Prozessor

Der Prozessor (auch CPU, also Central Processing Unit) ist das Gehirn des Computers. In ihm werden Befehle ausgeführt und Abläufe im System gesteuert.


Prozessor

Der Prozessor eines Computers sieht folgendermaßen aus:

Überblick der Komponenten mit der CPU hervorgehoben

Der Prozessor (auch CPU, also Central Processing Unit) genannt, ist das Gehirn des Computers.

Hier werden in einem bestimmten Rhythmus Befehle interpretiert und ausgeführt.

Außerdem werden hier Abläufe koordiniert, denn er ist der erste Befehlsempfänger in elektronischen Geräten. Er registriert, welche Aufgabe von den Nutzerinnen und Nutzer angefordert wird und leitet diese an die entsprechende Stelle weiter.

Der Prozessor lässt sich in das Rechenwerk und das Steuerwerk unterteilen.

Aufgaben

Prozessoren haben bestimmte Aufgaben.

Dazu zählt, dass

  • Rechenoperationen ausgeführt und
  • Teile des Computers gesteuert werden müssen.

Außerdem kontrolliert er, ob die von ihm erteilten Aufgaben korrekt ausgeführt wurden.

Dafür ist der Prozessor in ein Rechenwerk und ein Steuerwerk unterteilt.

Aufteilung in Rechen- und Steuerwerk

Rechenwerk

Innerhalb des Rechenwerks führt der Prozessor Rechnungen aus.

Dafür werden Daten eingegeben, verarbeitet und am Ende wieder ausgegeben.

Damit der Prozessor überhaupt mit Daten arbeiten kann, müssen sie als Binärcode vorliegen.

\rarr\rarr Das heißt also, dass der Prozessor nur 000en und 111en versteht. Somit müssen alle Daten (wie Buchstaben und Zahlen) in binären Code codiert werden.

Eine Rechenoperation, die das Rechenwerk ausführt, könnte dann zum Beispiel die Addition von zwei Binärzahlen sein, wie zum Beispiel 1 + 1 = 101+1=101 + 1 = 10.

Binärzahlen

Steuerwerk

Neben dem Rechenwerk beinhaltet der Prozessor auch ein Steuerwerk.

Das Steuerwerk ist für die Zusammenarbeit der einzelnen Komponenten im Prozessor verantwortlich. Dieses speichert und liest Daten aus dem Arbeitsspeicher und verarbeitet die Ein- und Ausgaben der Peripherie.

Unter der Peripherie versteht man alle Komponenten, die nichts mit dem Prozessor oder Hauptspeicher zu tun haben.

Kontrollieren der Arbeitsabläufe

Der Prozessor kontrolliert außerdem, ob die von ihm zugeteilten Aufgaben korrekt ausgeführt werden. Wenn dies nicht der Fall ist, schlägt er Alarm.

Dabei gleicht der Prozessor die laufenden Vorgänge mit ihren Ziel-Zuständen ab und kann diese Prüfung auch für die Nutzer:innen sichtbar machen.

Beispiele dafür sind:

  • Download-Fortschritt anzeigen.
  • Fehlermeldungen ausgeben, wenn beispielsweise ein Befehl nicht umgesetzt werden konnte.

Die Taktfrequenz

Die Taktfrequenz deines Prozessors bestimmt, wie lang die Rechenzeit beträgt, also wie schnell oder langsam dein Computer ist.

Du kannst dir diese Taktfrequenz als den Arbeits-Rhythmus deines Prozessors vorstellen.

\rarr\rarr Das bedeutet: Je schneller die Taktfrequenz, desto schneller werden Befehle verarbeitet.

Die Geschwindigkeit des Bearbeitungs-Rhythmus wird in Hertz angegeben.

Dabei ist ein Hertz = ein Takt pro Sekunde.

Bei den neueren Prozessoren liegt die Geschwindigkeit meist im Gigaherz (GHz)-Bereich.

1 \text{ GHz}1 GHz1 \text{ GHz}sind 1.000.000.000 \text{ Hz}1.000.000.000 Hz1.000.000.000 \text{ Hz}.

\rarr\rarr Ein Prozessor mit 1 GHz kann also 1 Milliarde Rechenoperationen pro Sekunde durchführen!


Single-Core, Dual-Core, Octa-Core...

Die Leistungsfähigkeit deines Prozessors ist physikalisch begrenzt und nicht beliebig erweiterbar. Somit kann auch die Taktfrequenz nicht unendlich weit gesteigert werden. Um die Leistungsfähigkeit dennoch zu erhöhen, können Prozessoren zusammen verschaltet werden, ohne dabei die Taktfrequenz zu erhöhen.

Dabei werden mehrere Prozessorkerne zu einem Prozessor zusammengefasst.

So entstehen neben den Einkernprozessoren (in Englisch Single-Core)

  • auch Doppelkernprozessoren (Dual-Core),
  • Vierkernprozessoren (Quad-Core),
  • Sechskernprozessoren (Hexa-Core)
  • und sogar Achtkernprozessoren (Octa-Core).
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