Tietokonejärjestelmän peruselementit

Tietokoneet ovat yleiskäyttöisiä koneita, jotka on suunniteltu noudattamaan ohjeita tietojenkäsittelytehtävien suorittamiseksi. Vaikka erityyppisten tietokoneiden erityinen arkkitehtuuri voi olla erilainen, kaikki tietokoneet onnistuvat tietojenkäsittely käyttäen tietokonejärjestelmän viittä peruselementtiä: syöttö, lähtö, tietopolku, ohjaus ja muisti. Jokainen näistä elementeistä liittyy yhteen tai useampaan laitteistoon, joka on sisäänrakennettu tietokoneeseen tai kytketty ulkoisesti.

Viestintä ulkomaailmaan tapahtuu tietokonejärjestelmän tulo- ja lähtöelementtien kautta. Tiedot syötetään tietokoneeseen ulkoisten laitteiden, kuten hiirten, näppäimistöjen, kosketusnäyttöjen ja tallennuslaitteiden kautta. Kun tiedot on käsitelty, ne voidaan muuntaa ihmisen luettavaan muotoon tulostettaviksi laitteille, kuten tulostimille, näytöille, kaiuttimille tai kuulokkeille. Tietokone voi myös muuntaa tiedot muihin tulostusmuotoihin, kuten sähköisiin signaaleihin automatisoitujen laitteiden ohjaamiseksi.

Datapath-elementti koostuu useista yksiköistä, jotka suorittavat tietojenkäsittelyn CPU: ssa (keskusyksikkö), jota usein kutsutaan tietokoneen aivoiksi. CPU tulkitsee ohjelmointiohjeita ja ohjaa sisäisiä ja ulkoisia laitteita. Yksi tärkeimmistä CPU: n yksiköistä on ALU (aritmeettinen logiikkayksikkö), joka suorittaa aritmeettisia ja loogisia operaatioita tiedoille. Joissakin tietokoneissa on erillinen grafiikkasuoritusyksikkö (GPU), joka tukee monimutkaisten visuaalisten kuvien nopeaa näyttöä. Tietopolku sisältää myös piirejä ja rekistereitä, jotka seuraavat järjestelmän tiloja, kuten käynnissä olevan ohjelmiston ohjelmalaskurin.

Tietokoneen ohjauselementti vastaa tiedon siirtämisestä muistin ja prosessorin välillä. Tämä elementti koordinoi ohjelmakäskyjen suorittamista kaikkien muiden tietokonejärjestelmän elementtien kanssa antamalla ajoitus- ja ohjaussignaaleja. Ohjauselementin työn suorittaa ohjausyksikkö (CU), joka useimmissa nykyaikaisissa tietokoneissa on osa CPU: ta. Ohjausyksikköä kuvataan usein tietokoneen keskushermostoksi.

Tietokoneet käyttävät sekä sisäistä että ulkoista muistia suorittaessaan toimintoja. Sisäistä muistia käytetään parhaillaan suoritettavien ohjelmien ohjelmistokäskyjen ja niihin liittyvien tietojen säilyttämiseen. Sisäinen muisti koostuu RAM-muistista (random access memory), joka on väliaikainen, koska se säilyttää tiedot vain virran ollessa kytkettynä. Kun tietokone sammutetaan, muisti tyhjenee. Tiedot, joita tietokone ei käytä, tallennetaan yleensä ulkoiseen muistiin laitteissa, kuten kiintolevyissä ja flash-asemissa.