Philipp Grasl PROZESSOREN

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Kajetan Klein
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1 1 PROZESSOREN

2 INHALTSVERZEICHNIS Definition/Verwendung Prozessor Historische Entwicklung Prozessor Aufbau Prozessor Funktionsweise Prozessor Steuerung/Maschinenbefehle Prozessorkern Prozessortakt 2

3 DEFINITION PROZESSOR Prozessoren sind Maschinen oder elektronische Schaltungen Prozess/ Alogoritmus steuert Datenverarbeitung Verwendung als zentrale Recheneinheit des Computer Bestandteile: Register Rechenwerk Steuerwerk Speichermanager 3

4 HISTORISCHE ENTWICKLUNG In den1930 Jahren bestand das Rechenwerk des Computers aus Relais und mechanischen Bauelementen In den 1940 Jahren wurden Computer mit Röhren gebaut (kostenintensiv!) In den1960 Jahren wurden Röhren von Transistoren verdrängt Später wurden immer mehr Transistfunktionen auf integrierte Schaltkreise untergebracht Registerbänke und Rechnerwerke werden schließlich auf einen Chip integriert. Der Mikroprozessor war geboren! 4

5 AUFBAU PROZESSOR Rechenwerk Steuerwerk-/Leitwerk Hauptspeicher (Arbeitsspeicher) Bussystem Ein-/Ausgabewerk Abbildung 1:

6 AUFBAU PROZESSOR 1 Register: Prozessinterner Speicher Verbindung zu anderen Prozessoren Erste Stufe des Speicherarchivs Größe bestimmt die Leistung des Prozessors Rechenwerk: Führt die wichtigsten Operationen (arithmetisch und logisch) durch 6

7 AUFBAU PROZESSOR 2 Befehlsdecoder: Übersetzt Maschinenbefehle in Anweisungen die Schaltungen aktivieren Steuerwerke: Kontrolliert die Ausführung der Anweisungen und hinterlegt Befehle im Befehlszählregister Datenleitungen: Datenbus tauscht Daten mit Arbeitsspeicher aus Adressbus dient zur Übertragung von Speicheradressen Steuerbus steuert Anschlüsse wie z.b. USB, PCI 7

8 AUFBAU PROZESSOR 3 Caches: Caches sind die zweite Stufe des Speicherarchivs als Zwischenspeicher für rasche Wiederverwendung. Sie sind in drei Varianten gegliedert: Level 1: Position im Prozessorkern, sehr klein, sehr schnell aufrufbar - 4 bis 256 KB Level 2: mäßig aufrufbar 64 KB bis 12 MB Level 3: sehr groß, langsam aufrufbar bis 256 MB 8

9 FUNKTIONSWEISE PROZESSOR Befehlsbearbeitung folgt dem Von Neuman-Zyklus Aus Befehlszählregister wird Adresse des nächsten Maschinenbefehls gelesen Befehle: FETCH: Maschinenbefehl wird aus dem Arbeitsspeicher in das Befehlsregister geladen DECODE: Befehlsdecoder decodiert Befehl und aktiviert Schaltung FETCH OPERANDS: Es werden Daten für die Ausführung von einem Medium ins Arbeitsregister geladen EXECUTE: Der Befehl wird ausgeführt UPDATE INSTRUCTION POINTER: Befehlszähler wird um 1 erhöht 9

10 STEUERUNG/MASCHINENBEFEHLE 1 Maschinenbefehle schreibt man in der Assemblersprache (BASIC,C,C++,JAVA), die von einem Compiler übersetzt werden Symbolische Maschinenbefehle: Jedem Maschinenbefehl wird Schlüsselwort zugeordnet Befehl lässt keinen Rückschluss auf Assemblersprache zu Jeder Prozessortyp hat eigene Maschinenbefehle Befehle die für Prozessor gebraucht werden sind normalerweise identisch Reihenfolge der Befehle hängt vom Prozessortyp ab 10

11 STEUERUNG/MASCHINENBEFEHLE 2 Binäre Maschinenbefehle: Sind prozessorabhängig und bestehen aus mehreren Teilen Kategorien: Arithmetische Befehle Logische Befehle Sprungbefehle Transportbefehle Prozessorkontrollbefehle 11

12 PROZESSORKERN Bezeichnet man Rechen- und Steuerwerk und die Komponenten wie Caches Prozessor besteht aus einem oder mehreren Prozessorkernen (z.b. Dual-Core = zwei Kern) L1 und L2 Caches hat jeder Kern, L 3 müssen sich Kerne teilen Mehrkernprozessoren werden wegen begrenzter physikalischer Möglichkeit einzelne Kerne schneller zu machen gebaut Fortschreitende Miniaturisierung ermöglicht, dass mehr als ein Kern auf einen Chip passt 12

13 PROZESSORTAKT Prozessortakt ist ein Vielfaches des Mainboard Grundtaktes Änderungseinstellungen können manuell oder mit BIOS vorgenommen werden Übertakten führt zu Schäden an der Hardware 13

14 Quellen Quelle Abbildung 1 : koblenz.de/fileadmin/medien/koblenz/.../dokdv- Folien.ppt

15 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 15

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Prozessoren. Prozessoren Seite 1 von 9 Philipp Grasl 1AHWIM Prozessoren Prozessoren Seite 1 von 9 Philipp Grasl 1AHWIM Inhalt 1. Definierung Prozessor:... 3 2. Historische Entwicklung:... 3 3. Aufbau:... 4 3.1 Register:... 4 3.2 Rechenwerke:... 4 3.3 Befehlsdecoder:...