Einführung in Maßeinheiten, Software & Betriebssysteme

Digitale Maßeinheiten und Datenspeicherung

Computer verarbeiten digitale Informationen, die im Gegensatz zu analogen Signalen durch Ziffern dargestellt werden. Während wir im Alltag das Dezimalsystem verwenden, erkennen Computerschaltungen nur zwei Zustände: das Vorhandensein eines Signals (dargestellt als 1) und das Fehlen eines Signals (dargestellt als 0). Diese Sprache aus Einsen und Nullen wird als Binärsystem bezeichnet.

Jede einzelne Ziffer (0 oder 1) in diesem System wird Bit (Binary Digit) genannt. Eine Gruppe von 8 Bits wird als Byte oder Oktett bezeichnet. Mit 8 Bits lassen sich 256 verschiedene Kombinationen darstellen, die beispielsweise im ASCII-Code (American Standard Code for Information Interchange) zur Codierung von Zeichen verwendet werden.

Bytes dienen als Maßeinheit für die Speicherkapazität, z. B. von CDs, DVDs oder RAM. Die gängigen Einheiten sind:

• 1 Byte (B) = 8 Bit (b)
• 1 Kilobyte (KB) = 1.024 Byte
• 1 Megabyte (MB) = 1.024 KB
• 1 Gigabyte (GB) = 1.024 MB
• 1 Terabyte (TB) = 1.024 GB
• 1 Petabyte (PB) = 1.024 TB

Was ist Software? Eine Klassifizierung

Software bezeichnet die Gesamtheit aller Computerprogramme, Verfahren, Regeln und zugehörigen Daten, die die Funktionsweise eines Computers steuern. Sie ist der immaterielle Teil des Systems, im Gegensatz zur physischen Hardware. Software lässt sich in folgende Kategorien einteilen:

• Systemsoftware: Diese Software ist die Grundlage, damit die Hardware überhaupt funktioniert. Sie verwaltet die Systemressourcen. Beispiele sind Betriebssysteme wie Windows, Linux, Unix oder macOS.
• Programmiersoftware: Dies sind Werkzeuge, die es Programmierern ermöglichen, neue Computerprogramme zu entwickeln. Dazu gehören verschiedene Programmiersprachen wie Visual Basic, C++, Pascal, Java oder HTML.
• Anwendungssoftware (Applikationen): Diese Programme ermöglichen es dem Benutzer, spezifische Aufgaben zu erledigen. Beispiele hierfür sind Textverarbeitungsprogramme, Office-Pakete, Spiele oder Simulationsprogramme.

Die Rolle des Betriebssystems

Ein Betriebssystem (OS) ist ein Programm oder eine Sammlung von Software, das die Ausführung anderer Anwendungsprogramme steuert und als Schnittstelle zwischen dem Benutzer und der Computer-Hardware fungiert.

Hauptmerkmale eines Betriebssystems

• Komfort: Ein Betriebssystem macht die Nutzung des Computers komfortabler und einfacher.
• Effizienz: Es ermöglicht eine effiziente Nutzung der Systemressourcen.

Funktionen aus Benutzer- und Systemsicht

Funktionen aus Benutzersicht

• Schaffung einer benutzerfreundlichen Arbeitsumgebung für das Laden und Ausführen von Programmen.
• Verwaltung von Speicher und Überprüfung der Hardware.
• Abstraktion der Hardware, sodass der Benutzer nicht direkt mit ihr interagieren muss.

Interne Systemfunktionen

• Verteilung der Ressourcen (CPU-Zeit, Speicher) auf verschiedene Prozesse (laufende Programme) und Benutzer.
• Steuerung der Computerkomponenten (Speicher, CPU, Ein-/Ausgabegeräte) auf geordnete und kontrollierte Weise.
• Optimierung der Systemleistung.

Historische Entwicklung von Betriebssystemen

Die Entwicklung von Betriebssystemen ist eng mit der Evolution der Hardware verknüpft und kann in Generationen unterteilt werden.

Erste Generation (1945–1955)

Die ersten Computer in den 1940er Jahren hatten kein Betriebssystem. Programmierer interagierten direkt mit der Hardware in Maschinensprache (bestehend aus 0en und 1en). Das erste Betriebssystem wurde 1956 von IBM entwickelt. Seine Hauptaufgabe war es, ein Programm automatisch zu starten, nachdem das vorherige beendet war. Als Ein- und Ausgabegeräte dienten Lochkartenleser und Drucker.

Zweite Generation (1955–1965)

Die Ein- und Ausgabegeräte wurden durch schnellere Magnetbänder verbessert, die eine Liste von Aufträgen (Jobs) mit verschiedenen Programmen enthielten. In den 1960er Jahren revolutionierten neue Konzepte die Betriebssysteme: Es entstanden Multitasking-, Mehrbenutzer- (Multi-User), Multiprozessor- und Echtzeitsysteme. Ende der 1960er Jahre erschien UNIX, das die Grundlage für die meisten heutigen Betriebssysteme bildet. Gleichzeitig entstanden höhere Programmiersprachen wie FORTRAN.