"Simulering" av datamaskin

Jeg refererer her til analogien (se figur)  mellom en datamaskin og personen som sitter ved skrivebordet og arbeider, der hjernen er CPU, kladdearket på skrivebordet er indre lager, innkurven er innenheter, utenheten er utenheter og arkivskuffen er ytre lager.

På en pult kan vi legge ut papirark som kan forestille forskjellige enheter i maskinen:

• Innenhet
• Utenhet
• ROM, et ark som inneholder oppstartsprogram. (Bootloader, Bootstrap)
• RAM
• Ytre lager, som inneholder to programmer, operativsystemet (styreprogrammet) og summer (et program som legger sammen to tall)

I all sin enkelhet virker datamaskinen ved at CPU kontinuerlig arbeider etter følgende instruks:

1. Les neste instruksjon fra RAM eller ROM
2. Utfør instruksjonen
3. Gå til 1

Et program må altså ligge i indre lager  for å kunne bli utført!  Dette impliserer at programmer må hentes inn fra ytre lager til indre lager før programmet kan kjøres.

Vi har i prinsippet 4 forskjellige programtyper:

1. CPU-programmet som er fast innlagt i CPU (mikroprogram). (Se over)
2. Oppstartsprogram som ligger i ROM. (Når maskinen slåes på er alle andre program på ytre lager og RAM er tom!)
3. Operativsystem som
   • Styrer   alle andre program
   • Viser brukergrensesnitt på skjermen
   • Kontrollerer og styrer alt som skjer i maskinen etter oppstart
4. Applikasjonsprogrammer (tekstbehandling, nettleser, epostprogrammer osv.)

Følgende programeksempler kan skrives på ark:

ROM:

• Oppstartsprogram:
  Hent operativsystem fra ytre lager og legg i indre lager

Ytre Lager:

• To programmer:

  Operativsystem: (Et meget enkelt operativsystem!)

  1. Vent på at bruker skriver et programnavn på innenhet
  2. Hent det programmet som brukeren skrev navnet på inn i indre lager
  3. Kjør programmet
  4. Gå til 1)

  Summer: (Et meget enkelt brukerprogram)

  1. Vent på at bruker skriver et tall på innenheten
  2. Skriv tallet på kladdearket
  3. Vent på at bruker skriver et tall på innenheten
  4. Skriv tallet på kladdearket
  5. Summer de to tallene på kladdearket og skriv resultatet på kladdearket
  6. Skriv resultatet på utenheten

Det som skjer ved oppstart og kjøring av programmet summer er da følgende:

• Når maskinen slåes på kjører CPU oppstartsprogrammet i ROM, som legger operativsystemet i RAM og overlater kontrollen til operativsystemet.
• Operativsystemet venter til bruker skriver "Summer" og henter da inn programmet "Summer" fra ytre lager og inn i RAM og overlater deretter kontrollen til "Summer".
• "Summer" venter til bruker skriver et tall, f.eks. 5, som deretter skrives ned i RAM
• "Summer" venter til bruker skriver et tall, f.eks.7, som deretter skrives ned i RAM
• "Summer" regner ut 5+7 og skriver resultatet 12  i RAM
• "Summer" skriver 12 på utenhet og overlater kontrollen til operativsystemet
• Operativsystemet venter på at bruker skriver et nytt programnavn, osv osv osv osv

Jeg understreker at dette er sterkt forenklet, men riktig i prinsippet! Det kan være en tankevekker at en datamaskin er kompleks i den forstand at den har mange deler og  gjør mange ting fort. Men, den jobber etter svært enkle prinsipper og er enkel i den forstand at CPU bare kan utføre noen få hundre forskjellige ting og bare kan gjøre en instruksjon av gangen.
CPU har også ekstremt dårlig kortidsminne, den husker ikke engang den instruksjonen den gjorde for ca 0.000 000 01 sekund siden! Det er derfor CPU må kladde alt den gjør i RAM!