Die CPU

Die wichtigste Komponente

Die CPU (Central Processing Unit, Prozessor) ist die wichtigste Komponente für die Datenverarbeitung. Jede Berechnung, jede Entscheidung, jedes Verschieben von Daten wird von ihr gesteuert. Sie besteht im Von-Neumann-Modell aus zwei Teilen:

• dem Steuerwerk – es organisiert: holt Befehle, entschlüsselt sie und steuert alle anderen Bauteile,
• dem Rechenwerk (ALU) – es rechnet: führt arithmetische und logische Operationen aus.

Aufbau (Modell)

Tippe die Bauteile an:

Befehlszähler und Befehlsregister

Diese beiden Register werden sehr oft verwechselt. Dabei ist der Unterschied wichtig:

Datenverarbeitung – die Komponenten im Zusammenspiel

An der Verarbeitung eines Befehls sind alle Bauteile beteiligt: Das Steuerwerk legt die Adresse aus dem Befehlszähler auf den Adressbus und meldet über den Steuerbus: „Ich will lesen“. Der Speicher liefert den Inhalt über den Datenbus.

Ein Befehl wird dabei immer in zwei Phasen abgearbeitet:

1. Interpretationsphase (Fetch + Decode)

1. Befehl laden: Der Befehl wird von der Adresse im Befehlszähler ins Befehlsregister geholt, der Befehlszähler wird erhöht.
2. Befehl decodieren: Der Befehlsdecodierer ermittelt, welcher Befehl es ist und mit welcher Adresse er arbeitet.
3. Daten holen: Die benötigten Daten werden aus dem Speicher geholt.

2. Ausführungsphase (Execute)

1. Das Rechenwerk verarbeitet die decodierten Daten.
2. Die ALU führt den Befehl aus.
3. Das Ergebnis wird in den Speicher (bzw. Cache) geschrieben oder weiterverwendet.

Probiere es an einer kleinen Maschine aus. Ihre Befehle sind 8 Bit lang: die ersten 4 Bit sind der Opcode (0001 = LOAD, 0010 = ADD, 0011 = STORE, 1111 = HALT), die letzten 4 Bit die Adresse.