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🎯 Um was geht es?
🎯 Um was geht es?
Ein Prozessor ist das Herzstück eines Computers, da er in einem regelmässigen Rhythmus arbeitet. Ein Prozessor wird auch als CPU (Central Processing Unit) bezeichnet und dient als zentrale Recheneinheit, welche Befehle abarbeitet.
Die moderne Form des Prozessors ist der Mikroprozessor, der alle Bausteine des Prozessors in einem integrierten Schaltkreis (Mikrochip) vereinigt.
Das Herzstück
Das Herzstück
Der Hauptprozessor ist die Funktionseinheit in einem Computer, der die eigentliche Verarbeitungsleistung erbringt. Er ist für die Informationsverarbeitung und die Steuerung der Verarbeitungsabläufe zuständig. Dazu holt sich der Hauptprozessor aus dem Speicher nacheinander die Befehle und veranlasst die Informationsverarbeitung.
Neben dem Hauptprozessor gibt es weitere Prozessoren, die den Hauptprozessor bei bestimmten Berechnungen entlasten. Der Grafikprozessor (GPU) ist zum Beispiel für grafische Berechnungen zuständig.
Taktfrequenz
Taktfrequenz
Jeder Prozessor hat einen Rhythmus, der auch als Taktfrequenz bezeichnet wird. Je schneller die Taktfrequenz, desto schneller kann der Prozessor Befehle verarbeiten. Ein Mass für die Geschwindigkeit der Rhythmen ist Hertz. Dabei ist Hertz ein Takt pro Sekunde.
Kühlung
Kühlung
Hohe Geschwindigkeit der Taktfrequenzen verursachen grosse Wärmeverluste. Die Elektronik im Prozessor kann durch die entstehende Hitze beschädigt werden. Um die Wärme abzuleiten, werden in der Regel Lüfter oder Wasserkühlungen eingesetzt.
Aufgaben eines Prozessors
Aufgaben eines Prozessors
Ein Prozessor hat viele Aufgaben. Er muss Rechenoperationen ausführen und Teile des Computers steuern. Daten werden eingegeben, verarbeitet und am Ende wieder ausgegeben.
Hauptbestandteile eines Prozessor(kern)s ist das Rechenwerk und das Steuerwerk.
Zu den zentralen Aufgaben des Prozessors gehören die Abarbeitung des Maschinenprogramms: arithmetische und logische Operationen zur Verarbeitung von Daten aus internen oder externen Quellen, beispielsweise dem Arbeitsspeicher.
Rechenwerk
Rechenwerk
Ein Prozessor beinhaltet ein Rechenwerk, wo er, wie der Name es sagt, Rechnungen ausführt. Im Rechenwerk verarbeitet er also Daten. Er führt dort mathematische oder logische Operationen mit binären Zahlen aus (z.B. Vergleichen, Addieren, Multiplizieren, Bits um eine Stelle nach links schieben).
Steuerwerk
Steuerwerk
Ein Prozessor beinhaltet auch ein Steuerwerk. Dieses ist für die Zusammenarbeit der einzelnen Komponenten im Prozessor verantwortlich. Die Steuereinheit speichert und liest Daten aus dem Arbeitsspeicher und verarbeitet die Ein- und Ausgaben von peripheren Geräten (Maus, Tastatur, ...)
MehrkernProzessoren
MehrkernProzessoren
Wie leistungsfähig ein Prozessor ist, ist physikalisch begrenzt und nicht beliebig erweiterbar.
Die Taktfrequenz kann nicht unendlich weit gesteigert werden. Um die Leistungsfähigkeit dennoch zu steigern, können Prozessoren zusammen verschaltet werden, ohne dabei die Taktfrequenz zu erhöhen.
Mehrkern: Mehrere Prozessoren werden zu einem Prozessor zusammengefasst (Single-Core, Dual-Core, Quad-Core, Hexa-Core und Octa-Core). Die meisten Mikroprozessoren besitzen mehrere Prozessorkerne, wobei jeder Kern für sich eine (weitgehend) eigenständige Logik-Einheit darstellt. Die Anzahl der Kerne gibt an, wie viele Berechnungen ein Prozessor gleichzeitig ausführen kann.
Das Innenleben eines Prozessors
Das Innenleben eines Prozessors
Ein Prozessor besteht aus hochkomplexen Schaltkreisen mit Millionen von Transistoren. Was Transistoren sind, werden wir uns im Unterricht noch anschauen.
Heutzutagen befinden sich auf z.B. auf einem Prozessor von Intel auf einer Fläche von nur 151 Quadratmillimeter und bis zu 30 Ebenen über 300 Millionen Schaltungen pro Kern. Bei einem Vierkern-Prozessor würde man also 1.3 Milliarden Transistoren finden.
Fragen
Fragen
Wie viele Transistoren hatte der erste Prozessor?
Was besagt das Gesetz von Moore?
Wie viele Cores werden heutzutage v.a. in PCs verbaut?
Wie viele Kerne haben Supercomputer?
Was findest Du alles über das Swiss National Supercomputing Centre heraus?
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