Ein ganzer Computer aus Modulen

Wir haben gesehen, dass in der Informatik die Komplexität reduziert wird, indem wir das grosse Ganze in einzelne Module aufteilen. Bei diesen Modulen unterscheiden wir:

• Abstraktion (inkl. Schnittstelle): Was tut das Modul? Wie kann man es nutzen?
• Implementierung: Wie funktioniert das Modul?

Dieses Denken in Modulen hilft uns nun, eine (simplifizierte) Übersicht eines Computers zu wagen und auf den Begriff des Betriebssystems einzugehen.

Wenn wir das radikal vereinfachen, können wir uns diese vier Module als Bauteile überlegen, die aufeinander aufbauen.

Was macht das Betriebssystem?

Das Betriebssystem (z.B. Windows , MacOS, Linux) ist eine Software, die den Betrieb des Computers regelt und “normalen” Anwenderprogrammen eine standardisierte Schnittstelle bietet, damit sie die Hardware des Computers nutzen können.

Ein Beispiel: Word speichert eine Datei

Word speichert eine Datei nicht selbstständig auf der Festplatte, sondern es nutzt die Schnittstelle des Betriebssystems, um das zu tun. So kann das Betriebssystem die Ordnung wahren: Stellen Sie sich nur einmal vor, was passieren würde, wenn alle Programme wann und wie auch immer auf Ihre Festplatte schreiben könnten - totales Chaos! Das wäre so desorganisiert wie Warteschlangen im Coop Pronto 🤷 Das Betriebssystem überwacht und verhindert, dass sich die Programme beim Laden oder Speichern in die Quere kommen.

Das hat einen weiteren Vorteil: Normale Anwendungsprogramme müssen so nicht wissen, was für Hardware in Ihrem Computer eingebaut ist - sei es Speicher, Prozessor, Arbeitsspeicher, oder Bildschirm… Sie schreiben ein Programm für ein Betriebssystem und müssen sich nicht um alle möglichen Hardwarekombinationen kümmern.

Diese komplizierte Arbeit wird vom Betriebssystem übernommen und “gegen oben” (im Schichtmodell) bietet es einheitliche Schnittstellen an. In der Informatik sagen wir dazu: Die Hardware wird vom Betriebssystem “weg-abstrahiert”.

Um mit Hardwarekomponenten kommunizieren zu können, nutzen Betriebssysteme sogenannte Treiber (Englisch: driver). Meistens installiert das Betriebssystem diese automatisch, wenn ein neues Gerät erkannt wird (das nennt man “plug & play”).

Beispiele der Schnittstellen-Funktion des Betriebssystems

Diese Kernfunktion des Betriebssystems als Schnittstelle zur Hardware sehen Sie in vielen Aufgaben, die das Betriebssystem übernimmt:

• Speicherverwaltung: Es organisiert und verwaltet Speichermedien wie RAM und Festplatte, und bietet geordneten Schreib- und Lesezugriff.
• Prozessverwaltung: Es regelt den Zugriff von Programmen auf den Prozessor (Central Processing Unit, CPU) und andere Ressourcen, sodass die Hardware optimal ausgelastet ist.
• Netzwerkkommunikation: Es organisiert den Datenaustausch, implementiert die TCP/IP-Schichten und bietet Programmen eine Schnittstelle dazu.
• Anwendungsverwaltung: Es installiert, startet, beendet und verwaltet Anwendungsprogramme.
• Benutzerverwaltung: Es verwaltet Benutzer und deren Rechte.
• Systemstart und -herunterfahren: Es startet und beendet den Betrieb des Computers.
• Hardware- und Ressourcensteuerung: Es verwaltet alle Hardwarekomponenten, Peripheriegeräte und Systemressourcen, und bietet Zugriff darauf.
• GUI-Bereitstellung (optional): Es stellt eine grafische Benutzeroberfläche bereit, über die der Benutzer mit dem Computer interagieren kann.