digitaalinen tietokone on digitaalinen järjestelmä, joka suorittaa erilaisia laskennallisia tehtäviä. Sana digitaalinen tarkoittaa, että tietokoneen informaatiota edustavat muuttujat, jotka ottavat rajoitetun määrän diskreettejä arvoja. Näitä arvoja käsitellään sisäisesti komponenteilla, jotka voivat ylläpitää rajoitettua määrää erillisiä tiloja.
desimaaliluvut 0, 1, 2,…, 9, esimerkiksi, antaa 10 diskreetti arvot. Ensimmäinen elektroninen digitaalinen tietokone, joka kehitettiin 1940-luvun lopulla, käytettiin pääasiassa numeerisiin laskutoimituksiin ja diskreetit elementit olivat numeroita. Tästä sovelluksesta syntyi termi digitaalinen tietokone.
käytännössä digitaaliset tietokoneet toimivat luotettavammin, jos käytössä on vain kaksi tilaa. Komponenttien fysikaalisen rajoittamisen vuoksi ja koska ihmisen logiikka pyrkii olemaan binäärinen (eli tosi tai epätosi, kyllä tai ei-lauseet), digitaaliset komponentit, joiden on pakko ottaa diskreettejä arvoja, rajoitetaan edelleen ottamaan vain kaksi arvoa, ja niiden sanotaan olevan binäärisiä.
digitaalisissa tietokoneissa käytetään binäärilukujärjestelmää, jossa on kaksi numeroa: 0 ja 1. Binäärilukua kutsutaan bit: ksi. Tieto esitetään digitaalisissa tietokoneissa bittiryhmissä. Käyttämällä erilaisia koodaustekniikoita bittiryhmät voidaan saada edustamaan binäärilukujen lisäksi myös muita diskreettejä symboleita, kuten desimaalilukuja tai aakkosten kirjaimia.
digitaaliset Tietokoneet: Tietokoneorganisaatio
Tietokoneorganisaatio on kiinnostunut siitä, miten laitteistokomponentit toimivat ja miten ne on liitetty yhteen muodostaen tietokonejärjestelmän.
eri osien oletetaan olevan paikoillaan ja tehtävänä on tutkia organisaatiorakennetta sen varmistamiseksi, että tietokoneen osat toimivat tarkoitetulla tavalla.
digitaaliset Tietokoneet: Tietokonesuunnittelu
Tietokonesuunnittelu koskee tietokoneen laitteistosuunnittelua. Kun tietokoneen tekniset tiedot on muotoiltu, suunnittelijan tehtävänä on kehittää laitteistoa järjestelmää varten.
Tietokonesuunnittelussa on kyse sen määrittelystä, mitä laitteistoa tulisi käyttää ja miten osat tulisi liittää. Tätä tietokonelaitteiston osa-aluetta kutsutaan joskus tietokoneen toteutukseksi.
digitaaliset Tietokoneet: Tietokonearkkitehtuuri
Tietokonearkkitehtuuri käsittelee käyttäjän näkemää tietokoneen rakennetta ja käyttäytymistä.
se sisältää tiedot, formaatit, ohjejoukon ja muistin käsittelytekniikat. Tietokonejärjestelmän arkkitehtoninen suunnittelu koskee erilaisten toiminnallisten moduulien, kuten prosessorien ja muistien, spesifikaatioita ja niiden jäsentämistä yhteen tietokonejärjestelmäksi.
kaksi tietokonearkkitehtuurin perustyyppiä ovat:
- von Neumannin arkkitehtuuri
- Harvardin arkkitehtuuri
von Neumannin arkkitehtuuri
von Neumannin arkkitehtuuri kuvaa yleistä kehystä eli rakennetta, jota tietokoneen laitteiston, ohjelmoinnin ja datan tulisi noudattaa. Vaikka muitakin laskentarakenteita on kehitetty ja toteutettu, valtaosa nykyisin käytössä olevista tietokoneista toimii von Neumannin arkkitehtuurin mukaan.
von Neumann visioi tietokonejärjestelmän rakenteen koostuvan seuraavista osista:
- ALU: Aritmeettis-logiikkayksikkö, joka suorittaa tietokoneen laskennalliset ja loogiset toiminnot.
- RAM: muisti; tarkemmin tietokoneen tärkein eli nopea muisti, joka tunnetaan myös nimellä Random Access Memory(RAM).
- Ohjausyksikkö: Tämä on komponentti, joka ohjaa muita tietokoneen osia suorittamaan tiettyjä toimintoja, kuten ohjaamaan datan tai ohjeiden hakemista muistista ALU: n käsiteltäväksi; ja
- ihmisen ja koneen rajapinnat; ts.syöttö-ja tulostuslaitteet, kuten näppäimistö syöttöä varten ja näyttömonitori tulostusta varten.
digitaalisen tietokoneen lohkokaavio
esimerkki von Neumannin arkkitehtuurin tietokonearkkitehtuuripohjasta on pöytäkonearkkitehtuuri.
Harvardin arkkitehtuuri
Harvardin arkkitehtuuri käyttää ohjeissaan ja tiedoissaan fyysisesti erillisiä tallennus-ja signaalireittejä. Termi on peräisin Harvard Mark I ja tiedot relay salvat (23-numeroa leveä).
Harvard-arkkitehtuurilla varustetussa tietokoneessa suoritin voi lukea sekä käskyn että datan muistista yhtä aikaa, jolloin muistin kaistanleveys kaksinkertaistuu.
Mikrokontroller(single-chip microcomputer)-pohjaiset tietokonejärjestelmät ja DSP(Digital Signal Processor)-pohjaiset tietokonejärjestelmät ovat esimerkkejä Harvardin arkkitehtuurista.