Grundbegriffe Prozessor

In Fachkreisen werden häufig Begriffe, meist in Englisch, verwendet. Die Nachfolgende Liste ist nicht vollständig. Sie erklärt jedoch die wichtigsten Begriffe im Zusammenhang mit Prozessoren.

Integrationsgrad und Strukturbreite

Der Integrationsgrad ist ein Maß, wie viele Funktionen auf einem Schaltkreis untergebracht werden können. Man unterscheidet zwischen einem niedrigen, mittleren, hohen und sehr hohen Integrationsgrad. Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, dazu zählen auch Prozessoren, bezieht man sich häufig auf die Strukturbreite. Damit ist die Breite der einzelnen Leiterbahnen auf dem Schaltkreis gemeint. Im Laufe der Zeit wird die Strukturbreite immer kleiner. Das bedeutet, dass immer mehr Transistoren in einem Schaltkreis untergebracht werden können. Das ist deshalb notwendig, weil die Prozessorkerne immer komplexer werden und bis zu 3 Cache-Stufen integriert sein müssen.

Je kleiner die Strukturbreite,

• desto kleiner der Schaltkreis,
• desto höher die (interne) Taktfrequenz,
• desto niedriger die Speisespannung
• und desto schwieriger und kostenintensiver die Fertigung.

Bei der Angabe der Strukturbreite bezieht man sich auf einen bestimmten Herstellungsprozess. Hierbei wird von der µm-Technologie oder vom µm-Prozess gesprochen.

MIPS - Million instructions per second - Mega instructions per second

MIPS ist der Maßstab für die Schnelligkeit eines Prozessors. Dabei kommt es nicht nur darauf an, wie schnell ein Prozessor getaktet ist, sondern wie viele Befehle pro Sekunde verarbeitet werden können. Hier reicht die Taktgeschwindigkeit als Maß alleine nicht aus. Es spielt auch die Effektivität der Befehlsausführung eine große Rolle.

FLOPS - Floating Point Operations per Second

3D-Grafik-, Audio- und Videoverarbeitung sind auf eine möglichst schnelle Fließkomma-Berechnung angewiesen. Deshalb wird die Multimedia-Fähigkeit eines Prozessors durch die Anzahl der durchführbaren Fließkomma-Operationen pro Sekunden angegeben. Die Bezeichnung dafür ist FLOPS (Floating Point Operations Per Second).

Fehler in Prozessoren: Bugs

Nicht nur Software, auch Prozessoren können Bugs enthalten. Durch die steigende Größe der Prozessoren, in denen mehrere Millionen Transistoren untergebracht sind, steigen auch die Anzahl der Fehler, die sich innerhalb eines Prozessors befinden. Einige Fehler können durchaus ernster Natur sein. Besonders dann, wenn sie zum Absturz des Systems führen, falsche Daten berechnen oder einen Datenverlust verursachen. Es kann auch sein, dass diese Fehler potenzielle Sicherheitsrisiken darstellen, weil sie sich möglicherweise als Schwachstellen durch Schadsoftware ausnutzen lassen.

Die meisten CPU-Fehler treten mit realem Code sehr selten auf, weshalb die Prozessor-Hersteller die Fehler selbst in Laborversuchen nur unter extremen Bedingungen finden. Sie versorgen Hardware-Entwickler und Programmierer mit Hinweisen, wie sich diese Bugs umgehen lassen. Die Fehlerdokumentation erfolgt je nach Hersteller mehr oder weniger öffentlich und schnell.
Die meisten Prozessor-Hersteller korrigieren die Fehler in optimierten Neuauflagen der CPU-Kerne, also in neuen CPU-"Steppings".
Oft lassen sich Fehler von Programmierern oder vom Compiler vermeiden, in dem bestimmte Befehle oder Befehlsfolgen nicht ausgeführt werden. Andere Fehler lassen sich durch einen Software-Patch im Prozessor Abstraction Layer (PAL) beheben.
Es gibt auch Prozessor-Fehler, die sich durch Veränderungen der CPU-Initialisierung (also per BIOS-Update) beheben lassen oder per Microcode-Update. Ein Microcode-Update findet durch ein BIOS-Update oder ein Betriebssystem-Patch statt. Die Möglichkeit der Microcode-Updates wurde bei x86-Prozessoren unter anderem deshalb geschaffen, um nachträglich erkannte Bugs korrigieren zu können. Der Microcode kann einem Prozessor auch komplett neue Befehle beibringen.
Wenn das alles nichts hilft und der Fehler kritisch ist, dann muss der Prozessor-Hersteller die betroffenen Prozessoren austauschen.

Leckstrom

In Chips werden vor allem Transistoren verwendet. Diese Transistoren haben das so genannte Gate, das bestimmt, ob der Transistor ein- oder ausgeschaltet ist. Bestandteil des Gates ist das Gate-Dielektrikum. Es ist eine Isolationsschicht. Üblicherweise verwendet man dafür das leicht und billig herstellbare Siliziumdioxid. Die Firma Intel hat bereits erfolgreich die Dicke des Siliziumdioxid auf 1,2 Nanometer (nm) verkleinert. Das entspricht in etwa 5 Atomlagen, also 5 Atome übereinander. Mit dieser dünnen Siliziumdioxid-Schicht nehmen die elektrischen Leckströme zu. Dabei fließt ein Teil der Ladung, der auf dem Gate des Transistors sitzen sollte, durch die Isolationsschicht hindurch. Als Folge entsteht mehr Abwärme und ein größerer Stromverbrauch. Bei vielen Millionen Transistoren in einem Chip ist das ein ernst zu nehmendes Problem.

NX-Speicherschutz

Die NX-Funktion soll beispielsweise Buffer- oder Heap-Overflow-Angriffe verhindern. Dazu gibt es verschiedene Begriffe. Je nach Hersteller steht NX für No Execute oder No Execution. Microsoft selbst fasst NX und andere Verfahren unter dem Begriff Data Execution Prevention (DEP) zusammen. AMD spricht von "Hardware-gestützten Virenschutz", "Enhanced Virus Protection" oder "verbesserten Virenschutz". Dabei macht diese Funktion nichts anderes als RAM-Adressen mit einer No-Execute-Markierung (NX) zu schützen, sodass die Angriffe mancher Viren und Würmer ins Leere laufen.

Weitere Grundbegriffe zu Prozessoren:

• CISC-Prozessor
• RISC-Prozessor
• 64-Bit-Prozessor
• Stepping und Revision
• Coprozessor
• Übertakten
• Prozessorsockel
• Multicore
• Parallelisierung
• Virtualisierung
• Prozessor-Kühlung
• TDP - Thermal Design Power
• GPGPU - General Purpose Computation on Graphics Processing Unit

Weitere verwandte Themen:

• Prozessor (CPU)
• Interrupt
• FSB - Front-Side-Bus
• Cache-Speicher

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