Der Computer als System

Wie es kommt, dass materielle Geräte überhaupt in der Lage sind, Information bzw. Daten zu verarbeiten und damit Leistungen zu vollbringen, die wir bei lebenden Wesen mit Wörtern wie Wahrnehmen, Denken oder Rechnen zu benennen pflegen? Zu diesem Zweck begeben wir uns von der Pascal Ebene zu tiefer gelegenen Ebenen oder Schichten des Computers hinab. Diesen können wir uns als System vorstellen, das aus verschiedenen Schichten (oder Schalen) besteht, wobei jede Schicht auf der darunter liegenden Schicht aufbaut indem sie deren Flexibilität steigert. Es ist u. a. das Ziel der folgenden Ausführungen, diesen letzten Satz verständlich zu machen.

Folgende Schichten lassen sich unterscheiden:

• In der untersten Schicht sind die physikalischen Komponenten des Computers (Transistoren, Leiterbahnen, integrierte Schaltkreise usw.) angesiedelt. Mit ihr werden wir uns nur kurz beschäftigen, da die Funktionsweise der Bausteine des Computers von deren physikalischer Realisierung unabhängig ist.
• Die unterste für die Informatik relevante Schicht betrifft Schaltkreise (Schaltnetze und Schaltwerke), welche aus Steuerwerk und Rechenwerk einen Prozessor bilden.
• Darüber liegen die binär codierten, d.h. als Folgen von Binärzeichen dargestellten Maschinenprogramme. Sie bilden die einzige Form, in der Software von der Hardware direkt ausführbar ist; alle Programme müssen daher in solche Bitfolgen übersetzt werden. Die Maschinensprache kann in Form einer weitgehend strukturgleichen Assemblersprache programmiert werden.
• Die Verwaltung der Geräte, Daten und Programme geschieht durch ein besonderes Programm, das Betriebssystem, welches der Benutzer durch Kommandos steuern kann.
• Die eigentlichen Programmiersprachen (wie Pascal, Modula 2, Oberon, C, Ada, Lisp, Prolog) werden als problemorientierte oder höhere Sprachen bezeichnet. Sie müssen durch Übersetzungsprogramme in die Assemblersprache übertragen werden.
• Für jedes Einsatzgebiet des Computers steht eine Vielzahl von Anwendungsprogrammen zur Verfügung (Texteditoren, Datenbankprogramme oder Zeichenprogramme zum rechnergestützten Entwurf).

Wir beginnen unsere Überlegungen auf der untersten Ebene, der Ebene der Schaltkreise, und steigen von hier in die höheren Sphären auf. Wichtig ist, dass es uns dabei nicht auf technische Einzelheiten, sondern allein auf die Funktionsprinzipien, also die grundlegenden Ideen des Funktionierens von Informatiksystemen, ankommt. Es geht uns vor allem um drei Ideen, nämlich (1) die Idee der binären Arithmetik, d. h. des Rechnens mit Null und Eins bzw. mit Wahr und Falsch, (2) die Idee der automatischen Verarbeitung und (3) die Idee der Programmsteuerung.