Wie funktioniert ein Computer? – Erklärung für Laien & Profis

Wie funktioniert eigentlich ein Computer? Dafür schauen wir uns die einzelnen Hardware-Bauteile eines PCs an und erklären deren Funktionsweise sowohl einfach als auch für Profis aus technischer Sicht.

Was ist ein Computer?

Bevor man sich fragt, wie ein Computer funktioniert, klären wir erst mal die Frage, was ein Computer ist:

• Per Definition sind Computer Recheneinheiten, die auf mechanischer, elektrischer oder elektronischer Basis rechnen.
• Das heißt ein PC ist definitiv ein Computer, aber nicht jeder Computer ist auch ein PC.
• Auch Smartphones, Tablets und Bankautomaten sind Computer, da sie programmiert wurden und elektronisch Daten verarbeiten.

Im Folgenden werden wir die Funktionsweise eins Computers aber anhand eines PCs erklären, weil das relativ einfach ist. Zum technischen Verständnis nutzen wir die YouTube-Videos des Kanals brainfaqk.

Wie funktioniert ein Computer?

Ein Computer funktioniert immer gleich. Um das zu verdeutlichen, ist es am besten sich die einzelnen Hardware-Bauteile eines PCs anzuschauen. Falls ihr zu dieser Anleitung einen (alten) PC aufschrauben wollt, trennt diesen vom Strom und betätigt ein paar Mal den Ein-Schalter, damit sich die Bauteile entladen.

Motherboard: Die Infrastruktur des Computers

Das Motherboard oder Mainboard ist die Hauptplatine eines PCs. Auf ihr werden alle anderen Komponenten wie Prozessor (CPU), Arbeitsspeicher (RAM), Festplatte (SSD) und Grafikkarte gesteckt oder angeschlossen. Über kleine Datenleitungen des Motherboards kommunizieren alle Bauteile miteinander und leiten Informationen und Daten weiter, wo sie benötigt werden.

• Was ist ein Mainboard beim PC und Laptop? Kurz erklärt
• Mainboard-Anschlüsse & -Aufbau: Übersicht & Erklärung zum Motherboard

Technisch betrachtet ist das Motherboard eine Leiterplatte aus einem Faster-Kunststoff-Verbund, auf der sich bis zu acht miteinander verklebte Schichten befinden. Das folgende Video zeigt die Details sowie Informationen zum BIOS:

Das BIOS: Das „Herz“ des Computers

Wenn ihr auf den Einschalter des Computers drückt, startet zunächst das BIOS – noch bevor die eigentlichen Komponenten des PCs (CPU, Grafikkarte, RAM, Festplatte) anlaufen. Wenn das BIOS geprüft hat, ob alle Bauteile ordnungsmäßig funktionieren, werden die Hardware-Komponenten gestartet und das Betriebssystem geladen.

• BIOS starten - Wie komme ich ins BIOS?

Prozessor: Das „Gehirn“ des Computers

Der Prozessor oder auch CPU berechnet alles was ihr an dem PC macht – egal, ob ihr Programme benutzt, Webseiten öffnet oder Spiele zockt – oft hilft hier eine extra Grafikkarte (siehe weiter unten). Bevor es auf dem Bildschirm ausgegeben werden kann, muss es vorher zunächst berechnet werden. Hinzu kommen nötige Hintergrundberechnungen (Prozesse und Dienste), die etwa das Betriebssystem am Laufen halten. Denn auch, wenn ihr nichts am eingeschalteten PC macht, rechnet er munter weiter. Allerdings ist seine Auslastung dann sehr gering.

• Was ist eine CPU beim PC?

Intern arbeitet eine CPU mit Rechenwerk, Steuerwerk und Register, wie ihr im folgenden Video seht:

Grafikkarte: die optische Ausgabe des Computers

Eine Grafikkarte berechnet in erster Linie aufwändige Grafiken, die ihr auf dem Bildschirm seht, etwa 3D-Spiele oder leistungsfähige Grafikprogramme. Heutzutage sitzt eine Grafikkarte onboard – also auf dem Motherboard. Wer allerdings aufwändigere Spiele oder Programme nutzt, benötigt eine externe Grafikkarte, die in einen bestimmten Slot des Motherboards gesteckt wird.

• Was ist GPU? Definition und Erklärung

Die Grafikkarte besteht wiederum aus Grafikprozessor (GPU) und Videospeicher, wobei die GPU ganz anders als die CPU aufgebaut ist. Das ist der Grund, warum sie mehr Grafikleistung erbringt. Seht dazu dieses Video an:

Arbeitsspeicher (RAM): Der „Schreibtisch“ des Computers

Stellt euch vor ihr habt einen normal-großen Schreibtisch, auf dem ihr Dokumente hin- und herschieben könnt. Das geht solange gut, bis euer Schreibtisch zu klein für die ganzen Dokumente ist. Dann müsst ihr einige erst mal auf den Boden legen, um weiterarbeiten zu können oder ihr benötigt einen größeren Schreibtisch.

• Wie viel Arbeitsspeicher braucht man? – So viel

Genauso ähnlich ist das mit dem Arbeitsspeicher beziehungsweise RAM: Der PC kann Daten aus dem Arbeitsspeicher sehr schnell lesen aber auch schnell schreiben – viel schneller als auf einer Festplatte. Wenn die CPU also bestimmte Dinge berechnen muss, nutzt der PC den Arbeitsspeicher. Sind die Berechnungen zu aufwendig, muss der PC Daten auf der Festplatte auslagern, was aber dann länger dauert. Hier kann man Abhilfe schaffen, indem man den Arbeitsspeicher erweitert. Nachteil des RAM: ist der Strom weg, sind die Daten auch weg.

Das folgende Video erklärt euch was der Arbeitsspeicher technisch ist:

Festplatte & SSD: Das „Archiv“ des Computers

Auf einer Festplatte oder SSD werden eure Dateien, Bilder und Videos sowie das Betriebssystem gespeichert. Das heißt, auch wenn ihr den PC ausschaltet, sind diese Daten nach dem nächsten Einschalten noch vorhanden – im Gegensatz zum Arbeitsspeicher. Auf einer Festplatte werden die Daten per Magnetismus und einem Schreibkopf auf rotierende Platten geschrieben. Eine Lesekopf liest die Daten bei Bedarf. Eine SSD nutzt hingegen elektronische Schreibvorgänge (Flash-Speicher).

• Was ist eine Festplatte? – Aufbau einfach erklärt

Das folgende Video zeigt, aus welchen chemischen Bestandteilen die Schreibschicht einer Festplatte aufgebaut ist:

So funktioniert ein Computer

Jetzt wo ihr die Grundlagen der wichtigsten Hardware-Komponenten kennt, könnt ihr die Frage beantworten. Als Beispiel dient uns folgendes Szenario: ihr wollt etwas in ein Schreibprogramm eintippen:

1. Ihr startet den PC, das BIOS prüft alle Komponenten und startet das Betriebssystem von der Festplatte.
2. Ihr tippt etwas in euer Schreibprogramm ein und die Peripherie-Geräte wie Tastatur und Maus (die mit dem Mainboard verbunden sind) senden elektronische Impulse an das Motherboard.
3. Das Mainboard leitet die Eingabe-Daten an den Prozessor weiter, dieser berechnet (mit Hilfe der Grafikkarte) die erforderlichen Maßnahmen und leitet das Ergebnis an euren Bildschirm weiter.
4. Eure geschriebenen Wörter seht ihr nun im Schreibprogramm – bislang findet dies alles im Arbeitsspeicher statt. Wenn also der Strom ausfallen würde, wäre euer Geschriebenes verloren. Deswegen heißt es so oft: Speichern Sie ihre Dokumente ab, bevor sie den PC neustarten (z.B. weil Updates installiert werden müssen).
5. Erst wenn ihr eure Dokument auf der Festplatte speichert, könnt ihr den PC herunterfahren und das Dokument später wieder öffnen.

Diese Funktionsweise lässt sich auf alle Arten von Computern übertragen – egal ob Smartphone, Tablet oder PC. Wenn euch die anschauliche Art der Erklärung gefallen hat, dann haben wir noch mehr für euch:

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