Was ist ein Computer (Rechner)?

Ein Computer ist ein Gerät auf elektronischer Basis, das mittels Software Daten verarbeitet und speichert.

Ein digitaler Computer verwendet zum Bearbeiten der Informationen den Binärcode (0 und 1).

Die Kommunikation mit dem Computer erfolgt über Software, über eine Programmiersprache.

Der Computer steht in der Zentrum der Informatik und ist die vielleicht vielseitigste technische Erfindung aller Zeiten. Als Werkzeug der Informatik verrichtet der Computer - anders als andere Maschinen - keine physikalische oder mechanische Arbeit. Der Computer nimmt damit eine Sonderstellung unter den technologischen Innovationen ein.

Nur wenige Erfindungen revolutionierten die Menschheit gleichermaßen, wie es der Computer tat. Man könnte mit ihm gemeinsam vielleicht noch evolutionäre Erscheinungen wie Sprache und den aufrechten Gang in einem Atemzug erwähnen.

Die Liste für den Einsatz von Computern ist in unserer Zeit sehr lang, und sie wird immer länger und immer mehr Geräte ähneln mehr einem Computer als ihrer eigentlichen Form und Idee.
Zudem werden mittlerweile zahlreiche Aufgaben sowohl in der Arbeitswelt als auch im Alltag des Menschen von computergesteuerten Geräten und Maschinen übernommen. Der Mensch überwacht dann oftmals nur noch den Computer selbst.

Das Internet hat den Computer und seine Einsatzmöglichkeiten revolutioniert. "Online-Banking" und "Online Shopping", soziale Netzwerke, uneingeschränkter Zugang zu Informationen aller Art sind ganz einfach möglich. Das Internet ermöglicht es uns, in Echtzeit mit Menschen quer über den Erdball zu kommunizieren und sich auszutauschen,  Behördengänge werden erleichtert, indem man Anträge und Dokumente bereits online ausfüllen und abschicken kann. Es herrscht ein allgemeiner Zugang zu dem potenziellen Reichtum an Wissen dieser Welt. Jeder kann sich überall und zu jeder Zeit einen Überblick an Informationen zu sämtlichen Themen beschaffen, und darüber hinaus selbst dazu beitragen, Wissen zu vermehren, mit oder ohne Wahrheitsanspruch. Dieser Auszug an Beispielen spiegelt noch lange nicht den wahren Einfluss und die immense Bedeutung des Computers im 21. Jahrhundert wider.

Der Computer erleichtert das Leben des Menschen, er kann mittlerweile in sekundenschnelle unzählige Rechenaufgaben lösen, wofür sonst ein einzelner Mensch Tage oder Wochen benötigen würde. Er übernimmt weitere Aufgaben in der Produktion von Fabriken und im Alltag des Menschen, manchmal regelt er sogar diesen. Eine immense Fülle an Informationen und Wissen werden in digitaler Form gespeichert und damit leichter und allgemeiner zugänglich gemacht. Der Computer hat einen solchen Einsatz in vielen Gesellschaften gezogen, dass nahezu (fast) jeder eine Art Computer benutzt. Ein Großteil der Welt ist mittlerweile computergestützt.

 

Funktionsweise eines Computers

Betrieben wird der Computer durch Elektrizität.

Der Computer hat ein Eingabewerk, Ausgabewerk, Speicher, Prozessor und ein Bussystem, um alles zu verbinden.

Der BIOS (Basic Input Output System) wird noch vor dem Betriebssystem geladen und speichert systemrelevante Parameter (z.B. Uhrzeit, Bootreihenfolge, CPU Taktfrequenz).

Das Betriebssystem ist ein wesentlicher Bestandteil des Computers. Denn ohne Betriebssystem kann der Benutzer den Computer nicht bedienen und Befehle an die Zentraleinheit übermitteln. Das Betriebssystem erscheint als Schnittstelle zwischen Benutzer und Computer. Das Betriebssystem ist zwar auch eine Software, aber das Betriebssystem spielt eine übergeordnete Rolle. Das Betriebssystem und eine Software werden in den Arbeitsspeicher geladen, weil dieser mit dem Prozessor kommuniziert. Damit ist eine schnellere Datenverarbeitung gewährleistet, denn der Arbeitsspeicher ist wesentlich schneller als z.B. die Festplatte.

Der Arbeitsspeicher eines Computers wird als RAM (Random Access Memory) bezeichnet. Eigentlich bedeutet das "Wahlfreier Zugriffsspeicher".

Über die Eingabegeräte werden die entsprechenden Eingaben gemacht. Das Betriebssystem übermittelt die Daten (Eingaben) dann an die Software weiter. Abhängig von der Programmierung der Software können nun unterschiedliche Funktionen ausgeführt werden. Dafür werden die Befehle an das Betriebssystem geschickt. Wenn das Betriebssystem die Befehle versteht und die Ausführung erlaubt, werden die Befehle an den Prozessor weitergeleitet. Der Übertrag zum Prozessor erfolgt nicht in einer für Menschen verständlichen Sprache, sondern im Maschinencode. Das heißt, der Prozessor erhält die Befehle in binären Zahlen, 0 oder 1. Auf diese Weise wird ein sogenannter Datenstrom an den Prozessor übermittelt.

Ebenfalls befinden sich im Prozessor  ein Steuerwerk und ein Rechenwerk. Das Steuerwerk sorgt für die Koordination der Befehle, da nicht alle Befehle gleichzeitig laufen sollen, eine logische Reihenfolge ist nämlich unabdinglich. Im Rechenwerk erfolgt die eigentliche Verarbeitung (Berechnung). Das Rechenwerk berechnet die Daten, die ebenfalls aus dem Arbeitsspeicher stammen. Das Ergebnis wird wieder im Maschinencode an das Ausgabewerk geschickt. Hier muss wieder eine Transformation erfolgen. Denn der Mensch möchte natürlich keinen Datenstrom aus lauter 0 und 1, sondern eine Ausgabe am Bildschirm oder Lautsprecher.

 

Multiprocessing:

• Echte Gleichzeitigkeit

• Aufteilung der Instruktionsbearbeitung auf Mehrkernprozessoren

Vorteile:

• kostengünstiger, da mehrereschwächere Prozessoren - leichter mehr Leistung zu erzielen

• Arbeitsteilung nach Gebieten

Nachteile:

• Software kann ausbremsen, da Instruktionen parallelisiert werden müssen

 

Ausblick (gegenwärtig)

• Ausbau des Multiprocessing durch den Einsatz von mehr Kernen und voranschreitende Miniaturisierung der Bauelemente

• Prozessorkerne in der Größen von roten Blutkörperchen (ca. 7,5 μm)

• Mooresches Gesetz: Verdoppelung der Anzahl der Transistoren pro Flächeneinheit alle 18 bis 24 Monate

• Grid-Computing: Zusammenschluss mehrerer Computer zu einem einzigen Supercomputer

• Beispiel: Blizzard im DKRZ: 8448 Prozessoren, über 20 TeraByte Speicher, Leistung von 158 TeraFLOPS (FLOP: Floating Operations Per Second)

• Cloud-Computing: Auslagerung von Ressourcen

• Erweiterung der I/O-Schnittstelle (z.B. Bewegungssteuerung, augmented reality)

 

Ausblick (zukünftig)

• Einsatz von Licht als Informationsträger
• Biocomputer (Einsatz von DNS als Speichermedium)
• Quantencomputer

 

Die größten PC-Hersteller sind Lenovo (7 Milliarden $ Gesamtumsatz), HP und Dell und die größten Smartphone Produzenten sind Apple (361 Milliarden $ Gesamtumsatz), Samsung (234 Milliarden $ Gesamtumsatz) und Xiaomi.

Computer in ihren verschiedenen Variationen trifft man heutzutage fast überall im täglichen Leben: in jedem Büro, privat als PC, Laptop oder Smartphone, in der Industrie,  Transportwesen, Finanzwesen, Forschung, Verkehrsmitteln, in der Unterhaltungsindustrie, als Mikroprozessor in Automaten, Haushaltsgeräten, Unterhaltungsgeräten, Autos, Flugzeuge und andere Verkehrsmittel.

Moderne Unternehmen setzen Computer in nahezu allen Bereichen des Geschäftslebens ein: Kommunikation, Informationsspeicherung, Buchhaltung und Funktionen des Tagesgeschäfts.

Ein Rechenzentrum ist eine zentrale physische Einrichtung, in der Unternehmenscomputer, Netzwerk, Storage und andere IT-Geräte zur Unterstützung des Geschäftsbetriebs untergebracht sind. Die Computer in einem Rechenzentrum enthalten oder unterstützen geschäftskritische Anwendungen, Services und Daten. Rechenzentren gibt es in allen Grössen. Der Storage eines Rechenzentrums kann erweitert werden indem man eine Private oder Public Cloud benutzt. Ein virtualisiertes Rechenzentrum kann Server an Remote-Standorten nutzen.