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CPU / Prozessor – Computergrundlagen

Heute möchte ich die Kategorie “Computergrundlagen” – Hardware um einen weiteren Artikel bereichern. Heute soll es um das Herzstück eines Computers gehen. Den Prozessor, den viele auch unter CPU (englisch “Central Processing Unit” – zu deutsch Zentrale Prozessor Einheit), zentrale Verarbeitungseinheit (ZVE) oder auch Zentraleinheit (ZE) kennen. Der Prozessor steuert, regelt und kontrolliert alles im Zusammenspiel mit dem Mainboard.

Ein Prozessor besitzt mehrere Millionen Transistoren die nur die Zustände 0 und 1 kennen. Also nur An oder Aus. Spannung liegt an oder Spannung liegt nicht an. Durch diese beiden Zustände ist es möglich komplexe Schaltungen aufzubauen.

Der erste Prozessor wurde damals mit Relais realisiert (Zuse Z3), danach folgten Elektronenröhren (ENIAC), doch diese hatten den Nachteil das sie sehr viel Strom benötigten und sehr störanfällig waren, so kam man auf Transistoren, die man auch heute noch benutzt. Mit integrierten komplexen Schaltungen konnten die Prozessoren immer weiter verkleinert und leistungsfähiger gemacht werden. Diese wurden über die Jahre immer weiterentwickelt und auf eine beachtlich kleine Größe gebracht, wenn man bedenkt das man mit den ersten Rechnern ganze Räume füllte.

Heutzutage spielt die Mikroelektronik eine immer wichtigere Rolle bei der Entwicklung von immer kleineren und komplexeren Schaltungen, die viel verarbeiten gleichzeitig aber auch winzig sein sollen, da sie beispielsweise in ein I-Pad oder I-Phone passen sollen. Die Prozessoren werden von Jahr zu Jahr immer leistungsfähiger und können somit immer größere Datenmengen in kürzester Zeit verarbeiten.

Ein Prozessor besitzt mehrere Funktionsgruppen wie Register, Recheneinheit ALU (englisch “arithmetic logic unit” – zu deutsch arithmetisch-logische Einheit), Befehlsdecoder und Adresseinheit.

Zitat http://de.wikipedia.org/wiki/Hauptprozessor#Funktionale_Einheiten

“Die Adresseinheit ist dafür zuständig, Daten und Befehle aus dem Speicher zu lesen oder in diesen zu schreiben. Befehle werden vom Befehlsdecoder verarbeitet, der die anderen Einheiten entsprechend steuert. In den Registern werden Daten für die unmittelbare Verarbeitung gespeichert, gegenüber dem Speicher ist der Zugriff auf Daten in den internen Registern meist erheblich schneller.

In modernen CPUs finden sich sehr viel feiner unterteilte Funktionseinheiten sowie mehrfach ausgeführte Einheiten, die das gleichzeitige Abarbeiten mehrerer Befehle erlauben. Zusätzlich finden sich auch häufig spezialisierte Recheneinheiten z. B. für Vektorfunktionen.”

Der Prozessor besitzt darüber hinaus noch ein sehr wichtiges Bussystem um mit anderen Hardwarekomponenten zu kommunizieren. Es besteht aus Adress-, Daten- und Steuerbus. Der Steuerbus fordert Peripheriegeräte oder auch den Arbeitsspeicher auf, Daten zu senden oder Daten anzunehmen. Das heißt er steuert das Lesen und Schreiben in den Arbeitsspeicher, die Ein- und Ausgabe an Peripheriegeräte und wichtige Interrupt-Signale (kurzzeitige Unterbrechung um andere Verarbeitungen durchzuführen).

Mithilfe der Leitungen des Datenbus werden die binären Nullen und Einsen übertragen, die dem Datenaustausch zwischen Prozessor und Arbeitsspeicher oder anderen Peripheriegeräten dienen. Wie viele Leitungen dieser Datenbus hat hängt vom Prozessortyp ab.

Der letzte Bus, der Adressbus ist allein dafür zuständig die Speicheradressen zu übertragen.