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1 Inhalt Curriculum Manfred Wilfling HTBLA Kaindorf 28. November 2011 M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

2 Begriffe CPU Zentraleinheit (Central Processing Unit) bestehend aus Rechenwerk, Steuerwerk und Zwischenspeicher Rechenwerk führt Grundrechnungsarten wie Plus, Minus, Multiplikation und Division aus Steuerwerk (Control Unit) führt Befehle des Befehlssatzes aus Befehl Ein als Befehl erkanntes Bitmuster Befehlssatz (Instruction Set) alle Befehle, die ein Prozessor versteht Zwischenspeicher meist als Register bzw. Cache ausgeführt M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

3 Datenverarbeitungsprinzip Datenverarbeitungsprinzip Eingabe Verarbeitung Rechenwerk Steuerwerk Zwischenspeicher Ausgabe Massenspeicher M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

4 CPU Arbeitsweise CPU Arbeitsweise Wo steht der aktuelle Befehl? Nebenstehender Zyklus wird ab dem Einschalten ausgeführt Der aktuelle Befehl wird über den Instruction Pointer ermittelt Der Befehl liegt als Binärzahl im Speicher Die Eingabe- bzw. Ausgabedaten stehen entweder in Registern oder im RAM Was macht der aktuelle Befehl Wo stehen die Eingabedaten? Wo stehen die Ausgabedaten? Führe den Befehl aus! Wo steht der nächste Befehl? M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

5 CPU Leistung CPU Leistung Geschwindigkeit Gemessen in Befehlszyklen pro Sekunde, genannt Taktfrequenz [GHz] Übliche Taktfrequenzen sind 2 GHz (Gigahertz) je größer, desto schneller Datengröße Busbreite hängt von der Busbreite ab (Prozessordatenbus, CPU Bus oder Front Side Bus) übliche Busbreiten sind 32-Bit oder 64-Bit je größer desto besster Übertaktung Schnellere Taktraten als jene, für die ein Prozessor konstruiert worden ist Im professionellen Einsatz kein guter Ansatz, die Performanz zu verbessern im Gegenteil, die CPU kann beschädigt werden M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

6 Prozessorarchitekturen Prozessorarchitekturen Unterscheidung Taktanzahl pro Befehl Parallelverarbeitung Supercomputing M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

7 Prozessorarchitekturen Anzahl der Takte RISC/CISC Der Prozessor führt Befehle im Takt (Clock) aus. CISC Complex Instruction Set Computer dh. die CPU kennt viele komplexe Befehle. Pro Befehl werden unter Umständen mehrere 100 Taktzyklen benötigt RISC Reduced Instruction Set Computer dh. die CPU kennt viele einfache Befehle, die alle genau einen Taktzyklus benötigen Wie viele Befehle kann eine mit 2 GHz getaktete RISC CPU pro Sekunde ausführen? Je Sekunde werden = 2 Billionen Befehle ausgeführt. M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

8 Task Ein Programm, das gerade ausgeführt wird Multitasking Mehrere Tasks werden echt parallel (gleichzeitig) ausgeführt. Hat die CPU nur einen Kern, muss das Betriebssystem die Zeit auf die aktiven Tasks aufteilen (Time Slices) Multithreading Manche CPU s können hardwareseitig gleichzeitig mehrere Threads (Mehrstängigkeit) ausführen. Der Vorteil besteht in einer bessern Ausnutzung der CPU das OS sieht mehrere Kerne Kern Ein arbeitsfähiger Teil einer CPU, kann parallel zu anderen Kernen arbeiten Mehrkernprozessor z.b Dual Core (2), Quad Core (4), Hexa Core (6), Octo Core (8), Dodeco Core (12), 16 (Bulldozer, AMD), Many Core (dh. deutlich mehr Kerne als üblich, z.b. 50, bzw Kerne Mehrere Im Serverbereich (Minicomputing) sind Architekturen mit mehreren im Einsatz M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9 Prozessorarchitekturen Parallelverarbeitung Parallelverarbeitung

9 Prozessorarchitekturen Supercomputing Supercomputing Supercomputing Parallelrechner mit einer großen Anzahl an CPU s Geschwindigkeit: Floating Point Operations per Second(FLOPS) Vektorrechner Eine Operation wird gleichzeitig auf auf tausenden CPU s ausgeführt Skalarrechner Vernetzung tausender von herkömmlichen (Cluster) Schnellste Supercomputer K computer (Japan) mit SPARC64-VIII 8-Core zu je 2 GHz und TeraFLOPS Tianhe-1A (China) mit INTEL 6-Core-XEON zu je 2,93 GHz und 2256 TeraFLOPS Cray XT5 (USA, führer schnellster Computer) mit AMD 6-Core zu je 2,6 GHz und 1759 TeraFLOPS (300 TB RAM) M. Wilfling (HTBLA Kaindorf) CPUs 28. November / 9

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