Aufbau und Aufgaben des Prozessors (CPU) © by Manuel RAMSIMMER IKP - 1. Semester PH–OÖ-Linz
Der CPU als Bauteil <ul><li>(Abkürzung für „Central Processing Unit“) </li></ul>
Aus welchen Teilen besteht ein CPU eigentlich? <ul><li>ALU (Arithmetic-Logical Unit) </li></ul><ul><li>Die Register </li><...
Cache-Speicher <ul><li>Sind sehr kleine aber schnelle Zwischenspeicher </li></ul><ul><li>Macht den CPU erheblich wirtschaf...
Leistungsmerkmale der CPU <ul><li>Das WICHTIGSTE ist die Wortbreite </li></ul><ul><li>Breite des Datenbusses </li></ul><ul...
Die Taktfrequenz (Clock rate) <ul><li>Ist ein vielfaches des Mainboard-Taktes </li></ul><ul><li>(Front Side Bus Clock Rate...
Was sind Effizienzmesswerte? <ul><li>Die Effizienz entspricht eigentlich der Taktrate  </li></ul><ul><li>ABER: </li></ul><...
Prozessorarchitekturen <ul><li>Das klassische Modell: </li></ul><ul><li>  °  aus den 70er Jahren </li></ul><ul><li>  °  te...
<ul><li>Das moderne Modell: </li></ul><ul><li>  °  ab den 80er Jahren </li></ul><ul><li>  °  versucht die Struktur des CPU...
CISC-Weiterentwicklung (Central Instruction Set Computer) <ul><li>Intel Prozessoren: </li></ul><ul><li>enthielt schon dama...
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RISC-Prozessoren – Beispiele (Reducted Instruction Set Computer) <ul><li>fast alle verwenden RISC-Architektur </li></ul><u...
Nachteile von RISC-CPUs <ul><li>benötigen mehr Arbeitsspeicher !!! </li></ul><ul><li>ABER es werden laufend RISC ähnliche ...
Wie arbeitet ein Prozessor ? <ul><li>Aktueller Befehl wird gelesen – dieser wird vom Befehlszeiger angezeigt </li></ul><ul...
Sprungbefehle <ul><li>Es gibt 2 verschiedene Sprungarten: </li></ul><ul><li>UNBEDINGTER Sprung: </li></ul><ul><li>tritt ei...
Hardware-Interrupts <ul><li>Dienen zur Kommunikationserleichterung </li></ul><ul><li>zwischen den Hardwarekomponenten !!! ...
Maschinenbefehle <ul><li>lassen sich mit den Befehlen in Programmiersprachen vergleichen </li></ul><ul><li>Jedoch befinden...
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Aufbau Und Aufgaben Des Prozessors (Cpu)

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Aufbau Und Aufgaben Des Prozessors (Cpu)

  1. 1. Aufbau und Aufgaben des Prozessors (CPU) © by Manuel RAMSIMMER IKP - 1. Semester PH–OÖ-Linz
  2. 2. Der CPU als Bauteil <ul><li>(Abkürzung für „Central Processing Unit“) </li></ul>
  3. 3. Aus welchen Teilen besteht ein CPU eigentlich? <ul><li>ALU (Arithmetic-Logical Unit) </li></ul><ul><li>Die Register </li></ul><ul><li>Das Steuerwerk </li></ul><ul><li>Die Befehlstabelle (Introduction Table) </li></ul><ul><li>Aus verschiedenen Bussen (Datenleitungen) </li></ul>
  4. 4. Cache-Speicher <ul><li>Sind sehr kleine aber schnelle Zwischenspeicher </li></ul><ul><li>Macht den CPU erheblich wirtschaftlicher </li></ul><ul><li>Es gibt: </li></ul><ul><li>° Level-1-Cache </li></ul><ul><li>° Level-2-Cache </li></ul>
  5. 5. Leistungsmerkmale der CPU <ul><li>Das WICHTIGSTE ist die Wortbreite </li></ul><ul><li>Breite des Datenbusses </li></ul><ul><li>Die Breite des Adressbusses </li></ul><ul><li>Die Breite des Steuerbusses </li></ul>
  6. 6. Die Taktfrequenz (Clock rate) <ul><li>Ist ein vielfaches des Mainboard-Taktes </li></ul><ul><li>(Front Side Bus Clock Rate) </li></ul><ul><li>Mit Hilfe einer Steckbrücke (JUMPER) oder eines DIP-Schalters kann man die Multiplikation einstellen </li></ul>
  7. 7. Was sind Effizienzmesswerte? <ul><li>Die Effizienz entspricht eigentlich der Taktrate </li></ul><ul><li>ABER: </li></ul><ul><li>Sie kann auch durch folgende Werte gemessen werden: </li></ul><ul><li>MIPS (Million Introductions Per Second) für die Anzahl der Befehle </li></ul><ul><li>FLOPS (Floating Point Operation Per Second) für Mulimedia Fähigkeiten eines CPUs, 3-D-Grafik, Audio und Videoperformance -> schnelle Fließkommaberechnungen </li></ul>
  8. 8. Prozessorarchitekturen <ul><li>Das klassische Modell: </li></ul><ul><li> ° aus den 70er Jahren </li></ul><ul><li> ° tendiert zu komplexen Anweisungen </li></ul><ul><li>bei der Prozessorinstruktionen </li></ul><ul><li>° wurde nachträglich als CISC </li></ul><ul><li> ( C omplex I ntroduction S et C omputer) </li></ul><ul><li>bezeichnet </li></ul><ul><li>also als Rechner mit KOMPLEXEM </li></ul><ul><li>Befehlsatz </li></ul>
  9. 9. <ul><li>Das moderne Modell: </li></ul><ul><li> ° ab den 80er Jahren </li></ul><ul><li> ° versucht die Struktur des CPUs </li></ul><ul><li>zu vereinfachen </li></ul><ul><li> ° Befehlssatz auf wenige, besonders </li></ul><ul><li>schnell & einfache Befehle vermindert </li></ul><ul><li> ° Beschleunigung der einfachen Befehle: </li></ul><ul><li>+ Anordnung in Pipeline-Form </li></ul><ul><li>° beim klassischen Prozessordesign – lesen </li></ul><ul><li>des nächsten Befehls erst wann der andere </li></ul><ul><li>FERTIG gelesen ist !!! NACHTEIL !!! </li></ul>
  10. 10. CISC-Weiterentwicklung (Central Instruction Set Computer) <ul><li>Intel Prozessoren: </li></ul><ul><li>enthielt schon damals Funktionen wie z.B. die Pipelines… </li></ul><ul><li>Ausstattung mit Multimedia </li></ul><ul><li>(MMX – MultiMedia eXtensions) </li></ul>
  11. 11. <ul><li>AMD-Athlon-Prozessoren (kompatible): </li></ul><ul><li>komplexer Befehlssatz </li></ul><ul><li>Erweiterung namens 3D Now! </li></ul><ul><li>Ausstattung des Prozessors mit zusätzlichen Spezialbefehlen </li></ul>
  12. 12. RISC-Prozessoren – Beispiele (Reducted Instruction Set Computer) <ul><li>fast alle verwenden RISC-Architektur </li></ul><ul><li>wie z.B.: ° Apple </li></ul><ul><li>° IBM </li></ul><ul><li> ° Motorola </li></ul><ul><li>Entwicklung von PowerPC-CPUs </li></ul><ul><li>Prozessoren der Reihe: ° Sun SPARC- </li></ul><ul><li>° Digital Alpha- </li></ul><ul><li>° MIPS-CPUs </li></ul>
  13. 13. Nachteile von RISC-CPUs <ul><li>benötigen mehr Arbeitsspeicher !!! </li></ul><ul><li>ABER es werden laufend RISC ähnliche Befehle in den AMD und Intel CPUs verarbeitet und Erneuerungen durchgeführt !!! </li></ul>
  14. 14. Wie arbeitet ein Prozessor ? <ul><li>Aktueller Befehl wird gelesen – dieser wird vom Befehlszeiger angezeigt </li></ul><ul><li>CPU schlägt Nummer des Befehls in Befehlstabelle nach – liest passende Anzahl der Bytes als Parameter – Befehlszeiger rückt hinter letztes Byte – für nächsten Befehl bereit </li></ul><ul><li>Befehl wird ausgeführt – komplexeste Teil der CPU-Tätigkeit – je nach Befehlsart werden dann Peripheriegeräte, ALU, Sprünge, … angesteuert </li></ul><ul><li>Falls Sprung stattfindet – Befehlszeiger wird an entsprechende Position gesetzt – andernfalls geht es an der ermittelten Parameterstelle weiter !!! </li></ul>
  15. 15. Sprungbefehle <ul><li>Es gibt 2 verschiedene Sprungarten: </li></ul><ul><li>UNBEDINGTER Sprung: </li></ul><ul><li>tritt ein sobald entsprechender Befehl </li></ul><ul><li>gelesen wird… </li></ul><ul><li>BEDINGTER Sprung: </li></ul><ul><li>treten nur dann auf, wenn bestimmte Bedingungen zutreffen, wie z.B. Zuständen eines Flag-Registers. </li></ul><ul><li>FLAGS = Statusbits, deren Werte z.B. durch Vergleichsoperationen gesetzt werden. </li></ul>
  16. 16. Hardware-Interrupts <ul><li>Dienen zur Kommunikationserleichterung </li></ul><ul><li>zwischen den Hardwarekomponenten !!! </li></ul>
  17. 17. Maschinenbefehle <ul><li>lassen sich mit den Befehlen in Programmiersprachen vergleichen </li></ul><ul><li>Jedoch befinden sich diese auf einem NIEDRIGEREN Niveau !!! </li></ul><ul><li>der CPU „weis“ nicht, dass er z.B. ein Video abspielt, sondern das sind nur Rechenschritte für ihn !!! </li></ul>

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