Prozessor (CPU)
Ein Prozessor (CPU) ist der logische Schaltkreis, der auf die Anweisungen zum Steuern des Computers reagiert und diese verarbeitet. Die CPU wird als der zentrale und wichtigste integrierte Schaltkreis (Integrated Circuit, IC) in einem Computer angesehen, da sie für die Interpretation der meisten Computerbefehle verantwortlich ist. CPUs führen die meisten grundlegenden arithmetischen, logischen und E/A-Operationen (Eingang/Ausgang, Input/Output, I/O) aus und ordnen Befehle anderen Chips und Komponenten des Computers zu.
Der Begriff Prozessor wird austauschbar mit dem Begriff Zentraleinheit (Central Processing Unit, CPU) verwendet, obwohl die CPU streng genommen nicht der einzige Prozessor in einem Computer ist. Die GPU (Graphics Processing Unit, Grafikkarte) ist das wichtigste Beispiel dafür, doch auch die Festplatte und andere Geräte in einem Computer führen unabhängig voneinander Verarbeitungen durch. Eine CPU ist somit ein Prozessor, aber nicht alle Prozessoren sind CPUs.
Prozessoren sind in PCs, Smartphones, Tablets und anderen Computern zu finden. Die beiden bekanntesten Hersteller von Prozessoren sind Intel und AMD.
Komponenten eines Prozessors
Zu den wichtigen Teilen eines Prozessors gehören:
- Die arithmetisch-logische Einheit (arithmetic-logic unit, ALU), die arithmetische und logische Operationen auf die Operanden in Befehlen ausführt.
- Die Gleitkommaeinheit (Floating Point Unit, FPU), auch bekannt NPU (Numeric Processing Unit), ist ein spezialisierter Coprozessor, der Zahlen schneller manipuliert, als es die grundlegende Mikroprozessorschaltung kann.
- Register, die Befehle und andere Daten enthalten. Register liefern Operanden an die ALU und speichern die Ergebnisse von Operationen.
- L1- und L2-Cache-Speicher. Sie ermöglichen der CPU eine schnellere Verarbeitung im Vergleich zur Datenbeschaffung aus dem Arbeitsspeicher (RAM).
CPU-Operationen
Die vier Hauptfunktionen eines Prozessors sind Fetch, Decodieren, Ausführen und Zurückschreiben.
- Fetch ist die Operation, die Befehle aus dem Programmspeicher vom RAM eines Systems empfängt.
- Decodieren ist der Vorgang, bei dem der Befehl umgewandelt wird, damit das System erkennt, welche anderen Teile der CPU benötigt werden, um die Operation fortzusetzen. Dies wird durch den Befehlsdecoder durchgeführt.
- Ausführen bezeichnet das Ausführen der Option. Alle benötigten Teile der CPU springen an, um die Option auszuführen.
Komponenten und Funktionsweise von CPUs
Die Hauptkomponenten einer CPU sind die ALU, die Register und die Steuereinheit. Die Grundfunktionen der ALU und des Registers haben wir bereits ausgeführt. Die Steuereinheit steuert das Abrufen und Ausführen von Befehlen.
Der Prozessor in einem Personalcomputer oder in kleineren Geräten wird oft als Mikroprozessor bezeichnet. Dieser Begriff bedeutet, dass die Elemente des Prozessors in einem einzigen IC-Chip enthalten sind. Einige Computer arbeiten mit einem Mehrkernprozessor (Multi-Core-Prozessor) – einem Chip, der mehr als eine CPU enthält. Eine CPU ist normalerweise ein kleines Gerät mit nach unten gerichteten Pins auf einer Hauptplatine. CPUs können auch an eine Hauptplatine mit einem Kühlkörper und einem Lüfter zur Wärmeableitung angeschlossen werden.
Arten von CPUs
Die meisten Prozessoren sind heute Multicore-Prozessoren. Das bedeutet, dass der IC zwei oder mehr Prozessoren enthält, um die Leistung zu erhöhen, den Stromverbrauch zu senken und die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Aufgaben effizienter zu gestalten. Multi-Core-Konfigurationen ähneln der Installation mehrerer, separater Prozessoren in einem Computer, aber da die Prozessoren tatsächlich in denselben Sockel eingesteckt werden, ist die Verbindung zwischen ihnen schneller.
Die meisten Computer können bis zu zwei oder vier Kerne haben; diese Anzahl kann sich jedoch auf bis zu 12 Kerne erhöhen. Wenn eine CPU nur einen einzigen Befehlssatz auf einmal verarbeiten kann, wird sie als Einkernprozessor betrachtet. Wenn eine CPU zwei Befehlssätze gleichzeitig verarbeiten kann, wird sie als Doppelkernprozessor bezeichnet; vier Sätze würden als Vierkernprozessor betrachtet. Je mehr Kerne, desto mehr Befehle auf einmal kann ein Computer verarbeiten.
Einige Prozessoren verwenden Multithreading, das virtualisierte Prozessorkerne verwendet. Virtualisierte Prozessorkerne werden als vCPUs bezeichnet. Sie sind nicht so leistungsstark wie physische Kerne, lassen sich aber zur Leistungssteigerung in virtuellen Maschinen (VMs) einsetzen. Das Hinzufügen unnötiger vCPUs kann die Konsolidierungsverhältnisse beeinträchtigen, so dass es maximal vier bis sechs vCPUs pro physischem Kern geben sollte.
Im untenstehenden Video erfahren Sie mehr zu CPUs und wie sie funktionieren.
