Die CPU (Zentraleinheit) ist der zentrale Teil eines Computersystems, der die Anweisungen eines Computerprogramms ausführt. Es interagiert mit allen anderen Komponenten des Computers, einschließlich Arbeitsspeicher, Speicher, Eingabe-/Ausgabegeräten und Kommunikationsanschlüssen.

Der Aufbau einer CPU hängt von ihrem Design ab, es gibt jedoch einige grundlegende Komponenten, die den meisten CPUs gemeinsam sind:

- Steuereinheit (CU): Die CU steuert den Daten- und Befehlsfluss innerhalb der CPU. Es ruft Anweisungen aus dem Speicher ab, dekodiert sie und steuert dann die Ausführung dieser Anweisungen.

- Arithmetisch-Logische Einheit (ALU): Die ALU führt die vom Programm benötigten arithmetischen und logischen Operationen aus. Es kann Operationen wie Addition, Subtraktion, Multiplikation, Division und Vergleich durchführen.

- Registriert: Register sind kleine Hochgeschwindigkeitsspeicherorte innerhalb der CPU, die temporäre Daten und Anweisungen speichern. Sie werden zum Speichern der für ALU-Operationen erforderlichen Operanden sowie der Ergebnisse dieser Operationen verwendet.

- Cache-Speicher: Cache-Speicher ist eine kleine Menge Hochgeschwindigkeitsspeicher, in dem häufig verwendete Daten und Anweisungen gespeichert werden. Es wird verwendet, um die Leistung der CPU zu verbessern, indem die Anzahl der Zugriffe auf den langsameren Hauptspeicher verringert wird.

- Systemuhr: Die Systemuhr ist ein Gerät, das eine regelmäßige Reihe von Impulsen erzeugt, die zur Synchronisierung der Vorgänge der CPU verwendet werden.

- Bus: Der Bus besteht aus einer Reihe von Kabeln, die die verschiedenen Komponenten der CPU verbinden. Es dient zur Übertragung von Daten und Anweisungen zwischen der CU, der ALU, dem Speicher und anderen Geräten.

Dies sind die Grundkomponenten einer CPU. Unterschiedliche CPUs verfügen möglicherweise über zusätzliche Komponenten und Funktionen, die Gesamtstruktur und Funktionalität ist jedoch ähnlich.

CPU-Architektur

Die Architektur einer CPU bezieht sich auf die Art und Weise, wie ihre verschiedenen Komponenten organisiert und miteinander verbunden sind. Es gibt zwei Haupttypen von CPU-Architekturen:

- Complex Instruction Set Computing (CISC): CISC-CPUs verwenden eine große Anzahl komplexer Anweisungen, die eine Vielzahl von Operationen in einer einzigen Anweisung ausführen können. CISC-CPUs werden häufig in älteren Computern verwendet.

- Reduced Instruction Set Computing (RISC): RISC-CPUs verwenden eine kleine Anzahl einfacher Anweisungen, die jeweils eine einzelne Operation ausführen können. RISC-CPUs werden häufig in neueren Computern verwendet, da sie effizienter sind und höhere Geschwindigkeiten erreichen können.

Moderne CPUs kombinieren häufig Elemente sowohl der CISC- als auch der RISC-Architektur. Sie verfügen möglicherweise über eine kleine Anzahl komplexer Anweisungen, die eine Vielzahl von Operationen ausführen können, sowie über eine größere Anzahl einfacher Anweisungen, die jeweils eine einzelne Operation ausführen können. Dadurch kann die CPU sowohl eine hohe Leistung als auch Effizienz erreichen.