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Aufbau des Computers

Ein ganzes Computersystem ist aus Hardware und Software zusammengesetzt. Die Hardware bildet den physikalischen Teil des Systems und umfasst alle Geräte und Einrichtungen. Die Software stellt  statt dessen das Gehirn der Geräte dar. Ohne die Software sind die Geräte nutzlos. So umfasst die Software alle Programme, die auf einem Computersystem installiert werden können. Zum Betrieb eines Computers benötigt man zunächst die Betriebssoftware, gewöhnlich wird das Betriebssystem Windows verwendet. Danach werden Anwendungsprogramme aufgespielt, die je nach Bedarf eingesetzt werden. Schließlich gibt es noch die Firmware, welches Softwarekomponenten sind, die fest mit der Hardware verbunden sind und im Prozessor festgeschrieben sein können. Ein Standard- Rechner ist zusammengesetzt aus einem Gehäuse, meist einem Tower, einem Bord, dem Arbeitsspeicher (RAM), einer Festplatte, einem DVD- Rom- Laufwerk, verschiedenen Karten (Grafik, Netzwerk etc.) und einem Prozessor (CPU). Weiterhin benötigt man Schnittstellen und Verbindungen, um andere Geräte anzuschließen oder Daten übertragen zu können. Auch die Peripheriegeräte sind wichtig, dies sind beispielsweise die Tastatur, die Maus und der Monitor. Die erste Computergeneration wurde 1951 in den USA produziert. Zu dieser Zeit verwendeten Computer Elektronenröhren und wurden in einem internen Maschinencode programmiert. Diese Geräte benötigten allerdings viel Platz und Energie, waren dabei aber sehr langsam und nicht so leistungsfähig. In der zweiten Computergeneration um 1955 wurden Transistoren und Dioden benutzt. Es wurden die ersten Programmiersprachen namens Fortran, Cobol und Algol60 eingeführt. Die dritte Computergeneration wurde ab 1965 entwickelt und zeichnete sich durch den Einsatz integrierter Schaltkreise aus. Damit konnte die Rechengeschwindigkeit schon etwas erhöht werden. Außerdem gab es bereits Betriebssysteme und Programmiermethodiken. Die vierte und letzte Computergeneration wird ab 1970 produziert. Von da an gibt es Mikroprozessoren, die sich ständig verbessern. Dazu gibt es Arbeitsspeicher, bzw. RAM, und Speichermedien wie Disketten und CD- Roms. Es entstehen Personal Computer, sowie Rechnernetze. Die Geschwindigkeit der Rechner steigt stetig. Mit der Nutzung des Internets gewinnt der Computer noch die Eigenschaft als Kommunikationsmedium und wird zum All- round- Produkt der modernen Gesellschaft. Für die Architektur digitaler Systeme benötigt man bestimmte Ebenen. Zum einen muss man über die Technologie verfügen, wie zum Beispiel die gängige Halbleitertechnologie. Daneben ist die  elektronische Struktur wichtig, die aus Strom- und Spannungs- Beziehungen besteht. Für den Bau eines Computers benötigt man auch Bauelemente und Verbindungen. Die Grundkomponenten bestehen aus Verknüpfungsgliedern, Schaltelementen, Speichergliedern und Schaltwerken. Von allen sind in Computern mehrere enthalten. Ihre Vernetzung und ihr Zusammenwirken bilden die Gesamtheit eines Computers. Ausgehend von der Rechnerarchitektur besteht ein Rechner aus dem Zentralen Prozessor, dem CPU, den Speichersystemen, den Bussystemen und den Ein- und Ausgabe- Systemen. Das wesentliche Funktionsprinzip eines Computers wird im Von – Neumann- Konzept beschrieben. Nach diesem Konzept gründet sich der Computer auf  vier Bausteine.  Der erste beinhaltet die Hauptkomponenten des Rechners, wie das Rechenwerk, das Steuerwerk, der Hauptspeicher, die Ein- und Ausgabeeinheit, sowie die Verbindungen (Busse und Datenwege). Der Prozessor (CPU) setzt sich aus dem Steuerwerk und dem Rechenwerk zusammen. Der zweite Baustein besteht aus dein internen Signalen, welche binär koordiniert werden. Als Drittes werden Programmbefehle und Daten im Hauptspeicher hinterlegt. Diese können über eine Adresse wieder hervorgeholt werden. Extern eingegebene Programme bearbeitet der Rechner sequenziell. Das heißt, in der Regel wird alles in der Reihenfolge der Abspeicherung bearbeitet. Derzeit wird von einigen Herstellern, wie zum Beispiel Intel, an immer schnelleren Prozessoren gearbeitet. Der Prozessor ist für die gesamte Leistungsfähigkeit des Computers von großer Bedeutung. Heute sind Prozessoren bereits so belastbar, dass der Benutzer Anwendung als Multitasker ausführen kann, ohne dass sie langsamer werden. Beim Anwender geht der Trend dahin, dass er immer mehr Dinge auf einmal tun kann. Während er arbeitet, möchte er beispielsweise MP3s herunterladen und mit Freunden chatten. Auch für sehr aufwendige Spiele sind gute Prozessoren notwendig. So wurde aus der einfachen Variante, in der man nur einen CPU- Kern im Rechner hatte, die neue Variante, in der man einen verdoppelten CPU- Kern auf einen Chip setzt. Damit werden Prozessoren effektiver und schneller. Auch im Bereich der mobilen Notebooks wird sich noch viel tun. So werden die Notebooks immer kleiner und leichter und weisen die gleichen Leistungen wie ein Desktop PC auf. So sind auch die Bauteile in einem Notebook kleiner, als die eines Desktop Rechners. Heute können Computer in vier Klassen eingeteilt werden.  In den Personal Computer, welcher ein Universalrechner für den Endverbraucher darstellt, einen Server, der ein Netz- Server oder Daten- Server ist, einem Großrechner, welcher für den Hintergrund oder als Stapelverarbeiter nötig ist und einem Supercomputer, welcher zur Hochleistungsdatenverarbeitung fähig ist.


Literatur:

Schneider, Uwa / Werner, Dieter: Taschenbuch der Informatik, München, 2007.

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