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Personal ComputerBearbeiten

Grundlegende Hardware-Komponenten eines Personal Computers, einschließlich eines Monitors, einer Hauptplatine, einer CPU, eines RAM, zwei Erweiterungskarten, ein Netzteil, ein optisches Laufwerk, eine Festplatte, eine Tastatur und eine Maus

Im Inneren eines selbstgebauten Computers: Das Netzteil an der Unterseite hat einen eigenen Lüfter

Der Personal Computer ist aufgrund seiner Vielseitigkeit und seines relativ niedrigen Preises eine der häufigsten Arten von Computern. Desktop-Personalcomputer haben einen Monitor, eine Tastatur, eine Maus und ein Computergehäuse. Das Computergehäuse enthält die Hauptplatine, Fest- oder Wechselplattenlaufwerke zur Datenspeicherung, die Stromversorgung und kann weitere Peripheriegeräte wie Modems oder Netzwerkschnittstellen enthalten. Einige Modelle von Desktop-Computern haben den Monitor und die Tastatur in dasselbe Gehäuse integriert wie den Prozessor und das Netzteil. Die Trennung der Elemente erlaubt es dem Benutzer, die Komponenten in einer ansprechenden, komfortablen Anordnung anzuordnen, allerdings auf Kosten der Verwaltung von Strom- und Datenkabeln zwischen ihnen.

Laptops sind auf Portabilität ausgelegt, funktionieren aber ähnlich wie Desktop-PCs. Sie können Komponenten mit geringerem Stromverbrauch oder geringerer Größe verwenden und haben eine geringere Leistung als ein vergleichbar teurer Desktop-Computer. Laptops enthalten die Tastatur, den Bildschirm und den Prozessor in einem Gehäuse. Der Monitor in der aufklappbaren oberen Abdeckung des Gehäuses kann für den Transport geschlossen werden, um den Bildschirm und die Tastatur zu schützen. Anstelle einer Maus können Laptops ein Touchpad oder einen Pointing-Stick haben.

Tablets sind tragbare Computer, die einen Touchscreen als primäres Eingabegerät verwenden. Tablets wiegen in der Regel weniger und sind kleiner als Laptops.

Einige Tablets verfügen über ausklappbare Tastaturen oder bieten Anschlüsse für separate externe Tastaturen. Einige Modelle von Laptops haben eine abnehmbare Tastatur, mit der das System als Touchscreen-Tablet konfiguriert werden kann. Sie werden manchmal als „2-in-1 abnehmbare Laptops“ oder „Tablet-Laptop-Hybride“ bezeichnet.

GehäuseBearbeiten

Das Computergehäuse umschließt den Großteil der Komponenten des Systems. Es bietet mechanischen Halt und Schutz für interne Elemente wie das Motherboard, die Festplatten und die Netzteile und steuert und lenkt den Kühlluftstrom über die internen Komponenten. Das Gehäuse ist auch Teil des Systems, um die vom Computer abgestrahlten elektromagnetischen Störungen zu kontrollieren und die internen Teile vor elektrostatischer Entladung zu schützen. Große Tower-Gehäuse bieten Platz für mehrere Festplattenlaufwerke oder andere Peripheriegeräte und stehen in der Regel auf dem Boden, während Desktop-Gehäuse weniger Platz für Erweiterungen bieten. All-in-One-Gehäuse enthalten einen Bildschirm, der in dasselbe Gehäuse eingebaut ist. Tragbare Computer und Laptops benötigen Gehäuse, die einen Stoßschutz für das Gerät bieten. Hobbyisten können die Gehäuse mit farbigen Lichtern, Farbe oder anderen Merkmalen dekorieren, in einer Aktivität, die Case Modding genannt wird.

NetzteilBearbeiten

Ein Netzteil (PSU) wandelt die elektrische Energie von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) mit niedriger Spannung für den Computer um. Laptops können mit einem eingebauten Akku betrieben werden. Das Netzteil verwendet typischerweise ein Schaltnetzteil (SMPS), wobei Leistungs-MOSFETs (Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) in den Wandlern und Reglerschaltungen des SMPS verwendet werden.

MotherboardEdit

Computer-Motherboard

Hauptartikel: Motherboard

Das Motherboard ist die Hauptkomponente eines Computers. Es ist eine Platine mit integrierten Schaltkreisen, die die anderen Teile des Computers einschließlich der CPU, des Arbeitsspeichers, der Laufwerke (CD, DVD, Festplatte oder andere) sowie der über die Ports oder die Erweiterungssteckplätze angeschlossenen Peripheriegeräte miteinander verbindet. Die integrierten Schaltkreise (ICs) in einem Computer enthalten typischerweise Milliarden von winzigen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs).

Zu den Komponenten, die direkt an der Hauptplatine oder an einem Teil davon angebracht sind, gehören:

• Die CPU (Central Processing Unit), die die meisten Berechnungen durchführt, die einen Computer zum Funktionieren bringen, und als das Gehirn des Computers bezeichnet wird. Sie nimmt Programmanweisungen aus dem Arbeitsspeicher (RAM) auf, interpretiert und verarbeitet sie und sendet dann die Ergebnisse zurück, damit die entsprechenden Komponenten die Anweisungen ausführen können. Die CPU ist ein Mikroprozessor, der auf einem Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS)-Chip (Integrated Circuit, IC) gefertigt wird. Er wird normalerweise durch einen Kühlkörper und einen Lüfter oder ein Wasserkühlsystem gekühlt. Die meisten neueren CPUs enthalten eine On-Die-Grafikverarbeitungseinheit (GPU). Die Taktrate der CPU bestimmt, wie schnell sie Befehle ausführt und wird in GHz gemessen; typische Werte liegen zwischen 1 GHz und 5 GHz. Viele moderne Computer haben die Möglichkeit, die CPU zu übertakten, was die Leistung auf Kosten einer höheren Wärmeleistung und damit einer besseren Kühlung erhöht.
• Der Chipsatz, zu dem die North-Bridge gehört, vermittelt die Kommunikation zwischen der CPU und den anderen Komponenten des Systems, einschließlich des Hauptspeichers; sowie die South-Bridge, die mit der North-Bridge verbunden ist und Hilfsschnittstellen und -busse unterstützt; und schließlich ein Super-I/O-Chip, der über die South-Bridge verbunden ist und die langsamsten und ältesten Komponenten wie serielle Schnittstellen, Hardware-Überwachung und Lüftersteuerung unterstützt.
• Random-Access-Memory (RAM), der den Code und die Daten speichert, auf die von der CPU aktiv zugegriffen wird. Wenn zum Beispiel ein Webbrowser auf dem Computer geöffnet wird, nimmt er Speicher in Anspruch; dieser wird im RAM gespeichert, bis der Webbrowser geschlossen wird. Es handelt sich typischerweise um eine Art von dynamischem RAM (DRAM), wie z. B. synchrones DRAM (SDRAM), bei dem MOS-Speicherchips Daten auf Speicherzellen speichern, die aus MOSFETs und MOS-Kondensatoren bestehen. RAM wird normalerweise auf Dual-In-Line-Speichermodulen (DIMMs) in den Größen 2 GB, 4 GB und 8 GB geliefert, kann aber auch viel größer sein.
• Festwertspeicher (ROM), der das BIOS speichert, das ausgeführt wird, wenn der Computer eingeschaltet wird oder anderweitig mit der Ausführung beginnt, ein Prozess, der als Bootstrapping oder „Booten“ oder „Hochfahren“ bekannt ist. Das ROM ist typischerweise ein nichtflüchtiger BIOS-Speicherchip, der Daten auf Floating-Gate-MOSFET-Speicherzellen speichert.
  • Das BIOS (Basic Input Output System) umfasst Boot-Firmware und Power-Management-Firmware. Neuere Motherboards verwenden Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) anstelle des BIOS.
• Busse, die die CPU mit verschiedenen internen Komponenten und mit Erweiterungskarten für Grafik und Sound verbinden.
• Die CMOS-Batterie (Complementary MOS), die den CMOS-Speicher für Datum und Uhrzeit im BIOS-Chip mit Strom versorgt. Diese Batterie ist in der Regel eine Uhrenbatterie.
• Die Grafikkarte (auch Grafikkarte genannt), die Computergrafiken verarbeitet. Leistungsfähigere Grafikkarten sind besser geeignet, um anstrengende Aufgaben zu bewältigen, wie z. B. das Spielen intensiver Videospiele oder das Ausführen von Computergrafik-Software. Eine Grafikkarte enthält eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) und einen Videospeicher (typischerweise eine Art SDRAM), die beide auf Chips mit integrierter MOS-Schaltung (MOS IC) hergestellt werden.
• Leistungs-MOSFETs bilden das Spannungsreglermodul (VRM), das steuert, wie viel Spannung andere Hardwarekomponenten erhalten.

ErweiterungskartenBearbeiten

Eine Erweiterungskarte in der Informatik ist eine gedruckte Leiterplatte, die in einen Erweiterungssteckplatz einer Computer-Hauptplatine oder Backplane eingesetzt werden kann, um einem Computersystem über den Erweiterungsbus Funktionalität hinzuzufügen. Erweiterungskarten können verwendet werden, um Funktionen zu erhalten oder zu erweitern, die nicht von der Hauptplatine angeboten werden.

SpeichergeräteBearbeiten

Ein Speichergerät ist jede Computerhardware und jedes digitale Medium, das zum Speichern, Portieren und Extrahieren von Dateien und Objekten verwendet wird. Es kann Informationen sowohl temporär als auch dauerhaft aufnehmen und speichern und kann intern oder extern zu einem Computer, Server oder einem ähnlichen Computergerät sein. Die Datenspeicherung ist eine Kernfunktion und ein grundlegender Bestandteil von Computern.

Festmedien

Daten werden von einem Computer auf verschiedenen Medien gespeichert. Festplattenlaufwerke (HDDs) sind aufgrund ihrer hohen Kapazität und niedrigen Kosten in praktisch allen älteren Computern zu finden, aber Solid-State-Laufwerke (SSDs) sind schneller und energieeffizienter, obwohl sie derzeit in Bezug auf den Dollar pro Gigabyte teurer sind als Festplatten, weshalb sie häufig in Personal Computern zu finden sind, die nach 2007 gebaut wurden. SSDs verwenden Flash-Speicher, der Daten auf MOS-Speicherchips speichert, die aus Floating-Gate-MOSFET-Speicherzellen bestehen. Einige Systeme können für eine höhere Leistung oder Zuverlässigkeit einen Disk-Array-Controller verwenden.

Wechselmedien

Um Daten zwischen Computern zu übertragen, kann ein externes Flash-Speichergerät (z. B. eine Speicherkarte oder ein USB-Flash-Laufwerk) oder eine optische Disk (z. B. eine CD-ROM, DVD-ROM oder BD-ROM) verwendet werden. Ihre Nützlichkeit hängt davon ab, dass sie von anderen Systemen gelesen werden können; die meisten Rechner verfügen über ein optisches Laufwerk (ODD), und fast alle haben mindestens einen Universal Serial Bus (USB)-Anschluss.

Eingangs- und Ausgangs-PeripheriegeräteBearbeiten

Eingabe- und Ausgabegeräte sind typischerweise außerhalb des Hauptrechnergehäuses untergebracht. Die folgenden Geräte sind entweder Standard oder sehr häufig in vielen Computersystemen zu finden.

EingabegerätBearbeiten

Eingabegeräte ermöglichen es dem Benutzer, Informationen in das System einzugeben oder dessen Betrieb zu steuern. Die meisten Personal Computer haben eine Maus und eine Tastatur, aber Laptop-Systeme verwenden typischerweise ein Touchpad anstelle einer Maus. Andere Eingabegeräte sind Webcams, Mikrofone, Joysticks und Bildscanner.

Ausgabegeräte

Ausgabegeräte sind auf die Sinne des Menschen ausgerichtet. Monitore zeigen zum Beispiel Text an, der gelesen werden kann, Lautsprecher erzeugen Ton, der gehört werden kann. Solche Geräte können auch Drucker oder ein Braille-Prägegerät sein.

GroßrechnerBearbeiten

Ein Großrechner ist ein viel größerer Computer, der typischerweise einen Raum ausfüllt und viele hundert oder tausend Mal so viel wie ein Personal Computer kosten kann. Sie sind dafür ausgelegt, große Mengen an Berechnungen für Regierungen und große Unternehmen durchzuführen.

Ein IBM System z9 Mainframe

AbteilungsrechnerBearbeiten

In den 1960er und 1970er Jahren begannen immer mehr Abteilungen, billigere und dedizierte Systeme für spezielle Zwecke wie Prozesssteuerung und Laborautomatisierung einzusetzen. Ein Minicomputer, oder umgangssprachlich Mini, ist eine Klasse von kleineren Computern, die Mitte der 1960er Jahre entwickelt wurde und für viel weniger als Großrechner und Mid-Size-Computer von IBM und seinen direkten Konkurrenten verkauft wurde.

SupercomputerBearbeiten

Ein Supercomputer ähnelt oberflächlich einem Großrechner, ist aber für extrem anspruchsvolle Rechenaufgaben gedacht. Im Juni 2020 ist der schnellste Supercomputer auf der TOP500-Supercomputerliste der japanische Fugaku mit einem LINPACK-Benchmark-Ergebnis von 415 PFLOPS und übertrifft damit den zweitschnellsten, Summit in den USA, um etwa 294 PFLOPS.

Der Begriff Supercomputer bezieht sich nicht auf eine bestimmte Technologie. Vielmehr bezeichnet er die schnellsten Berechnungen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar sind. Mitte 2011 erreichten die schnellsten Supercomputer Geschwindigkeiten von mehr als einem Petaflop oder 1 Quadrillion (10^15 oder 1.000 Billionen) Fließkomma-Operationen pro Sekunde.

Supercomputer sind schnell, aber extrem kostspielig, weshalb sie in der Regel von großen Organisationen eingesetzt werden, um rechenintensive Aufgaben mit großen Datensätzen auszuführen. Supercomputer werden typischerweise für militärische und wissenschaftliche Anwendungen eingesetzt. Obwohl sie kostspielig sind, werden sie auch für kommerzielle Anwendungen eingesetzt, bei denen große Datenmengen analysiert werden müssen. Zum Beispiel setzen große Banken Supercomputer ein, um die Risiken und Renditen verschiedener Anlagestrategien zu berechnen, und Organisationen des Gesundheitswesens nutzen sie, um riesige Datenbanken mit Patientendaten zu analysieren, um optimale Behandlungen für verschiedene Krankheiten und Probleme, die im Land auftreten, zu bestimmen.