Aufbau eines computers
1. Geschichte des ComputersAls erster Computer galt "Abakus", der vor rund 5 000 Jahren von den Chinesen erfunden wurde.
Blaise Pascal (1623- 1662): erfand 1643 einen Apparat, mit dem man einfache Additionen und Subtraktionen durchführen konnte.
Blaise Erfindung galt zwar als Sensation, aber gekauft hat sie niemand und so wurde sie ein Flop.
Gottfried Wilhelm Leibnitz ( 1646- 1716 ): erfand die erste Rechenmaschine die alle 4 Grundrechenarten beherrschte (+ - x : ) Sie funtionierte bestens, fand aber wieder keinen Käufer. Leibnitz entwickelte aber auch noch das für den Computer
grundlegende Rechensystem mit " 0 " und " 1 "
Um die Jahrhundertwende konnten elektrische Sensoren eingesetzt werden, die mit einer ganz neuen Geschwindigkeit arbeiteten.
Der Erfinder des "elektrischen Zählens" war der Deutschamerikaner Hermann Hollerith.: Er war Leiter des Statistischen Bundesamtes in Washington. Ihm war es ein Greuel, mit ansehen zu müssen, wie 500 Sachbearbeiter ab der Volkszählung von 1880 sieben Jahre lang rechnen mußten, bis die Antworten von 50 Millionen Amerikanern ausgewertet waren. Für diese Arbeit erfand Hollerith die Lochkarte, die von einer elektrischen Maschine automatisch "gelesen" werden konnte. Nach der Volkszählung von 1890 lagen die Ergebnisse bereits vier Wochen später vor.
1941 baute Conrad Zuse: die erste programmgesteuerte Rechenmaschine, die nur mit elektronischen Schaltwerken arbeitete.
1945 konstruierten P. Eckert und U. Maunchly: den ersten elektronischen Computer ENIAC. Die Rechenmaschine arbeitete mit 180 000 Elektronenröhrchen und nahm einen Platz von 85m3 ein.
1958 stellte der Österreicher Heinz Zemaneck: einen der ersten volltransistorischen Computer her. Er benötigte 3000 Transistoren, 5000 Dioden, 1500 Speicherringe, 20km Schaltdraht und
über 100 000 Lötstellen für die Herstellung seines Computers.
Dies war der Beginn der 2.Computergeneration. 1958 stellte Texas Instruments die erste integrierte Schaltung auf einem Siliziumscheibchen (Chip) her.
2. Aufbau eines Computers
Computer - auch Rechner genannt - sind universell verwendbare Geräte zur automatischen Verarbeitung von Daten. Der Begriff Computer leitet sich aus dem
Lateinischen ,,computare`` ab, was übersetzt ,,berechnen`` bedeutet.
Computer können jedoch nicht nur zum Rechnen eingesetzt werden, sondern eignen sich auch
zur Erledigung bzw. Unterstützung anderer Aufgaben und Tätigkeiten wie zur Textverarbeitung, Bilderkennung, Maschinensteuerung und vielem mehr.
Computersysteme setzen sich zusammen aus physikalischen Geräten (Hardware) sowie Programmen, die auf der Hardware ausgeführt werden (Software).
Zur Hardware gehören dabei der Computer an sich - auch Zentraleinheit genannt - sowie periphere Geräte zur Dateneingabe (Tastatur, Maus, Scanner, Lichtgriffel), Datenausgabe (Bildschirm, Drucker, Sound) und dauerhaften Datenspeicherung (Magnetplattenspeicher[Festplatte], Diskettenlaufwerke, CD-ROM-Laufwerke).
Bei der Software wird unterschieden zwischen der System- und Anwendungssoftware . Programme, die zur Steuerung und Verwaltung des Computers notwendig sind oder häufig erforderliche Dienstleistungen erbringen wie Compiler oder Editoren , gehören zur Systemsoftware, auch Betriebssystem genannt, während Programme zur Lösung spezieller Benutzerprobleme.
Computer sind nicht alle identisch aufgebaut. Fast allen liegt jedoch die sogenannte Von-Neumann-Rechnerarchitektur zugrunde. Sie basiert auf einem Vorschlag von John von Neumann aus dem Jahre 1946. Nach diesem Vorschlag, der sich am biologischen Vorbild der menschlichen Informationsverarbeitung orientiert, bestehen Computer aus fünf Funktionseinheiten:
Steuerwerk
Rechenwerk
Speicher
Eingabewerk
Ausgabewerk
Die Funktionseinheiten sind dabei miteinander verbunden.
2.1 Speicher
Der Speicher - auch Hauptspeicher genannt - ist die Rechnerkomponente zum Aufbewahren von auszuführenden Programmen und Daten, die bei der Ausführung benötigt bzw.
berechnet werden. Speicher setzen sich aus vielen einzelnen Speicherelementen zusammen, die jeweils in der Lage sind, verschiedene Zustände anzunehmen. Heute werden fast ausschließlich sogenannte binäre Speicher mit zwei Zuständen 1 und 0 (Strom, kein Strom) eingesetzt. Ein Speicherelement speichert dann genau ein sogenanntes Bit . Um im Speicher abgelegt werden zu können, müssen Ihre Computerprogramme und die anfallenden Daten immer in eine Folge von Nullen und Einsen übersetzt werden. Darum müssen Sie sich jedoch nicht selbst kümmern.
Diese Aufgabe übernehmen bereitgestellte Hilfsprogramme für Sie.
Der Ort im Speicher, an dem ein bestimmtes Datum abgelegt wird, wird seine Adresse genannt. Den Vorgang, den genauen Speicherplatz eines Datums zu finden und den Wert des gespeicherten Datums abzufragen oder zu verändern, wird als Zugriff bezeichnet.
2.2 Rechenwerk
Das Rechenwerk ist die Rechnerkomponente zum Ausführen von Operationen auf Daten. Dabei werden arithmetische und logische (boolesche) Operationen unterstützt.
Arithmetische Operationen sind bspw. die Addition und Subtraktion von Zahlen, logische Operationen wie die Konjunktion.
Das Rechenwerk besitzt verschiedene Einheiten - sogenannte Register - zum Zwischenspeichern der Operanden.
2.3 Eingabe- und Ausgabewerk
Eingabe- und Ausgabewerk bilden die Schnittstelle des Computers nach außen. Das Eingabewerk ist für die Eingabe von Daten bspw.
über die Tastatur oder die Maus zuständig. Das Ausgabewerk steuert die Ausgabe von Daten bspw. auf den Bildschirm oder den Drucker. Über die Eingabe- und Ausgabewerke wird auch der Zugriff auf den Hintergrundspeicher geregelt, auf dem der Programmcode und die ausführbaren Programme dauerhaft gespeichert werden.2.4 Steuerwerk Das Steuerwerk kann als das ,,Herz`` eines Computers bezeichnet werden.
Es ist für die Gesamtsteuerung, d.h. die Koordination der anderen Komponenten zuständig. So teilt es bspw. dem Eingabewerk mit, an welche Adresse im Speicher bestimmte Eingabedaten ablegt werden sollen, und informiert das Ausgabewerk darüber, bei welcher Adresse auszugebende Daten im Speicher zu finden sind.
Die Hauptaufgabe des Steuerwerks besteht in der Bearbeitung von Befehlen (Anweisungen) des auszuführenden Programms.
Es holt dazu den aktuell zu bearbeitenden Befehl aus dem Speicher und interpretiert ihn. Handelt es sich bspw. um einen Additionsbefehl, dann organisiert das Steuerwerk zunächst das Laden der zwei Operanden aus dem Speicher in die Register des Rechenwerks. Anschließend teilt es dem Rechenwerk den Befehl mit und sorgt schließlich dafür, dass das berechnete Ergebnis an einer geeigneten Stelle im Speicher abgelegt wird.
Steuerwerk und Rechenwerk werden auch unter der bekannteren Bezeichnung Prozessor zusammengefasst.
3.
Analog und DigitalrechnerDer Analogrechner setzt Systeme z.B.: Das Steuersystem eines Flugzeuges in eine entsprechende Schaltung um. Analogrechner werden in Kraftwerken und Regelungssystemen eingesetzt, wo es auf eine schnelle Reaktion ankommt. Ihre Programme sind jeweils auf ein bestimmtes Arbeitsgebiet beschränkt, dafür aber haben sie eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit als Digitalrechner.
Digitalrechner sind vielfältiger anwendbar und können eine wesentlich größere Menge Daten speichern und verarbeiten, als Analogrechner, sind aber langsamer.
Je nach Speicherkapazität und Arbeitsgeschwindigkeit unterscheidet man die Heim- , Personalcomputer(kurz: PC), mittlere Anlagen und Großrechner. Unterschiede ergeben sich auch durch das Betriebssystem, mit dem der Computer geladen wird.
Ein Teil des Arbeitsspeichers, der beim arbeiten mit dem Computer immer zugänglich sein muß, ist mit dem Festwertspeicher belegt. Im Festwertspeicher befindet sich ein Teil des Betriebssystem, das sind fest eingeschriebene Daten, die nur gelesen, aber
nicht mehr bearbeitet werden können. Sie steuern Vorgänge, die sich oft wiederholen, wie z.B.
das Kopieren, Ausschneiden, Einfügen oder löschen.
Festwertspeicher (ROM- Read only Memory) befinden sich z.B: auch in Taschenrechnern. Dagegen hat man zum Hauptspeicher mit seinem Pufferspeicher, der die Zugriffszeit verkürzt, weil er jeweils nur eine kleine Datenmenge bearbeitet,
einen direkten wahlfreien Zugriff (RAM - Random Access Memory)
Sind Betriebsystem und Anwendersoftware über das Disketten-laufwerk in die Speicher des Computers geladen, gibt man über die Tastatur (Keyboard), Buchstaben oder Wörter als binäre Zahlen, also als zusammengesetzte Werte aus 1 und 0. Die Darstellung durch Ziffern nennt man eine digitale Darstellung. Daher der Begriff Digitalrechner.
Der Rechner ordnet nun diese Ziffern (Bits) zu bestimmten Größen (Byts) und speichert sie im Arbeitsspeicher.
In modernen Betrieben gibt es heute Computersysteme. Sie bestehen im Wesentlichen aus der Zentraleinheit und der sogenannten Peripherie. Die Peripheriegeräte sind Geräte, die man an einen Computer anschließen kann. Sie unterscheiden sich in Eingabe
Geräte (input) und Ausgabegerät (output).
Zu den Eingabegeräten zählen Tastatur, Maus, Mikrofon und Webcam oder Digitalkamera.
Die Ausgabegeräte sind alle Datenträger dazu Drucker Modems für Anschluss ans Internet oder Lautsprecher für den Sound und der Monitor zur Grafischen Darstellung.4. Moderne Computer
Der typische Computer besteht, wie das Schema zeigt, aus dem eigentlichen Rechner, den verschiedenen Eingabegeräten wie Tastatur, Maus oder Scanner, dem Bildschirm und Drucker als Ausgabegeräte sowie internen und externen Speichereinheiten.
Ein Derzeitig Aktueller Computer hat folgende Ausstattung und ist im Besten Fall für etwa 2500 DM ohne Monitor zu haben.
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