Die CPU (Central Processing Unit) ist die Bezeichnung für den Prozessor eines Rechners. Das „Central“ in CPU kommt dabei nicht von ungefähr. Denn es handelt sich dabei um den Kern, quasi das Herzstück eines PCs. Neben spezifischen Bezeichnungen für eine CPU gibt die Taktfrequenz Auskunft darüber, wie schnell ein Prozessor Operationen durchführen kann.
Aufgaben des Prozessors
Im Großen und Ganzen übernimmt die CPU drei wesentliche Aufgaben:
Recheneinheit
Alle Daten auf einem Computer bestehen aus Zahlen. Um genau zu sein: Aus Nullen und Einsen. Eine CPU nimmt Befehle entgegen, errechnet die entsprechende Datenmenge und gibt als Ergebnis einen neuen binären Code aus. Je höher dabei die Taktfrequenz einer CPU, umso mehr Rechenvorgänge können in der gleichen Zeit verarbeitet werden. Die Taktfrequenz, welche auch als Rhythmus bezeichnet wird, wird in Hertz (kurz: Hz) angegeben. Ein Hz bedeutet ein Takt pro Sekunde. Bei einem sogenannten Single-Core Prozessor heißt das bei einem Gigahertz (kurz: GHz), dass gleichzeitig rund 1.000.000.000 Ziffern verarbeitet werden können.
Steuereinheit
Die Steuereinheit, oder auch das Steuerwerk, ist mit der Recheneinheit Hauptbestandteil eines Prozessors. Neben der Verarbeitung von Ein- und Ausgaben von Peripherie (wie Drucker, Scanner, Maus, Tastatur, …), sorgt die Steuereinheit dafür, dass die einzelnen Bestandteile eines Prozessors zusammenarbeiten können und koordiniert diese. Verbunden mit den einzelnen Komponenten ist die Steuereinheit über das sogenannte Bussystem.
Bussystem
Das Bussystem stellt eine Art Brücke zwischen den einzelnen Komponenten eines Computers dar und sorgt für den Austausch von Daten zwischen diesen.
Merke: Je mehr Hertz eine CPU aufweist, desto schneller ist auch die Rechengeschwindigkeit eines Prozessors (der gleichen Prozessorfamilie).
Aber ist allein die Taktfrequenz für die Geschwindigkeit einer CPU verantwortlich? Wären heutzutage immer noch ausschließlich die bereits oben erwähnten Single-Core Prozessoren im Einsatz, so könnte man die Frage ganz leicht mit „ja“ beantworten. Da mittlerweile allerdings Zwei-Kern, Vier-Kern, Sechs-Kern, Acht-Kern und sogar Zehn-Kern Prozessoren im Desktop-Bereich einsetzt (Stand 2016), hängt die Stärke einer CPU unter anderem auch von der Anzahl der Kerne ab.
Damit wären wir auch gleich beim nächsten wichtigen Punkt:
Mehrkernprozessoren
Zum Verständnis:
Wie bereits erwähnt, hat man früher eine CPU hauptsächlich dadurch schneller gemacht, dass man die Anzahl der Taktraten erhöht hat. Wir erinnern uns: Bei einem GHz können bei einem Ein-Kern Prozessor 1.000.000.000 Ziffern gleichzeitig pro Sekunde berechnet werden. Bei zwei GHz wären es folglich 2.000.000.000 Ziffern pro Sekunde.
Allerdings hat die bloße Erhöhung der Taktfrequenz zur Folge, dass bereits ab einer Leistung von 3,00 GHz enorme Temperaturanstiege im Prozessor zu beobachten sind. Der Hintergrund ist, dass eine höhere Taktfrequenz durch eine Spannungserhöhung erreicht wird. Der dadurch entstandene Widerstand in den dünnen Zuleitungen erzeugt Wärme. Das ist nicht nur äußerst ineffizient, sondern schadet bei nicht zureichender Kühlung auch der CPU. Aus diesem Grund kamen Entwickler auf die Idee, mehrere Kerne auf einer CPU zu verbauen. Heute kennen wir im Anwenderbereich Zwei-Kern (Dual-Core), Vier-Kern (Quad-Core), Sechs-Kern (Hexa-Core), Acht-Kern (Octa-Core) und Zehn-Kern (Deca-Core) Prozessoren.
Ein besonders großer Vorteil der Mehrkernprozessoren besteht darin, dass die einzelnen Kerne parallel zu den anderen Kernen Aufgaben übernehmen können. Moderne Software beispielsweise lagert Operationen automatisch auf die einzelnen Kerne eines Prozessors aus, um eine gleichmäßige Auslastung zu bewerkstelligen. Ist ein Kern voll ausgelastet, wird automatisch, auch ohne intelligente Software, auf den nächst freien Kern ausgelagert.
Ein weiterer Vorteil besteht in der geringen Leistungsaufnahme der Mehrkernprozessoren. So verbraucht ein Dual-Core Prozessor verglichen mit einem Single-Core Prozessor nur halb so viel Energie. Denn einem Dual-Core Prozessor genügt bei gleicher Leistung wie eine Single-Core CPU eine niedrigere Taktfrequenz, geschuldet durch ein geringeres Spannungsaufkommen. Ergo: Weniger Stromverbrauch.
Multi-Threading
Unter Multi-Threading versteht man die Fähigkeit eines einzelnen Prozessor-Kerns mehrere Aufgaben gleichzeitig durchzuführen. Somit ähnelt Multi-Threading stark dem Erscheinungsbild eines Mehrkernprozessors. Im Klartext heißt das: Ist ein Quad-Core Prozessor mit zwei Threads pro Kern ausgestattet, so erkennt das System insgesamt acht virtuelle Kerne und nicht mehr nur vier reale. Der Vorteil liegt hier klar auf der Hand.
Fazit
Single-Core Prozessoren haben mittlerweile stark an Bedeutung im Server, PC und Mobile-Bereich verloren und wurden von den meisten Verkaufsregalen verbannt, da umfangreiche Software im Anwenderbereich mindestens zwei Prozessorkerne benötigt. Welchen Fortschritt und wie viele Kerne die Zukunft da noch mit sich bringt? Wir lassen uns einfach überraschen.
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