Computerarchitektur

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

Wie kann das Innenleben eines Rechners kurz zusammengefasst werden? Was genau ist die Funktion der einzelnen Komponenten? Im folgenden erhalten Sie einen kurzen Überblick über die wichtigsten Komponenten

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.

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. „Stürzt“ der Rechner ab, und wir das Dokument nicht vorher abgespeichert haben, geht dieses dann häufig verloren.

Da der Arbeitsspeicher wie schon erwähnt, ein flüchtiger Speicher ist, also Daten nicht langfristig speichern kann, braucht ein Computer zusätzliche „externe Speicher“, die diese Funktion übernehmen. Diese befinden sich zum Ziel 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 mithilfe eines Lesekopfes magnetisch (sozusagen mit Plus- 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. Vermehrt werden heutzutage elektronische Speicher, in den meisten Rechnern verbaut. Beispiele hierfür sind SSDs, die als elektronisches Pendant zur HDD-Festplatte gesehen werden kann.