Informatik - Skript zum Unterricht
(I) Hardware
- 0. Einführung
- 1. Begriffsbestimmung
- 2. Die Wurzeln der Informatik
- 3. Grundaufbau
- 4. Verarbeitungseinheit
- 5. externe Datenträger
- 6. Von der Hard- zur Software
3. Grundaufbau
3.1 Rechnerarchitekturen
Die Analytical Engine von Babbage verfügte über eine Architektur mit Eingabe, Ausgabe, Verarbeitung und Speicher.
Diese digitale Maschine sollte:
- 1. durch ein vorher ausgearbeitetes Programm gesteuert werden
- 2. Speicher für Zwischenergebnisse besitzen (Register)
- 3. die Rechnungen unter Verwendung vorher berechneter Zwischenergebnisse durchführen und
- 4. die Ergebnisse (auf dem Drucker) ausgeben.
Erst im Jahre 1946 definierte John von Neumann die noch heute gültige Architektur mit Steuereinheit, Recheneinheit, internem Speicher und peripheren Einheiten. (vgl. 2.5)
Die 5 Grundelemente von Allzweck-Rechnersystemen sind:
- 1. Eingabewerk, um das Eingeben von Zahlen und Zeichen in die Maschine zu erlauben,
- 2. Speicher, um als Gedächtnis für die Daten und Programmanweisungen zu dienen,
- 3. Rechenwerk (arithmetische Einheit), um die anfallenden Berechnungen auszuführen,
- 4. Steuerwerk, um die Ausführung der Aufgabe nach Vorgabe eines Programms zu steuern,
- 5. Ausgabewerk, um den Benutzern die Ergebnisse der Berechnungen mitzuteilen.
Eigenschaften eines Von-Neumann-Rechners:
- Ein Von-Neumann-Rechner ist ein reaktives System, das im Rechnerkern fortlaufend Befehle eines Programms ausführt und dabei Daten manipuliert.
- Programm und Operanden (für die Befehle) werden aus dem Arbeitsspeicher entnommen; Ergebnisse in den Arbeitsspeicher zurück geschrieben (sog. lesende und schreibende Speicherzugriffe).
- Bei jedem Speicherzugriff wird eine feste Zahl von Bits (z.B. 32 Bits) über das Bussystem zwischen Rechnerkern und Arbeitsspeicher übertragen.
- Befehle werden ca. um den Faktor 10 schneller ausgeführt als Speicherzugriffe (sog. Von-Neumann-Engpass oder -Flaschenhals).
John von Neumann entwickelte das Konzept der Steuerung von Rechnern durch ein gespeichertes Programm und fasst die Grundprinzipien der Rechenanlagen zusammen. Die wesentlichen Aussagen sind:
- Das Programm wird gleichberechtigt zu den Daten im Rechner abgelegt.
- Das Programm ist eine Abfolge logischer Befehlsentscheidungen.
- Bedingte Programmbefehle erlauben Entscheidungen über den Fortgang des Programms.
3.2 Grundprinzip einer Datenverarbeitungsanlage
Das E-V-A-Prinzip
E-V-A-Prinzip
Eingabe - Verabeitung - Ausgabe
Eingabeeinheiten
Tastatur, Maus/TrackballPad, Joystick/Paddle, Grafiktablett, Scanner, Lichtstift, Touchscreen, Mikrofon, Kamera/WebCam, Messgeräte, Netzwerk, Modem/ISDN/DSL
Ausgabeeinheiten
Monitor, Drucker, Plotter, Lautsprecher, Netzwerk, Modem/ISDN/DSL
Zu den Verarbeitungseinheiten zählt man auch die Erweiterungskarten des PC (Grafik-, Sound-, ... -karten).
