Arbeitsweise eines Computers

Wenn man von der Arbeitsweise des Computers spricht, dann meint man damit im Grunde nur die Arbeitsweise der Zentraleinheit. Daher sollte man das EVA-Prinzip und den Aufbau des Computers, inbesondere die Bestandteile der Zentraleinheit kennen. Fassen wir nochmal kurz zusammen, was zur Zentraleinheit gehört. Das sind:

• Eingabewerk
• Ausgabewerk
• Speicher
• Prozessor
• Bussystem um alles zu verbinden

Das Betriebssystem ist dafür da, dass der Benutzer überhaupt den Computer bedienen und Befehle an die Zentraleinheit übermitteln kann. Das Betriebssystem fungiert quasi als Schnittstelle zwischen Benutzer und Computer.

Die Software erweitert im Grunde die Funktionalität des Betriebssystems, denn das Betriebssystem ist eigentlich nicht dafür da, um z.B. Briefe zu schreiben. Dafür ist die Software da. Das Betriebssystem ist auch eine Software, aber das Betriebssystem spielt eine übergeordnete Rolle. Das bedeutet, die Software muss sich an die Rahmenbedingungen halten, die ihm das Betriebssystem bietet. Wenn die Software z.B. bestimmte Dinge tun will, die das Betriebsystem nicht erlaubt, dann darf die Software das nicht. Daher wird zwischen Betriebssystem und Software unterschieden.

Jetzt wollen wir alles im Zusammenspiel betrachten. Das Betriebssystem und die Software sind physisch nicht vorhanden sondern nur in Form von Daten. Und irgendwo müssen diese Daten bereitstehen. Beim Arbeiten werden beide in den Arbeitsspeicher geladen. Beides wird deshalb in den Arbeitsspeicher geladen, weil der Prozessor direkt mit dem Arbeitsspeicher kommuniziert. Nur so ist sichergestellt, dass die Verarbeitung schnell erfolgt. Der Arbeitsspeicher ist nämlich wesentlich schneller als z.B. die Festplatte.

Auf dem Bild ist der Bereich des Arbeitsspeichers mit RAM gekennzeichnet. RAM ist die Abkürzung für Random Access Memory und ist der englische Begriff für den Arbeitsspeicher. Übersetzt heißt das: Wahlfreier Zugriffsspeicher. Die Daten können nämlich an beliebiger Stelle im Arbeitsspeicher abgelegt werden.

Über die Eingabegeräte können nun Eingaben gemacht werden. Über das Betriebssystem gelangen die Eingaben an die Software. Je nachdem wie die Software programmiert ist, möchte die Software bestimmte Dinge durchführen. Dafür werden die Befehle an das Betriebssystem geschickt. Wenn das Betriebssystem die Befehle versteht und die Ausführung erlaubt, werden die Befehle an den Prozessor weitergeleitet.

Der Übertrag zum Prozessor erfolgt nicht in einer für Menschen verständlichen Sprache, sondern im Maschinencode. Das heißt, der Prozessor erhält die Befehle in binären Zahlen, 0 oder 1. Auf diese Weise wird ein sogenannter Datenstrom an den Prozessor übermittelt.

Im Prozessor ist ein Steuerwerk und ein Rechenwerk. Das Steuerwerk sorgt für die Koordination der Befehle. Denn nicht alle Befehle sollen gleichzeitig laufen, sondern in einer logischen Reihenfolge. Die eigentliche Verarbeitung (Berechnung) erfolgt im Rechenwerk. Im Rechenwerk werden die Daten, die ebenfalls aus dem Arbeitsspeicher geholt werden, berechnet.

Das Ergebnis wird wieder im Maschinencode an das Ausgabewerk geschickt. Hier muss wieder eine Transformation erfolgen. Denn der Mensch möchte natürlich keinen Datenstrom aus lauter 0 und 1, sondern eine Ausgabe am Bildschirm, Lautsprecher etc., damit er etwas sieht oder hört.

Eine letzte Frage muss noch beantwortet werden. Nämlich, warum der Prozessor die Befehle und Daten nur im Binärsystem verarbeiten kann. Das ist ganz einfach. Ein Prozessor ist ein elektronisches Element und kennt daher nur zwei Zustände. An und Aus. Der Mensch kennt das Dezimalsystem mit 10 Zuständen, weil er 10 Finger hat. Stellen Sie sich einfach vor, der Computer hat nur zwei Finger. Trotzdem ist er in der Lage, mit 2 Fingern zu rechnen. Die Darstellung der Zahlen ist lediglich anders. Während der Mensch die Zahlen 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 kennt, stehen dem Computer nur die Zahlen 0 und 1 zur Verfügung.