Wie funktioniert ein Computer?

[schoss]

Hallo,

ja wie funktioniert denn nun so eine Maschine?
Klar es fließen Elektronen durch (ferromagnetische) Leiter z. B. Kupfer.

Aber was passiert in der CPU wie weiss der Strom wohin er fließen muss, im Motherboard und wie wird dieser Stromfluss ausgewertet und weiterverarbeitet?

Ich kann mir das alles nicht erklären.

Was ich brauche ist einfach eine Beschreibung wie ein Computer funktioniert.
Und ich verlange nicht nach einer Erklärung wie dann fliest Strom von der CPU zum Arbeitsspeicher und wieder zurück und dann zurück zur Steckdose.

Kann mir jemand sowas liefern?

[King^Lully]

Und ich verlange nicht nach einer Erklärung wie dann fliest Strom von der CPU zum Arbeitsspeicher und wieder zurück und dann zurück zur Steckdose.

Du solltest Dich unbedingt bei Wikipedia i.p. Computer (und Transistorradio ;) informieren, die Infos sind kostenfrei.

Computer kommunizieren über elektromagnetische Modulationen, soweit ich weiss.   ;)

[_roro]

moin,

Du solltest Dich unbedingt bei Wikipedia i.p. Computer (und Transistorradio ;) informieren, die Infos sind kostenfrei.

nene, nicht das Transistorradio - in dem nämlich arbeiten Transistoren analog. In einem Computer hingegen, arbeiten Transistoren als Schalter, da gibts nur ein/aus.

Ansonsten, ja, der Transistor ist schon _das_ aktive Bauelement schlechthin in VLSI-Schaltkreisen, die sogar schon zu DDR-Zeiten gefertigt wurden, nSGT, pSGT, CMOS... ich bin seit 1995 raus aus der Halbleiter-Vorproduktion, die letzten Siliziumscheiben, die ich geätzt habe waren Wafers für ASICs.

Viele Grüße, Rolf

[Hopsel]

Hi schoss!

Kann mir jemand sowas liefern?

Ich glaube, du suchst die Grundprinzipien der Rechnerarchitektur.

Allerdings ist das Thema nicht sehr einfach und erfordert eine hohe Konzentration. An der Uni hast du im Grundstudium als (Medien)Informatiker zwei ganze Semester mit dem Stoff zu tun. Mindestens...

MfG H☼psel

[rob]

Hi!

Kann mir jemand sowas liefern?

Du könntest mal hier in diesem kostenlosen Buch schauen:
Das Kompendium der Informationstechnik.
Wenn ich mich richtig erinnere, beginnt das Buch mit technischen Grundlagen und der Hardware.

Schöner Gruß,
rob

[Rollergirl]

Kann mir jemand sowas liefern?

Selbstverständlich! Wieviel Euro willst Du denn für eine Supi-
Beschreibung ausgeben?

[Manuel B.]

Ich grüsse den Cosmos,

Selbstverständlich! Wieviel Euro willst Du denn für eine Supi-

2,50€
Denn wenn diese Beschreibung die gleiche Qualität hat, wie deine anderen Postings hier, ist das auch schon überzahlt

SCNR

Möge das "Self" mit euch sein

[Manuel B.]

Ich grüsse den Cosmos,

Hallo,

ja wie funktioniert denn nun so eine Maschine?
Klar es fließen Elektronen durch (ferromagnetische) Leiter z. B. Kupfer.

Da muss gart nichts fliesen. Die ersten Computer waren komplett mechanisch und wurden u.a. von den Aztekten und Inkas gebaut. Später benutzten die Ägypter andere mechanische Rechenmaschinen um z.B. Sternenkonstellationen zu berechnen.

Und das andere Extrem sind dann optische Chips, da fliest auch keine Elektron.

Möge das "Self" mit euch sein

[Gunnar Bittersmann]

Hello out there!

Da muss gart nichts fliesen.

Doch: Information.

Die ersten Computer waren komplett mechanisch und wurden u.a. von den Aztekten und Inkas gebaut.

Nein, nicht jede Rechenmaschine ist ein Computer.

See ya up the road,
Gunnar

[Manuel B.]

Ich grüsse den Cosmos,

Nein, nicht jede Rechenmaschine ist ein Computer.

Noch gar nicht solange her, da gab es einen Bericht über ein mechanisches Gerät, das ähnlich wie ein einfacher Prozessor arbeitet. Das ganze wurde mit 74 (so in etwa) Zahnrädern realisiert.

Ob man sowas aber als Computer bezeichnet, dürfte wohl in den Bereich "Glaubensfrage" gehen. Computer ist ja abgeleitet von "to compute", was nichts anderes, als "Rechnen" bedeutet. Somit ist ja dann jede Rechenmaschine auch ein Computer.
Wie gesagt, IMO eine Glaubensfrage. Und obs dem OP hilft, kann ich auch nicht sagen ;)

Möge das "Self" mit euch sein

[Johannes Zeller]

Hallo Manuel,

Da muss gart nichts fliesen. Die ersten Computer waren komplett mechanisch und wurden u.a. von den Aztekten und Inkas gebaut. Später benutzten die Ägypter andere mechanische Rechenmaschinen um z.B. Sternenkonstellationen zu berechnen.

Bringst du da nicht etwas die zeitliche Reihenfolge der genannten Zivilisationen durcheinander? ;-) Es gab zwar auch schon Rechenmaschinen vor der Erfindung des Computers, diese waren aber für spezielle Aufgaben konstruiert und nicht programmierbar.

Allerdings spricht außer der Effizienz auch nichts gegen einen mechanischen Computer, Charles Babbage hatte schon vor über 150 Jahren sehr interessante Ideen.

Gruß,

Johannes

[JürgenB]

Hallo schoss,

ich glaube, das hier ist das Richtige für Dich:

http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/computer/

Klar es fließen Elektronen durch (ferromagnetische) Leiter z. B. Kupfer.

Allerdings solltest Du Dich erst mal mit Physik beschäftigen.

Gruß, Jürgen

[Bla]

ja wie funktioniert denn nun so eine Maschine?
Klar es fließen Elektronen durch (ferromagnetische) Leiter z. B. Kupfer.

Wenn wir uns mal auf das Wesentliche, also den Prozessor und ein wenig Speicher beschränken und alles drumherum wie Festplatten, CD-Laufwerke, Tastatur oder die Titan-Neon-Hyperflow-Supercooling-Einheit weglassen:

a) Mit Magnetismus hat das Ganze nichts zu tun.
b) Kupfer ist von allen relevanten, elektrisch leitenden Materialen jenes, das am wenigsten zum Rechenprozess beiträgt. Schaltvorgänge wären ohne Halbleitermaterialien, von denen das bekannteste sicher Silizium ist, nicht möglich. Kupfer dient lediglich als Zuleitung, die Halbleiterscheibe wird mit den Anschlüssen des Chips zudem eher mit Goldfäden verbunden.
c) In modernen Schaltkreisen wird nicht mehr der Strom genutzt, sondern einzig das Vorhandensein einer Spannung. Das, was an Strom in den Prozessor rauscht, sind Verluste, die beim Weitergeben einer Spannung entstehen. Das kannst du dir ein bisschen wie bei einer Eimerkette vorstellen: Da fließt auch kein Wasser, aber es wird trotzdem immer neues Wasser benötigt.

Aber was passiert in der CPU wie weiss der Strom wohin er fließen muss, im Motherboard und wie wird dieser Stromfluss ausgewertet und weiterverarbeitet?

Halbleiter
----------
In normalen Leitern werden Elektronen wie in einer Perlenkette weitergereicht, schiebt man vorne eins rein, fällt hinten eins raus, die dazwischen hüpfen jeweils zum nächsten Atom.

In Halbleitern kann man, technisch-physikalisch nicht so ganz korrekt dargestellt, Löcher in dieser Perlenkette produzieren oder aber einen Überschuss an Elektronen vorsehen. Diese Unregelmäßigkeit stört den Elektronenfluss bzw. unterbricht ihn, nur durch eine zusätzliche Spannung in diesem Bereich bringt man den Kram wieder in Bewegung (Spannung bedeutet immer, das Elektronen angezogen oder abgestoßen werden). Alternativ kann man auch zusätzliche Elektronen in den Bereich "einschießen" bzw. "absaugen", diese Technik ist aber in modernen Rechensystemen wegen des Stromverbrauchs nicht mehr in Verwendung, siehe Punkt c) oben.

Das Ganze funktioniert übrigens auch andersrum, man kann durch eine zusätzliche Spannung alle Elektronen aus einem Bereich "verjagen" und damit den Fluss unterbrechen.

Transistor
----------
Grundbaustein ist immer der Transistor, ein in der Funktion simples Bauteil, das als Schalter eingesetzt wird: Es hat drei Anschlüsse, einen Eingang, einen Ausgang, dazwischen der (Halbleiter-) Schalter. Der Schalter wird über den dritten Anschluss gesteuert, wird Spannung angelegt, öffnet der Schalter, wird sie weggenommen, schließt der Schalter (oder umgekehrt, je nach verwendetem Halbleiter, das tut jetzt aber erstmal nichts zur Sache).

Binärlogik
----------
Mit zwei solchen Schaltern kannst du schon zwei wichtige, wenn nicht die wichtigsten Logikschaltungen bauen, die Und- und die Oder-Schaltung. Hängst zu zwei Schalter in Reihe, hast du eine Und-Schaltung, das bedeutet, Schalter 1 UND Schalter 2 müssen eingeschaltet sein, um die gesamte Schaltung (das Ergebnis) einzuschalten:

(+)····Schalter 1····Schalter 2····Lampe····(-)

Analog läuft es bei der Oder-Schaltung, nur das die Schalter hier parallel sitzen. Es kann daher Schalter 1 ODER Schalter 2 die Lampe zum Leuchten bringen:

(+)·····Schalter 1···
     ·              ·
     ···Schalter 2·····Lampe·····(-)

Eine Und-Schaltung wird meist mit einem &, eine Oder-Schaltung mit einem | gezeichnet. Als dritte Schaltung gibt es noch das Nicht, als Einzelschaltung bekommt es meist ein !. (Es gibt noch andere Darstellungmöglichkeiten, die lassen sich hier aber schlechter wiedergeben, deshalb bleibe ich der Einfachheit halber bei denen sicher auch aus Programmiersprachen bekannten.)

Mit diesen drei Grundschaltkreisen kannst du nicht nur weitere Logikschaltungen, sondern auch einen kompletten Computer aufbauen.

Rechnen
-------
Mit unseren Und- und Oder-Schaltungen können wir jetzt schon rechnen, genauer gesagt eine binäre Addition durchführen. Es gibt vier Möglichkeiten, zwei Binärzahlen zu addieren:

A   B   Q  R
0 + 0 = 0
0 + 1 = 1
1 + 0 = 1
1 + 1 = 0, Übertrag 1

Du wirst schnell erkennen, dass das in den ersten drei Zeilen eine Oder-Schaltung ist:

A ····
     |··· Q
B ····

Für den Fall 1 + 1 müssten wir das noch etwas erweitern:

A ····
     |·······
B ····      ·
            &··· Q (Summe)
A ····      ·
     &···!···
B ···· ·
       ········· R (Übertrag)

Fertig ist die 1-Bit-Addierschaltung. Du wirst sie unter Elektronikern auch als Exklusiv-Oder-Schaltung finden, das ist eine Oder-Schaltung, die nur dann "Ein" ausgibt, wenn wirklich nur ein einzelner Eingang "ein" ist.

Speicherzellen
--------------
Da wir das Ergebnis auch irgendwo zur Weiterverarbeitung hinpacken wollen, muss es in einer Speicherzelle gespeichert werden. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten, eine wäre das Flipflop. In dem Artikel wirst du nicht nur sehen, dass sich auch eine Speicherzelle wieder aus den drei oben beschriebenen Logikzellen zusammensetzt (bzw. zweien davon, dem Und und dem Nicht (im Schaltzeichen als ° am Ausgang zu erkennen), zusammengefügt zu einem NAND (not and)), sondern auch irgendwo einen Takteingang entdecken, der es ermöglicht, Schrittweise vorzugehen, eine essentielle Grundlage jeder Programmierung.

Computer
--------
Erscheint dir bis hierhin zu banal für einen richtigen Computer? Ist es auch, aber der Prozessor in deiner Kiste unterm Schreibtisch verfügt über gut und gerne 20 bis 30 Millionen Transistoren. Bedenke: Ein Computer ist stockdoof, aber sauschnell.