Aufbau eines Computersystems
Ein Computersystem setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen, ohne die er nicht produktiv arbeiten kann. Hier geben wir einen Überblick zum Aufbau eines Systems.
1. Der Prozessor (CPU - Central Processing Unit)
Der Prozessor ist und bleibt das Herz eines Computers. Es ist die Komponente, die Informationen in Form von elektrischen Zuständen verarbeitet/aufarbeitet. Diese Komponente übernimmt alle grundlegenden Aufgauben der Rechenarbeit in Form von 2 Zuständen (Bit). 1 und 0. Das Clustern dieser Zustände in festen Größen erlaubt es dem System, aus den Zuständen verwertbare Informationen zu machen. Der bekannteste und auch heute noch gebräuchlichste Zusammenschluss von Zuständen ist das Byte, das aus 8 Bit mit jeweils 2 Zuständen besteht. Das Byte kann folglich 256 Zustände annehmen. Aus den 2 Zuständen eines Bits resultiert auch die noch heute gebräuchliche Art der 2er Folgen bei zum Beispiel der Größe des Arbeitsspeichers.
Die Geschwindkeit eines Prozessors wurde früher auf Grund weniger Architekturen fast ausschließlich über die Taktfrequenz definiert. Je höher der Takt war, um so schneller rechnete das System. Diese Eigenschaft wurde aber im Verlauf der Entwicklung absolet. Denn physikalisch ließen sich irgendwann hohe Taktraten nicht mehr effektiv kühlen und man fing an, die Effizienz eines Taktes zu erhöhen (IPC). Man hat die Instruktionen pro Takt immer weiter erhöht. Mit der Zeit etablierten sich weitere Klassen von Prozessoren. APU, Prozessor mit integrierter Grafikeinheit oder SoC's nehmen immer größeren Stellenwert bei Dektopsystemen ein.
2. Der Arbeitsspeicher/Hauptspeicher (RAM - Random Access Memory)
Der Arbeitsspeicher (kurz RAM) ist eine Komponente, die elektrische Zustände in Form von Bits (geclustert zu Bytes) temporär speichern kann. Die Abkürzung Random Access Memory basiert auf der Eigenschaft, das der Speicher komplett adressiert und somit beliebig auslesbar ist. Der Prozessor kann direkt über eine Adresse eine ganz bestimmte Information sofort abrufen oder eine Information direkt an einer Adresse ablegen. Der Speicher ist flüchtig und funktioniert nur als Speicher, solange die Module mit Strom versorgt werden. Daraus und aus dem direkt adressierbaren Speicher resultiert eine 2. unabdingbar wichtige Eigenschaft von Arbeitsspeicher: Die Geschwindigkeit
Abweichend zu Festspeichern geht das schalten und aufrechthalten von elektrischen Zuständen deutlich schneller als das schreiben von Informationen auf magnetischen oder mechanischen Festspeichern.
3. Das Mainboard/Motherboard (z.D. Hauptplatine)
Die Hauptplatine ist im Grunde das verbindende Element aller Komponenten. Auf dieser Platine haben Soundchip, Bus-Systeme, Peripherieanschlüsse und Chipsatz ihren Platz. Der Chipsatz übernimmt die Kommunikation zwischen den Komponenten und kann das System um zusätzliche Komponente erweitern. Es ist absolut wichtig, das der Prozessor zum einen mit dem Sockel und zum anderen mit dem Chipsatz kompatibel sind, damit ein System funktioniert.
4. Festspeicher (Festplatte, Solid State Drive etc.)
Der Festspeicher dient zum primären (nicht-flüchtigen) speichern von Informationen/Daten. Die Entwicklung von Festspeichern ging im Grunde nur sehr langsam vorran. Am Anfang waren Lochkarten, dann magnetische Bandspeicher und danach über sehr viele Jahre die magnetischen Festplattenspeicher etabliert. Erst vor wenigen Jahren kamen als Festspeicher (nicht Wechseldatenträger) die Flashspeichervarianten hinzu. Zuvor wurden Festplatten nur optimiert (Übertragungsraten, Datenpackdichte etc.). Mit Flashspeichern hat man nun Laufwerke geschaffen, die in ihrer Geschwindigkeiten bis um den Faktor 20 schneller sein können (Bus-Abhängig). Durch das wegfallen jeglicher Mechanik wurden zudem die Zugriffszeiten bis auf unter einer Millisekunde reduziert.
5. Grafikkarte (GK - nicht GPU!)
Eine Grafikkarte ist je nach Plattform eine wichtige Komponente, um mit einem Computersystem zu arbeiten. Die Grafikkarte besitzt ein eigenes Rechenwerk (GPU - Graphics Processing Unit) und hat einen ähnlichen Aufbau wie ein eigenes Computersystem. Neben der GPU besitzt eine Grafikkarte auch Arbeitsspeicher und eine Hauptplatine. Der Unterschied zwischen dem CPU und der GPU ist allerdings, das die GPU Architekturbedingt darauf ausgelegt ist, sich überwiegend um geometrische oder physikalische Berechnungen zu kümmern. In der heutigen Zeit beitzen GPU's unzählige Rechenkerne und arbeiten extremst parallelisiert. Aber auch bei Desktop-Anwednungen spielen Grafikkarten eine immer wichtigere Rolle. Denn es haben sich einige Schnittstellen etabliert, mit denen der Computer bestimmte Arten von Berechnungen auf die Grafikkarte auslagern kann. Gerade bei Berechnungen mit hoher parallelisierung macht dies sehr viel Sinn. Bei Computerspielen übernimmt die Grafikkarte die geometrischen Berechnungen (je nach karte auch die physikalischen Berechnungen) und das Rendern der 3D-Informationen zu einem fertigen Bild. Die Geschwindigkeit und die architektonischen Bedingungen, mit der die Grafikkarte dies tut definiert, wie oft eine Grafikkarte ein neues Bild in einer bestimmten Zeit berechnen kann. Die übliche Messgröße ist eine Sekunde (FpS - Frames per Second - Bilder die Sekunde).
