Download - Aufbau Und Aufgaben Des Prozessors (Cpu)
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Aufbau und Aufgaben des
Prozessors (CPU)© by Manuel RAMSIMMER© by Manuel RAMSIMMER
IKP - 1. SemesterIKP - 1. SemesterPH–OÖ-LinzPH–OÖ-Linz
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Der CPU als BauteilDer CPU als Bauteil(Abkürzung für „Central Processing Unit“)
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Aus welchen Teilen besteht ein CPU Aus welchen Teilen besteht ein CPU eigentlich?eigentlich?
• ALU (Arithmetic-Logical Unit)• Die Register• Das Steuerwerk• Die Befehlstabelle (Introduction Table)• Aus verschiedenen Bussen
(Datenleitungen)
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Cache-SpeicherCache-Speicher
• Sind sehr kleine aber schnelle Zwischenspeicher
• Macht den CPU erheblich wirtschaftlicher• Es gibt:
° Level-1-Cache° Level-2-Cache
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Leistungsmerkmale der CPULeistungsmerkmale der CPU
• Das WICHTIGSTE ist die Wortbreite
• Breite des Datenbusses
• Die Breite des Adressbusses
• Die Breite des Steuerbusses
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Die Taktfrequenz (Clock rate)Die Taktfrequenz (Clock rate)
• Ist ein vielfaches des Mainboard-Taktes(Front Side Bus Clock Rate)
• Mit Hilfe einer Steckbrücke (JUMPER) oder eines DIP-Schalters kann man die Multiplikation einstellen
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Was sind Effizienzmesswerte?Was sind Effizienzmesswerte?
Die Effizienz entspricht eigentlich der Taktrate ABER:
Sie kann auch durch folgende Werte gemessen werden:
• MIPS (Million Introductions Per Second) für die Anzahl der Befehle
• FLOPS (Floating Point Operation Per Second) für Mulimedia Fähigkeiten eines CPUs, 3-D-Grafik, Audio und Videoperformance -> schnelle Fließkommaberechnungen
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ProzessorarchitekturenProzessorarchitekturen
• Das klassische Modell:
° aus den 70er Jahren ° tendiert zu komplexen Anweisungen
bei der Prozessorinstruktionen ° wurde nachträglich als CISC
(Complex Introduction Set Computer) bezeichnet
also als Rechner mit KOMPLEXEM Befehlsatz
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• Das moderne Modell:
° ab den 80er Jahren ° versucht die Struktur des CPUs
zu vereinfachen ° Befehlssatz auf wenige, besonders
schnell & einfache Befehle vermindert ° Beschleunigung der einfachen Befehle:
+ Anordnung in Pipeline-Form ° beim klassischen Prozessordesign – lesen des nächsten Befehls erst wann der andere FERTIG gelesen ist !!! NACHTEIL !!!
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CISC-WeiterentwicklungCISC-Weiterentwicklung(Central Instruction Set Computer)(Central Instruction Set Computer)
• Intel Prozessoren:
- enthielt schon damals Funktionen wie z.B. die Pipelines…
- Ausstattung mit Multimedia(MMX – MultiMedia eXtensions)
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• AMD-Athlon-Prozessoren (kompatible):
- komplexer Befehlssatz- Erweiterung namens 3D Now!- Ausstattung des Prozessors mit
zusätzlichen Spezialbefehlen
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RISC-Prozessoren – BeispieleRISC-Prozessoren – Beispiele(Reducted Instruction Set Computer)(Reducted Instruction Set Computer)• fast alle verwenden RISC-Architektur wie z.B.: ° Apple ° IBM
° Motorola Entwicklung von PowerPC-CPUs
• Prozessoren der Reihe: ° Sun SPARC- ° Digital Alpha- ° MIPS-CPUs
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Nachteile von RISC-CPUsNachteile von RISC-CPUs
• benötigen mehr Arbeitsspeicher !!!
• ABER es werden laufend RISC ähnliche Befehle in den AMD und Intel CPUs verarbeitet und Erneuerungen durchgeführt !!!
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Wie arbeitet ein Prozessor ?Wie arbeitet ein Prozessor ?1. Aktueller Befehl wird gelesen – dieser wird vom
Befehlszeiger angezeigt2. CPU schlägt Nummer des Befehls in Befehlstabelle
nach – liest passende Anzahl der Bytes als Parameter – Befehlszeiger rückt hinter letztes Byte – für nächsten Befehl bereit
3. Befehl wird ausgeführt – komplexeste Teil der CPU-Tätigkeit – je nach Befehlsart werden dann Peripheriegeräte, ALU, Sprünge, … angesteuert
4. Falls Sprung stattfindet – Befehlszeiger wird an entsprechende Position gesetzt – andernfalls geht es an der ermittelten Parameterstelle weiter !!!
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SprungbefehleSprungbefehleEs gibt 2 verschiedene Sprungarten:
• UNBEDINGTER Sprung: tritt ein sobald entsprechender Befehl gelesen wird…
• BEDINGTER Sprung: treten nur dann auf, wenn bestimmte Bedingungen
zutreffen, wie z.B. Zuständen eines Flag-Registers. FLAGS = Statusbits, deren Werte z.B. durch
Vergleichsoperationen gesetzt werden.
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Hardware-InterruptsHardware-Interrupts
Dienen zur Kommunikationserleichterung
zwischen den Hardwarekomponenten !!!
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MaschinenbefehleMaschinenbefehle
• lassen sich mit den Befehlen in Programmiersprachen vergleichen
• Jedoch befinden sich diese auf einem NIEDRIGEREN Niveau !!!
• der CPU „weis“ nicht, dass er z.B. ein Video abspielt, sondern das sind nur Rechenschritte für ihn !!!