3 Hardware

I’ve come up with a set of rules that describe our reactions to technologies:
1. Anything that is in the world when you’re born is normal and ordinary and is just a natural part of the way the world works.
2. Anything that’s invented between when you’re fifteen and thirty-five is new and exciting and revolutionary and you can probably get a career in it.
3. Anything invented after you’re thirty-five is against the natural order of things.
– Douglas Adams[Anm.: Ich habe einen Satz von Regeln aufgestellt, die unsere Reaktion auf Technologien beschreiben:
1. Alles, was existierte, bevor du geboren wurdest, ist normal, gewöhnlich und einfach ein natürlicher Bestandteil der Art und Weise, wie die Welt funktioniert.
2. Alles, was zwischen deinem fünfzehnten und fünfunddreißigsten Lebensjahr erfunden wird, ist neu, aufregend und revolutionär, und vielleicht wirst du damit sogar beruflich erfolgreich.
3. Alles, was nach deinem fünfunddreißigsten Geburtstag erfunden wird, widerspricht der natürlichen Ordnung der Dinge.]

Dieses Kapitel beschäftigt sich mit dem Aufbau von Computersystemen und ihren Bestandteilen. Als Erstes werden die grundlegende Struktur und das Zusammenwirken der verschiedenen Bestandteile von Computern beschrieben. Anschließend werden die Elemente der Zentraleinheit vorgestellt und danach die wichtigsten Peripheriegeräte.

Auch in diesem Kapitel wurde Wert darauf gelegt, Ihnen neben dem unvermeidlichen Prüfungswissen vor allem nützliche Informationen zu bieten. Sie erfahren zum Beispiel auf praktische Art und Weise, wie Sie Komponenten anschließen können, wie Sie eine CD oder DVD brennen und wie Sie das BIOS konfigurieren oder mit Massenspeichern umgehen.

Die wichtigste Art der Hardware, die in diesem Kapitel konsequent nicht behandelt wird, ist sämtliches Netzwerkzubehör. Netzwerkgeräte wie Netzwerkkarten, Modems oder verschiedene Netzwerkkabel werden ausführlich im nächsten Kapitel besprochen.

3.1 Grundlagen

Computerhardware lässt sich nach einem einfachen Schema in verschiedene Bestandteile aufteilen. Dieses Schema sehen Sie in Abbildung 3.1. Die Hardware besteht grundsätzlich aus Zentraleinheit und Peripherie. Zur Zentraleinheit zählen vor allem der Mikroprozessor, der Arbeitsspeicher (RAM), die verschiedenen Bus- und Anschlusssysteme sowie das BIOS. Zur Peripherie gehören sämtliche Bauteile, die zusätzlich an die Zentraleinheit angeschlossen werden; sie dienen der Ein- und Ausgabe sowie der dauerhaften Speicherung von Daten.

Computer arbeiten schematisch gesehen nach einem Verfahren, das als EVA-Prinzip (für »Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe«) bezeichnet wird: Über eine Eingabeeinheit wie die Tastatur, die Maus oder einen Datenträger gelangen Daten in den Computer, werden durch den eigentlichen Rechenkern verarbeitet und über ein Ausgabegerät wie Monitor oder Drucker wieder ausgegeben. Ein- und Ausgabe sind Sache der Peripheriegeräte, für die Verarbeitung sind die Komponenten der Zentraleinheit zuständig.

Dieses Verfahren lässt sich durch die gesamte in Kapitel 1, »Einführung«, skizzierte Geschichte der Computer verfolgen. Tabelle 3.1 zeigt eine Übersicht über die verschiedenen Computergenerationen und ihre typischen Verwirklichungen von Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Beachten Sie, dass dies lediglich eine schematische Übersicht ist; der Wechsel der dominierenden Ein- und Ausgabegeräte erfolgte allmählich und nicht genau mit dem Wechsel der Rechnergenerationen.

Abbildung 3.1 Überblick über die Systematik der Computerhardware

Tabelle 3.1 Generationswechsel bei der Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeeinheit
Rechnergeneration	Eingabeeinheit	Verarbeitungseinheit	Ausgabeeinheit
1. Röhrenrechner	Schalttafeln	Röhrenschaltungen, Trommelspeicher	Leuchtanzeigen, Endlosdrucker
2. Transistorrechner	Lochkarten	Transistorschaltungen, Magnetkernspeicher	Endlosdrucker
3. IC-Rechner	Terminal, Magnetband	IC-Schaltungen	Terminal, Endlosdrucker, Magnetband
4. Mikrocomputer	Tastatur, Maus, Scanner, CD-Laufwerk, Festplatte usw.	Mikroprozessor, IC-basierter Speicher	Monitor, Drucker, CD-Laufwerk, Festplatte usw.

Die grundlegende Beschreibung der Funktionsweise eines Computers lieferte das Konzept, das John von Neumann bereits 1946 aufstellte. Mit gewissen Abwandlungen durch neuere Entwicklungen gilt dieses Prinzip auch noch heute. Ein Von-Neumann-Rechner besteht aus den folgenden schematisch beschriebenen Komponenten:

Das Steuerwerk liest einen Befehl und seine Operanden nach dem anderen und interpretiert ihn anhand einer Befehlstabelle.
Das Rechenwerk führt die diversen arithmetischen und logischen Operationen durch.
Der Hauptspeicher enthält die Befehle des zurzeit ausgeführten Programms und die Daten, die gerade verarbeitet werden.
Ein- und Ausgabeeinheit kommunizieren mit der Umwelt, um neue Programme und Daten entgegenzunehmen und fertig verarbeitete Daten wieder auszugeben.

Rechen- und Steuerwerk sind noch heute die wichtigsten Komponenten von Mikroprozessoren. Diese Elemente bestehen zwar heutzutage genau wie der Hauptspeicher aus völlig anderen Bauteilen, als man sich zu von Neumanns Zeiten vorstellen konnte, erfüllen aber nach wie vor die gleiche Funktion. Ein- und Ausgabeeinheit werden im Von-Neumann-Konzept ohnehin nur abstrakt beschrieben und können durch völlig beliebige Geräte verwirklicht werden.

Personal Computer gibt es in verschiedenen Varianten:

Desktop-PCs sind die seit fast dreißig Jahren übliche Standardvariante. Sie werden heute fast immer als aufrecht stehende Tower-Gehäuse realisiert. Vorn befinden sich die Wechsellaufwerke (beispielsweise DVD-Brenner und -Laufwerk, immer häufiger auch Blu-ray, und manchmal zusätzliche USB-Anschlüsse). Hinten sind zahlreiche weitere Anschlüsse zu finden, unter anderem für Stromversorgung, Monitor, Netzwerk und Ähnliches. Im Inneren des Rechners befinden sich einige Steckplätze für Erweiterungskarten, deren Anschlüsse ebenfalls auf der hinteren Seite nach außen geführt werden.
Kompakt-Desktoprechner (inspiriert durch Apples Mac Mini) sind kaum größer als eine DVD und etwa 10 cm hoch. Sie verfügen meist über eine Festplatte und einen einzelnen DVD-Brenner. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Desktop-PCs sind sie aus Platzgründen so gut wie gar nicht erweiterbar, aber meist billiger. Eine andere Variante sind Rechner, die in den zugehörigen Monitor integriert sind. Auch hier machte Apple den Anfang mit dem iMac (ursprünglich mit Röhrenmonitor, seit einigen Jahren mit Flachbildschirm).
Laptops, auch Notebooks genannt, sind All-in-one-Rechner für unterwegs. In aller Regel können sie aufgeklappt werden und verfügen dann über eine Tastatur, die auf dem Tisch oder einer anderen Unterlage liegt, sowie über ein ungefähr hochkant stehendes LCD-Display. Die Display-Diagonale beträgt 12 bis 17 Zoll, das heißt, es gibt sehr kompakte und damit gut transportierbare Laptops sowie solche, deren Ausstattung einen Desktop-PC ersetzen kann.
Eine relative Neuentwicklung sind die seit 2008 verfügbaren Netbooks. Das erste Modell war der Asus Eee PC; seitdem ziehen zahlreiche Hersteller nach. Netbooks sind kleiner und sparsamer ausgestattet als Notebooks; ein DVD-Laufwerk passt nicht in das Gehäuse. Die Displaygröße beträgt 8 bis 10 Zoll.

Abbildung 3.2 zeigt die Vorder- und die Rückseite eines gut ausgestatteten modernen Desktop-PCs. Auf der Vorderseite erkennen Sie oben ein Blu-ray-Laufwerk, das natürlich auch DVDs und CDs verarbeiten kann. Auf der Geräterückseite finden Sie zahlreiche Anschlüsse. Links oben liegen die verschiedenen Buchsen der Onboard-Komponenten: mehrere USB- und USB-3.0-Anschlüsse, FireWire, eSATA, zwei Gigabit-Ethernet-Anschlüsse, Audio und so weiter. Unten sind die nach außen geführten Anschlüsse der Einsteckkarten zu finden, vor allem eine Grafikkarte mit DVI-, HDMI- und Displayport-Anschlüssen.

In Abbildung 3.3 sehen Sie das Innenleben desselben Rechners. Auch hier wurden die verschiedenen Komponenten im Bild beschriftet, um das Ganze übersichtlicher zu machen. In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Bestandteile genauer beschrieben.