Prozessoren

Prozessoren, oft als Central Processing Units (CPUs) bezeichnet, sind die zentrale Recheneinheit in Computersystemen. Sie führen Befehle aus, steuern den Ablauf von Rechenwerk, Speicherzugriff und Peripherie und koordinieren damit die übrigen Systemkomponenten. Typisch bestehen Prozessoren aus Rechenwerk (ALU), Steuerwerk, Registern und einem Cache, der den Zugriff auf den Hauptspeicher beschleunigt. Die Leistung eines Prozessors hängt von Faktoren wie Taktrate, Kernzahl, Architektur und Energieeffizienz ab.

Eine Prozessorarchitektur definiert den Befehlssatz (ISA), der festlegt, welche Befehle der Prozessor versteht und wie Befehle kodiert sind. Bekannte ISAs sind x86 (vor allem in PCs und Servern), ARM (häufig in mobilen Geräten) sowie RISC-V in Forschung und Spezialanwendungen. Moderne Prozessoren nutzen mehrere Kerne und oft simultanes Multithreading, um parallele Arbeitslasten zu bewältigen. Techniken wie Pipelining, superskalare Ausführung, Out-of-Order-Verarbeitung und Branch Prediction verbessern die Ausführungseffizienz. Eine hierarchische Cache-Struktur (L1, L2, L3) reduziert Verzögerungen beim Speicherzugriff.

Prozessoren werden häufig als Teil eines Systems-on-Chip (SoC) realisiert, bei dem CPU, Grafikkern, Speicherkontroller, I/O-Controller und weitere Funktionsbausteine integriert sind. Die Herstellung erfolgt in Halbleiterprozessen unterschiedlicher Technologie-Knoten, gemessen in Nanometern, was Auswirkungen auf Leistungsaufnahme, Wärmeentwicklung und Dichte hat. Typische Entwicklungstrends umfassen mehr Kerne, bessere Energieeffizienz und spezialisierte Beschleuniger für Grafik- und KI-Aufgaben. Prozessoren bilden damit das Fundament moderner Computersysteme in PCs, Serversystemen, Mobilgeräten und eingebetteten Anwendungen.