Computer

2.1. Computer#

Ein Computer ist die konkrete technische Realisierung eines Informationsverarbeitungssystems (Hardware + Software). Um Programme zu verstehen (und später selbst zu schreiben), hilft es, ein klares Modell davon zu haben, wie ein Computer Informationen funktioniert.

Alle Computer basieren auf diesen vier grundlegenden Aufgaben:

  1. Informationen einlesen

  2. Informationen speichern

  3. Informationen verarbeiten

  4. Informationen ausgeben

Die Verarbeitung von Information wird symbolisch vollzogen, d.h. Computer manipulieren auf Grundlage von bestimmten Regeln die Symbole der Eingabe um die Symbole der Ausgabe zu bestimmen.

EVA-Prinzip

Der Computer basiert auf dem sog. EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe).

Ein Computer erweitert das EVA-Prinzip um den Speicher und damit um einen Zustand.

  • Wäre der Computer zustandslos würde er bei gleicher Eingabe \(x\) auch stets die gleiche Ausgabe \(y\) erzeugen.

  • Durch den Speicher kann sich, je nach Eingabe, der Zustand \(z\) des Computers verändern und, je nach seinem Zustand, kann dieselbe Eingabe zu unterschiedlichen Ausgaben führen.

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Abb. 2.3 Ein Modell eines Computers mit 4 Zuständen. Der Computer befindet sich in Zustand \(z = z_1\) (rot). Die Ausgabe \(y\) hängt von der Eingabe \(x\) als auch vom aktuellen Zustand \(z\) (hier \( = z_1\)) des Computers ab. Während der Berechnung der Ausgabe verändert der Computer seinen Zustand auf \(g(z, x)\). \(f\) und \(g\) sind mathematische Funktionen.#

  • Über Eingabegeräte (z.B. Tastatur, Maus, Sensoren) werden Informationen in eine Folge von zwei Zuständen (0 und 1) transformiert und im Speicher abgelegt.

  • Der Prozessor ließt diese digitalen Informationen aus dem Speicher, manipuliert sie durch das Abarbeiten eines Algorithmus und schreibt die veränderte Information zurück in den Speicher.

  • Die verarbeitete Information wird schließlich durch Ausgabegeräte (z.B. Monitor, Lautsprecher) ausgegeben, die die Folge von 0 und 1 in Bilder, Ton und andere Formate umwandeln.

Informationskreislauf

Der Informationskreislauf beschreibt den grundlegenden Ablauf der Informationsverarbeitung in einem Computer: Eingabe (Input) → Verarbeitung (Processing) → Ausgabe (Output). Häufig wird der Kreislauf um Speichern (Storage) ergänzt, weil Daten und Programme zwischengespeichert, wiederverwendet und weiterverarbeitet werden.

Im folgenden sehen wir uns wie ein Computer aufgebaut sein muss um die vier grundlegenden Aspekte der Informationsverarbeitung durchführen zu können.