Wie funktioniert ein PC - Funktionsweise eines Computers einfach erklärt

Der PC - wie alles anfing

Wie funktioniert ein PC

Zunächst schauen wir einmal zurück in die Vergangenheit!

Der erste Heimcomputer als Vorgänger des heutigen PC wurde 1981 von der Firma IBM vorgestellt. Dieser Personal Computer (PC) hatte noch keine Festplatte, sondern zwei Diskettenlaufwerke. Durch den Preisverfall bei den elektronischen Bauteilen und durch günstigere Nachbauten von anderen Firmen begann der Siegeszug des PC in den deutschen Haushalten. Im Jahr 2007 gab es in 73 % aller deutschen Haushalte einen PC. 2018 waren es bereits 90 %. (Quelle: www.destatis.de)

Doch was gab es vorher?

Ramon Llull

Der Spanier Ramon Llull konstruierte bereits im 13. Jahrhundert eine „logische Maschine“, die als erste Konstruktion des späteren Computers angesehen werden kann. Zur damaligen Zeit war es jedoch undenkbar eine solche Maschine technisch umzusetzen und zu bauen. Daher ist seine Ausarbeitung im Laufe der Jahrhunderte leider wieder in Vergessenheit geraten. Wilhelm Schickard erfand 1623 eine „Vier-Spezies-Maschine“, einen mechanischen Rechner, der viele Zahnräder enthielt, die aus der sich damals entwickelnden Uhrmacherkunst stammten. Johannes Kepler, ein berühmter Physiker zu dieser Zeit, nutzte die Maschine von Wilhelm Schickard für astronomische Berechnungen.

Bild von Ramon Llull, Quelle: Wikipedia

Gottfried Leibniz

1703 erfand Gottfried Leibniz das Dualsystem – das binäre Zahlen- system – das erst über 200 Jahre später die Grundlage für das Rechnen der Computer bildete. Moderne Digitale Computer kennen nur den Zustand „Strom“ oder „keinen Strom“. Genau diese Zustände können mit dem Dualsystem oder Zweiersystem abgebil- det werden. Im 19. Jahrhundert wurden die ersten Maschinen, die Lochkarten lesen konnten, gebaut.

Herrmann Hollerith

Gegen Ende des 19. Jahrhundert, 1890 wurde in den USA eine Volkszählung durchgeführt. Dabei kam eine Lochkartenmaschine zum Einsatz, die von Herrmann Hollerith entwickelt wurde. 1935 baute IBM einen ersten Rechner, der mit Lochkarten „gefüttert“ wurde und eine Multiplikation je Sekunde ausführen konnte.

Lochkarten enthielten damals die Programme und Rechenanweisungen, die dem Computer sagten, was er berechnen sollte. So gesehen waren Lochkarten die Vorgänger von Disketten und den heute fast nur noch verwendeten USB-Sticks.

Neuzeit

Auf die Lochkarten-Computer, die etwa so groß waren wie 10 riesige Gefrierschränke zusammen genommen, folgten Magnetband-Computer. Diese wurden als enorme Erleichterung angesehen, da auf großen Magnetbändern nun die Daten und Rechenanweisungen gespeichert werden konnten.

Nach und nach wurden elektronische Bauteile immer kleiner und die ersten Mikrochips wurden entwickelt. Diese wurden die Basis, um immer schnellere Heimcomputer zu bauen. Den genauen Aufbau eines PC wollen wir in den kommenden Abschnitten genauer unter die Lupe nehmen.

der erste IBM PC, Quelle: Wikipedia

Tipps zur Vertiefung

Wie funktioniert ein PC?

aktuelle Statistiken zur Computernutzung in Deutschland findest du unter https://www.destatis.de oder per WEB-Suche mit den Begriffen “Statistik PC Nutzung in Haushalten“
Ramon Llull bei Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Ramon_Llull
Gottfried Leibniz bei Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Gottfried_Wilhelm_Leibniz
IBM PC: https://de.wikipedia.org/wiki/IBM_Personal_Computer

Schematischer Aufbau eines PC

Schematischer Aufbau eines PC, Quelle Wikipedia

Wie funktioniert ein PC? Um das zu verstehen, solltest du alle Komponenten eines PCs benennen können!

Die Bestandteile eines modernen PCs (Mikrocomputers im Desktop-Gehäuse), im Bild:

Monitor
Hauptplatine
Hauptprozessor
Arbeitsspeicher
Steckkarten
Netzteil
Optisches Laufwerk
Festplatte
Computermaus
Tastatur

Weiter unten auf dieser Seite findest du eine online Übung, mit der du prüfen kannst, ob du alle Komponenten eines PCs kennst!

Das Innenleben eines PC etwas mehr im Detail

Das folgende Bild zeigt das Innere eines PC

Desktop-PC geöffnet

Ein PC-Gehäuse geöffnet:

Netzteil
Kabel zur Stromversorgung
Prozessor mit Kühlung
Festplatte
Datenkabel zur Verbindung von Laufwerken mit der Hauptplatine
Steckplätze für Zusatzmodule

Eigentlich ist das Innere des PC recht leer. Wir sehen ein Netzteil, eine Hauptplatine mit vielen Steckplätzen, einige Datenlaufwerke und Kabel. Auf der Hauptplatine befindet sich ein Ventilator. Unter diesem Ventilator befindet sich der Kern des Computers, der Prozessor. Das „Gehirn“ des PC wird derart heiß, dass es gekühlt werden muss.

Vom Netzteil zweigen viele Kabel ab, denn jedes Gerät und die Hauptplatine werden vom Netzteil mit Strom versorgt. Damit die Daten zwischen dem Prozessor und den verschiedenen Lauf- werken (Festplatte, CD/DVD-Laufwerk usw.) ausgetauscht werden können, müssen breite Datenkabel – wie eine Datenautobahn – von der Hauptplatine ausgehend verlegt werden.

Komponenten für einen eigenen Computer

Möchte man einen PC komplett selbst zusammenbauen, benötigt man auf jeden Fall folgende Komponenten:

ein Gehäuse mit Netzteil
eine Hauptplatine und einen modernen schnellen Prozessor
eine schnelle Grafikkarte, sofern nicht auf der Hauptplatine eingebaut
ausreichenden Hauptspeicher, der auf die Platine abgestimmt ist
mindestens eine Festplatte
ein DVD-Laufwerk, evtl. mit Brennfunktion
mehrere Kabel zum Anschließen der Laufwerke an die Hauptplatine

Peripheriegeräte

Nicht zu vergessen sind die Peripheriegeräte. Dies sind Komponenten, die sich außerhalb der Zentraleinheit eines Computers befinden.

Dazu zählen z. B.:

Modem
Monitor ;
Drucker
Scanner
Speicherkarten Lesegerät
Tastatur
Trackball
USB-Hub (Verteiler)
USB-Stick
Webcam

Monitor, Tastatur und Maus sind unbedingt notwendig, um einen PC bedienen zu können. Den Monitor bezeichnet man als Ausgabe- gerät, Tastatur und Maus hingegen sind Eingabegeräte.

Wichtige Hinweise:

Ist die Grafikkarte auf einem Board fest eingebaut, ist sie langsamer und weniger leistungsfähig als eine eigene Grafikkarte.
Kauft man den Prozessor zusätzlich zum Mainboard, muss man immer auch an ein Kühlmodul denken!
Der Hauptspeicher, der so genannte RAM (Random Access Memory), muss immer auf die Platine passen.
Beim Zusammenbauen der Komponenten zu einem PC zerstört man sehr leicht die ganz dünnen Stecker und Pins, die auf der Hauptplatine angebracht sind.

Tipp:

Um einen PC selbst zusammenzubauen, sollte man sich sehr gut auskennen. Im Zweifelsfall kauft man eine fertig aufeinander abgestimmte Konfiguration mit Garantieleistung durch einen Händler.

Bestandteile Computer - Der Notebook Computer

Notebook Computer erklärt für Kinder

Immer mehr Menschen entscheiden sich für einen kompakten Computer, der überall hin mitgenommen werden kann: der Notebook Computer.

Vorteile:

Ein Notebook vereinigt viele Funktionen in einem Gerät, die bei einem PC von verschiedenen Komponenten übernommen werden:

Bildschirm
Recheneinheit
Tastatur
Touchpad anstelle einer Maus

Neben diesen Vorteilen spricht für ein Notebook:

Leichter Transport
Geringer Platzbedarf

Nachteile eines Notebook Computers gegenüber einem PC

Natürlich hat ein Notebook auch Nachteile gegenüber einem PC. Diese liegen ganz klar in der kompakten Bauweise und allen damit verbundenen Einschränkungen:

Der Prozessor muss besonders gut gekühlt werden. Deshalb sind Notebook-Computer in der Regel etwas weniger leistungsfähig, damit sie nicht so viel Strom verbrauchen.
Die Grafikkarte ist meistens nicht so leistungsfähig, da sie immer auf der Hauptplatine des Notebooks befestigt ist.
Ein Notebook eignet sich nur bedingt für „Spiele-Liebhaber“. Spiele benötigen immer die schnellste Grafikkarte!
Es besteht keine Möglichkeit, weitere Komponenten in einen freien Steckplatz zu stecken.
Die eingebaute Festplatte hat eine geringere Kapazität, da im Gehäuse nicht so viel Platz vorhanden ist.
Bei gleicher Leistung ist ein Notebook immer teurer als ein vergleichbarer PC.

Die einzelnen Komponenten eines Notebooks werden immer leistungsfähiger, daher verschwinden diese Nachteile mehr und mehr. Die Vorteile durch die kompakte Bauweise treten dadurch in den Vordergrund und es werden inzwischen mehr Notebooks als Desktop-PCs verkauft.

Das BIOS und das Betriebssystem

Wie funktioniert ein PC – Ohne Betriebssystem geht gar nichts!Ein

Das BIOS

PC ist erst einmal „dumm“. Wird er eingeschaltet, muss er genau wissen, was er machen soll. Er muss zunächst prüfen, ob alle Anschlüsse vorhanden sind, ob ein Bildschirm sowie eine Tastatur und eine Maus angeschlossen sind. Diese Aufgaben übernimmt das BIOS – das Basic Input Output System.

Das BIOS ist fest auf einem Chip enthalten, der sich auf der Hauptplatine – auch Mainboard oder Motherboard genannt – befindet. Das BIOS prüft ebenso, welche Laufwerke angeschlossen sind und auf welchem Laufwerk das Betriebssystem gesucht werden soll. Ohne Betriebssystem funktioniert kein PC. Das Betriebssystem konfiguriert den PC, verwaltet den Speicher, bindet die Eingabe- und Ausgabegeräte (Tastatur, Maus, Festplatten, etc.) ein und erlaubt es uns dann, mit dem PC zu arbeiten und andere Programme auszuführen.

Für jeden Rechnertyp gibt es eigene Betriebssysteme, die speziell auf die Mikrochips und die besondere Konstruktion abgestimmt sind. Jeder Großrechner, Supercomputer, Taschencomputer und nicht zu vergessen, jedes Handy hat ein eigenes Betriebssystem.

Nachdem das BIOS den Zustand des PC geprüft und ein Betriebssystem gefunden hat, wird dieses in den Hauptspeicher des PC geladen.

Das Betriebssystem

Das Betriebssystem erkennt nun alle weiteren Komponenten wie Grafikkarten, Karten Lesegeräte, CD-Laufwerke usw. und sorgt dafür, dass diese benutzt werden können. Hierzu lädt das Betriebssystem sogenannte Treiber. Die Treiber sind bestimmte Software Programme, die das Betriebssystem braucht, um mit anderen Geräten zu „reden“ und sie zu nutzen.

Wie funktioniert ein PC ohne BIOS?

Willst du mehr über BIOS und Betriebssystem wissen?

Bekannte Betriebssysteme sind:

Windows von der Firma Microsoft
MAC OS für Notebooks und Computer der Firma Apple
Linux, Ubuntu, etc., freie Software auf der Basis von Unix
iOS, iPad OS und Android für Handys, Smartphones und TabletComputer
Für uns ist wichtig zu wissen, dass ohne Betriebssystem mit einem PC nicht gearbeitet werden kann.

Mobile Geräte - Tablet-Computer und Smartphones

Wie funktioniert ein PC – Es gibt aber auch Smartphones und Tablet Computer!

Die Anforderungen an einen Computer haben sich im Laufe der letzten zwanzig Jahre stark geändert. Die Gesellschaft ist mobiler geworden und damit ist ebenso ein Bedarf an mobilen Geräten entstanden. Die neuen Geräte weisen eine etwa 10.000-fache Speicherkapazität und ein Vielfaches an Rechner- leistung gegenüber den ersten PCs auf und erfüllen viele Aufgaben, die bislang nur auf größeren Geräten denkbar waren:

E-Mail Kommunikation
Internet-Zugriff
Spiele
Kürzere Texte schreiben
Musik hören
Bildergalerie, digitales Fotoalbum

Apps oder Applikationen

Programme, die auf einem mobilen Gerät installiert werden, nennt man APPs, die Abkürzung für Applikation oder Anwendung.

Die Anzahl verfügbarer Apps für die Geräte steigt ständig und reicht von kostenlosen Programmen, die sich über Werbung finanzieren bis hin zu teuren Spezialanwendungen für bestimmte Berufe wie z. B. Ärzte.

Tablet-Computer sind dann ein vollständiger Ersatz für den PC oder das Notebook, wenn sie alle benötigten Funktionen eines größeren Rechners bieten. Mit der technischen Entwicklung werden Tablets immer leistungsfähiger, so dass diese Grenze schwindet. Die Quote der Tablet-Besitzer wird in den kommenden Jahren von Marktforschern auf über 20 % aller Haushalte geschätzt. Fast 86 % aller Benutzer arbeiten mit ihrem Tablet ausschließlich zu Hause, nur 40 % benötigen es beruflich. Die häufigsten Anwendungen sind Videospiele, die Nutzung von sozialen Netzwerken über das Internet, das Lesen von Zeitungen, Recherche und Betrachten von Fernsehsendungen.

Nachteile:

Für folgende Anwendungen sind Tablet-Computer eher ungeeignet, da ihnen die Leistungsfähigkeit sowie der Bedienungskomfort durch Eingabegeräte wie Tastatur und Maus fehlt:

Umfangreiche Texteingabe, z.B. für Buchautoren
Bildbearbeitung, die eine sehr hohe Grafikleistung benötigt
Bürofunktionen mit Anbindung an Drucker sowie weitere Ausgabegeräte (Scanner, Fax, etc.)

Die ursprüngliche Funktion des Telefons tritt bei Smartphones immer mehr in den Hintergrund. Die meiste Zeit verbringt der Besitzer eines Smartphones im mobilen Internet und damit, Musik zu hören. Dabei haben Smartphones inzwischen die gleiche Funktionalität wie Tablet-Computer. Lediglich der Bildschirm ist etwas kleiner.

Diskussion – Kennst Du Dich aus?

Ein Freund lädt dich über ein soziales Netzwerk zu einem Online-Spiel ein. Hierzu musst du dir allerdings eine APP herunterladen und auf deinem Smartphone installieren. Das klappt alles prima und du spielst das neue Game mit Begeisterung. Überall unterwegs bist du online und schon bald steigst du in der Hitliste der besten Spieler. Nur eines nervt dich. Komischerweise bekommst du seit kurzer Zeit immer wieder E-Mails mit seltsamen Angeboten und auch schon Anrufe von Firmen, die dir irgend etwas verkaufen wollen. Und das Schlimmste kommt noch. Im letzten Sommerurlaub wurde zu Hause bei euch eingebrochen und viele teure Gegenstände wurden gestohlen. Hängt das Alles vielleicht irgendwie zusammen?

Was könnte die Ursache für diese Ereignisse sein?

Diskutiere die Situation mit deinen Freundinnen/Freunden und Mitschülerinnen/Mitschülern.

Bildnachweis auf dieser Seite:

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