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Ausführlicher oder umfassender unter: Wie funktioniert ein Computer? Hier ist mit Computer-Technik nicht das Fachgebiet gemeint, das gemeinhin als Informationstechnologie bezeichnet wird, sondern ein bestimmter Gegenstand dieses Fachgebietes: nämlich das elektromechanische oder elektronische Gerät, das gemeinhin als Computern bezeichnet wird. Hier geht es zunächst nicht den ganzen Computer, sondern vor allem den Prozessor, den ich auch als Teil von anderen Geräten verwenden kann. |
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Als Computer bezeichne ich programmierbare Automaten mit Ein- und Ausgabegeräten wie Tastatur und Bildschirm, die ich zur bedingten Herstellung von Anzeigen verwende. Die inverse Funktion des Computers ist, einen Benutzer zu "steuern", ihn mittels erwartbaren Ausgaben zu bestimmten Eingaben zu veranlassen. Der Prozessor vermittelt zwischen Ein- und Ausgaben. Wenn ich das Resultat einer Addition von zwei Zahlen anzeigen will, muss ich entsprechende Eingaben auf der Tastatur machen und kann dann das Resultat auf dem Bildschirm sehen. Die Ausdrücke Computer und Rechner beziehen sich darauf, dass anfangs vor allem an Rechenmaschinen gedacht wurde. Ich verwende aber den Computer sehr selten zum Rechnen, aber immer, um etwas Bestimmtes auf dem Bildschirm zu sehen. Als Computer bezeichne ich programmierbare Automaten mit Ein- und Ausgabegeräten wie Tastatur und Bildschirm, die ich zur bedingten Herstellung von Anzeigen verwende. Die inverse Funktion des Computers ist, einen Benutzer zu "steuern", ihn mittels erwartbaren Ausgaben zu bestimmten Eingaben zu veranlassen. Der Prozessor vermittelt zwischen Ein- und Ausgaben. Wenn ich das Resultat einer Addition von zwei Zahlen anzeigen will, muss ich entsprechende Eingaben auf der Tastatur machen und kann dann das Resultat auf dem Bildschirm sehen. |
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Die Ein- und die Ausgaben bezeichne ich als Daten. Ein Teil der Daten sind Programme, die den Prozessor steuern, der seinerseits Speicher für Daten hat, die ich als Register bezeichne. Die Daten werden im Computer verändert und gespeichert.
Die Ausdrücke Computer und Rechner beziehen sich darauf, dass anfangs vor allem an Rechenmaschinen gedacht wurde. Ich verwende aber den Computer sehr selten zum Rechnen, aber immer, um etwas bestimmtes auf dem Bildschirm zu sehen.
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Moderne Computer haben mindestens einen Prozessor, der meistens als intergrierte Schaltung auf einem Chip aufgetragen ist und auch Zentraleinheit des Computers (CPU) genannt wird. Bei den ersten Computern war der Prozessor noch keine abgegrenzte technische Einheit, die er eigentlich erst als Mikroprozessor geworden ist. Bei den ersten Computern liess sich der Prozessor noch nicht als separates Bauteil abgrenzen. Durch die laxe Sprache der Informatiker werden die Teile des Prozessors wie die Teile des Computers bezeichnet, obwohl sie andere Funktionen haben. Die Ausgabe des Prozessors kann der Benutzer nicht sehen, sie steuert den Bildschirm. Und der Speicher des Prozessors dient nicht der Ausbewahrung von Daten im engeren Sinn. Durch die Entwicklung der Herstellungstechnik verwischen |
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Moderne Computer haben mindestens einen Prozessor, der meistens als intergrierte Schaltung auf einem Chip aufgetragen ist und in gewisser Weise die Zentraleinheit des Computers (CPU) bildet. Bei den ersten Computern war der Prozessor noch keine abgegrenzte technische Einheit, die er eigentlich erst als Mikroprozessor geworden ist.Bei den ersten Computern liess sich der Prozessor noch nicht eindeutig abgrenzen, die Kategorien fehlten - damals - noch.
Der Prozessor hat sich in modernen Computer vor allem durch die Herstellungstechniken in Bezug auf ICs und Halbleiter entwickelt - die Logik war davon kaum betroffen. Die Funktionsweise von Prozessoren - die schon C. Babbage beschrieben hat - kann man ohne Kenntnisse von Physik und Mathematik verstehen. Prozessoren sind mechanische Geräte, die wie K. Zuse zeigte, ohne elektrischenStrom auskommen.
Ich beschreibe hier die Funktionsweise eines Prozessors, wobei ich A. Osborne folge. Er beschreibt die CPU auf einem Chip, was er als Mikrocomputer bezeichnet, weil es so üblich sei, während Intel, die den Mikrocomputer im Auftrag von Datapoint entwickelt hat, rasch die Redeweise Mikroprozessor übernommen habe. Dazu gibt es ziemlich viele verschiedene Geschichten, die hier nicht interessieren, weil sie die Funktionsweise des Prozessors nicht betreffen.
Der - hier gemeinte - Prozessor ist programmierbare Automat, der im Computern zur durch Programme spezifizierten Vermittlung zwischen Peripheriegeräten dient. Die Funktionsweise eines Prozessor wird durch ein Kalkül beschrieben, seine Konstruktion durch einen Konstruktionsplan.
======Ich behandle hier den Prozessor. Dabei spielt keine Rolle, ob es sich um einen Mirkorprozessor handelt oder nicht. Bei den ersten Computern war der Prozessor noch keine abgegrenzte technische Einheit, die er eigentlich erst als Mikroprozessor geworden ist. Hier geht es aber um das Prinzip:
Der Ausdruck Software bezeichnet, dass derselbe Prozessor - der dann als Hardware bezeichnet wird - durch Programme in ganz verschiedenen Spezialautomaten verwendet wird. Der Computer kann funktional quasi per Knopfdruck von einer Buchhaltungsmaschine in eine Schreibmaschine verwandelt werden, ohne dass die Funktionsweise des Prozessors davon betroffen ist.
Das ist der Grund dafür, dass oft von einer universellen Maschine gesprochen wird, obwohl jeder weiss, dass man mit einem Computer keine Löcher bohren kann - und mit einem Prozessor allein rein gar nichts herstellen kann. Universell ist ein Prozessor als Steuerungsmechanismus. Man kann ihn in jede Regelung verwenden.
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1945 beschrieb John von Neumann in TheFirstDraft eine generelle Architektur von programmierbaren Automaten, die er als "computing systems" bezeichnete . Die Von-Neumann-Architektur ist eine Auflistungs-"Definition", sie bestimmt für einen Prozessor folgende fünf Komponenten:
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Quelle: Funktionsweise des Prozessors
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In dieser Darstellung ist zwar der Bus, der die einzelnen Teile und auch die Peripheriegeräte verbindet, in Form von Pfeilen eingezeichnet, aber selbst nicht thematisiert.
In den heutigen Computern sind die ALU und die Steuereinheit meistens zu einem Baustein verschmolzen, der so genannten CPU (Central Processing Unit). Die Tastatur und der Bildschirm, aber auch der Harddisk sind in diesem Schema Peripheriegeräte, mit welchen der Prozessor über das Eingabe und Ausgabewerk verbunden ist. Die Peripheriegeräte haben oft eigene Prozessoren.
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Die einfachste oder elementare Form des Eingabegerätes ist eine Tastatur, also eine Menge von beschrifteten Schaltern. Die Ausgabe ist in diesem Sinne ein Bildschirm, also eine Menge von Lampen, die als Pixel adressiert sind. Die Funktion des Prozessors besteht darin, bestimmten Eingaben eine bestimmte Ausgabe zuzuordnen. |
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Quelle: Wikipedia |
Der - hier gemeinte - Prozessor ist ein hergestelltes Gerät
Der - hier gemeinte - Prozessor ist in jedem beobachteten Zeitpunkt in genau einem Zustand, der durch die Menge der Zustände aller seiner .. gegeben ist. Diese Zustände verändern sich in diskreten Schritten, die einem Takt unterliegen.