Wie funktioniert ein Computer?
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Jeden Tag nutzen wir Computer. Dafür brauchen wir keinen PC – auch Smartphones sind kleine Computer. Aber wie funktionieren diese Geräte eigentlich?
Darknet, Filterblase, Touchscreen – du bist ein Digital Native und hast trotzdem keine Ahnung, was diese Begriffe bedeuten? MADS-Autorin Greta erklärt jede Woche ein Netzthema. Dieses Mal: Wie funktioniert ein Computer?
Auf Englisch bedeutet „to compute“ rechnen. Klar, ein Computer wird ja auch Rechner genannt. Doch was rechnet er eigentlich? Schließlich schreiben wir doch nur Texte, schauen Filme, hören Musik oder surfen im Internet. Doch für all das muss ein Computer Daten verarbeiten – er rechnet. Weil er eben nicht unsere Sprache spricht, sondern nur die der Zahlencodes.
Allerdings kennt der Computer nur die Null und die Eins – das war’s. Mehr braucht er auch nicht, wenn er mit dem sogenannten Binärsystem rechnet. Unterschiedliche Kombinationen aus diesen beiden Zuständen, also aus Nullen und Einsen, sind dann der Code für bestimmte Buchstaben, Zahlen oder Musik.
Computer arbeiten mit Bits und Bytes
Jede einzelne Ziffer ist das kleinstmögliche Informationspaket und heißt Bit. Das ist ein Kunstwort, entstanden aus dem englischen Wort binary digit (deutsch: binäre Ziffer). Eine Folge von acht Bits ergibt ein Byte. In einem Byte haben wir 256 Kombinationsmöglichkeiten aus Nullen und Einsen. Dabei zeigen die ersten vier Bits, ob das codierte Zeichen ein Buchstabe, eine Zahl oder ein Satz- oder Sonderzeichen ist. Die übrigen Bits zeigen dann, welches Zeichen es ist.
Um Daten im Binärcode zu verarbeiten, braucht ein Computer verschiedene Bestandteile. Diese sind aufgeteilt in Hardware und die Software. Letztere besteht aus dem Betriebssystem, also etwa Windows oder Mac OS, und den Anwenderprogrammen. Das können zum Beispiel Textverarbeitungsprogramme wie Word, ein Internetbrowser wie Chrome oder Spiele sein.
Der Prozessor ist das Kernstück eines Computers
Starten wir unseren Computer, erwacht zuerst sein Kernstück, der Prozessor. Er startet die Grundsoftware BIOS (Basic Input/Output System). Diese prüft, ob wichtige Hardwareteile wie Grafikkarte, Tastatur, Festplatte und Maus angeschlossen und betriebsbereit sind. Ist alles okay, startet der Prozessor das Betriebssystem. Und egal, ob wir jetzt ein Spiel beginnen oder einen Text schreiben: Wir liefern dem Computer Eingaben (Input), er verarbeitet sie und gibt uns Ausgaben (Output) zurück.
Drücken wir eine Taste auf der Tastatur, um einen Buchstaben zu schreiben, senden wir ein Signal an den Prozessor. Der entschlüsselt das Signal und reagiert darauf. Hier weist er die Grafikkarte an, den entsprechenden Buchstaben auf dem Monitor darzustellen. Außerdem lässt er den Arbeitsspeicher den Buchstaben speichern. Der Arbeitsspeicher ist das Kurzzeitgedächtnis des Computers. Er speichert die Daten, mit denen der Prozessor gerade arbeitet.
Strom weg – Arbeitsspeicher leer
Ist unser Computer langsam, kann das am Arbeitsspeicher liegen. Der arbeitet zwar schneller als die Festplatte, hat aber weniger Speicherplatz. Und wenn der Computer viele Aufgaben gleichzeitig erledigen muss – weil wir zum Beispiel ein Video herunterladen, Musik hören und ein Computerspiel spielen – muss er auch viele Daten verarbeiten. Diese speichert er im Arbeitsspeicher zwischen, bis der voll ist. Dann muss der Prozessor die Daten erstmal verarbeiten, bevor er neue dort speichern kann. Darum hakt dann das Computerspiel oder der Download dauert ewig.
Fahren wir jedoch den Computer herunter oder trennen ihn vom Strom, sind die Daten aus dem Arbeitsspeicher weg. Um Daten dauerhaft zu speichern, brauchen wir die Festplatte – das Langzeitgedächtnis des Computers. Ihr Innenleben erinnert optisch an einen Plattenspieler: Es gibt rotierende Scheiben und einen Schreib- und Lesekopf, der an einem Arm auf ihnen entlangfährt. Sendet der Prozessor Daten an die Festplatte, ändert der Schreibkopf die Oberfläche der Festplatte elektromagnetisch in Binärcode.
Von Greta Friedrich
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