Fragen zur Computertechnik

Ich habe ein paar ganz konkrete, und zwar konkret in seinem inhärenten Wortsinn, Fragen zur
Datenverarbeitung eines elektronischen Rechners.
Mich würden die Strukturen eines CPU´s interessieren und wie dieser genau genau die Daten hin zur Grafikkarte verarbeitet, weiter wie die Grafikkarte dann mit den Informationen umgeht um letztendlich ein Bild auf meinem Monitor erscheinen zu lassen.... ich meine damit nicht die Umwandlung in ein binäres System, also Strom an oder aus, sondern wie diese Elektronen auf den Strukturen eines Chips sausen, was müssen das überhaupt für Strukturen sein damit das funktioniert..... wie werden aus digitalen wieder analoge Signale?
Ich kenne auch die Logikgatter, aber ich kann mir die konkrete Umgestaltung einfach nicht vorstellen, z.b. wie schafft es ein Und-Gatter, gerade bei 2 bzw. binär ausgedrückt 10 anzugehen, wie haben die das so konkret umgesetzt, wie wurde aus der Theorie Praxis...
Ich kann mir einfach nichts konkretes drunter vorstellen.....
Ich dachte mir, wenn ich ein einfaches Modell sehen könnte, würde mir das weiterhelfen... also falls ihr sowas parat habt.
Schonmal vorab danke....

Sollte aus meiner Fragestellung nicht klar hervorgehen was ich meine, bitte ich das zu entschuldigen, und werde selbst etwas konkreter werden :)

@libertarian

Nichts für ungut, aber hältst du das nicht für ein bischen "allgemein" Wie wäre es wenn du dich selber informierst und dann mit konkreteren Fragen zurückkommst?

Gute Anlaufpunkte wären beispielsweise die Wiki-Seiten über,

A-D Wandler
D-A Wandler
Mikroprozessoren
und
Transistoren

Was das Grundsätzliche angeht, Computer beruhen auf Abstraktions-schichten

Wiki - OSI Modell.

so werden festverdrahtete Befehle in Maschienensprache zu speziellen Bitkombinationen die dann auf den Prozessor geschaltet werden und da verarbeitet.

Diese Maschinensprache kann man durch eben solche Systeme übersetzen lassen zu Punkten die auf dem Bildschirm leuchten und beispielsweise eine 2 darstellen. Also kann man die Maschinensprache in Textbefehle für den Assembler und schließlich in höhere Programmiersprachen übersetzen.


Wiki - Abstraktion
Wiki - Maschinensprache


Um eine umfassende Erklärung zu liefern ist die Materie allerdings zu komplex.

@libertarian

das könnte noch für dich interessant sein

Wikipedia: Konrad Zuse
Wikipedia: Zuse Z3

unser info-lehrer hatte damals imemr von zuse gesprochen udn geschwärmt.. ich hab nie richtig zugehört ^^

Mit seiner Entwicklung der Z3 im Jahre 1941 baute er den ersten vollautomatischen, programmgesteuerten und frei programmierbaren, in binärer Gleitpunktrechnung arbeitenden Computer der Welt.

@all gut werd mich mal durchlesen... :)

@interpreter
hab mich jetzt mal in zwei, drei von deinen links reingelinkt, und muss sagen, iwie werde ich da nich schlau draus, ich mein die Theorie is ja erstmal, soweit so gut, aber mir fehlt da das konkrete Element.... ich zeig dir ein Beispiel:
Funktion [Bearbeiten]

Jeder D-A-Umsetzer benötigt für die Umsetzung Zeit. Je kürzer diese ist, desto höher kann die Umsetzgeschwindigkeit oder Abtastfrequenz sein, die aufgrund des Alias-Effekts minimal das Doppelte der maximal möglichen Ausgangsfrequenz (Nyquist-Frequenz) beträgt. Zeitliche Fehler der Umsetzung werden meist als Jitter bezeichnet. Die quantisierte, in zeitlich diskreten Stufen bereitgestellte Ausgangsspannung erfordert ein Tiefpass-Filter zur Unterdrückung, das die im Normalfall unerwünschten Oberwellen unterdrückt. Dieses kann bei höherer Überabtastung einfacher gestaltet werden, was ein Vorteil des Zählverfahrens und des Delta-Sigma-Verfahrens ist. Unterabtastung ist fast immer unerwünscht.
Wertmäßige Quantisierung [Bearbeiten]
Die Quantisierung in eine endliche Anzahl von Quantierungsstufen, die praktisch immer in binären Bits vorgenommen wird, hat eine reduzierte Auflösung und Quantisierungsfehler zur Folge. Bei Wechselspannung werden diese Fehler als Fehler-Wechselspannungen betrachtet, die Quantisierungsrauschen genannt werden und bei einem idealen Digital-Analog-Umsetzer einen Rauschabstand von etwa 6 dB pro Bit ermöglichen. Bei einem hinreichend genauen Digital-Analog-Umsetzer können im Gegensatz zum Analog-Digital-Umsetzer durch Überabtastung, Umrechnung und Ausgangsfilterung ähnlich dem Zählverfahren die Auflösung gesteigert und der Quantisierungsfehler auf Kosten der maximalen Ausgangsfrequenz verringert werden.
Quantisierungskennlinie [Bearbeiten]
Bei einem idealen Digital-Analog-Umsetzer besteht ein offset-freier, linearer Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße. Es gibt auch D-A-Umsetzer mit nichtlinearer Quantisierungskennlinie z. B. nach dem logarithmischen A-law- und µ-law-Verfahren für Telefonnetze, die aber aus binären Werten abgeleitet werden.

Das mag sich für Leute, die es vornherein schon annähernd wissen, schlüssig anhören, aber nicht für einen Laien wie mich... ich mein, hier ist wieder alles bloß Theorie... und das ist doch Wissenschaft mit einer ganz konkreten Entsprechung, die Elektronik.
Allen voran durchschau ich nichmal die Theorie genau, denn in diesem Text sind mindestens 10 weitere Verlinkungen, und einer Dieser beeinhaltet wieder 10 weitere... ich weiss nich, vllt. bin ich auch nur zu doof....
Es ist zwar eine Grafik gegeben, die das soweit so gut ganz schön darstellt, aber die konkrete Entsprechung?!?... mit konkreter Entsprechung meine ich, eine Grafik wie du sie bei Wiki. Gleichstromgenerator findest.
Sowas fehlt mir hier... ich bin übrigens der Meinung, dass wenn es um Naturwissenschaften und Technik geht, erst das konkrete Element dargesetllt werden sollte... Jene, die diese diversen Dinge herausfanden, taten dies ja auch nicht aus dem Nichts - verstehst du was ich meine.
Mir fehlen die Fundamente, welche die Theorien stützen, das ganze erst ermöglichen... kommen wir nochmal zum Gleichstromgenerator, ich würde, ohne die Grafik zu kennen, die Erklärung der Funktion des Gleichstromgenerators nicht checken, da ich aber die Grafik kenne, kann ich auch die abstrakte Erklärung nachvollziehen

Ah, er will, dass wir ihm ein Bild malen.

@GilbMLRS
Ich glaube aus meinem Posting geht ganz klar hervor was ich meine, es wäre nicht schlecht mal eine Grafik zu sehen, was ich mit Grafik meine, da kannst du dich ebenfalls an meinem Posting oben orientieren... also versteh ich nicht wo deine "Ironie" drauf abziehen will.
Ich zwing ja hier niemanden auf sich damit zu beschäftigen, nur weil ich scheinbar zu faul wäre das Internet zu durchstöbern, oder die ganze Wiki. Computertechnik durchzulesen...
Ich dachte einfach, dass, wenn ich es hier hereinschreibe mir so einiges an umständliches Gesuche ersparen könnte, vllt. ein paar Fachmänner gäbe, welche ich fragen könnte, fragen wie einen Lehrer, wenn man etwas nicht versteht, man etwas präziser wissen will...

@libertarian

Der D-A Wandler ist eine Anzahl von Widerständen die je nach binärem eingangssignal in einer Reihenschaltung zugeschaltet werden.

das 1 bit steuert ein 100 Ohm Widerstand

das 2 bit steuert einen 200 Ohm Widerstand

das 4 bit steuert einen 400 Ohm Widerstand usf.

Wertigkeit * 100 = Widerstand

je höher der Gesamtwiderstand desto höher die Gesamtspannung die darüber abfällt so lassen sich digitale Signale in Analoge Signale umsetzen.

Der A-D Wandler macht was ähnliches mit Schwellwertschaltern.

@interpreter
Damit kann ich was anfangen, Reihenschaltung und Widerstände kann ich mir auch schön im I-Net anschauen :Danke.... hab gestern übrigens auch noch eine Menge rausgefunden, also langsam fügt sich das Puzzle in die von mir gewünschte Richtung :)
Ich werd mich jetz erstmal durch die wichtigsten elektronischen Bauelemente hangeln, dann weiter zu integrierten Schaltungen.... und ich glaub dann ist mir ein Schaltplan und die Theorie auch nicht mehr allzu abstrakt.

@libertarian
Wenn ich dich richtig verstanden habe, willst du hier einen Crashkurs in Nachrichtentechnik. Denn darum geht es in letzter Konsequenz. Wie gelangt die Information aus einem Bauteil (z.B. der Festplatte) über den Schreib-/Lesekopf, den Cache, die Kabel in das Register um dann von der CPU verarbeitet werden zu können.

Dann solltest du dich als allererstes mit Transistoren (NPN oder PNP) beschäftigen, denn das sind die Bauteile, die aus Strom an und aus machen. Und wenn du verstanden hast, wie Transitoren arbeiten, dann informiere dich, wie Logikgatter funktionieren. (NAND z.B.) Dann hast du zumindest schon mal eine grobe Idee, wie ein Rechner funktioniert. Und wenn du wirklich verstehen willst, wie aus der gedrückten Taste A das Zeichen A auf dem Bildschirm wird, dann hast du noch ein paar Schritte mehr vor Dir. Wie funktioniert überhaupt ein Bildschirm? (LED oder alte Röhre?)

Kurz, so einfach, wie du dir das vorstellst, ist es nicht. Leider.

@Lufton

Ohja, das es nicht einfach ist hab ich auch schon gemerkt, wie gesagt die Theorie hab bis zunem gewissen Punkt drinnen.... ich schau mir gerade die elektronischen Bauelemente an, aus denen integrierte Schaltkreise, Transistoren aufgebaut sind.... aber noch ein sehr langer Weg :)

@libertarian

Ich denke mit ein paar Sätzen wird dir das hier kaum einer ausreichend erklären können. Am besten du holst dir Fachbücher aus der Informatik die sich in das Thema vertiefen.

Ansonsten hier mal etwas zu dem Thema:
http://openbook.galileocomputing.de/it_handbuch/fachinformatiker_02_mathematische_grundlagen_003.htm (Archiv-Version vom 13.08.2010)

@libertarian

Am besten fängst Du da bei Adam und Eva an.

Alle digitalen Schaltungen in einem Computer bestehen aus "and" ("und") und "or" ("oder") Schaltungen.

Eine "und" - Schaltung (Fachausdruck "and - gate") liefert am Ausgang genau dann ein aktives Signal, wenn alle Eingangssignale aktiv sind
Eine "oder" - Schaltung (Fachausdruck "or - gate") liefert am Ausgang immer dann ein aktives Signal, wenn mindestens ein Eingangssignal aktiv ist.
(Die in der Literatur verwenderten Typen "nand" und "nor" unterscheiden sich von "and" und "or" nur dadurch, dass das Ausgangssignal zusätzlich noch "invertiert" (umgedreht) wird. Für den Moment kannst Du das ignorieren)

Lassen wir mal die Elektronik beiseite und verwenden wir anschaulichere Materialien (Computer kann man auch mit Waserrohren, Pressluftschläuchen und noch ein paar anderen abartigen Dingen bauen - im Technischen Museum in Wien steht gleich nach dem Stiegenaufgang ein binär - Addierer der mit Hilfe von Waserrohren 2 vierstellige Binärzahlen addieren kann, und pneumatische Computer wurden tatsächlich in Umgebungen mit extrem hohen elektrischen Störfeldern eingesetzt)

Also: Stell Dir vor, Du hast einen Gartenschlauch, der an einen Wasserhahn angeschlossen ist.
Wenn Du den Hahn aufdrehst kommt Wasser aus dem Schlauch.
Was aber, wenn im Schlauch noch einmal ein Hahn eingebaut ist, zum Beispiel bei der Spritzdüse (jeder glückliche Gartenbesitzer kennt diese Konstruktion)?

Nun: wenn der Wasserhahn abgedreht ist und der Hahn an der Spritzdüse ist offen dann kommt hinten nichts heraus, ebenso passiert nichts, wenn der Wasserhahn offen, aber der an der Spritzdüse zu ist.
Also: Wasser kommt hinten nur heraus, wenn Hahn UND Spritzdüse offen sind. Wir haben es mit einem "and - gate" (ganz ernsthaft und wichtig) zu tun. So, jetzt kommt etwas ganz wichtiges:
Wasser kommt nur heraus, wenn Hahn UND Düse geöffnet sind.
AND - GATE.
Umgekehrt wird aber auch ein Schuh daraus:
Wasser kommt nicht heraus, wenn Hahn ODER Düse geschlossen ist.
Das wäre nun ein "NOR - GATE" ("NICHT - ODER").

Ehe wir weitermachen, vergewissere Dich ganz genau und hundertprozentig, dass Du das was ich eben dargelegt habe verstanden hast und dass es so selbstverständlich ist, dass Du Dir jederzeit ein Bild davon vor Deinem geistigen Auge erscheinen lassen kannst. Mach vielleicht selbst spasshalber sine Skizze und stell sie hier herein.

Ich mach jetzt mal eine Skizze und werde sie morgen früh hier hereinstellen.

An alle: Ich will @libertarian keineswegs verarschen. Ein Computer arbeitet fast ausschließlich mit den beiden beschriebenen Elementen und wenn diese nicht ebenso selbstverständlich verinnerlicht sind wie Atmen und Gehen wird es schwierig, weiterführende Erklärungen zu verstehen.

Und wenn es gewünscht wird kann ich gerne für alle so eine Art Crashkurs in Digitaltechnik hier durchziehen. In einer einzigen Sitzung geht das allerdings nicht, dazu ist das, obwohl ein Computer aus nur wenigen verschiedenen Schaltelementen besteht, zu komplex, da in jedem CPU - Chip schon Hunderttausende dieser Schaltelemente verbaut sind.

Nur eines für's erste noch: Ob das ganze mit Transistoren, Wasserhähnen, Druckluftschläuchen oder was auch immer realisiert wird ist egal. Die Logik und das Ergebnis am Ausgang bei bestimmten Eingangssignalen ist immer gleich.

@Lightstorm
Vielen dank dafür, werde mal ein wenig durchblättern; jedoch ist das auch wieder bloße Theorie; mein Hauptaugenmerk liegt eigentlich an dem Aufbau der Geräte selber - wieso geht das gatter, beim UND Gatter beispielsweise, genau dann an, wenn 1 und 1 gegeben sind, wie haben die das hingekriegt, also du siehst, mich interessiert eher die praktische Seite :)

@OpenEyes
ich lese es gerade.... und ich muss dir sagen, danke, du hast es raus was ich die ganze Zeit fragen zu versucht habe :)

@libertarian

Also grob gesehen ist das wie bei den Schaltungen die man z.B. in der Schule gemacht hat, so simple Schaltungen mit paar Drähten, paar Lämpchen und Schaltern. Je nachdem wie man es aufbaute konnte man bestimmte Funktionen/Eigenschaften schaffen. Dadurch ließen sich mathematische Funktionen schaffen, die "und", "oder" Schaltungen.

So ist das im Grunde mit den Transistoren auch, nur das sie viel kleiner sind und verschiedene Schaltungen kombiniert sehr komplexe Fallunterscheidungen ermöglichen.

@libertarian

libertarian schrieb:wieso geht das gatter, beim UND Gatter beispielsweise, genau dann an, wenn 1 und 1 gegeben sind, wie haben die das hingekriegt, also du siehst, mich interessiert eher die praktische Seite

Lies den Beitrag über dem Deinen. Wenn Dir da alles klar ist bestätige das bitte, dann kommt als nächstes die Antwort auf genau diese Frage. Dazu brauche ich aber eine Skizze, die ich erst morgen früh einscannen und hereinstellen kann.

Ganz absolut unübertrefflich super wäre es natürlich, wenn Du ein paar Bauelemente und einen Lötkolben hättest - in dem Fall könntest Du, was ich erkläre, selbst ausprobieren. Alternativ wäre ein Experimentier - Baukasten (im besseren Fachhandel erhältlich) natürlich ebenso gut geeignet und erspart verbrannte Fingerspitzen :)

@OpenEyes
soweit habe ich verstanden, das war übrigens klasse formuliert - also muss dir noch mal ein dankhaftes Kompliment aussprechen.

OpenEyes schrieb:Ganz absolut unübertrefflich super wäre es natürlich, wenn Du ein paar Bauelemente und einen Lötkolben hättest - in dem Fall könntest Du, was ich erkläre, selbst ausprobieren. Alternativ wäre ein Experimentier - Baukasten (im besseren Fachhandel erhältlich) natürlich ebenso gut geeignet und erspart verbrannte Fingerspitzen

Das habe ich leider nicht, aber so halbwegs kann ichs nun auch auf den elektronischen Bereich versinnbildlichen, aber wenn ich ganz genau den elektrischen Weg sehen könnte, das wäre natürlich klasse.

@Lightstorm
Ich hatte/habe in der Schule eher den geisteswissenschaftlichen Bereich :)

@libertarian

libertarian schrieb:Das habe ich leider nicht, aber so halbwegs kann ichs nun auch auf den elektronischen Bereich versinnbildlichen, aber wenn ich ganz genau den elektrischen Weg sehen könnte, das wäre natürlich klasse

Kommt morgen. Bitte etwas Geduld, ich muss jetzt eine Mütze Schlaf bekommen - morgen muss ich um 4 Uhr aus den Federn. Aber um 10 Uhr hast Du die Antwort. Versprochen :)