Computing Definition: Mehr als nur Rechnen – Die vielfältigen Anwendungen und Einsatzgebiete

In diesem Beitrag soll es um die Computing Definition und die Einführung in den Fachbereich, die Entwicklung und Evolution des Computings sowie wichtige Konzepte und Terminologien gehen.

Die verschiedenen Facetten des Computings

Laut Computing Definition gehören zu einem Rechner Hard- und Software, die sich nochmals in einzelne Bereiche unterteilen.

Hardware

Der Prozessor eines Computers ist ein programmierbares Rechenwerk, das nach den übergebenen Befehlen bestimmte Aktionen ausführt. Technisch handelt es sich um komplexe integrierte Schaltkreise (ICs). Der Datenspeicher gehört zur Zentraleinheit des Computers. Er besteht aus vielen Speicherzellen und umfasst den Arbeits- und den Schnellspeicher sowie das Register.

Eingabegeräte und Ausgabegeräte

Jeder Computer benötigt Ein- und Ausgabegeräte. Eingabegeräte sind:

• Tastatur
• Maus
• Touchscreen / Touchpad
• Lichtstift / Grafiktablett
• Barcodescanner
• Digitalisierer für die Übertragung geschriebener Texte oder handgezeichnete Bilder
• Mikrofon
• Joystick
• Scanner
• Webcam

Die entscheidenden Ausgabegeräte sind der Bildschirme, der Lautsprecher und der Drucker.

Software

Zur Software zählen wir Betriebssysteme, Anwendungssoftware und Entwicklungsumgebungen.

• Ein Betriebssystem besteht aus Computerprogrammen, welche die Systemressourcen des Computers verwaltet. Dazu gehören der Arbeitsspeicher, die Festplatten sowie die Ein- und Ausgabegeräte. Das Betriebssystem ist die Schnittstelle zwischen der Hard- und der Anwendungssoftware. Gängige Betriebssysteme sind Windows, Mac OS und Linux.
• Die Anwendungssoftware besteht aus Computerprogrammen für bestimmte, nicht systemtechnische Funktionalitäten. Beispiele sind der Webbrowser, Programme für die Textverarbeitung sowie die Bild- und Videobearbeitung, E-Mail-Programme, Tabellenkalkulationsprogramme oder Computerspiele.
• Hierbei handelt es sich wahlweise um Plattformen für die Softwareentwicklung oder um integrierte Entwicklungsumgebungen. Dementsprechend existiert auch der Fachbegriff der Systemumgebung für den Betrieb des informationstechnischen Systems. Die integrierte Entwicklungsumgebung dient der Softwareentwicklung ohne Medienbrüche.

Netzwerke und Kommunikation

Laut Computing Definition werden auch die genutzten Netzwerke und Kommunikationstechnologien dem Bereich zugeordnet.

Internet

Das Internet ist ein weltumspannendes Netzwerk zwischen Servern, Computern und mobilen Endgeräten, das schon Ende der 1960er Jahre als Arpanet zwischen Forschungseinrichtungen, Universitäten und militärischen Einrichtungen entwickelt wurde. Ab den 1990er Jahren verbreitete es sich weltweit. Inzwischen gehört es zu den wichtigsten Kommunikationstechnologien von Privatnutzern, Unternehmen und Behörden.

Lokale Netzwerke

In vielen Organisationen existieren lokale Netzwerke als sogenanntes Intranet. Dieses verbindet nur Server und Rechner der betreffenden Organisation miteinander. Es kann, muss aber nicht eine Verbindung zum Internet bestehen. Die verwendeten Kommunikationstechnologien ähneln denen im Internet.

Drahtlose Kommunikationstechnologien

Diese Kommunikationstechnologien nutzen verschiedene Funknetzwerke je nach Größe des Areals, in welchen sie Rechner und Server miteinander verbinden. Unterschieden werden – jeweils mit dem Zusatz W für „Wireless“ – diese Netzwerktypen:

• LAN (Local Area Network)
• PAN (Personal Area Network)
• MAN (Metropolitan Area Network)
• WAN (Wide Area Network)
• GAN (Global Area Network)

Anwendungen des Computings in verschiedenen Bereichen

Laut gängiger Computing Definition gehört zu diesem Bereich jegliche Anwendung, für die ein Server, stationärer Rechner oder ein mobiles Endgerät genutzt werden. Dementsprechend sind die Anwendungen so vielfältig, dass hier nur die wichtigsten Erwähnung finden.

Wissenschaft und Forschung

Neben alltäglichen Aufgaben nutzt die Wissenschaft und Forschung das Computing vor allem in zwei Kernbereichen: der Simulationen und Modellierung sowie für die Datenanalyse und Big Data.

• Simulationen und Modellierung: Mit Computern lassen sich diverse Szenarien einer Forschungsreihe a) simulieren und b) modellieren. Beides geht Hand in Hand. Mit Computerprogrammen entwerfen die Forscher Modelle und simulieren dann, wie sie praktisch funktionieren könnten.
• Datenanalyse und Big Data: Für Datenanalysen sind Computerprogramme unerlässlich. Sie können Datenwerte automatisch summieren, Mittelwerte bilden und Unregelmäßigkeiten feststellen. Wenn die vorhandenen Datenmengen riesig sind, kommen Technologien des Big Data zum Einsatz, die auch komplexe, schnelllebige und schwach strukturierte Daten auswerten können.

Wirtschaft und Industrie

Für praktisch alle wirtschaftlichen und industriellen Prozesse werden heute Computer eingesetzt.

• Unternehmensanwendungen: In jedem Unternehmen unterstützen Computer die Verwaltung, das Marketing, den Vertrieb und Datenanalysen. Ebenso läuft die interne und externe Kommunikation über computergestützte Anlagen, die damit laut Computing Definition dem Bereich zuzurechnen sind.
• Produktion und Fertigung: Maschinen in der Produktion und Fertigungen arbeiten heute komplett computergestützt. Das bekannteste Beispiel ist die CAD/CAM-Fertigung, doch es gibt viele weitere Bereiche. Ein jüngeres Beispiel liefern die Cobots. Das sind mit Menschen kollaborierende Roboter, die durch ausgeklügelte Computerprogramme gesteuert werden.

Bildungswesen

Selbstverständlich kommt auch das Bildungswesen nicht ohne Computer aus. Für bestimmte Bereiche sind diese besonders wichtig.

• E-Learning und Fernunterricht: E-Learning bedeutet zunächst, dass Lerninhalte auf digitalen Medien vorliegen. Das können auch CDs und DVDs sein. Das Internet ermöglicht das E-Learning im Fernunterricht. Schülerinnen und Schüler rufen Lerninhalte online ab und versammeln sich mit ihren Dozenten im virtuellen Raum.
• Bildungssoftware und Lernplattformen: Für Bildungsinhalte gibt es besondere Varianten von Anwendungssoftware, die diese Inhalte spezifisch darstellen kann. Viele Lernplattformen nutzen solche Softwarevarianten, die laut Computing Definition nur rechnergestützt funktionieren können.

Gesundheitswesen

Im Gesundheitswesen haben Computer schon vor langer Zeit Einzug gehalten. Viele Behandlungen wären ohne sie heute undenkbar.

• Medizinische Bildgebung und Diagnose: Diagnosen stützen sich in vielen Fällen auf computergestützte Datenauswertungen und auf die medizinische Bildgebung. Diese verwendet spezielle Computerprogramme für die Auswertung von zwei- oder dreidimensionalen Bildern vor allem der inneren Organe.
• Elektronische Patientenakten und Gesundheitsinformationssysteme: Die Patientenakten liegen heute in digitalisierter Form vor und können mit Gesundheitsinformationssystemen zwischen den Fachärzten und Kliniken ausgetauscht werden. Für den nötigen Datenschutz sorgt ein gesetzlicher Rahmen.

Unterhaltung und Medien

Videospiele und Unterhaltungssoftware: Videospiele basieren ausschließlich auf Computing. Zur Unterhaltungssoftware gehören des Weiteren Musik- und Videoplayer, einfache Puzzlespiele und auch komplexe Multiplayer-Spiele, die der Entspannung dienen und auf Computerprogrammen basieren.

• Streaming-Dienste und digitale Medienplattformen: Auf digitalen Medienplattformen sind Videospiele, aber auch Fernsehprogramme abrufbar. Streaming-Dienste bieten darüber hinaus riesige Mediatheken mit Filmen und Musik an. Computergestützt können die Nutzer einzelne Titel suchen und auswählen sowie den Stream jederzeit starten und stoppen.

Zukunftstrends und Herausforderungen im Computing

Es ist vollkommen klar, dass kaum ein technischer Bereich so zukunftsträchtig ist wie das Computing. Big Data und E-Learning werden noch viele Generationen begleiten, neue Betriebssysteme werden entstehen, die Computing Definition wird sich möglicherweise wandeln. Schauen wir uns die wichtigsten Trends im Jahr 2024 und die damit verbundenen Herausforderungen an.

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen

Künstliche Intelligenz gibt es nicht erst, seit sie im Herbst 2022 mit ChatGPT ins Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit gerückt ist. Schon vorher waren diverse Anwendungen mit ihr versehen. Damit verbunden ist das maschinelle Lernen von Computersystemen, die selbst Daten vorrangig aus dem Internet beziehen, diese in Relation zueinander bringen und daraus Algorithmen ableiten. Das ist ein maschineller Lernprozess, der sehr schnell sein kann. Die Herausforderung besteht darin, dass die Menschheit die Kontrolle über die KI behält. Ein System, dass sich selbstständig und intelligent verbessert, könnte irgendwann auf die „Idee“ kommen, dass es seine menschlichen Schöpfer nicht mehr braucht. Dementsprechend bedarf es juristischer Regularien für die Kontrolle über die Künstliche Intelligenz.

Internet der Dinge (IoT) und vernetzte Geräte

Schon länger sind Maschinen und Geräte miteinander über das Internet verbunden. Das ist sehr praktisch. Die Industrie nutzt das Internet of Things für schnelle und unkomplizierte Abläufe. Die Herausforderung besteht darin, diese Anwendungen vor Angriffen zu schützen. Gerade vernetzte Haushaltsgeräte sind anfällig für Hacks. Für ein Smart Home kann das sehr gefährlich werden.

 

Quantencomputing und neuartige Computing-Paradigmen

Beim Quantencomputing kommen Gesetze der Quantenmechanik zum Einsatz. Das schafft neue Paradigmen für das Computing und beeinflusst in diesem Sinne auch die Computing Definition. Bei dieser setzten die Menschen seit der Entstehung der ersten Computer in den 1940er Jahren deren Funktion über elektronische Schaltkreise voraus. Doch das Quantencomputing nutzt im Gegensatz dazu quantenmechanische Zustände. Darüber hinaus haben auch die sogenannten neuromorphen Computer die Paradigmen geändert: Sie funktionieren ähnlich wie das menschliche Gehirn und können wie dieses komplexe Muster erkennen. Beide Entwicklungen erhöhen dramatisch die Effizienz von Rechnern und Servern.

Datenschutz und Sicherheitsherausforderungen

In Computernetzwerke können Hacker eindringen und Daten abgreifen. Dieses Problem wird nicht kleiner. Daher hat die Europäische Union mit ihrer seit 2018 geltenden DSGVO (Datenschutzgrundverordnung) streng geregelt, welche personenbezogenen Daten überhaupt gespeichert werden dürfen.

Ethik und soziale Auswirkungen von Computing-Technologien

Computer sorgen für mehr Effizienz und können dadurch menschliche Arbeitskräfte ersetzen. Gerade durch die KI-Revolution werden entsprechende Befürchtungen geäußert, die sich schon ab 2023 bewahrheitet haben: Künstliche Intelligenz kann viele Dinge schneller und fehlerfreier als ein Mensch, was in einigen Branchen zum Arbeitsplatzabbau führt. Ein ethisches Problem entsteht durch die Frage, inwieweit weitreichende Entscheidungen computergestützt und mithilfe von KI getroffen werden sollen. Im medizinischen Bereich könnte das die Entscheidung über eine Triage sein: Welche Patienten eines Massenunfalls sollen sofort behandelt werden, wenn die Ressourcen knapp sind? Welche sortiert der Computer aus und überlässt sie damit vielleicht einem tödlichen Schicksal? Diese ethischen Fragen müssen politisch beantwortet werden.

Fazit

Computing durchdringt unser gesamtes Leben selbst dort, wo wir es nicht gleich bemerken. Gleichzeitig ist es stetigen, teilweise sehr schnellen Entwicklungen und Veränderungen unterworfen. In diesem Sinne müssen wir auch die Computing Definition immer wieder anpassen.

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