Wikijunior Wie Dinge funktionieren/ Computer
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Wer ist der Erfinder?
BearbeitenDer Deutsche Konrad Zuse.
Wie funktioniert es?
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Computer sind sehr schnelle Rechenmaschinen.
Der wichtigste Bestandteil des Computers wird im Deutschen Prozessor genannt. Die Geschwindigkeit des Computers wird heute in Gigahertz (GHz) angegeben.
Ein Prozessor mit einem Gigahertz (GHz) führt pro Sekunde eine Milliarde (1.000.000.000) Berechnungen aus (Giga steht in der Technik für Milliarde).
Nach welchem Prinzip arbeitet der Prozessor
BearbeitenProzessoren sind Bauteile, die aus vielen kleinen Schaltern (Transistoren) bestehen.
Die Schalter speichern Informationen. Die Schalter können Strom leiten oder nicht leiten. Das kann man sich am Besten mit einem Schalter vorstellen, an den man eine Lampe anschließt. Die Lampe kann "an" sein, also "1", oder "aus" sein, also "0".
Mit einem Schalter kann man also die Information "0" oder "1" speichern. Diese Schalterstellung "0" oder "1" nennt man bei einem Computer Bit und ist die kleinste in einem Computer verarbeitbare Einheit.
Mit einem Bit/Schalter kann man wie bereits oben erwähnt zwei Zustände speichern: z.B. die Zahlen 0 und 1.
Mit zwei Bit/Schaltern kann man dagegen schon vier Zustände speichern: z.B. die Zahlen 0-3 ("00" = 0; "01" = 1; "10" = 2; "11" = 3).
Informationen werden bei dem Computer in Bytes organisiert. Ein Byte besteht aus acht Bit.
Mit einem Byte können z.B. die Zahlen von 0 bis 255 dargestellt werden.
Mit zwei Byte können schon die Zahlen von 0 bis 65535 dargestellt werden.
Ein Kilobyte (kB) besteht aus genau 1000 Byte. 1 Kibibyte (KiB) besteht aus etwas mehr als 1.000, nämlich 1.024 Bytes (1024 = 210). Das liegt an der Tatsache, dass der Prozessor binär (mit Schaltern) und nicht mit Dezimalzahlen rechnet. Da war es praktischer, mit 1024 zu rechnen.
Ein Megabyte ist eine Million Bytes umfangreich, und ein Mebibyte ist genau 1.048.576 Bytes (berechnet mit dem binären Dualsystem). Ein Gibibyte (GiB) besteht aus über 1 Milliarde Bytes (exakt 1.073.741.824). - Giga habe ich jetzt weggelassen.
Mit einem Terabyte können eine Billion Bytes gespeichert werden. Mit einem Tebibyte sind es genau: 1.099.511.627.776 Bytes.
Jetzt schon rechnen wir auch mit Petabyte (oder Pebibyte) und Exabyte (Exbibyte), und Zettabyte (Zebibyte). Das Internet besitzt sozusagen schon über ein Zettabyte Daten. (Binär: Zebibyte - ZiB.)
Zum Vergleich:
- Festplatten (der Speicher des Computers für die Programme) fassen heute so ca. 1 TB.
- Eine DVD fasst ca. 5 GB.
Beispiel: Tastatureingabe
BearbeitenTastatureingaben werden von der Tastatur in eine Zahlenfolge (aus Nullen und Einsen) umgewandelt (sogenannte Digitalisierung) und zum Prozessor geschickt. Die Zahlenfolge wird dann vom Prozessor ausgewertet. Nur eine Zahlenfolge kann vom Prozessor ausgewertet werden.
Der Buchstabe "P" z.B. wird beim Computer durch die Zahl 80 repräsentiert. Die acht Schalter (Bit) in dem Prozessor haben die Stellung 0101 0000.
Beim Drücken der Taste "P" auf der Tastatur überträgt also die Tastatur an den Prozessor die Zahl 80.
Der Buchstabe "Q" z.B. wird beim Computer durch die Zahl 81 repräsentiert.
Die 8 Schalter (Bit) in dem Prozessor haben die Stellung 0101 0001 (siehe ASCII-Tabelle).
Beim Drücken der Taste "Q" auf der Tastatur überträgt also die Tastatur an den Prozessor die Zahl 81.
Grafische Oberfläche
BearbeitenDie grafische Oberfläche des Computers ist Ergebnis vieler einzelner Berechnungen.
Die Berechnungen, was angezeigt werden soll, wird z.B. vom Betriebssystem angestellt.
Computerprogramme
BearbeitenComputerprogramme wie z.B.
- Computerspiele
- Word
- Firefox
- Betriebssysteme wie Windows 7 oder Windows 10
sind eine Ansammlung von Befehlen, in welcher Reihenfolge der Prozessor welche Berechnungen anstellen soll. Das Ergebnis dieser Befehle können z.B. Bildschirm-Ausgaben sein, auf dem Monitor angezeigte Bilder oder auch Ausdrucke eines Dokuments auf einem Blatt Papier.
Komplexere Computer haben immer mindestens ein Programm, nämlich das Betriebssystem (z.B. Windows 10).
-
Kinder beim Computerspielen -
Das aktuelle Logo von Word -
Das Logo des Betriebssystems Windows 10 -
Firefox mit der Wikipedia-Startseite
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Das Betriebssystem
BearbeitenDas Betriebssystem (z.B. Windows 7 oder Windows 10) bereitet den Computer mit sehr vielen Berechnungen darauf vor, auf die Eingaben des Benutzers zu warten.
Das Betriebssystem erkennt beim Hochfahren des Systems, welche Geräte am Computer angeschlossen sind. Übliche Geräte an einem Computer wären z.B:
- Tastatur
- Maus
- Grafikkarte und Monitor
- Festplatte
- DVD-Laufwerk
- Soundkarte und Lautsprecher
- Netzwerkkarte
- Drucker
- Scanner
- Kamera
- USB-Stick
- ...
Das Hochfahren des Systems selbst ist wieder das Ergebnis unzähliger Berechnungen des Prozessors.
Das Betriebssystem stellt Dienste und Möglichkeiten zur Verfügung, um weitere Programme wie z.B. Spiele zu installieren.
Woher die Computerprogramme kommen
BearbeitenComputerprogramme werden von Programmierern erstellt.
Der Programmierer entwickelt die Programme in einer Programmiersprache (z.B. C++, Java), die dann mit Hilfe eines Compilers (auch ein Computerprogramm) in die entsprechenden Maschinenbefehle übersetzt werden.
Der Vorgang des Übersetzens heißt Compilieren.
Woher bekommt der Computer seine Energie?
BearbeitenDer Computer funktioniert mit elektrischem Strom. Die Schalter (Transistoren) im Computer werden durch elektrischen Strom umgeschaltet und auch ausgewertet.
Tastatureingaben werden z.B. von der Tastatur in eine Zahlenfolge aus Nullen und Einsen umgewandelt und zum Prozessor geschickt. Die Zahlenfolge wird dann vom Prozessor ausgewertet.
Wie gefährlich ist es?
BearbeitenWenn wir viele Stunden täglich am Computer sitzen, könnten wir uns daran gewöhnen. Aber auf Dauer ist dies nicht gesund.
In welchen Formen kommt es vor?
BearbeitenComputer/Prozessoren kommen heute in sehr vielen Gegenständen vor.
Handys, Waschmaschinen, Telefone, Autos, DVD-Player, Fernseher und vieles mehr bestehen aus Computern/Prozessoren.
Ein heutiges Oberklasse-Auto besteht aus mehr als 80 Steuergeräten. Jedes dieser Steuergeräte hat mindestens einen Prozessor (manche sogar mehrere).
Wie hat es die Welt verändert?
BearbeitenDie Entwicklung von Computern und die Verbindung der Computer untereinander erlaubte das Schaffen von großen Netzwerken (Firmennetzwerke, sogenannte Intranets).
Das wohl berühmteste Netz ist wohl das Internet (www = world-wide-web; englisch für Weltweites Netz), bei dem ein angeschlossener Computer mit allen Rechnern im Internet kommunizieren kann, egal wo auf der Welt der Computer steht.
Das Internet erleichterte das Verbreiten von Informationen aller Art (Text, Bild, Video, Ton...) enorm.
Wo wird es angewandt?
BearbeitenComputer können in ein paar Minuten eine Unmenge von Berechnungen anstellen, für die ein Mensch Jahrzehnte benötigen würde.
Die Stärke von Computern sind Berechnungen, die immer nach dem gleichen Schema (Algorithmus) ablaufen und nur jeweils mit wenigen geänderten Eingabeparametern laufen müssen. Ein so einmalig programmierter und geprüfter Algorithmus liefert dann also für alle möglichen weiteren Eingabeparameter das korrekte Ergebnis.
Eine weitere Stärke von Computern sind Aufgaben, bei denen immer wieder stupide die gleichen Aufgaben zu erledigen sind.
Ein Beispiel hierfür wäre das gedimmte Einschalten eines Autolichtes. Wenn Taste X gedrückt schalte Licht gedimmt abhängig von Versorgungsspannung ein. Bei Ausfall des Lichts (z.B. Lampe kaputt) aktiviere Warnlampe am Lenkrad.
Welche Entwicklungen musste es vorher geben?
Bearbeiten- Elektronenröhre
- Röhrencomputer (ermöglicht durch Elektronenröhre) - ab 1943 (die damaligen Computer füllten ganze Räume)
- Transistor - ab Ende 1960er Jahre