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informatik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Prozessor-fachbegriffe


1. Java
2. Viren



Wenn von Prozessoren die Rede ist begegnet man immer wieder einer Reihe von Fachbegriffen. In der Regel wird immer wieder die interne Taktfrequenz angegeben. Darüber hinaus gibt es bei den verschiedenen Prozessoren aber noch eine Reihe weiterer Unterschiede und damit auch Begriffe.



Interne Taktfrequenz

Eine wichtige Größe ist die (interne) Taktfrequenz, die in MHz angegeben wird. Ein Megahertz entspricht einer Millionen Schwingungen pro Sekunde. Diese Maßzahl definiert, wie schnell die CPU eines Rechners ist, und läßt mit Einschränkungen gewisse Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit des kompletten Rechnersystems zu, ohne jedoch dafür allein maßgeblich zu sein.



Die internen Register

Die Größe der internen Register gibt an, wieviel Informationen der Prozessor gleichzeitig verarbeiten kann, und wie er die Daten im Chip intern überträgt. Die Registergröße entspricht im wesentlichen der Größe des internen Datenbusses. Ein Register ist eine Speicherzelle im Prozessor. So kann der Prozessor beispielsweise Zahlen in zwei unterschiedlichen Registern addieren und das Ergebnis in einem dritten Register speichern. Die Registergröße bestimmt die Datenmenge, die der Prozessor verarbeiten kann. Die Registergröße beschreibt außerdem die Art der Software bzw. Befehle und Anweisungen, die ein Chip ausführen kann. Prozessoren mit internen Registern mit 32 Bit können also 32 Bit Befehle ausführen, indem sie Daten zu je 32 Bit verarbeiten, was 16 Bit Register nicht können. Die meisten Prozessoren von heute, d.h. alle Chips vom 386er bis zum Pentium III verfügen über interne Register mit 32 Bit und können daher dieselben 32 Bit Betriebssysteme und -Programme ausführen.


Busbreiten

Als "Bus" werden mehradrige Kabelverbindungen zur Datenübertragung und zum Informationsaustausch zwischen zwei oder mehreren Komponenten eines Computers bezeichnet. Damit handelt es sich um nichts anderes als einen Datentransportweg.
Beim PC wird zwischen Datenbus, Adreßbus und Kontrollbus (bzw. Steuerbus) unterschieden. Während der Kontrollbus lediglich der Steuerung interner Abläufe dient und damit ansonsten relativ uninteressant ist, bestimmen die Breiten vom Adreßbus und Datenbus wesentlich die Leistungsfähigkeit des Prozessors bzw. Rechners.


Datenbus

Der am häufigsten beschriebene Bus ist der Datenbus, der für den Empfang und den Versand von Daten zuständig ist. Je mehr Signale gleichzeitig gesendet werden können, desto mehr Daten lassen sich in einem bestimmten Zeitabschnitt übertragen, d.h. um so schneller ist der Bus. Ein breiter Datenbus ist wie eine Autobahn mit mehreren Spuren, womit ein größerer Durchsatz erreicht wird.
Je mehr Leitungen zur Verfügung stehen, desto mehr Bit können gleichzeitig übertragen werden. Ein Prozessorchip wie beispielsweise der 286er-Chip verfügt über 16 Leitungen, d.h., er ist mit einem 16-Bit-Datenbus ausgerüstet. Ein 32-Bit-Chip, wie der 386DX- oder der 486er-Chip, verfügt über doppelt so viele Leitungen und kann somit doppelt so viele Informationen gleichzeitig übertragen wie ein 16-Bit-Chip. Moderne Prozessoren wie die Reihe der Pentium-Prozessoren verfügen über 64 Bit breite Datenbusse. Das bedeutet, das sämtliche Pentium-Prozessoren, zu denen der Pentium, der Pentium Pro, der Pentium II und der Pentium III gehören, 64 Datenbits gleichzeitig an den Arbeitsspeicher übertragen und vom Arbeitsspeicher empfangen können.


Adreßbus

Der Adreßbus besteht genau wie der Datenbus aus einigen Leitungen über denen Adreßinformationen übertragen werden. Mit diesen Informationen werden die Speicherplätze beschrieben, an die Daten verschickt werden sollen bzw. von denen Daten empfangen werden. Wie beim Datenbus überträgt auch hier jede Leitung ein Informationsbit. Dieses eine Bit ist eine Stelle der Adresse. Je mehr Leitungen zur Berechnung der Adressen zur Verfügung stehen, um so mehr Speicherplätze können gleichzeitig adressiert werden. Die Breite eines Adreßbusses gibt die maximale Anzahl an Speicherplätzen an die ein Prozessor verwalten bzw. adressieren kann.
Mit dem 20-Bit-Adreßbus des 8086/8088 Prozessors konnte maximal 1 Mbyte Arbeitsspeicher verwaltet werden. Alle Prozessoren ab dem 386er verfügen über einen 32-Bit-Adreßbus, über den sie 4 Gbyte Arbeitsspeicher erreichen können. Der Pentium Pro mit seinem 36-Bit-Adreßbus kann 64 Gbyte adressieren.



Der interne Cache

Beim internen Cache handelt es sich um spezielle, sehr schnelle Speicherelemente, die im Prozessor (ab 486er) integriert sind. In diesen Zwischenspeicher werden Informationen vorausschauend abgelegt, bei denen die Wahrscheinlichkeit groß ist, das der Prozessor sie demnächst benötigt. Der Zugriff auf den im Prozessor integrierten Cache-Speicher kann direkt und ohne jede Verzögerung erfolgen.
Mit einem Cache-Speicher wird der Stau vermieden, der beim Zugriff auf den Speicher üblicherweise entsteht, da der Arbeitsspeicher eines Systems wesentlich langsamer arbeitet als die CPU. Daher muß ein Prozessor in einem System mit einem Cache nicht mehr auf Daten und Befehle vom langsameren Arbeitsspeicher warten.



Mathematischer Co-Prozessor

Ein Mathematischer Co-Prozessor ist ein Chip der den Mikroprozessor bei mathematischen Operationen entlasten soll. Bis zum 386er war der mathematische Co-Prozessor eine eigenständige externe Komponente. Seit dem 486er ist er integriert.
Co-Prozessoren übernehmen sogenannte Fließkommaoperationen mit denen die CPU einfach überfordert wäre. Mathematische Co-Prozessoren können komplexere mathematische Operationen wie z.B. lange Divisionen, trigonometrische Funktionen, Wurzelberechnungen, Logarithmen usw. 10- bis 100mal schneller als der Hauptprozessor ausführen. Die Operationen die der Co-Prozessor durchführt sind allesamt Operationen mit Fließkommazahlen. Operationen mit ganzen Zahlen werden von der CPU selbst vorgenommen.



Program Counter

Der Program Counter wird mit jedem Takt der Taktfrequenz um eins erhöht (Inkrementierung) um die nächste Adresse anzusprechen.
Der PC arbeitet kontinuierlich weiter, bis der Prozessor ausgeschaltet wird, oder die "Pause" aktiviert wird. Bei einem Reset des Prozessors geht der PC wieder auf Null.



Flags

Es gibt verschiedene Arten von Flag Registern, sie werden für besondere Ergebniszustände z.B. einer Operation in der ALU benötigt.
Zu den verschieden Flags gehören u.a. das "Zero-Flag", das Sign-Flag oder auch das "Carry-Flag"
Das Carry-Flag wird zum Beispiel bei einem Übertrag einer Operation benutzt.

 
 




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