Ohne CPU (Central Processing Unit) kann ein Computer nicht funktionieren. Was genau eine CPU ist, welche Aufgaben sie hat und wie sie funktioniert, zeigen wir euch hier an einem Beispiel. Außerdem erklären wir die Hertzangaben und Kerne von Prozessoren.
Was ist eine CPU? Was macht sie?
Die Abkürzung CPU steht für „Central Processing Unit“ und wird auf Deutsch „Zentrale Steuereinheit“ oder auch Hauptprozessor genannt. Sie berechnet und steuert alle wichtigen Vorgänge, Anfragen und Ein- und Ausgaben des Computers. Die bekanntesten CPU-Hersteller für PCs sind Intel und AMD. Hier seht ihr ein Bild einer Intel-CPU von oben und von unten:
Eine CPU ist etwa 4,5 x 4,5 cm² groß und sitzt relativ mittig auf dem Mainboard eines PCs:
Baut ihr selbst einen PC zusammen, hängt es von eurem Mainboard ab, welche CPUs ihr einbauen könnt, da die PIN-Anordnung an der Unterseite einer CPU variiert.
Aufgaben und Funktionsweise einer CPU
Eine CPU ist zwingend nötig, damit ein Computer funktioniert:
- Die CPU berechnet alles, was im Computer geschieht.
- Öffnet ihr beispielsweise ein Programm, berechnet die CPU dessen Ausführung und wann es wie auf dem Bildschirm dargestellt wird.
- Das alles passiert aufgrund mathematischer Berechnungen, die wiederum durch interne Maschinenbefehle ausgeführt werden.
- Diese finden im Rechen- und Steuerwerk des Prozessors statt, das im Binärsystem ausschließlich mit Nullen und Einsen (0 und 1) rechnet.
- Ein einfacher Maschinenbefehl wäre beispielsweise eine simple Addition zweier Zahlen.
- Zum besseren Verständnis: Ein Intel Core i7 5960X aus dem Jahr 2014 taktet mit 3,5 GHz und kann 336 Milliarden Maschinenbefehle pro Sekunde ausführen.
- Je mehr Maschinenbefehle eine CPU pro Sekunde ausführen kann, desto leistungsfähiger und schneller ist sie.
Viele CPUs besitzen integrierte Grafikchips. Wie sie sich schlagen, erfahrt ihr im Video:
Beispiel: Seite drucken – was macht die CPU?
Alle Befehle, die ihr am Rechner eingebt, werden hier in eine für den PC verständliche Sprache umgewandelt und anschließend berechnet. Wollt ihr etwa am PC eine Seite ausdrucken, passiert Folgendes:
- Ihr gebt im Betriebssystem den Befehl, eine Seite auszudrucken.
- Das Betriebssystem wandelt die Anfrage in eine Berechnung um und gibt sie an die CPU weiter.
- Nach der Berechnung wird das Ergebnis mit einem Befehl an den Drucker weitergeleitet.
- Der Drucker druckt eure Seite.
Je nachdem wie viele Nutzereingaben, Programme und Maschinenbefehle gleichzeitig ausgeführt werden, wird die CPU mal mehr oder weniger ausgelastet. Ihr könnt euch die Auslastung im Task-Manager von Windows 10 anzeigen lassen.
Auslastung der CPU anzeigen
- Drückt die Tastenkombination Strg + Alt + Entf, um den Task-Manager zu öffnen.
- Im Reiter Prozesse seht ihr, welche Programme wie viel CPU-Rechenleistung benötigen.
Achtung: CPU bitte nicht verwechseln mit der GPU.
CPU: GHz und Kerne – was bedeutet das für die Leistungsfähigkeit?
Herz-Angaben erklärt
Die Leistungsfähigkeit einer CPU wird mit der Taktfrequenz in Hz (Hertz), MHz (Megahertz) oder GHz (Gigahertz) angegeben:
- Eine CPU mit 1 GHz kann 1 Milliarde Stromimpulse pro Sekunde verarbeiten.
- Zum Verständnis: Aufwendige Rechenaufgaben benötigen mehrere 1000 Stromimpulse.
ABER: Mehr GHz bedeuten meistens, aber nicht immer auch „schneller“. Ein eindeutigerer Hinweis ist die Anzahl der CPU-Kerne.
Die Anzahl der Kerne
Je mehr Kerne ein Prozessor hat, desto mehr Aufgaben (Maschinenbefehle) kann er gleichzeitig pro Sekunde erledigen und es steigt Leistung und Geschwindigkeit.
- Während es früher nur Ein-Kern-Prozessoren gab (Single-Core), kamen danach Zwei-Kern-Prozessoren (Dual-Core) und mittlerweile auch Vier-Kern-Prozessoren (Quad-Core). Heute gibt es auch Acht-Kern-Prozessoren (Octa-Core). Mittlerweile gibt es von AMD auch den 32-Kerner „Threadripper 2990WX“. Die Grenzen scheinen also noch nicht erreicht.
- Bei Mehrkern-Prozessoren (Multicore-CPUs) verteilt sich die Rechenlast gleichmäßig auf alle Kerne, was zu einer besseren Performance (z.B. bei Spielen) führt, sofern die Spiele auf die Mehrkern-Prozessoren ausgelegt sind.
Bei Intel-Prozessoren könnt ihr die Leistungsfähigkeit außerdem relativ gut anhand der Bezeichnungen i3, i5 und i7 einschätzen.
Im Video seht ihr vereinfacht, wie Intel die nötigen Silizium-Chips für die CPUs herstellt:
Wo werden CPUs eingebaut?
Heute sind in fast allen elektronischen Geräten wie Handys, Tablets, Smartphones oder Küchengeräten CPUs eingebaut, welche die Funktionen des jeweiligen Geräts steuern. Während im PC-Bereich Intel und AMD die meisten CPUs produzieren, sind es bei Smartphones Qualcomm und Mediathek.
