EVA-Prinzip: Wie funktioniert ein Computer? [1.3]

Durch Beispiele zum EVA-Prinzip und eine Antwort auf die Frage „ Wie funktioniert ein Computer? “, wird dir in diesem Blog-Artikel über PC-Systeme einfach erklärt. Nachdem du im letzten Artikel gelernt hast, was Hardware und Software ist, gehen wir nun einen Schritt weiter.

Ich könnte jetzt beginnen, die ganzen Hardware-Komponenten aufzuzählen und dann vom Startverhalten des PC-Systems, bis hin zum Betriebssystem und der installierten Software, eine umfassende Abhandlung abzuliefern. Mein Gedanke strebt aber darauf hin, dir alle Informationen über Computer in kleinen Happen und Etappen zu vermitteln.

Deshalb werde ich die allgemeinen Funktionen wieder mit einem analogen Vergleich starten und später mit weiteren Tutorials in diesem Computer-Leitfaden immer mehr auf die Einzelheiten darauf eingehen. Diese Erklärungen haben das Ziel, vor allem für Computer-Anfänger, erstmal absolute PC-Grundlagen beizubringen. Und deshalb strebe ich eine Reihenfolge an, die das EVA-Prinzip in ganz grober Sichtweise erklärt.

Was ist das EVA-Prinzip? Wie in meinem letzten Artikel über Hardware und Software habe ich dir mitgeteilt, dass der ganze Computerablauf nach dem EVA-Grundprinzip funktioniert, also Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Kaffee in der Hand? 😊 Ok – legen wir los!

Wie funktioniert ein Computer?

Eingabe im EVA-Prinzip

Wir brauchen zuerst etwas zur Eingabe, weil wir dem Computer mitteilen möchten, was wir machen wollen. Wie ich dir auch im letzten Leitfaden-Artikel über Computer mitgeteilt habe, ist damit ein Peripheriegerät gemeint. Hier unterscheiden wir allerdings von direkter und indirekter Eingabe. Was bedeutet das?

Die direkte Eingabe wird beispielsweise durch eine Tastatur, Maus oder Touchpad, sowie ein Joystick bei Spielen oder auch Webcams und Mikrofone vorgenommen. Also eine direkte Eingabe ohne Umwege an das PC-System, via Hand, Stimme oder auch Augen. Gemeint ist hier die direkte und menschliche Ansteuerung einer Peripherie an dem Computer.

Die indirekte Eingabe wird z.B. durch Geräte wie Scanner, Lesegeräte, Laufwerke und Datenträger vorgenommen. Indirekt deshalb, weil wir selbst nicht aktiv werden, wenn man den Computer mit Daten füttert, sondern immer Hilfsmittel wie Datenträger (z.B. Daten auf CD, DVD, USB-Stick, Speicherkarte, ein Blatt Papier beim Scanner, externe Festplatte) benötigt, bzw. ein nicht-menschlicher Zwischenschritt erforderlich ist, damit der Computer Informationen bekommt. Das Einlegen oder Anschließen des Datenträgers gehört natürlich nicht dazu.

Diese Eingaben sind äußerliche und absichtlich hervorgerufene Aktivitäten, die dem Computer dazu auffordern etwas durchzuführen.

Verarbeitung im EVA-Prinzip

Zur Verarbeitung von Daten und Signalen wird ein funktionsfähiges Computersystem benötigt – logisch. Dabei werden diese Informationen, sei es in Form von elektrischen Impulsen, Frequenzen oder auch Licht in ein einheitliches Format bzw. Sprache umgewandelt, die der Computer auch versteht. Letztendlich sind es auch wieder elektrische Signale, die nachfolgend kompatibel zum System sind. Die Rede ist von der binären Maschinensprache bzw. Maschinencode – also der Zustand 1 oder 0. Das binäre System kommt in den zukünftigen Blog-Artikeln.

Controller

Wie bei einem menschlichen Übersetzer, der Sprachen von anderen Ländern beherrscht und eine Fremdsprache in die landeseigene Sprache umwandelt, ist für diese Aufgabe im Computersystem ein sogenannter Controller verantwortlich. Also eine Hardware-Komponente die meistens im Inneren des Computersystems verbaut ist.

Natürlich gibt sehr viele verschiedene Controller, die für einen ganz speziellen Zweck ihrer Aufgabe nachkommen. Die oben genannte Auflistung der Informationsformen, für die der entsprechende Controller gedacht ist, hängt unter anderem auch von der angeschlossenen Peripherie ab.

Beispielsweise muss bei einer Netzwerkverbindung via Glasfaser ein spezieller Netzwerkcontroller dafür sorgen, dass die empfangenen Signale in Form von Lichtimpulsen, in elektrische Signale umgewandelt werden, welche dann zu Daten weiterverarbeitet werden. Beim Senden funktioniert das genau andersherum. Und so haben wir schon gelernt, was ein Controller macht. Das Hardware-Thema „Controller“ behandeln wir in den späteren Blog-Artikel noch genauer, aber zum Grundverständnis soll das erstmal ausreichen.

Dieser erste Schritt, also was mit den Eingabe-Informationen im EVA-Prinzip passiert, soll den anfänglichen Aspekt beschreiben.

Prozessor

Wie geht es nun weiter? Der Computer hat nun die Informationen in einem Sprachformat erhalten, wo er etwas damit anfangen kann. Jedes Signal dient einem bestimmten Einsatz, die er erst „zusammenfassend“ verstehen bzw. errechnen muss.

Die Signale selbst allein ergeben zu Beginn erstmal keinen Sinn. Der Computer versteht zwar sprachlich die Signale, jedoch muss er diese im Ganzen verstehen, damit er etwas damit anfangen kann. Wir Menschen kommunizieren auch nicht in einzelnen Buchstaben, sondern in Wörtern und ganzen Sätzen. Für diese Aufgabe ist der Prozessor also die CPU (Central Processing Unit) zuständig. Die CPU ist die zentrale Recheneinheit, die einzelne Signale zum logischen Ganzen errechnet.

Arbeitsspeicher

Damit der Prozessor die Zwischenschritte für weitere Berechnungen auf schnellem Wege abspeichern kann, kommen Arbeitsspeicher zum Einsatz. Wortwörtlich ist dieser Speicher für eine aktuelle Arbeit bzw. ein Prozess zuständig.

Dieser Speicher ist kein Festspeicher, wie ein Datenträger. Deswegen wird dieser auch flüchtiger Speicher genannt. Dieser Speicher dient als Zwischenspeicher, wie analog bei einem menschlichen Gehirn das Kurzzeitgedächtnis und wenn man den Computer ausschaltet, bleiben abgelegte Informationen in diesem nicht mehr vorhanden.

Diesen wahlfreien Direktzugriffsspeicher nennt man „Random Access Memory“, abgekürzt RAM. Die genaue Funktion werde ich erstmal nicht behandeln, da es dir zu diesem Zeitpunkt nicht von Nutzen sein wird. Wichtig ist nur, dass du jetzt Informationen darüber hast, wo ein CPU zwischengespeicherte Informationen zur nachträglichen Weiterbearbeitung kurzzeitig ablegt.

Festplatte

Die Festplatte ist ein Datenträger bzw. Peripheriegerät, welche Informationen dauerhaft abspeichern kann. Wenn bestimmte Daten vom Prozessor im Verbund mit dem Arbeitsspeicher bearbeitet wurden, können die fertiggestellten Daten auf der Festplatte abgespeichert werden.

Es kommt immer darauf an, um welche Daten es sich handeln. Nehmen wir ein Dokument von einem Schreibprogramm als Beispiel. Wir starten das Programm und geben mittels Tastatur unseren Text ein. Bis zum jetzigen Zeitpunkt befindet sich das Dokument noch so lange im Arbeitsspeicher, bis wir es fix auf der Festplatte abspeichern.

Das installierte Schreibprogramm, also nicht das Dokument an sich, ist jedoch bereits auf der Festplatte abgespeichert und haben die Software mit einer Handlung (z.B. Mausklick auf einem Icon) von der Festplatte gestartet. Bei dieser Aktion waren mindestens die Peripherie, Controller, Prozessor, Arbeitsspeicher und die Festplatte im Einsatz. Ich möchte an dieser Stelle auch einen Schnitt machen, da es erstmal für das Grundprinzip der Verarbeitung ganz grob ausreichen soll.

Ausgabe im EVA-Prinzip

So wie es einen Controller zur Eingabe gibt, gibt es auch einen zur Ausgabe. Das kann in visueller und akustischer Form sein, jedoch auch ein Ausdruck eines Dokuments auf einem Papier oder das Brennen von Daten auf CD und DVD kann eine Ausgabe sein.

Nehmen wir als Beispiel einen Monitor. Dieses Anzeigegerät ist eine Peripherie, die uns in visueller Weise mitteilt, was eine Software im Computer aktuell macht. Nur wie kommt das Bild in den Monitor?

Wie auch der CPU, der Daten zur internen Weiterbearbeitung errechnet, gibt es für die Bildausgabe einen speziellen Grafikprozessor, der sich „Graphics Processing Unit“, oder abgekürzt GPU nennt. Dieser Prozessor ist speziell dazu gebaut, um Grafikinformationen zu errechnen und an den Controller zur Ausgabe weiterzugeben. Um welche Grafikinformationen es sich dabei handeln, ist von der Situation abhängig.

Dieser GPU kann direkter Bestandteil in der CPU, auf der Hauptplatine On-Board verbaut, oder es kann eine separate bzw. dedizierte Grafikarte im System sein. Die Unterschiede erläutere ich in den späteren Blog-Artikeln genauer.

In diesem Fall bekommt der Grafikschnittstellen-Controller Informationen von der GPU, wandelt diese in elektrische Signale um und leitet sie an den Monitor weiter. Der Monitor empfängt die Signale und je nach Signalart, werden diese wieder umgewandelt bzw. weiterverarbeitet.

In diesem Artikel-Leitfaden über Computer hast du ganz grob kennengelernt, wie ein PC-System arbeitet. Diese ersten Denkansätze sollen die ersten Beispiele im EVA-Prinzip vermitteln, wie ein Computer funktioniert.

Weiterhin viel Spaß auf Computer-Leitfaden.de.

Andreas B.