Was ist ein Prozessor?

Was ist ein Prozessor? - Inhalt

1. Wie funktioniert der Prozessor?
2. Was ist die Prozessorfrequenz?
3. Was bedeutet das Takten der CPU?
4. Was ist die Boostfrequenz?
5. Was sind CPU-Kerne?
6. Wie teilen wir die Prozessoren ein?
7. Was sind die anderen CPU-Parameter?
8. Welchen Prozessor soll ich wählen?

Wie funktioniert der Prozessor?

Das Prinzip aller heutigen Rechnersysteme und damit des Prozessors basiert auf der Verarbeitung binärer Operationen. Das binäre System hat natürlich nur zwei Zustände, 0 und 1, die dank ihrer Einfachheit im Prozessor leicht durch Spannungspegel dargestellt werden können.

Vereinfacht ausgedrückt: Die Grundeinheit des Prozessors ist ein Transistor, der als Schalter angeschlossen ist. Seine Aufgabe ist es den Zustand zwischen der logischen Null und der Eins zu ändern. Ein Transistor allein wäre nicht in der Lage, besonders viele Berechnungen durchzuführen. Deshalb finden wir in den heutigen Prozessoren Milliarden Transistoren, die selbst die komplexesten Operationen durchführen können.

Einzelne Operationen bilden zusammen Instruktionen, deren Pakete Programme genannt werden. Das Programm ist sequenziert, das bedeutet, dass der Prozessor seine Befehle nacheinander in den sogenannten Befehlszyklen ausführt.

Was ist die Prozessorfrequenz?

Einfach ausgedrdückt, ist ein Prozessor ein große Anzahl an Transitoren, die ihren Zustand entsprechend ihner benötigten Operationen schnell ändern. Das Intervall zwischen zwei Impulsen aus dem Oszillator wird als Frequenzzyklus bezeichnet. In dieser Zeit kann der Prozessor seine Transistoren auf Eins und dann wieder auf Null schalten. Die Änderung des Zustands von Null auf Eins bezeichnen wir als aufsteigende, die Änderung von Eins auf Null als abfallende Kante. Die Anzahl dieser Zyklen pro Sekunde wird als Prozessorfrequenz bezeichnet. Die Einheit ist Hertz (Hz). Da die heutigen Prozessoren Frequenzen Milliarden von Hertz erreichen, verwenden wir die Präfixe Giga- (GHz) oder Mega- (MHz, Millionen Hertz). Die Frequenz wird oft als Schwingungszahl oder Takt des Prozessors bezeichnet.

Die Frequenz ist einer der Hauptfaktoren, die Einfluss auf die CPU-Leistung hat. Je höher die Frequenz, desto höher die Leistung. Allerdings gilt dies nicht immer. Nur wenn sich zwei ansonsten völlig identische Prozessoren in der Frequenz unterscheiden, wird der mit der höheren Frequenz tatsächlich leistungsstärker sein. Die Gesamtleistung des Prozessors wird auch von anderen Faktoren beeinflusst, wie zum Beispiel seine Architektur, die Anzahl der Kerne usw. Das heißt, allein eine höhere Frequenz wird nicht ausschslaggebend für die Leistung sein. Wir werden später über andere Prozessorparameter sprechen.

Was ist das Takten der CPU?

Das Takten des Prozessors ist der Prozess der Erhöhung, aber auch Verringerung der resultierenden Frequenz. Diese entspricht dem Produkt aus dem Grundzyklus ( BCLK ) und dem Wert des Frequenzmultiplikators des Prozessors. BCLK (die Abkürzung des englischen Ausdrucks Base Clock) ist die Frequenz, die vom Oszillator auf der Hauptplatine erzeugt wird. Neben dem Prozessor wirkt sich das Takten auch auf andere Frequenzen aus, wie zum Beispiel den Speicher-Takt. In der Regel wird der Ausgangswert auf 100 MHz eingestellt. Die Prozessorfrequenz kann in den meisten Fällen beeinflusst werden. Sei es durch eine Änderung der BCLK, die wegen der reduzierten Stabilität oft nicht empfohlen wird. Viele Motherboards haben nicht einmal diese Option oder passen die Werte dem Multiplikator an.

Wenn wir seine elektronische Verbindung ignorieren, stellt der Multiplikator nur eine Zahl dar, mit deren Änderung die Gesamtfrequenz des Prozessors beeinflusst werden kann. Im Gegenteil zur BCLK ist der Multiplikator eine Angelegenheit der CPU. Der Wert kann zwischen den Modellen variieren. Betrachtet man Desktop-Prozessoren von Intel und AMD, können diese Prozessoren in zwei Gruppen aufgeteilt werden-  mit freigeschalteten Multiplikatoren und mit gesperrten Multiplikatoren. Ein gesperrter Multiplikator bedeutet, dass der Hersteller keine Änderung seiner Werte zulässt. Auch können die Prozessoren nicht nachgerüstet werden. Wenn Sie jedoch einen Prozessor mit freigeschaltetem Multiplikator kaufen, können Sie seinen Wert und damit die Frequenz ändern, wenn Sie ihn mit dem richtigen Motherboard oder Chipsatz kombinieren.

Wenn wir selbst diese Anpassungen vornehmen, sprechen wir vom "Takten". Wenn Sie in diesem Bereich keine Erfahrung haben, sollten Sie sich vorher kundig machen. Zwar werden Sie nicht so schnell den Prozessor kaputt kriegen, da dieser mit vielen Sicherheitselementen ausgestattet sind, die zuerst abgeschaltet werden müssen, aber ohne "Takt-Erfahrungen" kann es trotzdem manchmal unangenehm werden.

Was ist die Boostfrequenz?

Viele Intel- und AMD-Prozessoren können ihre Frequenz automatisch anpassen. Dies wird durch Turbo Boost (Intel) und Turbo Core (AMD) erreicht. Beide haben einen ähnlichen Effekt. Wenn Ihre CPU intensiv belastet wird, wird die Frequenz vorübergehend bis auf das "Boost"-Limit erhöht, um genügend Leistung bereitzustellen. Wenn diese Leistung nicht benötigt wird, bleibt die Frequenz niedriger und spart Energie.

AMD hat in seine Prozessoren, die am Ende der Modellnummer durch ein X gekennzeichnet sind, die neue Extended Frequency Range (XFR)eingeführt, die bei einer hohen Temperaturreserve die CPU automatisch über die Boost-Grenze übertakten sollte. Modelle mit dieser Technologie benötigen eine effizientere Kühlung als sie normalerweise mit dem Prozessorpaket geliefert wird. Darum liefert auch ADM keine Kühler dazu, genauso wie Intel bei Modellen mit offenen Multiplikator. Alle AMD-Ryzen-Prozessoren haben einen offenen Multiplikator!

Was sind CPU-Kerne?

CPU-Kerne (Cor) sind separate Recheneinheiten. Entsprechend ist ein Multi-Core-Prozessor eine hochintegrierte Verbindung von mehreren Single-Core-Prozessoren. Die Kerne sind voneinander unabhängig, so dass der Prozessor mehrere verschiedene Anweisungen gleichzeitig und somit auch mehrere Programme gleichzeitig verarbeiten kann. Diese Fähigkeit ist für effektives Multitasking von zentraler Bedeutung. Mehr Kerne bedeutet also, dass mehr Anwendungen und Spiele gleichzeitig genutzt werden können.

Im Betriebssystems werden die Anweisungen in Threads unterteilt, die parallel verarbeitet werden. Dies ermöglicht bei einer effizienten Programmierung der Anwendung eine schnellere Durchführung. Bis Intel vor ein paar Jahren mit der Hyper-Threading-Technologie gekommen ist, war es Standard, dass ein Prozessorkern nur einen einzigen Software-Thread bewältigen konnte. Viele Prozessoren sind nun mit einer Technologie ausgestattet, die es einem physischen Kern ermöglicht, zwei Threads zu verarbeiten. Aus diesem Grund werden diese Prozessor-Threads auch als virtuelle oder logische Kerne bezeichnet. Es ist wichtig zu bemerken, dass die Prozessor-Threads keinen physischen Kern voll ersetzen können, da sie mit dem Kern die Hardware-Ressourcen gemeinsam nutzen, was ihre Leistung einschränkt. Obwohl eine solche Technologie als effektiv angesehen wird, können wir nicht behaupten, dass ein Dual-Core-Prozessor mit vier Threads mit einem vollwertigen Quad-Core-Prozessor gleichkommen kann.

Wie bereits erwähnt, wird die Intel-Technologie Hyper-Threading genannt, AMD-Prozessoren nutzen die SMT-Technologie (Simultaneous Multithreading).

Wie teilen wir die Prozessoren ein?

Es gibt zwei große Desktop-Prozessor-Hersteller, die fast zu 100 Prozent den Markt beherrschen. Der erste ist Intel, der zweite AMD. Beide unterteilen ihre Produkte in Serien und spezifische Modell-Bezeichnungen. Die Serien dienen dazu, das gesamte Angebot grob nach Zweck und Leistung (und natürlich auch nach Preis) zu unterteilen.

Der Vorteil von Intel-Prozessoren besteht darin, dass bei allen Modellen (mit Ausnahme von Server-Xeons) ein integrierter Grafikkern vorhanden ist, was sie aus Kundensicht zu einem interessanteren Produkt macht, das keine separate Grafikkarte benötigt.

AMD als Prozessorhersteller hat vor einiger Zeit seinen Konkurrenten Intel, technologisch aus den Augen verloren, wodurch sein Marktanteil gesunken ist. Jahrelang galt es für einen technologisch fortschrittlichen und leistungsfähigen Prozessor, in den blauen Stall zu greifen. Aber das ändert sich jetzt, denn AMD hat die Entwicklung vorangetrieben und in diesem Jahr Ryzen-Prozessoren auf den Markt gebracht, die dank dem 14-nm-Prozess, mit dem seit einiger Zeit die Intel-Prozessoren hergestellt werden, einen gesunden Wettbewerb erhalten haben. Die Prozessoren sind die Antwort auf die Intel-Serie Ryzen 3, 5 und 7. AMD hat auch seinen HEDT-Segmentvertreter als Ryzen 9 Threadripper bezeichnet.

Im Moment hat AMD mit den Serien FX, Athlon X4 oder Sempron ein breiteres Angebot im niedrigeren Preissegment, die aber nach dem Aufkommen der Ryzen-Modellen schnell an Attraktivität verloren haben. Interessant sind aber immer noch die Modelle der A-Serie, die im Vergleich zu den Intel-Chips einen leistungsfähigeren integrierten Grafikkern enthalten. Sie sind relativ günstig. Obwohl sie keine dedizierte Grafikkarte haben, können Sie mit diesen besser zocken als mit Intel-Prozessoren.

Was sind die anderen CPU-Parameter?

Was die Prozessorfrequenz ist und was seine Kerne und Threads sind, haben wir bereits erklärt. Allerdings hat der Prozessor eine Reihe anderer Parameter neben diesen. Obwohl es immer heißt, je mehr Kerne und höhere Frequenzen, desto leistungsfähiger der Prozessor, sollten Sie auch auf andere Parameter achten.

Mikroarchitektur des Prozessors

Innovationen in den Portfolios der Prozessor-Hersteller werden durch Generationen von Prozessoren verkörpert. Jedes Mal, wenn der Hersteller sein Angebot um neue Chips bereichert, sind es auch Chips der neuen Generation. Jede Generation wird mit ihrer Seriennummer und einem Code gekennzeichnet. Zum Beispiel bietet Intel heute die siebte Generation von Core-Prozessoren mit der Bezeichnung Kaby Lake und AMD mit Zen die erste Generation der Ryzen-Prozessoren an.

Prozessor-Sockel

Socket oder Sockel ist einer der grundlegenden Parameter bei der Auswahl eines Prozessors. Es handelt sich um den Anschluss, in den das Prozessor-Gehäuse eingesetzt und gesperrt wird. Auf die Bezeichnung muss geachtet werden. Wenn der Sockel der Hauptplatine und des Prozessors nicht übereinstimmen, werden diese beiden Komponenten nicht zusammenarbeiten, Sie können diese auch nicht verbinden. Es gibt bei den Sockeln zwei Hauptkonstruktionen. Den verbreiterten LGA, der den Prozessor mit den Kontaktflächen verbindet und den PGA. Dessen Prinzip besteht darin, den Prozessor mit Stiften zu verriegeln, die in die Löcher, die sich im Sockel befinden, genau passen. Die einzelnen Sockel unterscheiden sich aber vor allem durch ihre Bezeichnung. Vor allem die ist bei Auswahl eines Prozessors wichtig. Der aktuellste Sockel von Intel ist LGA1151 und bei AMD AM4. Wenn Sie sich für einen HEDT-Prozessor interessieren, basieren diese Chips nicht nur oft auf unterschiedlichen Architekturen, sie haben auch oft einen anderen Sockel. AMD hat für seine Threadripper-Prozessoren den TR4-Sockel entwickelt, während Intel mit langjähriger Erfahrung nur den älteren HEDT-Sockel aktualisiert und den neuen LGA2066 genannt hat.

TDP des ProzeTDP des Prozessors

TDP steht für Thermal Design Power, was die maximale Wärmeleistung des Prozessors oder die Wärmemenge beschreibt, die er bei maximaler Belastung erzeugen kann. TDP ist ein Parameter, der hauptsächlich in Verbindung mit der Kühlung verwendet wird und eher eine Obergrenze als ein Mittelwert ist. Dieser Wert kann jedoch nicht, wie viele Leute denken, direkt den Verbrauch der CPU widerspiegeln, sondern ist direkt proportional dazu. Eine niedrigere TDP bedeutet einen geringeren Verbrauch des Prozessors.

L3-Prozessor-Cache

Cache-Speicher haben die Aufgabe, die Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Komponenten auszugleichen. Sie sind sehr schnell und werden in Schichten unterteilt, im englischen Layers (L). Der L3-Cache ist im Prozessor der langsamste und schwerfälligste und wird von allen Kernen gemeinsam genutzt. Je niedriger das Niveau des Speichers, desto kleiner das Volumen, höher die Geschwindigkeit und näher am Prozessor. L2 und L1 sind daher direkt im Kern implementiert. In der Regel gilt, je größer der L3-Cache-Speicher, desto besser. Es muss aber nicht unbedingt wahr sein. Zum Beispiel hat Intel das Design der Ausgleichsspeicher seiner neuesten HEDT-Prozessoren der Skylake-X-Architektur revidiert und die Größe von L3 zugunsten des L2-Caches reduziert.

Prozessor-Fertigungstechnologie

Wenn wir etwas als fundamental für die generationenübergreifende Leistung sagen wollen, ist es eben die Produktionstechnologie. Sie wird derzeit in Nanometern angegeben und ihr Wert informiert über die Abmessungen der Transistoren im Prozessor. Je kleiner die Transistoren sind, desto mehr Transistoren können auf dem Chip platziert werden. Kleinere Transistoren haben einen geringeren Stromverbrauch und können schneller schalten, was sich positiv auf das Erhöhen der Prozessorfrequenzen auswirkt. Auch wenn jede neue Generation von Prozessoren als technologischer Erfolg bezeichnet werden kann, treten oft nur kleine Änderungen in der Architektur auf. Innovationen in der Fertigungstechnologie sind immer ein wichtiges IT-Ereignis.

Welchen Prozessor soll ich wählen?

Wenn Ihnen die tieferen Prozessortechnologien nicht zusagen, denken Sie immer an den richtigen Sockel, von dem die Auswahl der Hauptplatine ausgehen muss. Klären Sie bei der Auswahl auch ab, wofür Sie Ihren Computer benutzen wollen. Ist es die gewöhnliche Büroarbeit, dient ein Intel Pentium, Core i3 oder AMD Ryzen 3. Wenn Sie eher in die Richtung eines Gaming-Computers wollen, wählen Sie einen Intel Core i5 oder i7 oder dessen AMD-Pendant in der Form eines Ryzen 5 oder Ryzen 7. Als Herz einer Workstation für Grafiker und Editoren von Multimedia-Inhalten eignen sich am besten die Intel Core i7 und AMD Ryzen 7 Standard-Prozessoren oder die ADM Threadripper und Intel Core i9 HEDT-Teile.