Was ist ein Prozessor und was macht er?


Der wichtigste Teil Ihres Computers, wenn Sie nur einen auswählen müssten, wäre die Zentraleinheit (CPU). Es ist der Hauptknotenpunkt (oder das „Gehirn“) und verarbeitet Anweisungen von Programmen, dem Betriebssystem oder anderen Komponenten Ihres PCs.

1 und 0

Mit leistungsstärkeren Prozessoren haben wir es nicht mehr geschafft, ein Bild auf einem Computerbildschirm anzuzeigen, sondern Netflix, Video-Chat, Streaming und zunehmend realistischere Videospiele.

Die CPU ist ein Wunder der Technik, stützt sich jedoch im Kern immer noch auf das Grundkonzept der Interpretation von Binärsignalen (1 und 0). Der Unterschied besteht nun darin, dass moderne Prozessoren anstelle von Lochkarten oder Verarbeitungsanweisungen mit Vakuumröhrensätzen winzige Transistoren verwenden, um TikTok-Videos zu erstellen oder Zahlen in eine Tabelle einzutragen.

CPU-Grundlagen

Die Herstellung von CPUs ist kompliziert. Der wichtige Punkt ist, dass jede CPU über Silizium (ein oder mehrere Teile) verfügt, in dem Milliarden mikroskopischer Transistoren untergebracht sind.

Wie bereits erwähnt, verwenden diese Transistoren eine Reihe elektrischer Signale (Strom „Ein“ und Strom „Aus“), um den Binärcode der Maschine darzustellen, der aus Einsen und Nullen besteht. Weil es so viele gibt Von diesen Transistoren können Prozessoren immer komplexere Aufgaben mit höheren Geschwindigkeiten als zuvor ausführen.

Die Anzahl der Transistoren bedeutet nicht unbedingt, dass ein Prozessor schneller ist. Dies ist jedoch immer noch ein grundlegender Grund, warum das Telefon, das Sie in Ihrer Tasche tragen, viel mehr Rechenleistung hat als vielleicht der gesamte Planet, wenn. Wir gingen zuerst zum Mond.

Bevor wir uns weiter mit der konzeptionellen Skala von Prozessoren befassen, wollen wir uns damit befassen, wie ein Prozessor maschinencodebasierte Anweisungen ausführt, die als „Befehlssatz“ bezeichnet werden. Prozessoren aus verschiedenen Unternehmen haben möglicherweise unterschiedliche Befehlssätze, jedoch nicht immer.

Die meisten aktuellen Windows-PCs und Mac-Prozessoren verwenden beispielsweise die x86-64 Befehlssatz, ob es sich um einen Intel- oder AMD-Prozessor handelt. Macs, die Ende 2020 auf den Markt kommen, verfügen jedoch über ARM-basierte Prozessoren, die einen anderen Befehlssatz verwenden. Es gibt auch eine kleine Anzahl von Windows 10-PCs, die ARM-Prozessoren verwenden.

Demnächst: Was ist binär und warum verwenden Computer es?

Herzen, Caches und Grafiken

Ein Diagramm von Intel Silicon mit den Kernen und anderen Abschnitten des Prozessors.

Schauen wir uns nun das Silizium selbst an. Das obige Diagramm stammt aus einem Intel Whitepaper von 2014 zur CPU-Architektur des Unternehmens für das Core i7-4770S. Dies ist nur ein Beispiel dafür, wie ein Prozessor aussieht – andere Prozessoren haben andere Layouts.

Wir können sehen, dass dies ein Quad-Core-Prozessor ist. Es gab eine Zeit, in der ein Prozessor nur ein Herz hatte. Jetzt, da wir mehrere Kerne haben, verarbeiten sie Anweisungen viel schneller. Kerne können auch so genanntes Hyper-Threading oder simultanes Multithreading (SMT) haben, wodurch ein Kernel für den PC wie zwei aussieht. Wie Sie sich vorstellen können, beschleunigt dies die Bearbeitungszeiten noch weiter.

Verwandt :  Was ist Apples Find My Network?

Die Kerne in diesem Diagramm teilen sich den sogenannten L3-Cache. Dies ist eine Form von Speicher, der in das Innere des Prozessors integriert ist. Prozessoren haben auch L1- und L2-Caches in jedem Kern sowie Register, die eine Form von Low-Level-Speicher sind. Wenn Sie die Unterschiede zwischen Registern, Caches und System-RAM verstehen möchten, lesen Sie diese Antwort auf StackExchange.

Der oben abgebildete Prozessor enthält auch den Systemagenten, den Speichercontroller und andere Teile von Silizium, die Informationen verarbeiten, die in den Prozessor ein- und ausgehen.

Schließlich gibt es noch die integrierten Prozessorgrafiken, die all die wunderbaren Grafiken erzeugen, die Sie auf Ihrem Bildschirm sehen. Nicht alle Prozessoren verfügen über eigene Grafikfunktionen. AMD Zen-Desktop-Prozessoren benötigen beispielsweise eine separate Grafikkarte, um alles auf dem Bildschirm anzuzeigen. Einige Intel Core Desktop-Prozessoren enthalten auch keine integrierten Grafiken.

Der Prozessor auf dem Motherboard

Ein Prozessor in der Motherboard-Buchse ohne oben montierten Kühler.

Nachdem wir uns nun angesehen haben, was sich unter der Haube eines Prozessors befindet, schauen wir uns an, wie es zum Rest Ihres PCs passt. Der Prozessor befindet sich in einem sogenannten Sockel auf der Hauptplatine Ihres PCs.

Sobald es in den Sockel eingesteckt ist, können andere Teile des Computers über einen sogenannten „Bus“ eine Verbindung zum Prozessor herstellen. Der RAM wird beispielsweise über einen eigenen Bus mit dem Prozessor verbunden, während viele PC-Komponenten einen bestimmten Bustyp verwenden, der als „PCIe“ bezeichnet wird.

Jede CPU verfügt über eine Reihe von „PCIe-Lanes“, die sie verwenden kann. Die Zen 2-Prozessoren von AMD verfügen beispielsweise über 24 Kanäle, die direkt mit dem Prozessor verbunden sind. Diese Lanes werden dann von den Motherboard-Herstellern mit Hilfe von AMD aufgeschlüsselt.

Beispielsweise werden normalerweise 16 Lanes für einen x16-Grafikkartensteckplatz verwendet. Dann gibt es vier Speicherspuren, wie z. B. ein schnelles Speichergerät wie eine M.2-SSD. Alternativ können diese vier Spuren auch getrennt werden. Zwei Spuren können für M.2-SSDs und zwei für langsamere SATA-Laufwerke wie 2,5-Zoll-Festplatten oder SSDs verwendet werden.

Das sind 20 Spuren, die anderen vier sind für den Chipsatz reserviert, der das Kommunikationszentrum und der Verkehrsleiter des Motherboards ist. Der Chipsatz verfügt dann über einen eigenen Satz von Busverbindungen, sodass noch mehr Komponenten zu einem PC hinzugefügt werden können. Wie zu erwarten ist, haben die leistungsstärkeren Komponenten eine direktere Verbindung zum Prozessor.

Wie Sie sehen können, erledigt der Prozessor den größten Teil der Befehlsverarbeitung und manchmal sogar die Grafik (wenn er dafür ausgelegt ist). Der Prozessor ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, Anweisungen zu verarbeiten. Andere Komponenten, wie z. B. die Grafikkarte, verfügen über eigene Verarbeitungsfunktionen. Die GPU verwendet auch ihre eigenen Verarbeitungsfunktionen, um mit dem Prozessor zu arbeiten und Spiele auszuführen oder andere grafikintensive Aufgaben auszuführen.

Verwandt :  So minimieren Sie ein Video in der Facebook-App

Der große Unterschied besteht darin, dass Komponentenprozessoren für bestimmte Aufgaben entwickelt wurden. Der Prozessor ist jedoch ein vielseitiges Gerät, das jede von ihm geforderte Rechenaufgabe ausführen kann. Aus diesem Grund ist der Prozessor in Ihrem PC oberstes Gebot, und der Rest des Systems hängt davon ab, ob er funktioniert.

Moyens Staff
Moyens I/O-Personal. motivierte Sie und gab Ratschläge zu Technologie, persönlicher Entwicklung, Lebensstil und Strategien, die Ihnen helfen werden.