Lähdekoodi sivulle Tietokone

== Tietokoneen toiminta ==
[[Tiedosto:AnalyticalMachine Babbage London.jpg|thumb|right|250px|Babbagen [[Analyyttinen kone]].]]
Matematiikan professori [[Charles Babbage]] kehitti jo 1800-luvulla mekaanisen tietokoneen nimeltä [[Analyyttinen kone]]. Yksi tunnetuimmista tietokoneen [[matematiikka|matemaattisista]] malleista on [[Turingin kone]], jonka kehitti englantilainen matemaatikko [[Alan Turing]]. Tietojenkäsittelyn ekvivalenssiperiaatteen mukaan kaikki tietokoneet pystyvät suoriutumaan samoista tehtävistä, mikäli käytössä on riittävästi tallennustilaa ja aikaa. Jos siis koneella tai formaalilla järjestelmällä (esimerkiksi [[ohjelmointikieli|ohjelmointikielellä]]) voi toteuttaa Turingin koneen, sillä voi toteuttaa myös minkä tahansa [[algoritmi]]n tai ohjelman, jonka Turingin kone pystyy ratkaisemaan. 

Nykyaikaiset yleiskäyttöiset tietokoneet perustuvat [[John von Neumann]]in mallin mukaiseen rakenteeseen. Erikoissovelluksissa voi olla käytössä Neumannin mallista poikkeavia tietokoneita. Esimerkiksi [[signaalinkäsittely]]yn tarkoitetut [[suoritin|suorittimet]] ovat usein [[Harvard-arkkitehtuuri]]n mukaisia.
Useimmat tietokoneet toteuttavat [[John von Neumann]]in mallia, jossa sekä ohjelma että sen käsittelemä tieto ovat samaan [[muisti (tietokone)|muistiin]] tallennettua [[data]]a. Harvinaisemmassa Harvard-arkkitehtuurissa ohjelma ja sen käsittelemä tieto ovat omissa muisteissaan.<ref>[http://www.pic24micro.com/harvard_vs_von_neumann.html Harvard vs Von Neumann] {{Wayback|1=http://www.pic24micro.com/harvard_vs_von_neumann.html |päiväys=20150624010755 }} Microcontroller Architectures</ref>

Varhaisissa tietokoneissa käytettiin kymmenjärjestelmää ennen [[binäärijärjestelmä]]n yleistymistä, jota von Neumann ehdotti [[EDVAC]]:in ratkaisuna.
Nykyään suorittimien alkeellisimmat perusosat suorittavat [[Boolen algebra]]an kuuluvia perusoperaatioita.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://www.doc.ic.ac.uk/~dfg/hardware/HardwareLecture01.pdf | Nimeke = Lecture 1: An Introduction to Boolean Algebra | Tekijä = Gillies, Duncan Fyfe | Julkaisija = Imperial College London | viitattu = 1.4.2012 | arkisto = https://web.archive.org/web/20120905025433/http://www.doc.ic.ac.uk/~dfg/hardware/HardwareLecture01.pdf | arkistoitu = 5.9.2012 }}</ref> Koska Boolen algebra perustuu kahteen [[totuusarvo]]on, on luontevaa käyttää niitä kaiken käsiteltävän tiedon ilmaisemiseen: esimerkiksi lukuja on teknisesti yksinkertaisinta käsitellä, jos ne on esitetty binäärijärjestelmän avulla. Yksittäisestä totuusarvosta (binäärijärjestelmän numerosta 1 tai 0) käytetään nimitystä [[bitti]] (lyhenne englannin sanoista '''''bi'''nary digi'''t''''', binääriluku).<ref>[http://www.mathsisfun.com/binary-digits.html MBinary Digits] Math is Fun</ref>

Tietokoneen toimintaa ohjaa [[suoritin]] eli prosessori, joka tulkitsee konekielisiä käskyjä ja ohjaa niiden mukaan tietokoneen eri toimintoja. Suoritin suorittaa ohjelmaa lukemalla peräkkäisiä muistipaikkoja alueelta johon ohjelmakoodi on tallennettu, ja tulkitsemalla lukemansa bittijonot [[konekieli]]siksi käskyiksi. Käsky suorittaa yleensä jonkin yksinkertaisen alkeisoperaation, kuten luvun lukemisen muistipaikasta, kahden luvun välisen laskutoimituksen tai ohjelman suoritusosoitteen ehdollisen vaihtamisen. Käskyn suorituksen päätteeksi suorittimen sisäisissä muistipaikoissa, ns. rekistereissä sijaitsevat laskennan lopputulokset tallennetaan toisella käskyllä takaisin muistiin.

Mekaanisten tietokoneiden (kuten Babbagen Analyyttinen tietokone) sijaan [[elektroniikka|elektroniikkaan]] perustuvat tietokoneet yleistyivät. [[Digitaalinen tietokone]] korvasi [[Analoginen tietokone|analogiset tietokoneet]].
1940-luvulla tietokoneet olivat releisiin tai elektroniputkiin perustuvia. Näiden jälkeen tulivat [[transistori]]tietokoneet, joita seurasivat useita transistoreja integroivat mikropiireihin perustuvat tietokoneet. Nykyiset tietokoneet perustuvat integroituihin piireihin eli [[mikropiiri|mikropiireihin]]. 

Nykyään yhdelle mikropiirille integroitu [[mikroprosessori]] voi sisältää monta suoritinta &ndash; puhutaan suoritinytimistä tai vain ytimistä. [[Henkilökohtainen tietokone|Henkilökohtaisissa tietokoneissa]] on tyypillisesti 4&ndash;8 suoritinydintä yhdellä integroidulla piirillä.
Suurissa [[palvelin|palvelimissa]] ja [[supertietokone]]issa suoritinytimiä on tuhansia.<ref>[http://www.digitoday.fi/data/2008/08/20/cscn-louhi-supertietokone-paisuu-yli-kaksinkertaiseksi-syyskuussa/200821506/66 CSC:n Louhi-supertietokone paisuu yli kaksinkertaiseksi syyskuussa] 5 376 laskentaydintä lisää Digitoday 2008</ref>

Suorittimien lisäksi tietokoneessa on yleensä myös muita piirejä tai [[Apusuoritin|apusuorittimia]], jotka suorittavat erikoistuneempia tietojenkäsittelytehtäviä ja vapauttavat siten varsinaiset suorittimet näistä tehtävistä. Esimerkiksi:

* [[näytönohjain]] muuttaa näyttömuistiin tallennetun kuvan näyttölaitteelle sopivaksi ajoitetuksi signaaliksi; monet näytönohjaimet osaavat myös itse piirtää [[tietokonegrafiikka|grafiikkaa]] näyttömuistiin. Käytännössä tällaiset laitteet sisältävät oman suorittimensa [[grafiikkaprosessori]]n ja monien näytönaohjainten grafiikkaprosessoreita voidaankin käyttää myös muun laskennan tukena silloin, kun niitä ei tarvita grafiikan muodostamiseen.
* [[Digitaalinen signaaliprosessori]] on erityisesti matkapuhelimissa ja verkkolaitteissa yleinen erikoispiiri, joka käsittelee jatkuvaa datavirtaa ja tekee sille operaatioita, esim. salauksen tai pakatun äänen purkamisen.

Vaikka kaikki tietokoneet pystyvätkin periaatteessa suorittamaan samat tehtävät, jotkin ovat huomattavasti soveltuvampia joihinkin tehtäviin kuin toiset. Suorituskykyä erityyppisissä tehtävissä mitataan vertaillen [[Profilointi (ohjelmointi)|profiloimalla]] ja [[suorituskykymittaus|suorituskykymittauksilla]]. Riittävän suorituskyvyn lisäksi merkittäviä tekijöitä ovat muun muassa koneen vakaus, vikasietoisuus, virrankulutus, fyysinen koko, ohjelmistoyhteensopivuus sekä hankinta- ja käyttökustannukset.

Arkipuheessa tietokoneita asetetaan usein paremmuusjärjestykseen vertailemalla suoraan esimerkiksi suorittimien [[kellotaajuus|kellotaajuuksia]]. Kellotaajuus voi antaa suurpiirteisen vihjeen esimerkiksi [[henkilökohtainen tietokone|henkilökohtaisen tietokoneen]] teknisestä iästä ja siten sen yleisestä suorituskyvystä ja luotettavuudesta useimmissa tehtävissä, mutta pelkkiin numeerisiin suureisiin katsominen voi esimerkiksi koneen ominaisuuksia arvioitaessa olla hyvinkin harhaanjohtavaa. Suorittimen arkkitehtuurilla on käytännössä erittäin suuri vaikutus siihen miten paljon työtä prosessori saa yhden kellojakson aikana tehtyä, ja mikä lopullinen suorituskyky tulee olemaan. Suurtietokoneiden painopiste on transaktioprosessoinnissa, jossa laitteisto I/O-nopeus voi olla merkittävämpi tekijä kuin suorittimen nopeus. Virran kulutus voi olla sulautetuissa järjestelmissä ja mobiililaitteissa merkittävämpi tekijä kuin suoritusnopeus.