Direkt zum Inhalt

Lexikon der Mathematik: Computer

programmierbare Anlage zur Informationsverarbeitung.

Nach der Natur der zu verarbeitenden Information unterscheidet man Analogrechner (stetige Information, z. B. Meßgrößen), Digitalrechner (diskrete Information, z. B. Zahlen, Wahrheitswerte) sowie Hybridrechner (gemeinsame Verarbeitung analoger und digitaler Daten). Wegen der Dominanz der Digitalrechner in vielen Bereichen wird der Begriff Computer oft nur auf Digitalrechner bezogen.

Analogrechner stellen Information durch physikalische Größen dar (meist als Spannung). Mathematische Operationen werden durch spezielle Schaltungen, z. B. auf der Basis von Operationsverstärkern, realisiert. Es gibt Schaltungen, die Integrations- und Differentiationsaufgaben lösen können. Analogrechner sind deutlich weniger verbreitet als Digitalrechner und werden z. B. für Steuerungs-, Regelungs- und Simulationsaufgaben eingesetzt.

Digitalrechner verarbeiten diskrete Werte, meist Binärzahlen eines endlichen Wertebereichs. Komplexere Informationen werden durch Binärzahlen codiert. Ein typischer Digitalrechner besteht aus einem Prozessor, einem Hauptspeicher und mehreren Peripheriegeräten.

Der Prozessor enthält einige Register zur Speicherung von Operanden, die arithmetisch/logische Einheit zur Ausführung elementarer Operationen und das Steuerwerk zur Organisation der Abarbeitungsfolge. Ein Systembus vermittelt Steuerinformationen, Adressen und Daten zwischen Prozessor und anderen Rechnerbestandteilen. Programme sind als Folgen von Binärzahlen im Programmspeicher abgelegt. Zur Programmabarbeitung liest das Steuerwerk den Befehl, der unter der im Befehlszählerregister abgelegten Adresse steht, aus dem Hauptspeicher und initiiert die Ausführung des Befehls durch die arithmetisch/logische Einheit (Operation) bzw. durch angeschlossene Geräte (laden, speichern).

Im Hauptspeicher werden Daten und Programme abgelegt. Jeder Speichereinheit (z. B. einem Byte) wird eine Adresse zugeordnet, über die die Speichereinheit gelesen bzw. geschrieben werden kann.

Zu den Peripheriegeräten zählen Massenspeicher (Festplatte, Magnetbandgerät, Diskettenlaufwerk, CD-ROM, usw.) zur längerfristigen Lagerung von Daten, Kommunikationsgeräte (z. B. Modem, Netzwerkkarte) zur Verbindung mit anderen Rechnern sowie Ein-/Ausgabegeräte (z. B. Tastatur, Bildschirm, Maus, Scanner, Drucker) zur Interaktion zwischen Mensch und Computer.

Ein Computer kann mehrere Prozessoren haben, die auf einen gemeinsamen oder auf jeweils eigene Hauptspeicher zurückgreifen.

Neben der Gerätetechnik (Hardware) werden auch die zum Betrieb notwendigen Programme (Software) als integrale Bestandteile eines Computers gezählt. Dazu gehören das Betriebssystem und je nach Verwendungszweck ein Satz von Anwenderprogrammen.

Das Betriebssystem verwaltet die Rechnerressourcen (Prozessor, Speicher, Peripheriegeräte) und teilt sie den gerade laufenden Programmen zu. Es organisiert die gemeinsame Nutzung des Rechners durch verschiedene Nutzer und stellt Nutzern eine maschinenunabhängige Arbeitsumgebung zur Verfügung.

Eine Vielzahl von Anwendungsprogrammen erlaubt die Verwendung eines Computers zu verschiedensten Zwecken. Einige wenige Beispiele sind Textverarbeitung, Datenbankverwaltung, Computerspiele, Internetbrowser, Kalkulationsprogramme oder Numerikpakete.

Der Entstehung von Computern liegt der alte Menschheitstraum von der Mechanisierung des Rechnens zugrunde. Die Idee einer programmierbaren Maschine wird Charles Babbage (1792–1871) zugeschrieben, der ab 1834 seine mechanische Analytical Engine konzipierte, deren Grundstruktur heutigen Digitalrechnern ähnelte. Die Entwicklung funktionstüchtiger Computer wurde durch militärische Projekte (Dechiffrierung, Raketensteuerung und -flugbahnberechnung, Atombombenentwicklung) im Zusammenhang mit dem zweiten Weltkrieg ausgelöst, wo derart umfangreiche Berechnungen notwendig waren, daß sie durch menschliche Rechner (engl. Computer) nicht mehr zu bewältigen waren. Daneben gab es auch zivile Bedürfnisse, z. B. Volkszählung oder Buchhaltung großer Unternehmen.

Die ersten Maschinen (z. B. Z3 (1941) von Konrad Zuse, MARK I (1941) von Howard Aiken), arbeiteten mechanisch und elektromechanisch. Es folgten Rechner auf der Basis von Elektronenröhren (COLOSSUS (1943) in Großbritannien, ENIAC (1946) in den USA). EDVAC, ein Nachfolger der ENIAC, realisierte erstmals das Prinzip der gemeinsamen Speicherung von Programmen und Daten. Dieses Prinzip hatte großen Einfluß auf die weitere Computerentwicklung und wurde nach John von Neumann benannt, der zeitweilig Berater der ENIAC-Gruppe war.

Nach dem zweiten Weltkrieg begann die Serienfertigung von Computern. Als Anwendungen dominierten aufwendige numerische Berechnungen und Datenverarbeitung. In den sechziger Jahren wurde die Röhren- durch die leistungsfähigere Transistortechnologie und später durch integrierte Schaltkreise abgelöst.

Das Leistungsspektrum reicht heute von Supercomputern für rechentechnische Höchstleistungen (numerische Berechnungen, meteorologische und andere Simulationsrechnungen), Mainframes (Zentralrechner großer Rechenzentren) über Personalcomputer bis hin zu kleinsten Prozessoren in Haushaltsgeräten.

Mit dem Ende der siebziger Jahre aufkommenden PC entstand ein neues, inzwischen weit verbreitetes Haushalts- und Freizeitgerät. Durch die weltweite Vernetzung von Rechnern über das Internet entwickelt sich ein komplexes und flexibles Informationsmedium mit neuen Kommunikationsformen (Newsgroups, E-Mail, Chatrooms) und Auswirkungen in verschiedene Bereiche der Gesellschaft (z. B. Datenschutz, Urheberrecht, Computerkriminalität, elektronische Geschäftsabwicklung, Computerkunst, Sozialgefüge).

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

Partnervideos