Magic Computer – wie macht der das?

Heute schauen wir mal in das Innenleben eines Computers. Wie macht er eigentlich all die Dinge, die er eben macht? Und welche Teile braucht er dafür? Schonmal einen Computer seziert? Nein –  na dann auf jeden Fall weiterlesen. Aber keine Angst, hinterher lässt sich alles wieder zusammensetzen und funktioniert einwandfrei.

PC = Computer?

Um gemeinsam zu starten, brauchen wir als erstes eine Antwort auf die Frage, was ist denn überhaupt ein Computer? Oder ein PC? Ist das nicht dasselbe?

Jeder PC ist ein Computer, aber nicht jeder Computer ist ein PC!

Toll, schlauer Satz, aber hä…?!

Ein PC ist das, was wir häufig als klassischen Computer bezeichnen, also das Ding mit Bildschirm, Tastatur, Maus und Rechner, wo wir dran schreiben oder im Internet surfen können. So ein PC ist also eine Form eines Computers. Es gibt aber noch mehr Computer, denn auch Geräte, wie ein Smartphone, ein Tablet bis hin zu Automaten sind Computer. Denn sie verarbeiten elektronische Daten und lassen sich programmieren. Überall da, wo also solche elektronischen Daten verarbeitet werden, steckt ein Computer drin. Mal größer, mal kleiner. Die offizielle Definition besagt, ein Computer sind sämtliche Recheneinheiten, welche auf mechanischer, elektrischer oder elektronischer Basis arbeiten. Wie genau sie das machen, da kommen wir später drauf.

Rechnen, das steckt dem Computer schon im Namen, denn to compute bedeutet auf deutsch genau das: rechnen. Weil ein Computer nicht unsere Sprache spricht, sondern nur die der Zahlencodes, muss er rechnen, wenn er Daten verarbeiten will. Und wer den letzten Beitrag aufmerksam gelesen hat, dem kommt das hier bekannt vor. Der Computer rechnet nämlich die Zahlencodes im Binärsystem, also die Daten, die aus 0 und 1 bestehen und in ihrer unterschiedlichen Kombination Codes für bestimmte Buchstaben, Zahlen oder Musik sind. Über die Codes bekommt er die Informationen, die uns dann später wieder in unsere Sprache übersetzt und dargestellt werden. Ein Computer braucht also diese digitalen Signale, um Informationen zu verarbeiten.

Welche Bestandteile tun dies?

Ein Computer ist nicht einfach nur ein Teil. Er besteht aus vielen Einzelteilen, die alle ihre eigene Aufgabe haben und zusammen ein Ganzes erzeugen, das diese Daten verarbeiten kann. Das ist im Grundgerüst bei jedem Computer gleich. Also ganz egal, ob es euer Laptop, euer Handy, ein Taschenrechner oder ein Tablet ist. Jeder Computer hat grundsätzlich die gleichen Bestandteile, in groß oder in klein. Natürlich ist hier Luft nach oben und es kann immer weiter ausgebaut werden. Alle diese Teile bilden die Hardware und Software. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausstattung eines Systems, also alle Teile, die stofflich verbaut sind. Das Gegenteil zur Hardware ist die Software, also die Programme. Auf Hard- und Software gehen wir im nächsten Beitrag genauer ein

Motherboard/Mainboard

Das Motherboard oder auch Mainboard ist die Hauptplatine, auf die alle anderen Komponenten, die noch kommen, gesteckt oder angeschlossen sind. Ganz praktisch gesagt, sind dort alle anderen Bauteile befestigt, also festgeschraubt zum Beispiel, damit sie nicht einfach im Gehäuse umherfallen. Zusätzlich h at das Motherboard kleine Datenleitungen, an die jedes andere Bauteil angeschlossen ist und so können alle miteinander kommunizieren und die digitalen Informationen weiterleiten. Es läuft also alles über das Motherboard.

BIOS

Das BIOS ist das Herz des Computers und heißt basic input, output system. Wenn du deinen Computer anschaltest, startet als aller erstes das BIOS, noch vor den ganzen anderen Komponenten. Es prüft, ob alle anderen Bauteile so funktionieren, wie sie sollen. Ist das der Fall, dann werden die anderen Teile geladen und das Betriebssystem gestartet (also das, was wir dann letztlich auf dem Bildschirm sehen).

Prozessor

Der Prozessor ist das Gehirn und wird auch CPU genannt. Der Prozessor ist nun der Teil, der tatsächlich rechnet, wie oben beschrieben. Alles, was ich mache, egal ob ich ein Programm, wie z.B. Word starte, eine Webseite besuche oder ein Spiel spiele, bevor es mir angezeigt wird, muss es berechnet werden. Die digitalen Infos im Binärcode müssen für mich übersetzt werden, sodass sie korrekt auf meinem Bildschirm angezeigt werden. Gleichzeitig berechnet der Prozessor weitere Dienste und Prozesse im Hintergrund, z.B. dass das Betriebssystem am Laufen gehalten wird. Der Prozessor bringt also Höchstleistung und koordiniert sozusagen die ganzen Dinge.

Grafikkarte

Die Grafikkarte berechnet aufwändige Grafiken, die wir auf dem Bildschirm sehen, z.B. bei komplexen Spielen oder Grafikprogrammen. Eine Standardgrafikkarte ist heute bereits auf dem Motherboard inkludiert, spielt jemand aber komplexe Spiele, wo etwas sehr scharf mit vielen Details dargestellt werden soll, wird eine externe Grafikkarte benötigt, die dann zusätzlich eingebaut werden muss. Der Prozessor alleine, kann diese Grafiken also nicht berechnen, sondern schickt diese Infos weiter an die Grafikkarte.

Festplatte

Die Festplatte ist das Gedächtnis. Hier werden die Daten gespeichert z.B. Dateien, wie Videos und Bilder, aber auch das Betriebssystem. Sie sind immer da. Es gibt dabei verschiedene Speichervorgänge. Bei einer Festplatte werden die Codes per Magnetismus abgelegt, bei einer SSD (einer Art von Festplatte) sind es elektronische Speichervorgänge.

RAM Arbeitsspeicher

Waren die oben genannten Dinge sozusagen die Organe, können wir uns den Arbeitsspeicher wie einen Schreibtisch vorstellen, an dem wir sitzen. Dokumente werden hier hin und her geschoben. Der Arbeitsspeicher ist ein Zwischenspeicher vor der eigentlichen Festplatte und wird wie der Name schon sagt, zum Arbeiten verwendet. Ist eine Datei fertig, dann wird sie auf der Festplatte abgespeichert. Bin ich sie aber gerade am Bearbeiten, dann landet sie erstmal im Arbeitsspeicher, also auf meinem Schreibtisch. Solange bis ich sie ablege, also offiziell speichere. Aber Vorsicht! Wird das Gerät ausgeschaltet, bevor ich die Daten speichere, weil zum Beispiel der Strom weg ist, dann sind die Daten nach einem Neustart auch nicht mehr vorhanden. Der Arbeitsspeicher dient also alleine der kurzen Speicherung während einer Bearbeitung und wird dann sofort wieder gelöscht. Das macht insofern Sinn, als dass der Computer die Daten vom Arbeitsspeicher viel schneller lesen und schrieben kann, als von einer Festplatte. Deshalb ist es auch so wichtig, bei der Erstellung von Dokumenten immer mal wieder zwischen zu speichern. Schreibe ich etwas in Word, wird es erstmal nur im Arbeitsspeicher abgelegt und erst wenn ich es tatsächlich speichere auf der Festplatte. Wird allerdings zu viel gleichzeitig verarbeitet, ist mein Schreibtisch zu voll, dann hakt es. Denn dann muss der Prozessor erst einmal die vorhandenen Daten verarbeiten, bevor er neue dort ablegen kann.

Zu der im Gehäuse verbauten Hardware kommen natürlich noch so Sachen wie Lüfter und Kabel und natürlich Bildschirm, Maus und Tastatur, die ebenfalls mit dem Mainboard verbunden sind.

Was heißt das jetzt für die Praxis?

Eigentlich gar nicht so kompliziert oder? Aber irgendwie auch schon. Jetzt wo wir die ganzen Hardware-Komponenten kennen, können wir die Anfangsfrage aber beantworten. Wir nehmen folgendes Beispiel: wir wollen etwas in ein Schreibprogramm eintippen. Was läuft da im Computer ab?

1. Ich drücke den Einschaltknopf meines Computers und starte damit den PC. Als erstes startet der Prozessor und dieser wiederum startet das BIOS. Das BIOS prüft alle anderen Komponenten. Passt alles, startet es das Betriebssystem von der Festplatte. Unser Bildschirm geht an, wir sehen etwas und können unser Schreibprogramm, z.B. Word starten.
2. Ich tippe einige Buchstaben in Word ein und meine Tastatur und Maus (die mit dem Mainboard verbunden sind) senden elektronische Impulse an das Mainboard.
3. Das Mainboard leitet die eingegebenen Daten an den Prozessor weiter. Dieser entcodiert und berechnet (mit Hilfe der Grafikkarte), was getan werden soll und reagiert darauf. Er weist z.B. die Grafikkarte an, den entsprechenden Buchstaben auf dem Bildschirm darzustellen. Das Ergebnis wird an den Bildschirm weitergeleitet.
4. Meine geschriebenen Buchstaben kann ich nun in meinem Schreibprogramm auf dem Bildschirm sehen– das alles findet bis hierhin im Arbeitsspeicher statt. Dieser speichert meine Buchstaben kurzzeitig. Wenn also der Strom ausfallen würde, wäre mein Geschriebenes verloren. Deshalb: Dokumente abspeichern, bevor PC herunterfahren oder neustarten!
5. Erst wenn ich mein Dokument auf der Festplatte speichere, kann ich den PC ausschalten und das Dokument später wieder öffnen.

So funktionieren übrigens alle Arten von Computern – ganz egal ob Smartphone, Tablet oder PC. Wir geben dem Computer einen Input, hier in Form durch Drücken der Tastatur. Dieser verarbeitet es und gibt uns Ausgaben zurück, nämlich der dargestellte Buchstabe in meinem Worddokument.

Wow, geschafft. Wir sind alle Bestandteile durchgegangen und haben an einem Beispiel gesehen, wie das runtergebrochen funktioniert. Eigentlich ganz logisch und gar nicht so ein Hexenwerk. Und gleichzeitig auch ein bisschen entzaubernd, wenn man das mal so logisch aufschlüsselt. Aber deshalb nicht weniger interessant. Wie geht es euch? Habt ihr von dem ein oder anderen schonmal gehört?