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Die Zentraleinheit (CPU) eines Computers

Allgemeines:
Ein Computer dient dazu, Daten zu erfassen, zu bearbeiten und Auszugeben (EVA-Prinzip, Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe).
Dazu benötigt ein Computer eine Grundausstattung, um diese Aufgabe zu erledigen. Neben den Ein- und Ausgabegeräten gehört dazu die Zentraleinheit (CPU), der eigentliche Computer
 

Die Zentraleinheit (CPU) eines Computers:
Die Zentraleinheit (kurz: CPU von "Central Processing Unit") eines Personalcomputers besteht aus einem Mikroprozessor,
einem Speicherwerk, einem Taktgeber, einem E/A-Prozessor sowie einem Bussystem. Dieses Bussystem ist für die Verbindung zwischen den Komponenten innerhalb der Zentraleinheit, sowie zu den Peripheriegreäteb  nach außen verantwortlich.
Bei modernen Mikrocomputern können die Speicher, in denen Programme und/oder Daten abgelegt werden sich auch außerhalb des Mikroprozessors befinden. 
 

Das Steuerwerk in der CPU:
Die Funktion des Steuerwerkes in der CPU ist die Steuerung und Überwachung der Befehlsverarbeitung, dabei
überwacht es die Abläufe der Befehle (Befehle werden aus dem Arbeitsspeicher gelesen) und steuert die Funktion der elektronischen Bauteile. 
 

Das Rechenwerk in der CPU:
Das Rechenwerk, auch ALU (Arithmetic and Logic Unit) genannt, führt arithmetische und logische Operationen durch.  Dabei holt es alle benötigten Daten aus den Registern bzw. dem Speicher und legt die Daten nach ausgeführter Operation wieder in einem Speicher ab. Das Steuerwerk, Rechenwerk und internen Speicher bezeichnet man zusammen als Mikroprozessor.
Das Rechenwerk führt die folgenden Operationen durch:

  • arithmetische und logische Operationen
  • Transporte 
  • Adressenberechnungen


Das Speicherwerk in der CPU:
Das Speicherwerk wird auch als interner Speicher bezeichnet. In diesem Speicher befinden sich die Daten und Befehle, die im Rechenwerk bzw. Steuerwerk ausgeführt sind. Daher ist Zentraleinheit nur aus Steuerwerk und Rechenwerk nicht funktionsfähig. 
Anders als beim Menschen werden im Speicherwerk alle Programmbefehle und Daten in Form von Nullen und Einsen (Binärcode bzw. Binärsystem, wobei die Zahl 0 und 1 Binärzeichen genannt werden) codiert gespeichert.nennt man Binärsystem. Ein Binärzeichen (d.h. die Zahl 0 oder 1)  heißt Bit (aus dem Englischen: Binary Digit). Das Wort Bit sollte man nicht mit dem Wort Byte verwechseln. Ein Byte ist eine Einheit aus 8 Bit, also aus 8 Binärzeichen. Je nach Art kann das Speichwerk (auch als interner Speicher oder Arbeitsspeicher bezeichnet) in zwei verschiede Speichertypen eingeteilt werden:

  • Read-Only-Memory (ROM): Dieser Speicher wird bereits vom Hersteller einmalig und dauerhaft mit Informationen programmiert und kann daher nur noch gelesen werden (daher aus dem Englischen übersetzt: nur-Lese-Speicher) nicht aber mehr überschrieben werden. In ROMs werden elementare Maschinenoperationen wie z.B. die Start-Routine des Computersystems gespeichert.
  • Random-Access-Memory (RAM):  Im Gegensatz zum ROM kann das RAM beliebige Informationen beliebig oft überschreiben, lesen oder auch gelöscht werden. Die gespeicherten Information gehen verloren, wenn der Computer ausgeschaltet wird. Deshalb müssen Daten, die später wieder gebraucht werden, auf einem externen

  • Datenträger (z.B. Festplatte) abgespeichert werden. Der RAM enthält alle Programme sowie Daten, die der Mircoprozessor benötigt.


Das Bussystem in der CPU:
Wie bereits erwähnt, ist das Bussystem für den Datentransport innerhalb eines Computers (interner Bus) oder zu den
Peripheriegeräten (externer Bus) verantwortlich. Je nach Art unterscheidet man drei Busarten:
 

  • Datenbus: befördert Daten innerhalb des Prozessors oder zwischen Prozessor und Peripheriegerät. Durch die Leitungen des Datenbuses werden Spannungsimpulse weitergegeben, die als Einsen und Nullen definiert sind und werden vom Speicher zum Mikroprozessor und wieder zurück transportiert. Anhand Anzahl der Leitungen des Datenbusses (auch als Busbreite bezeichnet) kann die Leistungfähigkeit eines Computers beurteilt werden, denn es gilt: Je breiter ein Datenbus ist, umso größer ist der Datendurchsatz je Zeiteinheit.
  • Steuerbus: Durch den Steuerbus werden die Steuerimpulse übertragen. Der Steuerbus hat als Kriterium zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit eines Computers keine große Bedeutung, da die Anzahl der Leitungen im Steuerbus in jedem System anders ausgebildet und von der Komplexität des Computers abhängig ist.
  • Adressbus: Der Adressbus ist verantwortlich für die eindeutige Adressierung der Bitfolgen beim Speichern und Wiederauffinden von Daten im internen Speicher.Der Adressbus besteht aus einer Anzahl an Leitungen, auf denen Signale übertragen werden, die nur dazu dienen, Adressen von Speicherplätzen an die Speicherbausteine weiterzuleiten.
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