Grundlagen der Informatik und Computersysteme

Computersysteme

Ein Computer ist ein System der Informationsverarbeitung. Er besteht aus der Menge der physischen Elemente (Hardware) und der logischen Elemente (Software), die es dem Benutzer ermöglichen, Informationen durch die effektive Kontrolle aller verfügbaren Ressourcen zu verarbeiten.

Hardware

Die Hardware umfasst alle physischen Komponenten, wie elektrische und elektromechanische Geräte, Schaltungen und Leitungen, die für die Verarbeitung von Informationen notwendig sind.

Software

Die Software umfasst alle logischen Elemente (Instruktionen, Befehle usw.), die erforderlich sind, um die vom Benutzer gewünschten Aufgaben auszuführen.

Definitionen

Ein Computer ist ein elektronisches Gerät, das Daten verarbeitet sowie arithmetische und logische Operationen ohne menschlichen Eingriff durchführt.

Informatik ist die Wissenschaft der automatischen und fundierten Informationsverarbeitung:

• Automatisch: Die Arbeit wird von Maschinen erledigt.
• Fundiert: Die Prozesse basieren auf menschlicher Vernunft.

Prozessoren und Leistung

Die Zentraleinheit (CPU) ist für die Ausführung von Programmen zuständig und vereint den Hauptspeicher, die Steuereinheit und das Rechenwerk.

• Supercomputer: Maschinen für Berechnungen, die eine extrem hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erfordern. Sie nutzen eine große Anzahl parallel arbeitender Prozessoren.
• Mainframe: Maschinen für große Unternehmen und Organisationen. Sie zeichnen sich durch die Unterstützung einer Vielzahl von Terminals oder Workstations aus.
• Mikrocomputer: Maschinen, deren Innenleben auf einem Mikroprozessor basiert. Sie decken grundlegende Anforderungen an Leistung, Handhabung und Preis ab.

Software-Kategorien

• Systemsoftware: Die essenzielle Software-Suite, damit die Maschine arbeiten kann.
• Betriebssysteme: Vermittler zwischen Anwender und Maschine, die Systemressourcen verwalten.
• Compiler: Übersetzen Quellprogramme in Objektprogramme nach der Prüfung auf Syntaxfehler. Ein Linker verbindet diese anschließend zu einem ausführbaren Programm.
• Interpreter: Übersetzen und führen Anweisungen der Ausgangssprache nacheinander aus.

Daten und Information

Information ist das zu verarbeitende Element in einem Programm, das den Erwerb von Wissen ermöglicht. Daten sind unbehandelte Informationen, die durch Verarbeitung in nützliche Ergebnisse umgewandelt werden.

Datentypen

• Numerisch: Für arithmetische Operationen.
• Alphabetisch: Bestehend aus Buchstaben.
• Alphanumerisch: Kombination aus Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen.
• Boolesch: Kann nur zwei Werte annehmen (wahr/falsch).

Komponenten des Prozessors

• Control Unit (UC): Überwacht und steuert den Betrieb anderer Computerelemente.
• Arithmetic-Logic Unit (ALU): Gruppe elektronischer Schaltungen für arithmetische (Addition, Subtraktion) und logische Operationen (Vergleiche).
• Register: Speichern Daten, mit denen gearbeitet wird, sowie Zwischenergebnisse von Operationen.