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Computer sind Mehrzweckmaschinen, die darauf ausgelegt sind, Anweisungen zur Ausführung von Datenverarbeitungsaufgaben zu folgen. Obwohl die spezifische Architektur verschiedener Computertypen unterschiedlich sein kann, erreichen alle Computer Datenverarbeitung unter Verwendung von fünf Grundelementen des Computersystems: Eingabe, Ausgabe, Datenpfad, Steuerung und Speicher. Jedes dieser Elemente ist einem oder mehreren Hardwaregeräten zugeordnet, die in den Computer eingebaut oder extern angeschlossen sind.
Elemente eines Computers:
Eingang und Ausgang
Die Kommunikation mit der Außenwelt erfolgt über die Ein- und Ausgabeelemente des Computersystems. Daten werden über externe Hardwaregeräte wie Mäuse, Tastaturen, Touchscreens und Speichergeräte in einen Computer eingegeben. Sobald die Daten verarbeitet wurden, können sie in ein menschenlesbares Format zur Ausgabe an Geräte wie Drucker, Displays, Lautsprecher oder Kopfhörer umgewandelt werden. Der Computer kann auch Daten in andere Ausgabeformate umwandeln, wie zum Beispiel elektrische Signale zur Steuerung automatisierter Geräte.
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Datenpfad-Element
Das Datenpfadelement besteht aus mehreren Einheiten, die die Datenverarbeitung innerhalb der CPU (Central Processing Unit) durchführen, die oft als das Gehirn des Computers bezeichnet wird. Die CPU interpretiert Programmieranweisungen und steuert interne und externe Geräte. Eine der wichtigsten Einheiten innerhalb der CPU ist die ALU (Arithmetic Logic Unit), die arithmetische und logische Operationen an Daten durchführt. Einige Computer verfügen über eine dedizierte Grafikverarbeitungseinheit (GPU), um die Hochgeschwindigkeitsanzeige komplexer visueller Bilder zu unterstützen. Der Datenpfad enthält auch Schaltungen und Register, die Systemzustände verfolgen, wie beispielsweise den Programmzähler für die aktuell ausgeführte Software.
Bedienelement
Das Steuerelement des Computers ist für den Datenaustausch zwischen Speicher und CPU verantwortlich. Dieses Element koordiniert die Ausführung von Programmanweisungen mit allen anderen Elementen des Computersystems, indem es Zeit- und Steuersignale bereitstellt. Die Aufgabe des Steuerelements übernimmt die Control Unit (CU), die bei den meisten modernen Computern Teil der CPU ist. Die Steuereinheit wird oft als das zentrale Nervensystem des Computers bezeichnet.
Speicherelement
Computer verwenden beim Ausführen von Operationen sowohl internen als auch externen Speicher. Der interne Speicher wird verwendet, um die Softwareanweisungen und zugehörigen Daten für Programme zu speichern, die derzeit ausgeführt werden. Der interne Speicher besteht aus RAM (Random Access Memory), der temporär ist, da er Daten nur bei eingeschalteter Stromversorgung speichert. Wenn der Computer ausgeschaltet wird, wird der Speicher gelöscht. Daten, die vom Computer nicht verwendet werden, werden normalerweise im externen Speicher auf Geräten wie Festplatten und Flash-Laufwerken gespeichert.
