Grundlagen und Geschichte der Informatik

1) Definition von Computer

Die Informatik ist eine Wissenschaft, die sich mit der Untersuchung und Entwicklung der automatisierten Informationsverarbeitung befasst.

Der erste wichtige Schritt war die Erfassung der Daten auf einem dauerhaften Datenträger. Die Darstellung der fehlenden Menge durch ein spezielles Symbol (Null) war ein Durchbruch. Auch die Verwendung eines Stellenwertsystems, in dem jede Ziffer eine andere Größe darstellt, abhängig von der Position, die sie in der Folge einnimmt, war entscheidend.

Die zweite Phase des Prozesses zur Erlangung von Informationen waren die arithmetischen Rechenregeln. Die dritte Phase war der Einsatz von Maschinen, um Berechnungen durchzuführen. Das erste Instrument zur Erleichterung arithmetischer Aufgaben war der Abakus.

Charles Babbage entwarf im Jahr 1830 den ersten mechanischen Computer, der in der Lage war, Berechnungen durchzuführen. Im Jahre 1887 baute Herman Hollerith eine Volkszählungsmaschine für die USA. Erst in der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts entstanden die ersten modernen Computer.

2) Geschichte des Computers

1. Erste Generation (1946–1954)

Die ersten elektronischen digitalen Computer waren riesig und wurden in den USA mit Vakuumröhren gebaut. Im Laufe der Zeit wurden sie kleiner und die Rechenkapazität stieg. Ab 1951 wurden Computer in Serie hergestellt, was die "Computer-Revolution" auslöste.

2. Zweite Generation (1955–1964)

Diese Generation basierte auf der Einführung des Transistors, der die alten Röhren ersetzte. Zudem kamen Ferritkerne und magnetische Trommeln zur Speicherung von Informationen zum Einsatz.

3. Dritte Generation (1965–1970)

Diese Generation nutzte Hardware-Chips und ersetzte die Transistorschaltungen, was die Größe weiter reduzierte. Als Hauptspeicher wurden Halbleiter anstelle von Ferritkernen verwendet; zudem wurde der virtuelle Speicher eingeführt.

4. Vierte Generation (1971–1981)

LSI-Schaltungen erschienen, die viele logische Gatter auf wenigen Millimetern vereinten. Es entstand der erste Mikroprozessor, bestehend aus Millionen von Transistoren und Widerständen. Zudem erschienen Timesharing-Betriebssysteme mit virtuellem Speicher.

5. Fünfte Generation (ab 1982)

In dieser Generation entwickelten sich PCs, basierend auf dem MS-DOS-Betriebssystem. Es wurden immer leistungsfähigere Modelle und Laptops entwickelt. Ein Merkmal dieser Generation ist die "Intelligenz", da der Benutzer direkt in natürlicher Sprache mit dem System kommunizieren kann.

3) Grundlegende Säulen des Computers

• Hardware: Repräsentiert den physikalischen Teil eines EDV-Systems (Kabel, Monitor, Tastatur etc.). Sie besteht aus zwei Bereichen: der zentralen Einheit zur Informationsverarbeitung und den Peripheriegeräten.
• Software: Der immaterielle Teil des Computers. Sie umfasst die Programme, mit denen gearbeitet wird, sowie die Steuerung der Hardware-Komponenten.
• Menschliches Element: Fachleute, die sich mit Forschung, Entwicklung, Betrieb und Schulung befassen.

4) Die Central Processing Unit (CPU)

Die Central Processing Unit (CPU) oder der Mikroprozessor ist das Zentrum des Computers und für die Verarbeitung sowie alle Berechnungen zuständig.

• Steuergerät: Verwaltet den gesamten Betrieb des Computers.
• Arithmetisch-logische Einheit (ALU): Eine komplexe Schaltung für arithmetische und logische Operationen.
• Zentraler Speicher: Speichert Programme und Daten, die für den Systembetrieb erforderlich sind.

Das Motherboard

Das Motherboard verbindet alle Elemente des PCs. Wichtige Komponenten sind:

• Mikroprozessor (CPU)
• Steckplätze für Erweiterungskarten (z. B. Soundkarte)
• Speichersteckplätze
• BIOS-Batterie und ROM-BIOS
• Systembus für den Datentransport
• Chipsatz zur Verwaltung der Busse
• Anschlüsse für externe Peripherie
• Stromanschluss

Busse

Busse sind parallele elektrische Leiter, die Komponenten verbinden (Datenbus, Adressbus, Steuerbus). Man unterscheidet zwischen internen Bussen (im Prozessor) und externen Bussen (Verbindung verschiedener Hardware-Elemente).

5) Speicher

Das Ziel des Speichers ist die Aufbewahrung von Informationen (Daten und Software) für den späteren Abruf. Die gesamte Speicherkapazität ist ein wesentlicher Faktor für die Leistung eines Computers.