CPU - was bedeutet das und wie funktioniert so eine CPU?

Die CPU wird gerne als das Herz des Computers bezeichnet. Falsch ist dieser Vergleich mit dem menschlichen Körper nicht. Was eine CPU ist und wie sie funktioniert, zeigt der Artikel.

Für was steht CPU

Für die meisten Käufer spielt die Geschwindigkeit der CPU eine bedeutende Rolle, wenn es darum geht, einen neuen Rechner zu kaufen. Doch wofür steht dieses CPU überhaupt? Das ist rasch erklärt. Die CPU ist der Hauptprozessor eines Rechners, die die meisten Aufgaben übernimmt. Im Englischen wird Hauptprozessor als central processing unit übersetzt, kurz CPU. In der Regel spricht man bei CPUs umgangssprachlich aber meist einfach von Prozessoren. Ihre Leistungsfähigkeit erkennt man an zwei Faktoren. Zum einen ist wichtig, wie schnell die PC-CPU rechnet. Das erkennt man an der Taktfrequenz, zum Beispiel 2,7 Ghz. Zum anderen ist wichtig, wie viele CPUs verbaut sind. Man spricht hier von so genannten Mehrkernprozessoren. Üblich sind Modelle mit 2, 4 oder sogar 8 Rechenkernen, die gleichzeitig arbeiten. Die Rechenlast verteilt sich so grundsätzlich auf alle Kerne, zumindest wenn dies die genutzte Software unterstützt. Doch das ist ein anderes Thema.

Der Herstellungsprozess

Atemberaubend komplex ist die Herstellung einer CPU. Als Laie vermag man kaum zu glauben wie aufwendig die Herstellung dieses kleinen Bauteils ist, das aus mehreren Schichten Silizium besteht. Abhängig davon, wo der Prozessor später einmal verwendet werden soll, wird schon bei der Entwicklung darauf geachtet, das Nutzungsprofil bestmöglich abzudecken. Man darf nicht annehmen, dass die CPU aus dem Desktop-Rechner die gleiche ist, die auch zum Beispiel in einem Space-Shuttle verwendet wird. Nach dem Entwurf berechnen Hochleistungscomputer das Aussehen des späteren Chips. Der Hintergrund ist einfach. Nur so können die Millionen von Leiterbahnen optimal verlegt werden. Den Platz ist auf der CPU nur spärlich vorhanden. Insgesamt besteht der Prozess bis zur fertigen CPU aus über 100 Einzelschritten. Schleicht sich dort irgendwo ein Fehler ein, ist der Chip meist defekt.

Aufbau der CPU

Doch aus welchen Komponenten besteht die CPU? Grundsätzlich hat der Chip bestimmte funktionale Einheiten, die alle auf der Fläche von wenigen Quadratmillimetern Platz finden müssen. Das Register sind die Speicherbereiche, auf denen die Ergebnisse der Berechnungen gespeichert werden. Üblich sind hier 64-Bit. Kalkulationen übernimmt die ALU. Das steht für Arithmetic Logic Unit oder auch Recheneinheit. Eine weitere Komponenten ist der Befehldekoder, der Maschinenbefehle interpretiert, bei Bedarf in einzelne Arbeitsschritte zerlegt und an die richtige Einheit der CPU weitergibt. Zuletzt ist noch die Adresseinheit zu nennen. Diese speicher oder liest Daten und Befehle aus dem Speicher. Zusammen bilden sie den Prozessor.

CPU beim Endanwender

CPUs finden sich in fast allen elektrischen Geräten. Besonders bekannte Hersteller für Prozessoren sind jedoch die im PC-Bereich. Marktbeherrschend sind hier die CPUs von Intel und AMD Computer.