Tietokone
Tietokone on ohjelmoitava kone, joka käsittelee tietoa. Useimmiten tietokoneesta puhuttaessa tarkoitetaan modernia tietokonelaitteistoa, jolla tehdään esimerkiksi töitä. Ensimmäiset tietokoneet rakennettiin toisen maailmansodan aikana saksan salakirjoitussanomien murtamiseen (Colossus) ja ampumataulukoiden laskemiseen (ENIAC).
Turingin kone on yksi tietokoneen malli. Sen keksi englantilainen matemaatikko Alan Turing (1912—1954)
Tietokoneen toiminta
Tietokone toimii sen suorittimen eli prosessorin ohjauksessa. Suoritin vastaanottaa tietoja syötteinä, mukaan lukien keskusmuistista tulevia ohjelmia joita se suorittaa. Erilaisia suorittimia on kuitenkin pääsuorittimen lisäksi myös muissa tietokonelaitteiston osissa (esimerkiksi näytönohjaimessa), koska luonnollisesti suorittimen kuormittaminen keskeytyksillä heikentää tietokoneen suorituskykyä.
Tietokoneet kehittyvätkin aina asteittain niin, että tietty osakohta havaitaan ns. pullonkaulaksi eli esteeksi suorituskyvyn nousemiselle, jolloin tämä osa-alue korjataan. Nykyään usein pääsuorittimen teho ei ole useimpiin sovelluksiin kovin olennainen asia, mainosmiesten puheista huolimatta, vaan kokonaisuus merkitsee paljon enemmän.
Tietokoneen osat
Suurin jako perustuu siihen, että tietokoneessa on:
- laitteisto, kovo (engl. hardware) ja
- ohjelmistot, pehmo (engl. software).
Laitteisto sisältää nykyään:
- suorittimen
- emolevyn
- erillisen näytönohjaimen tai emolevylle integroidun näytönohjaimen
- keskusmuistin
- kiintolevyn
- CD-ROM tai/ja DVD- aseman
- näppäimistön, hiiren ja näytön
- verkkokortin
- internet yhteyden (modeemi tai laajakaistayhteys) sekä
- kotelon ja virtalähteen.
Yleensä tietokonelaitteistoon lasketaan myös tulostin.
Edellisten lisäksi tietokonelaitteistoon voi kuulua moninaisia lisäosia esim. nauha-asema tietojen varmuuskopiointia varten.
Ohjelmisto sisältää:
- käyttöjärjestelmän (esim. Windows tai Linux) ja
- käyttöjärjestelmän päällä toimivat sovellutusohjelmat (esim. Word).
Ohjelmistot tehdään jollakin ohjelmointikielellä. Ohjelmointikielinen versio ohjelmasta käännetään kääntäjällä tietokoneen suorittimen ymmärtämään muotoon. Kaikki tietokoneen ohjelmat toteutetaan lopulta suoritinkohtaisilla konekielisillä käskyillä ja lopulta nekin ovat vain ykkösiä ja nollia. Siis esim. vauhdikas tietokonepeli on lopulta vain miljardeja ja miljardeja ykköisiä ja nollia.
Tietokoneiden käytöstä
Ensimmäiset tietokoneet 1940- luvulla oli tehty sotilaallisiin tarkoituksiin, mm. Saksan ja Japanin salakirjoitusjärjestelmien murtamiseen.
Tietokonetta käytetiin aluksi keskeisesti laskemiseen (vrt. engl. computer). ENIAC (385 kertolaskua sekunnissa) pystyi korvaamaan kertolaskussa (noin 1 kertolasku per minutti per ihminen) noin 23.000 ihmistä. Nykyinen mikroprosessori on edelleen noin 3.000.000 kertaa ENIAC:ia nopeampi, eli korvaa kertolaskuissa noin 60 miljardia ihmistä.
Myöhemmin oivallettiin että itse asissa ykkösillä ja nollilla voitiin kuvata mitä tahansa: tekstiä (tekstinkäsittely), kuvia (kuvien käsittely), sanomia, kirjoja, arkistoja, maastoa, rakennuksia jne.
Tietokone ohjaa monesti laajoja järjestelmiä, esim. tietokoneohjattua tuotantoa, ase-, tiedustelu- tai johtamisjärjestelmää, liikennevaloja, puhelinkeskuksia, internetin reitittimiä, autoja, pesukoneita, lähes kaikkia teknisiä järjestelmiä. Nykyaikaisen yhteiskunnan teknologinen pohja on keskeisesti tietokonetekniikkaa.
Tietokoneen kapasiteetin kasvu on jatkuvasti yllättänyt asiantuntijat. Alalla on kuuluisia asiantuntijalauseita mm.:
- maailmassa on muutaman tietokoneen markkinat
- en näe mitään käyttöä tietokoneille kotona.
Aikansa tietokonetekniikkalla nämä lausahdukset pitivätkin paikkansa.
Shakin peluuta pidetiin pitkään niin ihmismäisenä toimintona, että tietokoneen ei ajateltu koskaan pystyvän siihen.
Merkittävä tapaus tietokoneen historiassa oli myös Toy story- elokuva, joka oli tehty täysin tietokoneella, tietokoneanimaationa.
Tietokonesukupolvet
Tietokoneiden sukupolvien teknologisia vaiheita ovat olleet:
- putkikoneet
- transistorikoneet
- mikropiirikoneet ja
- mikroprosessorikoneet.
Ensimmäiset elektroniset tietokoneet 1940- luvun lopussa perustuivat releisiin ja elektroniputkiin, hitaisiin, epäluotettaviin, suurta energiakulutusta edustaviin ja suuriin komponentteihin. ENIAC oli ensimmäinen täysin elektroninen yleiskäyttöinen tietokone.
Siirtyminen 1950- luvulla puolijohteisiin perustuviin transistoreihin pienensi oleellisesti komponettien kokoa ja energian tarvetta sekä lisäsi luotettavuutta.
Siirtyminen 1960- luvulla mikropiirehin pienensi jälleen tietokoneen komponenttien kokoa. Alkoi Mooren lakina tunnettu kehitys, jossa samalle mikropiirille saatiin kaksinkertainen komponenttimäärä puolessatoista vuodessa.
Seuraava mullistus oli mikroprosessorin keksiminen. Mikroprosessorin avulla syntyi henkilökohtainen tietokone, PC.
1980- ja 1990- luvuilla siirryttiin suurtiheyksisiin mikropiireihin (VLSIC) ja edelleen suurnopeuksisiin mikropiireihin (VHSIC).
Tietokoneiden sukupolvien suurvaiheita ovat olleet:
- suurtietokone (1965 - 1975) (mainframe)
- minikone (1975 - 1985)
- palvelin (1985 - 1995)
- verkko (1995 - ?)
- verkko + pääte (2000 - ?)
Mikroprosessori, suoritin
Mikroprosessori on tietokoneen keskusyksikkö, aivot, yhdellä mikropiirillä. Ensimmäinen mikroprosessori, Intelin 4004 vuodelta 1971 sisälsi noin 2300 transisoria. Sen kellotaajuus, nopeus oli 0,1 MHz:iä, kerralla käsitteltävän tiedon leveys 4 bittiä (yksi numero) ja se pystyi käsittelemään 0,06 miljoonaa käskyä sekunnissa.
Kolmekymmentä vuotta myöhemmin, vuonna 2001 uusin mikroprosessori Intelin perheessä oli Itanium. Se sisälsi noin 25.000.000 transistoria, sen kellotaajuus oli 733 MHz:iä, kerralla käsisteltävän tiedon leveys oli 64 bittiä (16 numeroa) ja Itanium pystyi suorittamaan 7491 miljoonaa käskyä sekunnissa.
Luvut ovat murskaavia. Ihmiskunnan tekniikan historiassa ei ole vastaavaa ilmiötä. Tästä voidaan päätellä, että ihmiskunnan tekniikan historiassa eletään poikkeuksellisia aikoja.
Tietokoneen aiheuttamia muutoksia
1. Yksityisyys vaarassa. Mikroprosessori on luomassa ennen näkemättömän mahdollisuuden yhdistellä ja saada tieto eri lähteistä. Tämä kehitys uhkaa ihmisten yksityisyyttä. Lääke tähän on mikroprosessori ja sen antama mahdollisuus tietojen tehokkaaseen ja halpaan salaamiseen.
2. Elektroninen työpaikka. Aluksi työpaikka muuttui melko vähän. Sitten halvat työryhmäohjelmat ja tietokoneverkot muuttivat työtä enemmän. Johto pystyy johtamaan useampaa ja erilaisempaa työryhmää tehokkaasti. Hyvät uutiset ovat se, että toimistokoneet eivät koskaan ole olleet näin halpoja. Huonot uutiset ovat se, että ihmisten etenemismahdollisuudet pienenevät, kun johtajia tarvitaan vähemmän.
3. Aivokuvaus kaikille. Kolmiulotteiset tomografia- laitteet vaativat laskentakapasiteetin, joka oli toteutettavissa vain kalliilla minitietokoneilla. Nyt sama kapasiteetti löytyy tehokkaimmista mikroista.
4. Uutistuotannosta tulee yhteistoimintaa. Aiemmin uutiset tulivat suurista uutistoimistoista. Nyt sähköpostijärjestelmät ja elektroniset keskustelufoorumit tarjoavat uutisaiheita valtavan turhan tiedon lisäksi. Reportterit saavat paljon sähköpostia ulkopuolisilta. Uutispohja kasvaa.
5. DNA-mysteerit paljastuvat. Ihmisperimän molekyyliketjujen laskenta on synnyttänyt uuden laskennallisen molekyylibiologian. Sairastumisherkkyys ja perinnölliset taudit voidaan kartoittaa. Ja vakuutusyhtiöt voivat tutkia, ketä kannattaa vakuuttaa.
6. Sähköposti luo demokratiaa. Se korvaa hierarkkisen johtamisportaikon ja mahdollistaa suoran tiedon alhaalta ylös (vrt kohta 3).
7. Älykkäämmät autot hallitsevat maanteitä. Moottorit käyttävät vähemmän polttoainetta ja antavat paremman tehon. Tarve säätää moottoria huollon yhteydessä on mennyttä aikaa. Omia käyttöjärjestelmiä yhdistämään tavallisen auton noin tusina mikroprosessoria tutkitaan. Tiedon valtatie autossa.
8. Luottoa kaikille. Kymmenen vuotta sitten luottokorttiostosten tarkistaminen oli hankalaa ja työlästä. Nyt jokaisen ostoksen automaattinen tarkastus on mahdollista heti, ja ennen kaikkea halvalla. Vuonna 1990 Visan tietoverkoissa maksettiin 174 miljardilla dollarilla, vuonna 1994 293 miljardilla, joka tarkoittaa 17 prosentin vuosikasvua.
9. Maailmanlaajuinen äänivalinta. Kännykkä on käytännössä mikrotietokone, johon on liitetty antenni ja joka on optimoitu signaalien välittämiseen. Uudet matkapuhelinverkot tarjoavat uusille valtiolle mahdollisuuden kivikaudesta suoraan uusimpaan tekniikkaan.
10. Animaatio avaa uuden ulottuvuuden. Elokuva "Toy Story" tehtiin pienimmällä henkilöstöllä, mitä mikään piirretty koskaan. Silicon Graphicsin työasemien koneaikaa kului 800.000 tuntia ja tuloksena oli 500 Gigatavua tietoa, jonka yleisö näki filminä.
11. Tietokone ja digitaalinen signaalinkäsittely on aivan keskeinen osa nykyaikaisinta tavanomaista sodankäyntiä. Tietokoneeseen perustuvat mm. täsmäase, AWACS, JSTARS, GPS, tietoliikenne ja suurin osa tiedustelua
Tietokoneen tulevaisuudesta
Mooren laki jatkunee vielä jonkin aikaa, eli tietokoneiden kehitys jatkuu ainakin nykyisenlaisena. Tämä kehitys merkitsee:
- teknisen älykkyyden radikaalin kasvun jatkumista (ks. Epistemologia/Tekninen ja inhimillinen tieto)
- yhä älykkäämpien, suurempien ja reaaliaikaisempien tehtävien siirtymistä tietokoneille
- tekniikan ja ihmiskunnan tietokoneistumista
Tietokoneiden tulevaisuus on tietokoneverkoissa. Mullistusta tietokonetekniikassa on esitetty kvanttitietokoneista. Tietokone muuttaa ehkä ihmiskunnan kehityksen suunnan. Yksi tällainen suunta on transhumanismi.
Fyysikko ja filosofi Heinz R. Pagelsin mielestä tietokone on kaukoputkeen ja mikroskooppiin verrattava tieteen tutkimusväline ja se avaa erityisesti kompleksisuuden maailman ihmiselle samalla tavalla kuin aiemmin kaukoputki suuruuden ja mikroskooppi pienuuden maailman.