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Hardware

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Hardware [/ˈhɑːdˌwɛə/ bzw. /ˈhɑɹdˌwɛɚ/ (AE)] (gelegentlich mit „HW“ abgekürzt) ist der Oberbegriff für die physischen Komponenten (die elektronischen und mechanischen Bestandteile) eines datenverarbeitenden Systems, als Komplement zu Software (den Programmen und Daten).[1]

Wortherkunft[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ursprünglich ist das englische hardware ungefähr bedeutungsgleich mit „Eisenwaren“ und wird heute im englischsprachigen Raum noch in diesem Sinne verwendet – also nicht nur für computer hardware.

Abgrenzung Hardware und Software[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In einem Computersystem kommen Hard- und Softwarekomponenten zum Einsatz. Hardware ist vereinfacht ausgedrückt der Teil eines Computers, den man anfassen kann: Jede einzelne darin verbaute Komponente, vom einfachen Kondensator bis hin zur komplett bestückten Platine, das Gerät als Ganzes sowie sein Zubehör wie beispielsweise Maus, Tastatur, Bildschirm und Drucker.

Software ist Information und kann nicht angefasst werden, da sie immateriell ist.[2] Sie ist unterteilbar in Programme und Daten und bestimmt, was ein Computer tut und wie er es tut (in etwa vergleichbar mit einem Manuskript).[3] Die Hardware (das Gerät selbst) führt Software aus (arbeitet sie ab) und setzt sie so in die Tat um.

In den 1950er Jahren wurde Software auf Lochstreifen gespeichert. Jede mögliche Lochposition steht für ein Bit. Die Löcher und die gefüllten möglichen Lochpositionen sind jedoch nicht die Software; sie sind Teil der Hardware. Auch moderne Datenträger sind nicht die Software, sondern immer Hardware, die Software lediglich enthalten.

Ebenso wie Information kann Software nicht existieren ohne physische Repräsentation: Software kann zwar auf bestimmten Medien gespeichert, gedruckt, angezeigt oder transportiert werden. Diese sind aber nicht die Software, sondern sie enthalten sie nur. Als Analogie dazu ist es für eine ‚Oper‘ nicht begriffsbestimmend, ob sie im Theater aufgeführt, über Radio/TV übertragen oder als CD verkauft oder gehört wird, ob sie im Opernführer beschrieben oder in der Partitur aufgezeichnet ist. Auch hier enthalten diese Medien die Oper nur.

Das hard- und softwaregesteuerte Arbeitsprinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es braucht nicht zwingend eine Software, um eine Hardware in ihrem Arbeitsablauf automatisiert zu steuern. Selbst komplexe Arbeitsabläufe lassen sich komplett in Hardware umsetzen - das hardwaregesteuerte Arbeitsprinzip. Als Beispiel sei eines der frühen Spielhallenspiele genannt, das von Atari 1976 produzierte Spiel Breakout. Das komplette „Programm“ (der Ablauf, die Logik) bestand ausschließlich aus Hardware, bildlich gesehen aus „fest verdrahteten Schalttafeln“.[4]

Auch in modernen Geräten werden automatisierte Arbeitsabläufe teilweise direkt in der Hardware implementiert, in Form von Logikgattern oder ASICs. Sie setzen einen bestimmten Ablauf von Instruktionen um. Ihre Funktion ist fest durch die Struktur der Hardware vorgegeben und kann nachträglich kaum mehr verändert werden. Für ein Update auf neue Funktionen oder zum Beheben von Fehlern muss die Hardware (zumindest teilweise) ausgetauscht, ergänzt oder durch anderweitige physische Eingriffe angepasst werden. Dafür ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit in der Regel höher und der Energieverbrauch geringer als bei einer Softwarelösung.

Soll ein Arbeitsablauf ohne physische Eingriffe anpassbar sein, so kommt das softwaregesteuerte Arbeitsprinzip zum Tragen: Dafür erhält die Hardware einen Prozessor. Dieser ist in der Lage, Software „zu verstehen“, sie abzuarbeiten. Software kann wiederum einfach angepasst und sogar komplett ausgetauscht werden, ohne die Hardware dafür verändern zu müssen. So lassen sich auf ein und demselben Gerät nahezu beliebige Anwendungen nutzen.

Komplexere Hardwaresysteme enthalten oft eine Kombination aus hardware- und softwaregesteuerten Komponenten.

Im obigen Beispiel verwendete das von Atari produzierte Spielhallengerät von 1976 keinen Prozessor. Bereits ein Jahr später wurde das Spielprinzip auf ein prozessorgesteuertes Gerät übertragen, den Computer. Seither gab es das Spiel auch als Software.[4] Das Computerspiel bestand nicht mehr aus „verdrahteten Schalttafeln“, sondern aus Anweisungen für einen Prozessor inklusive der für die Abarbeitung notwendigen weiteren Informationen (den Daten), die gemeinsam auf einem Datenträger gespeichert und von dem Computer ausgewertet wurden.

Mischformen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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Dass es sich hierbei um Mischformen handelt, ist nicht belegt.

Ein Rom-Chip kann durch Einbrennen von Daten eine direkt verarbeitende (Hardware-Rechen-)Funktion erhalten; dafür noch besser geeignet ist beispielsweise ein FPGA - Hardware, deren Funktionsweise ziemlich leicht veränderbar/„durch Software konfigurierbar“ ist. Die spätere eigentliche Datenverarbeitung wird jedoch der „Datenverarbeitung durch Hardware“ zugeordnet.

Die Beschreibung von (Hardware-)Logikschaltungen kann in einer („Programmier“-)Sprache wie beispielsweise VHDL vorliegen. Ein VHDL-Simulator kann die Funktionsweise dieser „virtuellen Hardware“ simulieren; zusammen mit den anliegenden Eingangsdaten kann es vorkommen, dass die Hardware gar nicht mehr produziert wird, wenn die VHDL-Simulation bereits die angestrebten Entwurfsziele erfüllt.

Unterteilung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptplatine (englisch Mainboard)

Eine mögliche Realisierung bzw. Aufteilung der Hardware ist die 1945 vorgestellte Von-Neumann-Architektur. Sie unterscheidet abstrakt zwischen Steuerwerk, Rechenwerk („ALU“), Speicherwerk und Eingabe-/Ausgabewerk (Peripheriegerät). Heutzutage ist eine solche Aufteilung zum Verständnis der Struktur eines Rechners immer noch sinnvoll und notwendig, obwohl mittlerweile bei modernen Prozessoren viele Funktionen in einem Hardwarechip integriert sind, etwa:

  • Steuerwerk zur ALU und zur Befehlskodierung gleich mehrere Male zur Parallelverarbeitung;
  • Steuerwerk MMU zur Speicherverwaltung;
  • der Cache als Teil des Speicherwerks,
  • die Steuerung für ein Bus-System, das interne und externe Komponenten miteinander verbindet.

Bei sogenannten embedded Prozessoren (für z. B. PDAs oder Waschmaschinen) findet man im gleichen Gehäuse noch ein Ein-/Ausgabewerk in Form serieller Schnittstellen (z. B. USB), digitalem I/O (Input/Output) z. B. für einen Touchscreen und analogem I/O für z. B. Lämpchen oder E-Motoren.

Noch stärker integriert sind sogenannte SoC (System on a Chip) für z. B. Smartphones, die weitere Komponenten integrieren, bis hin zu Arbeitsspeicher (RAM) und Flash-Speicher.

Zur Computer-Hardware gehören die PC-Komponenten:

Alle diese Peripheriegeräte und Baugruppen eines Computers sind großteils mit logischen Schaltungen aufgebaut.

Häufig ist Hardware mit einer FCC-Nummer versehen, die eine eindeutige Identifizierung des Herstellers erlaubt.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Computer hardware – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Hardware – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikibooks: Computerhardware – Lern- und Lehrmaterialien
 Wikibooks: Computerhardware für Anfänger – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Begriffsbedeutung:
  2. Jochen Ludewig, Horst Lichter: Software Engineering. 1. Auflage. dpunkt Verlag, 2007, ISBN 978-3-89864-268-2, „Software ist immateriell und besteht aus den Sprachen und Notationen, in denen sie formuliert ist“
  3. Tessen Freund: Software Engineering durch Modellierung wissensintensiver Entwicklungsprozesse, ISBN 978-3-940019-11-0, Kap. 2.1.1 „Software“, S. 25, Zitat Edmunds „Software includes computer programs and data that is used by theses programs […] Software determines what a computer does and how it does it.“; google-books
  4. a b Steve Wozniak: iWoz – Wie ich den Personal Computer erfand und Apple mitgründete. Deutscher Taschenbuchverlag 2008, ISBN 978-3-423-34507-1, S. 144–149.