Hvad kommer efter DAVID? Af Arne Tolstrup Madsen.

Hvad kommer efter DAVID? Af Arne Tolstrup Madsen. Som mange har opdaget, arbejder jeg på en afløser for DAVID. Gennem årene har flere spurgt, om en evt. ny version skulle hedder Goliath. Bortset fra det måske er svært at lave en sætning, som kan forkortes til Goliath, så var Goliath en kæmpe og DAVID underlegen. Efterfølgeren skulle nødig hverken være en kæmpe eller dårligere end DAVID. Goliath er altså udelukket på forhånd. DAVID har desuden været på markedet så længe, at det må være rimeligt med et helt andet produkt, der ikke bygger på DAVID. Navnet skal derfor heller ikke have en henvisning til DAVID; den nye titel bliver PC indsigt og udsyn. Titlen er dobbelttydig og inspireret af en gammel inskription fra Århus Købmandsskole: Indsigt giver udsyn. Det er et godt formål for al undervisning og passer til datalogifaget, hvis formål jeg i høj grad opfatter som at give indsigt. Desuden passer titlen til emnerne i bogen, der kommer til at omfatte maskinstruktur, operativsystemer og internet; dvs. der kigges både ind i PC en og ud af PC en. Hvorfor og hvordan? Alderen har plaget DAVID nogle år. At jeg ikke har lavet en fornyelse, skyldes ikke manglende lyst; min tid er blot gået til to udgaver af vores Delphi-bøger samt nogle spændende programmeringsopgaver. Jeg ventede egentlig, at der fra anden side kom en erstatning i form af et samlet undervisningsmateriale; men som bekendt har det mere været supplementer til DAVID. Med den hastige udvikling inden for vores område, ville noter distribueret over internet ellers være en god mulighed; samtidig med at kræfter fra mange sider kunne forenes. Imidlertid er jeg blev overbevist om, at der er behov for en ny bog. Når jeg snakker med nogle af jer, får jeg at vide, at de fleste stadig foretrækker at have en bog og ikke kun noter. Det sidste år har jeg på datamatikeruddannelsen undervist i operativsystemer og distribuerede systemer. Først på sommeren fik jeg så den idé, at en efterfølger til DAVID passende kunne bestå af maskinstruktur, operativsystemer og internet. Det ville give et grundlag for at forstå, hvordan et moderne EDB-system koblet til internettet virker. Da jeg kiggede på foreningen hjemmeside, så jeg at det passede fint med de noter, der lå dér. Det var netop om operativsystemer, internet og netværk. Så jeg var ikke den første til at få ideen. 1

Først efter grundig snak med flere gode venner i gymnasiet og lange overvejelser, besluttede jeg endelig at gå i gang midt i sommerferien. Ud over den mængde ekstraarbejde det ville give, gik min betænkelighed på, at jeg har mistet følingen med gymnasieundervisning, og at vores nuværende regering laver ændringer i et hidtil uset tempo; så hvor længe varer det, inden datalogi ændres væsentligt? At Claus, Inger og Kjeld på forhånd tilbød at læse korrektur og give kommentarer gav den nødvendige støtte. Jeg har allerede i starten, mærket en stor interesse for projektet; det glæder mig meget og øger min motivation mærkbart. I det følgende gennemgår jeg de enkelte emner i den nye bog. Maskinstruktur Maskinstrukturen repræsenterer et radikalt skift i forhold til DAVID. Jeg har selv har følt et par mangler ved DAVID. Projektmulighederne er for begrænsede, især fordi maskinsproget og dermed assemblersproget er for simpelt (minimalistisk). Der var desuden for ringe mulighed for differentiering, idet der er for lidt til de hurtige og dygtige elever. Begge dele har jeg forsøgt at råde bod på i den nye bog. Maskinsproget er stærkt inspireret af DEC s Alpha-processor, dvs. det ligner en rigtigt processor, samtidig med at jeg har kunne bevare et simpel instruktionssæt, der ikke er vanskeligere at forstå og arbejde med end DAVIDDEC. Min første intension var at efterligne Intels 80x86 familie, da den bruges i PC er. Det ville derfor være muligt at gå videre med rigtigt maskinkode eller assemblerkode på Pentium-maskiner. Men denne processorfamilie bærer tydelig præg af en lang udvikling med lapperier på tidligere versioner, så koden er ret kompliceret. Derimod har Alpha-processoren et meget rent instruktionssæt. Efter at have skrevet maskinstrukturen føler jeg mig overbevist om, at det er bedre at basere instruktionssættet på en eksisterende processor frem for selv at opfinde noget. En rigtigt processor er nu engang ret gennemtænkt. Denne del af bogen starter med assemblerkode, inden maskinen introduceres. Derefter følger et kapitel om maskinen, maskinkode og dennes forbindelse med assemblerkoden. Endelig er der et kapitel med avanceret assembler og maskinkode. Et antal opgaver i alle tre kapitler giver mulighed for at eleverne arbejder meget selvstændigt ved maskinerne. Det sidste kapitel kan uden ulempe overspringes eller kan bruges til selvstændigt arbejde for hurtige elever. Elever, der kan lide programmering og problemløsning, syntes forhåbentlig at kapitlet er spændende. I det hele taget har jeg prøvet at opbygge teksten, så det er muligt at stoppe flere steder. Den obligatoriske 2

del er efter min egen vurdering også mere spændende end de tilsvarende kapitler i DAVID. Til denne del hører et program, der kan arbejde med assemblerkode, maskinkode og afvikling af begge dele. I modsætning til DAVID kan man ikke indtaste direkte i lageret; men man kan lave en slags loadbar exe-fil, dvs. man skriver maskinkoden i en editor, hvorefter koden loades ind i lageret. Det er mere realistisk end direkte indtastning i lageret, der er vist ikke set i mange år. I forhold til DAVID er følgende skåret væk: binær repræsentation (nævnes blot uden at gå i detaljer) afvikling i mikrotrin er erstattet af to trin: fetch og execute af en instruktion oversættelse fra højere programmeringssprog omtales i bogen kun i form af opgaver, hvor det sker i hånden. Måske vil det endelige program kunne foretages automatisk oversættelse fra et mikropascal Da der skal være plads til de to andre emner, har det været nødvendigt med beskæringer. Jeg håber valgene tilfredsstiller de fleste. Operativsystemer Denne og næste del er ikke færdig, så ret til ændringer forbeholdes! Efter min vurdering skal operativsystemer (OS) næppe tage mere end en-to dobbelttimer, medmindre læreren eller klassen er specielt interesseret. Det skal derfor overvejes nøje, hvad der er vigtigt. Jeg har valgt at beskrive nogle få vigtige faciliteter i et operativsystem samt lave nogle opgaver, der viser samspil mellem programmer og Windows, samt opgaver der illustrerer funktionen af Windows. For mig er nogle af de vigtigste aspekter i et moderne OS procesbegrebet, multitasking (herunder processkift og lageradministration), I/O teknikker samt lagdeling i et OS. Simulationsprogrammet fra maskinstrukturen bliver udbygget til også at vise relokering af kode og multitasking, på en så illustrativ måde, at det forhåbentlig virker enkelt. Dette afsnit vil slutte med en kort historisk oversigt for OS med vægten på Windows. Jeg har planer om at lave nogle småprogrammer, der viser trådprogrammering, samspil mellem program og operativsystem, samt viser sikkerheden eller mangel på samme i Windows. 3

Til sidst i denne del vil der være øvelser med værktøjer, der er tilrådighed i Windows. Jeg håber der med tiden kan komme flere af denne slags øvelser, som jeg så vil lægge på hjemmesiden til bogen. Til det vil jeg gerne have bidrag fra jer, der underviser i gymnasiet. Internet Jeg vil gætte på, at nogle af emnerne i denne sidste del af bogen er nye for mange af jer. Meget af det jeg skriver om, ville jeg i hvert fald ikke kende, hvis ikke jeg var kommet til at undervise i netværk og klientserverløsninger. Det har givet mig et stort udbytte, og jeg synes, der er mange spændende ting, der er velegnet til gymnasiet. Forhåbentlig bliver denne del af bogen en spændende fornyelse. Jeg har en reference til en fremragende bog, vi benytter i Århus. Så hvis du ønsker selv at dykke længere ned i området eller have en opslagsbog, når nogle eleverne stiller spørgsmål, vil jeg anbefale [Kur]. Internet og netværk har en del tilfælles. Selvom denne del af bogen har vægten på internettet, vil en del af stoffet også gælde for lokale netværk. Der er to formål med denne del af bogen. Dels at give indblik i, hvad der foregår bag kuliserne, når vi bruger klientprogrammer som browsere, mailklienter og ftp-klienter og dels at give viden om de enheder og begreber, der benyttes i netværk. Efter et kort overblik over hele emneområdet går jeg mere i detaljer gennem en top-down gennemgang. Herunder vil begreber som protokolstakken, TCP/IP, http etc. bliver forklaret. Gennemgangen starter med applikationsniveauet, dvs. om hvordan applikationer snakker sammen over nettet. Der bliver f.eks. øvelser, hvor HTMLsider hentes hjem uden brug af browser. For de interesserede bliver der mulighed for at skrive småprogrammer, der henter siderne; ellers kan eleverne benytte freeware programmer hertil eller de små utility-programmer, der hører til bogen. Det skitseres desuden, hvordan en web-server er skrevet. Faktisk vil de skrappeste programmører blandt eleverne kunne skrive en primitiv webserver selv. På dette niveau er det nødvendigt at beskæftige sig lidt med IPadresser og DNS. Det netop omtalte applikationsniveau handler om at sende information mellem to maskiner, uden at spekulere på hvordan informationen sendes. Disse problemer overlades til transportlaget, f.eks. hvordan modtagermaskinen finder ud af hvilken applikation, der skal have den information, der blev modtaget over netværkskortet; og hvordan man finder frem til applikationen på afsendermaskinen, som jo normalt skal have et svar tilbage. 4

Endnu længere nede i lagene er problemet, at de pakker, den afsendte information er delt op i, skal finde vej gennem en række routere på internettet. Herunder gennemgås brug af IP-adresser lidt nærmere. Der vil her være simple opgaver, der undersøger routning og virkemåden for en router. Mange af jer vil allerede kende hertil. Det nederste lag er det såkaldte data-linklag, som et laget lige ovenpå det fysiske lag, hvor den egentlige transport af bit finder sted. Datalink-laget står for at sikre korrekt overførsel af data. Til laget hører også forklaring på de tekniske dimser, der benyttes så som hub, bridge, switch og routere og kabler. Da skolerne normalt benytter ethernet, vil jeg kort forklare, hvordan det virker. Internetdelen slutter med et kort afsnit om sikkerhed med omtale nogle af de begreber, elever har hørt om: Virus, orme, trojanske heste. Herunder omtales forskellige former for angreb samt metoder til beskyttelse herimod: Antivirusprogrammer, firewall, kryptering og password. Som det forhåbentlig er fremgået, vil denne del af bogen også give eleverne en viden, de direkte kan bruge i forbindelse med deres egen maskine, ikke mindst hvis de har et lille netværk hjemme. Men bogen bliver ikke et hands-on kursus i netværksopsætning, snarere en baggrundsviden der måske gør det lettere at læse de små hæfter om netværk. Afslutning og referencer Jeg håber, min indsats bliver til glæde for jer og eleverne; selvom det nye materiale næppe får lige så lang levetid som DAVID. Inger Mønsted har lovet at afprøve dele af manuskriptet her i efteråret, hvilket jeg er meget glad for; det er altid rart at se, hvordan noget nyt materiale virker i undervisningen. Det betyder, at jeg p.t. programmere på programmet til maskinstrukturen, så hurtigt jeg kan. Midlertidigt er det afbrudt, fordi jeg blev opfordret til at skrive denne artikel. De, der måtte have kommentarer eller idéer til indholdet af den nye bog eller de programmer, der er nævnt, er velkomne til at sende mig en e-mail på atm@tolstrupdata.dk. [Kur] Kurose og Ross: Computing Networking. 2. Edition. Addison-Wesley. ISBN 0-201-97699-4. Anbefales varmt til internet og netværk. [Sta] William Stalling: Operating Systems. 4. Edition. Prentice Hall. ISBN 0-13-0319999-6. God bog hvis du ønsker en dybere viden om operativsystemer (ca. 750 sider!). 5