Prozessor

Was ist ein Prozessor?

Bei einem Prozessor handelt es sich um einen integrierten elektronischen Schaltkreis, der die Berechnungen zum Betrieb eines Computers durchführt. 

Ein Prozessor führt arithmetische, logische, Eingabe-/Ausgabe- sowie andere grundlegende Anweisungen aus, die von einem Betriebssystem (engl. Operating System, OS) übermittelt werden. Der überwiegende Teil der anderen Prozesse ist von den Operationen eines Prozessors abhängig.

Die Begriffe „Prozessor“, Zentraleinheit (engl. central processing unit, CPU) und Mikroprozessor werden im Allgemeinen als Synonyme verwendet.

Heutzutage steht das Wort „Prozessor“ meist gleichbedeutend mit dem Begriff „CPU“, was technisch nicht korrekt ist, da die CPU nur einer der Prozessoren in einem Personal Computer (PC) ist.

Die Grafikverarbeitungseinheit (engl. Graphics Processing Unit, GPU) ist ein weiterer Prozessor. Sogar einige Festplatten sind technisch zur Verarbeitung von Daten in der Lage.

Prozessor einfach erklärt

Prozessoren sind in vielen modernen elektronischen Geräten zu finden, darunter PCs, Smartphones, Tablets und sonstige Handhelds.

Sie empfangen Eingaben in Form von Programmanweisungen und führen Billionen von Berechnungen aus, um die Ausgaben für die Benutzeroberfläche bereitzustellen.

Ein Prozessor umfasst eine arithmetische Logik- und Steuereinheit (engl. Control Unit, CU), die die Leistungsfähigkeit in Bezug auf Folgendes misst:

• Fähigkeit, Befehle in einem bestimmten Zeitraum zu verarbeiten;
• Maximale Anzahl von Bits/Befehlen;
• Relative Taktgeschwindigkeit.

Jedes Mal, wenn ein Vorgang auf einem Computer ausgeführt wird, z. B. wenn eine Datei geändert oder eine Anwendung geöffnet wird, muss der Prozessor die Anweisungen des Betriebssystems oder der Software interpretieren.

Je nach seinen Fähigkeiten können die Verarbeitungsvorgänge schneller oder langsamer sein und haben einen großen Einfluss auf die so genannte „Verarbeitungsgeschwindigkeit“ der CPU.

Ein Prozessor besteht aus einer oder mehreren einzelnen Verarbeitungseinheiten, die „Kerne“ (engl. Cores) genannt werden. Jeder Kern verarbeitet die Befehle einer Rechenaufgabe mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die als „Taktrate“ (engl. Clock Speed) bezeichnet und in Gigahertz (GHz) gemessen wird.

Da eine Erhöhung der Taktfrequenz über einen bestimmten Punkt hinaus technisch zu schwierig wurde, haben moderne Computer mehrere Prozessorkerne (Dual-Core, Quad-Core usw.). Sie können Befehle gemeinsam verarbeiten und viele Aufgaben gleichzeitig erledigen.

Desktop- und Laptop-Computer von heute verfügen zudem über einen separaten Prozessor, der das Grafikrendering übernimmt und die Ausgabe an den Bildschirm sendet.

Da dieser Prozessor, die GPU, speziell für diese Aufgabe konzipiert ist, können Computer alle besonders grafikintensiven Anwendungen wie Videospiele effizienter verarbeiten.

Ein Prozessor besteht aus vier Grundelementen: der arithmetischen Logikeinheit (engl. Arithmetic Logic Unit, ALU), der Gleitkommaeinheit (engl. Floating Point Unit, FPU), den Registern und den Cache-Speichern. 

Die ALU und die FPU führen die wichtigsten arithmetischen und logischen Operationen mit Zahlen durch. Die Ergebnisse werden an die Register weitergeleitet, in denen auch Befehle gespeichert werden. 

Caches sind kleine und schnelle Speicher, die Kopien von Daten für den häufigen Gebrauch aufbewahren und ähnlich wie ein Arbeitsspeicher (engl. Random Access Memory, RAM) funktionieren.

Die CPU führt ihre Operationen in den drei Hauptschritten des Befehlszyklus aus: Abrufen, Dekodieren und Ausführen.

• Abrufen: Die CPU ruft Anweisungen ab, in der Regel aus einem RAM.
• Dekodieren: Ein Dekodierer wandelt die Befehle in Signale für die anderen Komponenten des Computers um.
• Ausführen: Die nun dekodierten Anweisungen werden an die einzelnen Komponenten gesendet, damit die gewünschte Operation ausgeführt werden kann.