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Prozessoren
Ein Prozessor ist Bestandteil der Zentraleinheit eines Computers. Er ist der eigentliche Rechnerkern und damit das Herz eines PCs.

Eine andere umgangssprachliche Bezeichnung für Prozessor ist „CPU“, eine Abkürzung für: Central Processing Unit, zu Deutsch: zentrale Verarbeitungseinheit. Eine CPU kann aus einem oder mehreren Prozessoren oder Prozessorkernen bestehen.

Der Begriff „Prozessor“ ist heute vielschichtiger als noch in den 1990er Jahren. Damals verstand man unter einem Prozessor ein Bauteil, bestehend aus einem Chip in einem Gehäuse, das mit seinen Anschlüssen („Beinchen“) in einen Sockel der Hauptplatine gesteckt wurde. Optional wurde der Begriff aber auch für eine Logik-Einheit verwandt. Da die aktuellen Prozessoren in der Regel über mehrere Prozessorkerne und damit über mehrere Logik-Einheiten verfügen, wird der Begriff „Prozessor“ nur noch für das gesamte Bauteil verwandt. Die Logik-Einheiten werden als „Prozessorkerne“ bezeichnet.

Was macht ein Prozessor eigentlich? Eine ganze Menge, denn dort werden die über ein Eingabegerät eingegebenen Informationen verarbeitet, organisiert und für die Ausgabe und/oder eine dauerhafte Speicherung vorbereitet.

Um alle diese Arbeiten erledigen zu können, verfügt ein Prozessor (oder ein Prozessorkern) über einen sehr komplexen Aufbau. Wichtigster Bestandteil ist das Rechenwerk, in dem die Befehle der Anwendungsprogramme abgearbeitet werden. Zentraler Bestandteile des Rechenwerks wiederum ist die arithmetisch-logische Einheit, auch als „ALU“ bezeichnet (von: Arithmetic Logic Unit).

Weiterer Prozessor-Bestandteil ist das Steuerwerk. Das wiederum regelt, wie Programmbefehle abgearbeitet werden.

Daneben verfügt ein Prozessor noch über verschiedene Register, die gemeinsam den Registersatz bilden, sowie eine Speicherverwaltungseinheit. Register sind Speicherbereiche, die z.B. zum Zwischenspeichern von Befehlen oder Operanden dienen. So entscheidet beispielsweise die Größe des Datenregisters gemeinsam mit der Breite des Datenbusses über die so genannte „Prozessorarchitektur“, also ob es sich um eine 16-, 32- oder 64-Bit-Architektur handelt.

Die Speicherverwaltungseinheit (Memory Management Unit, MMU) wiederum regelt die Zugriffe auf den Arbeitsspeicher. Daher wird sie oft als „Speichermanager“ bezeichnet.

Weiterer Bestandteil eines Prozessors und von großer Bedeutung für die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Systems sind die Caches. Der Begriff „Cache“ stammt vom französischen „cacher“ ab und bedeutet „verbergen, verstecken“. Trotz dieser Herkunft lehnt sich die gebräuchliche Aussprache „Käsch“ an die englische Sprache an.
Ein Cache ist ein mit schnellen Speicherelementen ausgerüsteter Puffer, in dem Daten eines langsameren Mediums (Hauptspeicher, Festplatte) bzw. die zuletzt verarbeiteten Daten oder Befehle abgelegt werden, um darauf bei einem erneuten Aufruf schneller zugreifen zu können. Die Funktion des Caches basiert auf der Tatsache, dass bei der Arbeit mit einem Computer oft auf bereits genutzte Daten zugegriffen wird.

Wie arbeitet ein Cache? Eingelesene oder geschriebene Daten legt das System vorsorglich auch im Cache-Speicher ab. Bei einem erneuten Zugriff wird zunächst der Inhalt des Caches überprüft. Liegen die Daten dort vor, werden sie aus dem Zwischenspeicher geladen. Da diese dann in einem schnellen Medium bereitliegen, entfällt ein Einlesen von den deutlich langsameren Medien Festplatte oder Hauptspeicher.

Die Größe des Cache-Speichers ist begrenzt. Wenn die Kapazitätsgrenze erreicht ist, werden neue Daten zwar weiterhin in den Cache geschrieben, der dafür benötigte Platz wird allerdings durch Löschen der am längsten gelagerten Daten geschaffen.

Caches benutzen als Zwischenspeicher entweder eigens dafür vorgesehene Speicherbausteine, z.B. bei einem Festplattencache, oder sind Bestandteil des Prozessors.

Prozessor-Caches sind Bestandteil des Mikroprozessors. Moderne Prozessoren weisen drei unterschiedliche Stufen von Caches auf:
- Den “First Level Cache“ oder “L1-Cache“ (für: Level 1). Der ist relativ klein, ist Bestandteil des Prozessorkerns, läuft mit dem vollen Prozessortakt und kann daher Zugriffe sehr schnell ausführen.
- Der „Second Level Cache“ oder „L2-Cache“ (für: Level 2) ist ebenfalls Bestandteil des Prozessors, aber nicht mehr Teil des Prozessorkerns. Er ist deutlich größer als der L1-Cache, dafür aber langsamer.
- Der „Third Level Cache“ oder „L3-Cache“ (für: Level 3) ist der langsamste der drei Caches, dafür aber mit Abstand der Größte. In den heute üblichen Mehrkernprozessoren greifen alle Prozessorkerne auf diesen Cache zu.

Weitere Leistungsmerkmale eines Prozessors sind die Busbreite und der Prozessortakt. Die Busbreite (andere Begriffe sind „Wortbreite“ oder „Binärwort“) bringt die Verarbeitungsgröße eines Prozessors zum Ausdruck und wird in Bit angegeben. So legt die Busbreite beim Datenbus die Anzahl der gleichzeitig aus dem Arbeitsspeicher gelesenen Bit fest, beim Adressbus die maximale Größe einer Speicheradresse und beim Steuerbus die Anschlussart. Bei aktuellen PCs beträgt die Bus-oder Wortbreite 32 bzw. 64 Bit. In diesem Zusammenhang spricht man von einer 32- bzw. 64-Bit-Architektur.

Der Prozessortakt, in der Regel als „Taktfrequenz“ bezeichnet, wird in Megahertz (MHz) oder Gigahertz (GHz) ausgewiesen und gibt die Anzahl der Impulse in einem vorgegebenen Zeitrahmen wieder. Je höher der Wert, umso zügiger werden die Daten verarbeitet. Man kann die Taktfrequenz am Beispiel eines Ruderers verdeutlichen: Je mehr Ruderschläge er in einer bestimmten Zeit ausführt, umso schneller ist sein Boot. Allerdings: Über die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Computersystems entscheiden eine Reihe von Faktoren. Die Taktfrequenz eines Prozessors ist zwar ein wichtiger Faktor, aber auch nur lediglich einer von mehreren.
Die wichtigsten Prozessor-Hersteller für den Bereich der Personal-Computer sind Intel und AMD.

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