Hardware
Zur Computer-Hardware gehören die physischen Teile eines Computers, z. B. das Gehäuse, die Zentraleinheit (CPU), der Arbeitsspeicher (RAM), der Monitor, die Maus, die Tastatur, der Datenspeicher, die Grafikkarte, die Soundkarte, die Lautsprecher und die Hauptplatine. ⓘ
Im Gegensatz dazu ist Software die Gesamtheit der Anweisungen, die von der Hardware gespeichert und ausgeführt werden können. Hardware wird so genannt, weil sie "hart" oder starr in Bezug auf Änderungen ist, während Software "weich" ist, weil sie leicht zu ändern ist. ⓘ
Die Hardware wird in der Regel von der Software angewiesen, jeden Befehl auszuführen. Eine Kombination aus Hardware und Software bildet ein brauchbares Rechensystem, obwohl es auch Systeme gibt, die nur aus Hardware bestehen. ⓘ
Hardware (/ˈhɑːdˌwɛə/ im britischen bzw. /ˈhɑɹdˌwɛɚ/ im amerikanischen Englisch, 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). ⓘ
Von-Neumann-Architektur
Die Vorlage für alle modernen Computer ist die Von-Neumann-Architektur, die 1945 in einem Aufsatz des ungarischen Mathematikers John von Neumann beschrieben wurde. Darin wird eine Architektur für einen elektronischen Digitalcomputer beschrieben, die sich in eine Verarbeitungseinheit, bestehend aus einer arithmetischen Logikeinheit und Prozessorregistern, eine Steuereinheit mit Befehlsregister und Programmzähler, einen Speicher zur Speicherung von Daten und Befehlen, einen externen Massenspeicher sowie Ein- und Ausgabemechanismen gliedert. Die Bedeutung des Begriffs hat sich dahingehend weiterentwickelt, dass es sich um einen speicherprogrammierten Computer handelt, bei dem ein Befehlsabruf und eine Datenoperation nicht gleichzeitig erfolgen können, da sie sich einen gemeinsamen Bus teilen. Dies wird als Von-Neumann-Engpass bezeichnet und schränkt oft die Leistung des Systems ein. ⓘ
Arten von Computersystemen
Personalcomputer
Der Personalcomputer ist aufgrund seiner Vielseitigkeit und seines relativ niedrigen Preises einer der am weitesten verbreiteten Computertypen. Desktop-Personalcomputer haben einen Monitor, eine Tastatur, eine Maus und ein Computergehäuse. Das Computergehäuse enthält die Hauptplatine, Fest- oder Wechsellaufwerke zur Datenspeicherung, das Netzteil und kann weitere Peripheriegeräte wie Modems oder Netzwerkschnittstellen enthalten. Bei einigen Modellen von Desktop-Computern sind Monitor und Tastatur im selben Gehäuse untergebracht wie der Prozessor und das Netzteil. Die Trennung der Elemente ermöglicht es dem Benutzer, die Komponenten in einer ansprechenden, komfortablen Anordnung anzuordnen, allerdings auf Kosten der Verwaltung der Strom- und Datenkabel zwischen ihnen. ⓘ
Laptops sind auf Tragbarkeit ausgelegt, funktionieren aber ähnlich wie Desktop-PCs. Sie können Komponenten mit geringerem Stromverbrauch oder geringerer Größe verwenden und haben eine geringere Leistung als ein Desktop-Computer gleichen Preises. Laptops enthalten die Tastatur, den Bildschirm und den Prozessor in einem Gehäuse. Der Bildschirm in der aufklappbaren oberen Abdeckung des Gehäuses kann für den Transport geschlossen werden, um den Bildschirm und die Tastatur zu schützen. Anstelle einer Maus können Laptops auch ein Touchpad oder einen Pointing Stick haben. ⓘ
Tablets sind tragbare Computer, die einen Touchscreen als primäres Eingabegerät verwenden. Tablets wiegen im Allgemeinen weniger und sind kleiner als Laptops. ⓘ
Einige Tablets verfügen über ausklappbare Tastaturen oder bieten Anschlüsse für separate externe Tastaturen. Einige Modelle von Laptops haben eine abnehmbare Tastatur, mit der das System als Touchscreen-Tablet konfiguriert werden kann. Sie werden manchmal als "abnehmbare 2-in-1-Laptops" oder "Tablet-Laptop-Hybride" bezeichnet. ⓘ
Gehäuse
Das Computergehäuse umschließt die meisten Komponenten des Systems. Es bietet mechanischen Halt und Schutz für interne Elemente wie die Hauptplatine, Festplattenlaufwerke und Netzteile und steuert und lenkt den Kühlluftstrom über die internen Komponenten. Das Gehäuse ist auch Teil des Systems, um die vom Computer abgestrahlten elektromagnetischen Störungen zu kontrollieren und die internen Teile vor elektrostatischer Entladung zu schützen. Große Tower-Gehäuse bieten Platz für mehrere Festplattenlaufwerke oder andere Peripheriegeräte und stehen in der Regel auf dem Boden, während Desktop-Gehäuse weniger Platz für Erweiterungen bieten. Bei All-in-One-Gehäusen ist ein Videobildschirm in dasselbe Gehäuse integriert. Tragbare Computer und Laptops benötigen Gehäuse, die das Gerät vor Stößen schützen. Hobbybastler können die Gehäuse mit farbigen Lichtern, Farbe oder anderen Merkmalen verzieren, was als Case Modding bezeichnet wird. ⓘ
Netzgerät
Ein Netzteil (PSU) wandelt Wechselstrom (AC) in Niederspannungs-Gleichstrom (DC) für den Computer um. Laptops können mit einer eingebauten wiederaufladbaren Batterie betrieben werden. Das Netzteil verwendet in der Regel ein Schaltnetzteil (SMPS), bei dem Leistungs-MOSFETs (Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) in den Wandlern und Regelkreisen des SMPS verwendet werden. ⓘ
Hauptplatine
Die Hauptplatine ist die wichtigste Komponente eines Computers. Es handelt sich um eine Platine mit integrierten Schaltkreisen, die die anderen Teile des Computers, einschließlich der CPU, des Arbeitsspeichers, der Laufwerke (CD, DVD, Festplatte oder andere) sowie der über die Anschlüsse oder Erweiterungssteckplätze angeschlossenen Peripheriegeräte, miteinander verbindet. Die integrierten Schaltkreise (IC) in einem Computer enthalten in der Regel Milliarden winziger Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs). ⓘ
Zu den Komponenten, die direkt an der Hauptplatine oder an einem Teil davon angebracht sind, gehören:
- Die CPU (Central Processing Unit), die die meisten Berechnungen durchführt, die einen Computer zum Funktionieren bringen, und als das Gehirn des Computers bezeichnet wird. Sie entnimmt Programmanweisungen aus dem Arbeitsspeicher (RAM), interpretiert und verarbeitet sie und sendet dann die Ergebnisse zurück, damit die entsprechenden Komponenten die Anweisungen ausführen können. Bei der CPU handelt es sich um einen Mikroprozessor, der auf einem Metalloxid-Halbleiter-(MOS)-Chip (Integrated Circuit, IC) hergestellt wird. Er wird normalerweise durch einen Kühlkörper und einen Lüfter oder ein Wasserkühlsystem gekühlt. Viele neuere CPUs enthalten eine On-Die-Grafikverarbeitungseinheit (GPU). Die Taktgeschwindigkeit der CPU bestimmt, wie schnell sie Befehle ausführt, und wird in GHz gemessen; typische Werte liegen zwischen 1 GHz und 5 GHz. Viele moderne Computer bieten die Möglichkeit, die CPU zu übertakten, was die Leistung auf Kosten einer höheren Wärmeleistung und damit einer besseren Kühlung erhöht.
- Der Chipsatz umfasst die North Bridge, die die Kommunikation zwischen der CPU und den anderen Komponenten des Systems, einschließlich des Hauptspeichers, vermittelt, sowie die South Bridge, die mit der North Bridge verbunden ist und zusätzliche Schnittstellen und Busse unterstützt, und schließlich einen Super-I/O-Chip, der über die South Bridge angeschlossen ist und die langsamsten und ältesten Komponenten wie serielle Schnittstellen, Hardwareüberwachung und Lüftersteuerung unterstützt.
- Der Arbeitsspeicher (RAM), in dem der Code und die Daten gespeichert werden, auf die die CPU aktiv zugreift. Wenn z. B. ein Webbrowser auf dem Computer geöffnet wird, nimmt er Speicherplatz in Anspruch; dieser wird im RAM gespeichert, bis der Webbrowser geschlossen wird. Es handelt sich in der Regel um eine Art dynamischen Arbeitsspeicher (DRAM), wie z. B. synchronen DRAM (SDRAM), bei dem MOS-Speicherchips Daten auf Speicherzellen speichern, die aus MOSFETs und MOS-Kondensatoren bestehen. RAM wird in der Regel auf Dual-Inline-Speichermodulen (DIMMs) mit einer Größe von 2 GB, 4 GB und 8 GB geliefert, kann aber auch wesentlich größer sein.
- Festwertspeicher (ROM), in dem das BIOS gespeichert ist, das ausgeführt wird, wenn der Computer eingeschaltet wird oder anderweitig mit der Ausführung beginnt, ein Prozess, der als Bootstrapping, "Booten" oder "Hochfahren" bekannt ist. Das ROM ist in der Regel ein nichtflüchtiger BIOS-Speicherchip, der Daten auf Floating-Gate-MOSFET-Speicherzellen speichert.
- Das BIOS (Basic Input Output System) umfasst die Boot-Firmware und die Power-Management-Firmware. Neuere Motherboards verwenden anstelle des BIOS das Unified Extensible Firmware Interface (UEFI).
- Busse, die die CPU mit verschiedenen internen Komponenten und mit Erweiterungskarten für Grafik und Sound verbinden.
- Die CMOS-Batterie (Complementary MOS), die den CMOS-Speicher für Datum und Uhrzeit im BIOS-Chip mit Strom versorgt. Bei dieser Batterie handelt es sich in der Regel um eine Uhrenbatterie.
- Die Videokarte (auch als Grafikkarte bezeichnet), die Computergrafiken verarbeitet. Leistungsstärkere Grafikkarten eignen sich besser für anstrengende Aufgaben wie das Spielen intensiver Videospiele oder das Ausführen von Computergrafik-Software. Eine Grafikkarte enthält eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) und einen Videospeicher (in der Regel eine Art SDRAM), die beide auf Chips mit integrierten MOS-Schaltkreisen (MOS IC) gefertigt werden.
- Leistungs-MOSFETs bilden das Spannungsreglermodul (VRM), das steuert, wie viel Spannung andere Hardwarekomponenten erhalten. ⓘ
Erweiterungskarten
Eine Erweiterungskarte ist eine gedruckte Schaltung, die in einen Erweiterungssteckplatz einer Computer-Hauptplatine oder Backplane eingesetzt werden kann, um einem Computersystem über den Erweiterungsbus zusätzliche Funktionen hinzuzufügen. Erweiterungskarten können verwendet werden, um Funktionen zu erhalten oder zu erweitern, die von der Hauptplatine nicht angeboten werden. ⓘ
Speichergeräte
Ein Speichergerät ist jede Computerhardware und jedes digitale Medium, das zum Speichern, Portieren und Extrahieren von Datendateien und Objekten verwendet wird. Es kann Informationen sowohl vorübergehend als auch dauerhaft aufnehmen und speichern und kann intern oder extern zu einem Computer, Server oder einem ähnlichen Computergerät sein. Die Datenspeicherung ist eine Kernfunktion und grundlegende Komponente von Computern. ⓘ
Feste Medien
Daten werden in einem Computer auf verschiedenen Medien gespeichert. Festplattenlaufwerke (HDDs) sind aufgrund ihrer hohen Kapazität und niedrigen Kosten in praktisch allen älteren Computern zu finden, aber Solid-State-Laufwerke (SSDs) sind schneller und energieeffizienter, obwohl sie derzeit teurer sind als Festplattenlaufwerke in Bezug auf den Dollar pro Gigabyte, weshalb sie häufig in PCs zu finden sind, die nach 2007 gebaut wurden. SSDs verwenden Flash-Speicher, der Daten auf MOS-Speicherchips speichert, die aus Floating-Gate-MOSFET-Speicherzellen bestehen. Einige Systeme können einen Disk-Array-Controller verwenden, um die Leistung oder Zuverlässigkeit zu erhöhen. ⓘ
Wechseldatenträger
Für die Datenübertragung zwischen Computern können externe Flash-Speichergeräte (z. B. Speicherkarten oder USB-Flash-Laufwerke) oder optische Datenträger (z. B. CD-ROM, DVD-ROM oder BD-ROM) verwendet werden. Ihre Nützlichkeit hängt davon ab, dass sie von anderen Systemen gelesen werden können; die meisten Computer verfügen über ein optisches Laufwerk (ODD), und praktisch alle haben mindestens einen USB-Anschluss (Universal Serial Bus). Außerdem sind USB-Sticks in der Regel mit dem FAT32-Dateisystem vorformatiert, das von vielen Betriebssystemen unterstützt wird. ⓘ
Ein- und Ausgabeperipheriegeräte
Eingabe- und Ausgabegeräte sind in der Regel außerhalb des Hauptgehäuses des Computers untergebracht. Die folgenden Geräte sind entweder Standardgeräte oder in vielen Computersystemen weit verbreitet. ⓘ
Eingabegerät
Eingabegeräte ermöglichen es dem Benutzer, Informationen in das System einzugeben oder dessen Betrieb zu steuern. Die meisten Personalcomputer verfügen über eine Maus und eine Tastatur, aber Laptops verwenden in der Regel ein Touchpad anstelle einer Maus. Weitere Eingabegeräte sind Webcams, Mikrofone, Joysticks und Bildscanner. ⓘ
Ausgabegerät
Ausgabegeräte sind auf die Sinne des Menschen ausgerichtet. Monitore zeigen zum Beispiel Text an, der gelesen werden kann, und Lautsprecher erzeugen Ton, der gehört werden kann. Zu solchen Geräten gehören auch Drucker oder ein Braille-Prägegerät. ⓘ
Großrechner (Mainframe)
Ein Großrechner ist ein sehr viel größerer Computer, der in der Regel einen ganzen Raum ausfüllt und das Hundert- oder Tausendfache eines Personalcomputers kosten kann. Sie sind für die Durchführung einer großen Anzahl von Berechnungen für Behörden und große Unternehmen konzipiert.
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Abteilungsbezogene Datenverarbeitung
In den 1960er und 1970er Jahren begannen immer mehr Abteilungen, billigere und spezielle Systeme für bestimmte Zwecke wie Prozesssteuerung und Laborautomatisierung einzusetzen. Ein Minicomputer, oder umgangssprachlich Mini, ist eine Klasse kleinerer Computer, die Mitte der 1960er Jahre entwickelt und zu einem wesentlich niedrigeren Preis als Großrechner und Mid-Size-Computer von IBM und seinen direkten Konkurrenten verkauft wurden. ⓘ
Supercomputer
Ein Supercomputer ähnelt oberflächlich betrachtet einem Großrechner, ist jedoch für extrem anspruchsvolle Rechenaufgaben gedacht. Im November 2021 ist der schnellste Supercomputer auf der TOP500-Liste der Supercomputer der japanische Fugaku mit einer LINPACK-Benchmark-Punktzahl von 415 PFLOPS, womit er den zweitschnellsten, den Summit in den Vereinigten Staaten, um 294 PFLOPS übertrifft. ⓘ
Der Begriff Supercomputer bezieht sich nicht auf eine bestimmte Technologie. Vielmehr bezeichnet er die schnellsten Berechnungen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar sind. Mitte 2011 erreichten die schnellsten Supercomputer Geschwindigkeiten von mehr als einem Petaflop oder 1 Quadrillion (10^15 oder 1.000 Billionen) Gleitkommaoperationen pro Sekunde. Supercomputer sind schnell, aber extrem kostspielig und werden daher in der Regel von großen Organisationen zur Ausführung rechenintensiver Aufgaben mit großen Datensätzen eingesetzt. Supercomputer werden in der Regel für militärische und wissenschaftliche Anwendungen eingesetzt. Obwohl sie teuer sind, werden sie auch für kommerzielle Anwendungen eingesetzt, bei denen große Datenmengen analysiert werden müssen. So setzen beispielsweise große Banken Supercomputer ein, um die Risiken und Renditen verschiedener Anlagestrategien zu berechnen, und Organisationen des Gesundheitswesens nutzen sie zur Analyse riesiger Datenbanken mit Patientendaten, um die optimale Behandlung für verschiedene Krankheiten und Probleme des Landes zu ermitteln. ⓘ
Hardware-Aufrüstung
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. Die grundsätzliche Funktion der Maschine, hier der Ablauf der Rechnung, wird damit während der Konstruktion vorgegeben. 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“. Auch bei Analogrechnern wird die komplette Logik über die Verschaltung und Verdrahtung ihrer Komponenten bestimmt. ⓘ
Auch in heutigen elektronischen Geräten werden automatisierte Arbeitsabläufe teilweise direkt in der Hardware implementiert, z. B. in Form von Logikgattern. 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 über bloße Konfiguration hinaus abänderbar sein, so kommt das softwaregesteuerte Arbeitsprinzip zum Tragen: Software kann 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. Dafür erhält die Hardware einen Prozessor. Dieser ist in der Lage, Software „zu verstehen“, sie abzuarbeiten. ⓘ
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. 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. ⓘ
Bei der Verwendung von Computer-Hardware bedeutet ein Upgrade das Hinzufügen neuer oder zusätzlicher Hardware zu einem Computer, um dessen Leistung zu verbessern, seine Kapazität zu erhöhen oder neue Funktionen hinzuzufügen. Beispielsweise kann ein Benutzer ein Hardware-Upgrade durchführen, um die Festplatte durch eine schnellere Festplatte oder ein Solid State Drive (SSD) zu ersetzen, um eine Leistungssteigerung zu erzielen. Der Benutzer kann auch mehr RAM (Random Access Memory) installieren, damit der Computer zusätzliche temporäre Daten speichern oder solche Daten schneller abrufen kann. Der Benutzer kann eine USB 3.0-Erweiterungskarte hinzufügen, um USB 3.0-Geräte vollständig nutzen zu können, oder die Grafikverarbeitungseinheit (GPU) für sauberere, fortschrittlichere Grafiken oder mehr Monitore aufrüsten. Derartige Hardware-Upgrades können bei älteren Computern notwendig sein, um die Systemanforderungen eines neuen oder aktualisierten Programms zu erfüllen. ⓘ
Umsatz
Der weltweite Umsatz mit Computerhardware belief sich 2016 auf 408 Milliarden Euro. ⓘ
Recycling
Da Computerteile gefährliche Materialien enthalten, gibt es eine wachsende Bewegung für das Recycling alter und veralteter Teile. Computerhardware enthält gefährliche Chemikalien wie Blei, Quecksilber, Nickel und Cadmium. Nach Angaben der EPA hat dieser Elektroschrott schädliche Auswirkungen auf die Umwelt, wenn er nicht ordnungsgemäß entsorgt wird. Die Herstellung von Hardware erfordert Energie, und das Recycling von Teilen verringert die Luft- und Wasserverschmutzung sowie die Treibhausgasemissionen. Die Entsorgung von nicht zugelassenen Computergeräten ist sogar illegal. Der Gesetzgeber schreibt vor, dass Computer über staatlich zugelassene Einrichtungen recycelt werden müssen. Das Recycling eines Computers kann durch die Entnahme bestimmter wiederverwendbarer Teile erleichtert werden. So können z. B. der Arbeitsspeicher, das DVD-Laufwerk, die Grafikkarte, die Festplatte oder SSD und andere ähnliche herausnehmbare Teile wiederverwendet werden. ⓘ
Viele Materialien, die in Computerhardware verwendet werden, können durch Recycling für die künftige Produktion zurückgewonnen werden. Die Wiederverwendung von Zinn, Silizium, Eisen, Aluminium und einer Reihe von Kunststoffen, die in Computern oder anderen elektronischen Geräten in großen Mengen vorhanden sind, kann die Kosten für den Bau neuer Systeme senken. Bauteile enthalten häufig Kupfer, Gold, Tantal, Silber, Platin, Palladium und Blei sowie andere wertvolle Materialien, die sich für die Wiederverwertung eignen. ⓘ
Giftige Computerbestandteile
Die Zentraleinheit enthält viele giftige Stoffe. Sie enthält Blei und Chrom in den Metallplatten. Widerstände, Halbleiter, Infrarotdetektoren, Stabilisatoren, Kabel und Drähte enthalten Cadmium. Die Leiterplatten in Computern enthalten Quecksilber und Chrom. Wenn diese Arten von Materialien und Chemikalien unsachgemäß entsorgt werden, sind sie eine Gefahr für die Umwelt. ⓘ
Auswirkungen auf die Umwelt
Nach Angaben der US-Umweltschutzbehörde werden nur etwa 15 % des Elektroschrotts tatsächlich recycelt. Wenn Nebenprodukte des Elektroschrotts ins Grundwasser gelangen, verbrannt werden oder beim Recycling falsch gehandhabt werden, verursachen sie Schäden. Zu den gesundheitlichen Problemen, die mit solchen Giftstoffen in Verbindung gebracht werden, gehören eine beeinträchtigte geistige Entwicklung, Krebs und Schäden an Lunge, Leber und Nieren. Deshalb müssen auch Drähte recycelt werden. Verschiedene Unternehmen wenden unterschiedliche Techniken an, um Drähte zu recyceln. Die beliebteste ist die Zerkleinerungsmaschine, die die Kupferdrähte von der Kunststoff-/Gummihülle trennt. Am Ende des Prozesses bleiben zwei verschiedene Haufen übrig: einer enthält das Kupferpulver, der andere die Kunststoff-/Gummistücke. Computermonitore, Mäuse und Tastaturen werden alle auf ähnliche Weise recycelt. So werden z. B. zunächst alle Teile auseinander genommen, dann werden alle Innenteile getrennt und in einen eigenen Behälter gegeben. ⓘ
Computerteile enthalten viele giftige Stoffe wie Dioxine, polychlorierte Biphenyle (PCB), Cadmium, Chrom, radioaktive Isotope und Quecksilber. Ein typischer Computerbildschirm kann mehr als 6 Gewichtsprozent Blei enthalten, wobei ein Großteil davon im Bleiglas der Kathodenstrahlröhre (CRT) enthalten ist. Ein typischer 15-Zoll-Computermonitor (38 cm) kann 1,5 Pfund (1 kg) Blei enthalten, aber andere Monitore enthalten schätzungsweise bis zu 8 Pfund (4 kg) Blei. Leiterplatten enthalten beträchtliche Mengen an Blei-Zinn-Lötmitteln, die mit größerer Wahrscheinlichkeit ins Grundwasser gelangen oder bei der Verbrennung die Luft verschmutzen. Auf US-Mülldeponien stammen etwa 40 % des Bleigehalts aus Elektroschrott. Bei der Verarbeitung (z. B. Verbrennung und Säurebehandlung), die zur Rückgewinnung dieser wertvollen Stoffe erforderlich ist, können giftige Nebenprodukte freigesetzt, erzeugt oder synthetisiert werden. ⓘ
Das Recycling von Computerhardware gilt als umweltfreundlich, da es verhindert, dass gefährliche Abfälle, einschließlich Schwermetalle und Karzinogene, in die Atmosphäre, auf Deponien oder in Gewässer gelangen. Obwohl Elektronikgeräte nur einen kleinen Teil des gesamten Abfallaufkommens ausmachen, sind sie weitaus gefährlicher. Es gibt strenge Rechtsvorschriften, die die nachhaltige Entsorgung von Geräten durchsetzen und fördern sollen. Die bekanntesten sind die Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte der Europäischen Union und der National Computer Recycling Act der Vereinigten Staaten. ⓘ
Bemühungen zur Minimierung von Computerhardware-Abfall
Da Computerhardware eine Vielzahl von Metallen enthält, fördert die United States Environmental Protection Agency (EPA) die Sammlung und das Recycling von Computerhardware. "E-Recycling", das Recycling von Computerhardware, bezieht sich auf die Spende, die Wiederverwendung, das Schreddern und die allgemeine Sammlung von gebrauchter Elektronik. Ganz allgemein bezieht sich der Begriff auf das Sammeln, Vermitteln, Zerlegen, Reparieren und Recyceln von Bauteilen oder Metallen, die in gebrauchten oder ausrangierten elektronischen Geräten enthalten sind, auch bekannt als Elektronikschrott (E-Waste). Zu den "recycelbaren" Geräten gehören unter anderem: Fernseher, Computer, Mikrowellenherde, Staubsauger, Telefone und Mobiltelefone, Stereoanlagen, Videorekorder und DVDs, also so ziemlich alles, was ein Kabel, eine Lampe oder eine Batterie hat. ⓘ
Das Recycling von Computern wird durch einige der nationalen Anbieter wie Dell und Apple erleichtert. Beide Unternehmen nehmen Computer ihrer Marke oder anderer Hersteller zurück. Andernfalls kann ein Computer an Computer Aid International gespendet werden, eine Organisation, die alte Computer für Krankenhäuser, Schulen, Universitäten usw. recycelt und aufbereitet. ⓘ
Unterteilung
Die Basis-Bestandteile eines Prozessors sind die verschiedenen Untergruppen wie Steuerwerk, Rechenwerk („ALU“ Arithmetisch-logische Einheit), Speicherwerk und Eingabe-/Ausgabewerk (Peripheriegerät). Mittlerweile sind bei modernen Prozessoren viele dieser Strukturen eines Rechners in einem Hardwarechip integriert, etwa:
- Steuerwerk zur ALU und zur Befehlskodierung gleich mehrere Male zur Parallelverarbeitung;
- Steuerwerk zur Speicherverwaltung (MMU Memory Management Unit);
- der Cache als Teil des Speicherwerks,
- die Steuerung für ein Bus-System, das interne und externe Komponenten miteinander verbindet. ⓘ
Bei sogenannten eingebetteten Prozessoren (embedded systems) wie sie zum Beispiel in PDAs (Personal Digital Assistant) oder Waschmaschinen verwendet werden, findet man im selben Gehäuse noch ein Ein-/Ausgabewerk in Form serieller Schnittstellen (zum Beispiel USB), digitalem I/O (Input/Output) zum Beispiel für einen Touchscreen oder eine Motorsteuerung und analogem I/O für zum Beispiel Lämpchen. ⓘ
Noch stärker integriert sind sogenannte SoCs (System on a Chip) für zum Beispiel Smartphones, bei denen weitere Komponenten integriert sind, bis hin zu Arbeitsspeicher (RAM) und Flash-Speicher. ⓘ
Zur Computer-Hardware gehören ferner die PC-Komponenten:
- Die Grundbestandteile der Rechnerarchitektur: Hauptplatine (auch Motherboard oder Mainboard genannt) mit Chipsatz (für IO), Prozessor (CPU) und Arbeitsspeicher (RAM)
- Massenspeicher: Laufwerke (Festplattenlaufwerk, Flash-Speicher, CD-ROM-Laufwerk, DVD-Laufwerk, Zip-Laufwerk, Jaz-Laufwerk …) und Speichermedien
- Erweiterungskarten (Grafikkarte, Soundkarte, Netzwerkkarte, WLAN-Karte, TV-Karte, ISDN-Karte, USB-Karte, PhysX-Karte …)
- Netzteil, Gehäuse, Lüfter
- Peripheriegeräte:
- Ausgabegeräte (Drucker, Bildschirm, Beamer, Lautsprecher …)
- Eingabegeräte (Tastatur, Maus, Joystick …)
- Einlesegeräte (Mikrofone, Kartenlesegeräte, verschiedene Arten von Scannern …) ⓘ
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. ⓘ