Arbeitsweise eines Computers

Ich denke Sie wissen, dass ein Computer nur ein Haufen Elektronik ist, der erst durch Software zum Leben erweckt wird. Aber wie funktioniert die ganze Datenverarbeitung im Rechner nun? 

Ein Computer kennt nur zwei Zustände: '1' und '0'. Diese zwei Zustände sind eine Metapher für "Strom an" und "Strom aus". Die kleinste Speichereinheit, welche nur eine dieser zwei Zustände speichert nennen wir Bit. 8 Bits werden zu einem Byte zusammen gefasst. Ein Byte kann jedoch schon 256 verschiedene Zustände annehmen. In dem Fall werden die möglichen Kombinationen aus Einsen und Nullen als Zustände bezeichnet.

Faustformel zur Berechnung möglicher Zustände:

n Bits = 2ⁿ Zustände

Wenn wir z.B. 3 Bits betrachten, so gibt es 2³ mögliche Zustände = 8 Zustände. {111, 000, 110, 101, 001, 010, ...}

Man muss sich also klar machen, dass der Computer im sog. Binärsystem rechnet (Basis 2) und nicht wie wir Menschen im Dezimalsystem

(Basis 10).

Der Computer speichert einen Wert (Ziffer/Zeichen) fast immer in einem Byte, also in einer Folge von 8 Bits.

Für den Computer ist also jedes Zeichen und jede Ziffer eine Folge von Nullen und Einsen, also eine Folge von "Strom an" und "Strom aus". Folgend sind einige Beispiele aufgeführt, die eine Ziffer/Zeichen im Binärsystem darstellt.

• Die Zahl 1 entspricht im Binärsystem: 0011 0001
• Das Zeichen 'A' entspricht: 0100 0001
• Das Pluszeichen '+' wird binär so geschrieben: 0010 1011

Wir wissen nun, dass der Computer im Binärsystem denkt. Er versteht also nur Nullen und Einsen. Wie aber kann der Computer Zahlen, Zeichen und Buchstaben verstehen und darstellen ?

Um das zu verstehen, müssen wir uns anschauen es mit der Codierung von Daten auf sich hat.

Codierung bedeutet, Daten einer speziellen Form, in Daten einer anderen Form zu konvertieren. Man sagt auch zu codieren.

Wenn Sie sich noch einmal anschauen möchten was Daten überhaupt sind, dann navigieren Sie zu

Software > Daten ?

Wir haben uns bis jetzt die Codierung von Zahlen im Computer angeschaut. Jedoch sehen wir auf dem Bildschirm nicht nur Zahlen, sondern auch Zeichen und Buchstaben. Und wie diese codiert werden schauen wir uns im Folgenden an.

Vielleicht haben Sie schon etwas vom bekannten EVA-Prinzip gehört. Es beschreibt in sehr einfacher Weise wie ein Computer arbeitet und was er eigentlich die ganze Zeit so macht (Grundprinzip der Datenverarbeitung).

• Eingabe: 

Die Eingabe beschreibt das Übermitteln von Daten an den Computer. Daten sind wie "Futter" für den Computer. Ohne eingegebene Daten, kann der Rechner logischerweise diese Daten nicht verarbeiten. Diese Übermittlung der Daten, findet über die sog. Eingabegeräte (Peripherie) statt. Das sind z.B. die Tastatur, die Computermaus, Joysticks, Controller, usw...

• (Daten-)Verarbeitung:

Auf der Ebene der Verarbeitung fängt der Computer erst mit der "Magie" an. Er weiß durch die im Programm definierten Verarbeitungsschritte (Algorithmen), wie er die zuvor übermittelten Daten verarbeiten soll. Mit "verarbeiten" können verschiedene Dinge, wie z.B. das Speichern von Daten oder Berechnen von Zahlen, gemeint sein. Die Verarbeitung findet im Herzstück des Rechners statt: dem Prozessor, denn wie Sie gelernt haben, ist die CPU für die Abarbeitung von Befehlen und die generelle Verarbeitung von Daten zuständig.

• Ausgabe: 

Nachdem die CPU die Daten verarbeitet hat, hat der Benutzer das Bestreben die verarbeiteten Daten auch betrachten zu können. Dazu stehen dem Benutzer die sog. Ausgabegeräte (Peripherie) zur Verfügung. Beispiele sind der Monitor (für Grafik-Daten), Lautsprecher (für Audio-Daten), Beamer, usw...

Was Sie nun verstanden haben sollten, ist, dass der Computer, Daten, als elektrische Signale (Strom an/Strom aus) wahrnimmt und diese in seiner ganz eigenen "Sprache" verarbeiten kann (Binärsystem). Dabei führt die CPU einfache Berechnungen und Vergleiche durch, welche die elektrischen Signale (also die lange Reihe von "Einsen" und "Nullen" ) beeinflusst/verändert. Dadurch entstehen ganz neue elektrische Signale, die wiederum der Ausgabe dienen.