Funktionsweise des Prozessors

 

RISC und CISC

Grundsätzlich könne zwei verschieden Designkonzepte bei der Prozessorentwicklung unterschieden werden: RISC und CISC ( Reduced Instruction Set Computer bzw. Complex Instruction Set Computer). Erstellt man den Maschinencode für eine CPU , muss man sich entscheiden welche und wieviele Befehle implementiert werden. Dabei muß berücksichtigt werden, wie viele Register, also interne Speicherplätze eine CPU hat. Ziel ist es einen schnellen und gleichzeitig kompakten, schnellen Code zu erhalten. Dies sind jedoch zwei Forderungen die sich widersprechen.

Bei CISC-Prozessoren versucht dieses Problem wie folgt zu lösen: Die Befehle sind hier sehr "mächtig", d.h. es gib viele Befehle, die bei Aufruf komplexe Operationen ausführen. Das können zum einen komplexe Befehle wie für die Multiplikation und Division sein, es können aber auch Befehle sein die einige einfache Schritte in einer Routine zusammenfassen. Das hat den Vorteil, dass viele Programmbestandteile "ihren" Prozessorbefehl haben. Die Programme bestehen dann aus sehr vielen Befehlen, die es für Prozessorhersteller und Hersteller von Programmierumgebungen sehr schwer machen, noch alles "im Auge" zu behalten. CISC-Prozessoren sind daher eher "träge". Zu der Gruppe der CISC-Prozessoren zählen alle Desktop-Chips von Intel und dazu kompatible. Da Intel-Prozessoren einen Quasi-Standard darstellen, sind CISC-CPUs sehr verbreitet.

RISC ist ein anderer Ansatz den Maschinencode zu entwerfen. Man beschränkt sich auf die wirklich notwendigen Befehle, verzichtet also bewusst auf Befehle, die bei CISC einem Programmierer das Leben erleichtern und schneller ausgeführt werden. Sie sind dadurch einfacher strukturiert und man kann mit ihnen theoretisch eine höhere Leistung als mit CISC-Prozessoren erreichen. Da RISC nun mehrere Befehle braucht, um eine CISC Operation zu ersetzen, will man sowohl den Mehrverbrauch an Speicher begrenzen, wie auch die Geschwindigkeit steigern. Dies geschieht durch mehr Register in der CPU, so dass man weniger oft auf den Speicher zugreifen muss. Auch erlaubt die geringere Komplexität der CPU mehr Register.
Dadurch kann man mehr Daten in den Registern halten und braucht weniger Befehle die auf den Speicher zugreifen. Der Speicherzugriff ist "teuer", denn Speicher ist langsamer als die CPU und die Dekodierung der Befehle braucht durch den zusätzlichen Speicherzugriff länger. Zu den RISC-CPUs zählen viele neue Rechner von Apple sowie leistungsfähige Server. Allerdings überschreiten heutige RISC-Prozessoren oft die Grenzen der engen Definition und enthalten auch komplexere Befehle. So wurde der Befehlssatz des PowerPC-Prozessors, der von IBM und Motorola hergestellt wird, durch eine Befehlserweiterung namens "AltiVec" ergänzt, die in den PowerPC-Prozessoren spezielle Multimediafähigkeiten nachrüstet, und beispielsweise in den Computern von Apple Verwendung findet

Auf Grund des Geschwindigkeitsvorteil und der geringeren Produktionskosten sollten RISC-Prozessoren eigentlich weiter verbreitet sein. Da die RISC-Technik aber erst wenige Jahre alt ist, haben sich inzwischen Intel-kompatible CPUs etabliert. Da mit einem Wechsel der Prozessortechnik sowohl der Wechsel einiger Hardware-Komponenten als auch der Austausch sämtlicher Software verbunden ist, haben sich RISC-Rechner nur im High-End-Bereich durchgesetzt. Außerdem fördern Intel und AMD durch Einführung neuer Prozessorbefehle wie MMX und 3D-Now die CISC-Technologie. CISC-CPUs sind verbreiteter denn je und ein Umschwenken ist nicht zu erkennen.

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Dieser Artikel:

Einleitung
RISC und CISC
Der Prozessorcache
Leistung und Taktfrequenz
Erweiterungen des Prozessorbefehlssatzes
Hyperthreading
Leistung und Kühlung
Sockeltypen
Desktop-, Server und Mobil-Prozessoren

Intel-Prozessoren
AMD-Prozessoren

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