Handyprozessor

Central Processing Unit

Einleitung

Der Prozessor, auch als CPU (Central Processing Unit) bezeichnet, ist das Herzstück eines Handys oder Computers, da er die ihm zugewiesenen Aufgaben und Befehle eines elektronischen Geräts bearbeitet. Z.B werden Daten in Form eines Binärcodes eingegeben und verarbeitet, außerdem dient er als zentrale Recheneinheit eines Gerätes. Ein prozessor arbeitet in einem Regelmäßigen Rhythmus, dass die Einheit Hertz als Maßgeschwindigkeit hat. Je schneller die Taktfrequenz pro Sekunde, desto schneller kann das Gerät die ihm zugewiesenen Befehle bearbeiten.

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Von-Neumann-Architektur

Ist ein Modellmuster für Computer, dass von dem Mathematiker John von Neumann 1945 entwickelt wurde. Es enthält einen gemeinsamen Speicher dass die Computerprogrammbefehle und die Daten hält. Heutzutage bildet die Neumann-architektur die Grundlage für die meisten Computer. Die Architektur des Von-Neumann-Rechners besteht aus vier Funktionseinheiten:

- Rechenwerk(ALU, Arithmetical Logical Unit)

- Steuerwerk(CU, Control Unit)

- Speicherwerk(Memory)

- Ein-/Ausgabewerk(I/O-Unit)

Funktionsweise des Neumann-Achitectur

-Die wichtigsten Einheiten Rechenwerk (ALU) und Steuerwerk (CU) werden in der eigentlichen Verarbeitungseinheit, dem Prozessor (Central Prozessing Unit [CPU]), vereint.


-Die Verbindung zwischen Prozessor, Speicherwerk und Ein-/Ausgabewerk bezeichnet man als Bus-System (Verbindet die verschiedenen Einheiten eines Rechnersystems (ALU, CU, Memory, I/O-Unit etc.) mit und untereinander oder mit dem Prozessor der Daten austauschen können.


-Über dem Eingabeeinheit werden Daten eingegeben und in der Speichereinheit gespeichert.


-Das Rechenwerk (ALU) gesteuert von der Steuereinheit (CU) übernimmt die Daten aus der Speichereinheit und führt die mathematischen Funktionen aus. Die Ergebnisse und Zwischenergebnisse werden nacheinander in Speicherzellen abgelegt. Der Speicher stellt den Speicherplatz für Programme und Daten bereit.


-Das über den Prozessor gesteuerte Ausgabesystem sorgt für die Darstellung der Ergebnisse auf dem Display oder deren Ausgabe auf anderen Ausgabegeräten.

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Vor-/ Nachteile der Von-Neumann-Architektur

Vorteile:

- Minimaler Hardwareaufwand.

- Minimaler Speicheraufwand.


Nachteile:

-Zu jedem Zeitpunkt führt die CPU nur einen Befehl aus, und dieser kann höchstens einen Datenwert erarbeiten.

-Der Speicher ist unstrukturiert und wird linear adressiert. Die Interpretation eines Speicherinhaltes hängt nur vom aktuellen Kontext des laufenden Programms ab.

Harvard-Architektur

Die Harvard-Architektur ist eine ältere Variante der Von-Neumann-Architektur. Unterschiede der Harvard- zur Von-Neumann-Architektur:


-Daten- und Befehlsspeicher sind getrennt. So ist es möglich Daten und Befehle Zeitgleich aus dem Speicher zu holen.


- jeder Speicher hat eigene Verbindungseinrichtungen (Daten-/ Adressbus), dadurch ist der Von-Neumann-Flaschenhals etwas entschärft.

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Aufbau (Cpu)

Prozessoren bestehen aus einigen hunderttausend Transistoren, Widerständen und kondensatoren. Diese Bauelemente sind auf einer wenigen Quadratmillimeter großen Halbleiterfläche aus Silizium auf dem Chip integriert. Das Gehäuse besteht aus Plastik und keramik um die mechanische Stabilität und die Verbindung mit den anderen Bausteinen zu erleichtern. Zu den Bausteine gehören


- Das Steuerwerk: Organisiert den Datenverarbeitungsprozessor.


- Das Rechenwerk: Führt Berechnungen durch.


- Registersatz: Sind winzige Speicherzellen, in denen z.B Zwischenergebnisse gespeichert werden.


- Der Systembus: Verbindet die verschiedenen Einheiten eines Rechnersystems (ALU, CU, Memory, I/O-Unit etc.) miteinander und vermittelt den Datenaustausch zwischen ihnen.


- Adressenwerk: Ist für die Berechnung der effektiven Adresse zuständig.


- interner Speicher: Dient als zwichenspeicher.


- Co-prozessor: Ist ein zusätzlicher Mikroprozessor, der den Hauptprozessor (CPU) bei seiner Arbeit unterstützt

Als gutes Beispiel für Prozessoren gilt der neue Handyprozessor(ARM-SoCs= Exynos-7420-Octa) des Samsung-s6.

Das neue Samsung S6 besitzt den Exynos-7420-Octa als Prozessor. Es ist ein System-on-a Chip (Ist die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines Systems auf einem Chip) der im März 2015 vorgestellt wurde. Es besitzt vier Cortex-A57-Kerne, sowie vier weitere Cortex-A57-Kerne und ein 2x 32 Bit LPDDRA Speichercontroller. Als einer der ersten ARM-SoCs für Android-Geräte ist der Exynos 7420 vollständig 64-Bit-kompatibel.

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ARM-SoCs-prozessor

Dies steht für System on Chip und beschreibt einen Chip, auf dem der Großteil eines Systems integriert ist.


-Ein SoC besteht aus einem Prozessor, welcher über ein Bussystem mit Speicher und weiterer Bausteine verbunden ist.


-Bei diesem Prozessor kann es sich sowohl um einen sehr einfachen 8-Bit-Mikrocontroller handeln, als auch um eine sehr leistungsfähige Multicore-CPU.


-Je nach Leistungsfähigkeit, Anwendungsanforderungen und weiteren Kriterien wie Stromverbrauch, Größe und Preis besitzt das SoC eventuell nur einen kleinen internen Speicher, oder meist zusätzlich einen oder mehrere deutlich größere externe Speicher.


-Je nach Belastung schaltet der SoC automatisch zwischen den effizienten A53- und den leistungsstarken A57-Kernen um, was der Leistungsaufnahme und damit auch der Akkulaufzeit zugute kommt.


-Falls nötig, können auch alle 8 Kerne gleichzeitig verwendet werden, sodass der Chip als echter Octa-Core-Prozessor bezeichnet werden kann.

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Enormes Leistungsniveau dank innovativer Prozessor-Technologie.

-Als einer der ersten ARM-SoCs für Android-Geräte ist der Exynos 7420 vollständig 64-Bit-kompatibel. Zudem wurde die Pro-MHz-Leistung weiter verbessert, so dass der Exynos 7420 eine höhere CPU-Performance erreicht.


-Dies sorgt dafür, dass der Chip trotz seiner enormen Leistungsfähigkeit in einem kompakten Smartphone eingesetzt werden kann und deutlich kühler bleibt.


-Es ermöglicht einerseits verschiedene leistungsintensive Apps gleichzeitig zu nutzen, andererseits ist er auch besonders effizient und sorgt so für lange Akkulaufzeiten.

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Bridgit Abrokwah