Was passiert in einem Prozessor?
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Schon seit längerem beschäftigt mich die Frage, was eigendlich in einem Prozessor passiert. Der wird ja (simpel gesagt) unter Strom gesetzt und fängt an zu arbeiten. Aber wie funktioniert das. Warum fließt der Strom nicht immer den selben weg, und wie schafft es ein so kleinens Ding plötztlich anzufangen zu "denken"?
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Da musst du dich etwas mit logischen Gattern auseinandersetzen.
Hilfreich ist danach dann auch dieser Link:
http://de.wikipedia.org/wiki/Von-Neumann-Architektur
Logische Gatter:
http://www.oszkim.de/materi/edemi/grdglied.html
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Schon seit längerem beschäftigt mich die Frage, was eigendlich in einem Prozessor passiert.
Das geschehen eine Menge komplexe Abläufe ...
Der wird ja (simpel gesagt) unter Strom gesetzt und fängt an zu arbeiten.
Nee, so simpel ist das nicht. Wenn ein Prozessor beim "Unter-Strom-Setzen", anfängt, zu arbeiten, dann ist da schon was voreingestellt oder extern angebaut, dass dafür sorgt, dass ein Power-On-Reset automatisch beim Anlegen einer Spannung ausgeführt wird.
Aber wie funktioniert das.
Erstmal ist ein Prozessor ohne zusätzliche Elektronik so hilflos wie ein Käfer, der auf den Rücken gefallen ist. Um halbwegs zu funktionieren benötigt eine CPU nebem einem Hauptspeicer, in dem die zu verarbeitenden Daten abgelegt werden können, noch einen Befehlsspeicher, der die abzuarbeitenden Befehle enthält. Und dann baut man dann noch einen Haufen Steuerelektronik drumrum, damit der Prozessor beim Einschalten oder auf Knopfdruck in einen genau festgelegten Ausgangszustand gebracht werden kann. Dies nennt man Reset-Logik.
Warum fließt der Strom nicht immer den selben weg, ...
Das geht noch ein paar Etagen tiefer in die Grundlagen der Elektronik, speziell der Halbleiterphysik:
http://de.wikipedia.org/wiki/Transistor
http://de.wikipedia.org/wiki/Schalter_(Elektrotechnik)
Für die in Prozessoren eingebauten Transistoren genügt es, wenn du weißt, wie Feldeffektransistoren aufgebaut sind. Deren Funktionsweise ist für Einsteiger leichter verständlich als die der Bipolartransistoren. Außerdem werden in Prozessoren für die "Rechenarbeit" fast nur noch Feldeffekttransistoren eingesetzt.
... und wie schafft es ein so kleinens Ding plötztlich anzufangen zu "denken"?
Nach dem Reset, nimmt ein Prozessor einen definierten Grundzustand an. Ein bisschen elektronischer Schnickschnack sorgt dafür, dass der Prozessor eine bestimmte Adresse im (hoffentlich angeschlossenen) Hauptspeicher ansteuert, und von dort den ersten Maschinen-Befehl holt. Der wird dann "ausgeführt" oder "abgearbeitet". Ein Befehlsdekoder zerlegt das geholte Datum so, dass die Art des Befehls erkannt wird, und die Hauptspeicheradressen, von denen weitere Daten zum Verarbeiten geladen oder in die diese Daten geschrieben (kopiert) werden. Dann schmeißt das Steuerwerk die ALU an und führt den Befehl aus. Die Ergebnisdaten dieser (Rechen-)Operation werden wieder in den Hauptspeicher (oder/und in die passenden Register) geschrieben. Dann holt sich der Prozessor den nächsten Befehl, und es geht wieder von vorne los -- bis jemand den Reset-Knopf drückt oder dem Prozessor den Strom abdreht.
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was passiert in einem prozessor: er schaltet an und aus
mehr macht er nicht. die fet schalten oder eben nicht. das nennt man dann berechnen. daraus leitet sich auch der binärcode ab.
und wenn du zu viel verlust hast an den verbindungen zwischen den fet, dann schlucken die mehr strom und werden heißer, das nennt man dann duron/athlon xp oder pentium 4.
(das ist mit abstand die simpelste erklärung^^)
edit: typo
Beitrag geändert: 23.8.2008 13:50:12 von andy -
Also bis jetzt habe ich das so verstanden: Der Prozessor macht den Weg frei, oder zu, und eine unvorstellbare kleine Zeit danach kann alls wieder anderst sein. So kommt auch zu stande, dass mehrere Miliarden Energieimpulse oder eben keine kommen können.
Und wie kann man damit jetzt etwas anfangen? -
Also bis jetzt habe ich das so verstanden: Der Prozessor macht den Weg frei, oder zu, und eine unvorstellbare kleine Zeit danach kann alls wieder anderst sein. So kommt auch zu stande, dass mehrere Miliarden Energieimpulse oder eben keine kommen können.
Und wie kann man damit jetzt etwas anfangen?
Setze dich besser nochmal mit logischen Gattern auseinander, wie bereits geschrieben ;)
Der Prozessor realisiert mit Transistoren und diesen logischen Gattern einfach Operationen, die er auf Bytes anwenden kann. Dinge wie << (um ein Bit nach rechts verschieben), >> (links), & (logische Und-Operation), | (logische Oder-Operation), ! (logische Negation). Mithilfe dieser einfachen Operationen setzt er dann einfache Rechenoperatoren zusammen, um Zahlen im Binärformat miteinander zu verrechnen. Und diese einfachen Operationen werden dann wiederum zu komplexen Befehlen zusammengesetzt.
In einen 32-Bit Prozessor gehen afaik 4 Bytes rein. Davon sind - ich bin mir nicht ganz sicher - ein oder zwei Bytes wenn man so will die Operatoren. Die öffnen für den Strom der anderen Bytes - der Operanden, wenn man so will - den Weg dann zu bestimmten logischen Gattern oder Gatterkombinationen, die den jeweiligen Befehl, der jenem Operator entspricht, darstellen. Diese Gattern verrechnen dann auf der kleinen Basis der logischen Gatter die eingehenden Bytes und spucken das neue Byte aus.
Wenn du also verstehen willst, wie ein Prozessor funktioniert, musst du dich mit formaler Aussagenlogik beschäftigen, um die Bedeutungen der Gatter zu verstehen, mit dem Binärsystem, um zu verstehen, wie man Binärzahlen auf dem Papier mitienander verrechnet, diese Erkenntnisse verknüpfen, um zu lernen, wie man Binärzahlen mithilfe logischer Operationen miteinander verrechnet und dann (eigentlich zuerst) beschäftigst du dich mit E-Technik und eventuell ein wenig Quantenphysik, um zu everstehehn, wie Transistoren (wie gesagt, die Bausteine der logischen Gatter) funktionieren. Um dann auch noch den letzten Baustein einzufügen, herauszufinden, wie du mithilfe von Transistoren einfache Schaltungen und "komplexere" logische Gatter erstellst... Dann hast du die Kette ziemlich vollständig. Das ist auf jeden Fall nichts, was man "einfach so" erklären kann, das wird sich irgendwann zusammenfügen, aus Dingen, die du so aufschnapppst oder im Laufe deines Lebens liest. -
Super Leute - einsame Spitze - dem habt ihr so richtig geholfen.
Er weiß zwar nicht wie ein Prozessor funktioniert aber Begriffe wie "logische Gatter", "Transistoren", "einfache Operatoren" sind ihm, wie dem überwiegenden Teil der Bevölkerung völlig geläufig......
Mein Tipp darüber hinaus ---> http://de.wikipedia.org/wiki/Turingmaschine -
Super Leute - einsame Spitze - dem habt ihr so richtig geholfen.
Er weiß zwar nicht wie ein Prozessor funktioniert aber Begriffe wie "logische Gatter", "Transistoren", "einfache Operatoren" sind ihm, wie dem überwiegenden Teil der Bevölkerung völlig geläufig......
Das war doch der Sinn der Sache: Ihm klar zu machen, dass die Prozesse nicht so einfach sind und ihm zu zeigen, dass er dafür noch jede Menge Grundlagen braucht?
Übrigens, ziemlich genau das, was hier beschrieben wurde, kam auch in der "Einführungsveranstaltung zur Informatik", die natürlich keinerlei vorkenntnisse verlangt vor, in genau der gleichen Formulierung. Es ist natürlich klar, dass man das nicht so einfach versteht. Aber es hat auch sienne Grund, dass man das erst lernt, nachdem man mal ein paar mathematische und Informatik Vorlesungen hinter sich hat (soweit ich weiss ist diese Frage Stoff der Informatik II - zumindest hier).
Immerhin reichen die hier angeklungenen Begriffe, um sich mal eien Überblick über alles zu verschaffen, wenn man sich die Mühe machen will. Wer zu fual ist, sich dann die entsprechenden Wiki-Artikel zu Transistoren, Logik und Logikgattern mal durchzulesen oder man in sein Physikbuch zu schauen, der hat natürlich keine Chance, das zu verstehen. Da können wir aber dann doch auch nichts dafür. Ich frag ja auch nicht "Wie spricht man Mandarin?" und erwarte dann eine vollständige Darstellung des gesamten Vokabulars, der kompletten Grammatik und den gebräuchlichsten Redewendungen in einem Thread. -
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