Tietokonetekniikan historia

Tieteen historia

Yleistä

• Teoriat
• Historiankirjoitus

Jako aikakausittain

• Esihistoriallinen aika
• Antiikin tiede
• Keskiajan tiede
• Renessanssin tiede
• Tieteellinen vallankumous
• Valistusajan tiede
• Tiede teollisen vallankumouksen aikana
• 1900-luvun tiede

Jako aloittain

• Matematiikka
• Filosofia
• Luonnontieteet
  • Tähtitiede
  • Biologia
  • Kemia
  • Ekologia
  • Maantiede
  • Geologia
  • Fysiikka
• Yhteiskuntatieteet
  • Taloustiede
  • Kielitiede
  • Valtiotiede
  • Psykologia
  • Sosiologia
• Tekniikka
  • Maataloustiede
  • Sähkö ja elektroniikka
  • Rakennustekniikka
  • Arkkitehtuuri
  • Kartografia
  • Kemiantekniikka
  • Tietokoneteknikka
  • Tietojenkäsittelytiede
  • Materiaalitiede
• Lääketiede

Katso myös: näennäistieteen historia

Tietokonetekniikan historia alkoi sähköisistä laskentalaitteista. Tietokoneiden kehitys on kulkenut rele- ja putkikoneista transistoritietokoneiden kautta mikrokontrollereihin ja mikroprosessoreihin.

Sähköiset laskentalaitteet lähtökohtana

ENIAC

Ensimmäiset tietokoneet 1940-luvulla oli tehty sotilaallisiin tarkoituksiin, muun muassa Saksan ja Japanin salakirjoitusjärjestelmien murtamiseen.

Tietokonetta käytettiin aluksi ensisijaisesti laskemiseen (vrt. engl. computer). ENIAC suoritti 385 kertolaskua sekunnissa. Nykyinen mikroprosessori on noin 3 000 000 kertaa ENIACia nopeampi.

Tietokone ohjaa monesti laajoja järjestelmiä, esimerkiksi tietokoneohjattua tuotantoa, ase-, tiedustelu- tai johtamisjärjestelmää, liikennevaloja, puhelinkeskuksia, Internetin reitittimiä, autoja, pesukoneita, lähes kaikkia teknisiä järjestelmiä. Nykyaikaisen yhteiskunnan teknologinen pohja on keskeisesti tietokonetekniikkaa.

Tietokonesukupolvet

Etenkin vanhemmassa kirjallisuudessa tietotekniikan historia kuvataan usein jakamalla tietokoneet neljään sukupolveen:

• rele- ja putkikoneet
• transistorikoneet
• mikropiirikoneet
• mikroprosessorikoneet

Varhaisissa tietokoneissa 1940-luvulla käytettiin peruskomponentteina yleensä joko elektroniputkia tai sähkömekaanisia releitä. Liikkuvat osat rajoittivat sähkömekaanisten koneiden nopeuden enintään muutamiin kymmeniin laskutoimituksiin sekunnissa, kun taas täysin elektroniset putkitoteutukset suorittivat samassa ajassa useita tuhansia operaatioita. Komponentit olivat kuitenkin joka tapauksessa suurikokoisia, epäluotettavia ja kuluttivat paljon energiaa.

1950-luvun jälkipuoliskolla otettiin käyttöön puolijohteisiin perustuvat transistorit, jolloin tietokoneiden komponentit ja energian tarve pienenivät oleellisesti ja luotettavuus parani. 1960-luvulla siirryttiin mikropiireihin, mikä pienensi jälleen komponenttien kokoa. Alkoi Mooren lakina tunnettu kehitys, jossa samalle mikropiirille saatiin kaksinkertainen komponenttimäärä puolessatoista vuodessa. Seuraava mullistus oli mikroprosessorin keksiminen, joka mahdollisti henkilökohtaisen tietokoneen eli PC:n synnyn. 1980- ja 1990-luvuilla siirryttiin suuritiheyksisiin mikropiireihin (VLSIC) ja edelleen suurnopeuksisiin mikropiireihin (VHSIC). 2000-luvun merkittävimmät kehitysaskelet lienevät yhä voimissaan olevan Mooren lain mahdollistama usean suorittimen mahduttaminen samalle mikropiirille, joka on mahdollistanut moniydin-prosessorien kehittämisen, sekä suorittimien kehityksen painopisteen siirtyminen nopeuden asemasta virrankulutuksen optimointiin.

Ensimmäiset tietokoneet

Kysymys ensimmäisestä tietokoneesta ei ole kovin yksiselitteinen, sillä tietokoneen määritelmät vaihtelevat, ja useimmat varhaiset laitteet jättävät joitakin yleisiä vaatimuksia täyttämättä. Muun muassa seuraavassa lueteltuja laitteita on pidetty ensimmäisenä tietokoneena:

• Charles Babbagen Analyyttinen kone (1837) - ensimmäinen yleiskäyttöisen tietokoneen tekninen kuvaus. Toteutus jäi pahasti kesken, mutta koneelle suunniteltu konekieli todettiin yli sata vuotta myöhemmin Turing-täydelliseksi.
• Konrad Zusen Z1 (1937) - ensimmäinen ohjelmoitava binääriaritmetiikkaa käyttänyt laskukone, saksalainen. Z1 oli rakenteeltaan täysin mekaaninen ja käytössä hyvin epäluotettava. Laitteessa oli pieni hajasaantimuisti (64 sanaa), mutta käskyt luettiin muistin sijaan reikänauhalta, eikä käskykantaan kuulunut hyppykäskyjä.

Z3

• Konrad Zusen Z3 (1941) - ensimmäinen luotettava ohjelmoitava binäärilaskukone. Vastasi loogisilta ominaisuuksiltaan Z1:tä mutta oli toteutettu releillä ja oli sen myötä riittävän luotettava insinöörien työkäyttöön. Zusen varhaiset koneet tuhoutuivat sodassa, joten niiden asema tunnustettiin vasta suhteellisen myöhään.
• Atanasoff-Berry Computer (1942) - ensimmäinen täysin elektroninen binäärilaskukone, amerikkalainen. Ei sisältänyt varsinaista ohjelmoitavuutta vaan oli tarkoitettu pelkästään yhtälöryhmien automaattiseen ratkaisemiseen.
• Harvard Mark I (1944) - amerikkalainen relepohjainen laskukone. Vastasi ohjelmointiominaisuuksiltaan suunnilleen Z3:ea mutta käytti desimaalijärjestelmää binäärijärjestelmän sijaan.
• Colossus (1944) - ensimmäinen täysin elektroninen tietokone, brittiläinen. Suunniteltiin varta vasten salakirjoituksen murtamiseen eikä ollut yleiskäyttöinen vaikka olikin jossain määrin ohjelmoitavissa.
• ENIAC (1944) - ensimmäinen täysin elektroninen yleiskäyttöinen tietokone, amerikkalainen. ENIAC oli Turing-täydellinen, mutta sen ohjelmointi vaati fyysistä johtojen uudelleenvetämistä.
• SSEM (1948) - ensimmäinen prototyyppi von Neumannin arkkitehtuurin toteuttavasta tietokoneesta, brittiläinen. Ei ollut kovinkaan käyttökelpoinen vaan tarkoitettu lähinnä teknisten ideoiden testaamiseen.
• EDSAC (1949) - ensimmäinen käyttökelpoinen von Neumannin arkkitehtuurin toteuttanut tietokone. Brittiläinen.

Colossus kehitettiin natsien viestiliikenteessä käyttämän salauksen purkamiseen. Koska kyse oli tiedustelutoiminnasta, Britannian hallituksen salassapitomääräys koski myös Colossusta. Yhdysvaltalaisen ENIACin käyttötarkoitusta, tykistön ampumataulukoiden laskentaa, ei sen sijaan luokiteltu salaiseksi, joten ENIACin dokumentaatio voitiin julkistaa heti 2. maailmansodan päätyttyä.

Mikroprosessori (suoritin)

Mikroprosessori on tietokoneen keskusyksikkö, "aivot", yhdellä mikropiirillä. Ensimmäinen mikroprosessori, Intelin 4004 vuodelta 1971, sisälsi noin 2 300 transistoria. Sen kellotaajuus eli nopeus oli 0,1 MHz, kerralla käsiteltävän 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, kerralla käsiteltävän tiedon leveys oli 64 bittiä (16 numeroa), ja Itanium pystyi suorittamaan 7 491 miljoonaa käskyä sekunnissa.

Varhaisia mikrotietokoneita

IBM PC

Koti- ja yrityskäyttöön soveltuva mikrotietokone Apple II tuli markkinoille vuonna 1977, samana vuonna kuin Commodore PET ja suomalainen Telmac. IBM PC julkaistiin vuonna 1981 ja se valtasi nopeasti alaa yritys- ja korkeakoulukäytössä. Tämän koneen mukaan rakennetuista tietokoneista tuli myöhemmin käytännön standardi henkilökohtaisena tietokoneena. 1980-luvulla tuli markkinoille useita kotitietokoneita, kuten vuonna 1982 Commodore-64 ja ZX Spectrum.

Muistien ja tiedontallennusvälineiden historia

• reikäkortit, reikänauha

Keskusmuistit (työmuistit):

• rumpumuisti
• ferriittirengasmuisti
• SRAM ja DRAM

Massamuistit (pitkäkestoiset muistit):

• kiintolevyt
• levykkeet, CD ja DVD
• FLASH-muisti

Oheislaitteiden historia

Syöttölaitteet

• reikäkorttien lävistyslaitteet
• teletype
• näppäimistö
• valokynä
• hiiri

Näyttölaitteet

• Teletype
• CRT
• LCD

Tulostimet

Pääartikkeli: Tulostin

• kiekkokirjoittimet
• rivikirjoittimet
• matriisitulostimet
• lämpökirjoittimet
• lasertulostimet
• mustesuihkutulostimet

Kirjallisuutta

• Suominen, Jaakko: Koneen kokemus. Tampere: Vastapaino 2003. ISBN 951-768-139-9

Katso myös

• Suomen ensimmäiset tietokoneet
• Suurtietokone