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2023 | Buch

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Computer verstehen

Ein Streifzug durch das Innenleben eines Computers

verfasst von: Jürgen Nehmer

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Dieses Sachbuch ist eine leicht verständliche Einführung in die grundsätzliche Arbeitsweise von modernen Computern und Computernetzen, das keine Vorkenntnisse voraussetzt. Es richtet sich an neugierige, technisch interessierte Computer-Laien, aber auch an Schüler vor ihrer Berufswahl und Personen, die sich für eine berufliche Laufbahn im IT-Bereich interessieren.

Der in 16 übersichtlichen Kapiteln gestaltete Streifzug durch das Innenleben der modernen Computerwelt beginnt bei der Hardware-Architektur eines Computers und führt über Betriebssysteme und Computernetzwerke mit Schwerpunkt Internet bis hin zu Internetanwendungen und den zugrunde liegenden Softwaretechnologien.

Eine Besonderheit des Sachbuches ist dessen Fokussierung auf grundlegende Konzepte aus der Computerwelt. Fachtermini werden sparsam benutzt, dann aber auch erklärt. Auf produkt- und herstellerspezifische Details wird nur eingegangen, wenn sie sich als Quasi-Standards in heutigen Computersystemen durchgesetzt haben. Notwendige mathematische Betrachtungen zur Zahlendarstellung in Computern übersteigen nicht das Niveau elementarer Schulmathematik.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Das Prinzip der programmgesteuerten Maschine

Zusammenfassung

Computer gehören zur Gattung der programmgesteuerten Maschinen. Sie können aus vielen Arbeitsschritten zusammengesetzte Arbeitsgänge ohne Eingriff des Menschen durchführen. Wie prorammgesteuerte Maschinen grundsätzlich funktionieren, wird in diesem einführenden Kapitel erklärt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 2. Der Computer: Die programmgesteuerte mathematische Maschine

Zusammenfassung

Computer sind programmgesteuerte Maschinen, deren Werkzeuge und Arbeitsschritte allerdings mathematischer Natur sind. Deshalb kann man Computer als programmgesteuerte mathematische Maschinen begreifen. In dem Kapitel wird die Natur von Computerprogrammen näher analysiert und anhand einfacher Beispiele demonstriert.

Jürgen Nehmer

Kapitel 3. Die maschinelle Repräsentation von Daten

Zusammenfassung

Die Werkstücke eines Computers sind Daten, d. h. Zahlen, Texte, Grafiken, Audio- und Videosequenzen, die durch Programme bearbeitet werden. Ein fundamentales Problem ist die technische Repräsentation von Daten in der Technologie des Computers, d. h. mittels Elektronik. In dem Kapitel wird in diese Problematik eingeführt und gezeigt, dass die klassische Analogtechnik keine reproduzierbaren, exakten Datendarstellungen zulässt und deshalb als technologische Basis für Computer ungeeignet ist. Der Ausweg ist die Digitaltechnik.

Jürgen Nehmer

Kapitel 4. Digitaltechnik – Der Schlüssel zur exakten Zahlendarstellung

Zusammenfassung

Die Digitaltechnik ist eine Technologie, mit der sich unsere Naturgesetze überlisten lassen. Mittels Digitaltechnik gelingt es, Zahlen, Zeichen und sonstige Informationen durch eine Menge binärer Zustände, die durch jeweils ein Bit repräsentiert werden, exakt und reproduzierbar darzustellen, zu transportieren und zu speichern. In diesem Kapitel wird gezeigt, wie die Transformation von der Analogtechnik zur Digitaltechnik konzeptuell bewerkstelligt wird. Das Rechnen im binären (bzw. dualen) Zahlensystem wird ausführlich behandelt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 5. Codierung

Zusammenfassung

Durch Codierung werden den unterschiedlichen Informationstypen wie Zahlen, Zeichen, Zuständen, Grafiken, Audio- und Videosequenzen sowie Befehlen bestimmten Bitmuster zugeordnet. Erst durch Codierung erhalten Bitmuster eine Bedeutung und können korrekt interpretiert werden. In dem Kapitel wird die Codierung von Daten und Befehlen beispielhaft demonstriert und die internationalen Codierungsstandards für Zahlen und Zeichen vorgestellt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 6. Kanäle: Die Verbindung des Computers zur Außenwelt

Zusammenfassung

Ohne externe Geräte (sog. Peripheriegeräte) könnte ein Computer weder mit dem Nutzer kommunizieren, noch wäre er in der Lage, Steuerungsaufgaben in Fahrzeugen, Haushaltsgeräten und sonstigen technischen Anlagen durchzuführen. Den Anschluss peripherer Geräte an den Computer übernehmen Kanäle. In dem Kapitel werden die Grundstruktur und Arbeitsweise von Kanälen erläutert. Als ein prominentes Beispiel wird der internationale USB-Standard detailliert vorgestellt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 7. Das Langzeitgedächtnis eines Computers

Zusammenfassung

Warum stecken in einem Computer eigentllich zwei Typen von Speichern - Arbeitsspeicher und Massenspeicher? Auf diese Frage gibt dieses Kapitel eine Antwort.

Jürgen Nehmer

Kapitel 8. Der Traum vom (nahezu) unbegrenzten Arbeitsspeicher

Zusammenfassung

Seit den Anfängen des Computerzeitalters war der Arbeitsspeicher eine knappe Ressource, mit der Programmentwickler sorgsam umgehen mussten. Aufwendig für Programmentwickler wurde es, wenn der verfügbare Arbeitsspeicher nicht groß genug war, um das gesamte Programm mit den Daten aufzunehmen. In dem Kapitel werden zunächst die Konsequenzen eines zu kleinen Arbeitsspeichers aufgezeigt. Das Problem verschwand mit einer bahnbrechenden Erfindung, dem Virtuellen Speicher, der den Traum aller Programmentwickler von einem (nahezu) unbegrenzten Arbeitsspeicher Realität werden ließ. Das Konzept des Virtuellen Speichers wird in dem Kapitel ausführlich erklärt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 9. Betriebssysteme: Warum sie unentbehrlich sind

Zusammenfassung

Ein Computer ohne Betriebssystem ist wie ein PKW ohne Bedienungselemente im Fahrgastraum wie Lenkrad, Gaspedal, Kupplung, Bremse usw. Erst durch Betriebssysteme werden Computer handhabbar. In diesem Kapitel werden die Gründe dafür dargelegt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 10. Wenn der Computer erwacht: Der Bootprozess

Zusammenfassung

Wenn man einen Computer einschaltet, läuft ein komplexer Prozess ab, der Boot-Prozess, der den Computer exakt wieder in den Zustand wie unmittelbar vor dem Abschalten des Computers versetzt. Auch beim Abschalten des Computers darf nicht einfach der Strom ausgeschaltet werden wie bei einer Lampe. Vielmehr wird ein komplexer Prozess durchlaufen (Herunterfahren), der alle Maßnahmen beinhaltet, die für ein erfolgreiches Hochfahren des Computers notwendig sind. Welche Schritte beim Hoch- und Herunterfahren eines Computers durchlaufen werden, wird in diesem Kapitel beschrieben.

Jürgen Nehmer

Kapitel 11. Dateisysteme

Zusammenfassung

Auf einem modernen PC werden auf dem Massenspeicher Tausende von Programm- und Datenkomponenten langfristig gespeichert, die entweder durch das Betriebssystem oder die Nutzer dieses Computers bereitgestellt werden. Wie wird der gigantische Massenspeicher effizient verwaltet? Wie finde ich eine Programm- oder Datenkomponente schnell, ohne den gesamten Massenspeicher zu durchsuchen? Gibt es eine Möglichkeit, beim Zugriff zu Programm- und Datenkomponenten auf dem Massenspeicher gerätespezifische Details vollständig zu verbergen? Die Antwort auf diese und weitere Fragen liefern Dateisysteme. Dieses Kapitel führt in den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkunsweise von Dateisystemen ein.

Jürgen Nehmer

Kapitel 12. Vom Auftragseingang zur Auftragsabwicklung: Die Auftragsverwaltung

Zusammenfassung

Aufträge zur Ausführung von Programmen kommen von den Nutzern eines Computers, aber auch vom Betriebssystem selbst. Zu einem Zeitpunkt können deshalb immer mehrere Aufträge zur Ausführung von Programmen vorliegen. Mit diesem Problem müssen moderne Betriebssysteme umgehen können. Im Kern geht es darum, den Prozessor nach einer fairen Strategie den aktuell bestehenden Aufträgen zur Ausführung von Programmen zuzuteilen. Diese Kernaufgabe eines Betriebssystems übernimmt die Auftragsverwaltung, mit der sich dieses Kapitel beschäftigt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 13. Fenstersysteme: Der parallele Dialog mit mehreren Tasks

Zusammenfassung

Multitasking, d. h. die parallele Ausführung mehrerer Anwendungsprogramme im Computer, zieht ein Problem nach sich: Wie kann ein Computernutzer über einen Bildschirm, eine Tastatur und eine Maus mit mehreren Tasks in Kontakt treten, d. h. den Dialog mit diesen Anwendungen gleichzeitig bewerkstelligen? Die Antwort sind Fenstersysteme, die in jedem moderen Computer anzutreffen sind. In diesem Kapitel wird die Struktur und Arbeitsweise von Fenstersystemen vorgestellt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 14. Computernetze

Zusammenfassung

Unter einem Computernetz versteht man eine Menge von Computern, die untereinander verbunden sind, um Daten auszutauschen oder Programme zu nutzen, die auf dem eigenen Computer nicht verfügbar sind. Der Traum von der weltweiten Kommunikation zwischen Computern, der durch die Internettechnologie Realität wurde, eröffnete völlig neue Anwendungsperspektiven für den Computer - man denke nur an die heutige Verbreitung der Kommunikation mittels email. Dieses Kapitel führt in die Netzwerktechnologie ein, wobei der Fokus auf dem Internet liegt.

Jürgen Nehmer

Kapitel 15. Die Mutter aller Internetanwendungen: Das World Wide Web (WWW)

Zusammenfassung

Mit der Entwicklung des Internets stand nun eine Technologie zur Verfügung, mit der Computer weltweit kommunizieren können. Aber welche sinnvollen Anwendungen lassen sich damit realisieren und wie kann die Entwicklung von Internetanwendungen noch effektiver unterstützt werden? Mit dem World Wide Web (WWW) stand erstmalig eine Technologie zur Verfügung, mit der die Entwicklung von Internetanwendungen sowohl für Entwickler als auch für deren Nutzer dieser Anwendungen entscheidend vereinfacht wurde. Deshalb ist es nicht verkehrt, die WWW-Technologie als Mutter (fast) aller Internetanwendungen zu bezeichnen. Sie ist eine universelle Plattform für Internetanwendungen, die in diesem abschließenden Kapitel vorgestellt wird.

Jürgen Nehmer

Kapitel 16. Schlussbemerkung

Zusammenfassung

Der Streifzug durch das komplexe Innenleben von Computern endet hier. Es wäre sicherlich spannend, den Streifzug auf die zahlreichen bahnbrechenden Internet-Anwendungen auzudehnen, die seit Einführung des Internets entwickelt worden. Sie würden aber den Rahmen dieses Buches sprengen.

Jürgen Nehmer

Titel: Computer verstehen
verfasst von: Jürgen Nehmer
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-40314-0
Print ISBN: 978-3-658-40313-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-40314-0