Was ist ein Prozessorkern? [MakeUseOf erklärt]

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Jeder Computer hat einen Prozessor, sei es ein Prozessor mit kleiner Effizienz oder ein leistungsstarkes Kraftpaket, sonst könnte er nicht funktionieren. Natürlich ist der Prozessor, auch CPU oder Central Processing Unit genannt, ein wichtiger Teil eines funktionierenden Systems, aber es ist nicht der einzige.

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

Was sind Kerne?

Ein Prozessorkern ist eine Verarbeitungseinheit, die Anweisungen einliest, um bestimmte Aktionen auszuführen. Anweisungen sind miteinander verkettet, so dass sie, wenn sie in Echtzeit ausgeführt werden, Ihre Computererfahrung ausmachen. Buchstäblich alles, was Sie auf Ihrem Computer tun, muss von Ihrem Prozessor verarbeitet werden. Wenn Sie einen Ordner öffnen, benötigen Sie Ihren Prozessor. Wenn Sie in ein Word-Dokument eingeben, erfordert dies auch Ihren Prozessor. Dinge wie Zeichnen der Desktop-Umgebung, der Fenster und Spielgrafiken sind die Aufgabe Ihrer Grafikkarte - die Hunderte von Prozessoren enthält, um schnell an Daten zu arbeiten - aber in gewissem Maße benötigen sie auch noch Ihren Prozessor.

Wie sie arbeiten

Die Designs von Prozessoren sind extrem komplex und variieren stark zwischen Unternehmen und sogar Modellen. Ihre Architekturen - derzeit "Ivy Bridge" für Intel und "Piledriver" für AMD - werden ständig verbessert, um bei geringstem Platz- und Energieverbrauch möglichst viel Leistung zu bieten. Trotz aller Unterschiede in der Architektur durchlaufen die Prozessoren bei der Verarbeitung von Anweisungen vier Schritte: Abrufen, Decodieren, Ausführen und Zurückschreiben.

Holen

Der Abrufschritt ist das, was Sie erwarten. Hier ruft der Prozessorkern Befehle ab, die auf ihn warten, üblicherweise aus einer Art von Speicher. Dies könnte RAM umfassen, aber in modernen Prozessorkernen warten die Anweisungen normalerweise bereits auf den Kern im Prozessor-Cache. Der Prozessor hat einen Bereich, der Programmzähler genannt wird, der im wesentlichen als ein Lesezeichen dient, wobei der Prozessor weiß, wo der letzte Befehl endete und der nächste anfing.

Dekodieren

Sobald es die unmittelbare Anweisung abgerufen hat, wird es weiter dekodiert. Anweisungen umfassen oft mehrere Bereiche des Prozessorkerns - wie beispielsweise Arithmetik - und der Prozessorkern muss dies herausfinden. Jeder Teil hat einen sogenannten Opcode, der dem Prozessorkern mitteilt, was mit den darauf folgenden Informationen zu tun ist. Sobald der Prozessorkern das alles herausgefunden hat, können die verschiedenen Bereiche des Kerns selbst funktionieren.

Ausführen

Der Ausführungsschritt ist, wo der Prozessor weiß, was er tun muss, und tatsächlich geht er voran und macht es. Was genau hier passiert, hängt stark davon ab, welche Bereiche des Prozessorkerns verwendet werden und welche Informationen eingegeben werden. Als ein Beispiel kann der Prozessor Arithmetik innerhalb der ALU oder arithmetischen Logikeinheit ausführen. Dieses Gerät kann mit verschiedenen Ein- und Ausgängen verbunden werden, um Nummern zu knacken und das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die Schaltung in der ALU macht all die Magie, und es ist ziemlich kompliziert zu erklären, also werde ich das für Ihre eigenen Recherchen überlassen, wenn Sie interessiert sind.

Schreib zurück

Der letzte Schritt, genannt Writeback, Simple, setzt das Ergebnis dessen, was bearbeitet wurde, zurück in den Speicher. Wohin genau die Ausgabe geht, hängt von den Bedürfnissen der laufenden Anwendung ab, aber sie bleibt oft in den Prozessorregistern für den schnellen Zugriff, da die folgenden Anweisungen sie oft verwenden. Von dort wird es erledigt, bis Teile dieses Ausgangs noch einmal verarbeitet werden müssen, was bedeuten kann, dass er in den RAM geht.

Es ist nur ein Zyklus

Dieser gesamte Prozess wird als Instruktionszyklus bezeichnet. Diese Instruktionszyklen passieren lächerlich schnell, besonders jetzt, da wir leistungsstarke Prozessoren mit hohen Frequenzen haben. Darüber hinaus macht unsere gesamte CPU mit ihren mehreren Kernen dies auf jedem Kern, so dass Daten etwa so oft wie die CPU-Kerne um ein Vielfaches schneller geknackt werden können, als wenn sie nur mit einem Kern ähnlicher Leistung stecken würden. CPUs haben auch optimierte Befehlssätze, die in die Schaltung fest verdrahtet sind, was bekannte Anweisungen beschleunigen kann, die an sie gesendet werden. Ein beliebtes Beispiel ist SSE.

Fazit

Vergessen Sie nicht, dass dies eine sehr einfache Beschreibung dessen ist, was Prozessoren tun - in Wirklichkeit sind sie viel komplexer und tun viel mehr, als wir realisieren. Der aktuelle Trend ist, dass Prozessorhersteller versuchen, ihre Chips so effizient wie möglich zu machen, und dazu gehört auch das Schrumpfen der Transistoren. Ivy Bridge Was Sie über Intels Ivy Bridge wissen müssen [MakeUseOf erklärt] Was Sie über Ivy Bridge von Intel wissen müssen [MakeUseOf erklärt] Intel hat gerade seinen neuen, aktualisierten Prozessor mit dem Codenamen Ivy Bridge für Desktops und Laptops veröffentlicht. Sie werden diese neuen Produkte als 3000-Serie aufgelistet finden und Sie können mindestens einige von ihnen kaufen ... Read More 's Transistoren sind nur 22nm, und es ist noch ein bisschen zu gehen, bevor Forscher eine physikalische Grenze stoßen. Stellen Sie sich diese ganze Verarbeitung vor, die auf so kleinem Raum stattfindet. Wir werden sehen, wie sich die Prozessoren verbessern, sobald wir soweit sind.

Wo denken Sie, dass Prozessoren als nächstes gehen werden? Wann erwarten Sie Quantenprozessoren, insbesondere in den persönlichen Märkten? Lass es uns in den Kommentaren wissen!

Bildnachweis: Olivander, Bernat Gallemí, Dominik Bartsch, Ioan Sameli, Nationale Nukleare Sicherheitsverwaltung