1.1. Tietokone

TIETOKONE

Tietokone on laite, joka käsittelee numeeris-loogista tietoa ohjelmointinsa mukaisesti. Arkikielessä tietokoneella tarkoitetaan yleensä yleiskäyttöistä laitetta, joka on tarkoitettu suorittamaan monenlaisia tietojenkäsittelytehtäviä. Myös esimerkiksi pelikonsolit ja matkapuhelimet ovat perusluonteeltaan tietokoneita, vaikka erikoistuneiden käyttötarkoitustensa takia niitä ei sellaisiksi yleensä kutsuta. Myös sulautetuissa järjestelmissä on laitteen sisällä tietokone, vaikka käyttäjä ei aina ole siitä edes tietoinen.

Tietokone on nimensä mukaisesti kone joka käsittelee tietoa (data). Englanninkielisen kuvaavan nimensä (computer) mukaisesti tietojen käsittely perustuu matemaattiseen laskentaan. Tietokone on tavallaan tehokas laskin, jonka logiikka muodostuu ohjelmointikielestä, jonka avulla voidaan tehdä erilaisia toimintoja. Siksi tietokoneita on erittäin laajasti käytössä kaikkialla missä tarvitaan toimintojen automatisointia ja tiedon välittämistä minkä tahansa laitteen käyttäjälle.
Esimerkiksi autoissa, jääkaapeissa ja monissa muissa kodinkoneissa, robottiruohonleikkureissa jne. Listaa voisi jatkaa loputtomiin ja kaikissa näissä laitteissa useita laitteen käyttöä helpottavia toimintoja varten on laitteessa jonkinlainen tietokoneyksikkö. Matkapuhelimet ja tabletit ovat itseasiassa tietokoneita ja suoraa seurausta tietokoneiden kehitykselle.

Aluksi oli pöytätietokone

Tietokoneen historia ulottuu aina 1800-luvulle, jolloin Matematiikan professori Charles Babbage kehitti mekaanisen tietokoneen nimeltä Analyyttinen kone. En kuitenkaan käsittele tässä tietokoneen historian käänteitä tarkemmin vaan loikkaan suoraan aikaan, jolloin kuluttajakäyttöön markkinoille saapui mikrotietokone. Tietokone oli aluksi pöytätietokone ja se sai käyttövirran verkkovirrasta. Myöhemmin kehitettiin kannettavia tietokoneita (läppäreitä), jotka sisältävät samat komponentit, kuin pöytätietokonekin. Ainoana erona on akku, jonka avulla niiden käyttö on mahdollista langattomasti.

Tässä materiaalissa käytän esimerkkinä pöytätietokoneen komponentteja sillä niiden avulla saamme käsityksen tietokoneen komponenteista ja niiden tehtävästä tietokoneen toiminnassa.

Oli tietokone sitten kannettava tietokone, puhelin, tabletti jne. Kaikissa tietokoneissa on peruskompponentteina sama kokoonpano. Jokaisesta löyty prosessori, joka käsittelee tietoa ja muistit, jonen tallennetaan tietoa.

TIETOKONEEN OSAT

Tietokoneen osat toimivat yhdessä ja muodostavat toimivan tietokoneen. Jokaisella osalla on oma tehtävänsä koneen toiminnassa ja kaikkia osia on myös myynnissä erilaisia varustettuna erilaisilla ominaisuuksilla.

Tietokoneen ydinkomponentteja ovat:

• Emolevy
• Prosessori + jäähdytys
• Massamuistit
• Näytönohjain
• Kovalevy
• Virtalähde
• Kotelo

Tietokoneen saa periaatteessa toimimaan pelkkien ydinkomponenttien avulla mutta usein tietokoneet voivat sisältää myös erilaisiin toimintoihin tarvittavia komponentteja, kuten:

• Levyasema (CD, DVD, Blue-ray)
• Verkkokortti (voi sisältyä myös emolevyyn)
• Äänikortti

Usein tietokoneeseen on liitetty myös oheislaitteita, jotka mahdollistavat ihmisen ja tietokoneen välisen kommunikoinnin ja tietojen varastoinnin. Tavallisimpia oheislaitteita ovat:

• Syöttölaitteet (hiiri, näppäimistö, skanneri, verkkokamera)
• Näyttölaitteet (näytöt, projektori, virtuaalitodellisuuslasit)
• Tulostimet

Prosessori eli suoritin

Prosessori suorittaa matemaattisia ja loogisia komentoja. Tavallinen perustietokone suorittaa miljoonia komentoja sekunnissa prosessorin toimesta ja komponenttia voidaankin kuvailla tietokoneen aivoiksi. Prosessorin pohjana on elektroniikasta tuttu mikropiiri ja prosessoria voitaisiin kutsua mikroprosessoriksi mutta kansankielessä se on kuitenkin lyhentynyt prosessoriksi tai ”prossuksi”.

Modernit prosessorit sisältävät useita mikropiirejä, joita kutsutaan ytimiksi. Esimerkiksi prosessorivalmistajan AMD valikoimasta löytyy nykyään jopa 12 ytiminen prosessori. Mitä enemmän ytimiä prosessorissa on sitä enemmän ja nopeammin se pystyy suorittamaan laskutoimituksia. Siksi ytimien määrällä on suuri vaikutus tietokoneen nopeuteen.

Käytännössä kaksi valmistajaa

Prosessoreita valmistaa käytännössä kaksi valmistajaa Intel ja AMD. Se, kumman valmistajan prosessori valitaan vaikuttaa oleellisesti myös emolevyn valintaan. Prosessorien metallisien kantojen muoto ei ole standardi vaan niiden muoto on molempien valmistajien prosessoreissa erilainen. Emolevyjä on tarjolla AMD:n ja Intelin prosessorien kannoille. On siis tärkeää valita oikean prosessorin kannan omaava emolevy valitun prosessorin mukaan.

Prosessori valitaan ensin

Koska prosessori on tärkein komponentti tietokoneessa, koneen komponenttikokoonpanoa suunnitellessa prosessori valitaan ensin. Myös valitessa esimerkiksi kannettavaa tietokonetta kiinnitetään huomio mihin prosessoriin kokoonpano perustuu. Kootessa omaa konetta valitaan prosessori ja toiseksi siihen sopiva emolevy.

Tuuletin tarpeen

Prosessori kuumenee tohokkaan laskennan vuoksi todella paljon. Siksi prosessoriin asennetaan aina jäähdytyssiiliksi kutsuttu metallinen säleikkö sekä tuuletin. Jäähdytystarpeet tulevat myös prosessorin hankinnan mukana samaan hintaan mutta aina voi hankkia tehokkaamman vaihtoehdon erikseen.

Viilentämisen voi hoitaa myös nestemmäisellä jäähdytyksellä, joka on todella tehokas vaihtoehto.

Koneen sisäiset muistit

Tietokoneessa on erilaisia muisteja, joihin tallennetaan tietoa ja ne on toimittavat erilaisia tehtäviä koneen toiminnassa.

Keskusmuisti (RAM, ROM) on työmuisti, johon latautuvat käyttöjärjestelmän lisäksi suoritettavat sovellukset sekä näiden tarvitsemat tiedot. Keskusmuisti on tyyppiltään väliaikaista ja sen tiedot nollaantuvat, kun tietokone sammutetaan. Jo seskusmuistia on tietokoneessa liian vähän, tietokoneen toiminta hidastuu.

Keskusmuisti sijaitsee emolevyn muistikammoissa ja muisteja on saatavilla erilaisilla nopeuksilla. Luonnollisesti mitä nopeampaa muisti on sitä kalliimpia kammat ovat. Emolevyissä on yleensä neljä muistikampapaikkaa, joihin voi asentaa halutun määrän muistikampoja. Muistikampoja on myös erityyppisiä, joten onvarmistettava, että muistikamman tyyppi soveltuu (sopii) tietokoneen emolevyyn.

Massamuisti sijaitsee tietokoneen kiintolevyllä, jota arkikielessä kutsutaan kovalevyksi. Massamuistissa on tallennettuna tietokoneen ohjelmat ja tiedostot. Myös tietokoneen käyttöjärjestelmä, joka käynnistyy kun tietokone käynnistetään, tallennetaan massamuistiin eli kiintolevylle.

Kiintolevy, jossa ohjelmat sijaitsevat on asennettu kiinteästi tietokoneeseen ja yhdistetty johdolla tietokoneen emolevyyn. Kiintolevy oli alunperin pääasiallisesti mekaaninen ja sisälsi magneettisesti pyörivän metalli- tai lasikiekon ja tietojen lukupään. Jo 70-luvulla kehitetty SSD-muisti on kuitenkin alkanut ja suurimmaksi osaksi jo korvannut mekaanisia kiintolevyjä tietokoneiden massamuistina. SSD-levyssä tiedot tallentuvat magneettisen materiaalin sijasta muistipiireille. Kiintolevyllä ei ole mekaanista koneistoa, vaan toiminta perustuu puolijohdepiireihin. Tämän vuoksi SSD-muistilevyissä on parempi iskunkestävyys. Hyötynä ovat pienempi virrankulutus, huomattavasti nopeampi toiminta ja täydellinen äänettömyys.

Tietokoneen ulkoiset muistit

Ulkoisia muisteja ovat esimerkiksi muistitikut, ulkoiset kiintolevyt, muistikortit ja kaikki tallennusvälineet, jotka eivät ole kiinteästi asennettuna tietokoneeseen.

Ulkoiset kiintolevyt käyttävät samaa tekniikkaa, kuin koneen sisäiset kiintolevyt mutta niitä käytetään pääasiallisesti omien tiedostojen tallentamiseen. Kuten sisäisiä kiintolevyjäkin myös ulkoisia kiintolevyjä on mekaanisia ja SSD-tekniikkaa käyttäviä levyjä.

Muistitikku eli USB-muisti on tavallisesti pienikokoinen USB-pistokkeen sisältävä tallennusväline, joka on Flash-muistiin perustuva (Kuten SSD-kovalevyt) massamuisti. Pienen kokonsa ansiosta USB-muistit kulkevat kätevästi mukana ja ovat käytännöllisempiä tiedon siirtämiseen kuin ulkoiset kovalevyt.

Muistikortit ovat todella fyysiseltä kooltaan pieniä, usein erilaisissa laitteissa, kuten järjestelmä ja muissa kameroissa käytettäviä tallennusvälineitä. Muistikortin tiedot voidaan ladata tietokoneeseen joko olemassa olevan muisikortille sopivan portin kautta tai erillistä muistikortinlukijaa käyttämällä.