren je za opravljanje pisarniških opravil, to je pri pripravi oziroma obdelavi raznih dokumentov. Dokumenti lahko vsebujejo besedila pa tudi različne grafične oz. multimedijske elemente (slike, diagrame, video posnetke…). V pisarni bližnje preteklosti (pa tudi še sedanjosti - slika 181) je bila za izdelavo dokumenta potrebna cela vrsta ljudi: tisti, ki je obdelal kako zamisel in pripravil besedilo, strojepiska, ki ga je natipkala in risar, ki je pripravil grafično opremo itd. Tipkanje je najbolj avtomatiziran del priprave dokumenta. Popolnoma mehaničen pisalni stroj, ki so ga izumili med leti 1866-67, je najprej zamenjal električni, tega elektronski, v zadnjem času pa je oba skoraj v celoti izpodrinil računalnik s programi za oblikovanje besedil; tipkarica ne tipka več neposredno na papir, ampak se ji besedilo prikazuje na zaslonu. Ko je napisano, ga pregleda, oblikuje, dopolni in nato izpiše na tiskalniku ali fotostavnem stroju. Nato se po potrebi vnašajo diagrami in razni drugi grafični prikazi, kar prav tako opravi računalnik s pomočjo vnesenih podatkov ali slik. V manjši pisarni se za tako delo najpogosteje uporabljajo namizni - stacionarni mikroračunalniki (PC), v večjih pa se navadno več sistemov poveže v mrežo (lokalno ali širšo), po kateri se prenašajo 151

posameznikom, skupinam ali tudi napravam elektronsko kodirana besedila, slike in drugi podatki oz. informacije. Med shranjevanjem, prenašanjem in ponovnim prikazovanjem sistem zavaruje besedilo tako, da ohranja zaupnost sporočil oz. dokumentov in točnost. Če je mreža dobro izvedena, lahko pretok kodirane informacije popolnoma zamenja papir (tudi omare z velikim številom registrov, omare za arhiviranje dopisov in drugih listin itd. – slika 181. V nadaljevanju je možna povezava lokalnih mrež z drugimi mrežami znotraj iste organizacije, prav tako pa s krajevnimi, republiškimi, državnimi in mednarodnimi globalnimi mrežami. Še večje možnosti na tem področju pa prinaša mobilno in oblačno računalništvo. A o tem pozneje. V administraciji in upravljanju je zelo pomemben način, kako hranimo količine podatkov, kako jih obdelujemo, razširjamo in predvsem upravljamo. Kot smo že povedali, velikemu številu računalniško strukturiranih podatkov pravimo podatkovje, v katerem npr. trgovska podjetja upravljajo s poslovnimi podatki, npr. o svojih strankah, o tem, kaj so naročile in kaj plačale itd. Bolnišnice lahko v svojih zapisih hranijo podatke o pacientih in njihovih boleznih, o tem, na katerem oddelku ležijo in kateri zdravniki jih zdravijo, pa tudi o njihovih dietnih jedilnikih, zdravilih, negovalnih zahtevah itd. Podjetje lahko vodi podatkovje v skladiščih, stanje potrošnega materiala, podatke o zaposlenih, podatke za izračun osebnih dohodkov itd. Učinkovitejši, vendar tudi zahtevnejši je način obdelave podatkov npr. o celotni dejavnosti manjšega ali večjega podjetja, bolnišnice, občine, uprave javne varnosti, šole itd. Pri tem potrebujemo eno samo obsežnejše podatkovje, ki združuje vsa manjša (npr. podatke o zaposlenih, kupcih, zalogah, proizvodnji, naročilih, nakupih itd.). Če imamo še poseben programski paket, ki omogoča analizo medsebojnih vplivov raznih dogodkov v podjetju, časovno sprejemanje posameznih podatkov poslovanja, napovedovanje raznih dogajanj itd., lahko z računalniško podporo lažje in zanesljiveje upravljamo in vodimo. Vodilnim, vodstvenim ali kontrolnim organom lahko npr. program za delo s preglednicami na preprost način izdela matematične modele različnih možnosti organizacije (npr. stanja in možnih trendov proizvodnje ali prihodka) in preverja posamezne odločitve ali strategije (na način: Kaj če… ?). Finančna programska oprema pa omogoča vodilnim delavcem še takojšen vpogled v tekoče finančno stanje itd.

Slika 181. Pisarna nekoč in danes

Slika 182. Računalniško vodeni stroji (CNC)

Kot vidimo, so taki in dodatni sistemi oz. programi še posebno pomembni za vodstvene in druge delavce, ker pomagajo pri vodenju in predvsem odločanju, saj so vir podatkov in informacij za vsakodnevno operativno organiziranje, nadzor in strateško načrtovanje. 152

Vodilne delavce opozarjajo na načrtovane in predvsem nenačrtovane smeri razvoja, pomagajo pa tudi izdelovati projekcije in preverjajo posledice določenih poslovnih, tehničnih in finančnih odločitev. Vse večji pomen pa ima računalnik tudi v industriji. Računalniška tehnologija se je v industrijski proizvodnji začela uporabljati že zelo zgodaj in to zelo uspešno. Kot smo videli, je neprecenljiva v upravljavskem informacijskem sistemu, saj sproti obvešča vodstvo o obsegu proizvodnje, naročilih, zalogah, finančnem stanju, osebju itd. Seveda pa ima velik pomen tudi kot pomoč pri planiranju proizvodnje, načrtovanju in industrijskem raziskovanju. Računalnik postaja nepogrešljiv pripomoček pri upravljanju, vodenju in kontroli proizvodnih procesov in proizvodne opreme, skratka pri avtomatizaciji proizvodnje. Prva uporaba informacijske tehnologije v proizvodnji so verjetno Jacquardove statve, pri katerih je bila izdelava vzorca krmiljena s podatki na luknjanih karticah. Podobna tehnika je bila uporabljena leta 1952 na prvih numerično vodenih strojih (NC – ang. numerical control); na Massachusetts Institute of Technology so razvili sistem, ki je krmilil rezilo po koordinatah, ki jih je prejemal z luknjanega traku. Numerično vodena strojna orodja so se pojavila na tržišču v zgodnjih 60. letih, vendar je trajalo še deset let, da so luknjani trak zamenjali programi, shranjeni v pomnilniku računalnika. Računalniško vodeni numerični stroj (CNC – ang. computer numerical control – slika 182) imajo predprogramirane različne proizvodne postopke, npr. hitrost in kot rezanja, izbor orodja itd. Šele desetletje kasneje, leta 1980, so se pojavili računalniško podprrti obdelovalni sistemi (FMS – flexible machining system - slika 182). V takem sistemu več računalniško vodenih numeričnih strojev obdeluje različne komponente, ne da bi bil potreben poseben nadzor. V takšni proizvodni liniji so med seboj povezane avtomatske manipulativne naprav (roboti), sistemi za avtomatsko premikanje in komunikacijske linije. Celoten proces vodi računalnik (ali več računalnikov), ki razpolaga s stalno novo in staro informacijo o položaju in stanju vsakega obdelovanca. Tako vsakega od obdelovancev po optimalni poti popelje skozi proizvodni proces. Glavna prednost takih prilagodljivih sistemov je, da je z njimi mogoče avtomatizirati tudi maloserijsko proizvodnjo, medtem ko so se v preteklosti dragi avtomatski stroji izplačali le pri zelo velikih serijah. Prilagodljive proizvodne sisteme je mogoče preprosto prilagajati različnim oblikam, velikostim in celo različnim materialom. Čas od prejetja naročila do prodaje končnega izdelka se je skrajšal, saj za nadaljevanje proizvodnje ni treba več čakati na zadostno število naročil. Stroji so mnogo bolj izkoriščeni, prilagodljivi. Tudi za človeka je vrsta ugodnosti, kot npr. nočno delo, ki v takih delovnih organizacijah zahteva le minimalno število osebja. Naslednje tehnično pomembno razvojno področje uporabe računalniške tehnologije v proizvodnji je začetna in končna stopnja računalniško vodene proizvodnje (CAM – computer aided manufacturing - slika 183), ki zajema začetno načrtovanje, izdelavo, testiranje in skladiščenje izdelkov. V okviru računalniško podprtega načrtovanja (CAD – computer aided design - slika 183) načrtovalci preko računalniške delovne postaje načrtujejo oz. oblikujejo in prikazujejo delovanje. Tako lahko npr. na zaslonu razprejo tridimenzionalen model letalskega krila in opazujejo posledice simuliranih obtežitev notranje konstrukcije krila. Morebitne pomanjkljivosti odpravijo pred končno izdelavo določenega elementa oziroma naprave. Računalniško načrtovanje ni uspešno le v proizvodnji, ampak tudi na mnogih drugih področjih: v arhitekturi in gradbeništvu (npr. načrtovanje električne napeljave, ogrevanja, prezračevanja itd.), v tekstilni industriji (za krojenje, načrtovanje vzorcev itd.) itd. V nekaterih primerih je računalniško podprto načrtovanje (CAD) neposredno povezano z računalniško

153

vodeno proizvodnjo (CAM), kar drugače imenujemo računalniško podprt inženiring (CAE – computer aided engineering). Torej velja, CAD + CAM = CAE.

Slika 183. CAD – CAM sistemi

Slika 184. Roboti v proizvodnih sistemih

Nadaljnja stopnja razvoja v tej smeri je t.i. povezana računalniško vodena proizvodnja (CIM – computer integrated manufacturing), ki jo radi imenujemo tovarna prihodnosti. Obsega avtomatizacijo in robotizacijo proizvodnega procesa, oz. računalniško podprto načrtovanje proizvodne tehnologije in izdelkov, računalniško vodeno proizvodnjo, računalniško planiranje proizvodnje in nabave, računalniško obdelavo tržišča in trženja ter računalniško vodenje administracije in finančnih operacij. V CIM je robot (slika 184) eden od ključnih elementov, ki omogoča prilagodljivo proizvodnjo in sprotno prilagajanje tržišču. Robotizacija je torej del računalniško integrirane proizvodnje in predstavlja podlago za njeno uvajanje. Začetki robotike segajo za več kot dobre četrt stoletja v preteklost, vendar je še danes nemogoče napovedovati, s kakšnimi koraki si bo utirala pot v prihodnje. Nekateri napovedujejo vsesplošno uporabo robotov v vsakdanjem življenju: v industriji, gospodinjstvu, medicini itd., drugi spet menijo drugače. A dejstvo je, da se robotika še ni uveljavila toliko, kot je bilo pričakovati. V začetni fazi razvoja so potrebna namreč velika finančna vlaganja, jasno pa je tudi, da je tržišče za robote in robotizirano tehnologijo še dokaj nezrelo. Po eni strani robotski sistemi še niso dovolj prilagodljivi, učinkoviti in inteligentni, da bi lahko preprosto zamenjali človeka pri zahtevnih opravilih, po drugi strani pa so roboti, ki so že na tržišču, preveč zapleteni in tudi predragi, da bi bili zanimivi in dosegljivi vsakomur. Današnji industrijski roboti (slika 184) izhajajo iz teleoperatorjev (daljinsko vodenih strojev) in numerično vodenih obdelovalnih strojev (NC). Prvi industrijski roboti so lahko natančno ponavljali sekvenco gibov, ne da bi pri tem sodelovali oziroma upoštevali dogajanje v okolju. Tako je moral biti obdelovanec, s katerim je robot ravnal, na točno določenem mestu. V dosegu robota ni smela biti nobena ovira. Splošno uporabni so postali šele z navezo na ustrezne senzorske sisteme, ki so spremljali dogodke v okolici robota in glede na to tudi ustrezno reagirali. Industrijska robotika je doživela širši razmah, ko so se v 70. letih pojavili ceneni in zmogljivi mikroprocesorji. Takrat so se začele razvijati tudi različne metode učenja oziroma programiranja industrijskih robotov z vse bolj zmogljivimi robotsko orientiranimi programskimi jeziki. Kaj so pravzaprav roboti? Za računalniške strokovnjake in inženirje so roboti stroji, ki avtomatično opravljajo nekatera opravila, ki jih običajno opravljajo ljudje. Nekateri

154

strokovnjaki nasprotujejo rabi besede »robot«, ker je po njihovem mnenju ločnica med roboti in stroji (avtomati), ki opravljajo enostavne in ponavljajoče se operacije (kot npr. zapiranje steklenic z zamaški), tako nejasna, da za to ni potreben poseben izraz. Toda ta ločnica v resnici ni tako razvidna. Če to vprašanje nekoliko poenostavimo, ločimo tri vrste strojev:  enostavne,  programirane in  robote. Enostavni stroji so v resnici samo močne mehanske »mišice«. Nadzoruje jih človek; če pa so samostojni, opravljajo ves čas eno samo operacijo. V to zvrst štejemo buldožerje, avtomobile, polnilne stroje itd. Programirani stroji so zahtevnejši. Programiramo jih tako, da opravljajo različne naloge. Popolnejši stroji lahko opravijo celo zaporedje takšnih nalog. Program vloži človek, ki stroj nato nadzoruje. Roboti se od teh vrst strojev močno razlikujejo. Tudi ti znajo opraviti vrsto nalog ali njihova zaporedja, toda katero bo stroj opravil v določenem trenutku, ne določa samo program, ki smo ga bili vložili, ampak informacija, ki prihaja v stroj iz zunanjega sveta in je neposredno povezana z nalogo, ki jo stroj opravlja. Informacija prihaja v stroj npr. skozi senzorje (čutilnike) ali druge elemente, ki so sestavni del stroja, in ne iz kake dodatne naprave, v katero človek vstavlja ukaze. Enostavni in programirani stroj lahko opravita dokaj zapleteno nalogo, toda svoje gibe bosta ponavljala, dokler ju ne bo kaj zaustavilo, robot pa upošteva spremembe v okolju in se jim prilagaja. Čemu uporabljamo robote? Robote v glavnem uporabljamo za opravila, pri katerih je človekovo delo negospodarno, ki so neprijetna ali preveč nevarna za človeka itd. Tako npr. opravljajo enolična težja opravila, popravljajo ali sestavljajo naprave pod vodo ali v veliki vročini ali v prostoru z nevarnimi plini itd., torej v okolju, ki za človeka ni primerno. V zadnjem času so roboti prava in ekonomična rešitev za vrsto del in kaže, da bodo prevzeli vse več opravil, ki jih je doslej opravljal izključno človek; mednje sodi tudi medicina (slika 185), še posebej pa nadzor nad stroji v tovarnah (slika 184). To se že lepo vidi v industrijsko visoko razvitih deželah (Japonska, Amerika, …). Očitno je, da se bo vsaka dežela ali industrijska veja, ki ne bo sledila temu razvoju, znašla v težavah, kajti tovarne, ki bodo imele robote, bodo proizvajale z nižjimi stroški, kvalitetnejše in se bodo hitreje prilagajale tržišču.

Slika 185. Robota nege, kirurški robot in rehabilitacijski robot

155

Računalnik postaja nepogrešljivi pripomoček tudi v šolstvu, vojski, bančništvu, trgovini ipd. Uporabo računalnika oz. IKT na področju zdravstva in izobraževanja si bomo pogledali v 3. delu učbenika podrobneje, zato se posvetimo ostalim naštetim. Najprej si oglejmo manj znano področje, to je uporabo računalnika v vojaške namene. Na razvoj v tej smeri (pa tudi na razvoj mikroelektronske tehnologije nasploh) je bistveno vplivala zahteva, naj bo oprema za vojaške namene in tudi za vesoljske programe kar se da čim manjša, lažja, čim bolj zanesljiva in zmogljiva. Slovenska vojska ima v uporabi npr. robustne ultra lahke prenosne računalnike, katerih značilnost so majhna dimenzija, na dotik občutljiv zaslon, integriran GPS in brezžična komunikacija. Na računalniku je npr. nameščena aplikacija BMS (ang. Battle Management System), ki vojaku med drugim omogoča orientacijo v prostoru in času, izmenjavo podatkov z matičnim vozilom in ostalim vojaškim osebjem v omrežju, vnašanje in izmenjavo informacij o nasprotniku, izmenjavo ukazov z grafičnimi prilogami, izdelavo taktičnih sporočil, prikaz skupne slike bojišča itd. V osnovi je že skoraj vsa vojna tehnika tesno povezana z računalnikom. Brez njega več ne gre v vojnem letalstvu (v letalih, na letališčih), v mornarici (na ladjah in kopenski oskrbovalni službi), v pehoti itd. Uporablja se na vseh področjih, od upravljavskih, komunikacijskih, tehničnih (podpora vojaškim statičnim in mobilnim napravam), pa tja do izobraževalnih vojaških aktivnosti. V slednjem primeru se v zadnjem času velika pozornost posveča t.i. vojaškim vadbenim simulatorjem, ki s pomočjo ustvarjanja virtualnega okolja omogočajo urjenje vojaškega kadra na različne načine (streljanje z osebnim in težjim orožjem, vodenje tanka, vojnega letala, vojne aktivnosti v artileriji, mornarici itd.). V uporabi je več simulacijskih trenažnih sistemov, in sicer konstruktivni (v računalniškem okolju se simulirajo dogodki na bojišču), živi (udeleženci uporabljajo pravo bojno opremo v realnem terenu, le učinki streljanja so simulirani z uporabo sledilne in namerilne senzorske opreme) in virtualni (kombinacija konstruktivnih in živih simulacij).

Slika 186. Nekaj področij uporabe računalnika oz. IKT Računalnik je omogočil tudi izboljšavo komunikacijskih storitev (telefonija, radio, televizija in posebni informacijski centri) in komunikacij nasploh. Z IKT lahko uspešneje povežemo globalno delovno okolje, saj lahko omogočimo lažjo komunikacijo med različnimi lokacijami (npr. med mesti, državami, kontinenti...). Komunikacija lahko doseže zaposlene v trenutku, ko je posredovana, in se avtomatično posodobi, ko so na voljo nove informacije;

156

prinaša znižanje stroškov, zaradi znižanja stroškov tiskanja, pošiljanja, poleg tega pa so tudi stroški prenosa podatkov in dostopa do interneta vedno manjši. Področje, kjer so se močno uveljavili računalniki, je tudi bančništvo - ebančništvo. Elektronsko bančništvo lahko obravnavamo s širšega in z ožjega vidika. V širšem smislu je elektronsko bančništvo vse, kar je povezano z elektronskim poslovanjem. Sem uvrščamo bančne avtomate, telefonsko bančništvo, avtomatske odzivnike, poslovanje bančnih terminalov in mobilnih telefonov itd. Ožja razlaga elektronskega bančništva se nanaša le na storitve virtualnega bančništva oz. bančništva, ki ga uporabljamo po internetu oziroma s pomočjo spletnih strani. Elektronsko bančništvo lahko torej opredelimo kot kakršenkoli način poslovanja strank z banko, ki je neodvisna od poslovalnic in temelji na informacijski tehnologiji. Tudi trgovine ne zaostajajo na tem področju. Če so še pred kratkim računalnike uporabljale le v finančnem in skladiščnem delu poslovanja, je danes prodrl že na področje prodaje. Tako so npr. skoraj vsi kupljeni predmeti označeni s črtnimi kodami; vsakemu tipu prodajnega blaga v trgovini je določena črtna koda, natisnjena na embalaži. Na prodajnem mestu obstaja enota za branje, ki – povezana z računalnikom (blagajniškim terminalom) – prebere kodo, računalnik pa jo primerja s cenikom, natiska račun in podatke hkrati prenese v centralni računalnik, ki sproti beleži stanje zalog. Računalnik torej »ve«, katero blago je trenutno najbolj iskano, zato tudi poskrbi, da ga ne zmanjka (kontrola – upravljanje trgovine oziroma skladišča). Tudi na področju trgovine je vse večji poudarek na »e« komponenti, torej na etrgovini oz. spletni trgovini. V bistvu gre za aplikacijo, ki je dostopna s spletnim brskalnikom prek računalniškega omrežja. V zadnjem času postaja spletna trgovina čedalje bolj priljubljena med kupci. Prednosti na strani kupca so predvsem hitro primerjanje cen in lastnosti ter enostavno naročanje, prednosti na strani prodajalca pa so predvsem nižji stroški obratovanja v primerjavi z delovno silo, ki bi bila potrebna, trgovina in stroški povezani s prodajnim prostorom, ki jih v tem primeru ni oziroma so minimalni. Če je prodajalec informacijsko dobro povezan z dobavitelji, lahko poteka prodaja tudi brez velikega skladišča, t. i. »just in time« nabava (material se nabavi točno takrat, ko ga potrebujemo in se ne nabavlja na zalogo). V dosedanji obravnavi osnov računalništva in informatike, smo večkrat prikazali načine in pomen uporabe posameznih računalniških sistemov v medicini in zdravstvu. Že na tem mestu aplikativnih primerov uporabe smo videli, da je uporaba računalniške tehnologije na tem širokem in izjemno zahtevnem področju, zelo pomembna. Sprva je bila uporabnica računalniških storitev predvsem zdravstvena administracija (podatki o bolnikih, zdravila, poslovanje itd.). Kmalu se je pokazalo, da so računalniki v različnih oblikah, izjemno uporabni tudi pri določenih specialnih diagnostičnih aparaturah (npr. računalniški tomografiji – pregledovanju notranjosti človeškega telesa s podatki, ki jih daje sklop detektorjev rentgenskih žarkov, vgrajen računalnik pa ustrezno obdela, MRI itd.), pri določanju diagnoz pacientovega zdravstvenega stanja (npr. e-kartoteka, različne podporne baze podatkov, konzultacijski sistemi umetne inteligence itd.), v sistemih zdravstvenega varstva itd (slika 187). Tako npr. pacient lahko računalniku odgovarja na zastavljena vprašanja, le-ta pa jih sprejema in svoje odgovore, v katerih so izražene različice možnih diagnoz, posreduje zdravniku v premislek in pomoč. V nekaterih sistemih pa ima računalnik obširno diagnostično znanje, ki se je nabiralo v več letih delovanja določene klinike oziroma bolnišnice. S takim »ekspertnim sistemom« se lahko posvetujejo zdravniki pri svojem delu, pa tudi študenti 157

medicine v sklopu e-izobraževanja. Slednjim računalniški sistemi omogočajo preizkušati različne terapije, preverjati verjetnosti različnih diagnoz (npr. medicinski učni simulatorji), simulacij kirurških posegov (virtualna in dopolnjena resničnost), posegov in načinov nege, kot bomo v naslednjih poglavjih še podrobneje videli itd.

Slika 187. Vrste računalnikov v zdravstvu Kot smo v tem kratkem pregledu videli, računalnik oz. IKT postaja osnovno orodje na številnih področjih človekovega delovanja in ustvarjanja. Zato moramo poznati ne le njegovo delovanje, temveč tudi možnosti, ki nam jih ponuja njegova vsestranska uporabnost. Sodobnemu človeku predstavlja posebne vrste izziv, saj razsežnosti njegovih sposobnosti in področij uporabe še vedno burijo znanstveno in aplikativno človekovo razmišljanje!

4.2 UMETNA INTELIGENCA V dosedanji obravnavi smo večkrat omenili umetno inteligenco in ekspertne sisteme, ne da bi jih nekoliko bolje razložili. Da bi to novo in pomembno področje bolje spoznali, najprej nekaj uvodnih besed. Računalnike so v začetnem obdobju uporabljali kot stroje za golo računanje v najožjem pomenu besede; obdelave podatkov so bile predvsem numerične. A kmalu se je njihova uporabnost razširila še na shranjevanje in iskanje podatkov, za kar pa so potrebna podatkovja. Za večino področij sedanje uporabe računalnikov je značilno, da so dosegla ustrezno stopnjo oblikovne popolnosti, ki omogoča natančne algoritmične rešitve. Obstaja pa cela vrsta področij, ki še niso dorečena. To so področja, kjer človek – strokovnjak rešuje probleme intuitivno, z uporabo obsežnega znanja, ki še ni ustrezno sistematizirano in za katerega ni natančno znano, kako naj se uporablja. Eno takih področij je prav gotovo tudi medicinska diagnostika, kjer je nekaj običajnega, da specialist po intuiciji in izkušnjah zadane pravo diagnozo. Prav tako so podobno zapletene tudi razne sociološke, ekonomske, pa tudi tehnološke odločitve. Takšnim področjem v računalništvu pravimo, da so »mehka«, kar pomeni, da se nam ne zdijo zanesljiva, ker dajejo preveč možnosti za različne interpretacije. Znanje, ki ga na takih področjih uporablja človek – strokovnjak, je prav tako »mehko«, saj ni 158

dovolj trdno oblikovano in dopušča veliko možnosti za subjektivno presojo. V »mehko« znanje na področju zdravstva, sodi npr. zdravniška izkušnja: če bolnik kaže določene bolezenske znake, potem bi morda utegnila biti koristna informacija o boleznih v njegovi družini. V »trdo« znanje pa bi v npr. tehnoloških sistemih sodil postopek za izračunavanje prostornine in površine krogle itd.

Slika 188. Umetna inteligenca v zdravstvu

Slika 189. Struktura ekspertnega sistema

Računalniki se na področju mehkih znanj začenjajo uspešno uveljavljati šele v zadnjem času. Njihova uporaba temelji na metodah umetne inteligence (ang. AI - Artificial Intelligence - slika 188), kjer ne obstaja problem v programiranju, ampak v razmišljanju. Umetna inteligenca je področje informatike, katere cilj je razvoj sistemov oz. naprav, ki se vedejo kot da bi razpolagale z inteligenco, torej posnemajo človeško razmišljanje. Načela, na katerih temelji umetna inteligenca, so sicer stara desetletja in več. Kar je dejansko novega in kar daje umetni inteligenci njeno izjemno moč, so današnji zmogljivi računalniki in neskončne množice digitalnih podatkov, ki jih neprestano puščamo za seboj na svojih poteh po digitalnem svetu. Programi, ki omogočajo razumljiv način razmišljanja in kodiranja ter imajo še sposobnost pojasnjevanja, se imenujejo ekspertni sistemi ali »na znanju temelječi sistemi«. Obnašajo se kot strokovnjak, ekspert, na svojem ožjem strokovnem področju. Vanje so vgrajeni tisti elementi za reševanje problemov, kakršne premore tudi človeška inteligenca: sposobnost sklepanja, presoje, odločitev ob nezanesljivih ali nepopolnih informacijah, zmožnost pojasnjevanja svojega razmišljanja itd. Prav zadnja lastnost je izredno pomembna novost. Najpreprostejši ekspertni sistem je program za upravljanje podatkovja. Omogoča shraniti velike količine znanja in odgovarjati na vprašanja o podatkih v podatkovju. Tak sistem je sposoben obravnavati in ustrezno upoštevati tudi manjkajoče in nezanesljive podatke. Oglejmo si primer preprostega ekspertnega sistema, ki svetuje, kako bi popravili avto. Pogovor bi potekal približno takole (»A« je uporabnik, »B« pa ekspertni sistem): A: Motor noče vžgati. B: Ali je v rezervoarju bencin? A: Da. B: Ali je akumulator prazen? A: Mislim, da ne. B: S kolikšno gotovostjo? A: 80 %. B: Preverite svečke, morda je tam kaj narobe! Itd…

159

Na vprašanje, ali je akumulator prazen, uporabnik ne ve zanesljivo, kakšno je stanje. Ekspertni sistem ne zahteva odgovora z DA ali NE, ampak sprejme mnenje uporabnika. Seveda bi pogovor tekel naprej od trenutka, ko bi sistem izpisal seznam vseh možnih napak in njihovih verjetnosti ter postopke, kako jih odpraviti. Nadaljnji korak bi bil sistem, ki bi se znal sam učiti. Takemu sistemu bi posredovali številna dejstva in zahtevali, naj ugotovi zakonitosti problemskega področja.

Ekspertni sistem sestavljajo (slika 189):  Baza znanja, v kateri je strokovno znanje o problemskem področju shranjeno v obliki dejstev, zakonitosti in metod za reševanje problema (npr. ideje, postopki ali programi itd.). Poenostavljeno rečeno je to znanje shranjeno v obliki drobnih pravil: ČE (podatek), POTEM (domneva). V posamezni bazi je več tisoč pravil, ki so povezane v mrežo; iz podatkov potekajo domneve, iz njih hkrati z novimi podatki spet nove domneve in tako dalje.  »Procesor« ali mehanizem sklepanja, ki pri reševanju problemov oziroma pri odgovarjanju na uporabnikova vprašanja aktivno uporablja bazo znanja. Seveda umetno inteligenco že uporabljamo vsak dan: z iskanjem po spletu, uporabo družabnih omrežij ali spletnih trgovin, samodejnimi prevajalniki, pri igranju zahtevnejših računalniških iger itd. Poleg tega, da vsakodnevno uporabljamo umetno inteligenco, tudi nezavedno prispevamo k njenemu razvoju. Z vsakim iskanjem ali delovanjem na družabnih omrežjih (npr. Google AI) ali v spletnih trgovinah napravimo sistem ponudnika pametnejši. Nekateri primeri uporabe umetne inteligence so izjemni - še posebej, če pogledamo zelo specifična opravila, kot sta prepoznavanje glasu in samodejno prevajanje besedila, funkciji, ki sta že danes zelo uporabni. Umetna inteligenca lahko denimo pomaga pri iskanju anomalij v velikih količinah podatkov, recimo prepoznavanju goljufij. Umetna inteligenca že danes omogoča delovanje samovozečih vozil ali iskanje karcinogenih celic itd. Lepota tovrstne tehnologije je tudi v tem, da jo ne vidimo: dopolnjuje človeka, namesto, da bi ga nadomeščala. V osnovi obstajajo vsaj štiri glavna področja umetne inteligence, to so vizualna inteligenca, ki se ukvarja s prepoznavanjem oblik, obrazov, prstnih odtisov itd., govorna inteligenca, ki preučuje prepoznavanje govora ter njegovo sintezo, manipulativna inteligenca, ki se ukvarja z nadzorom gibanja robotske roke ter nadzorom nožnih mehanizmov ter racionalna inteligenca, ki se ukvarja z ekspertnimi sistemi, podatkovnimi bazami ipd. Polega glavnih področij pa je še kup podpodročij, kot so strojno učenje (stroji s sposobnostjo učenja), nevronske mreže (najbolj znani stroji, ki se lahko učijo in so izdelani po vzoru naših možganov), ekspertni sistemi (pomoč pri odločanju), računalniški vid (sistemi, ki računalnikom omogočajo videti objekte), metode pridobivanja znanja iz podatkov (KDD ang. knowledge discovery in databases) in rudarjenje po podatkih (DM ang. data mining), samodejno programiranje (generiranje programske kode), inteligentni roboti (prepoznavajo predmete, se gibajo v prostoru itd.) ter procesiranje naravnega jezika (prepoznavanje govora, prevajanje iz enega jezika v drugega, pisanje besedila na podlagi govora ipd.).

4.3 TEHNOLOŠKA SINGULARNOST IN TRANSHUMANIZEM Umetna inteligenca pomeni veliko pozitivnih, seveda pa tudi negativnih učinkov. Britanski fizik Stephen Hawking, eden pomembnejših znanstvenikov tega časa, je že pred leti posvaril, da bi lahko razvoj umetne inteligence vodil v konec človeštva. Kot je znanstvenik

160

pojasnil, bi se tovrstna tehnologija lahko zelo hitro razvila in prehitela človeštvo - kot je na primer videti v futurističnih filmih Terminator, Matrika itd. Citirajmo nekaj njegovih misli s to problematiko (intervju za BBS 2014):  "Primitivne oblike umetne inteligence, ki jih že imamo, so se izkazale za zelo koristne. A mislim, da bi lahko razvoj celovite umetne inteligence pomenil konec človeške rase."  "Ko bodo ljudje razvili umetno inteligenco, bo ta začela svoj razvoj in se z vedno večjo hitrostjo na novo določala."  "Ljudje, ki so omejeni s počasno biološko evolucijo, se s tem ne bi mogli kosati in bi bili izpodrinjeni". Louis del Monte, fizik, poslovnež in avtor knjige "Revolucija umetne inteligence", je v pogovoru z novinarjem časnika Business Insider med drugim povedal: »Ne obstaja zakon, ki bi omejil inteligenco strojev in njihovo medsebojno povezavo. Če bo razvoj tehnologij tudi v prihodnje potekal po enaki eksponentni krivulji, bi tehnološka singularnost lahko nastopila v naslednjih treh desetletjih. Od tistega dne dalje glavna vrsta na planetu ne bomo več ljudje.« Oglejmo si nakazano problematiko nekoliko pobliže! Smo res vse bliže delujočim umetnim možganom? Da. Pomemben datum je april 2014, ko so bioinženirji ameriške univerze Stanford (P. Zidar, 2014) razvili tiskano vezje, ki se zgleduje po notranji arhitekturi možganov in je sposobno nevronske mreže velikih dimenzij simulirati precej hitreje, kot to zmorejo običajna vezja. Vezje, imenovano Neurogrid (slika 190), vsebuje 16 posebej načrtovanih čipov, ki lahko simulirajo 1 milijon nevronov in 6 milijard sinaptičnih povezav, pri čemer to vezje potrebuje le 5W električne moči (človeški možgani so še vedno 25.000-krat energijsko učinkovitejši). Avgusta 2014, je podjetje IBM skonstruiralo čip z imenom TrueNorth (slika 190), ki vsebuje 1 milijon nevronov in 256 milijonov sinaps povezanih v 4096 nevrosinaptičnih jeder (1049 milijard sinaptičnih povezav), pri čemer za delovanje potrebuje največ 70 mW električne moči. No, to še ni vse. IBM je že zgradil superračunalnik Blue Gene/Q Sequoia (slika 190), ki lahko izvede kar 16 milijonov milijard izračunov v sekundi in ki lahko simulira 30 milijard nevronov, kar je približno 6-krat več, kot je nevronov v človeških možganih (človeški možgani vsebujejo okoli 86 milijard nevronov); za tako delovanje potrebuje 8MW električne moči.

Slika 190. Umetni možgani?

Slika 191. Problemi umetne inteligence

161

Ali se računalnik lahko zaveda sam sebe? V bližin bodočnosti - DA. Ocene, kdaj bo na voljo računalnik oz. umetna inteligenca, ki se bo lahko zavedala sama sebe, so različne: od leta 2020 do leta 2045. Takšna inteligenca bi lahko delovala kot samostojna oseba in bi gotovo pomenila enega največjih dosežkov pa tudi groženj človeštvu (slika 191), saj bi že leta 2045 lahko obstajal računalnik, ki bo zmogljivejši od možganov vseh ljudi na našem planetu - super inteligenca; v tem primeru UI preseže naravno človeško inteligenco. Kaj je tehnološka singularnost? Predstavlja tisti trenutek, ko bo umetna inteligenca temelječa na računalnikih, prvič opazno presegla človeško inteligenco (slika 192). Če se to zgodi, to pomeni radikalno spremembo za celotno našo civilizacijo in dramatično spremembo okolja, človekovih pravic in kakovosti življenja. Takšna UI bi lahko razvijala tehnologije in sprejemala odločitve, ki človeštvu nebi bile všeč, kot npr.: za planet Zemlja je najbolje, da človeštvo ne obstaja, na silo bi zmanjševala število človeštva zaradi klimatskih ravnovesij Zemlje, gradila bi za človeštvo neprijazne tehnologije itd. Pomembno je torej, da še pravočasno vpeljemo vse potrebno, da UI nikoli ne bo ušla izpod človekovega nadzora! Je rešitev problemov tehnološke singularnosti v transhumanizmu? Nekateri znanstveniki družboslovnega in naravoslovno-tehničnega področja razmišljajo v tej smeri. Transhumanizem (slika 193) je gibanje, ki se ukvarja z razmišljanjem o prednostih in nevarnostih nadgradenj človeških fizičnih in intelektualnih sposobnosti (P. Zidar, ŽT/2014). Zavzema se za preseganje človeka in njegovih omejenih zmogljivosti s pomočjo znanosti in tehnologije. Nekateri vidijo v transhumanizmu najnevarnejšo idejo na svetu, drugi pa kot utelešenje najpogumnejših in najbolj idealističnih vizij v prihodnosti človeštva. Transhumanizem v osnovi obravnava različne načine nadgradnje človeka; v bodočnosti se bodo lahko, ne samo bolni, ampak tudi zdravi ljudje, odločali za vgradnjo telesnih delov, ki bodo delovali bolje od izvirnih in jim bodo omogočali početi stvari, ki jih sicer nebi zmogli (npr. eksoskelet za dvigovanje težkih predmetov, za zelo hiter tek, sisteme nadgrajene oz. dopolnjene resničnosti, dodatni pomnilnik za možgane, možganske rezervne kopije itd.). Eden najvišjih ciljev transhumanizma pa je doseči nesmrtnost (npr. zamrznitev do trenutka, ko bo znanost omogočala zdravljenje določenih, sedaj neozdravljivih bolezni oz. znanj za podaljšanje življenja (v neskončnost), uspešnejši genski inženiring, kopiranje nevronov in sinaps človeških možganov v "elektronske možgane" zmogljivega računalnika in s tem prenos osebnosti - postljudje itd.).

Slika 192. Tehnološka singularnost

Slika 193. Transhumanizem

162

POJMI, KI SI JIH VELJA ZAPOMNITI:                 

računalnik v administraciji in upravljanju, računalnik v finančnem poslovanju, računalnik v procesu upravljanja, vodenja in odločanja, avtomatizacija proizvodnje, CNC, CAM, CAD, CAE, CIM, robotika, računalnik v medicini in zdravstvu, računalnik v bančništvu – e-bančništvo, računalnik v trgovini – e-trgovina, črtna koda, računalnik v vojaških razmerah, vojaški vadbeni simulatorji, računalnik v komunikacijskih storitvah, umetna inteligenca, ekspertni sistemi, mehka znanja, trda znanja, tehnološka singularnost,  transhumanizem.

RAZMISLI - ODGOVORI - OPRAVI: 1 Opišite opravila, ki jih računalnik opravlja v sodobni administraciji, še posebej v zdravstvu in medicini. 2 Opišite opravila, ki jih računalnik opravlja v sodobnem finančnem poslovanju, še posebej v zdravstvu in medicini. 3 Opišite opravila, ki jih računalnik opravlja v sodobnih procesih upravljanja, vodenja in odločanja, še posebej v zdravstvu in medicini. 4 Opišite pomen računalnika v sodobni industriji. 5 Opišite opravila, ki jih računalnik opravlja v procesih, ki jih označujejo pojmovne označbe: CNC, CAM, CAD, CAE in CIM! 6 Povezano računalniško vodeno proizvodnjo (CIM) radi imenujemo tovarna prihodnosti. Katera pomembna opravila v njej vodi računalnik? 7 V sodobno proizvodnjo sodijo tudi roboti. Opišite njihovo mesto in pomen. Zakaj je robotu potreben računalnik? Kaj pa roboti v medicini in zdravstvu? 8 Kaj so pravzaprav roboti in kaj teleoperatorji? 9 Opišite pomen računalnika v sodobni medicini in zdravstvu. 10 Opišite pomen robotov v sodobni medicini in zdravstvu. 11 Kje in kako računalnik izboljšuje komunikacijske storitve? 12 Kje in kako računalnik izboljšuje storitve v bančništvu? Kaj pomeni pojem e-bančništvo? 13 Kje in kako računalnik izboljšuje storitve v trgovinski dejavnosti? Kaj pomeni pojem etrgovina? 14 Naštejte in opišite nekaj področij uporabe črtne kode, še posebej v medicini in zdravstvu. 15 Opišite nekaj področij uporabe računalnika, ki jih nismo opisali v tem delu e-učbenika. 16 Opišite, kje se v vsakdanjem življenju srečujete z računalnikom. 17 Razložite pomen umetne inteligence in ekspertnega sistema.

163

18 Smo res vse bližje delujočim umetnim možganom? Kateri so pomembni koraki, ki so bili že storjeni? 19 Ali se računalnik lahko zaveda sam sebe? Kaj bi to pomenilo? 20 Zakaj nekateri menijo, da umetna inteligenca pomeni grožnjo človeštvu? 21 Kaj je tehnološka singularnost? Kaj so njene dobre in slabe lastnosti? 22 Kaj je transhumanizem? Kaj so njegove dobre in slabe lastnosti?

164

Viri – Literatura/1 1 Jereb, Janez (1986). Uporaba računalnika pri organizaciji izobraževanja odraslih. Moderna organizacija, Kranj. 2 Kljajić, Miroljub (1980). Teorija sistemov. Moderna organizacija, Kranj. 3 Gerlič, Ivan (1993). Računalništvo in informatika. Državna založba Slovenija, Ljubljana. 4 Gerlič, Ivan (1991). Osnove računalništva v izobraževanju. Univerza v Mariboru Pedagoška fakulteta Maribor, Maribor. 5 Gerlič, Ivan (1984). ABC računalništva. Zveza organizacij za tehnično kulturo Slovenije, Ljubljana. 6 Gerlič, Ivan (2000). Sodobna izobraževalna tehnologija v izobraževanju. Državna založba Slovenija, Ljubljana. 7 Gerlič, I., Puncer, Z, Slukan, D. (2007). Računalništvo - obdelava teksta. Izotech, Maribor. 8 Gerlič, I., Puncer, Z, Slukan, D. (2007). Računalništvo - multimedija, Izotech, Maribor. 9 Gerlič, I., Puncer, Z, Slukan, D. (2007). Računalništvo - omrežja, Izotech, Maribor. 10 Bergles, Robert (2009). Osnove zgradbe in delovanja računalniških sistemov. B2, Maribor. 11 Guit N., Brest J., Zazula D., Žalik B. (1999). Osnove računalniške tehnologije – NICE/1. Univerza v Mariboru - Visoka zdravstvena šola Maribor, Maribor. 12 Kokol P., Brumen B., Babič Š., Podgorelec V., Welzer D. T., Zorman M. (1999). Zdravstvena informatika – NICE/2. Univerza v Mariboru - Visoka zdravstvena šola Maribor, Maribor. 13 Bele, J., Bele, D. (2011). Računalništvo in informatika. Zavod IRC, Ljubljana. (e-verzija dosegljiva na (2.3.2016): http://www.mizs.gov.si/fileadmin/mizs.gov.si/pageuploads/podrocje/vs/Gradiva_ESS /Impletum/IMPLETUM_79EKONOMIST_Racunalnistvo_inform_Bele.pdf 13. Malačič, Robert (2008). Informatika. Zavod IRC, Ljubljana. E-verzija dosegljiva na (2.3.2016): http://www.impletum.zavod-irc.si/docs/Skriti_dokumenti/InformatikaMalacic.pdf 15 Wechtersbach, Rado (2005). Informatika. Saji,Ljubljana. 15. Global ICT trends. International Telecomunication Union, (27. 5. 2011). Dostopno: http://www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/index.html 17 E-gradiva.net (2.12.2014). Dostopno: http://www.egradiva.net/01_datoteka.html 18 E-računalništvo. SERŠ MB & MŠŠ, Ljubljana (12.1.2015). Dostopno: http://www.ssers.mb.edus.si/gradiva/rac/04_datoteka.html 19 E-gradiva za računalništvo in informatiko. Fakulteta za računalništvo in infromatiko, Ljubljana. (2.12.2014). Dostopno: http://colos1.fri.uni-lj.si/ERI/GRADIVA/index.html 20 E-učbenik za informatiko v gimnaziji: Računalništvo in informatika 1 - v2.10 (2.2.2018). Dostopno: https://lusy.fri.uni-lj.si/ucbenik/book/index.html 21 Wikipedia. Dostopno: http://sl.wikipedia.org 22 Whatis.Dostopno: http://www.whatis.com 23 iSlovar. Ekonomska fakulteta Ljubjana (2.10.2014). Dostopno: http://www.islovar.org/iskanje_enostavno.asp 24 Računalniški slovarček. (12.11.2014) Dostopno: http://dis-slovarcek.ijs.si/ 25 IPL2 - How Things Work. (2.2.2014). Dostopno: http://www.ipl.org/div/pf/entry/48486 in http://www.ipl.org/div/pf/

165