Zentraleinheit
Die Zentraleinheit (eher bekannt als CPU – im Englischen „Central Processing Unit“) ist die elektronische Schaltung eines Computers, die für die Interpretation der Anweisungen von Computerprogrammen und die Ausführung von Grundoperationen gemäß diesen Anweisungen zuständig ist. Zu den Grundoperationen gehören arithmetische, logische, steuernde und Ein-/Ausgabeoperationen (E/A). Der Begriff Central Processing Unit (CPU) ist in der Computerindustrie seit den frühen 1960er Jahren weit verbreitet.
Die CPU besteht im Wesentlichen aus vier Funktionseinheiten:
Steuereinheit: Sie ist für die Steuerung des Befehls- und Datenflusses innerhalb der CPU zuständig.
Arithmetisch-logische Einheit (ALU): Sie führt alle arithmetischen und logischen Berechnungen der CPU durch.
Register: Interne Speicherzellen, auf die sehr schnell zugegriffen werden kann. Diese Komponenten werden verwendet, um Variablen (Daten, Adressen) oder die Zwischenergebnisse der arithmetischen/logischen Operation zu speichern.
Cache: Ein kleinerer und schnellerer Speicher, der den Zugriff auf den Hauptspeicher minimiert und somit die CPU-Leistung verbessert.
Diese Einheiten sind durch die Taktrate synchronisiert und durch drei Arten von Bussen miteinander verbunden:
Datenbus: Für die Übermittlung von Daten zuständig.
Adressbus: Überträgt die Speicheradressen zum Lesen oder Schreiben.
Steuerbus: Ermöglicht die Verwaltung anderer Komponenten und E/A-Geräte.
Die CPU-Architektur wird auch durch die Menge der Anweisungen charakterisiert, die sie ausführen kann. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Befehlssatzarchitekturen:
CISC (Complex Instruction Set Computer): Ein umfangreicher Satz komplexer Befehle, der mehrere Low-Level-Operationen wie arithmetische Operationen, Speicherzugriffe oder Adressberechnungen in mehreren Taktzyklen durchführen kann.
RISC (Reduced instruction set computer): Ein reduzierter Satz von Befehlen, der eine einzige Low-Level-Operation in einem Taktzyklus durchführt.