Was ist ein Computer?

Technisch ist ein Computer zunächst ein System, das Daten nach vorgegebenen Regeln verarbeitet. Der Begriff meint deshalb mehr als nur einen Laptop oder Desktop-PC.

EINGABE
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VERARBEITUNG
   ↓
AUSGABE

Ein Computer verarbeitet nicht nur Zahlen. Er verarbeitet grundsätzlich Daten.

Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe

Viele Vorgänge lassen sich mit diesem Grundmodell erklären. Beim Taschenrechner ist „5 + 7“ die Eingabe, die Berechnung die Verarbeitung und „12“ die Ausgabe. Im Browser kann eine eingegebene Webadresse die Eingabe sein; Browser und Betriebssystem verarbeiten sie und später erscheint eine Webseite.

Die wichtigsten Komponenten eines Computers

CPU, RAM, SSD, Netzwerkadapter, Betriebssystem und Programme erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Gerade RAM und dauerhafter Speicher dürfen nicht miteinander verwechselt werden.

Die CPU

CPU steht für Central Processing Unit, auf Deutsch meist Prozessor. Die CPU führt Maschinenbefehle beziehungsweise Instruktionen aus.

Programm
   ↓
Befehle
   ↓
CPU
   ↓
Ausführung

Die CPU ist nicht der Speicher

Die CPU arbeitet während der Ausführung mit Daten, speichert aber nicht einfach dauerhaft Dokumente, Bilder oder Programme.

Kerne und parallele Verarbeitung

Moderne CPUs besitzen häufig mehrere Kerne. Sehr vereinfacht ermöglichen mehrere Kerne, verschiedene Aufgaben parallel beziehungsweise zeitlich überlappend zu verarbeiten. Eine tiefere CPU-Architektur ist hier noch nicht erforderlich.

Arbeitsspeicher – RAM

RAM steht für Random Access Memory und ist der schnelle Arbeitsspeicher. Laufende Programme benötigen Arbeitsbereiche für aktuell benötigte Daten.

SSD
 │ Programm laden
 ▼
RAM
 │ Verarbeitung
 ▼
CPU

Warum braucht man RAM?

Als vereinfachtes Bild kann man die SSD mit einem Aktenschrank, den RAM mit einem Schreibtisch und die CPU mit der arbeitenden Person vergleichen.

RAM ist flüchtig

RAM ist grundsätzlich flüchtiger Speicher. Wird der Computer ausgeschaltet, gehen die darin gehaltenen Arbeitsdaten normalerweise verloren.

Persistenter Speicher

Für dauerhafte Speicherung werden beispielsweise SSDs verwendet. Dort können Betriebssystem, Programme, Dokumente, Bilder, Videos, Logs, Konfigurationsdateien und Datenbanken gespeichert werden. Die Daten bleiben grundsätzlich auch nach dem Ausschalten erhalten.

RAM und SSD vergleichen

Ein Programm kann dauerhaft auf einer SSD gespeichert sein und während seiner Ausführung gleichzeitig Daten im RAM verwenden.

Was passiert beim Start eines Programms?

Ein Programm liegt zunächst dauerhaft auf dem Speicher. Beim Start werden benötigte Programmbestandteile und Daten in den Arbeitsspeicher geladen und von der CPU verarbeitet. Das Betriebssystem koordiniert diesen Vorgang.

Hardware und Software

Hardware bezeichnet physische Komponenten wie CPU, RAM, SSD, Netzwerkkarte, Mainboard, Monitor und Tastatur. Software umfasst beispielsweise Windows, Linux, Browser, Word, SSH-Clients oder Webserver.

SOFTWARE
   ↓
 nutzt
   ↓
HARDWARE

Das Mainboard

Das Mainboard beziehungsweise Motherboard verbindet zentrale Hardwarekomponenten miteinander. Detaillierte Bus-Systeme oder Chipsatzarchitekturen sind für diesen Grundlagenkurs nicht erforderlich.

          CPU
           │
           ▼
RAM ─── MAINBOARD ─── SSD
           │
           ▼
    Netzwerkadapter

Netzwerkadapter

Der Netzwerkadapter ermöglicht dem Computer die Kommunikation mit Netzwerken, beispielsweise über Ethernet oder WLAN. Später werden wir für Netzwerkadapter unter anderem MAC-Adresse, IP-Adresse und Netzwerkinterface kennenlernen.

Computer
   ↓
Netzwerkadapter
   ↓
Netzwerk

Mehrere Netzwerkadapter

Ein System kann gleichzeitig mehrere Netzwerkinterfaces besitzen, beispielsweise WLAN, Ethernet und ein virtuelles VPN-Interface.

Was sind Daten?

Für Menschen können Daten Text, Bilder, Audio, Video, Zahlen oder Datumswerte sein. Für den Computer werden diese Informationen letztlich digital repräsentiert.

Das Bit

Ein Bit kann zwei Zustände darstellen, typischerweise 0 oder 1. Daher spricht man häufig vom Binärsystem. Für diesen Kurs ist keine binäre Mathematik erforderlich.

Das Byte

Eine Folge von acht Bits kann abhängig von der Interpretation beispielsweise ein Zeichen repräsentieren.

Byte als Maßeinheit

Diese Einheiten beschreiben Größenordnungen von Datenmengen.

Größenordnungen greifbar machen

Eine kleine Textdatei liegt häufig im KB-Bereich, ein Foto oft im MB-Bereich und Videos können viele MB oder GB groß sein. Große Datensammlungen erreichen GB oder TB. Die tatsächliche Größe hängt immer von Inhalt, Format und Kompression ab.

Bit und Byte nicht verwechseln

Speichergrößen werden häufig in Byte angegeben, Netzwerkgeschwindigkeiten dagegen häufig in Bit pro Sekunde.

Datenmenge versus Datenrate

Was ist eine Datei?

Eine Datei ist eine logisch zusammengehörige Menge gespeicherter Daten. Beispiele sind bericht.docx, bild.jpg, video.mp4, config.json oder server.log. Eine Datei besitzt typischerweise unter anderem Name, Pfad, Größe, Inhalt und Zeitinformationen.

Der Dateiname

Bei bericht.pdf ist „bericht“ der Name und „.pdf“ die Dateiendung. Die Endung gibt häufig einen Hinweis auf das Format, ist aber kein sicherer Beweis für den tatsächlichen Dateiinhalt.

Was ist ein Dateiformat?

Ein Dateiformat legt fest, wie Daten innerhalb einer Datei strukturiert beziehungsweise interpretiert werden. Beispiele sind TXT, CSV, JSON, XML, JPEG, PNG, PDF und ZIP.

TXT

Eine Textdatei enthält grundsätzlich Textinformationen und besitzt meist wenig zusätzliche Struktur.

CSV

CSV steht für Comma-Separated Values und wird häufig für tabellenartige Daten verwendet.

timestamp,source_ip,destination_ip
12:00:01,192.0.2.25,198.51.100.20
12:00:04,192.0.2.26,198.51.100.21

JSON

JSON steht für JavaScript Object Notation. Für uns ist vor allem die strukturierte Darstellung von Feldern und Werten wichtig. JSON begegnet uns später unter anderem bei APIs, Logs, OpenSearch und Konfigurationen.

{
  "source_ip": "192.0.2.25",
  "destination_ip": "198.51.100.20",
  "destination_port": 443
}

XML

XML ist ebenfalls ein Format zur strukturierten Darstellung von Daten. Spitze Klammern bedeuten nicht automatisch, dass etwas Programmcode ist.

<connection>
  <source>192.0.2.25</source>
  <destination>198.51.100.20</destination>
</connection>

LOG-Dateien

Eine .log-Datei enthält typischerweise protokollierte technische Informationen. Logs können Ereignisse, Fehler, Anmeldungen, Verbindungen, Prozesse oder Anwendungsaktivitäten dokumentieren.

2026-09-01T14:03:21Z login success user=alice

ZIP und Archive

ZIP ist ein Beispiel für ein Archivformat. Mehrere Dateien können darin zusammengefasst und häufig gleichzeitig komprimiert werden.

Was ist Encoding?

Computer benötigen Regeln, wie Zeichen durch Zahlen beziehungsweise Bytes repräsentiert werden. Eine solche Zuordnung nennt man Zeichenkodierung oder Character Encoding. Ein heute sehr verbreitetes Encoding ist UTF-8.

Warum Encoding wichtig ist

Wenn zwei Systeme dieselben Bytes unterschiedlich interpretieren, können Zeichen falsch dargestellt werden.

Daten und ihre Interpretation

Eine Folge von Bytes besitzt nicht automatisch für jeden Beobachter dieselbe Bedeutung. Software benötigt Kontext. Bytes können beispielsweise als Text, Bild, Audio, Programmcode, Netzwerkprotokoll, komprimierte oder verschlüsselte Daten interpretiert werden.

Was ist ein Verzeichnis?

Verzeichnisse dienen dazu, Dateien und weitere Verzeichnisse zu organisieren. Alltagssprachlich spricht man häufig von Ordnern.

Dokumente
├── Bericht.pdf
├── Notizen.txt
└── Projekt
    └── Daten.csv

Datei und Verzeichnis sind nicht dasselbe

Ein Verzeichnis kann Dateien und Unterverzeichnisse enthalten. Diese Unterscheidung wird insbesondere bei der Arbeit mit Betriebssystemen wichtig.

Was ist ein Pfad?

Ein Pfad beschreibt, wo sich eine Datei oder ein Verzeichnis innerhalb einer Verzeichnisstruktur befindet.

Windows:
C:\Users\Alice\Documents\bericht.txt

Linux:
/home/alice/documents/bericht.txt

Was ist ein Programm?

Ein Programm besteht aus Anweisungen beziehungsweise Code und weiteren benötigten Daten, die dauerhaft gespeichert sein können. Beispiele sind Browser, Texteditor oder SSH-Client.

Was ist ein Prozess?

Wird ein Programm ausgeführt, entsteht ein laufender Prozess.

Programm
   │ starten
   ▼
Prozess

Ein gespeichertes Programm und seine laufende Ausführung sind nicht dasselbe.

Programm und Prozess unterscheiden

Ein Programm kann mehrfach gestartet werden. Dadurch können mehrere Prozesse entstehen. Moderne Anwendungen können auch bewusst mehrere Prozesse verwenden.

Programm Browser
   ├── Prozess 1
   ├── Prozess 2
   └── Prozess 3

Warum Prozesse später wichtig werden

Netzwerkkommunikation entsteht nicht einfach „durch den Computer“. Am Ende kommuniziert laufende Software.

PROGRAMM
   ↓
PROZESS
   ↓
SOCKET
   ↓
TCP / UDP
   ↓
IP
   ↓
NETZWERK

Beispiel: Browser starten

Der Browser ist auf der SSD gespeichert. Beim Start lädt das Betriebssystem benötigte Bestandteile und Daten in den RAM. Ein oder mehrere Prozesse entstehen, die CPU führt Instruktionen aus. Für Netzwerkzugriffe nutzt der Browser Funktionen des Betriebssystems.

Browserprozess
      ↓
Betriebssystem
      ↓
Netzwerkadapter
      ↓
Netzwerk

Beispiel: Eine Datei öffnen

SSD
 │ Datei lesen
 ▼
RAM
 │ Anwendung verarbeitet Inhalt
 ▼
CPU
 │
 ▼
Darstellung auf Bildschirm

Das Betriebssystem koordiniert dabei unter anderem den Zugriff auf Datei und Hardware.

Beispiel: Eine Datei speichern

Während der Bearbeitung befinden sich relevante Daten im Arbeitsspeicher. Beim Speichern werden sie dauerhaft auf einen persistenten Speicher geschrieben.

RAM
 │ Speichern
 ▼
SSD

Beispiel: Webanwendung

Ein Browser liegt zunächst als Programm vor. Nach dem Start laufen Browserprozesse. Diese benötigen CPU, RAM, Betriebssystem und gegebenenfalls Netzwerkfunktionen.

Beispiel: SSH

SSH-Programm
     ↓
SSH-Prozess
     ↓
Betriebssystem
     ↓
Netzwerk

Später verbinden wir dies mit TCP, Port 22, SSH-Server, Authentifizierung und Verschlüsselung.

Beispiel: RDP

RDP Client
    ↓
laufender Prozess
    ↓
Betriebssystem
    ↓
Netzwerk
    ↓
entferntes System

Webbrowser, SSH und RDP sehen für den Benutzer unterschiedlich aus, sind aber auf fundamentaler Ebene Software, die als Prozesse auf Betriebssystemen ausgeführt wird und Netzwerkfunktionen verwenden kann.

Ein Computer besteht nicht aus einer einzigen Ebene

BENUTZER
   ↓
ANWENDUNG
   ↓
PROZESS
   ↓
BETRIEBSSYSTEM
   ↓
CPU / RAM / SPEICHER
   ↓
NETZWERKINTERFACE
   ↓
NETZWERK

Physisch und logisch unterscheiden

Physisch sind beispielsweise CPU, RAM-Modul, SSD und Netzwerkkarte. Logische Konstrukte sind beispielsweise Datei, Prozess, Benutzerkonto, IP-Adresse und Verbindung.

Speicher ist nicht gleich Speicher

Die Aussage „Mein Computer hat 16 GB Speicher“ kann missverständlich sein. 16 GB RAM und 1 TB SSD beschreiben unterschiedliche Speicherarten mit unterschiedlichen Aufgaben. Technische Aussagen sollten möglichst präzise sein.

Datei ist nicht gleich Inhalt

Eine Dateiendung sagt nicht zwingend zuverlässig, was tatsächlich in einer Datei enthalten ist. Das Umbenennen von daten.txt in daten.jpg verwandelt den Inhalt nicht automatisch in ein Bild.

Was bedeutet „lokal“?

Wenn Daten oder Programme auf demselben System verarbeitet werden, sprechen wir häufig von lokal. Ein Beispiel ist eine lokale Textdatei, die mit einem lokalen Texteditor geöffnet wird.

Was bedeutet „remote“?

Remote bedeutet hier, dass ein entferntes System beteiligt ist. Beispiele sind Webseiten, SSH, RDP oder Cloud-Dienste.

Client
   │ Netzwerk
   ▼
Remote Server

Was passiert bei einem Neustart?

Beim Neustart wird das laufende System beendet und erneut gestartet. Flüchtige Zustände im RAM verschwinden grundsätzlich, persistente Daten auf der SSD bleiben hingegen erhalten.

Was bedeutet Booten?

Booten bezeichnet den Startvorgang eines Computersystems. Details von BIOS, UEFI oder Bootloadern sind für diesen Basiskurs nicht erforderlich.

Computer einschalten
       ↓
Firmware
       ↓
Betriebssystem laden
       ↓
Betriebssystem starten
       ↓
Dienste starten
       ↓
Benutzer kann arbeiten

Warum Programme nicht direkt „die Hardware machen“

Ein Anwendungsprogramm kommuniziert normalerweise nicht für jede Aufgabe direkt mit jeder Hardwarekomponente. Dazwischen liegt das Betriebssystem.

ANWENDUNG
    ↓
BETRIEBSSYSTEM
    ↓
HARDWARE

Das führt direkt zu Modul 2.

Ein erstes Gesamtszenario

Ein Benutzer startet seinen Browser und öffnet eine Webseite. Nach Modul 1 können wir bereits erklären: Der Browser liegt als Software auf persistentem Speicher, wird gestartet, ein oder mehrere Prozesse entstehen, benötigte Daten werden in den RAM geladen, die CPU führt Instruktionen aus und für Netzwerkkommunikation werden Funktionen des Betriebssystems und ein Netzwerkinterface genutzt.

Unsere drei Szenarien nach Modul 1

WEB
Browserprogramm → Browserprozess → Betriebssystem → Netzwerkinterface → ??? → Webserver

SSH
SSH Client → Prozess → Betriebssystem → Netzwerkinterface → ??? → SSH Server

RDP
RDP Client → Prozess → Betriebssystem → Netzwerkinterface → ??? → Windows-System

Das Fragezeichen ist bewusst gesetzt. Diesen Bereich füllen wir in den späteren Netzwerkmodulen.