Was ist ein Mikroprozessor?
Ein Mikroprozessor ist ein Mikrochip, der die Aufgaben in einem Computersystem ausführt. Er ist die einzige Einheit, die jede Anweisung ausführt, die durch ihn hindurchgeht. Ein Mikroprozessor wird häufig als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), Logikchip oder einfach als „Prozessor“ bezeichnet. Sie können mit einem Computer unter Verwendung von Leiterplattendesign-Software entworfen werden.
Mikroprozessoren sind kritische Computerkomponenten, die entwickelt wurden, um einfache und komplexe Aufgaben auszuführen. Sie bestehen aus integrierten Schaltkreisen, die mehrere Transistoren enthalten.
Die Leistung eines Mikroprozessors hängt von der Anzahl der Anweisungen ab, die er innerhalb eines bestimmten Zeitraums lesen und ausführen kann. Fortschritte in der Technologie ermöglichten es Computeringenieuren, Mikrocomputer zu entwickeln, kleine, aber leistungsstarke Computer, die geschäftliche, industrielle und wissenschaftliche Aufgaben ausführen.
Heutzutage werden Mikroprozessoren in Laptops, Heimcomputern, industrieller Automatisierung und sogar in Mobiltelefonen verwendet. Zwei Beispiele für Mikroprozessoren sind der Intel 4004 Chip, einer der ersten Prozessoren, und der AMD Ryzen 5, ein moderner 64-Bit-Mikroprozessor.
Arten von Mikroprozessoren
Basierend auf ihrer Fähigkeit, Befehlssätze auszuführen, sind die drei häufigsten Arten von Mikroprozessoren CISC, RISC und EPIC.
CISC
CISC, oder Complex Instruction Set Computer, kann mehrere Befehlssätze gleichzeitig ausführen. Es lässt eine einzelne Anweisung die Lade-, Auswertungs- und Speicheroperationen ausführen. Dieser Ansatz reduziert die Anzahl der pro Programm ausgeführten Anweisungen, aber eine einzelne Anweisung führt viele Funktionen aus. Einige Beispiele für den CISC-Mikroprozessorchip sind der Intel 486, Intel Pentium 2 und der Intel Pentium Pro.
RISC
RISC steht für Reduced Instruction Set Computer. Sein Zweck ist es, Anweisungen sehr schnell auszuführen. Die Kernidee von RISC ist es, die Hardware zu vereinfachen, indem ein Befehlssatz mit nur wenigen Schritten für Lade-, Auswertungs- und Speicheroperationen verwendet wird. Beispiele für RISC sind DEC Alpha und IBM.
EPIC
EPIC, oder Explicitly Parallel Instruction Computing, verwendet Compiler und lässt Anweisungen parallel laufen. Es kodiert Anweisungen in 128-Bit-Ladungen. EPIC verwendet Techniken der Anweisungsebene-Parallelität (ILP) wie Spekulation und Prädikation. IA-64 ist ein Beispiel für einen EPIC-Mikroprozessor.
Wie funktioniert ein Mikroprozessor?
Mikroprozessoren werden unter Verwendung der Metalloxid-Halbleiter-Technologie hergestellt; sie verbrauchen wenig Energie. Unabhängig von ihrer Leistung, Größe oder Komplexität folgt jeder Mikroprozessor dieser grundlegenden Abfolge von Aktionen: Abrufen, Dekodieren und Ausführen.
Einfacher gesagt, die Anweisungen, die durch den Mikroprozessor gehen müssen, werden in einer bestimmten Reihenfolge gespeichert. Er „holt“ dann diese Anweisungen aus dem Speicher, „dekodiert“ sie und „führt“ die Anweisungen aus.
Diese Anweisungen werden zuerst durch die arithmetisch-logische Einheit (ALU) eines Mikroprozessors verarbeitet, die arithmetische und logische Operationen ausführt. Dann gehen die Anweisungen durch die Steuereinheit des Prozessors und ein Registerarray. Letzteres filtert Daten durch mehrere Register, die als schneller Zugriffsspeicher fungieren. Die Steuereinheit verwaltet den Fluss dieser Daten.
Grundbegriffe im Zusammenhang mit einem Mikroprozessor
Häufig diskutierte Begriffe im Zusammenhang mit einem Mikroprozessor sind:
- Bus bezieht sich auf eine Gruppe von Leitern, die Daten übertragen oder die Steuerinformationen verwalten. Mikroprozessoren enthalten drei Busse: den Adressbus, den Steuerbus und den Datenbus.
- Der Befehlssatz ist die Anzahl der Befehle, die ein Mikroprozessor gleichzeitig verstehen kann. Er überbrückt die Lücke zwischen der Hardware und der Software.
- Cache ist die Komponente, die die häufig verarbeiteten Anweisungen zur Schnelligkeit speichert. Er erhöht die Geschwindigkeit eines Prozessors, da er ihm ermöglicht, schnell auf Daten zuzugreifen.
- Wortlänge ist die Anzahl der Bits im Datenbus des Mikroprozessors. Wenn zum Beispiel die Wortlänge eines Prozessors 16-Bit beträgt, kann er 16-Bit gleichzeitig verarbeiten, mit 16-Bit-Registern und einem 16-Bit-Datenbus.
- Datentypen bilden Mikroprozessoren. Verschiedene Datentypen umfassen den American Standard Code for Information Interchange (ASCII), binär codierte Dezimalzahlen (BCD) und vorzeichenbehaftete und vorzeichenlose Zahlen.
- Taktfrequenz ist die Rate, mit der ein Mikroprozessor Anweisungen ausführt. Die Messrate für alle Mikroprozessoren ist Hertz, und je nach Geschwindigkeit kann sie in Kurzform als „Hz“ ausgedrückt werden. Wenn ein Mikroprozessor zum Beispiel mit acht Gigahertz läuft, kann er als 8 GHz ausgedrückt werden. Andererseits wird Megahertz als „MHz“ ausgedrückt.
Vorteile eines Mikroprozessors
Von kleinen bis zu großen Supercomputern sind Mikroprozessoren in vielerlei Hinsicht für den Einsatz in verschiedenen Systemen äußerst vorteilhaft.
- Größe: Mikroprozessoren waren ursprünglich groß und sehr unpraktisch in der Anwendung. Die Größe wurde durch Fortschritte in der Groß- und Ultragroßintegrationstechnologie stark reduziert. Je kleiner der Prozessor, desto kleiner das Computersystem. Dies erleichtert es den Originalgeräteherstellern (OEMs), mehr nützliche Komponenten in ein Computersystem zu integrieren und es gleichzeitig kleiner zu machen.
- Geschwindigkeit: Mikroprozessoren sind bekannt für ihre hohe Geschwindigkeit. Hohe Geschwindigkeit war nur für Personal Computer oder Supercomputer möglich, aber aufgrund technologischer Fortschritte beherbergen tragbare Geräte wie Smartphones heute ultraschnelle Prozessoren. Diese Prozessoren können sogar eine Billion Anweisungen pro Sekunde ausführen.
- Kosten: Die Anwesenheit von integrierten Schaltkreisen und Verbesserungen in der Halbleiterfertigung machen Mikroprozessoren zu niedrigen Preisen verfügbar. Dies bedeutet, dass die Gesamtkosten eines Computersystems oder eines Smartphones stark reduziert werden.
- Genauigkeit: Mikroprozessoren führen Anweisungen mit hoher Genauigkeit und Effizienz aus.
- Energieverbrauch: Gute Mikroprozessoren verbrauchen wenig Energie, während sie effektiv Anweisungen ausführen. Dies bedeutet auch, dass sie weniger Wärme erzeugen.
- Eingebaute GUI: Moderne Mikroprozessoren verfügen über grafische Benutzeroberflächen (GUI), die in das System integriert sind. Dies bedeutet, dass keine separate GUI erforderlich ist, was wiederum die Gesamtgröße des Geräts reduziert.
- Universelle Natur: Die vielen Anwendungen von Mikroprozessoren machen sie vielseitig, sodass verschiedene Systeme wie Computer und Smartphones sie verwenden können.
Mikrocontroller vs. Mikroprozessor
Auf den ersten Blick scheinen Mikroprozessoren und Mikrocontroller viel gemeinsam zu haben. Beide Ein-Chip-Integrationsschaltungen haben die Computertechnologie vorangetrieben und sind in vielen elektronischen Geräten weltweit zu finden.
Im Kern unterscheiden sie sich jedoch.
Mikrocontroller sind weniger teuer als Mikroprozessoren. Letztere werden typischerweise mit teureren Geräten verwendet, die externe Peripheriegeräte nutzen.
Mikroprozessoren sind dazu gedacht, komplexere Funktionen auszuführen, während ein Mikrocontroller normalerweise nur eine dedizierte Funktion ausführt. Dies ist einer der Gründe, warum Prozessoren eine zuverlässige externe Speicherquelle benötigen, um komplexe Aufgaben zu unterstützen. Mikrocontroller benötigen weniger Speicher, weniger Rechenleistung und sind weniger komplex als Mikroprozessoren.
Adithya Siva
Adithya Siva is a Content Marketing Specialist at G2.com. Although an engineer by education, he always wanted to explore writing as a career option and has over three years of experience writing content for SaaS companies.
