Prozessor

Was ist ein Prozessor?

Der CPU das Herzstück des Computers. Ohne diese zentrale Steuerungseinheit läuft nichts. Das Central Processing Unit – zu deutsch – zentrale Verwaltungseinheit ist der Motor jedes Rechners. „Der Prozessor ist das Gehirn des Computers“ stellte der Buchautor Ron White fest.

Um das Verhältnis eines Prozessors zum Rechner zu verbildlichen, hilft der Avocado-Vergleich. Ein Rechner kann man sich wie eine Avocado vorstellen: Der Rechner ist das Fruchtfleisch mit der Schale. Der Avocadokern ist der Prozessor.  Ohne Avocadokern gibt es keine Avocado, so wie es ohne Prozessor keinen Rechner gibt. In seinem Kern sind alle lebenswichtigen DNA-Informationen gespeichert. Die DNA des Prozessors besteht aus Grundrechenarten, mit denen Aufgaben gelöst werden.

Der Prozessor empfängt ständig Stromimpulsen anderer Hardware-Komponenten, die ihm mitteilen, wie viele Bits und Bytes ihm zur Verfügung stehen. Zur selben Zeit hört er unermüdlich Befehle von einem anderen Programm, genauer von der Maschinensprache.  Die Maschinensprache kommuniziert dem Prozessor, wie er die Bits und Bytes verarbeiten soll, denn es stehen dem Prozessor nur vier verschiedene Grundrechenarten zur Verfügung. Der Prozessor addiert, subtrahiert, multipliziert und dividiert fleißig jedes Sekunde, wenn der Computer angeschaltet ist.

Der Prozessor als Führungskraft fragt  also die restlichen Geräte im Computer ständig ab, wie, womit und wie lange sie noch mit einer Aufgabe beschäftigt sind: Techniker nennen diesen Prozess ‚busy-waiting‘. Der Prozessor hält die Verbindung zu allen Geräten auf dem Motherboard. Er ist deswegen immer Stand-By-Modus. Nutzen wir eine Anwendung – z.B. wenn wir eine Webseite aufzurufen – unterbricht der Prozessor seine kontinuierliche Arbeit (‚Interrupt‘) und verteilt die neue Arbeitsaufgaben an Festplatte und Mikrochips.

 

Im Inneren des Prozessor befindet sich eine Handvoll Schubladen, die sogenannten Register. Diese Register holen sich durch einen Bus die benötigten Daten von einem Massenspeicher (z.B. die Festplatte). Prozessoren werden bislang mit 32 oder 64 Bitspuren hergestellt, zu mehr reicht es in der Digitaltechnik noch nicht.“Stellen Sie sich also den Prozessor als eine Kombination aus Additionsmaschine und Verkehrspolizist vor, wobei der Verkehr auf bis zu 64 Fahrspuren bei Lichtgeschwindigkeit läuft“, erklärte der amerikanische Buchautor Dan Gookin die Funktionsweise.  Prozessoren können 64 Bit, also 8 Byte gleichzeitig verarbeiten. 8 Byte können also in einem Takt verarbeitet werden.

Woraus besteht ein Prozessor? Er wird aus mehreren Schichten von Wafern aus Silizium hergestellt. „Ein Prozessor wächst mit über 100 Fertigungsschritten pro Wafer in mehreren Etagen heran. Es ist das kunstvollste, komplizierteste Gebilde, das die Technik des Menschen je hervorgebracht hat, “ hieß es in einer Studie des Bundeswissenschaftsministerium 2004.

Weil es oft zu lange dauert, ständig Daten aus dem Speicher in den Prozessor zu laden, haben Informatiker ein Cache auf der Festplatte eingerichtet. Ein Cache ist ein kleiner Schnellzugriff, in dem die wichtigsten Daten gespeichert werden, die wir öfter als andere anklicken. Weil damit der Zugriff schneller wird, heißt der Cachespeicher auch „Beschleunigungsspeicher“. Man kann sich ein Cache vorstellen wie eine Hamsterbacke. Die Daten im Cache sind die Körner, die der Hamster in seiner Backe hält, um schnell in mageren Zeiten auf sie zugreifen zu können. Durch einen sogenannten „Prefetch“ baut das Cache schon die Körner, bzw. Datenauswahl fűr den Prozessor vorausschauend zusammen. Sie prognositzieren die statistische Wahrscheinlichkeit, welche Daten benötigt werden.

 

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Das Cache
 

 

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