Prozessoren sind in vielen modernen elektronischen Geräten zu finden, darunter PCs, Smartphones, Tablets und andere Handheld-Geräte. Ihr Zweck ist es, Eingaben in Form von Programmanweisungen zu empfangen und Billionen von Berechnungen auszuführen, um die Ausgabe zu liefern, mit der der Benutzer arbeitet.
Ein Prozessor umfasst eine arithmetische Logik- und Steuereinheit (CU), die die Fähigkeit in Bezug auf Folgendes misst:
- Fähigkeit, Anweisungen in einer bestimmten Zeit zu verarbeiten.
- Maximale Anzahl von Bits/Befehlen.
- Relative Taktfrequenz.
Bei jeder Operation auf einem Computer, 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.
Jeder Prozessor besteht aus einer oder mehreren einzelnen Verarbeitungseinheiten, die „Kerne“ genannt werden. Jeder Kern verarbeitet die Befehle einer einzelnen Rechenaufgabe mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die als „Taktgeschwindigkeit“ bezeichnet und in Gigahertz (GHz) gemessen wird. Da eine Erhöhung der Taktrate über einen bestimmten Punkt hinaus technisch zu schwierig wurde, verfügen moderne Computer heute über mehrere Prozessorkerne (Dual-Core, Quad-Core usw.). Sie arbeiten zusammen, um Befehle zu verarbeiten und mehrere Aufgaben gleichzeitig zu erledigen.
Moderne Desktop- und Laptop-Computer verfügen jetzt über einen separaten Prozessor, der die Grafikwiedergabe übernimmt und die Ausgabe an den Bildschirm sendet. Da dieser Prozessor, die GPU, speziell für diese Aufgabe entwickelt wurde, können Computer alle besonders grafikintensiven Anwendungen wie Videospiele effizienter verarbeiten.
Ein Prozessor besteht aus vier Grundelementen: der arithmetischen Logikeinheit (ALU), der Gleitkommaeinheit (FPU), Registern und den Cache-Speichern. Die ALU und die FPU führen grundlegende und fortgeschrittene arithmetische und logische Operationen an Zahlen durch, und die Ergebnisse werden dann an die Register gesendet, die auch Anweisungen speichern. Caches sind kleine und schnelle Speicher, die Kopien von Daten für den häufigen Gebrauch speichern und ähnlich wie ein Arbeitsspeicher (RAM) funktionieren.
Die CPU führt ihre Operationen in den drei Hauptschritten des Befehlszyklus aus: Abrufen, Dekodieren und Ausführen.
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Abrufen: Die CPU ruft Befehle ab, in der Regel aus einem RAM.
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Dekodieren: ein Dekoder wandelt den Befehl in Signale für die anderen Komponenten des Computers um.
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Ausführen: die nun dekodierten Befehle werden an jede Komponente gesendet, damit die gewünschte Operation ausgeführt werden kann.