7.1. Grundlagen#
Beim Design der Computer kristallisierten sich vier wesentliche Aufgaben heraus. Alle Computer basieren auf diesen vier grundlegenden Aufgabe:
Informationen einlesen
Informationen speichern
Informationen verarbeiten
Informationen ausgeben
Sie bilden das Fundament eines jeden Computers. Die Verarbeitung von Information wird symbolisch vollzogen, d.h. Computer manipulieren auf Grundlage von bestimmten Regeln die Symbole der Eingabe um die Symbole der Ausgabe zu bestimmen. Computer haben keine eigene Intention oder agieren aus einer Emotion heraus. Sie haben auch keinerlei Verständnis von der Eingabe. Zum Beispiel können Computer Texte in unterschiedlichen Sprachen übersetzen was jedoch nicht bedeutet, dass sie „verstehen“ was sie da übersetzen. Inwieweit symbolische Manipulationen zu einem „Verstehen“ führen könnten, wird derzeit rege im Bereich der künstlichen Intelligenz diskutiert.
EVA-Prinzip
Der Computer basiert auf dem sog. EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe).
Ein Computer erweitert das EVA-Prinzip um den Speicher und damit um einen Zustand. Wäre der Computer zustandslos würde er bei gleicher Eingabe \(x\) auch stets die gleiche Ausgabe \(y\) erzeugen. Durch den Speicher kann sich, je nach Eingabe, der Zustand \(z\) des Computers verändern und, je nach seinem Zustand, kann dieselbe Eingabe zu unterschiedlichen Ausgaben führen.
Abb. 7.1 Ein Modell eines Computers mit 4 Zuständen. Der Computer befindet sich in Zustand \(z = z_1\) (rot). Die Ausgabe \(y\) hängt von der Eingabe \(x\) als auch vom aktuellen Zustand \(z\) (hier \( = z_1\)) des Computers ab. Während der Berechnung der Ausgabe verändert der Computer seinen Zustand auf \(g(z, x)\). \(f\) und \(g\) sind mathematische Funktionen.#
Über Eingabegeräte, die den Computer mit der Eingabe füttern, ist er mit der Außenwelt verknüpft. Tastatur und Maus sind beispielsweise Eingabegeräte, die uns Menschen eine unmittelbare Möglichkeit geben, um Informationen in den Computer zu speisen. Als weitere Eingabegeräte können wir eine Kamera oder andere Sensoren wie Messgeräte, die den Puls oder Blutzucker messen, anfügen.
Die Eingabe eines Computers kann analog zu unserer eigene Wahrnehmung gesehen werden. Nach dem vereinfachten empirischen Menschenbild, nehmen wir durch Stimulierungen unserer Sinne die Welt wahr und unser „menschlicher Prozessor“ verarbeitet die aufgenommenen Informationen. Der Unterschied zwischen unserer Eingabe und der eines Computers, ist die Art mit der Informationen repräsentiert werden. Wir Menschen übertragen und verarbeiten Informationen (analog) durch Nervenenden und chemische Prozesse. Die Eingabe eines Computers wird durch das Eingabegerät in eine Folge von zwei Zuständen 0, 1 transformiert und in den Speicher des Computers abgelegt. Hier sei erwähnt, dass das soeben beschriebene Menschenbild als Analogie genommen wird und nicht in dieser Weise zutreffen muss. Die Grenze zwischen Mensch und seiner Welt, d.h. dem Subjekt und seinen Objekten, ist möglicherweise weit aus weniger klar als wir uns das vorstellen.
Der Prozessor eines Computers ließt (digitale) Informationen aus dem Speicher, manipuliert sie durch eine Abfolge von Symbolmanipulationen, d.h., durch das Abarbeiten eines Algorithmus (eine endliche Folge von Anweisungen) und schreibt die veränderte Information zurück in den Speicher.
Wenn alle Arbeit getan ist, wird die verarbeitete Information durch die Ausgabegeräte ausgegeben. Ausgabegeräte können Monitore, Lautsprecher aber auch andere Geräte, wie zum Beispiel VR-Brillen sein. Die Ausgabegeräte erhalten als Information eine Folge von 0 und 1. Sie transformieren diese Information in Bilder, Videos und mehr.
Durch die Vernetzung von mehreren Computern, wie zum Beispiel dem Internet, wird die Ausgabe des einen Computers zur Eingabe des anderen. Kann ein Problem in viele Teilprobleme aufgeteilt werden (Dekomposition), können viele Computer im Verbund eine Lösung berechnen.