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Der Prozessor
Der Prozessor (Central Processing Unit, CPU) ist die zentrale Anlaufstelle für alle anfallenden Berechnungen eines Computers. Auf einem nur wenige Quadratzentimeter großen Microchip sind (Stand 2008) fast 2 Milliarden Transistoren untergebracht. Die elektronischen Eigenschaften der Transistoren nutzt man, um binäre Daten zu verarbeiten. Der Transistor kann zwei binäre Zustände erzeugen: “0”, d.h. es fließt kein Strom, und “1”, d.h. es fließt Strom.
Bilder, Buchstaben, Zahlen usw. werden in eine digitale Abfolge von Nullen und Einsen überführt und in dieser Form weiterverarbeitet.
Zum Schutz der empfindlichen Bauelemente ist der Microchip meistens in einem Gehäuse untergebracht. Über von außen zugängliche Kontakte, auch Pins genannt, erfolgt der elektrische Kontakt mit dem Mainboard.
Stark vereinfacht erklärt, besteht die CPU aus dem Rechenwerk, der Processing Unit, dem Steuerwerk (Control Unit) und den Registern (Cache Unit, Speichereinheit). Das Rechenwerk setzt sich aus folgenden Bestandteilen zusammen:
Arithmetic Logical Unit (ALU)
Die arithmetisch-logische Einheit kann, wie der Name schon sagt, arithmetische und logische Rechenoperationen ausführen. Zwischenergebnisse werden in Registern gespeichert.
Floating Point Unit (FPU)
Die Fließkommarecheneinheit führt Berechnungen mit Fließkommazahlen aus. (siehe auch Konrad ZUSE)
Cache Unit
Die Register, bzw. Zwischenspeicher der Cache Units bestehen aus zwei Teilen. Es gibt den Daten-Cache (DC) und den Code-Cache (CC), diese Elemente stellen einen sehr schnellen Zwischenspeicher für anfallende Daten und Befehle dar.
Contol Units bzw. Steuerwerk
Die IDU (Instruction Decode Unit) ist der Befehlsdecoder, er übersetzt eingehende Befehle in den so genannten Microcode und übergibt sie der Ausführungseinheit.
Die Ausführungseinheit EXU (Execution Unit)...
...führt die in den Microcode übersetzten Befehle aus. Von der Kontrolleinheit COL (Control Logic) werden die Abläufe der Mikroprogramme gesteuert.
Da alles braucht man sich nicht zu merken. Die Einzelfunktionen sind hier nur aufgeführt, um die Komplexität des Prozessoraufbaus darzustellen.
Neueste Entwicklungen
2-fach bzw. 4-fach-CPUs
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Dual-Core-Prozessor (Athlon)
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Quad-Core-CPU (Intel)
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In einem Dualcore-Prozessor befinden sich zwei Prozessor-Kerne in einem Gehäuse und sind quasi parallel geschaltet. Dadurch erhöht sich die Leistung des Prozessors in der Regel deutlich gegenüber der einer Singelcore-CPU.
Beim Quad-Core-Prozessor sieht es dagegen etwas anders aus: Vier Kerne leisten nicht automatisch das Doppelte wie zwei Kerne, schon weil sich die Schreib-/Lesegeschwindigkeit der Festplatte als Flaschenhals erweist. Das sollte man beim Kauf einer neuen CPU oder eines neuen Rechners bedenken.
Schnellere Rechengeschwindigkeit bedeutet auch mehr Wärmeabgabe! Eine ungekühlte CPU raucht nach wenigen Minuten ab und hinterlässt einen zerknirschten, Fäuste ballenden User. Deshalb immer daran denken, beim Einsetzen der CPU eine stecknadelkopfgroße Menge Wärmeleitpaste sorgfältig auf der Kontaktfläche CPU/Kühlventilator zu verteilen.
Der Chipsatz
Prozessor und Chipsatz bedingen sich gegenseitig. Um die Datenströme der angeschlossenen Komponenten zu verwalten, besitzt jedes Mainboard einen Chipsatz. Es handelt sich dabei um ein oder meistens zwei festverlötete Schaltkreise. Der Chipsatz beinhaltet Buscontroller, DMA- und Interruptcontroller, welche die Vorgänge und Datenströme verwalten und überwachen. Moderne Chipsätze beinhalten auch zusätzliche Multimedia- oder Netzwerkfunktionen wie zum Beispiel Sound, Grafik, Netzwerkanschluss, USB 2.0-, und ggf. Firewireanschluss. Diese Funktionen werden als "Onboard"-Funktionen bezeichnet.
Aktuelle Chipsätze sind auf den verbauten Prozessortyp abgestimmt und setzen sich aus Northbridge und Southbridge zusammen.
Der Northbridge-Chip befindet sich meisten im oberen Mainboardbereich in der Nähe der CPU und des Arbeitsspeichers. Er verwaltet und synchronisiert den Datenfluss und die Steuerung zwischen Hauptspeicher, CPU, CPU-Cache und der Grafikkarte.
Dieser sogenannte “Datenbus” ist in modernen Systemen entweder mit 32-Bit- oder 64-Bit-Architektur ausgestattet, d.h. pro Arbeitstakt werden 232 (ca. 4,2 Mio) bzw. 264 (ca. 18,4 Mio) Bits zeitgleich weitergeleitet.
Der Southbridge-Chip synchronisiert und steuert den Datenfluss zwischen angeschlossenen Peripheriegeräten (USB, PCI--Steckkarten). Die Leistungsfähigkeit der Southbridge ist geringer als die der Northbridge da Peripheriegeräte keine so hohe Datengeschwindigkeit wie beispielsweise bei der Kommunikation zwischen CPU und RAM benötigen.
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