Jedes Computergerät, von einfachen Spielzeugen bis hin zu großen Geschäftssystemen, verfügt über eine wesentliche Komponente, die als Zentraleinheit bezeichnet wird. Die CPU führt Berechnungen durch, führt logische Vergleiche durch und verschiebt Daten milliardenfach pro Sekunde. Es funktioniert, indem einfache Anweisungen einzeln ausgeführt werden, die durch ein Master-Timing-Signal ausgelöst werden, das den gesamten Computer ausführt.
BESCHREIBUNG
Ein CPU-Prozessor ist ein Computerchip von der Größe eines Streichholzschachtels. In der Verpackung befindet sich ein Siliziumrechteck, das Millionen von Transistorschaltungen enthält. Aus dem Gerät ragen Dutzende von Metallstiften heraus, von denen jeder elektronische Signale in den Chip hinein und aus ihm heraus überträgt. Der Chip wird in einen Sockel auf der Leiterplatte des Computers eingesteckt und kommuniziert mit Speicher, Festplatten, Bildschirmen und anderen Geräten außerhalb der CPU.
Uhr
Eine als Takt bezeichnete Zeitschaltung sendet elektrische Impulse an die CPU. Je nach Prozessor kann der Takt mit Geschwindigkeiten von Hunderttausenden bis zu Milliarden von Zyklen pro Sekunde laufen. Die Impulse treiben die Aktivität innerhalb der CPU an; Da andere Schaltkreise von derselben Uhr abhängen, werden komplexe Ereignisse im Computer synchronisiert.
Tutorials
Alle CPUs verfügen über einen Befehlssatz – eine Liste von Aktionen, die der Prozessor ausführt, einschließlich Hinzufügen von Zahlen, Vergleichen von zwei Daten und Verschieben von Daten in die CPU. Die Software, die Sie auf Ihrem Computer ausführen, besteht aus Millionen von Anweisungen der CPU, die in einer Sequenz angeordnet sind. Anweisungen sind sehr einfache Vorgänge, daher führt die CPU viele davon aus, um sinnvolle Aufgaben auszuführen. Einige CPU-Familien, z. B. die in Desktop-PCs verwendeten, verwenden denselben Befehlssatz, sodass sie dieselbe Software ausführen können. CPUs außerhalb einer Produktfamilie verwenden möglicherweise andere Anweisungen. Die CPU eines iPad verfügt beispielsweise über andere Anweisungen als eine CPU mit einem Windows-basierten Laptop.
ALU
Prozessoren haben eine Schaltung, die als Arithmetik- und Logikeinheit bezeichnet wird und Berechnungen und Vergleiche durchführt. Die Arithmetik, die die meisten CPUs ausführen, ist die grundlegende Multiplikation, Addition, Division und Subtraktion. Komplexe mathematische Funktionen wie statistische Funktionen sind Kombinationen vieler einfacher Operationen, die mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden. Die ALU führt auch logische Vergleiche zwischen zwei Datenelementen durch, um festzustellen, ob sie gleich sind oder ob eines von größerem Wert als das andere ist.
Steuergerät
Die CPU enthält eine Steuereinheit, die die Aktivitäten zwischen den anderen Arbeitsteilen des Prozessors koordiniert. Die Steuereinheit unterteilt jeden Befehl in eine Reihe von Aktionen und weist die verschiedenen Subsysteme der CPU an, die Aktionen auszuführen. Beispielsweise könnte die Steuereinheit die ALU anweisen, zwei Zahlen miteinander zu multiplizieren und dann dem Ergebnis eine dritte Zahl hinzuzufügen.
Speicher
Der CPU-Chip verfügt über eine begrenzte Menge an sehr schnellem Speicher. Es verfügt über eine Reihe von Speicherbereichen, die als Register bezeichnet werden und auf die die ALU direkt einwirkt. Beispielsweise kann die ALU die Nummer in Register 2 schnell zum Inhalt von Register 1 hinzufügen. Die CPU speichert außerdem kürzlich verwendete Anweisungen und Daten in einem Bereich, der als Cache bezeichnet wird und die Effizienz des Computers verbessert. In einem Programm, das beispielsweise einen Preis mit einer Menge multipliziert, sucht die CPU nach diesen Zahlen in ihrem Cache-Speicher. Wenn sie gefunden werden, erspart dies dem Prozessor die zusätzliche Arbeit beim Abrufen der Nummern von Speicherchips außerhalb der CPU.