Computer-Hardware und BIOS / UEFI

Rückblick in die Computergeschichte (an der Uni Köln)

Quelle: RRZK-Archiv

Zunächst werfen wir einen Blick auf die Geschichte der Rechner. Das Archiv des RRZK enthält ein paar schöne Aufnahmen aus der Computergeschichte an der Uni Köln, wo man die Entwicklung in den Anfangsjahren gut überblicken kann – und wo man schnell feststellt, dass sich die Aufgaben eines Rechenzentrums innerhalb der letzten Jahrzehnte stark verändert haben.

Rechner-Hardware

Wir schauen uns so einen Rechner mal im Detail an. Welche Rechner-Komponenten werden in jedem Fall benötigt?

  • Prozessor
    • Er ist das Herz und Gehirn des Rechners. Dort wird auf unzähligen kleinen Mikroschaltkreisen gerechnet. Das bedeutet, der Prozessor kann nur der Reihe nach Rechenaufgaben (Tasks) abarbeiten, die im Arbeitsspeicher darauf warten, bearbeitet zu werden.
    • Die Leistung eines Prozessors gibt man heutzutage in Giga-Hertz (GHz) an.
  • Arbeitsspeicher (Random Access Memory/RAM)
    • Hält die benötigten Programmbestandteile vor, die gerade ausgeführt werden. Er beschickt damit den Prozessor. Der RAM ist ein flüchtiger Speicher und verliert alle Daten beim Herunterfahren, weshalb die Daten selbst unbedingt auf einer Festplatte oder einem anderen Speichermedium gespeichert werden müssen.
    • Die Speicherkapazität eines RAM gibt man heutzutage in Gigabye (GB) an.
  • Festplatte
    • Dort werden die Daten dauerhaft (das heißt: bis zum Löschen oder Überschreiben oder Verändern) gespeichert.
      Während Festplatten früher aus einem mechanisch-magnetischen Part bestanden, der in Scheiben vorlag und über den ein Lese- und Schreibkopf fuhr, bestehen aktuelle Speichermedien wie beispielsweise ein Solid State Drive (SSD) aus Flash-Speichern (kleine Speicherkarten sozusagen), die aus nicht-beweglichen Teilen bestehen und damit unempfindlicher gegen Stöße sind. Oft ist die Lese- und Schreibgeschwindigkeit hierbei höher als bei Festplatten.
    • Die Speichergröße von Festplatten/Speichermedien wird aktuell in Gigabyte oder Terabyte (TB) angegeben. Am Horizont: Petabyte (PB).
  • Grafikkarte
    • Die Grafikkarte ist für die Ausgabe von grafischen Inhalten (Bildschirmdarstellung) zuständig.
    • Neben auf dem Mainboard integrierten („internen“) Grafikkarten, die den Standardbedarf (wie Schreiben, Internet, Video-Schauen) abdecken, gibt es die Möglichkeit, die Grafikleistung durch eine dedizierte Grafikkarte zu erhöhen. Dies ist bei Videospielen und bei grafisch anspruchsvollen Programmen nötig (Videobearbeitung, Grafische Informationssysteme, komplexe Zeichen- und Design- sowie Architekturprogramme). Sonst würde der Rechner durch die Beanspruchung die grafikintensiven Tasks nur langsam abarbeiten, was beispielsweise bei Spielen von Nachteil ist.
    • Eine dedizierte Grafikkarte kann einen eigenen Arbeitsspeicher besitzen.
  • Lüfter
    • Unter anderem der Prozessor sowie das Netzteil sorgen für Hitzeentwicklung im Gerät. Durch diese Hitze kann zum einen die Leistung des Prozessors beeinträchtigt sein (kältere Temperaturen = mehr Leistung), zum anderen wird der Akku weniger leistungsfähig, sofern er im Gerät verbaut ist. Die Wärme wird mittels eines oder mehrerer Lüfter abtransportiert.
    • Es gibt auch lüfterlose PC- und Notebook-Modelle, die ihre Kühlkonzepte über kühlende, dort verbaute Materialien umsetzen. Diese haben meist weniger leistungsfähige Prozessoren verbaut, die nur wenig Wärme erzeugen.

Externe benötigte Komponenten:

  • Tastatur
  • Maus
    (Anmerkung: Die Maus ist zwar nicht optional, aber: Man kann die meisten Rechner auch mit Einschränkungen ohne Maus bedienen, aber dies ist bei normalen PC-Systemen eher selten der Fall.)

Welche Arten von Anschlüsse haben PCs und Notebooks?

  • USB (C, Micro)
  • HDMI / VGA (analog, sehr geringe Auflösung) / Thunderbolt / Micro-/Mini-HDMI / DVI
  • Netzwerkkabel
  • Drahtlos
    • WLAN
    • Bluetooth

Was geschieht, wenn man den Rechner startet?

Das Basic Input-/Output-System (BIOS) sorgt für den Start aller Komponenten und steuert und verwaltet diese.
Der Nachfolger der BIOS heißt Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) und ist mittlerweile in allen neueren Rechnern zu finden.
In einer speziellen Konfigurationsumgebung des BIOS/UEFI kann man beispielsweise:

  • alle Komponenten auf Funktion überprüfen lassen, POST (Power On Self Test)
  • alle fest verbauten Systemkomponenten (z.B. die Webcam oder Schnittstellen/Anschlüsse) aus- und einschalten,
  • die Bootreihenfolge ändern (um z.B. festzulegen, welches Speichermedium des Rechners als erstes gestartet werden kann – dies ist dann relevant, wenn möglicherweise mehr als nur eine Festplatte über ein installiertes Betriebssystem verfügt oder wenn man z.B. von einer DVD oder einem USB-Stick ein neues Betriebssystem installieren möchte.
  • Sicherheit: Aufforderung zur Eingabe eines Passworts (falls entsprechend konfiguriert)
  • Möglichkeit ein BIOS-Konfigurationsmenü („BIOS-Setup“) aufzurufen : beim Einschalten des Rechners eine bestimmte Taste oder Tastenkombination betätigt werden (meist F1, F2, F8, F10, Einfg oder F12)

Das BIOS löst das klassische Henne-Ei-Problem: um Software, wie das Betriebssystem, das im Regelfall auf einem Datenträger, beispielsweise auf der Festplatte gespeichert ist, einlesen zu können, dafür muss die CPU aber auf diesen Datenträger zugreifen können, dazu benötigt diese aber ein Betriebsystem...

Quellen:
https://de.wikibooks.org/wiki/Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger