Was ist ein Prozessorkern? [MakeUseOf erklärt]

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Jeder Computer verfügt über einen Prozessor, egal ob es sich um einen Prozessor mit kleiner Effizienz oder ein Kraftpaket mit großer Leistung handelt, oder er kann nicht funktionieren. Natürlich ist der Prozessor, auch CPU oder Central Processing Unit genannt, ein wichtiger Bestandteil eines funktionierenden Systems, aber nicht der einzige.

Die heutigen Prozessoren sind fast alle mindestens Dual-Core-Prozessoren, was bedeutet, dass der gesamte Prozessor selbst zwei separate Kerne enthält, mit denen er Informationen verarbeiten kann. Aber was sind Prozessorkerne und was genau machen sie?

Was sind Kerne?

Ein Prozessorkern ist eine Verarbeitungseinheit, die Anweisungen zum Ausführen bestimmter Aktionen einliest. Anweisungen sind miteinander verkettet, sodass sie in Echtzeit Ihre Computererfahrung ausmachen. Im wahrsten Sinne des Wortes muss alles, was Sie auf Ihrem Computer tun, von Ihrem Prozessor verarbeitet werden. Wenn Sie einen Ordner öffnen, ist dafür Ihr Prozessor erforderlich. Wenn Sie in ein Word-Dokument eingeben, ist dafür auch Ihr Prozessor erforderlich. Dinge wie das Zeichnen der Desktop-Umgebung, der Fenster und der Spielgrafiken sind die Aufgabe Ihrer Grafikkarte - was enthält Hunderte von Prozessoren, um schnell gleichzeitig an Daten zu arbeiten - aber bis zu einem gewissen Grad benötigen sie immer noch Ihren Prozessor auch.

Wie sie arbeiten

Die Designs von Prozessoren sind äußerst komplex und variieren stark zwischen Unternehmen und sogar Modellen. Ihre Architekturen - derzeit "Ivy Bridge" für Intel und "Piledriver" für AMD - werden ständig verbessert, um die größtmögliche Leistung bei geringstem Platz- und Energieverbrauch zu erzielen. Trotz aller architektonischen Unterschiede durchlaufen Prozessoren vier Hauptschritte, wenn sie Anweisungen verarbeiten: Abrufen, Dekodieren, Ausführen und Zurückschreiben.

Holen

Der Abrufschritt ist genau das, was Sie erwarten. Hier ruft der Prozessorkern Anweisungen ab, die darauf warten, normalerweise aus einer Art Speicher. Dies könnte RAM beinhalten, aber in modernen Prozessorkernen warten die Anweisungen normalerweise bereits auf den Kern im Prozessor-Cache. Der Prozessor hat einen Bereich, der als Programmzähler bezeichnet wird und im Wesentlichen als Lesezeichen fungiert, wodurch der Prozessor weiß, wo der letzte Befehl endete und der nächste beginnt.

Dekodieren

Sobald die sofortige Anweisung abgerufen wurde, wird sie weiter dekodiert. Anweisungen betreffen häufig mehrere Bereiche des Prozessorkerns - wie z. B. die Arithmetik - und der Prozessorkern muss dies herausfinden. Jeder Teil hat einen sogenannten Opcode, der dem Prozessorkern mitteilt, was mit den darauf folgenden Informationen geschehen soll. Sobald der Prozessorkern dies alles herausgefunden hat, können die verschiedenen Bereiche des Kerns selbst arbeiten.

Ausführen

Im Ausführungsschritt weiß der Prozessor, was er tun muss, und macht es tatsächlich. Was genau hier passiert, hängt stark davon ab, welche Bereiche des Prozessorkerns verwendet werden und welche Informationen eingegeben werden. Beispielsweise kann der Prozessor innerhalb der ALU oder der Arithmetic Logic Unit rechnen. Dieses Gerät kann an verschiedene Ein- und Ausgänge angeschlossen werden, um Zahlen zu knacken und das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die Schaltung in der ALU macht die ganze Magie und es ist ziemlich komplex zu erklären. Wenn Sie interessiert sind, überlasse ich das Ihrer eigenen Forschung.

Schreib zurück

Der letzte Schritt, der als Rückschreiben bezeichnet wird, speichert einfach das Ergebnis dessen, woran gearbeitet wurde, wieder in den Speicher. Wo genau die Ausgabe hingeht, hängt von den Anforderungen der laufenden Anwendung ab. Sie verbleibt jedoch häufig in Prozessorregistern, um schnell darauf zugreifen zu können, da sie in den folgenden Anweisungen häufig verwendet wird. Von dort aus wird es erledigt, bis Teile dieser Ausgabe erneut verarbeitet werden müssen, was bedeuten kann, dass sie in den RAM gelangen.

Es ist nur ein Zyklus

Dieser gesamte Prozess wird als Befehlszyklus bezeichnet. Diese Befehlszyklen laufen lächerlich schnell ab, besonders jetzt, wo wir leistungsstarke Prozessoren mit hohen Frequenzen haben. Darüber hinaus erledigt unsere gesamte CPU mit ihren mehreren Kernen dies auf jedem Kern, sodass Daten verarbeitet werden können ungefähr so ​​oft schneller als Ihre CPU Kerne hat, als wenn sie nur mit einem ähnlichen Kern stecken würde Performance. CPUs haben auch optimierte Befehlssätze, die fest in der Schaltung verdrahtet sind, wodurch vertraute Befehle, die an sie gesendet werden, beschleunigt werden können. Ein beliebtes Beispiel ist SSE.

Fazit

Vergessen Sie nicht, dass dies eine sehr einfache Beschreibung der Prozessoren ist - in Wirklichkeit sind sie weitaus komplexer und leisten viel mehr, als wir glauben. Der aktuelle Trend geht dahin, dass Prozessorhersteller versuchen, ihre Chips so effizient wie möglich zu gestalten, und dazu gehört auch das Schrumpfen der Transistoren. Efeubrücke Was Sie über die Ivy Bridge von Intel wissen müssen [MakeUseOf Explains]Intel hat gerade seinen neuen aktualisierten Prozessor mit dem Codenamen Ivy Bridge für Desktops und Laptops veröffentlicht. Sie finden diese neuen Produkte als 3000er-Serie und können zumindest einige davon kaufen ... Weiterlesen Die Transistoren sind nur 22 nm groß, und es bleibt noch einiges zu tun, bis die Forscher an eine physikalische Grenze stoßen. Stellen Sie sich all diese Verarbeitung auf so kleinem Raum vor. Sobald wir so weit sind, werden wir sehen, wie sich die Prozessoren verbessern.

Wo werden die Prozessoren Ihrer Meinung nach als nächstes hingehen? Wann erwarten Sie Quantenprozessoren, insbesondere in persönlichen Märkten? Lass es uns in den Kommentaren wissen!

Bildnachweis: Olivander, Bernat Gallemí, Dominik Bartsch, Ioan Sameli, Nationale Behörde für nukleare Sicherheit