Computer (Rechner)

Ein Computer ist ein Gerät für die maschinelle Informationsverarbeitung. Er ist idealer Weise universell einsetzbar. Seine Funktionsweise basiert auf programmierbaren Verarbeitungsvorschriften, aufgrund derer Daten – Input zu Output – verarbeitet werden.

Die Computertechnik war zu unterschiedlichen Zeiten mechanisch und elektromechanisch, inzwischen ausschließlich elektronisch. Waren anfangs sämtliche Verarbeitungsschritte fest in der Maschine (Hardware) angelegt, wurde bald der Nutzen durch Programmierung beeinflussbarer Algoritmen erkannt. Mithilfe von Computer-Programmen (Software) lassen sich Hardware-Algoritmen um anwendungsspezifische Verarbeitungsschleifen und Bedingungen erweitern; Datensätze und aufgabenspezifische Variablenwerte können aus Speichermedien ausgelesen, aus Messquellen aufgenommen oder vom Nutzer eingegeben werden; Verarbeitungsergebnisse werden abgespeichert.

Grundsätzlich ist je nach Bau- und Funktionsweise zwischen Digital­- und Analogcomputern zu unterscheiden. Bis auf wenige Ausnahmen werden heute fast ausschließlich auf Binärtechnik basierende Digitalcomputer eingesetzt. Die Prinzipien, nach denen ein Computer aufgebaut ist, werden unter dem Begriff Rechnerarchitektur zusammengefasst. Die heute allgemein eingesetzte Architektur sieht vier Hauptkomponenten vor:

  • Recheneinheit (Arithmetisch-Logische Einheit)
  • Steuereinheit
  • Speicher
  • Ein- und Ausgabeeinheiten (I/O-Einheiten)

In den heutigen Computern sind Rechen- und Steuereinheit meist zu einem einzigen Bauteil verschmolzen, dem Hauptprozessor (CPU)

Neben Mikrocomputern (Personal Computer, Tablet, Smartphone) gibt es komplexere Systeme wie Midrange-, Groß- und Superrechner. Seit sich in den 1990er Jahren das Client-Server-Modell durchsetzte und die Midrange-Technik immer mehr durch Personal Computer ersetzt wurde, versteht man unter einem Midrange-System ein besonders leistungsfähiges Server-System. Weit höhere Leistungsfähigkeit und vor allem auch Verfügbarkeit bieten für die Verarbeitung von Massendaten eingesetzte Großrechner. Superrechner wiederum sind Hochleistungsrechner, die entweder über sogenannte Vektorprozessoren verfügen, welche Rechenoperationen gleichzeitig an vielen Daten vornehmen, oder über eine große Anzahl herkömmlicher Skalarprozessoren. Seit geraumer Zeit etablieren sich vermehrt so genannte Computer-Cluster, bei denen eine große Anzahl Einzelrechner zu einem großen Rechner vernetzt werden. Supercomputer werden häufig für aufwendige Computersimulationen eingesetzt.

Neben universell programmierbaren Computern finden sich integrierte Kleinstcomputer in zahlreichen Anwendungen, etwa zur Steuerung von Alltagsgeräten (Controller) oder für Steuerungs- und Regelungsaufgaben in der Prozess- und Automatisierungstechnik (z.B. Speicherprogrammierbare Steuerung).