Computerarchitektur

Material von und in Zusammenarbeit mit Georg Schaller, Kollegium Gambach.

Peripheriegeräte sind Geräte, die man von „aussen“ an den Computer anschliessen kann und die dazu dienen, den Computer bedienen zu können. Das Wort Peripherie bedeutet „ausserhalb“, deshalb sind alle an den Rechner angeschlossenen Geräte als Peripheriegeräte. In einem Laptop sind viele dieser Komponenten bereits verbaut, wie Bildschirm, Tastatur oder Trackpad, trotzdem gehören diese Laptopelemente zu den Peripherie.
Peripheriegeräte zählen zur Hardware.

Hier unterscheiden wir zwischen Eingabe- und Ausgabegeräte. Eingabegeräte können eine Maus oder eine Tastatur sein. Grundsätzlich ist dies Hardware, die dazu dienen, dem Computer Informationen aus der realen Welt zur Verfügung zu stellen (einzugeben in das System des Rechners).
Ausgabegeräte ist jene Hardwarekomponenten. Sie dienen dazu, digitale Informationen für uns Nutzer auszugeben.

• Ein Monitor (Bildschirm) ist beispielsweise ein Ausgabegerät.
• Ein Mikrophon ist beispielsweise ein Eingabegerät.

Damit Computer und Peripheriegeräte miteinander kommunizieren können, sind bestimmte Schnittstellen nötig. Grundsätzlich gibt ganz verschiedene Arten von Schnittstellen. Wir betrachten hier kurz die Hardwareschnittstellen und lassen Datenschnittstellen, Maschinenschnittstellen oder auch Softwareschnittstellen, Benutzerschnittstellen und sogenannte Common interfaces (allg. Schnittstellen) usw. aussen vor.
Mit der Zeit haben sich ganz viele verschiedene Hardware-Schnittstellen entwickelt. Zu den bekanntesten Hardwareschnittstellen gehören USB-Anschlüsse, VGA-Anschlüsse, HDMI-Anschlüsse, aber auch bei einer Bluetoothverbindung gibt es eine kabellose Schnittstelle.

Die Hauptbestandteile eines Computers gehören alle zur sogenannten Zentraleinheit. Es handelt sich hierbei um einen Prozessor, den Arbeitsspeicher und das Motherboard.

Der Prozessor ist eigentlich das Gehirn des Computers. Er führt alle Berechnungen aus, koordiniert das Betriebssystem und nimmt Befehle entgegen. Die Geschwindigkeit des Prozessors gibt man in Hertz an. Die Einheit Hertz wird für die Anzahl sich wiederholender Vorgänge pro Sekunde in ein periodisches Signal verwendet. 1 Hertz entspricht einer einfachen Rechenoperation pro Sekunde. Je schneller der Prozessor eines Computers, desto schneller funktioniert der Computer.
Moderne Rechner besitzen Prozessoren mit Leistungen zwischen 2 und 3 GHz (Gigahertz, 10 ⁹ Hertz), was einigen Milliarden Operationen pro Sekunde entspricht.

Jeder Computer braucht einen Arbeitsspeicher. Es handelt sich hierbei um einen sogenannten flüchtigen Speicher. Dabei werden die Daten nicht langfristig gespeichert, sondern nur solange, wie der Prozessor die diese braucht. Wenn wir zum Beispiel ein bestimmtes Programm öffnen, dann wandern alle Informationen, die der Prozessor zum Ausführen dieses Programmes braucht in den Arbeitsspeicher. Bei einem flüchtigen Speicher sind die Daten nur solange gespeichert, wie dieser mit dem Strom verbunden ist. Wenn ein Computer abgeschaltet wird oder abstürzt, dann wird der Arbeitsspeicher immer geflutet (er verliert also alle Daten). Weil man auf dem Arbeitsspeicher Daten nicht langfristig speichern kann, braucht ein Computer eine Festplatte, wo man die Daten abspeichern kann. Wenn wir beispielsweise in Word ein neues Textdokument erstellen, dann befindet sich dieses nur im Arbeitsspeicher. Wenn wir dieses Dokument nun abspeichern, wird es zusätzlich auf einer Festplatte „langfristig“ gespeichert. Wenn der Computer zum Beispiel abstürzt, und wir das Dokument nicht vorher abgespeichert haben, geht dieses dann häufig verloren.

Prozessor und Arbeitsspeicher liegen beide auf dem Motherboard, welches die beiden Teile miteinander verbindet. Darauf sind die weiteren inneren (internen) Hardwarekomponenten gesteckt - Die zentrale Recheneinheit wird so quasi vernetzt und zusammengehalten.

Da der Arbeistsspeicher wie schon erwähn ein flüchtiger Speicher ist, also Daten nicht langfristig speichern kann, braucht ein Computer zusätzliche „externe Speicher“, die diese Funktion übernehmen. Diese befinden sich zum Zeil auch im Gehäuse des Computers. Der Begriff „extern“ kommt daher, dass man diese Speicher nicht als Teil der Zentraleinheit ansieht.
Bei den Speichern haben sich mit der Zeit verschiedene Technologien entwickelt, die genutzt werden können, um Daten langfristig abzuspeichern. Es gibt zum Beispiel magnetische Speicher (wie herkömmliche Festplatten / HDDs), bei der eine Metallscheibe mit Hilfe eines Lesekopfes magnetisch (sozusagen mit Plus- und und Minuspolen) beschrieben und gelesen werden kann. Ähnlich ist es bei Optischen Speichern wie CDs oder DVDs, wo eine Scheibe (die Disc) jedoch mit einem Laser (also mit Licht) beschrieben und gelesen werden kann. Seit kurzer Zeit gibt es auch elektronische Speicher, die hier eingesetzt werden können. Beispiele hierfür sind SSDs, die als elektronisches Pendant zur HDD-Festplatte gesehen werden kann, oder USB-Sticks und Speicherkarten.