Handy Prozessor

David und Svenja

CPU - Central Processing Unit

Der Prozessor, das sog. Herz, ist die zentrale Recheneinheit jedes Smartphones und arbeitet Programmschritte und Rechenaufgaben der Software ab. Die bekanntesten Hersteller sind Qualcomm, Intel, Nvidia oder auch Samsung.

System-on-a-Chip

Unter System-on-a-Chip (SoC, dt. Ein-Chip-System) versteht man die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines Systems auf einem Chip.

SoC Prozessor

Üblicherweise besteht ein SoC aus einem Prozessor, welcher über ein Bussystem (Datenübertrager) mit Speicher und weiterer Peripherie (Teile eines Computers, die Funktionalität bietet, die nicht vom Prozessorkern selbst zur Verfügung gestellt wird) verbunden ist. Bei einem Prozessor kann es sich aber um verschiedene Ausführungen, wie beispielsweise folgende, handeln:


  • ein sehr einfachen 8-Bit-Mikrocontroller
  • ein sehr leistungsfähige Multicore-CPU
  • ein Mehrprozessorsystem


Je nach Leistungsfähigkeit, Anwendungsanforderungen und weiteren Kriterien wie Stromverbrauch, Größe und Preis besitzt das SoC eventuell neben seinen Registern nur einen kleinen internen Speicher, oder (meist zusätzlich) einen oder mehrere deutlich größere externe Speicher. Dies kann beispielsweise SDRAM oder Flash-Speicher sein. Hierfür hängt dann in der Regel am Systembus ein Speichercontroller, welcher eine entsprechende Schnittstelle für den Speicher zu Verfügung stellt.


Der Speicher in einem SoC dient entweder zur Ablage und Ausführung des Programms (Programmspeicher) oder zur Ablage und Bearbeitung von Daten (Datenspeicher). Die Hardwarekomponenten basieren hierbei auf zwei verschiedenen Architekturen. Der normale RAM basiert auf der Von-Neumann-Architektur, in der Befehle und Operanden im gleichen Speicher stehen und zum Lesen dieser 2 Lese-Zyklen der CPU notwendig sind. Wohingegen der Cache, der oft in zwei getrennten Speichern aufgeteilt ist, auf der Harvardarchitektur basiert, die die CPU in zwei getrennte Busse über die zwei getrennten Speicher gleichzeitig adressiert. Damit kann dann die CPU den Befehl und den dazugehörigen Operanden gleichzeitig lesen.

Von-Neumann-Architektur

Die von Neumann-Architektur entstand bereits im Jahr 1945 und ist ein Referenzmodell für Computer, wonach ein gemeinsamer Speicher sowohl Computerprogrammbefehle als auch Daten hält.


Das Prinzip der Von-Neumann-Architektur sagt aus, dass ein Rechner aus vier Werken besteht:


1. Hauptspeicher für Programme und Daten

2. Ein Steuerwerk zur Interpretation der Programme

3. Ein Rechenwerk zur Ausführung arithmetischer Operationen

4. Ein Ein- und Ausgabewerk eventuell verbunden mit einem Sekunderspeicher

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Funktionsweise

Bei diesem Grundkonzept werden Daten über die Eingabeeinheit eingegeben und in der Speichereinheit gespeichert. Die Ergebnisse und Zwischenergebnisse werden nacheinander in Speicherzellen abgelegt. Der Speicher stellt den Speicherplatz für

Programme und Daten bereit, wobei die Speicherplätze einzeln adressierbar sind. Die Abarbeitung der Rechenoperationen erfolgt sequentiell mit Programmbefehlen. Das über den Prozessor gesteuerte Ausgabesystem sorgt für die Darstellung der Ergebnisse auf dem Ausgabegerät.


Der Vorteil der Von-Neumann-Architektur besteht darin, dass nur halb so viele

Leitungen und CPU-Anschlüsse benötigt werden wie bei der Harvard-Architektur. Der

Nachteil hingegen ist, dass die CPU zum Lesen eines Befehls, der einen Operanden hat,

zweimal auf den Speicher zugreifen muss.