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1.1 Interner Aufbau eines Computers

Betrachten wir ein typisches Computersystem von außen, so entdecken wir eine Tastatur, eine Maus oder einen Trackball, einen Bildschirm, vielleicht auch einen Drucker und ein Modem. Alle diese Geräte sind zentral mit dem eigentlichen Computer verbunden. Beim näheren Betrachten entdecken wir im Computer selbst noch weitere Geräte zum Lesen und Schreiben von Disketten und CDs.

Abbildung 1-1: Äußere Elemente eines typischen Computersystems

Schon beim Kauf eines Computers merkt man aber schnell, dass sich der Computer selbst auch aus mehreren Teilen zusammensetzt. Da geht es um Speicher/RAM, Festplatten, Taktfrequenzen etc. Die folgende Abbildung zeigt vereinfacht das Innenleben eines Computers.

Abbildung 1-2: Vereinfachter interner Aufbau eines Computers.

Die Central Processing Unit (CPU) ist das Herzstück eines jeden Computers. In ihr findet die Verarbeitung aller Daten statt. Sei es eine Mausbewegung, eine Eingabe über die Tastatur, Änderungen auf dem Bildschirm: immer ist die CPU daran beteiligt. Damit die CPU mit der Außenwelt kommunizieren kann ist sie mit einem Datenbus, einem Adressbus und einem Steuerbus versehen. Hinter einem Bus verbergen sich eine Anzahl von elektrischen Leitungen, die jeweils nur zwei Zustände einnehmen können. Die Breite der Busse (Anzahl der el. Kontakte) variiert. Typische Breiten für Adress- und Datenbus sind 32 Leitungen. Der Steuerbus umfasst ca. 10 Anschlüsse.

Über den Datenbus erfolgt der Transport von Informationen, den Daten. Daten können entweder von der CPU gelesen, also zur CPU hin transportiert werden, oder Daten können von der CPU geschrieben, also von der CPU weg transportiert werden. Der Datenbus ist somit bidirektional.

Die zur Verfügung stehende Datenmenge ist deutlich zu groß, als dass sie parallel mit der CPU verdrahtet werden könnte. Zu einem Zeitpunkt kann nur ein kleiner Teil von Daten übertragen werden. Die Selektion der Daten erfolgt über den Adressbus. Der Adressbus wird von der CPU ausschließlich zur Selektion der Daten verwendet und ist somit unidirektional. Die Arbeitsweise des Adressbusses wird im Abschnitt 1.2 erläutert.

Der Steuerbus enthält Leitungen mit unterschiedlichen Funktionen. Die Belegung dieser Leitungen ist für verschiedene Systeme recht unterschiedlich. Typischerweise gibt eine Leitung an, ob die CPU gerade Daten transferieren möchte oder nicht. Eine andere Leitung gibt an, ob Daten gelesen oder geschrieben werden. Eine weitere Leitung wird aktiviert, wenn eine Schnittstelle (I/O) angesprochen werden soll. Mit einigen Leitungen im Steuerbus lässt sich die CPU unterbrechen (Interrupt). Der Steuerbus ist bidirektional: Einige Leitungen senden Signale, andere empfangen Signale, evtl. gibt es auch Leitungen, die Signale senden und empfangen.

Die Externen Geräte werden über Schnittstellen, den I/Os (Input/Output) angesprochen. Z.B. wird beim Betätigen der Taste 'A' auf der Tastatur über den Steuerbus der CPU mitgeteilt, dass eine neue Information vorliegt, die dann von der CPU gelesen wird. Auf die recht komplexe Arbeitsweise der Schnittstellen wird hier nicht weiter eingegangen.