Prozessorkern
Als Prozessorkern oder auch Rechenkern ({{#invoke:Vorlage:lang|full|CODE=en|SCRIPTING=Latn|SERVICE=englisch}}) wird der zentrale Teil eines Mikroprozessors bezeichnet.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Moderne Mikroprozessoren verfügen mitunter über mehrere Rechenkerne. Sie werden als Mehrkernprozessoren oder Multiprozessoren bezeichnet und sind seit den 2010er Jahren in einer Vielzahl von Geräten verfügbar. Enthält ein Prozessor nur einen Kern, wird dieser teilweise gleichbedeutend als {{#invoke:Vorlage:lang|flat}} (CPU) bezeichnet.
Komponenten und Bausteine
Ein moderner Prozessorkern besteht aus einer Vielzahl von Komponenten, bzw. integriert diese auf einem Chip, welche im folgenden Abschnitt aufgezählt sind. Diese hochkomplexen Rechenkerne sind sogenannte Systems-on-Chip (SoC) und werden mittels der Methoden des Systems Engineering sowie der eigentlichen Electronic Design Automation (EDA) entwickelt.
Ein Prozessorkern besteht wenigstens aus:
- einem Rechenwerk
- einer arithmetisch-logischen Einheit (ALU, Schaltungsblöcke für logische und Ganzzahl-Operationen)
- den Rechenregistern (Akkumulator und meist weitere)
- den wesentlichen Teilen des Steuerwerkes
- Adress-Dekoder (Verwalten und ggf. Weiterzählen von Speicheradressen sowie Laden und Speichern von Werten von Speicheradressen in Register bzw. umgekehrt)
- Instruktions-Dekoder (Verschalten von Registern als Inputs und Outputs mit Funktionsblöcken der ALU, um den aktuellen Befehl durchzuführen).
- einer Schnittstelle zur Anbindung an einen Speicherbus
Optionale Komponenten sind:
- Interrupt-Dekoder
- Cache
- Gleitkommaeinheit
- Memory Management Unit (MMU)
- weitere Mechanismen, die eng mit der inneren Architektur des Prozessors verbunden sind.
Prozessorfamilien
{{#invoke:Vorlage:Siehe auch|f}} Ein Prozessorkern ist eine reale Implementierung einer Prozessorarchitektur. Jede Architektur hat einen eigenen Befehlssatz und benötigt einen für sie geeigneten Compiler zur Programmerstellung. Verschiedene Prozessortypen mit weitgehend gleichem Kerndesign werden als eine „Familie“ bezeichnet. Wird ein Prozessordesign nennenswert überarbeitet oder verändert, so entsteht eine neue „Familie“, die fast immer abwärtskompatibel bleibt. Wird die Abwärtskompatibilität aufgegeben, so spricht man i. A. von einer neuen/anderen Prozessorarchitektur.
In der Chip-Entwicklung wird der Prozessorkern als Modul verwendet, das mit anderen Modulen zu einem kompletten Prozessor kombiniert werden kann. Beispielsweise gibt es eine eigene Power Management Unit (PMU) Einheit oder Modul, welches auch Teil der CPU ist.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Mitunter kann der Prozessorkern verschieden konfiguriert werden, z. B. mit mehr oder weniger Registern, mit oder ohne Gleitpunkteinheit u. ä., wodurch verschiedene Derivate entstehen, die jedoch alle zur selben Architekturfamilie gehören. Beispielsweise wird die ARM-Architektur als Intellectual Property (IP)-Geschäftsmodells konfigurierbar angeboten. Siehe auch die Fabless-Entwicklung.
Das jeweilige Design des Prozessorkerns ist im Laufe der Jahre der Prozessorentwicklung eine hochspezialisierte und optimierte Komponente geworden, die spezifisch für eine Herstellerfirma ist und den komplexesten Teil des Prozessors ausmacht. Konkret werden Mikroprozessoren von dafür spezialisierten Unternehmen aus der Halbleiterindustrie entwickelt und von darauf spezialisierten Halbleiterfabriken produziert. Andere Prozessoren, wie Mikrocontroller, werden von weiteren Unternehmen und Fabriken gefertigt.
Ebenfalls können Prozessorkerne auch in CPLD, besser FPGA-Bausteinen, emuliert werden.
Mikrocontroller
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Durch die Trennung zwischen Prozessorkern, Speicher/Cache und Peripherie können Hersteller verschiedene Mikroprozessor-Varianten anbieten, die neben dem gleichen Kern weitere Komponenten in unterschiedlicher Zusammenstellung beinhalten. Diese Art von Prozessoren werden als Mikrocontroller bezeichnet und sind Teil der Embedded-Entwicklung. Sie sind typischerweise mit (On-Chip-)RAM/ROM-Speichern ausgerüstet. Zur Peripherie um den Prozessorkern herum zählen zum Beispiel On-Chip-Timer, Watchdog, serielle Schnittstellen, I²C-Bus, CAN-Bus oder A/D-Wandler. Dies können auch Radios (RF/HF – z. B. BLE oder Wi-Fi) oder sonstige Bausteine sein.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Siehe auch
- International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) und Nachfolger (siehe dort)
- Liste von Mikroprozessoren
Literatur
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Weblinks
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Einzelbelege
<references />