Wie funktioniert ein Computer und was ist drin?

Computer haben sich in nur wenigen Jahrzehnten von einfachen Geräten zu einem Grundnahrungsmittel des 21. Jahrhunderts entwickelt. Aber obwohl es sich um eine relativ neue Technologie handelt, haben die meisten Leute keine Ahnung, wie ein einfaches Rechteck – klein genug, um hineinzupassen Ihr Rucksack – ist zu allem fähig, von komplexer Mathematik über die Wiedergabe von Video und Audio bis hin zu anspruchsvollem Laufen Software.

Wie funktioniert ein Computer und welche Komponenten braucht man, um einen zu bauen?

Was ist ein Computer?

Ein Computer ist ein programmierbares elektronisches Gerät, das Informationen verarbeiten kann. Computer bestehen aus Hard- und Software und arbeiten auf zwei Ebenen: Sie empfangen Daten über eine Eingangsroute, entweder live oder über eine digitale Speichereinheit, und senden eine Ausgabe aus.

Moderne Computer sollten nicht mit dem veralteten Berufsbild Computer im 19. Jahrhundert verwechselt werden. Während beide lange und mühsame mathematische Berechnungen und Informationsverarbeitungen durchführen, ist der eine eine Person und der andere eine Maschine.

Wie funktioniert ein Computer?

Ein Computer verarbeitet die Eingabe, um die gewünschte Ausgabe zu erzeugen, aber wie übertrifft eine Maschine das menschliche Gehirn?

Herkömmliche Computer versuchen nicht, das menschliche Gehirn nachzuahmen. Stattdessen führen sie Befehle sequentiell aus, wobei die Daten ständig von der Eingabe und dem Speicher zum Prozessor des Geräts wandern. Neuromorphe Computer hingegen verarbeiten gleichzeitig Daten und sind damit schneller, energieeffizienter und näher an der Struktur des menschlichen Gehirns.

Insgesamt funktioniert ein Computer in vier Schritten:

1. Eingang: Eingabe sind die Daten vor der Verarbeitung. Es kommt von der Maus, Tastatur, dem Mikrofon und anderen externen Sensoren.
2. Lagerung: Die Speicherung ist, wie der Computer Eingabedaten behält. Die Festplatte dient der Langzeit- und Massendatenspeicherung, während der Datensatz zur sofortigen Verarbeitung im Random Access Memory (RAM) zwischengespeichert wird.
3. wird bearbeitet: Verarbeitung ist, wo Eingabe in Ausgabe umgewandelt wird. Die Central Processing Unit (CPU) des Computers ist sein Gehirn. Es ist für die Ausführung von Anweisungen und die Durchführung mathematischer Operationen an den Eingabedaten verantwortlich.
4. Ausgabe: Die Ausgabe ist das Endergebnis der Datenverarbeitung. Es kann alles sein, von Bildern, Video- oder Audioinhalten bis hin zu Wörtern, die Sie über eine Tastatur eingeben. Sie können die Ausgabe auch über einen Drucker oder einen Projektor statt direkt über Ihr Gerät empfangen.

Die Hardwarekomponenten eines Computers

Je einfacher die Aufgabe eines Computers ist, desto einfacher ist er zu bauen. Deshalb ältere Computer sind im Vergleich zu ihren modernen Gegenstücken einfach und haben begrenzte Fähigkeiten.

Die Hardwarekomponenten sind alles, was Sie in einem Computer physisch berühren und sehen können, einschließlich aller Ein- und Ausgabegeräte von Tastaturen, Mikrofonen und Mäusen bis hin zu Bildschirmen und Lautsprechern.

Hardware sind auch die physischen Verarbeitungsteile wie Speicher, CPU, Grafikkarte, Soundkarte, RAM und Hauptplatine, die alle in modernen Computern eine wichtige Rolle spielen.

Hauptplatine

Das Motherboard ist der primäre Kommunikationsknotenpunkt zwischen den Hardwarekomponenten des Computers. Es ist der Hauptstromkreis, über den alles physisch verbunden werden muss – außer denen, die auf Bluetooth oder Wi-Fi angewiesen sind. Ohne ein Motherboard ist es unmöglich, einen funktionierenden modernen Computer zu haben.

Zentralprozessor

Wenn das Motherboard der Kommunikationshub ist, ist die CPU der Kommunikationsdirektor. Es empfängt und interpretiert die Eingaben und Anweisungen und sendet Signale an andere Komponenten, die genau wissen, was mit den Daten für die gewünschte Ausgabe zu tun ist. Je mehr Kerne eine CPU hat, desto mehr Operationen können gleichzeitig ausgeführt werden.

RAM

Der Arbeitsspeicher ist der wichtigste Assistent der CPU. Anstatt in einer beträchtlich großen Speichereinheit nach Daten suchen zu müssen, speichert RAM die Daten, die vom Betriebssystem, jeder laufenden Software und eingehenden Eingaben verwendet werden. Je größer die Kapazität des Arbeitsspeichers ist, desto mehr schwergewichtige Software kann ausgeführt werden, ohne das Gerät zu verlangsamen.

HDD/SSD

HDD steht für Hard Disk Drive. Es ist die Komponente, die Ihre Medien und Apps, einschließlich des Betriebssystems (OS), dauerhaft speichert. Sie variieren in Größe und Leistung von einigen hundert Gigabyte (GB) bis hin zu mehreren Terabyte (TB).

Sie können auch auf Solid State Drives (SSDs) stoßen, die eine andere Art von Speicherhardware sind. SSDs und HDDs sind für verschiedene Dinge nützlich, und viele Benutzer kombinieren Laufwerke, um die Leistung zu maximieren.

Grafikkarte

Die Graphics Processing Unit (GPU) dient der Verarbeitung visueller Bilder auf Ihrem Computer. Leistungsstarke GPUs sind unerlässlich, um hochwertige Bilder und Grafiken zu rendern oder Videospiele zu spielen. Die Grafikverarbeitung kann entweder eigene Komponenten sein oder in die CPU integriert sein.

Soundkarte

Soundkarten sind verantwortlich für die Verarbeitung von Hördaten und deren Übermittlung an Ihre Lautsprecher. Ebenso kann die Soundkarte entweder ein separates Teil sein oder in die CPU integriert sein.

Die Softwarekomponenten eines Computers

Moderne Computer verwenden eine Kombination aus Hardware- und Softwarekomponenten, die zusammenarbeiten, um komplexe Ein- und Ausgaben zu verarbeiten.

Software ist eine vorgefertigte Sammlung von Anweisungen, die Ihrem Computer sagen, was zu tun ist. Es ist ein digitales Programm, keine physische Komponente, die beim Öffnen der Abdeckung eines Computers oder Laptops sichtbar ist.

Und wie Ihre Computerhardware spielen verschiedene Arten von Software unterschiedliche Rollen bei der Funktionsweise Ihres Computers.

Firmware

Bei Firmware verschwimmt die Grenze zwischen Hardware und Software. Es ist Software, die physisch in ein Stück Hardware eingraviert ist.

Die Firmware ist das Erste, was den Kickstarter macht Ihrem Computer, wenn Sie ihn einschalten, ein einfaches Programm, das Ihren Computer anweist, das Betriebssystem zu starten. Ohne sie startet Ihr Computer Ihr Betriebssystem oder andere Komponenten nicht, und Sie bleiben mit Hardware hängen, mit der Sie nicht kommunizieren können.

Betriebssystem (OS)

Ein Betriebssystem ist eine Software, die die Hardware- und Softwareressourcen Ihres Computers verwaltet. Ebenso können Sie ohne ein Betriebssystem nicht einmal mit Ihren Eingabegeräten mit Ihrem Computer kommunizieren.

Die Zukunft der Computer

Computer, die dem sequenziellen Verarbeitungsmodell folgen, werden nur billiger, kleiner, schneller und effizienter. Konventionelles Computerdesign und -architektur stoßen jedoch an ihre Grenzen. Stattdessen können Sie mit einem Anstieg moderner Computerarchitekturen rechnen, die nicht zuerst auf Technologie angewiesen sind vor über 50 Jahren entwickelt, von der Aussicht auf neuromorphe Computer bis hin zu zugänglicheren Quanten Computers.

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