VAASAN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta. Jari Töyli TIETOJENKÄSITTELY TiTe.1020 (Teoriaosa) Opetusmoniste

Transkriptio

1 VAASAN YLIOPISTO Teknillinen tiedekunta Jari Töyli TIETOJENKÄSITTELY TiTe.1020 (Teoriaosa) Opetusmoniste 2012

2 Sisällysluettelo 1. JOHDANTO TIETOYHTEISKUNTA KANSALLISENA TAVOITTEENA MISTÄ ON LÄHDETTY VÄHÄN TIETOJENKÄSITTELYN HISTORIAA TIETOKONEEN SUKUPOLVET TIETOKONEIDEN LUOKITTELU TIETOKONE JA OHJELMAT TIEDON ESITYSMUOTO LAITTEISTO OHJELMOINTI Algoritmi KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ Käyttöjärjestelmäsukupovi nolla ( 0 ) Käyttöjärjestelmäsukupovi I (yksiajo kj.) Käyttöjärjestelmäsukupovi II (moniajo kj.) Lisää sukupolvia Erilaisia käyttöjärjestelmiä TIETOLIIKENNE Tiedonsiirtotapoja Lähiverkko Verkkoarkkitehtuuri Lähiverkon tyypit Lähiverkon laitteistot: MULTIMEDIASTA HYPERMEDIAAN Multimedian tekeminen Työryhmä Käsikirjoitus SOVELLUKSEN ELEMENTIT Visuaalisuus Käyttäjäystävällisyys Rakenne HYPERMEDIAN PERUSKÄSITTEET TEKSTI JA HYPERTEKSTI HYPERTEKSTIN RAKENNE Tietosolut Linkit MULTIMEDIA Hypermedia Hypermedia ja multimedia Hypermedian edut ja rajoitukset TIETOJÄRJESTELMÄN KEHITTÄMINEN SYSTEEMITYÖN KÄSITTEITÄ SYSTEEMITYÖN JÄSENTÄMINEN SYSTEEMITYÖN LÄHESTYMISTAVAT Toimintokeskeinen suunnittelu Tietokeskeinen suunnittelu Ihmiskeskeinen suunnittelu Palvelukeskeinen suunnittelu SYSTEEMITYÖN ORGANISOINTI SYSTEEMITYÖN ONGELMIA SANASTOT

3 10 LINKKI: LÄHTEET

4 Nappaako tekniikka ihmislajin luvun uudet huipputekniikat, geeni- ja nanotekniikka sekä robotiikka uhkaavat ihmistä. Tekniikoista koituu niin suuria vaaroja, että ihminen voi tuhoutua ehkä käydä tarpeettomaksi. Uudet ja hurjat tekniikat voivat alkaa elää omaa elämäänsä. Kaikissa 21- vuosisadan huipputekniikoissa piilee itsekopioitumisen mahdollisuus. Tekniikka sekoittuu elämään ja alkaa lopulta sotkea evoluutiota, soluja ja tietoisuutta. Ihminen niin kuin me ymmärrämme hänet, muuttuu ja jopa hiipuu luvulla. Itseään kopioivien robottien, geenitekniikoiden ja nanotekniikoiden läpimurto voi tulla hyvin pian. Vuonna 2030 ihminen jo rakentaa laitteita, joiden muisti on miljoona kertaa tehokkaampi kuin nykypäivän kotitietokoneissa. Alammeko jo pian rakentaa laitteita, jotka mahdollistavat sen, että tekniikka korvaa lajimme. Viime vuonna ilmestyti Ray Kurzweilin teos The Age of Spiritual Machines, missä maailman johtava tekoälyn tutkija väittää, että robotit sulautuvat tällä vuosisadalla osaksi ihmistä. Jos älykäs, tajuava robotti syntyy, on siitä vain lyhyt matka robottien lajeihin sellaiseen robottiin, joka osaa tehdä kehittyviä kopioita itsestään. Jos kytkemme itsemme joskus vuosisadan lopulla robottien tekniikan osaksi, mitä sen jälkeen jää jäljelle itsestämme, ja jääkö jäljelle mitään inhimillistä? - 4 -

5 Muitakin vaaroja on tulossa ilman robottejakin. Atomitason tehtaat, nanokoojat, toteutuvat melko varmasti 20 vuoden kuluessa. Esimerkiksi molekyylinen elektroniikka on uusi nanotekniikan alalaji, jossa yksittäiset molekyylit toimivat virtapiirien osina. Nanotekniikalla voisi ehkä tuhota koko elokehän, johon kaikki elämä Maan päällä nojaa. Täysin keinotekoiset, molekyyleistä pinotut nanokasvit voisivat holtittomasti levitessään korvata oikeat kasvit. LÄHDE: HELSINGIN SANOMAT , Tiede & Ympäristö Bill Joyn pitkä essee kokonaan lähteestä: -

6 1. JOHDANTO 1.1 Tietoyhteiskunta kansallisena tavoitteena Tietoyhteiskunta -teema nousi julkiseen keskusteluun erityisesti luvun alkupuolella, muun muassa OECD:n raporttien ja EU:n komission vuonna 1994 julkaiseman ns. Bangemanin raportin sekä vuonna 1996 julkaiseman vihreän kirjan Eläminen ja työ tietoyhteiskunnassa myötä. Vuonna 1999 EU:n komissio käynnisti laajan eeurope -hankkeen, jonka tavoitteena on saattaa tietoyhteiskunnan hyödyt kaikkien eurooppalaisten ulottuville. Myös Suomessa 1990-luvun alkupuolella tietoyhteiskuntakysymys nähtiin keskeisenä talouden ja julkisen hallinnon uudistamisessa. Valtiovarainministeriö asetti laajapohjaisen hankkeen valmistelemaan kansallista tietoyhteiskuntastrategiaa. Hankkeen tuloksena syntyi julkaisu Suomi Tietoyhteiskunnaksi kansalliset linjaukset joulukuussa Tämän pohjalta hallitus tammikuussa 1995 teki iltakoulussaan periaatekannanoton toimenpiteistä tietoyhteiskunnan kehittämiseksi. Valmisteltu strategia sisälsi seuraavat viisi eri linjausta: 1) Tietotekniikka ja tietoverkot elinkeinoelämän ja julkisen sektorin uudistamisen välineiksi 2) Tietoteollisuudesta Suomen tulevaisuuden tärkeä elinkeino 3) Tieto- ja viestintätekniikan ammattiosaamiseen kilpailukuntoa ja huippuja 4) Tietoyhteiskuntapalvelujen käyttömahdollisuudet ja perustaidot kaikille 5) Suomen tietoinfrastruktuuri kaikilta osin kilpailu- ja palvelukykyiseksi. Suomen itsenäisyyden juhlarahasto, SITRA, julkaisi vuonna 1998 asiakirjan Elämän laatu, osaaminen ja kilpailukyky, joka käsittelee tietoyhteiskunnan strategisen kehittämisen lähtökohtia ja päämääriä. SITRAn julkaisussa kansalliseksi visioksi esitetään seuraavaa: Suomalainen yhteiskunta kehittää ja soveltaa esimerkillisesti, monipuolisesti ja kestävällä tavalla tietoyhteiskunnan mahdollisuuksia elämänlaadun, osaamisen, kansainvälisen kilpailukyvyn ja vuorovaikutuksen parantamisessa. Pääministeri Lipposen II-hallituksen hallitusohjelmassa tietoyhteiskuntakehityksellä on keskeinen merkitys talouden uudistamisessa, sisältöteollisuuden vahvistamisessa ja julkisten palvelujen tehostamisessa. Huhtikuussa 1999 hy

7 väksytyssä hallitusohjelmassa todetaan tietoyhteiskunnasta ja sitä koskevista yleisistä tavoitteista muun muassa seuraavaa: Suomesta rakennetaan tietoyhteiskunta, jossa tieto ja osaaminen ovat osa sivistystä ja keskeisin tuotannontekijä. Suomen on oltava teknologiapolitiikassaan eturivin kansakunta. Suomi haluaa olla edelläkävijä ihmisystävällisen ja kestävän tietoyhteiskunnan toteuttamisessa. Tämä tarkoittaa esimerkiksi sähköisten palvelujen sekä kulttuuri- ja tietosisältöjen kehittämistä helppokäyttöisiksi ja turvallisiksi kaikkien ihmisten käyttöön yhtälailla mikrotietokoneen, digitaalisen television ja matkaviestimen avulla. Tietoyhteiskuntaohjelman sisältö hyväksyttiin valtioneuvoston yleisistunnossa torstaina 25. syyskuuta 2003 osana hallituksen strategia-asiakirjaa koskevaa periaatepäätöstä. Tietoyhteiskuntaohjelmaa on päivitetty hallituksen strategiaasiakirjasta tehtyjen periaatepäätösten yhteydessä keväällä 2004 ja Tietoyhteiskuntaohjelma koostuu seitsemästä osa-alueesta, jotka ovat: Tietoliikenneyhteydet ja digitaalinen televisiotoiminta Kansalaisten tietoyhteiskuntavalmiudet ja turvallinen tietoyhteiskunta Koulutus, työelämä, tutkimus ja tuotekehitys Tieto- ja viestintätekniikan hyödyntäminen julkishallinnossa Julkishallinnon palveluiden kehittäminen Sosiaali- ja terveydenhuolto Julkishallinnon tietohallinto Liiketoiminnan ja sisältöjen sähköistäminen Lainsäädännölliset toimenpiteet Kansainvälinen ulottuvuus Lisää asiasta löytyy osoitteesta: Linkkejä: ents/eeurope2005/eeurope2005_fi.pdf /fi_fi/tilaisuuksien_materiaali/ - 7 -

8 Keskustelunaiheita: Onko aiheellista tehdä strategia tietoyhteiskunnasta ja siihen valmistautumisesta? Onko tietoyhteiskunnasta haitallisia vaikutuksia? Ovatko kansalaiset eri asemassa tietoyhteiskunnan suhteen? - 8 -

9 2. Mistä on lähdetty vähän tietojenkäsittelyn historiaa Kun sormet eivät enää riitä laskemiseen, niin avuksi otetaan apuvälineitä. Näitä apuvälineitä on ollut erilaisia kautta historian, mm. laskulauta, helmitaulu, laskutikku ym. Mekaanisia laskuvälineitä on tavattu 1600-luvulta lähtien. Automaattisia laskukoneita on kehitelty jo 1800-luvun alusta. Charles Babbage kehitti tuolloin mekaanisen tietokoneen, jossa oli kaikki nykyaikaisen tietokoneen tärkeimmät periaatteet: suoritin, sisäinen ja ulkoinen muisti, tulostin ja ohjelmointi. Mutta koska sen aikainen hienomekaniikka ei ollut tarpeeksi kehittynyttä, niin konetta ei pystytty rakentamaan. Herman Hollerith kehitti saman vuosituhannen lopulla ns. reikäkorttikoneen käytettäväksi USA:ssa väestönlaskennassa. Kone pystyi sähkön avulla lukemaan tietoa reikänauhalta ja kortilta. Hollerith perusti yrityksen valmistamaan reikäkorttikoneita ja samaisesta yrityksestä perustettiin myöhemmin vuonna 1924 IBM alettiin kehitellä tietokoneita niiden nykyaikaisessa merkityksessä. Ensimmäisenä tulivat relekoneet ja niiden jatkoksi elektroniputki-koneet saatiin USA:ssa valmiiksi ensimmäinen relekone MARK I. siinä oli 3000 puhelinrelettä ja 72 lukua muistissa. Suoritusteho oli yksi laskutoimitus kolmessa sekunnissa. Kun releet korvattiin elektroniputkilla, niin suoritusteho nousi 1000-kertaiseksi rakennettiin ENIAC. Se oli varsin massiivinen ja siinä olikin elektroniputkea ja se painoi 30 tonnia. Koko oli 10 x 15 metriä. Laite oli edistyksellinen sen aikaisiin muihin tietokoneisiin verrattuna, koska se teki 20 tunnin työn 30 sekunnissa. Muita merkkipaaluja ovat mm transistori 1958 integroitu piiri 1964 tekstinkäsittelylaite 1965 minitietokone PDP Arpanet 1970 relaatiotietokanta, tietolevyke 1971 mikroprosessori 1975 Ethernet -tietoverkko 1976 Apple 1981 DOS -käyttöjärjestelmä, PC-tietokone 1985 CD-tietolevy 1992 digitaalinen muistilehtiö (PDA) - 9 -

10 1997 vuorovaikutteinen TV 2.1 Tietokoneen sukupolvet Sukupolvi aika rakenneosat Ensimmäinen radioputket Toinen transistorit Kolmas integroidut piirit Neljäs suurtiheys integroidut piirit Viides 1990 arseeniyhdisteet ja valokuidut Kuudes hermoverkkotietokoneet Sukupolvessa yksi voidaan korostaa mm. seuraavia tekijöitä: radioputket, paljon vikoja, ferriittirengasmuisti, reikäkortti, magneettinauha, symbolikieli. Tällä aikakaudella saatiin myös Suomen ensimmäiset tietokoneet: ESKO 1956 ja Postipankin IBM 650. Sukupolvessa kaksi tuli: transistori, magneettilevy ja ohjelmointikielet. Sukupolvi kolme sisältää: transistori piisirulle, levyt kehittyvät ja rauta halpenee. Sukupolvi neljä: mikroprosessorit, LSI (Large Scale Integration), piisiruun muutama 1000 transistoria, VLSI koko prosessori. Viides sukupolvi: Kuudes sukupolvi: Linkkejä: Tietokoneiden luokittelu Tietokoneet voidaan luokitella muutamalla eri tavalla: 1. rekistereiden leveyden perusteella 2. käyttötavan mukaan

11 3. hajautusasteen mukaan 4. tietokoneen fyysisen koon mukaan 1) Rekistereiden leveys (ja väylien leveys) Ensimmäisessä vaihtoehdossa on kyse siitä, kuinka suuria lukuja voidaan tallentaa rekisteriin. Rekisteri on prosessorin sisäinen muistipaikka, joten mitä suurempia lukuja niihin voidaan tallentaa, sitä nopeammin prosessorin työskentely tapahtuu. Vastaavasti väylät, jotka kuljettavat tietoa prosessorin sisällä ovat sitä nopeampia mitä leveämpiä ne ovat. Yhteinen nimittäjä rekistereiden koolle ja väylien leveydelle on bitti. Yksi bitti on joko nolla tai ykkönen riippuen siitä, mitä tiedon tilaa se kuvaa. Kaikki tietokoneen toiminta perustuu bittien käsittelyyn. Jokainen merkki jota tietokoneessa käsitellään esitetään bitteinä (luvut, kirjaimet, erikoismerkit ym.). Näin ollen rekistereiden koko ja väylien leveys ilmoitetaan bitteinä. Normaali luku ilmaistaan 8 bitillä. Jos tiedon esittämiseen käytetään 8 bittiä, niin sillä voidaan ilmaista kaikki luvut nollasta esim saakka. Sitä isompien lukujen esittämiseksi tarvitaan useampi bitti. Bittimäärät kasvata 8 kerrannaisina (mikä on varsin yleinen tapa ilmaista kokoa tietokonemaailmassa). Rekistereiden koko ja vastaavasti väylän leveys voi olla siis 8, 16, 32, 64 jne. bittiä. Tietotekniikan kehitys on mahdollistanut esim. 64 ja 128 bitin väyliä ja rekistereitä, mikä ei suinkaan ollut mahdollista vielä 90-luvun alussa. Keskusmuistien kehitys on vastaavasti kasvanut 80-luvun alusta lähtien 1, 2, 4, 8, 16 jne. megatavuna. Kun puhutaan rekistereiden leveydestä, niin isompi bittimäärä tarkoittaa lisäksi sitä, että bittejä kuljetetaan vierekkäin peräkkäisyyden sijasta, mikä lisää vauhtia tietokoneen sisällä. 2) Käyttötapa Ryhmittely voidaan tehdä käyttötavan mukaan, jolloin puhutaan henkilökohtaisesta tietojenkäsittelystä, toimistoautomaatiosta, kaupallis-hallinnollisesta tietojenkäsittelystä ja teknisestä tietojenkäsittelystä. Henkilökohtaiset tietokoneet ovat nimensä mukaisesti jonkin henkilön henkilökohtaisessa käytössä. Tietokone voi olla joko kotona tai töissä. Kotona oleva tietokone on selkeä tapaus, mutta työssä käytettävä tietokone voi tietenkin olla ajoittain jonkin toisen henkilön käytössä ja lisäksi se voi olla liitetty verkkoon. Selkeämpi kuva saadaan ehkä toteamalla, että henkilökohtaisessa tietokoneessa PC:ssä on ohjelmat asennettu koneeseen suoraan, joten sitä eivät muut käytä samanaikaisesti kuten on mahdollista verkkoympäristössä. Eli ohjelmalla on vain yksi käyttäjä kerrallaan. Lisäksi henkilökohtaisessa tietokoneessa tulostin

12 on voitu liittää suoraan tietokoneeseen, eikä sitäkään ole jaettu muiden käyttäjien kesken. Toimistoautomaatio Toimistoautomaatioksi katsotaan toimistotyötä automatisoivat tietokonelaitteistot ohjelmistoineen ja nykyisin myös muita toimistossa käytettäviä tiedonkäsittelyyn tarkoitettuja laitteita esim. fax -laitteet. Toimistoautomaation keskeisin tehtävä on tuottaa, arkistoida ja muotoilla tekstityyppistä tietoa. Tämän päivän toimistoissa ei enää tultaisi toimeen ilman tiedonsiirtoa joko sähköpostin muodossa tai muuten verkon välityksellä esim. tulostuslaitteisiin sekä verkon välityksellä tapahtuvaa tietojen tallentamista yhteisille levy-yksiköille tai ohjelmien yhteiskäyttöä verkon muiden käyttäjien kesken. Myös kalenteriohjelmistot ovat yhä suuremmassa määrin toimistoissa käytettyjä välineitä, joilla yhteisten palaverien aikavaraukset on mahdollista tehdä. Kaupallis-hallinnollinen tietojenkäsittely Kaupallis-hallinnollinen tietojenkäsittely on tyypillistä tietojen keruuta, varastointia ja jalostamista sekä erilaisten päätöksentekoa tukevien raporttien tuottamista. Sovelluksista voidaan mainita kirjanpito, palkanlaskenta, varastonvalvonta ym. Yllä mainituilla sovelluksilla on voitu poistaa rutiiniluontoista työtä yrityksistä sekä mahdollistaa suurien tietomäärien käsittelyä lyhyessä ajassa. Näiden normaalien yritys sovellusten lisäksi käytetään yhä suuremmassa määrin johdon tukijärjestelmiä, joilla voidaan tuottaa päätöksentekoa tukevaa ja helpottavaa materiaalia yrityksen ylimmälle ja keskiasteen johdolle. Laitteistot toimistoissa ovat normaaleja PC-laitteita. joihin on asennettu hieman paremmat prosessorit ja suuremmat muistilaitteet samoin kuin varmistuslaitteet esim. zip -asemat tai polttavat CD-asemat. Laitteet on pääsääntöisesti yrityksissä kytketty toisiinsa verkon välityksellä, jolloin tiedon välittäminen on helpompaa ja voidaan käyttää yhteisiä laitteita kuten kirjoittimia. Tekninen tietojenkäsittely Tekninen tietojenkäsittely edellyttää laajaa ja monimutkaista laskentaa. Laitteistovaatimukset ovat suuremmat kuin toimistoympäristössä, joten laskentaa käytetäänkin usein minitason tietokoneita. Teknisessä tietojenkäsittelyssä käytettäviä sovellusalueita ovat simulointi, mallintaminen CAD/CAM sekä laajojen mittausaineistojen käsittely. Suurien laskennallisten töiden ajoon käytetään supertietokoneita

13 3) Hajautusaste Hajautusasteella tarkoitetaan sitä kuinka paljon tietoa, kontrollia tai prosessointia on hajautettu. Hajautusastetta voidaan kuvata joko täydellisellä keskittämisellä, puoliksi keskittämisellä tai kokonaan hajauttamisella. Täydellinen keskittäminen tarkoittaa sitä, että joko tieto, kontrolli tai prosessointi hoidetaan keskitetysti yhdessä paikassa ja kaikki muut verkon pisteet hakevat esim. tiedon yhdestä paikasta. Jos hajautus on osittaista, niin esim. tiedon yhteydessä se tarkoittaa sitä, että paikalliskonttoreilla tallennetaan omien asiakkaiden tiedot omalla sijaintipaikkakunnalla ja yrityksen muut tiedot on tallennettu pääkonttoriin. Täydellinen hajauttaminen tarkoittaa sitä, että jokainen sivukonttori toimii täysin itsenäisesti, jolloin jokaisella konttorilla on omat asiakastiedot omissa rekistereissä, samoin kuin omien sovellusohjelmien tarvitsemat tiedot löytyvät itseltä. konttorit ovat tietojenkäsittelyn osalta täysin itsenäisiä. Näistä vaihtoehdoista löytyy sitten poikkeamia. Puhutaan jonkinasteisista hybrideistä, jolloin tieto voi olla hajautettu useaan toimipisteeseen, ja samoja tietoja voidaan monistaa useampaan konttoriin. Tämän tyyppisellä toiminnalla saadaan varmistettua tietoa ja joissakin tapauksissa nopeutettua tiedon käsittelyä. toisen tyyppinen hybridi järjestelmä voi olla sellainen, että sekä tieto, prosessointi ja kontrolli on hajautettu joko kokonaan tai osittain verkon (konttoreiden) pisteiden kesken. Tällöin järjestelmän rakenne on monimutkaisempi ja vaatii enemmän teknistä osaamista. 4) Koko Laitteen fyysinen koko ja suoritusteho auttavat luokittelemaan tietokonetta. Aivan pienissä päässä ovat kommunikaattorit ja PDA:t. Nämä molemmat ovat varsin monipuolisia laitteita joita ei ehkä suoranaisesti voi sanoa tietokoneiksi, mutta niissä on moni ominaisuuksia, jotka esiintyvät myös tietokoneissa. Näistä kommunikaattori esim. sisältää puhelimen lisäksi kalenterin, laskimen ja osoitekirjan ja sillä voidaan lähettää ja vastaanottaa faxeja. PDA:t ovat todennäköisesti vielä lähempänä tietokoneita. Seuraavana järjestyksessä (koonmukaisessa) tulevat kannettavat tietokoneet, jotka ovat ominaisuuksiltaan PC laitteita, mutta pienempiä ja kevyempiä. Niiden hinnat vaihtelevat väliltä (v. 2000). Halvemmissa laitteissa on pienemmät muistit ja hitaammat prosessorit ja näytöt voivat olla huonompia. Kannettavien laitteiden korkeat hinnat johtuvat niiden pienestä koosta. Kehittämiskustannukset ovat suuremmat ja tästä johtuu, että hinnat nousevat, jolloin niiden kysyntäkin on vähäisempää

14 PC:t, Macit ja Power PC:t ovat kannettavia mikroja vastaavia, paitsi että ne ovat kooltaan isompia. Lisäksi uudemmat PC:t ovat tehokkaampia kuin kannettavat. PC-teknologian kehittyminen on niin nopeaa, että voidaan sanoa esim. prosessoritehon kaksinkertaistuvan noin kahden vuoden välein. Sanotaankin, että tietoteknologian vuosi (varsinkin laitekehityspuolella) on muutama kuukausi. Minitietokoneet ovat seuraava askel mentäessä koossa ja tehossa eteenpäin. Minikoneet ovat jo huomattavasti kalliimpia kuin PCt. Toinen ominaisuus mikä liittyy minikoneisiin on se, että niihin voidaan liittää huomattavasti enemmän muita oheislaitteita kuin PC -laitteisiin. Minitietokoneet ovatkin yritysten laitteistoja, vaikkakin pitää todeta, että tehokas PC alkaa olla aika lähellä normaalitehoista minikonetta. Minikoneet eivät vaadi mitään erityistä laitteistohuonetta, vaan se voi sijaita tavallisessa toimistohuoneessa. Tosin sen kehittämän lämmön ja äänen vuoksi onkin parempi sijoittaa se esim. johonkin varastoon tai ainakin huoneeseen, missä ei ole henkilöitä. Minitietokoneeseen voidaan liittää useita oheislaitteita ja päätteitä. Kirjoittimet voivat olla suurempia kuin tavalliset laser tulostimet. niillä voi tulostaa mm. ketjulomakkeita kuten palkkapusseja ja muita vastaavia. Suurtietokone on isommissa yrityksissä käytettävä laite. Siinä voidaan ajaa useita sovellusohjelmia ja muistikapasiteetti on myös sen mukainen. niihin voidaan liittää erillisiä levy- ja nauha-asemia ja niiden hoitoon tarvitaan yksi tai useampi operaattori. Operaattoreiden tehtävänä on pitää huolta että laitteisto toimiin, vaihtaa paperit kirjoittimiin ja nauhat nauha-asemiin. Heillä on lisäksi paljon muitakin tehtäviä kuten varmistusten ottaminen kaikista tiedoista. Suurtietokoneet tarvitsevat oman erityisesti niille suunnitellun huoneen, missä ilman lämpötila ja kosteuspitoisuus pidetään vakiona ympäri vuoden. Myös huoneiden lattiat ovat antistaattisia, koska staattinen sähkö voi aiheuttaa korvaamattomia vahinkoja levyillä oleville tiedoille. Käyttäjien määrä on useita kymmeniä jopa satoja. Suurtietokoneiden klustereihin voi olla yhdistetty jopa muutama kymmenen tuhatta pääte- tai muunlaista laitetta. Supertietokoneet ovat todella suurten yritysten tietokoneita tai kuten Suomessa yliopistojen ja korkeakoulujen yhteiskäytössä. Laitekapasiteettia vuokraavat myös muut ulkopuoliset tahot. supertietokoneet vastaavat muutamaa tuhatta PC-laitetta, joten puhutaan aivan omaa luokkaansa olevista laitteista, joiden hinta on jo useita miljoonia markkoja. suomessa on tällä hetkellä muutama tällainen tietokone. Tosin hankinnassa on tietokone joka tehossaan on Euroopan nopeimpia tietokoneita. Supertietokoneita käytetään pääasiassa tieteelliseen laskentaan. Supertietokoneissa käytetään useita prosessoreita, jotka suorittavat saamiaan tehtäviä jakamalla ne eri prosessoreiden kesken

15 3. Tietokone ja Ohjelmat 3.1 Tiedon esitysmuoto Kuvan pakkaaminen Kuvatietoa ei häviä (non-lossy) TIFF, GIF, PICT Kuvatietoa häviää (lossy) JPEG Peräkkäisten merkkien korvaaminen jollakin erikoismerkkisarjalla, joka kertoo kuinka ja mitä merkkiä tiedostonpurkuvaiheessa tulee lisätä kyseiseen kohtaan. Bittikartta; kuvan jokainen piste tallennettu erikseen muistiin Vektorikuvat; kuvasta tallennettu vain ainoastaan sen määrittelyssä tarvittava tieto. Liikkuva kuva: Jotta kuvassa oleva liike olisi sujuvaa, tarvitaan kpl kuvia sekunnissa. Avainkuva1 pelkät muutokset avainkuva2 Animaatio: kuvaruudulla liikutetaan jotain graafista objektia suhteessa muihin kuvaruudun elementteihin. Ääni: Kuuloalue Hz. Kun halutaan tallentaa kuuloalueella oleva ääni tarkasti, täytyy mittaus tehdä kaksi kertaa useammin eli kertaa / s. stereotasoinen ääni vaatii 16 bittiä = Hz. 45 min = 230 Mt. 3.2 Laitteisto NÄYTTÖ: Resoluutio (640/ /768) pikseliä / tuuma Hz Nestekidenäyttö (kiteistä nestettä) Elektroluminenssinäyttö (sinkkisulfidia) Plasmanäyttö (neon-kaasua) SYÖTTÖLAITTEET: Näppäimet

16 Hiiri Kosketus Kynä Viivaoodi Skanneri (käsi, taso) TULOSTUSLAITTEET: Matriisi Lämpömatriisi Mustesuihku (mustetta, jauhetta) Laser Piirturi MUISTIT: Levyke Kovalevy Zip (100 Mt, 250 Mt), Jaz (1 Gt) CD-ROM ( Mt) DVD (kaksi puolta, 4,75 Gt/puoli) 3.3 Ohjelmointi Korkean tason ohjelmointikieli Matalan tason ohjelmointikieli (assembly, konekieli) Konekielet Bitteinä ei kääntäjää ei tulkkia koneriippuvuus 1GL Symboliset konekielet Assemly 2 GL käännetään Lausekielet COBOL 3 GL käännös Sovelluskehittimet Progress, Oracle

17 SQL Tietokanta: access Multimedia: toolbook Oliokielet C++ Java Sukupolvet: 1 GL - 5 GL Kääntäjä / tulkki Algoritmi Yleisyys Täydellisyys yksikäsitteisyys Ohjelman suunnittelu vuokaavio ohjelma peräkkäisyys valinta toisto + aliohjelma testaus Käännös --> *.obj --> linkkaus --> *.exe 3.4 Käyttöjärjestelmä Järjestelmä voidaan jakaa kerroksiin, joista yläpuolella oleva voidaan toteuttaa alapuolella olevan kerroksen tarjoamien palvelujen avulla. Kerros rajapinta Sovellus Ohjelmointikieli Kääntäjä Virtuaalikone Käyttöjärjestelmä Prosessoriarkkitehtuuri Laitteisto

18 Käyttöjärjestelmän ja laitteiston rajapintaa sanotaan tietokoneen (prosessori-) arkkitehtuuriksi. Arkkitehtuuri määrittelee millaisia konekäskyjä, rekistereitä, osoitusmoodeja jne. prosessorissa on. Alemmalla tasolla toimivat operaatiot toimivat tavallisesti nopeammin ja niiden toteutus saattaa vaatia vähemmän muistitilaa Käyttöjärjestelmäsukupovi nolla ( 0 ) Nykyiset tietokoneet pohjautuvat ns. von Neumann malliin. Laitteisto koostuu muistista ja prosessorista, joka suorittaa muistiin tallennetun ohjelman käskyjä, jotka voivat käsitellään muistiin tallennettua tietoa Käyttöjärjestelmäsukupovi I (yksiajo kj.) Työt voivat koostua useiden ohjelmien peräkkäisestä suorituksesta eli työvaiheista (jobstep). Käyttöjärjestelmän pitää sisältää ainakin tiedostojärjestelmä levytiedostojen käsittelyä varten ja jonkinlainen komentokielen tulkki. Ohjelmavirhe keskeytykset (viittaus kj:n alueelle) Kellokeskeytykset (tietyn ajan jälkeen) I/O-keskeytys (jonkin vaiheen keskeytys) Ympäristön tallennus Spooling Käyttöjärjestelmäsukupovi II (moniajo kj.) Suoritettavia ohjelmia kutsutaan prosesseiksi, joita vaidetaan esim. levyltä luvun ajaksi. Ongelmana on prosessien suojaus toisiltaan. Seuraavaksi suoritusvuoroon tulevan ohjelman valitsijaa sanotaan vuoronjakajaksi eli skeduloijaksi, minkä vuoksi prosesseilla pitää olla prioriteetti Lisää sukupolvia Virtuaalimuistijärjestelmässä prosessin osoiteavaruus jaetaan osiin, ja nämä osat voidaan sijoitella eri puolelle keskusmuistia suorituksen aikana. Lisäksi kaikkien osien ei tarvitse ollla keskusmuistissa suorituksen aikana. Kolmannen sukupolven käyttöjärjestelmiä voidaan pitää osituskäyttöpiirteellä ja vituaalimuistilla täydennettyä II sukupolven kj

19 Neljännen sukupolven käyttöjärjestelmät ovat verkkokäyttöjärjestelmiä. Ne pystyvät jakamaan resursseja (levy, kirjoittimet, tiedonsiirtolinjat, päätteet jne.) dynaamisesti suuressakin tietokoneverkossa. Verkon koneiden kuormaa voidaan tasata dynaamisesti eri koneiden välillä. 1) Reaaliaikakäyttöjärjestelmä Ohjelman pitää pystyä reagoimaan useista eri lähteistä tuleviin ärsykkeisiin, jotka tulevat ennalta arvaamattomassa järjestyksessä. Toimivat ns. sulautetuissa järjestelmissä. Reaaliaikakäyttöjärjestelmä tarkoittaa vastaavasti, että sen avulla voidaan toteuttaa aikakriittisiä sovelluksia. 2) Käyttöjärjestelmän rakenteesta Proseduuriorientoitunut: suurin osa käyttöjärjestelmän palveluista suoritetaan kutsumalla ytimen palvelurutiineita. Prosessiorientoitunut: käyttöjärjestelmä koostuu joukosta palveluprosesseja, joilta käyttöjärjestelmän palveluita voidaan pyytää sanomia lähettämällä ja vastaanottamalla Erilaisia käyttöjärjestelmiä 1) Merkkipohjainen Systeemitiedosto (laitteistokokoonpanoon liittyvät asetukset) Komentotulkki (käskyjen toteuttaminen, virheilmoitus) Apuohjelma (tiedostojen käsittely) Esim.: Atlas 1950-luvulla THE 1960-lluvulla OS/ luvulla MS-DOS/PC-DOS OS/2 2) Graafinen käyttöliittymä Windows 1.0 vuonna 1985 Windows 3.1 vuonna 1992 Windows 95 Windows 98 Windows 2000 System (Mac OS) UNIX Vuonna 1969 Aluksi assemblerilla, 1994 C:llä

20 Kaksi päätyyppiä: Uxix System V (AT&T) BSD Unix (Berkeley:n yliopistossa) Laitteistoriippumaton Ydin eli kernel, toteuttaa alimman tason rutiineja ja kommunikoi järjestelmän laitteiden kanssa. Muut ohjelmat kommunikoivat ytimen kanssa. Varsinainen työ tehdään erilaisilla ohjelmilla. Unix on avoin, eli käyttäjä voi liittää siihen itse ohjelmoimiaan piirteitä. Myös graafinenkäyttöliittymä X windows. Linux Tietoliikenne Tiedonsiirtotapoja Modeemi (sovitinlaite) ISDN (Integrated Services Digital Network) Digitaalinen liittymä puhelinverkkoon Verkkopääte, puhelin, ISDN-kortti Puhelinyhteys (piirikytkentä) Kiinteäyhteys (point-to-point) YDV pakettiverkko Tieto paketteina (data+osoite) Langaton tiedonsiirto GSM (tekstin- ja kuvansiirto) WAP (Wireless Application Protocol) on matkapuhelinverkko teknologia, jonka avulla on mahdollista langattomasti hyödyntää internetin ja yritysten palveluita. WAPin kehittelyyn ja standardointiin ovat osallistuneet kaikki suurimmat matkapuhelinvalmistajat. Teknologiat on maailmanlaajuisesti standardoitu avoimiksi, valmistajista ja rajapinnoista riippumattomiksi Lähiverkko LAN rajoitetulla maantieteellisellä alueella toimiva datasiirtoverkko Mt. WAN ulottuvuus eri paikkakunnat, jopa maat

21 MAN taajama- tai suurkaupunkiverkko TAN täyden palvelun alueellinen verkko, jonka toteuttamiseen tarvitaan ATM-yhteyttä Verkkoarkkitehtuuri Verkkoarkkitehtuuri tarkoittaa tietokoneverkon muotoa ja suunnittelurakennetta. Tarkoituksena on kuvailla, miten verkon kehittäjät yhdistävät verkon komponentit verkkoa rakentaessaan. Lähiverkko koostuu seuraavista osista: Työasemat Palvelimet Verkkokortit - sovitinkortti, jonka avulla laite liittyy fyysisesti verkkoon. Sovitinkortti määrää verkossa käytettävän lähiverkkostandardin. Toteutta OSI-mallin alimman kerroksen ja kakkoskerroksen alemman puolen. Kaapelointi (parikaapeli, koaksikaapeli, valokaapeli) Oheislaitteet (keskittimet ym.) Verkko-ohjelmisto (varusohjelmia, joiden avulla verkkoa käytetään). Sen avulla työasema saa verkon palvelinten resurssit käyttöönsä Lähiverkon tyypit Lähiverkon tyypin määrittelevät seuraavat kolme tekijää: topologia, fyysinen siirtotie, yhteyskäytäntö. Topologia: väylä, rengas, tähti, täysin kytketty fyysinen siirtotie: Ethernet ( Mt, väylä, koaksikaapeli, kilpavaraus) Token Bus (väylä, teollisuusautomaatiossa) Token Ring (vuororengas, vuoromerkki, parikaapeli, 4-16 Mt FDDI (Fiber Distributed Data interface): Token Ringista muunneltu ja kahdennettu rengasverkko 100Mt, valokuitua, max. 200 km Lähiverkon laitteistot: Silta (toistaa, eristää ja suojaa): sopii parhaiten saman organisaation pienten lähiverkkojen yhteen liittämiseen. Liittää yhteen kaksi erillistä verkkoa, jotka käyttävät samaa tekniikkaa. Huolehtii myös liikenteen suodattamisesta. Pääs

22 tää lävitseen ainoastaan verkkoalueesta toiseen matkalla olevaa tietoa, ei sisäistä liikennettä. Reititin: Soveltuu suurten verkkojen yhdistämiseen tai erottamiseen ja eri organisaatioiden välisten yhteyksien luomiseen. Välittää kehyksen vastaanottajan osoite reitittimelle. Voidaan tarkkailla verkkojen välistä liikennettä ja määritellä kuka saa liikennöidä ja minne. Toistin (jatkaa, vahvistaa, liittää): Toistin kopioi, vahvistaa ja toistaa edelleen vastaanottamansa signaalit. Se on eräänlainen kaapeleiden väliin kytketty vahvistinlaite. Toistimen tehtävänä on eliminoida signaalin heikentyminen ja vaimentuminen siirtotiellä ja kasvattaa siirtotien fyysistä ulottuvuutta. Käytetään myös liitettäessä saman verkon osia keskenään yhteen. Yhdyskäytävä (Gateway): on järjestelmä, jonka tarkoituksena on muuntaa arkkitehtuuriltaan erityyppisestä verkosta toiseen verkkoon matkaavan tiedon muotoa niin, että tieto on laillinen, käsiteltävissä oleva, siinä verkossa, johon se on matkalla. OSI-mallin kerrokset 4-7. Mahdollistaa sen, että kaksi eri protokollaa käyttävää laitetta voivat keskustella keskenään. ATM (Asynchronous Transfer Mode): on periaatteessa piirikytkennäinen protokolla; lähettäjän ja vastaanottajan välille on alustettava yhteys ennen viestin lähetystä. ATM verkon päälle on kehitetty verkkoemulointi, jolloin verkko näyttää käyttäjälle normaalilta lähiverkolta. ISOn OSI-malli on julkaistu kansainvälisenä standardina ja on vain malli, joka kuvaa järjestelmien ulkoista käyttäytymistä. Mallin kerrosten tehtävänä on aina toimia lähinnä ylemmän kerroksen palvelijana so. Tuottaa oman kerroksen tasoisia palveluja. 3.6 Multimediasta Hypermediaan Multimediasta on tullut käsitteenä kaiken kattava ja sitä on voitu huoletta käyttää myös arkikielessä. Yleensä hypermedia liitetään puhtaasti teoreettiseen tutkimiseen, eikä sillä oleteta olevan mitään tekemistä jokapäiväisten asioiden kanssa. Mutta itse asiassa multimedia on hypermedian osa. Multimedian käyttäjä pystyy vaikuttamaan erittäin rajallisesti esityksen kulkuun. Hypermediassa käyttäjä on koko sovelluksen pääosassa. Ihminen pystyy vaikuttamaan omalla toiminnallaan sovelluksen etenemiseen ja käsiteltävän tiedon määrään. Hypermedia on syntynyt hypertekstin ja multimedian yhdisteenä. Hyperteksti on tekstiä, jonka eri osista pääsee siirtymään linkkien avulla toisiin asiayhteyteen liittyviin kohtiin muualla tekstissä