Grundlegende Eigenschaften
Was ist ein Computer?
Ein Computer (wörtlich: „Rechner“) ist ein programmierbares Gerät zum Ausführen von Berechnungen und logischen Entscheidungen und zur Verarbeitung von Daten. Der Name leitet sich von der Bezeichnung [lat.] „computare“ ab. Anfangs als waren dies auch Menschen, die mit der Ausführung von Berechnungen mittels Stift und Papier, mechanischer Rechenschieber irgendwelche Berechnungen ausführten. Eigentlich sind also Computer so alt wie das Rechnen.
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Quelle: Doku | ZDF-Info (Zeit: 1 min.)
Meinungen von Experten
Fragt man Experten, die sich lange mit den Thema beschäftigt haben, kommen ganz unterschiedliche Antworten!
Was ist ein „Computer“?
Inhalt
Ein „Computer“ ist …
für die allermeisten Menschen zunächst einmal eine „Kiste“ mit einem Bildschirm, Tastatur, Maus und angeschlossenen Drucker. Nach dem Einschalten kann man alles mögliche damit anstellen.
Hardware und Software
Egal, ob PC, Tablet, Smartphone, … es gibt noch viele andere Computertypen. Alle sind aus diesen Bestandteile zusammengesetzt:
Alle Teile des Computers, die man anfassen kann. Zur Hardware gehören u.a. der Prozessor, der den Computer steuert. Auch die Maus und die Tastatur, Festplatten, Bildschirme und alles weitere, was man am Computer anschließen kann – eben physisch vorhanden ist.
Die Hardware alleine funktioniert nicht. Dazu braucht es die Software.
Dies sind Programme im Computer – ein Bündel von vielen Befehlen. Sie „sagen“ dem Computer, was zu tun ist. Programme bestehen aus Anleitungen, die Probleme lösen oder Aufgaben bearbeiten. Dazu kann kann der Computer Informationen speichern oder sie von „außen“ einlesen; dieses sind seine Daten.
Damit ein Computer von außen Informationen aufnehmen kann, braucht es Eingabegeräte. Informationen können von Menschen eingegeben werden, oder auch von anderen Maschinen.
Wenn der Computer nach den Vorgaben eines Programms Informationen verarbeitet hat, sollen diese auf andere Geräte ausgegeben werden. Für den Menschen bedeutet dies meistens, dass er etwas „sehen/lesen“ oder „hören“ möchte. Andere Maschinen verarbeiten diese Daten weiter.
Alle Komponenten müssen untereinander verbunden sein, damit sie Informationen austauschen können (das sind die Pfeile zwischen den Blöcken). Schnittstellen normieren ihre Informationen, damit sie von der empfangenden Komponente verstanden werden.
Das EVA Prinzip
EVA bedeutet: Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe | Es beschreibt die grundlegende Informationsverarbeitung eines jeden Computers. Vergleichbar ist dies auch mit der Informationsverarbeitung des Menschen.
EVA Vergleich ⇒ Mensch | Personal-Computer (PC) | Steuerungsrechner (SPS)
| Eingabe | Verarbeitung | Ausgabe | |
| Mensch | Sinne, … | Gehirn | Muskeln, Stimme, … |
| Personal Computer | Tastatur, Maus, Mikro, Touchscreen, … | Computer | Monitor, Drucker, Lautsprecher, … |
| Steuerungs-rechner (SPS) | Touchpad, Sensoren, Meßfühler, … | Zentralbaustein (CPU) | Aktoren (z.B. Motoren), Relais, pneum. Zylinder, … |
Hardware Bestandteile
Hardware (HW) ist ein Synonym für Geräte und Zubehör der Computertechnik. Mittlerweile ist es ein umgangssprachliches Wort für mechanische und elektronische Geräte und Bauteile.
Die Hardware eines Comuters besitzt immer diese Systembaugruppen:
CPU ist die Abkürzung für Central Processing Unit. Sie ist das Bauteil in einem Computer, welches die Befehle eines Programms ausführt.
Es eine Vielzahl unterschiedlicher Typen – nicht nur für Smartphones und Laptops. Außerdem werden sie durch immer leistungsfähigere CPUs ersetzt.
Read Only Memory – dies ist Speicher, der ohne besondere Geräte nur gelesen werden kann. In Ihrem Rechner befindet sich in den ROM-Bausteinen ein Programm, welches den Rechner startet und das Betriebssystem von der Festplatte (oder CD-ROM, Netzwerk oder USB.Geräte) lädt. Ein ROM eignet sich nicht als Arbeitsspreicher – es kann aber „geflasht“ werden (besonderes Schreibverfahren).
Random Access Memory, Speicher mit wahlfreiem Zugriff. Ein Speicher, auf den beliebig schreibend und lesend zugegriffen werden kann. Gegensatz dazu ist das ROM. Man unterscheidet statisches SRAM und dynamisches DRAM. Beim statischen RAM bleiben Informationen nach dem Schreiben für längere Zeit erhalten, beim dynamischen RAM verflüchtigt sich die eingeschriebene Information nach Sekundenbruchteilen und muss daher ständig aufgefrischt werden (refresh).
USB-Sticks und Festplatten werden trotz des (relativ) wahlfreien Zugriffs nicht als RAM bezeichnet.
an dieser Stellen noch ein sehr allgemeiner Ausdruck, der eine Zusammenfassung von Bausteinen beschreibt, über die die CPU mit allen anderen angeschlossenen Geräten austauscht. Die CPU selbst ist nur mit dem „Chip-Set“ verbunden. Erst hier werden die Daten weiter verteilt.
Viele elektische Leitungen verbeinden die einzelnen Bauteile. Dies nennt Binary Unit System, da sie den Datenaustausch an mehreren angeschlossenen Einheiten ermöglicht.
Arbeit im Binärsystem
In unserem „normalen“ Zahlensystem (=Dezimalsystem) setzen sich Zahlen aus den Ziffern „0,1,2,…9“ zusammen. Im Binärsystem gibt es nur die Ziffern „0“ und „1“. Z.B. nach der 1000 (lies: „Eins-Null-Null-Null“, nicht „Tausend“) kommt die 1001 und danach die 1010. Man kann also jede beliebige Zahl auch als Folge von 0 und 1 schreiben. Elektrisch betrachtet bedeutet es, dass ein „Schalter“ geschlossen ist = 1 oder geöffnet = 0.
Kurze (Mini)Einführung – wird aber später im Unterricht noch behandelt.
Quelle: Youtube| Code Construct „Das Binärsystem – einfach erklärt“ (Zeit: 3:44 min.)
In einem Computer sind die „Schalter“ winzige Transistoren.
Es gibt unterschiedeliche Betrachtungsweisen, was diese 0 und 1 repräsentieren:
- Elektrische Spannung: 5v / 0V
- Schalterstellung: An / Aus
- Logische Sicht: Wahr / Falsch
- Mathe: eine Ziffer (an einer Stelle der binären Zahl)
- Bit: Eine Stelle innerhalb einer (Bit-)Folge. Dies ist der kleinste denkbare Informationsanteil (z.B. ja/nein), kann nur den Wert 0 und 1 annahemen.
- Byte: Gruppe von 8 Bits, der man viel mehr Informationen zuordnen kann (insgesamt 256 Stück/Byte).
- Technisch einfach; daher leicht umzusetzen.
- Eindeutige Signale; daher störsicher.
- Fehlerfreie Kopien können gemacht werden.
- Alles, was in einer bestimmten Art von Muster dargestellt werden kann, kann mit Bitmustern dargestellt werden.
Alles zusammen ergibt also eine seeeehr lange Folgen von Nullen und Einsen, denen man (über die Software) nun eine Bedeutung gibt. Es kommt also ganz darauf an, von wo man anfängt zu lesen und wo das Ende der Bitfolge ist – und was für genau diesen Bereich festgelegt ist.
Je nach Länge und Position (Anfang/Ende) bekommen die binären Zahlen nun eine Bedeutung,
Z.B. können diese zwei Bytes 1000 1010 1101 0001 ganz unterschiedliches bedeuten:
- eine mathematische Zahl,
- ein Messwert (eines Sensors, z.B. Mikro),
- ein Befehl – den die CPU ausführen muss,
- eine Adresse im Speicher,
- ein Code für Buchstaben oder Steuerzeichen (z.B. ASCII Code)
10 Wiederholungsfragen
Aus dem lateinischen „computare“ und bedeutet „rechnen“.
Hardware und Software
CPU, RAM, ROM, Systembus, Schnittstellen
Schreibt der CPU die einzelen Arbeitsschritte vor, die sie auszuführen hat. Die Ansammlung von vielen Befehlen nennt man Programm.
Monitor, Drucker, Lautsprecher, Plotter, …
Tastatur, Maus, Scanner, Mikrophon, …
Sie übergeben Informationen in Form von elektrischen Signalen an eine andere Komponente.
Allgemeiner Zyklus zur Verarbeitung von Informationen: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe
Das RAM ist der Arbeitsspeicher eines Computers, man kan Daten daraus auslesen (read) und ablegen (write). Im ROM können keine Daten hineingeschrieben werden.