Computer: Grundfunktion
Wenn man heute von einem Computer spricht, meint man im Allgemeinen einen Personalcomputer (PC). Es gibt aber noch andere Computersysteme, wie beispielsweise Mikrocomputer und Großrechner, die sich in ihrer Systemarchitektur und Systemorganisation sowie in ihren Einsatzgebieten unterscheiden. Allen Systemen gemeinsam sind die grundlegenden Komponenten wie Zentraleinheit mit Mikroprozessor, externe Speicher und das Ein-/Ausgabewerk. Die Daten der Computersysteme werden zur Verarbeitung von Informationen nach dem EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe der Daten) bearbeitet.
Typische Einsatzgebiete heutiger PCs sind Textverarbeitung, Tabellenkalkulation, Datenbankanwendungen sowie Verarbeitung von Multimediadaten (Bild- und Tondaten). Durch die immer besser werdende Integrationsdichte von Transistoren auf ICs (englisch integrated circuit, integrierter Schaltkreis) werden die PCs immer leistungsfähiger, sodass sie zukünftig immer mehr Aufgaben von Hochleistungscomputern übernehmen können, insbesondere im Bereich der grafischen Datenverarbeitung.
Binärsystem, Zeichendarstellung und digitale Logik
Die Grundlage der Datenverarbeitung sind Informationen.Um diese in einem Computersystem speichern und verarbeiten zu können, wird eine geeignete Form zur Kodierung und Verknüpfung der Informationen benötigt. Am einfachsten und schnellsten ist der Einsatz des binären Zahlensystems (Dualsystem), bei dem zur Beschreibung der Zahlenwerte nur zwei Zeichen (»0« und »1«) zur Verfügung stehen. In Anlehnung an die Elektronik, in der es die beiden Zustände »ein« und »aus« gibt, eignet sich das Dualsystem sehr gut als Grundlage für die Informationsverarbeitung. Mit einer Stelle können nur die beiden Werte »0« und »1« dargestellt werden, aber durch Hinzunahme weiterer Stellen lassen sich auch größere Werte darstellen.
Eine Speicherzelle, die eine Stelle dieses Systems aufnehmen kann, hat die Bezeichnung ein Bit (kleinste Informationseinheit). Acht solcher Informationseinheiten zusammengenommen ergeben ein Byte. Für die Eingabe eines Computersystems werden neben den Ziffern 0 bis 9 noch die Buchstaben des Alphabets und verschiedene Sonderzeichen (z.B. Grafikzeichen) benötigt. Zur entsprechenden Verschlüsselung werden heute meist achtstellige Dualzahlen (je 1 Byte) verwendet, sodass damit 256 Zeichen kodiert werden können. Für die Zeichendarstellung auf einem PC wird häufig ein 8-Bit-Kode eingesetzt, der auch unter dem Namen erweiterter ASCII-Kode bekannt ist. Mithilfe des Binärsystems können nun alle Zeichen verschlüsselt werden, sodass jede Information in Form von Daten technisch dargestellt und in einem Computer gespeichert werden kann. Die Anzahl von binären Informationen (Bits), die der Prozessor auf einmal verarbeiten kann, nennt man Wortlänge (8-Bit-, 16-Bit-, 32-Bit-Computer usw.).
Bei der Verarbeitung von Informationen werden aber auch Speicherinhalte nach bestimmten Regeln verknüpft und in neue Speicherzellen abgelegt. Bei diesen logischen Verknüpfungen wird das Bit entweder als »Ja« (»1«) oder »Nein« (»0«) interpretiert. Damit lassen sich logische Entscheidungen realisieren. Die digitale Logik liefert dazu verschiedene Grundelemente (UND-, ODER-, NEGATION-Gatter), mit denen binäre Schaltvariablen (Bits) zu digitalen Schaltungen verknüpft werden können. So liefert das UND-Gatter nur dann am Ausgang ein »Ja«, wenn an beiden Eingängen ein »Ja« anliegt. Die elektronischen Schaltungen zur Umsetzung dieser Verknüpfungen nennt man Gatter. Sie werden durch Symbole repräsentiert, die allerdings für die USA und Deutschland unterschiedlich genormt sind. Die Grundfunktionen lassen sich aber auch einfacher mit NAND- oder NOR-Gattern (Nicht-UND, Nicht-ODER) realisieren. Für ein Computersystem werden diese Schaltungen mit Halbleiterbauelementen nach verschiedenen Technologien (z.B. CMOS-Technologie) in Chips hergestellt.
Hard- und Software
Die Hardware eines Computersystems repräsentiert alle sichtbaren Bestandteile. Dazu gehören Ein-/Ausgabegeräte (Tastatur, Maus, Monitor, Drucker), externe Speicher (Festplatte/Harddisk, Diskettenlaufwerk/Floppydisk, CD-ROM) und Erweiterungskarten (Grafikkarte, ISDN-Adapter und Soundkarte). Mithilfe geeigneter Software (Programme) kann der Anwender mit dem Computer kommunizieren und ihn für die verschiedensten Aufgaben einsetzen. Ein Programm wird intern in einen für den Computer verständlichen Maschinenkode übersetzt und dann vom Prozessor und seinen Teilwerken verarbeitet. Diese Umsetzung übernehmen spezielle Programme (Compiler, Linker). Die Betriebssystemsoftware ist ein ganz besonderes Programm, das durch seine Regeln das Arbeiten mit dem Computer und der angeschlossenen Hardware erst möglich macht.