Hardware Grundlagen
Bits & Bytes

Was macht ein Computer ohne Bits und Bytes?
N i c h t s !

Was sind überhaupt Bits und Bytes?
Bits (Binary Digit) sind für den Computer die kleinste elektronische Informationseinheit und bestehen entweder aus einem Signal oder aus keinem Signal – werden gerne auch als Null (0) oder Eins (1) bezeichnet.

Die elektrische Informationseinheit „Null“ bedeutet, dass der Computer – in dem Fall der Prozessor – keinen Stromimpuls bekommt. Bei der Informationseinheit „Eins“ bekommt der Prozessor einen Stromimpuls.

Wie kommen die Nullen und Einsen in den Computer?
Nach dem der Computer eingeschaltet wurde, wird das Mainboard (Hauptplatine des Computers) mit Strom versorgt – dafür ist das Computernetzteil zuständig. Ein kleines Firmware-Programm besser bekannt als BIOS (basic input/output system), welches sich auf der Hauptplatine – gespeichert auf einen Chip – befindet, beginnt sofort mit der Abarbeitung von starren Parametern. Es versucht die Hardware zu erkennen, prüft und übergibt anschließend die Informationen an das Betriebssystem weiter.

Bereits hier werden unzählige Stromimpulse vom BIOS über das Mainboard an die CPU (Central Processing Unit) geschickt und dort verarbeitet.

Wie kann denn ein nicht vorhandener Stromimpuls auch ein Signal sein?
Ja, dass geht, wenn alles in geregelten Bahnen abläuft. Mit „in geregelten Bahnen“ ist gemeint, dass mehrere Empfangs- und Sendekorridore für die Signalübermittlung bestehen müssen. Der Begriff „Datenbus“ ist zutreffender als Bezeichnung für Korridor.

Jede CPU besitzt auf einer Seite viele kleine Kontakte. Da befinden sich auch die CPU-Datenbusse, über die unsere Bits zur Kommunikation mit der CPU gesendet werden. Im laufenden PC-Betrieb kann man keinen Datenbus sehen, weil sich die CPU auf dem Mainboard befindet.

Die Abbildung 1 bis 3 zeigt symbolisch verschiedene Schalterstellungen mit Lichtsignal. Betrachtet man nicht einen Schalter, sondern immer mehrere Schalter als Gruppe, dann wird klar, dass ein nicht vorhandener Stromimpuls genauso eine wichtige Funktion hat wie die Stromimpulse selbst. Im obigen Beispiel mit 8 verschiedenen Schalterstellungen pro Reihe, werden quasi Impulse bzw. ein Codierungsabschnitt an die CPU übermittelt.

Theoretisch können durch sehr schnelles Schalten viele Lichtmuster an die CPU gesendet werden. Im realen CPU-Betrieb werden natürlich keine Lichtmuster verschickt – da bleibt es einfach beim Stromimpuls. Jedoch fehlen noch zwei ganz wichtige Komponenten – das Byte und der Prozessor-Code.

Das Byte
Im Prinzip werden die Bits nicht einfach so einzeln in einer Endloskette über den Datenbus geschickt. Das hätte zur Folge, dass bereits bei mehreren Tausend Bits pro Sekunde die CPU nicht mehr auseinanderhalten könnte, wo die Bit-Codierung anfängt und wo die Bit-Zeichenfolge endet und die Nächste beginnt. Es ist die Maßeinheit „Byte“ die genau 8 Bits enthält und nach jedem Byte fängt die CPU wieder an die nächsten 8 Bits abzuzählen und wertet diese aus.

Mit insgesamt 8 Bits – egal ob An- oder Aus-Impuls – mit diesen 8 Bits, die ein Byte bilden, kann z.B. jeder Buchstabe einer Tastatur im Zeichensatz ASCII-Code ( American Standard Code for Information Interchange ) dargestellt werden. Alles was die CPU noch dazu braucht ist ein Prozessor-Code mit seinen Registern. Denn schließlich muss die CPU irgendwoher wissen, was ein ankommendes Byte mit z.B. der Bit-Reihenfolge: 01000001 bedeutet und was dann die CPU zu machen hat. Diese 8 Bits sind übermittelte Zustände „0 für keinen Stromimpuls“ und „1 für Stromimpuls“ usw. und die CPU soll den Buchstaben „A“ darstellen. Der Buchstabe „B“ würde in einem Byte dann so aussehen: 01000010

Zusammenfassend kann man sagen, dass der Computer aus jeweils 8 Bits ein für uns lesbares Zeichen errechnet.

Jetzt kommen wir noch einmal auf das BIOS zurück. Das BIOS arbeitet die meiste Zeit unverändert immer die gleichen Parameter ab. Man spricht hier vom „Bootenvorgang“ oder der „Computer bootet gerade“. Also der Rechner fährt gerade hoch.

Das BIOS ist aber keineswegs starr und unveränderbar. Der Bootprozess kann vom Anwender i.d.R. mit einer F-Taste zu Beginn unterbrochen werden und im Bootmenü kann Einfluss auf die voreingestellten Parameter genommen werden. Ein einfaches Beispiel hierzu wäre das Ein- bzw. Ausschalten von „Memory-Test“ im Bootvorgang.

Das Abschalten von Memory-Test verkürzt bei älteren Rechnern die Bootzeit. Der Rechner ist somit schneller betriebsbereit.

Als Anwender haben Sie gerade im BIOS nur durch umlegen eines virtuellen Schalters den Verlauf im Bootvorgang geändert. Es ist intern im Rechner nichts anderes passiert, wie oben in der Abbildung mit den Schaltern beschrieben. Ein Codierungsabschnitt wurde geändert und schon arbeitet die CPU den Prozess anders ab.

Das gleiche passiert auch im laufenden Betrieb. Ständig werden irgendwelche Schalter, softwareseitig über das Betriebssystem entweder durch Programme selbst oder durch aktive Einflussnahme des Anwenders umgeschaltet. Jeder Mausklick und jeder Tastaturbefehl löst irgendwelche Schalterstellungen aus.

Darum tun sich auch ältere Computer mit neuer Spielesoftware sehr schwer. Oft müssen Grafik herunterskaliert und zusätzliche Optionen deaktiviert werden. Da sonst das Programm nicht einwandfrei läuft. Je leistungsfähiger die CPU um so schneller und flüssiger können Programme starten.

Wenn auf einer Festplatte zusätzlich 100 Bilder vom letzten Urlaub abgespeichert werden, nimmt dann das Gewicht der Festplatte zu?
NEIN, definitiv nein.
Was passiert beim Speichern?
Es werden nur eine große Anzahl an Bits in ihren Zuständen geändert. Nehmen wir an, eine ganz neue Festplatte wird inbetrieb genommen. Der Speicherinhalt ist gleich Null (0) – wortwörtlich „Null“. Alle Bits befinden sich in der Ausgangsstellung Null (0) und jetzt werden mit dem Aufspielen von Bildern lediglich die Bits neu codiert. Aus verschiedenen Bits werden aus Nullen Einsen und das ist eigentlich schon alles.