Die Zentraleinheit (CPU) eines Computers

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 Peripheriegeräten 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.

Die Zentraleinheit (CPU) eines Computers – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist eine CPU in einem Computer?

Eine CPU (Central Processing Unit) ist das Hirn eines Computers, wo die meisten Berechnungen stattfinden. In Bezug auf Computing-Power ist die CPU die wichtigste Einheit eines Computers.

2. Aus welchen Hauptteilen besteht eine CPU?

Eine CPU besteht hauptsächlich aus dem Arithmetisch-Logischen Teil (ALU), der Berechnungen und logische Operationen durchführt, und dem Steuerwerk, das die Befehle aus dem Speicher holt und ausführt.

3. Was ist die Funktion des Steuerwerks in einer CPU?

Das Steuerwerk in einer CPU holt Befehle aus dem Speicher, interpretiert diese und kontrolliert ihre Ausführung.

4. Was ist die Funktion des Arithmetisch-Logischen Teils einer CPU?

Das Arithmetisch-Logische Teil führt numerische Berechnungen (Addition, Subtraktion etc.) und logische Operationen (AND, OR etc.) durch.

5. Was bedeutet es, wenn eine CPU ‘Mehrkerntechnologie’ hat?

Wenn eine CPU Mehrkerntechnologie hat, bedeutet dies, dass sie mehrere Prozessoren enthält, die gleichzeitig arbeiten und dadurch die Leistungsfähigkeit des Computers erhöhen können.

6. Was ist der Unterschied zwischen einer CPU und einer GPU?

Eine CPU ist für allgemeine Berechnungen verantwortlich, während eine GPU (Graphics Processing Unit) speziell für Grafikoperationen und das Rendern von Bildern, Videos und Animationen ausgelegt ist.

7. Was ist der Cache in einer CPU und welche Funktion erfüllt er?

Der Cache in einer CPU ist ein kleiner Speicherbereich, der häufig verwendete Daten und Befehle speichert, um den Zugriff und die Ausführungszeit zu beschleunigen, indem er Verzögerungen durch den Zugriff auf den Haupt-RAM reduziert.

8. Wofür steht der Begriff ‘Taktfrequenz’ in Bezug auf CPUs?

Die Taktfrequenz, oft in Gigahertz (GHz) angegeben, bestimmt, wie viele Operationen eine CPU pro Sekunde durchführen kann. Je höher die Frequenz, desto schneller ist die CPU.

9. Was ist der Unterschied zwischen 32-Bit- und 64-Bit-Prozessoren?

Der Hauptunterschied liegt in der Menge an Speicher, auf die sie zugreifen können. 32-Bit-Prozessoren können auf maximal 4GB RAM zugreifen, während 64-Bit-Prozessoren auf eine deutlich größere Menge zugreifen können.

10. Was ist eine Multicore-CPU?

Eine Multicore-CPU bezeichnet eine CPU, die aus zwei oder mehr unabhängigen Prozessorkernen besteht. Diese Prozessorkerne können unabhängig voneinander Aufgaben ausführen, wodurch die Leistung des Computers verbessert wird.