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Computertechnik-Fibel

Die Computertechnik-Fibel, das Computer-Buch

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Netzwerktechnik-Fibel

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Prozessor / CPU

Der Prozessor, Hauptprozessor oder die CPU ist heutzutage das Herzstück eines jeden elektronischen Geräts. Er wird in Smartphones, Taschenrechnern und in Computern, für die er eigentlich erfunden wurde, eingesetzt. Eine Welt ohne diese Rechengenies ist undenkbar.
Die bekanntesten Prozessoren stammen von Intel und AMD. Es gibt aber noch viele weitere Prozessor-Hersteller. Doch die spielen in den weiteren Ausführungen weniger eine Rolle. Im Bereich der Entwicklung und Herstellung von Prozessoren haben Intel und AMD eine führende Rolle. Das betrifft vor allem den Markt-Bereich für Embedded-PCs, Server, Desktop und Notebooks. Im Bereich der Smartphones, Tablets und Haushaltsgeräte spielen Intel und AMD keine Rolle.

Mikroprozessor

Der Mikroprozessor ist ein Prozessor, der vollständig in einem einzigen Schaltkreis untergebraucht ist. Der Prozessor im Personal Computer ist ein solcher Mikroprozessor.

Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller ist ein Prozessor, der über zusätzliche digitale Ein- und Ausgänge verfügt und für Steuerungsaufgaben vorgesehen ist. Er wird bereits als vollständiger Computer angesehen, der im Embedded-Bereich eingeordnet wird.

CPU - Central-Prozessing-Unit - Hauptprozessor

In einem Computersystem kann es mehrere Prozessoren geben. Wenn man vom Prozessor spricht, dann ist damit in der Regel immer der Hauptprozessor gemeint. Wegen seiner zentralen Stellung wird die Bezeichnung "Zentrale Verarbeitungseinheit" verwendet. Im Englischen "Central Processing Unit", kurz CPU.
Der Hauptprozessor ist die Funktionseinheit in einem Computer, der die eigentliche Verarbeitungsleistung erbringt. Der Hauptprozessor ist für die Informationsverarbeitung und die Steuerung der Verarbeitungsabläufe zuständig. Dazu holt sich der Prozessor aus dem Speicher nacheinander die Befehle und veranlasst die Informationsverarbeitung.
Neben dem Hauptprozessor gibt es noch weitere Prozessoren, die den Hauptprozessor von der Arbeit entlasten. Der Grafikprozessor (GPU) ist ein solcher Prozessor.

Moderne Prozessortechnik

Die Entwicklung der Prozessoren verlief lange Zeit nach einem scheinbar einfachen Gesetz. Man optimierte den internen Aufbau, verkleinerte die Strukturen, senkte die Spannung, erhöhte die Taktfrequenz oder verbesserte den Herstellungsprozess. Schon war die nächste Prozessor-Generation geboren. Doch diesem Spiel sind enge Grenzen gesetzt. So muss mit zunehmender Chipgröße das Taktsignal immer längere Wege zurücklegen. Damit der Zeitunterschied der Taktflanken im akzeptablen Bereich liegt, muss der Takttreiber immer leistungsstärker werden. Dadurch erhöht er die Verlustleistung des Prozessors. Deshalb wird die Chipfläche regelmäßig verkleinert. Dabei werden zwischen den Schaltelementen immer dünnere Verbindungen eingesetzt. Dadurch steigt der Widerstand der Verbindungen und die Signale bewegen sich immer langsamer. Das führt unter Umständen dazu, dass die Signallaufzeit unter der Verarbeitungszeit der Gatter liegt.
Die physikalischen Grenzen zeigten sehr schnell, dass insbesondere die Taktfrequenz nicht unendlich weit gesteigert werden konnte. Die Taktfrequenz bestimmt unter anderem die entstehende Verlustleistung und damit die Lebensdauer des Prozessors. Deshalb wurden sehr bald andere leistungssteigernde Techniken entwickelt.
Um die Leistungsfähigkeit von Prozessoren zu steigern, werden einige Funktionsblöcke mehrfach integriert. Diese arbeiten parallel und erhöhen so die Rechengeschwindigkeit des Prozessors.

Während vor Jahren die Geschwindigkeit eines Prozessors immens wichtig war, ist heute ein ausgewogenes System aus Prozessor, Arbeitsspeicher und Chipsatz das Maß für einen schnellen Computer. Immer weniger Anwendungen benötigen die volle Rechenleistung eines aktuellen Prozessors. Aus diesem Grund bieten die heutigen Prozessoren viel mehr als nur reine Rechengeschwindigkeit. Sie haben mehrere Kerne, nutzen Befehlssatzerweiterungen, intelligente Zwischenspeicher, verfügen über Virtualisierungstechnik und Grafikfunktionen.

Neben dem Chipsatz ist der Speichercontroller und die Grafikausgabe heute fester Bestandteil eines jeden Desktop-Prozessors.

Aufgrund der Vielzahl an Funktionalitäten versuchen die CPU-Hersteller ihre Prozessoren modular zu gestalten. So können die einzelnen Schaltungsteile besser weiterentwickelt werden. Es hilft auch beim Stromsparen, wenn einzelne Prozessorteile abgeschaltet werden können. Zudem lassen sich verschiedene Varianten kombinieren und so neue Prozessortypen bauen.

Prozessor-Hersteller

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