Zentralprozessor

Der Zentralprozessor, oft als CPU bezeichnet, ist die zentrale Recheneinheit eines Computers. Er interpretiert und führt Befehle aus, steuert den Ablauf von Programmen und koordiniert den Datenaustausch zwischen Arbeitsspeicher, Ein- und Ausgabegeräten sowie anderen Systemkomponenten.

Typischerweise besteht ein Zentralprozessor aus dem Rechenwerk (ALU), dem Steuerwerk, einem Satz von Registern und meist einem Cache-Speicher. Seine Hauptaufgabe ist es, Befehle zu holen, zu decodieren, auszuführen und Ergebnisse zurückzuschreiben. Der Prozessor arbeitet synchron mit einem Takt, dessen Frequenz in Hertz gemessen wird und der Ablauf und Synchronisation von Operationen bestimmt.

Architektonisch beruhen moderne CPUs auf Prinzipien der Von-Neumann- oder Harvard-Architektur und verwenden Techniken wie Pipeline, Superskalare Struktur, Out-of-Order-Ausführung, Branch Prediction und SIMD-Verarbeitung. Viele CPUs sind heute Mehrkern- oder Mehrprozessorsysteme, die mehrere Recheneinheiten parallel betreiben. Diese Merkmale zielen darauf ab, Leistung und Energieeffizienz zu optimieren.

Historisch hat die CPU die Rechenleistung von Computern maßgeblich bestimmt. Von den ersten Mikroprozessoren der 1970er Jahre bis hin zu heutigen Hochleistungs- und Mobile-CPUs verändert sich Design, Fertigung und Architekturen stetig, etwa durch integrierte Cache-Hierarchien, fortgeschrittene Fertigungstechnologien und spezialisierte Beschleunigungselemente. Bedeutende Hersteller sind Intel, AMD, ARM sowie Lizenznehmer.

Der Zentralprozessor ist in nahezu allen modernen Computersystemen der zentrale Baustein und fungiert als Schnittstelle zwischen Software und Hardware. Seine Leistungsfähigkeit beeinflusst Anwendungsleistung, Reaktionszeit und Energieverbrauch und bestimmt maßgeblich die Möglichkeiten von Betriebssystemen, Anwendungen und eingebetteten Systemen.