Arvuti: ajalugu, ehitus ja eri liiki arvutid
Arvuti ehk raal on seade, mis töötleb andmeid ning teeb aritmeetika- ja loogikatehteid automaatselt programmeeritavate algoritmide järgi. Tänapäeval kasutame arvuteid igal pool – lauaarvutitest ja sülearvutitest serverite ja nutitelefonideni. Selles artiklis anname ülevaate arvuti ajaloost, sellest, millest arvuti koosneb, ja peamistest arvutitüüpidest.
Arvuti ajalugu lühidalt
Charles Babbage tegeles 19. sajandil aastakümneid analüütilise masina loomisega, mida võib pidada universaalse programmeeritava arvuti eelkäijaks. Alan Turing kirjeldas 1937. aastal arvuti matemaatilist mudelit, nn Turingi masinat, ja samal aastal esitas Claude Shannon digitaalelektroonika alused. John von Neumann töötas välja üldotstarbelise elektronarvuti struktuuri, mida tuntakse 1945. aastast von Neumanni arhitektuurina.
Esimesteks elektronarvutiteks peetakse Konrad Zuse arvuteid Z3 (1941) ja Z4 (1944), Briti Colossust (1944) ning 1946. aastal USA-s valminud ENIAC-it, mis erinevalt Colossusest oli üldotstarbeline. Need arvutid töötasid elektronlampidega, mis polnud töökindlad, tarbisid palju elektrit ja hõivasid terveid korruseid. 1950. aastatel võeti lampide asemel kasutusele transistorid, mis vähendasid voolutarvet mitmekordselt.
1970. aastatel hakati tootma mikroprotsessoreid, mis võimaldasid valmistada personaalarvuteid. Apple Computer hakkas personaalarvuteid tootma 1976. aastal, ja 1981. aastal tõi IBM turule Microsofti operatsioonisüsteemiga arvutid, mille standardi järgi nimetatakse neid PC-arvutiteks. 1990. aastatel ilmusid pihuarvutid, mille funktsioonid läksid sajandivahetuse järel üle nutitelefonidesse.
Sõna „computer“ päritolu
Ingliskeelne sõna computer tähendas algul hoopis inimest, kes tegi arvutusi. Oxfordi inglise keele sõnaraamatu järgi esineb see sõna esimest korda 1613. aastal Richard Brathwaite raamatus. Arvutusmasina tähenduses kasutati sõna alates 1897. aastast ja programmeeritava digitaalse elektronarvuti tähenduses alates 1945. aastast.
Transistorid ja mikrokiibid
Esimese töötava transistori ehitasid John Bardeen ja Walter Brattain Bell Labsis 1947. aastal. Transistorid on elektronlampidest väiksemad, tarbivad vähem voolu, eraldavad vähem soojust ja on palju töökindlamad. Integraallülituse esimesed töötavad versioonid lõid Jack Kilby Texas Instrumentsis 1958. aastal ja Robert Noyce Fairchild Semiconductoris. Esimeseks ühekiibiliseks mikroprotsessoriks peetakse Intel 4004. Tänapäeva kiipsüsteemid (SoC) on mündi suurused, kuid sadu tuhandeid kordi võimsamad kui ENIAC ja tarbivad vaid mõne vati võimsust.
Arvutid Eestis
Eestisse jõudis esimene elektronarvuti 1959. aastal, kui Tartu Riiklikus Ülikoolis käivitati Ural-1. Eestis ehitati esimene elektronarvuti, mudel M-3, ENSV Teaduste Akadeemia Küberneetika Instituudi jaoks tehase RET abiga.
Millest arvuti koosneb?
Riistvara hõlmab kõiki arvuti füüsilisi osi: vooluringe, kiipe, graafika- ja helikaarte, mälu, emaplaate, kuvareid, toiteplokke, kaableid, klaviatuure, printereid ja hiiri.
Keskprotsessor
Juhtplokki, aritmeetika-loogikaplokki ja registreid nimetatakse koos keskprotsessoriks (CPU). Alates 1970. aastatest ehitatakse protsessorid tavaliselt ühele integraallülitusele, mida nimetatakse mikroprotsessoriks. Aritmeetika-loogikaplokk teeb nii aritmeetika- kui ka loogikatehteid, ja kuna iga arvuti saab keerulisemad tehted jagada lihtsateks sammudeks, saab seda programmeerida tegema mis tahes arvutusi.
Mälu
Arvuti mälu võib ette kujutada lahtrite loendina, millest igaühel on oma aadress. Peaaegu kõigis tänapäeva arvutites salvestab iga lahter kaheksa bitti ehk ühe baidi, mis võib esitada 256 erinevat arvu. Põhimälu jaguneb kaheks: muutmälu (RAM), kuhu saab igal ajal kirjutada ja mille sisu kustub toite katkemisel, ning püsimälu (ROM), mis säilitab andmed ja sisaldab näiteks arvuti käivitamise juhiseid. Personaalarvutis on püsimälus BIOS, mis laadib operatsioonisüsteemi kõvakettalt muutmällu. Protsessoris on ka registrid, mis on põhimälust palju kiiremad, ja vahemälu, mis hoiab sageli vajalikke andmeid käepärast.
Sisend- ja väljundseadmed
Sisendseadmetega, nagu klaviatuur, hiir või digikaamera, juhitakse arvutit ja antakse sellele andmeid. Väljundseadmed, nagu monitor ja printer, esitavad arvutuste tulemused inimesele arusaadaval kujul.
Mitme programmi samaaegne töö
Tänapäeva arvuti näib käitavat korraga paljusid programme. Tegelikult lülitub see programmide vahel väga kiiresti, kasutades selleks katkestusi. Kuna arvuti täidab käske inimtajust mitu suurusjärku kiiremini, tundub, et kõik programmid töötavad samal ajal. Seda nimetatakse multitegumtööks.
Eri liiki arvuteid
Superarvuti kuulub valmimise ajal maailma kõige võimekamate arvutite hulka. Suurarvuti on suure võimekusega arvutisüsteem, harilikult arvutuskeskuses. Serverarvuti osutab võrgu kaudu teenuseid klientidele ehk töökohaarvutitele. Tööjaam on mõeldud erirakendusteks, peamiselt teadusülesanneteks. Igapäevaselt kasutame aga kõige rohkem personaalarvuteid, tahvelarvuteid ja nutitelefone. Uuemate suundadena räägitakse ka kvantarvutitest.